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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Feld der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten
von wiedergewonnenem Formsand unter Verwendung eines Vakuumknettanks.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Wie
im Stand der Technik bekannt ist, wird Formsand in einer Naßform-Abformungslinie
zum Formen einer Naßgußform geknetet
und in eine Gußform
geformt, wobei die Gußform
nach dem Gießen zerbrochen
wird, der Formsand wiedergewonnen und der wiedergewonnene Sand mit
frischem Sand wieder geknetet wird, bei welcher soweit wie erforderlich
frischer Sand hinzugefügt
wird, um zum Formen einer weiteren Form verwendet zu werden. Somit
wird Formsand wiederholt aufbereitet und verwendet.
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Der
wiedergewonnene Sand, der durch Zerbrechen einer Gußform nach
dem Gießen
erhalten wird, liegt zum Zeitpunkt der Wiedergewinnung in einer
wesentlich erhöhten
Temperatur vor und die Temperatur des aufbereiteten Sandes wird
zu hoch, wenn der wiedergewonnene Sand, so wie er ist, geknetet wird.
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Folglich
wird der wiedergewonnene Sand herkömmlicherweise auf eine vorgegebene
Temperatur (im allgemeinen auf eine Temperatur, die nicht hoher
ist als 40°C)
in einem Sandkühler
abgekühlt und
dann einem Knettank zugeführt.
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Kürzlich wurde
ein Vakuumknettank, in welchem Formsand unter einem vorgegebenen
Vakuumgrad geknetet wird, in einige Grünstanzform- bzw. Grünform bzw.
Naßform-Abformungslinien
eingeführt und
in der Praxis eingesetzt (siehe hierzu z. B.
GB 2 066 683 A ).
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Wenn
ein derartiger Vakuumknettank verwendet wird, kann heißer Formsand
(z. B. um 40° bis 70°C) schnell
auf eine vorgegebene Temperatur gekühlt werden. die nicht höher ist
als 40°C.
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Das
heißt,
daß beim
Kneten von Formsand und beim Formen einer Grünstanzform- bzw. Grünform- bzw.
Naßgußform normalerweise
heißer
wiedergewonnener Sand, falls nötig
zusammen mit frischem Sand in einen Knettank eingeführt und
mit Bentonit (als Bindemittel) und einer vorgegebenen Wassermenge
geknetet wird. Wenn ein Vakuumknettank als Knettank verwendet wird,
wird die Siedetemperatur von Wasser aufgrund des reduzierten Drucks
im Vakuumknettank abgesenkt und folglich wird ein Teil des Wasser
(das später
beschriebene Kühlwasser),
welches dem Formsand hinzugefugt ist, verdampft, wobei es der Umgebung
(z. B. dem Sand) Verdampfungslatentwärme entzieht, wodurch der Sand
im Tank schnell auf eine vorgegebene Temperatur abkühlt.
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Die
Menge des dem Formsand im Vakuumknettank hinzugefugten Wassers wird
als die Summe von Wasser bestimmt, welches erforderlich ist, um den
Wassergehalt im gekneteten Formsand auf einem vorbestimmten Wert
(Befeuchtungswasser) zu halten, und des Wassers, welches erforderlich
ist, um den wiedergewonnenen Sand auf die vorgegebene Temperatur
abzukühlen
(Kühlwasser).
Der Teil des Wassers, welches im Knettank verdampft wird, entspricht
dem Kühlwasser.
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Die
Wassermenge, die in den Knettank eingeleitet wird, wird so gesteuert,
daß die
Qualität
des gekneteten Sandes (wiedergewonnener Sand) gewährleistet
ist und eine vorgegebene Sandfestigkeit (das ist der Druckwiderstand
der Naßform,
die mittels des wiedergewonnenen Sandes geformt ist:) wird erhalten.
Es ist bekannt, daß eine
vorgegebene Beziehung zwischen dem Wassergehalt des Sandes und dem
Druckwiderstand besteht, soweit die Identität des Sandes dieselbe ist,
und herkömmlicherweise wird
der Wassergehalt des wiedergewonnenen Sandes gemessen und die hinzugefugte
Wassermenge wird so gesteuert, daß der Wassergehalt des gekneteten
Sandes auf der Basis des gemessenen Wassergehaltes des wiedergewonnenen
Sandes gemäß dieser
Beziehung konstant wird.
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Der
Wassergehalt im Formsand nach dem Kneten (aufbereiteter Sand) kann
in einen abgesetzten Anteil, welcher einfach auf der Oberflache
von Sandpartikeln abgesetzt ist, und in einen absorbierten Anteil
aufgeteilt werden, welcher in die Kristallschicht des Bentonits
eindringt. Das absorbierte Wasser in der Kristallschicht ist weniger
zum Verdampfen geeignet und verbessert die Wasserspeicherung des
Formsandes. Weiterhin spielt das absorbierte. Wasser eine Rolle
beim Aktivieren des Bentonits und bei der Unterstützung des
Aufbaus der Sandfestigkeit (das ist der Druckwiderstand der Naßform, die
mit dem wiedergewonnenem Sand geformt worden ist) und gleichzeitig
bei der Erhöhung
der endgültigen
Sandfestigkeit.
