DE2736617A1

DE2736617A1 - Verfahren und vorrichtung zum foerdern von werkstuecken aus einem unterdruckraum in eine umgebung mit atmosphaerischem druck

Info

Publication number: DE2736617A1
Application number: DE19772736617
Authority: DE
Inventors: Arthur L Phipps
Original assignee: PHIPPS ARTHUR L
Current assignee: Condec Corp
Priority date: 1975-08-11
Filing date: 1977-08-13
Publication date: 1979-02-22
Also published as: US4044084A; FR2400471A1; FR2400471B1; GB1591334A; DE2736617C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fördern eines Werkstückes aus einen RauiTi_y in dem Unterdruck herrscht. in eine Umgebung rail', atmcrjphärißchem Druck. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Es besteht ein Bedarf zum kontinuierlichen Entfernen von Werkstücken aller Art aus Räumen mit unteratmor.phärischsni Druck. Es sind frühere Vorschläge zui.a Lösen dieser Aufgabe bekannt geworden, jedoch ist es dabei erforderlich, das nachstehend als "Werkstück" zu bezeichnende Material zu erfassen und auf dasselbe eine ausreichende Zugkraft auszuüben, um es aus dem Unterdruckbereich herauszuziehen. Einige dieser bekanntgewordenen Vorschläge sehen vor, das Werkstück durch eine "Vakuumdichtung" wie eine Gummimt-mbran herauszuziehen. Nach anderen bekannten Vorschlägen wird das Werkstück aus dem Unterdruckbereich nach unten durch einen barometrischen Zweig oder Kanal um eine Rolle nach außen in einen Bereich atmosphärischen Drucken gezogen. Alle diese bekannten Vorschläge sind jeweils nur für bestimmte Fälle vorteilhaft.

Einige Werkstücke vertragen nicht die Zugkräfte, welche be nötigt werden, um das Werkstück aus dem Unterdruckbereich herauszuziehen. Ein Beispiel für ein Werkstück dieser Art ist thermoplastischer Schaumstoff. Gerade stranggepreßter Polystyrolschaum mit einer Dichte von etwa 0,024 g/cm oder weniger ist sehr weich und brüchig, so daß er ungünstig be einflußt wird, wenn man ihn unter Ausnutzung seiner eigenen Zugfestigkeit aus einem Unterdruckraum herauszieht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Werkstücke aller Art und insbesondere Werkstücke, welche nur eine geringe

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Zugfestigkeit aufweisen, aus einem Unterdruckbereich in eine Umgebung mit atmosphärischem Druck zu bringen, ohne auf die Werkstücke eine Zugspannung ausüben zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens und einer dafür geeigneten Vorrichtung sind Gegenstand der Unterausprüche.

Gemäß der Erfindung v/erden die Werkstücke aus einem Unterdruckbereich durch eine Flüssigkeitsdichtung herausgeführt, wobei die einzige Voraussetzung ist, daß das Werkstück leichter ist bzw. ein geringeres spezifisches Gewicht aufweist als die Flüssigkeit der Flüssigkeitsdichtung, so daß das Werkstück auf der Flüssigkeit schwimmt bzw. auf das in der Flüssigkeit untergetauchte Werkstück ein Auftrieb ausgeübt wird.

Da gemäß der Erfindung keine Zugkräfte auf das Werkstück ausgeübt werden, können auch äußerst leicht brechende Werk- j stücke auf diese V/eise aus einem Unterdruckraum herausge- ι führt werden. !

Das grundlegende Prinzip der Erfindung liegt einfach darin, daß das Werkstück ohne besondere Gewaltanwendung in die Flüssigkeit eingetaucht wird, wenn es den Unterdruckbereich verläßt, und daß es weiter in der Flüssigkeit untergetaucht wird, bis es schließlich in eine Tiefe in der Flüssigkeit gelangt, in welcher der vom Werkstück bzw. auf dasselbe ausgeübte Druck gleich dem atmosphärischen Druck ist, woraufhin man das Werkstück in die Atmosphäre freigibt.

