DE8621949U1

DE8621949U1 - Aggregat zum Erstellen einer sauerstoffreien Arbeitsatmosphäre

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Publication number: DE8621949U1
Application number: DE8621949U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-08-16
Filing date: 1986-08-16
Publication date: 1987-04-30

Description

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Beschreib Un q

Einrichtungen zum Erstellen einer sauerstoffreien oder, genauer gesagt, eine möglichst sauerstoffarmen Arbeitsatmosphäre sind vielfach bekannt. In der Metallschmelze dient eine Stickstoff- oder Argonatmosphäre dazu, Oxydationen zu vermeiden oder an einer unteren Grenze abzugrenzen. Räume, die feuersicher zu gestalten sind, sind mit Druckbehältern verbunden, die komprimierten Stickstoff, Kohlensäure o.dgl.Inertgase enthalten und deren Ventile sich beim übersteigen einer gewissen Temperaturgrenze öffnen. In Besonders gefährdeten Räumen werden manchmal Halone (halogenisierte Kohlenwasserstoffe) eingesetzt, inertgase werden auch als Treib- und Schutzgase in Lackieranlagen verwendet, um Oxydationen am Lack zu vermeiden oder zumindest zu begrenzen. Jedoch sind alle bisher bekannten Inertgase durchweg recht kostspielig und ihren Einsatz entsprechend sparsam.

Nachdem ein dauerhaftes Auftragen von Metallschichten auf nicht-metallische Werkstücke durch die DE-PS 21 42 474 (Aufsprühen geschmolzenen Metalls z.B.auf Kunststofflachen) bekannt worden war, und es sich gezeigt hatte, daß die derart aufgesprühten Metallflächen beim Aufsprühen erheblich oxydierten und sinterähnlich porig wurden, entstand das Bedürfnis, den Aufsprühvorgang in einer sauerstoffarmen Arbeitsatmosphäre ablaufen zu lassen. Durch den Einsatz von Inertgasen (Argon und Helium) erreichte man zwar eine

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etwas homogenere Metalloberfläche? die Kosten der Inertgase verbieten jedoch einen hinreichenden Einsatz als das Sprühgebiet einhüllendes Schutzgas.

Eine in der DE-OS 32 33 925 beschriebene Erfindung versucht ss, ohne Einsatz von aufwendigen Inertgasen die beschriebenen Mangel an der Pioniererfindung DE^ePS 21 42 474 zu beheben, um eine öxydieruhg des aufgesprühten Metalls Während des Sprühvörganges zu verhindern, wurden in eine allseits abgeschlössene Arbeitskabine Verbrennungsabgase einer Erdgasverbrennung eingeleitet. Das Aufsprühen erfolgte in dieser Kabine, und die Verbrennungsabgase fanden in einem Kreislauf im komprimierten Zustand Verwendung als Treibgase für die Lichtbogen-Spritzpistole. Hier wurden erstmals Verbrennungsabgase als praktisch sauerstoffreie Treib- und Schutzgase im Spritzverfahren eingesetzt.

Ganz abgesehen davon, daß die Arbeit in der Spritzkabine recht mühsam war - die Bedienungsperson streckte durch Muffen die Hände in die Kabine und steuerte hier die Spritzpistole, und wegen des beschränkten Kabinenraums konnten naturgemäß nur kleinere Werkstücke bearbeitet werden - war der Fortschritt in bezug auf die Qualität der aufgesprühten Oberfläche zwar sichtbar, aber nicht befriedigend. Neben Flächenabschnitten mit feinen Poren erstreckten sich wahllos Abschnitte mit gröberen Poren. Das Ergebnis war dem vorhin geschilderten Ergebnis mit Edelgas als Treibgas ähnlich,

In der Industrie kamen Verbrennungsabgase als Treib- oder Schutzgase weder bei der Metallschmelze

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noch im Lackierverfahren zur Verwendung, sicherlich aus den erwähnten Gründen. Weil der Treib- bzw. SchutzgäsdrUck dauernd schwankte, konnte einmal mehr und einmal weniger Atmosphärenluft mit eindringen; das Ergebnis blieb ungleichmäßig. Die Druckschwankungen an der Spritzpistole wirkten auf den Gasbrenner zurück und störte den Verbrennungsvorgang; bei größeren Druckschwankungen (Gegendruck) konnte der Brenner sogar erlöschen, so das es nur begrenzt möglich war, ein automatisches System zu schaffen. Die Verwendung von Verbrennungsgasen als Feuerlöschgase fielen damit von vornherein aus.