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Unsere
Untersuchung der Beziehung zwischen dem Wassergehalt des aufbereiteten
Sandes nach dem Kneten, der Temperatur des wiedergewonnenen Sandes
und dem Druckwiderstand einer Grünform
bzw. Naßform
hat ergeben, daß eine
Naßform,
die aus Gußsand
geformt ist, welcher unter Vakuum geknetet worden ist, einen höheren Druckwiderstand
bildet als jene, die aus Gießsand
geformt ist, welcher unter einem atmosphärischen Druck geknetet worden
ist, und daß gleichzeitig
der Druckwiderstand einer Naßform,
welches aus unter Vakuum geknetetem Formsand geformt worden ist,
ansteigt, wenn die Temperatur des wiedergewonnenen Sandes für einen
gegebenen Wassergehalt des aufbereiteten Sandes nach dem Kneten
ansteigt.
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5 zeigt
die Beziehung zwischen dem Druckfestigkeit bzw. Druckwiderstand
der Grünstanz- bzw. Naßform, die
aus Formsand geformt ist, welcher im Vakuumknettank geknetet worden
ist, und dem Wassergehalt im Formsand. Die Linien A und B zeigen
die Beziehungen für
die Naßformen,
die jeweils aus aufbereiteten Formsandmassen geformt worden sind,
welche durch Kneten von wiedergewonnenen Sandmassen unter 25°C bzw. 65°C mit denselben Anteilen
von Bentonit im Vakuumknettank erhalten worden sind. Die Linien
C und D zeigen dieselben Beziehungen für die Naßformen, die jeweils aus aufbereiteten
Formsandmassen geformt worden sind, welche durch Kneten von wiedergewonnenen
Sandmassen unter 25°C
bzw. 65°C
mit denselben Anteilen von Bentonit unter einem atmosphärischen
Druck erhalten worden sind. Wie aus 5 zu verstehen ist,
ist die Naßform
aus dem gekneteten wiedergewonnenen Sand bei 65°C von höherem Druckwiderstand als jene
aus dem gekneteten wiedergewonnenen Sand mit 25°C, wenn der wiedergewonnene Sand
unter Vakuum geknetet wird. Es wird derzeit angenommen, daß dies daran
liegt, daß ein
größerer Betrag
an Dampf im Knettank erzeugt wird, da die hinzuzufugende Menge Wasser
mit dem Temperaturanstieg des wiedergewonnenen Sandes ansteigt, und
eine größere Wassermenge
in die Kristallschicht des Bentonits eindringt, wodurch die Aktivierung
des Bentonits starker gefordert wird.
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Wenn
folglich die Temperatur des wiedergewonnenen Sandes als ein Faktor
zur Steuerung des Anteils des in den Vakuumknettank hinzuzufügenden Wassers
verwendet wird, kann die Qualität
des aufbereiteten Sandes besser stabilisiert werden.
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Da
weiterhin der Druckwiderstand der Naßform erhöht wird, wenn die Temperatur
des wiedergewonnenen Sandes ansteigt, kann ein gewünschter Druckwiderstand
(bzw. Druckfestigkeit) der Naßform durch
einen reduzierten Anteil von Binder (Bentonit) gewährleistet
werden, wenn die Temperatur des wiedergewonnenen Sandes ausreichend
hoch ist. Wenn die Bentonitmenge reduziert wird, kann die Naßform zu
geringeren Kosten hergestellt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im
Lichte der vorstehenden Betrachtungen und der vorstehenden Beschreibung
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Aufbereiten
von wiedergewonnenem Sand, bei welchem die Qualität von erhaltenem
aufbereitetem Sand besser stabilisiert werden kann, sowie eine Vorrichtung zum
Ausführen
des Verfahrens und insbesondere ein Verfahren zum Aufbereiten von
wiedergewonnenem Sand, welches es ermöglicht, eine Naßform zu
niedrigeren Kosten herzustellen und eine Vorrichtung zur Ausführung des
Verfahrens zu schaffen.
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In Übereinstimmung
mit einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein
Verfahren zum Aufbereiten von Formsand geschaffen, welches die Schritte
aufweist: Einleiten von wiedergewonnenem Sand in einen Vakuumknettank,
Hinzufugen von Wasser und Binder zum wiedergewonnenen Sand und Kneten
des wiedergewonnenen Sandes, wobei die Verbesserung die folgenden
Schritte aufweist: Vorgeben eines Soll-Festigkeitswerts bzw. Ziel-Festigkeitswerts
bzw. Sollwiderstandswertes des aufbereiteten Sandes und Steuern
einer ersten zum wiedergewonnenen Sand hinzuzufügenden Wassermenge auf der
Grundlage der Temperatur des wiedergewonnen Sandes vor dem Kneten
im Vakuumknettank, Steuern einer zweiten zum wiedergewonnenen Sand
hinzuzufügenden
Wassermenge auf der Grundlage des gemessenen Feuchtigkeitsgehalt, so
daß aufbereiteter
Sand des Soll-Festigkeitswerts erhalten wird.
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Frischer
Sand kann zum wiedergewonnen Sand, soweit erforderlich, hinzugefügt werden,
und wenn frischer Sand zum wiedergewonnenen Sand hinzugefügt wird,
sollte der Ausdruck "der
wiedergewonnene Sand vor dem Kneten" so weit interpretiert werden, daß er das
Gemisch aus dem wiedergewonnenen Sand und dem frischen Sand umfaßt.
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In
einer Ausführungsform
wird die Wassermenge, die zum wiedergewonnenen Sand hinzuzufugen
ist, auf der Grundlage von Daten über das Verhältnis zwischen
dem Wassergehalt des wiedergewonnenen Sandes und der Festigkeit
des aufbereiteten Sandes, von Daten über die Beziehung zwischen der
Temperatur des wiedergewonnenen Sandes im Vakuumknettank vor dem
Vakuumkneten und der Menge von Kühlwasser,
die erforderlich ist, um den wiedergewonnenen Sand auf eine Ziel-
bzw. Soll-Kühltemperatur
abzukühlen,
und dem Wassergehalt des wiedergewonnenen Sandes im Vakuumknettank
vor dem Vakuumkneten gesteuert.