Es ist bekannt, daß Wasser in einem Rohr hochsteigt, wenn das untere Ende des Rohres in Wasser eingetaucht ist und

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das obere Ende mit einem Unterdruckbereich in Verbindung steht. Je geringer der Unterdruck ist, desto höher steigt die Wassersäule, bis das Wasser schließlich ab einer Höhe von etwa 10 Meter nicht mehr weiter steigt. Dann herrscht praktisch'kein Luftdruck mehr an diesem Ende des Rohres. Die Höhe der Wassersäule, nämlich 10 Meter, entspricht dem atmosphärischen Druck, denn der atmosphärische Druck drückt das Wasser im Rohr nach oben, so daß der Wasserspiegel im Rohr steigt.

Wenn das vorstehend beschriebene Experiment mit flüssigem Quecksilber durchgeführt wird, steigt die Quecksilbersäule im Rohr maximal etwa 762 mm, was darauf zurückzuführe-n ist, daß Quecksilber ein wesentlich höheres spezifisches Gewicht als V/asser hat. Ein Unterdruck von 45,4 mm Quecksilbersäule ist gleich einem Unterdruck von etwa 335 mm Wassersäule.

Alle im vorstehenden Absatz genannten. Höhen sind vertikale Höhen. Die vertikale Höhe ist dieselbe bei gleichem Unterdruck, gleichgültig ob das Rohr senkrecht oder geneigt steht oder gebogen verläuft oder ob es sich um ein Rohr mit großem oder kleinem Durchmesser oder um eine Kombination von großen und kleinen Rohren handelt.

Der Ausdruck "barometrischer Schenkel" wird vielfach gebraucht, um ein Rohr zu bezeichnen, das Flüssigkeit enthält, über welcher sich ein gewisser Unterdruck befindet. Diese übliche Terminologie wird nachstehend ebenfalls benutzt.

In der Zeichnung sind schematisch Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, und zwar zeigt

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Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsfonn der Vorrichtung,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch den barometrischen Schenkel der Vorrichtung aus Flg. 1, wobei einzelne Werkstücke durch diesen Schenkel hindurchgefordert v/erden,

Fig. 3 einen senkrechten Teilschnitt durch ein abgev/andeltes AusfUhrungsbeispiel des barometrischen Schenkels, wobei der in diesem barometrischen Schenkel befindliche Förderer Vorsprunge aufweist, um die vom Förderer auf die Werkstücke ausgeübten Reibungsoder sonstigen Mitnahmekräfte zu erhöhen, und

Fig. 4 einen Querschnitt durch den barometrischen Schenkel einer Pilot-Anlage, in welchem sich ein Bandförderer befindet.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum praktischen Ausführen des Verfahrens. Ein durch die Vorrichtung hindurchgeführtes Werkstück 1 versucht auf einer Flüssigkeit 2 zu schwimmen. Dadurch kommt das Werkstück 1 mit dem Untertrum eines Förderbandes 3 j in Kontakt, das in einem barometrischen Schenkel oder Fallwasserrohr 4 angeordnet ist. Das Werkstück 1 übt eine nach oben gerichtete Auftriebskraft 5 aus, die durch zwei als Vektoren dargestellte Kraftkomponenten 6 und 7 dargestellt werden kann. Die Kraftkomponente 6 verläuft senkrecht zur Oberfläche des Förderbandes 3 und erhöht somit die Reibung zwischen dem Förderband und dem Werkstück. Die Kraftkomponente 7 ist bestrebt, das Werkstück in Richtung 8 ausweichen zu lassen. Je kleiner der Winkel 9 ist, desto kleiner wird die Kraftkomponente 7 und desto größer die Kraftkomponente 6. Unter einer gewissen Größe des Winkels 9 übersteigt die Reibung zwischen dem Werkstück und de m Förderband die Wirkung

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der Kraftkomponente 7, so daß das Werkstück schräg nach unten in Richtung 10 gefördert wird.

