DE3708257C2

DE3708257C2 -

Info

Publication number: DE3708257C2
Application number: DE3708257A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Tsukada; Takahiro Abe; Sugio Ishihara; Junichi Taira; Hiroo Muroran Hokkaido Jp Akabane
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1990-04-05
Also published as: CA1297727C; US4770684A; US4745763A; DE3708257A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckverfestigung von Schnee gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, womit Schnee zu seiner einfacheren Beförderung, Lagerung und Nutzung zu Eisblöcken verdichtet wird.

Die thermische Energie von Schnee ist in schneereichen Gebieten bisher kaum genutzt worden. Tatsächlich wird Schnee nach wie vor als nutzloser und sogar hinderlicher Stoff behandelt, der eine Verkehrsbehinderung und damit eine Behinderung des täglichen Lebens darstellt.

Für die Entfernung und Beseitigung (Ablagerung) von Schnee ist nicht nur ein großer Zeit-, sondern auch ein enormer Kostenaufwand erforderlich. Aufgrund seiner geringen Dichte erweist sich die Entfernung und Beseitigung von Schnee als äußerst unwirtschaftlich; zudem erweist sich auch die Bereitstellung von Schneeabladeflächen in Stadtgebieten als sehr schwierig.

Die JP-OS (OPI) 1 08 383/79 und 2 03 376/83 beschreiben beispielsweise Verfahren zum Verdichten und Verfestigen von Schnee zur Vereinfachung seiner Entfernung und Beseitigung. Gemäß der erstgenannten JP-OS wird Schnee so verdichtet und verfestigt, daß er mittels Luft unter Druck durch Transportröhren befördert werden kann. Gemäß der letzteren JP-OS wird ein Kompressor zum Verdichten und Verfestigen von Schnee eingesetzt, um das Erzeugnis in einem Behälter lagern zu können.

Es sind somit verschiedene Arten von Vorrichtungen zum Verdichten und Verfestigen von Schnee mittels einer Kolben-Zylinder-Anordnung als Druckzylinder für das Verpressen von Schnee entwickelt worden. Bei den bisherigen Vorrichtungen mit einer solchen Anordnung muß jedoch die Leistung einer Druckölpumpe und eines Motors vergrößert werden, um die Druckausübungsgeschwindigkeit und damit die Produktionsleistung zu erhöhen. Dies läuft der Absicht einer Energieeinsparung, die durch Nutzung der thermischen Energie des druckverfestigten Schnees erreicht werden soll, zuwider.

Die für das Druckverfestigen von Schnee erforderlichen Verdichtungsbedingungen sind in den genannten JP-OS jedoch nicht angesprochen. Das Problem besteht dabei darin, daß die tatsächlichen Bedingungen für die Schneeverfestigung zum Zweck des Abtransports und der Lagerung nicht geklärt worden sind. Sofern Schnee nicht auf eine zufriedenstellende Dichte verfestigt wird, brechen die Schneeblöcke oder -klumpen z. B. während des Transports, oder sie sind für die wirksame Lagerung ungeeignet.

Eine Lösung für diese Probleme ergibt sich auch nicht aus der deutschen Patentanmeldung P 46 777 D, wo eine Vorrichtung zur Herstellung von verschiedenartig geformten Eisstücken beschrieben ist. Diese bekannte Konstruktion, die im wesentlichen ebenfalls die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist, dient zwar zur Druckverfestigung von gemahlenem Eis oder auch von Schnee, doch geht es dort um die Herstellung von kleinen Eiswürfeln, Tabletten und dergl. für Speisezwecke. Entsprechend diesem Verwendungszweck ist die bekannte Vorrichtung auch klein aufgebaut, und sie wird über einen handbetriebenen Hebel betätigt, dessen Hebelkraft über ein Ritzel und eine Zahnstange auf einen kleinen Kolben wirkt. Zur Beseitigung von Schneemassen im Freien ist eine solche handbetriebene Eiswürfelpresse allerdings nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung zur Umformung von Schnee in druckverfestigte Eisblöcke zu schaffen, um bei der Beseitigung von Schnee dessen Volumen zu reduzieren und dabei die Eisblöcke so zu pressen, daß sie leicht transportierbar sind, also auch eine für den Transport ausreichende Festigkeit aufweisen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die Konstruktion so beschaffen, daß der Druckkopf mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 150 mm/s verschiebbar ist und daß über den Druckkopf in dem Druckraum ein Druck von 10 bis 200 kp/cm² erzeugt wird. Damit kann etwa bei einer Verpreßgeschwindigkeit von 0,1 bis 150 mm/s während einer Druckhaltezeit von 0 bis 300 s der Schnee zu einem festen Körper einer Dichte von 0,6 g/cm³ verdichtet werden. Theoretisch ist sogar eine Dichte von 0,917 g/cm³ möglich. Ein Eisblock der mit der Erfindung erreichten Dichte vermag die mechanischen Belastungen beim Transport auszuhalten, er ist somit leicht transportierbar und lagerbar, außerdem kann er als thermische Energiequelle genutzt werden.