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In Übereinstimmung
mit einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine Formsand-Aufbereitungsvorrichtung
zur Ausführung des
Verfahrens des ersten Gesichtspunkts vorgesehen. Die Formsand-Aufbereitungsvorrichtung
weist auf: einen Vakuumknettank zum Kneten von wiedergewonnenem
Sand unter einem Vakuum eines vorgegebenen Grades, ein Zufuhrsystem
für wiedergewonnenen
Sand zum Zuführen
einer vorgegebenen Menge von wiedergewon nenem Sand in den Vakuumknettank,
ein Bindemittel-Zuführsystem
zum Zuführen
einer vorgegebenen Bindemittelmenge, ein Wasserzufuhrsystem zum
Zuführen
einer vorgegebenen Wassermenge in den Vakuumknettank, ein Temperaturerfassungsmittel
zum Erfassen der Temperatur des wiedergewonnenen Sandes im Vakuumknettank
vor dem Kneten unter Vakuum, ein Wassergehalterfassungsmittel zum
Erfassen des Wassergehalts des wiedergewonnenen Sandes im Vakuumknettank
vor dem Kneten unter Vakuum, und ein Steuermittel, das eine erste
Wasserzufuhr aus dem Wasserzuführsystem
zum Vakuumknettank steuert auf der Grundlage von Daten über die
Beziehung zwischen dem Wassergehalt des wiedergewonnenen Sandes
und der Festigkeit des aufbereiteten Sandes, und das eine zweite
Wasserzufuhr aus dem Wasserzuführsystem
zum Vakuumknettank steuert auf Grundlage von Daten über die
Beziehung zwischen der Temperatur des wiedergewonnenen Sandes im Vakuumknettank
vor dem Vakuumkneten und der erforderlichen Kühlwassermenge, um den wiedergewonnen
Sand auf eine Soll-Kühltemperatur
abzukühlen,
und dem Wassergehalt des wiedergewonnenen Sandes im Vakuumknettank
vor dem Vakuumkneten.
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In Übereinstimmung
mit dem ersten und zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann
die Temperatur des Formsandes (hauptsachlich wiedergewonnener Sand)
im Mischer vor dem Kneten unter Vakuum als ein Faktor zum Steuern
der hinzuzufugenden Wassermenge herangezogen werden, wodurch die
Qualität
des wiedergewonnen Sandes stabilisiert werden kann im Vergleich
mit dem herkömmlichen
Verfahren, wo die hinzuzufügende Wassermenge
einfach auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem Wassergehalt
und der Festigkeit des Sandes festgelegt wird. Im Ergebnis kann
die Festigkeit der Gießform
(Naßform)
gleichförmiger
gehalten werden, wodurch Fehler beim Gießen reduziert werden und die
Maßgenauigkeit
der Gußstucke verbessert
werden kann.
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In Übereinstimmung
mit einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Aufbereiten von Formsand geschaffen, bei welchem wiedergewonnener
Sand und Binder in einem Vakuumknettank eingeleitet werden, Wasser
zum wiedergewonnenen Sand und dem Binder hinzugefügt wird, und
der wiedergewonnene Sand unter Vakuum im Knettank geknetet wird,
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die hinzuzufugende Wassermenge
auf der Grundlage der Temperatur und des Wassergehalts des wiedergewonnenen Sandes
gesteuert wird, und daß die
hinzuzufügende: Bindermenge
auf der Grundlage der Temperatur des wiedergewonnenen Sandes gesteuert
wird.
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Insbesondere
weist das hinzuzufugende Wasser Knetwasser zum Aufrechterhalten
des Wassergehalts des Formsandes nach dem Kneten unter Vakuum auf
einen vorgegebenen Wert und Kühlwasser
zum Kühlen
des wiedergewonnenen Sandes auf, und die Menge des Kuhlwassers wird
auf der Grundlage der Temperatur des wiedergewonnenen Sandes gesteuert.
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In Übereinstimmung
mit einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird
eine Formsand-Aufbereitungsvorrichtung zum Ausführen des Verfahrens des dritten
Gesichtspunkts geschaffen. Die Formsand-Aufbereitungsvorrichtung
weist folgende Merkmale auf: einen Vakuumknettank zum Kneten von
wiedergewonnenem Sand unter einem Vakuum eines vorgegebenen Grades,
ein Zuführsystem
für wiedergewonnenen
Sand zum Zuführen
einer vorgegebenen Menge von wiedergewonnenem Sand zum Vakuumknettank,
ein Bindemittelzufuhrsystem zum Zuführen einer vorgegebenen Bindemittelmenge,
ein Wasserzufuhrsystem zum Zuführen
einer vorgegebenen Wassermenge zum Vakuumknettank, ein Temperaturerfassungsmittel
zum Erfassen der Temperatur des wiedergewonnenen Sandes im Vakuumknettank
vor dem Kneten unter Vakuum, ein Wassergehalterfassungsmittel zum
Erfassen des Wassergehalts des wiedergewonnenen Sandes im Vakuumknettank
vor dem Kneten unter Vakuum, und ein Steuermittel, welches das Wasserzufuhrsystem
steuert, um Wasser in einer Menge zuzuführen, die auf der Grundlage
der Temperatur und des Wassergehalts des wiedergewonnenen Sandes
vor dem Kneten unter Vakuum bestimmt wird, welche mittels des Temperaturerfassungsmittels
und des Wassergehalterfassungsmittels erfaßt worden sind, und welches das
Bindemittelzuführsystem
steuert, um das Bindemittel in einer Menge zuzuführen, die auf der Grundlage
der Temperatur des wiedergewonnenen Sandes vor dem Kneten unter
Vakuum bestimmt wird, welche vom Temperaturerfassungsmittel erfaßt wird.