Die Größe des Winkels 9 kann dadurch abgeschätzt werden, daß man den Reibungskoeffizienten zwischen Werkstück 1 und Förderband 3 bestimmt, wenn beide Teile naß oder in der Flüssigkeit 2 untergetaucht sind. Der Reibungskoeffizient ist dann die Tangente des Winkels 9. Wird der Winkel in der Praxis dann geringer gewählt als berechnet, so ist ein j

gewisser Sicherheitsfaktor gewährleistet. ί

Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß das Förderband 3 in Richtung 11 mittels eines für Förderbänder üblichen Antriebes 12 an- ! getrieben wird, beispielsweise von einem Elektromotor variab- ί ler Geschwindigkeit über ein entsprechendes Getriebe. Das ! Förderband 3 muß innerhalb des Fallwasserrohres 4 abgestützt S werden, wobei diese Abstützung gemäß einem bevorzugten Ausführung sbei spiel mittels freilaufender Rollen 13 erfolgt, i die im Abstand voneinander entlang dem Förderband 3 ange- j ordnet sind.

Die Höhe 14 der Flüssigkeitssäule über dem Flüssigkeitsspiegel in einem Becken 15 wird von dem in einer Unterdruckkammer 16 herrschenden Druck bzw. Unterdruck bestimmt. Den Unterdruck erhält man mittels üblicher Steuergeräte und einer Vakuumpumpe, welche über eine Öffnung 17 an die Unterdruckkammer 16 angeschlossen sind.

Im praktischen Betrieb läuft das Werkstück 1 aus der Unterdruckkammer 16 in das Fallwasserrohr 4 und wird dabei in die Flüssigkeit 2 mittels des Förderbandes 3 eingetaucht und vom Untertrum des Förderbandes 3 bei dessen Weg durch das Fallwasserrohr 4 nach unten mitgenommen und gelangt in das Becken 15» wo das Förderband nach oben ansteigt, so daß das Werkstück 1 hier dem Förderband nach oben folgt und schließlich an die Oberfläche des Beckens 15 gelangt und

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dieses in Richtung 18 verläßt.

Die Reibung zwischen dem Werkstück 1 und dem Förderband 3 ist der einzige Antrieb, welcher das Werkstück mit dem Förderband durch die Flüssigkeit 2 mitnimmt. Es ist nicht notwendig, daß das Werkstück 1, wie in Fig. 1 gezeigt, ein fortlaufendes Band oder dergleichen ist, da kein Abschnitt des Werkstückes irgendeinen Einfluß auf die anderen Abschnitte desselben hat. Die einzelnen Werkstücke werden nicht aufgrund irgendwelcher Zugkräfte durch die Vorrichtung hindurchgezogen. Dies ist anhand von Fig. 2 zu erkennen, wo gezeigt ist, daß einzelne kleinere Werkstücke 19 völlig unabhängig voneinander bzw. im Abstand voneinander durch die Vorrichtung an dem Untertrum des Förderbandes 3 hindurchgeführt werden.

In Fig. 1 ist nicht dargestellt, wo das Werkstück 1 herkommt bzw. wie es in die Unterdruckkammer 16 gelangt, weil das Werkstück in verschiedener Weise in die Unterdruckkammer eingeführt werden kann. Eine Möglichkeit zum Einführen des Werkstückes 1 in die Unterdruckkammer 16 wird in den unten aufgeführten Beispielen erläutert.

Die Reibung zwischen Werkstück und Förderband kann in einigen Fällen nicht ausreichend erscheinen. Aus Fig. 3 ergibt sich Jedoch, daß VorsprUnge^wie Zapfen, Warzen, Nägel, Klingen, Rippen usw. am Förderband 3 vorgesehen sein können, um zu gewährleisten, daß das Förderband das Werkstück bzw. die Werkstücke mit größerer Sicherheit ergreift.

Beispiel I

Es wurde eine Pilot-Anlage gebaut. Das Fallwasserrohr 4 bestand aus einem Aluminiumrohr mit einem Durchmesser von 15,24 cm und einer Länge von 3,45 m. Die AbstützungV<ies Förderbandes wies die in Fig. 4 dargestellte Bauweise auf,