Der auf diese Weise verpreßte Schnee wird in der Verdichtungszone am Ende des Druckraums zu dem genannten Eisblock geformt. Da der Druckraum zweckmäßigerweise mit einer frostgeschützten Innenfläche versehen sein kann, wird ein Anhaften von Rost an dem so verpreßten Schnee verhindert. Der in der Verdichtungszone befindliche Eisblock wird durch einen Stoßer aus dem Druckraum ausgestoßen.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind an der Stirnfläche des Druckkopfes bzw. an der Schubfläche des Stoßers Kunstharzbeläge vorgesehen, welche die Trennung des Eisblocks von diesen Flächen erleichtern. Da zudem zweckmäßigerweise der Füllschacht lotrecht geradwandig und nicht trichterförmig ist und eine Innenfläche aufweist, an welcher der Schnee ungehindert entlangzugleiten vermag, kann der eingeworfene Schnee zügig in den Druckraum hineinfallen.

Der aus dem Druckraum herausgedrückte Eisblock ist frei von Feuchtigkeit und Luft, weil in der Verdichtungszone in zweckmäßiger Ausgestaltung Wasser- und Luftauslässe vorgesehen sind, und der Eisblock selbst kann als thermische Energiequelle genutzt werden. Außerdem werden durch diese leicht herausnehmbaren und heraustragbaren Eisblöcke die Arbeitsbelastung vermindert und der Schneeabladeraum weitgehend verkleinert.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Er findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie C-C in Fig. 1,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwi schen Schneedichte und -festigkeit

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Druck und der Schneedichte,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwi schen Schneetemperatur und -dichte,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwi schen Druckhaltezeit und einem Inkrement der Schneedichte,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung zwi schen der Verpreßgeschwindigkeit und einem Dekrement der Schneedichte,

Fig. 10 eine Tabelle zur Verdeutlichung der Ergebnisse der Verdichtung und Verfestigung und

Fig. 11 eine graphische Darstellung der Beziehung zwi schen Druckkopfvorschub und Verdichtungskraft.

Gemäß den Fig. 1 bis 4 ist ein Verstärker-Druckzylinder 2 mit einem Druckkopf 7, einer Kolbenstange 7′ und einer in deren Innerem geführten Hilfs- oder Verstärkerstange 7′′ versehen. Die Kolbenstange 7′ ist dabei am Druckkopf 7 mittels Schrauben 9 über einen Halbring 8 verbunden.

An der Umfangsfläche des Druckkopfes 7 ist eine Einlage 10 vorgesehen, um einen optimalen Abstand zwi schen dieser Umfangsfläche und der Innenfläche eines Druckraums 1 eines quadratischen Querschnitts aufrechtzu erhalten und damit eine Beschädigung dieser Innenfläche zu vermeiden. An der Druck- oder Preßfläche des Druck kopfes 7 ist ein Kunstharz-Belag 11 ange bracht, so daß der zu einem Eisblock 36 verdichtete Schnee 35 sich leicht von der Preßfläche lösen kann.

Der Verstärker-Druckzylinder 2 ist mittels Schraubbolzen 6 am Druckraum 1 befestigt. Gemäß Fig. 1 ist über dem Druck raum 1 ein Füllschacht 3 zum Ein führen von Schnee in ersteren angebracht. Der Füllschacht 3 ist nicht trichterförmig, sondern lotrecht geradwanding ausge bildet, so daß der Schnee ungehindert durch ihn hindurch fallen kann. Gemäß Fig. 4 wird rostgeschütztes, mit rost freiem Stahl belegtes Stahlblech für die Innenfläche a des Druckraums 1 verwendet, um eine Verunreinigung des verdichteten Schnees oder eines Eisblocks mit Rost zu verhindern. Die Innenfläche b des Füllschachts 3 ist mit einem Farbüberzug zur Erleichterung der Gleitbewegung des Schnees versehen.