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Ein
gewünschter
Druckwiderstand der Naßform
kann durch einen geringeren Anteil an Bindemittel erhalten werden,
da die Temperatur des wiedergewonnenen Sandes, wie oben beschrieben,
ansteigt. Somit wird bei den dritten und vierten Gesichtspunkten
der vorliegenden Erfindung die Beziehung zwischen der Bindemittelmenge
und der Temperatur des wiedergewonnenen Sandes zum Erhalten einer
gewünschten
Festigkeit der Naßform
im voraus erhalten und die hinzuzufügende Bindemittelmenge wird gemäß der Beziehung
auf der Grundlage der erfaßten
Temperatur des wiedergewonnenen Sandes bestimmt. Wenn die Bindemittelmenge
reduziert wird, kann die Naßform
zu geringeren Kosten hergestellt werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht, die eine Formsand-Aufbereitungsvorrichtung
in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht,
die den Vakuummischer und die Wasserzuführung in der Vorrichtung zeigt,
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3 ist
ein Zeitdiagramm zum Darstellen der Arbeitsweise der Vorrichtung,
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4 ist
eine Kurve, die das Verhältnis
zwischen der Temperatur des wiedergewonnenen Sandes und der Kühlwassermenge
zeigt,
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5 ist
eine Kurve, die das Verhältnis
zwischen dem Wassergehalt des wiedergewonnenen Sandes und dem Druckwiderstand
der Naßform zeigt,
und
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6 ist
eine schematische Ansicht, die eine Formsand-Aufbereitungsvorrichtung
in Übereinstimmung
mit einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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In 1 umfaßt eine
Formsand-Aufbereitungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen Vakuummischer 1, welcher
wiedergewonnenen Sand unter einem Vakuum eines vorgegebenen Grades kneten
kann, ein Dosiertrichter bzw. Dosiergerät 2 zum Einleiten
vorgegebener Mengen von wiedergewonnenem Sand und Bindemittel (z.
B. Bentonit), (und, falls gewünscht,
frischem Sand) in den Vakuummischer 1 und ein Wasserzuführsystem 10 zum Zuführen einer
vorgegebenen Wassermenge in den Vakuummischer 1.
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Obwohl
dies nicht im Detail gezeigt ist, ist das Dosiergerät 2 verbunden
mit einer Wiedergewinnungsstation, welche Formsand durch Zerbrechen einer
Sandform nach dem Guß in
einer Naßform-Abformungslinie
wiedergewinnt, mit einem Bentonit-(Bindemittel)-Zufuhrsystem zum
Zufuhren von Bentonit und mit einer Frischsand-Zuführstation
zum Zuführen
von frischem Sand über
ein Transfermittel, wie einer Transporteinrichtung oder einer Zuführeinrichtung.
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Das
Wasserzuführsystem 10 umfaßt ein Wassermeßgerät 11 zum
Messen der in den Vakuummischer 1 zuzuführenden Wassermenge, eine Zufuhrpumpe 12,
welche Wasser unter Druck aus einem Kondensator 13; cum
Vakuummischer 1 über eine
Zuführleitung
Ls schickt, und eine Umwälzpumpe 14,
welche Wasser, das durch eine Ruckführleitung Lr zum Kondensator 13 zuruckgeführt worden ist,
durch einen Wärmetauscher 15 leitet,
der mit einem Kühlturm 16 verbunden
ist, und dasselbe zum Kondensator 13 zurückführt und
Wasser, das in einer im wesentlichen konstanten Temperatur gehalten wird,
zum Vakuummischer 1 zuführt.
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Erste
und zweite Wassersteuerventile 18 und 19 sind
stromabwärts
des Wassermeßgeräts 11 vorgesehen.
Das erste Wassersteuerventil 18 dient zum Zuführen von
Befeuchtungs- oder Knetwasser in den Vakuummischer 1 als
Primärwasser,
um den Wassergehalt des Formsandes nach dem Kneten (aufbereiteter
Sand) auf einem vorgegebenen Wert zu halten. Das zweite Wassersteuerventil 19 dient zum
Zuführen
von Kuhlwasser in den Vakuummischer 1 als Sekundärwas ser
zum Kühlen
des wiedergewonnenen Sandes mit einer angehobenen Temperatur. Die
in den Vakuummischer 1 zuzuführende Wassermenge wird durch
sowohl das erste als auch durch das zweite Wassersteuerventil 18 bzw. 19 gesteuert.
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Ein
Vakuumkanal 21, der mit einem Vakuum-Abschaltventil 22 in
einem mittleren Bereich versehen ist, ist an seinem einen Ende mit
dem Vakuummischer 1 und an seinem anderen Ende über den Kondensator 13 mit
einer Vakuumpumpe 23 verbunden. Wenn die Vakuumpumpe 23 bei
geöffnetem
Vakuumabschaltventil 22 in Betrieb ist, wird das Innere des
Vakuummischers 1 auf ein Vakuum von einem vorgegebenen
Grad evakuiert. Ein Belüftungsventil 26 zum
Einleiten von atmosphärischem
Druck in den Vakuummischer 1 ist mit dem Vakuummischer 1 verbunden,
und wenn das Belüftungsventil 26 geöffnet wird,
wird das Vakuum im Inneren des Vakuummischers 1 nahezu
augenblicklich abgebaut.