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da innerhalb des Fallwasserrohres kein Platz für vorfabrizierte bzw. handelsübliche Laufrollen vorhanden war. Außerhalb des Fallwassorrohres sind jedoch Laufrollen als Abstützung für das Förderband benutzt worden. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 besteht die Abstützung aus Aluminiumblech, das zu einem im Querschnitt dreieckigen Kanal gebogen ist, der in dem einen Durchmesser von 15,24 cm aufweisende! Rohr 22 untergebracht und mittels im Abstand voneinander entlang dem Rohr vorgesehenen Schrauben 23 an diesem befestigt! ist. In Fig. 4, welche einen Querschnitt darstellt, ist das in Richtung zur Unterdruckkammer laufende Obertrum 24 und auch das in Richtung zum Becken laufende Untertrum 25 des Förderbandes zu erkennen, ebenso wie im Querschnitt ein Werkstück 26, das unter Einfluß der Auftriebskraft gegen das Untertrum gedrückt und von diesem daher in das Becken gefördert wird. Bei der Pilot-Anlage war das Fallwasserrohr 22 in einem Winkel von 14°28· gegenüber der Horizontalen geneigt. Das Förderband bestand aus Polypropylengewebe mit einer Breite von etwa 10 cm und wurde von einem 3/4 PS-Motor variabler Geschwindigkeit über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben. Innerhalb der Unterdruckkammer war eine Matrize für plastisches Strangpressen angeordnet, wobei sich der Zufuhrkanal für die Matrize durch die dem Anschluß des Fallwasserrohres entgegengesetzte Seite der Unterdruckkammer erstreckte. Dadurch war sichergestellt, daß das aus der Matrize austretende Material über die gesamte Länge durch die Unterdruckkammer hindurchlaufen mußte und schließlich mit dem Förderband in Kontakt kam, welches dieses Material durch das Fallwasserrohr hindurchführte. Mit dem Zufuhrkanal für die Matrize war eine kleine Strangpresse verbunden, die mit handelsüblichen aufschäumbaren Polystyrolpellets über einen Mchter beschickt wurde. Der die Matrize verlassende Schaumstoff wies beim Strangpressen in die Atmosphäre eine Dichte bzw. ein spezifisches Gewicht von etwa 0,05 g/cm auf. Die Dichte bzw. das spezifische Gewicht sank auf etwa 0,03 g/cm ,

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wenn sich in der Unterdruckkammer ein gewisser unteratmosphärischer Druck befand. Das so erzeugte Schaummaterial wurde in der oben beschriebenen Weise kontinuierlich in einer Flüssigkeit untergetaucht nach unten durch das Fallwasserrohr in eine Umgebung mit atmosphärischem Druck abgeführt.

Beispiel II

Die in Verbindung mit Beispiel I beschriebene Pilot-Anlage wurde mit gewöhnlichem Wasser betrieben. Ein Versuch wurde durchgeführt , um zu zeigen, daß andere Flüssigkeiten in gleicher Weise benutzt werden können. Es wurde eine Lösung aus 57 % Rohrzucker und 43 % Wasser hergestellt. Das spezifische Gewicht dieser Lösung betrug 1,27, d.h. diese Lösung war 27 % schwerer als gewöhnliches Wasser. Der Strangpresse wurden aufschäumbare Pellets zugeführt. Das spezifische Gewicht des erzeugten Polystyrolschäumes beim Strangpressen

in die Atmosphäre betrug 0,086 g/cm . Das spezifische Ge-

wicht sank auf 0,04 g/cm , wenn das Ausgangsmaterial in einen Unterdruck vom 483 mm Quecksilbersäule stranggepreßt wurde. Genau das gleiche Ergebnis wurde erzielt, wenn die Flüssigkeit gewöhnliches Wasser und wenn die Flüssigkeit eine noch schwerere Lösung von Rohrzucker war.

Beispiel III

Es wurde ein anderer thermoplastischer Kunststoff ausgewählt, um zu zeigen, daß bei zahlreichen künstlichen Schaumstoffen durch Anwendung der Erfindung die Dichte bzw. das spezifische Gewicht verringert werden kann. Bei den Beispielen I und II wurden handelsübliche aufschäumbare Polystyrolpellets als Ausgangsmaterial verwendet. Beim vorliegenden Beispiel wurden handelsübliche Polyäthylenpellets mit verzweigter Kette mit einem pulverförmigen chemischen Blähmittel, von denen es viele auf dem Markt gibt, vermischt. Dieses Gemisch wurde

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in den Aufgabetrichter der Strangpresse eingegeben. Das die Matrize in die Atmosphäre verlassende Schaummaterial hatte eine Dichte von 0,65 g/cm . Die Dichte bzw. das spezifische Gewicht dieses Polyäthylenschaumes wurde auf 0,2 g/cm ver ringert, wenn das Strangpressen in einem Raum erfolgte, in welchem ein Unterdruck von 686 mm Quecksilbersäule herrschte und das Material untergetaucht durch das in Verbindung mit Beispiel I beschriebene Fallwasserrohr in die Atmosphäre abgeführt wurde.