Der Füllschacht 3 ist mit einem Schieber 25 zum Ver schließen desselben während des Verdichtens des Schnees versehen. Der Schieber 25 ist durch einen Schieber-Zy linder 28 verschiebbar, dessen Kolbenstange 28′ am vorderen Ende mit dem Schieber 25 über ein Verbindungsstück 17 und eine lose Kupplung 18 verbunden ist, um einen Bruch der Kolbenstange 28′ zu vermeiden.

Gemäß Fig. 2 ist eine Leitstange 27 des Schiebers 25 durch je eine von einem Tragrahmen 24 gehalterte, öl imprägnierte Büchse 26 geführt. Durch diese Führung wird ein seitliches Auslenken des Schiebers 25 aufgrund einer auf ihn einseitig einwirkenden Last beim Durchstechen der Schneecharge vermieden.

Ein Stoßer 15 dient zum Ausschieben des durch den Druck kopf 7 in der Verdichtungszone 19 verdichteten Eisblocks 36. Die Schubfläche des Stoßers 15 ist zur Erleichterung der Trennung des Eisblocks 36 von ihr mit einem Kunstharz- Futter oder -Belag 16 versehen.

Eine (jede) Leitstange 13 des Stoßers 15 ist in einer ölimprägnierten Büchse 14 geführt, die in einen Deckel 4 eingesetzt ist, der seinerseits mittels Schraubbolzen 9′ am Druckraum 1 angebracht ist.

Am Deckel 4 ist ein Stoßer-Zylinder 12 angebaut, dessen Kolbenstange 12′ am vorderen Ende mittels eines Ver bindungsstücks 17 und einer losen Kupplung 18 mit dem Stoßer 15 verbunden ist.

Ein Schieber 20 ist längs der Leitnuten 1′ im Druckraum 1 aufwärts und abwärts verschiebbar, wobei an den beiden Seiten des Schiebers 20 angebrachte Futter oder Beläge 21, 22 die leichte und zügige Verschiebung des Schiebers 20 begünstigen.

Gemäß Fig. 3 ist ein Schieber-Zylinder 23 an einem Schie ber-Rahmen 5 angebracht, wobei seine Kolbenstange 23′ mittels eines Verbindungsstücks 17 und einer losen Kupplung 18 mit dem Schieber 20 verbunden ist.

Ein Ölbehälter 31 für eine Hydraulikeinheit (Fig. 1) ist mit dem Druckzylinder 2 mittels einer Leitung 32 über ein Vorfüllventil 30 verbunden.

Gemäß Fig. 3 sind Wasser- und Luftauslässe 37 in Ober- und Unterseite der Verdichtungszone des Druckraums 1 vorgesehen. Ein in Fig. 4 gezeigtes Förderband 34 dient zur Lieferung des Schnees 35 in den Füllschacht 3.

Die Gesamtanordnung ist auf einem gemeinsamen Sockel 33 (Fig. 1) montiert, so daß sie auf einem Lastkraftwagen transportiert bzw. auf diesem betrieben werden kann.

Außerdem ist ein nicht dargestellter Stellungsdetektor vorgesehen, um die einzelnen Zylinder 2, 28, 12, 23 se quentiell ansteuern zu können.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist nachstehend er läutert.

Nach dem Einfüllen von Schnee in den Füllschacht 3 mittels des Förderbands 34 wird der Füllschacht-Schieber 25 ge schlossen, worauf durch Anlegen eines Drucks P (Fig. 2) an den Druckzylinder 2 der im Druckraum 1 befindliche Schnee 35 durch den Druckkopf 7 unter einem Druck von 10-200 bar (kg/cm²) verdichtet wird. Anschließend wird der Schnee 35 in der Verdichtungszone 19 zu einem Eisklumpen oder -block 36 verdichtet; letzterer sollte auf eine Dichte von mehr als 0,6 g/cm³ verfestigt werden.

Nach der Druckreduzierung über ein Ventil R (Fig. 2) im Druckzylinder 2 wird der Schieber 20 geöffnet, so daß der Eisblock 36 mittels des Stoßers 15 aus dem Druckraum 1 herausgeschoben werden kann. Der so ausgetragene Eisblock 36 wird dann mittels eines Lastkraftwagens zu einem Bestimmungsort transpor tiert.