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Ein
FK-Sensor 5 zum Erfassen der Temperatur und des Wassergehalts
des wiedergewonnenen Sandes, welcher in den Vakuummischer 1 eingeleitet wird,
ist in den Vakuummischer 1 eingesetzt. Der FK-Sensor 5 ist
mit einer Steuereinheit 30 (2) zum Steuern
der Formsandaufbereitungsvorrichtung verbunden und leitet ein Erfassungssignal
in die Steuereinheit ein.
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Die
Steuereinheit 30 kann z. B. einen Mikrocomputer und eine
Lastmeßdose
bzw. Kraftmeßdose 11a im
Wassermeßgerät 11 enthalten,
und die Wassersteuerventile 18 und 19 sind mit
der Steuereinheit 30 verbunden, zusätzlich zum FK-Sensor 5.
Ein von der Kraftmeßdose 11a erfaßtes Signal
wird in die Steuereinheit 30 eingeleitet und Steuersignale
werden von der Steuereinheit 30 an die Wassersteuerventile 18 und 19 abgegeben.
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Obwohl
dies nicht im einzelnen gezeigt ist, werden unterschiedliche Signale
wie ein Erfassungssignal von einer Kraftmeßdose im Dosiergerät 2,
ein Wassertemperatursignal, welches die Temperatur des Wassers in
der Zufuhrleitung Ls des Wasserzufuhrsystems 10 wiedergibt,
und ähnliches
weiterhin in die Steuereinheit 30 eingeleitet, und unterschiedliche
Steuersignale werden an die Ventile, wie das Vakuumabschaltventil 22 und
das Belüftungsventil 26, und
an die Instrumente, wie die Zufuhrpumpe 12 und die Vakuumpumpe 23,
von der Steuereinheit 30 abgegeben.
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Der
Betrieb der Formsand-Aufbereitungsvorrichtung dieser Ausführungsform
wird unter Bezugnahme auf das in 3 gezeigte
Flußdiagramm nachfolgend
beschrieben.
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Gemäß dem Steuersignal
aus der Steuereinheit 30 wird eine vorgegebene Menge heißen wiedergewonnenen
Sandes in das Dosiergerät 2 aus
der Formsandwiedergewinnungsstation (nicht gezeigt) zugeführt und
frischer Sand wird in das Dosiergerät 2 aus der Frischsand-Versorgungsstation
(nicht gezeigt) nach Bedarf zugeführt. Weiterhin wird eine vorgegebene Menge
Bentonit in das Dosiergerät 2 aus dem
Bentonit-Zuführsystem
(nicht gezeigt) zugeführt.
Der wiedergewonnene Sand und der Bentonit werden für eine vorgegebene
Zeit im Vakuummischer 1 vorgemischt. Zu dieser Zeit ist
das Innere des Vakuummischers 1 nicht evakuiert und wird
noch auf einem Atmosphärendruck
gehalten.
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Nach
dem Vormischen mißt
der FK-Sensor 5 die Temperatur und den Wassergehalt des
Sandes im Vakuummischer 1 und leitet ein die gemessene Temperatur
und den Wassergehalt wiedergebendes Signal in die Steuereinheit 30.
Wie im Detail später noch
beschrieben wird, fuhrt die Steuereinheit 30 eine Berechnung
aus, um einen Sollwassergehalt des aufbereiteten Sandes für eine vorgegebene
Sollfestigkeit des aufbereiteten Sandes auf der Grundlage der gemessenen
Temperatur des Sandes vor dem Vakuumkneten festzulegen, wobei die
hinzuzufügende
Wassermenge auf der Grundlage des Sollwassergehalts und des Wassergehalts
im Sand vor dem Vakuumkneten, welcher vom FK-Sensor 5 gemessen worden
ist, zu berechnen, und um die Wassermenge zuzuweisen, die als Primärwasser
zum Kneten und als Sekundärwasser
zum Kühlen
hinzuzufügen
ist.
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Auf
der Grundlage der Berechnung wird die Primarwassermenge bestimmt,
und die Steuereinheit 30 gibt ein Steuersignal an das Primärwassersteuerventil 18,
um es für
eine Zeit zu offnen, die der Primarwassermenge entspricht.
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Nach
dem Einleiten des Primärwassers
werden Ventile wie Absperrschieber, in Durchlässen, die zum Vakuummischer 1 fuhren,
geschlossen, und das Vakuumabsperrventil 22 wird geöffnet. Dann
wird die Vakuumpumpe 23 betätigt, um das Innere des Vakuummischers 1 auf
ein Vakuum eines vorgegebenen Grades (bei dieser bestimmten Ausführungsform
74 hpa) zu evakuieren. Die Siedetemperatur von Wasser bei 74 hpa
betragt 40°C.
Dann wird mit dem Vakuumkneten begonnen.