In den Beispielen I, II und III wurden Ausgangsmaterialien für den Strangpreßvorgang benutzt, welche bereits das Bläh mittel entweder in imprägnierter Form oder vermischt mit dem Ausgangsmaterial enthielten. Es wurde eine andere Reihe von Versuchen durchgeführt, um zu zeigen, daß auch andere Möglichkeiten der Zugabe des Blähmittels möglich sind. So wurden handelsübliche Polystyrolpellets in den Aufgabetrichter einer Strangpresse eingegeben und ein flüssiges Blähmittel in den Behälter der Strangpresse in bekannter Weise eingespritzt. Bei jeder Kombination von Polystyrol und flüssigem Blähmittel war die mittels Unterdruck bei Verwendung der in Verbindung mit Beispiel I beschriebenen Pilot-Anlage erzielte Dichte des Endproduktes wesentlich geringer als die Dichten, die beim Strangpressen in die Atmosphäre erzielt wurden. Dichten in der Größenordnung von 0,016 g/cm wurden vielfach erreicht, d.h. Dichten, die bisher beim Strangpressen von Polystyrol zu Polystyrol- Schaumstoff bei weitem nicht erreicht worden sind.

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Claims

G 51 109 Amoeldert Arthur L. Phj.pps, 559 Af.h Street, Los O so π Kalifornien 93 402/USA Verfahren und Vorrich Umg isum Fördern von Werkstücken o.ur, einem Unterdruck!"aura in eine Umgel^rnr mit alnOsphärir>obeih Druck Patentansprüche:

1. Verfahren zum Fördern ven Werkstücken aus einem Raum* in dem Unterdruck herrscht, in eine Umgebung mit atmosphärischem Druck mittels einer Unterdruckkammer, die mit Einrichtungen zum Evakuieren derselben verseilen und an die ein barometrischer Schenkel bzw. ein Fallwassorröhr angeschlossen ist, der bzw. das in ein Flüssigkeitsbad mündet, wobei die Werkstücke eine geringere Dichte als die Flüssigkeit aufweisen und sich in dem Fallwasserrohr ein Förderer befindet, der sich von der Unterdruckkammer in das Flüssigkeitsbad erstreckt, dadurch gekennzeichnet , daß die Werkstücke vom Förderer in die Flüssigkeit untergetaucht gehalten aus der Unterdruckkammer in das Flüssigkeitsbad gefördert werden und durch die Flüssigkeit hindurch in die Umgebung mit atmosphärischem Druck austreten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke ausschließlich durch Reibungskontakt vom Förderer in die Flüssigkeit untergetaucht und durch die Flüssigkeit mitgenommen werden.

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_ — ORIGINAL INSPECTED

3. Vorrichtung ran Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dp.durch gekennzeichnet, daß der Förderer (3) in einem derartigen. Winkel (9) zur Horizontal*η geneigt verläuft, daß die Reibung zwischen den Werkstücken (1; 19;26) und der Oberfläche dec Förderers avusreicht, um die Werkstücke mit dem Förderer durch dar; Flüssigkeitsbad (2,15) hindurchzuführen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer (3) ein endloses Förderband, dessen Untertrum (25) die Werkstücke (1;19;26) mitnimmt, und einen Antrieb (12) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer (3) auf seiner Oberfläche Vorsprünge (20) aufweist, welche mit den Werkstücken (1; | 19»2S) in Kontakt treten, um diese aufgrund der Vorschubbewegungen des Förderers durch das Flüssigkeitsbad (2,15) zu bewegen, wobei diese VorSprünge die Werkstücke am hinteren Umlenkende des Förderers zum Aufsteigen in die Umgebung mit atmosphärischem Druck freigeben.

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