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Verfahren zum Tiefkühlen von Maschinenteilen Die :ltiwendung tiefer
Temperaturen hat in den letzten fahren auch in der Fertigungstechnik Eingang gefunden
und das Bedürfnis nach einfachen \"erfahren und Einrichtungen zur Erzeugung von
Temperaturen im Bereich -6o bis -8o° C ge-\veckt. Bei der Schrumpfverbindung zweier
Maschinenteile z. B. hat sich die Kaltschrumpfung gegenüber der Warmschrumpfung
mehr und mehr durchgesetzt. <1a u. a. die Werkstoffeigenschaften beim @11>kiihlen
auf tiefe Temperaturen weniger der Gefahr einer ungünstigen Beeinflussung ausgesetzt
sind als leim Erwärmen auf hohe Temperaturen. 1n anderen Fällen kommt es darauf
an, zur Beschleunigung von Alterungserscheinungen die Werkstücke Temperaturen weit
unter der nor= malen Raumtemperatur auszusetzen oder durch mehrmaliges Abkühlen
und Wiedererwärmen künstlich innere Spannungen im Werkstück zu erzeugen, um Schwächen
oder Fehlstellen aufzufinden.
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Zur Erzeugung der tiefen Temperaturen standen bisher maschinell betriebene
Kältemaschinen, flüssige Luft oder C02-Eis, auch Trockeneis genannt, zur Verfügung.
Tiefgefrieranlagen oder Tiefkühlschränke, die nach dem Kompressions- oder Absorptionsverfahren
arbeiten, stellen bei den
gewünschten Tieftemperaturen verhältnismäßig
empfindliche und kostspielige Einrichtungen dar, die für den normalen Werkstattbetrieb
wenig geeignet sind. Flüssige Luft ist im Gebrauch verhältnismäßig teuer, verträgt
keine Transporte auf weitere Strecken und ist deshalb nur in seltenen Fällen anwendbar.
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Am besten hat sich das C03-Eis eingeführt, dessen Temperatur von etwa
-78°' C für fast alle Zwecke ausreicht und dessen einfache Handhabung den Bedürfnissen
der Werkstatt am besten entspricht.
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Die weitere Verbreitung und Anwendung von C03-Eis für die angedeuteten
Zwecke wird zur Zeit noch dadurch behindert, daß dieses Produkt nur von wenigen
Werken und in unzureichenden Mengen hergestellt wird. Außerdem läßt Trockeneis infolge
seiner hohen Verdampfungsverluste Transporte über größere Entfernungen nicht zu,
zumal wenn es sich, wie in den angeführten Fällen, nur um verhältnismäßig geringe
Mengen handelt.
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Es besteht die Möglichkeit, Trockeneis am Verbrauchsort selbst aus
flüssiger, in Stahlflaschen bezogener C03 herzustellen; die hierzu notwendige Einrichtung
ist aber ziemlich umfangreich. Eine solche Anlage kann nur wirtschaftlich arbeiten,
wenn größere Mengen, z. B. 20 bis 30 kg/h, hergestellt werden sollen.
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Ein anderer Weg, sich vom Bezug des Trockeneises unabhängig zu machen,
besteht darin, daß man in bekannter Weise durch einfache Entspannung flüssig bezogener
Kohlensäure C03-Schnee erzeugt und diesen unmittelbar zur Kühlung der Maschinenteile
verwendet. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß sehr große Mengen flüssiger
C03 notwendig sind, um i kg Schnee zu erzeugen, da praktisch, je nach der Temperatur
der flüssigen CO., nur etwa io bis i5o/o der Flüssigkeit in Schnee übergeführt
werden können, während der Rest bei der Entspannung dampfförmig in die Atmosphäre
entweicht.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Tiefkühlung
von Maschinenteilen und Werkstücken mittels CO.-Schnee, das mit einer verhältnismäßig
einfachen Einrichtung ausgeführt werden kann und den Bedürfnissen der Werkstatt
in bezug auf Wirtschaftlichkeit und Einfachheit der Bedienung entspricht.
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Das Verfahren beruht darauf, daß tief unterkühlte flüssige C03 in
einer Düse oder ähnlich wir= kenden Entspannungsvorrichtung in C03-Schnee verwandelt
und dann unmittelbar in einen isolierten Behälter geblasen wird, der zur Aufnahme
der abzukühlenden Teile dient. Das Verfahren sei an Hand der schematischen Zeichnung
einer entsprechenden Einrichtung erläutert: Eine normale, einstufige Kältemaschine
i mit Verflüssiger 2 und Reguliereinrichtung 3 ist an einem Wärmeaustauscher 4 angeschlossen,
der, wie im Schema gezeichcre°t, lr°ishielsweise als Doppelrohrschlange ausgebildet
werden kann und dessen eine Schlange 5 als Verdampfer der Kältemaschine arbeitet.