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Während des
Vakuumknetens (vorzugsweise in der ersten Hälfte des Vakuumknetens) wird
das Sekundärwasser
zum Kühlen
eingeleitet. Das heißt, daß unter
der Steuerung eines Steuersignals von der Steuereinheit 30 das
Sekundärwasser-Steuerventil 19 für eine vorgegebene
Zeit geöffnet
und eine vorgegebene Sekundärwassermenge
in den Vakuummischer 1 eingeleitet wird. Wie oben beschrieben
worden ist, wird der Sand im Vakuummischer 1 durch Verdampfung
des Sekundärwassers
schnell auf eine vorgegebene Temperatur (nicht höher als 40°C in dieser besonderen Ausführungsform)
abgekühlt.
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Nach
dem Vakuumkneten wird das Vakuumabsperrventil 22 geschlossen,
und das Belüftungsventil 26 wird
geöffnet,
wodurch das Innere des Vakuummischers 1 wieder auf einen
Atmosphärendruck
gebracht wird. Dann werden die Schieberventile geöffnet und
das Kneten wird für
eine vorgegebene Zeit unter Atmosphärendruck durchgeführt. Danach
wird aufbereiteter Sand, der in sich die vorgegebene Wassermenge
enthält
(d. h. von vorgegebener Festigkeit ist) durch einen Abführanschluß 3 des
Vakuummischers 1 abgeführt,
um zum Formen einer Gießform
wiederverwendet zu werden.
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Auf
diese Weise ist ein Zyklus eines Aufbereitungsvorgangs durchgeführt worden.
In dieser besonderen Ausführungsform
beträgt
die Zeit für
einen Zyklus 180 Sekunden.
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In
dieser Ausführungsform
wird die Menge hinzuzufügenden
Wassers gesteuert durch Setzen eines Sollwassergehalts des aufbereiteten
Sands für eine
vorgegebene Sollfestigkeit des aufbereiteten Sands auf der Grundlage
der gemessenen Temperatur des Sands (hauptsächlich von wiedergewonnenem
Sand) im Vakuummischer 1 vor dem Vakuumkneten, durch Berechnen
der hinzuzufügenden
Wassermenge auf der Grundlage des Sollwassergehalts und des Wassergehalts
des Sandes vor dem Vakuumkneten, der vom FK-Sensor 5 gemessen
worden ist, und durch Zuweisen der zum Primärwasser zum Kneten und zum
Sekundärwasser
zum Kühlen
hinzuzufügenden
Wassermenge, wie oben beschrieben worden ist.
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Die
Steuerung der hinzuzufügenden
Wassermenge wird nachfolgend detaillierter beschrieben. In dieser
Ausführungsform
wird kein Frischsand beim Vakuumkneten hinzugefügt und nur wiedergewonnener
Sand wird dem Dosiergerät 2 zugeführt.
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Zunächst wird
eine zu erhaltende Sollfestigkeit des aufbereiteten Sands (das ist
ein Soll-Druckwiderstand
einer Naßform,
die aus dem erhaltenen aufbereiteten Sand geformt worden ist) festgesetzt. In
dieser Ausführungsform
wird der Soll-Druckwiderstand auf 2,0 kgf/cm2 gesetzt.
Eigentlich ist ein Druckwiderstand von ungefähr 1,8 kgf/cm2 ausreichend.
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Für den Soll-Druckwiderstand
wird ein Sollwassergehalt des zu erhaltenden aufbereiteten Sands
auf der Grundlage der Temperatur des Formsands im Vakuummischer 1 vor
dem Vakuumkneten festgelegt.
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Das
heißt,
wie vorstehend in Verbindung mit 5 beschrieben
worden ist, daß der
Druckwiderstand einer Naßform,
die aus unter Vakuum geknetetem Formsand gebildet worden ist, ansteigt,
wenn die Temperatur des wiedergewonnenen Sandes für einen
vorgegebenen Wassergehalt aufbereiteten Sand nach dem Kneten ansteigt.
Demzufolge kann der Sollwassergehalt des aufbereiteten Sandes nach dem
Vakuumkneten entsprechend der gemessenen Temperatur des wiedergewonnenen
Sandes festgesetzt werden, indem Daten, die ähnlich der in 5 gezeigten
Kurve für
unterschiedliche Temperaturen des Formsandes im Vakuummischer 1 vor
dem Kneten unter Vakuum (wiedergewonnener Sand) als Basisdaten genommen
werden und indem die Temperatur des wiedergewonnenen Sandes, die
durch den FK-Sensor 5 gemessen wird, auf die Basisdaten
bezogen wird, herangezogen werden. Der auf diese Weise gesetzte
Sollwassergehalt wird in die Steuereinheit 30 eingegeben.
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Anstatt
den Sollwassergehalt einzugeben, ist es möglich, die Basisdaten in einem
Speicher in der Steuereinheit 30 zu speichern und nur einen Soll-Druckwiderstand
in die Steuereinheit 30 einzugeben, so daß die Steuereinheit 30 den
Sollwassergehalt des aufbereiteten Sandes automatisch setzt, wobei
die Temperatur des wiedergewonnenen Sandes, die vom FK-Sensor 5 gemessen
wird, auf die in dem Speicher gespeicherten Basisdaten bezogen wird.
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Die
Steuereinheit 30 berechnet die gesamte in den Vakuummischer 1 hinzuzufugende
Wassermenge auf der Grundlage des auf diese Weise gesetzten Sollwassergehalts
des aufbereiteten Sandes und des Wassergehalts des Formsands im
Vakuummischer 1 vor dem Kneten unter Vakuum, der vom FK-Sensor 5 gemessen
wird.