Ein Arbeitszyklus der erfindungsgemäßen Vorrichtung endet mit dem Zurückziehen des Druckkopfes 7 und des Stoßers 15, dem Herabfahren des Schiebers 20 und Öffnen des Füll schacht-Schiebers 25, um Schnee 35 in den Druckraum 1 hineinfallen zu lassen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird elektrisch so ge steuert, daß Eisblöcke 36 automatisch geformt werden, wenn Schnee 35 über den Füllschacht 3 einwandfrei eingegeben worden ist.

Der auf beschriebene Weise verfestigte Eis block 36 sollte eine Dichte von 0,6 g/cm³ oder mehr auf weisen, weil ein solcher Eisblock fest genug ist, um mit tels einer (entsprechenden) Maschine transportiert werden zu können. Insbesondere wurde anhand von Versuchen die in Fig. 5 veranschaulichte Beziehung zwischen der Schnee dichte und der Festigkeit des Eisblocks ermittelt. Bei einer Dichte von 0,6 g/cm³ zeigt der Schnee (bzw. der Eisblock) eine Bruchfestigkeit von 20 bar (kg/cm²). Ein Eisblock mit mindestens dieser Bruchfestigkeit kann ohne jede Beschädigung maschinell transportiert oder gefördert werden.

Die Bedingungen, bei denen ein Eisblock eine Dichte von 0,6 g/cm³ erhält, wurden wie folgt ermittelt: Für eine Schneetemperatur von 0°C, -10°C, -20°C und -30°C ist die jeweilige, dem Druck entsprechende Schneedichte in Fig. 6 dargestellt. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, ist ein Block einer Dichte von 0,6 g/cm³ oder mehr ohne weiteres erzielbar, sofern der Druck im Bereich von 10-200 bar (kg/cm²) liegt. Fig. 7 zeigt die anhand der Ergebnisse von Fig. 6 ermittelte Beziehung zwischen der Schneetemperatur und der Dichte.

Es hat sich gezeigt, daß sich die Dichte des Eisblocks durch Aufrechterhalten des Verdichtungsdrucks vergrößern läßt. Fig. 8 veranschaulicht die diesbezüg lichen Ergebnisse. Hierbei erhöhte sich die Dichte um etwa 0,08-0,12 bar (g/cm²) innerhalb einer Druckhaltezeit von 300 s.

Weiterhin wurde die Beziehung zwischen der Verpreß geschwindigkeit (Vorschubgeschwindigkeit des Druckkopfes 7) und der Dichte untersucht. Wie aus Fig. 9 hervorgeht, zeigt es sich dabei, daß sich die Dichte des Eisblocks mit zunehmender Geschwindigkeit vergrößert.

Ein Eisblock mit einer Dichte von 0,6 g/cm³ oder mehr kann unter den folgenden Bedingungen geformt werden:
Schneetemperatur: 0° bis -30°C; Verpreßgeschwin digkeit: 0,1-150 mm/s; Druckhaltezeit: 0-300 s. Der Verdichtungsdruck, die Verpreßgeschwindigkeit und die Druckhaltezeit können je nach der Temperatur des zu gelieferten Schnees und der geforderten Blockdichte inner halb der oben genannten Bereiche bestimmt werden. Mit anderen Worten: je niedriger die Schneetemperatur ist, um so größer sollte der ausgeübte Verdichtungsdruck sein. Außerdem kann die Dichte durch Verlängerung der Druck haltezeit erhöht werden; durch möglichst langsame Druck beaufschlagung kann zudem ein Block einer hohen Dichte erzielt werden.

Fig. 10 veranschaulicht die bei Änderung der Druckbeauf schlagungsbedingungen erzielten Ergebnisse. Die auf die beschriebene Weise aus Schnee geformten Eisblöcke wurden Rollversuchen, in denen sie auf dem Erdboden gerollt wur den, und Fallversuchen unterworfen, in denen sie aus 50 cm Höhe fallengelassen wurden. Bei den Versuchen er litten die Blöcke keinen Bruch; sie erwiesen sich mithin als transportfähig.

Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen der Schneeverdich tungskraft und dem Druckkopfvorschub. Die erforderliche Schneeverdichtungskraft steigt im Bereich B gemäß Fig. 11 mit zunehmender Verschiebung des Druckkopfes steil an. Zum Anlegen einer zweckmäßigen Verdichtungskraft entspre chend der Kennlinie (Fig. 11) an den Schnee übt der Druck kopf im Bereich A auf den Schnee eine niedrige Verdich tungskraft bei hoher Vorschubgeschwindigkeit aus, während er im Bereich B eine hohe Verdichtungskraft bei niedriger Vorschubgeschwindigkeit ausübt. Der mit der Verstärker stange ausgestattete Verstärker-Zylinder bewirkt den wahlweisen Übergang von einer niedrigen Verdichtungskraft bei hoher Geschwindigkeit auf eine hohe Verdichtungskraft bei niedriger Geschwin digkeit.

Infolgedessen kann der Schnee mit einer zweckmäßigen Ver dichtungskraft entsprechend der Schneeverdichtungs-Kenn linie ohne Erhöhung der Ölpumpen- oder der Motorleistung verdichtet und verfestigt werden, wodurch die Produktions leistung verbessert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermag somit Schnee eines sehr großen Volumens zu einem Eisblock zu verdichten, wo durch es möglich wird, den Schnee in fester Form mechanisch transportabel zu machen, den Schneeabladeraum sowie die Kosten für die Räumung und Beseitigung des Schnees auf jeweils weniger als ein Drittel der bisherigen Größen zu reduzieren und damit nahegelegene Abladeplätze zu nutzen; hierdurch wird eine entsprechende Senkung der Transportkosten erreicht.

Die thermische Energie von Schnee, der den geringsten Nutzwert bietet, kann genutzt werden; der Schnee kann auch als Wasservorrat genutzt werden.

Die Erfindung bietet somit einen hervorragenden Nutz effekt für schneereiche Gegenden.

Darüber hinaus kann der Schnee wirksam bzw. wirtschaft lich verfestigt werden, weil Schnee einer Temperatur im Bereich von 0° bis -30°C unter den folgenden Bedingungen verdichtet und verfestigt wird: Verdichtungsdruck: 10- 200 bar (kg/cm²); Verpreßgeschwindigkeit: 0,1- 150 mm/s; Druckhaltezeit: 0-300. Infolgedessen wird es möglich, die thermische Energie des Schnees zu nutzen und gleichzeitig den Schnee wirtschaftlich zu räumen und zu beseitigen bzw. abzulagern.

Claims

1. Vorrichtung zum Druckverfestigen von Schnee, mit
einem Druckraum (1) zum Verformen von Schnee zu druckverfestigten Eisblöcken (36) darin,
mit
einem an einem Ende des Druckraums angeordneten Druckkopf (7) zum Beaufschlagen des Schnees mit Druck in dem Druckraum (1),
einer an dem Druckraum (1) angebrachten Zufuhreinrichtung (3) zum Zuführen des Schnees in den Druckraum (1) und
einer Öffnungseinrichtung (20), die zum Ausbringen von verdichteten Eisblöcken (36) aus dem Druckraum (1) geöffnet werden kann und die in einer Schnee- Verdichtungszone (9) an dem anderen, dem vorgenannten Ende gegenüberliegenden Ende des Druckraumes (1) angeordnet ist,
wobei die Schnee-Verdichtungszone (19) des Druckraumes (1) mit Wasser- und Luftauslässen (37) versehenn ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckkopf (7) mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 150 mm/s verschiebbar ist,
daß an dem einen Ende des Druckraums (1) ein Druckzylinder (2) montiert ist, wobei eine in dem Druckzylinder (2) geführte Kolbenstange (7′) mit dem Druckkopf (7) verbunden ist und in dem Druckraum einen Druck von 10 bis 200 kp/cm² erzeugbar ist und
daß der druckverfestigte Schnee eine Dichte von mindestens 0,6 g/cm³ aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhreinrichtung einen senkrechten Füllschacht (3) zur Schneezufuhr in den Druckraum (1) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfläche des Druckkopfes (7) und/oder die Schubfläche des Stoßers (15) mit einem Kunstharz-Belag (11; 16) versehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzylinder (7) eine Verstärkung (7′′) aufweist und wahlweise auf den Schnee eine niedrige Verdichtungskraft bei hoher Vorschubgeschwindigkeit des Druckkopfes (7) und eine hohe Verdichtungskraft bei niedriger Vorschubgeschwindigkeit des Druckkopfes (7) auszuüben vermag.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckhaltezeit von 0 bis 300 s einstellbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnee mit einer Temperatur von 0 bis -30°C in die Druckkammer einfüllbar ist.