Durch die andere Schlange 6 fließt die zu unterkühlende flüssige CO2, die einer
oder mehreren zu einer Batterie vereinigten Transportflaschen 7 entnommen wird.
Je weiter die flüssige C03 unterkühlt wird, um so geringer sind. die Verdampfungsverluste
beim Entspannen zwecks Schneebildung. Mit Rücksicht auf die Einfachheit der Apparatur
ist es aber zweckmäßig, die Unterkühltemperatur auf etwa -30° C zu beschränken,
da die hierzu notwendige Verdampfungstemperatur von etwa -35 bis -¢o° C noch mit
einstufigen Kältemaschinen zu erreichen ist und normale Serienmaschinen verwandt
werden können. Da die im Handel erhältliche flüssige C03 fast niemals vollständig
wasserfrei ist, . besteht die Gefahr, daß ausgefrorene Wassereiskristalle Verstopfungen
in Ventilen und> Düsen hervorrufen. .Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, zwischen
Wärmeaustauscher und Entspannungsvorrichtung einen Abscheider 8 einzubauen, in dem
an einem Sieb 9 die Eiskristalle zurückgehalten werden. Bei Stillstand der Anlage
schmilzt das Eis, und das Wasser kann durch ein Entleerungsventil io abgelassen
werden.
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Die eigentliche Entspannung der flüssigen CO.,
die bei einer
Temperatur von -30° C noch unter einem Druck von etwa 15 ata steht, findet in einer
Düse oder ähnlichen Entspannungsvorrichtung i i statt. Vor der Düse wird zweckmäßig
ein Absperrventil 12 in die Leitung eingebaut. Der bei der Entspannung der flüssigen
C03 entstehende CO. -
Schnee- wird in einen gut isolierten Behälter 13 geblasen,
in den vorher die zu kühlenden Teile eingebracht werden können. Diese Behälter für
das zu kühlende Gut können auswechselbar und transportabel eingerichtet werden,
so daß nacheinander mehrere Behälter mit C03-Schnee gefüllt und bei Benutzung für
zu schrumpfende Teile z. B. an. die verschiedenen Montagestellen gebracht werden
können. In der Behälterwand sind an zweckentsprechenden Stellen Öffnungen vorzusehen,
durch die bei der Entspannung der flüssigen CO,
entstehenden Dämpfe entweichen.
Da der CO. -
Schnee unter Druck aus der Düse austritt, wird er mit großer
Geschwindigkeit in den Behälter hineingeblasen urnd füllt auf diese Weise die Zwischenräume
zwischen den zu kühlenden Teilen gut aus. Auf diese Weise wird eine innige Berührung
zwischen dem Kühlgut und dem C03-Schnee hergestellt, und die Abkühlung der Teile
geht sehr schnell vonstatten. Die entstehenden CO.-Dämpfe, die ebenfalls die tiefe
Temperatur des C02-Schnees haben, tragen ebenfalls zur Abkühlung der Teile bei.
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Das Verfahren hat. gegenüber den bisher gebräuchlichen folgende Vorteile:
Da als Ausgangsstoff flüssige, in Stahlflaschen bezogene CO, verwendet wird, die
weite Transportwege und Lagerung über lange Zeiträume verträgt, können auch weit
von einem Trockeneiswerk entfernt liegende Werkstätten das Verfahren anwenden.
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Trockeneis kann nur in Blöcken bezogen werden; um zwecks schneller
Abkühlung eine innige Berührung mit den Maschinenteilen zu erhalten, muß der Block
zerkleinert und fein gemahlen werden.
Dieser Mahlprozeß, der große
Verdampfungsverluste mit sich bringt, erübrigt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren.
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Durch tiefe Unterkühlung der als Ausgangsstoffe dienenden flüssigen
C02 können die beim Entspannen entstehenden Verdampfungsverluste in wirtschaftlich
tragbaren Grenzen gehalten werden. Bei Unterkühlung auf etwa -30° C z. B. wird,
wie durch Versuche festgestellt wurde, eine praktische Schneeausbeute von etwa .45°/o
erreicht, gegenüber io bis i5o/o bei Entspannung nicht unterkühlter flüssiger C02.
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Zur Unterkühlung der flüssigen C02 können normale einstufige Kältemaschinen
verwandt werden, während für Einrichtungen zur Herstellung von Trockeneisblöcken
Spezialkompressoren gebraucht werden, die normalerweise nicht serienmäßig hergestellt
werden und deshalb größeren Aufwand an Kosten und Arbeitszeit erfordern.
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Für die Werkstatt gestaltet sich das Verfahren dadurch besonders einfach,
daß die abzukühlenden Teile in transportable, gut isolierte Kisten gelegt werden
können, in die nach Anschluß an die Schneeerzeugungseinrichtung die erforderliche
Menge C02-Schnee eingeblasen wird, worauf die Kisten an die Montagestellen gebracht
werden können.