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Wenn
die Kühltemperatur
im Vakuummischer 1 oder der Grad des Vakuums während des
Vakuumknetens festgesetzt wird, besteht eine gewisse Beziehung zwischen
der Temperatur des wiedergewonnenen Sandes vor dem Vakuumkneten
und der Menge des zur Kühlung
hinzuzufügenden
Sekundärwassers.
Ein Beispiel der Beziehung ist in 4 gezeigt.
Die Linie A in 4 zeigt die Beziehung für die Kühltemperatur
von 40°C
oder den Vakuumgrad von 74 hpa. In dem der gesetzte Wert der Kühltemperatur oder
der Vakuumgrad verändert
werden, wird eine Reihe von Kurven erhalten, die parallel zur Linie
A sind.
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Die
hinzuzufügende
Sekundärwassermenge wird
gemäß der folgenden
Gleichung berechnet (eine Energiegleichung vor und nach dem Kuhlen). P·t
+ Ms·Cps·T1 + Mw,X1·Cw·T1 + Mw,ΔX·Cw·Tw + Mw,k·Cw·Tw = Ms·Cps·T2 + Mw,X2·Cw·T2 + Mw,AX·Cw·T2 + Mw,k·{Cw·Tsa + ΔHv(Tsa)}
+ Qab
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In
der Gleichung geben die entsprechenden Buchstaben folgendes wieder:
- Kw:
- Mischerantriebskraft
- P:
- auf den Mischermotor
aufgebrachte Energie
- t:
- Knetzeit
- M:
- Gewicht des wiedergewonnenen
Sandes
- Ms:
- Trockengewicht des
wiedergewonnenen Sandes [M·(1 – X1/100)]
- Cps:
- spezifische Wärme des
Sandes
- T1:
- Temperatur des wiedergewonnenen Sandes
- Mw,X1:
- Naßgewicht des wiedergewonnenen Sandes
- Cw:
- spezifische Wärme des
Wassers
- X2:
- Sollwassergehalt
- Mw,ΔX:
- Gewicht des Knetwassers
[X2/100·M – Mw,X1]
- Tw:
- Temperatur des Knetwassers
- Mw,K:
- Gewicht des Kühlwassers
- T2:
- T Solltemperatur des
Sandes
- Tsa:
- mittlere Verdampfungstemperatur
[(T1 + T2)/2]
- ΔHv:
- Verdampfungs-Latentwärme [Funktion der
Verdampfungstemperatur]
- Qab:
- Wasserdissipation
aus dem Mischer
-
Somit
kann die Menge an hinzuzufugendem Kuhlwasser als Sekundarwasser
auf der Grundlage der Temperatur des wiedergewonnenen Sandes, die von
FK-Sensor 5 gemessen wird, und den oben beschriebenen Daten
berechnet werden. Die Menge an hinzuzufugendem Knetwasser als Primärwasser
wird auf der Grundlage der gesamten Menge des hinzuzufugenden Wassers
und der Menge des Kühlwassers berechnet.
Auf diese Weise kann die Gesamtwassermenge optimal dem Primärwasser
und dem Sekundärwasser
zugewiesen werden.
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Wie
aus der obigen Beschreibung zu verstehen ist, kann in Übereinstimmung
mit der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Temperatur des Formsandes (wiedergewonnener
Sand) im Mischer vor dem Kneten unter Vakuum als ein Faktor benutzt
werden zur Steuerung der Menge des hinzuzufugenden Wassers, wodurch
die Qualität
des aufbereiteten Sandes stabilisiert werden kann im Vergleich zum
herkömmlichen
Verfahren, wo die Menge des hinzuzufügenden Wassers einfach auf
der Grundlage der Beziehung zwischen dem Wassergehalt und der Festigkeit
des Sandes festgelegt wird. Als ein Ergebnis kann die Festigkeit
der Gießform (Grünstanz-
bzw. Naßform)
gleichmäßiger gehalten werden,
wodurch Gießfehler
reduziert werden und die Maßgenauigkeit
der Gußstücke verbessert
werden kann.
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Eine
Formsand-Aufbereitungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer anderen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
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Die
Formsand-Aufbereitungsvorrichtung dieser Ausführungsform umfaßt einen
Sandzuführer
mit einem Vakuumknettank 101, einem Dosiergefäß 102 für wiedergewonnenen
Sand, einem Vibrationszuführer 103,
einem Frischsanddosiergerät 104,
einem Schnecken- bzw. Schraubenförderer 105 und
einem Sandmeßgerät 106 zum
Messen von wiedergewonnenem Sand und Frischsand; einen Bentonitzuführer mit
einem Bentonitdosiergerät 107,
einem Schneckenförderer 108,
einem Bentonitmeßgerät 109 und einem
Drucktank 110; ein Wassermeßgerät 111, einen Temperatur sensor 112,
der im Vakuumknettank 101 vorgesehen ist, einen Wassergehaltsensor 113, der
im Dosiergerät 102 für wiedergewonnenen
Sand vorgesehen ist, und eine Betriebssteuerung 114, welche
die Zuführer
auf der Grundlage von Signalen des Temperatursensors 112 und
des Wassergehaltssensor 113 steuert. M bezeichnet einen
Antriebsmotor für
jede Vorrichtung.
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Die
Kühlwassermenge
ist proportional zur spezifischen Warme des Sandes und wird auf
Null gesetzt, wenn die Temperatur des zugeführten Sandes gleich der gesetzten
Temperatur des Vakuumknettanks 101 ist (die Temperatur
des Sandes nach dem Kneten, z. B. 40°C), und sie wird so festgelegt, daß sie ansteigt,
wenn die Temperatur des zugeführten
Sandes ansteigt. Die Bentonitmenge wird so festgelegt, daß sie ein
Maximum aufweist, wenn die Temperatur des zugeführten Sandes gleich der gesetzten Temperatur
des Vakuumknettanks 101 ist, und so, daß sie sich verringert, wenn
die Temperatur des zugeführten
Sandes ansteigt. Die Mengen an zuzuführendem Kühlwasser und Bentonit werden
im voraus in die Betriebssteuerung 114 eingegeben. Wenn
die Temperatur des zugeführten
Sandes niedriger ist als die gesetzte Temperatur des Vakuumknettanks 101 wird
die Kuhlwassermenge auf Null gesetzt und die Bentonitmenge auf das
Maximum gesetzt.
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Der
Betrieb der Gießsand-Aufbereitungsvorrichtung
dieser Ausführungsform
wird nachfolgend beschrieben. Zunächst wird heißer wiedergewonnener
Sand zum Sandmeßgerät 106 aus
dem Aufgabetrichter bzw. Dosiergerät 102 für wiedergewonnenen Sand
durch den Vibrationsförderer 103 zugeführt, und
frischer Sand wird zum Sandmeßgerät 106 vom Frischsanddosiergerät 104 soweit
erforderlich durch den Schneckenförderer 105 zugeführt unter
der Steuerung eines Signals von der Betriebssteuerung 114.
Das Gewicht des Sandes wird von einer Druckmeßdose 115 im Sandmeßgerät 106 gemessen,
und das Meßsignal
wird in die Betriebssteuerung 114 wahrend der Messung eingegeben.
Wenn das Gewicht des Sandes einen vorgegebenen Wert erreicht, halt
die Betriebssteuerung 114 den Vibrationszuführer 103 und
den Schneckenförderer 105 an.
Der Wassergehalt des wiedergewonnenen Sandes wird vom Wassergehaltsensor 113 im
Dosiergerät 102 für wiedergewonnenen
Sand gemessen, und das Meßsignal
wird in die Betriebssteuerung 114 eingegeben.
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Danach
wird der Sand im Sandmeßgerät 106 zum
Vakuumknettank 101 gefordert und im Vakuumknettank unter
einem atmosphärischen
Druck vorgemischt. Die Temperatur des Sandes zu dieser Zeit wird
vom Temperatursensor 112 gemessen und das Meßsignal
wird in die Betriebssteuerung 114 eingegeben. Die Betriebssteuerung 114 berechnet
die Wassermenge, die erforderlich ist, um den Wassergehalt des aufbereiteten
Sandes nach dem Kneten auf einem vorgegebenen Wert zu halten, auf
der Grundlage des gemessenen Wassergehalts des wiedergewonnenen
Sandes und berechnet die Kuhlwassermenge und die Bentonitmenge,
die hinzuzufügen sind,
auf der Grundlage der gemessenen Temperatur des Sandes. Dann werden
die Gesamtwassermenge und die Bentonitmenge entsprechend dem Gewicht des
Sandes berechnet.
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Bentonit
wird zum Bentonitmeßgerät 109 aus
dem Bentonitdosiergerät 107 über den
Schneckenförderer 108 zugeführt, und
die Bentonitmenge wird von einer Kraftdose 116 unter der
Steuerung eines Signals von der Betriebssteuerung 114 gemessen.
Das Meßsignal
wird in die Betriebssteuerung 114 wahrend der Messung eingegeben,
und wenn die Bentonitmenge den berechneten Wert erreicht, halt die
Betriebssteuerung 114 den Schneckenförderer 108 an. Dann
wird das Bentonit im Bentonitmeßgerät 109 zum
Druckbehälter 110 übertragen
und in den Vakuumknettank 101 durch das Sandmeßgerät 106 mittels
Druckluft zugeführt.
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Gleichzeitig
wird Wasser zum Vakuumknettank 101 vom Wassermeßgerät 111 unter
der Steuerung eines Signals aus der Betriebssteuerung 114 zugeführt.
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Nachdem
der Sand, das Bentonit und das Wasser in den Vakuumknettank 101 zugeführt worden
sind, wird das Innere des Tanks evakuiert, und der Sand, das Bentonit
und das Wasser werden für eine
vorgegebene Zeit unter Vakuum geknetet. Danach wird das Innere des
Vakuumknettanks 101 wieder auf einen atmosphärischen
Druck zuruckgeführt, und
der aufbereitete Sand wird zu einer Formgestaltungsmaschine geschickt.
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Obwohl
in der oben beschriebenen Ausführungsform
eine Beziehung zwischen der Temperatur des Sandes und der Bentonitmenge
festgesetzt wird und die Bentonitmenge direkt aus der gemessenen Temperatur
des Sandes berechnet wird, da dann, wenn die Temperatur des Sandes
ansteigt und der Kuhlwasserbedarf ansteigt, der Bentonitbetrag reduziert
werden kann, ist es möglich,
eine Beziehung der Kühlwassermenge
und der Bentonitmenge festzulegen und in die Betriebssteuerung 114 einzugeben,
so daß die
Kühlwassermenge
auf der Grundlage der gemessenen Temperatur des Sandes und die Bentonitmenge
auf der Grundlage der Kühlwassermenge
berechnet werden.
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In Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
kann die Bentonitmenge reduziert werden, wahrend die Festigkeit
einer Naßform,
die aus dem aufbereiteten Sand gebildet worden ist, gewährleistet wird,
wodurch die Kosten für
die Herstellung der Grünstanz-
bzw. Naßform
reduziert werden.