Die vorliegende Erfindung geht von dem in der DE-OS 32 33 925 beschriebenen Stand der Technik aus. Der Erfinder hat sich zur Aufgabe gesetzt, die Mangel, die an dieser älteren Erfindung sowie an der bekannten Verwendung von Inertgasen als Schutz- und Treibgase haften, zu beseitigen und ein Verbrennungsgas als neutrales Treib- und Schutzgas zu schaffen, das in bezug auf Druck und Konsistenz an der Verwendungsstelle stets gleichbleibend ist, sich preiswert in beliebig große Mengen erzeugen läßt und problemlos überall einsetzbar ist.

Diese Erfindungsaufgäbe wird durch den Einsatz der in den Ansprüchen beschriebenen technischen Kittel gelöst.

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Ausführungsbeisplel

Anhand der Zeichnung wird in der Folge ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und erläutert.

Die Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Aggregat S zur Erzeugung einer praktisch säuerstoffreien Arbeitsatmosphäre, systematisch aufgegliedert und in einer Seitenansicht.

Das Ausführungsbeispiel ist vorrangig auf die Erstellung von Treib- und Schutzgas für eine Spritzpistole bezogen, mit der geschmolzenes Metall oder Keramik auf ein Werkstück aufgetragen wird; das Aggregat ist jedoch in der gleichen Gestalt für alle in Frage kommenden industrielle Zwecke verwendbar.

Der Gasbrenner 1, ein handelsüblicher Brenner z.B.für Zentralheizungsanlagen, wird über eine Gasleitung 2 mit Erdgas oder Propangas versorgt. Moderne handelsübliche Brenner sind vom Her- ·) Stellerwerk so eingestellt, daß bei der Verbren-

nung kein Kohlenmonoxyd (CO) entsteht; in allen weiteren Überlegungen kann man also von CO absehen.

Angesaugt von dem Sauggebläse 3 bewegen sich die CO-freien Verbrennungsabgase von der Verbrennungskammer 4 und das Flammrohr 5 in eine Kühlanlage 6, wo sie in bekannter Weise abgekühlt werden. Die Verbrennungskammer 4 und das Flammrohr 5 sind von einem Wärmetauscher 7 eingehüllt; die

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im Wärmetauscher erzeugte; Wärme kann über Wärmaleitungen 8 einer anderweitigen Nutzung zugeführt werden (Raumheizung, Warmwasserbereitung u.s.w.).

In der Kühlanlage 6 kann - wenn zweckdienlich - ein |

Gasfilter (nicht gezeichnet) angeordnet sein. Die ^

nunmehr abgekühlten Verbrennungsabgase strömen aus 1

der Kühlanlage 6 durch das Verbindungsrohr 9 und &psgr;

das Sauggebläse 3 in eine Expansionskammer 10, in ?

welcher ein Druck herrscht, der geringfügig über |

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+20 - 30 mbar). Da das Sauggebläse 3 einen Druck j

von etwa 300 mbar erzeugt (Pilotgerät), expandieren \

die Verbrennungsgase beim Eintritt in die Expansionskammer 10; der Wasseranteil kondensiert teilweise, und die schwereren Teile des Gase sinken nach unten.

Der Kompressor 11 saugt die Verbrennungsgase aus der Expansionskammer 10 heraus und komprimiert sie auf den Arbeitsdruck der Spritzpistole, die (nicht f gezeichnet) an der Gasleitung 12 angeschlossen ist. Dieser Arbeitsdruck liegt zwischen 2 und 6 bar.

Am Verbindungsrohr 9 sind ein CO₂-Meßgerät 13 und ein Drosselventil 14 angeordnet. In der Expansionskammer 10 befinden sich zwei vertikal ausgerichtete Ausgleichsrohre 15,16, die mit ihren kragenförmigen bodennahen Endstücken 17,18 kurz über dem Boden 19 der Expansionskammer 10 enden. Die beiden Ausgleichsrohre 15,16 treten nach oben hin aus der Expansionskammer 10 heraus; sie sind hier zu einem einzigen Rohr 20 Ws; nigt, das in einen Schornstein oder sonstigen Abzug mündet. Die Anzahl der Ausgleichsrohre hängt vom offenen Querschnitt

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der Expansionskanuner 10 ab; die Gesamtsumme der Rohrquerschnitte muß gleich dem Querschnitt der Eintrittsöffnung des Verbindungsrohrs 9 in die Expansionskammer 10 sein, ebenso muß das Sammelrohr 20 diesen Querschnitt aufweisen.

Das Sammelrohr 20 ist mit einem Drosselveatil 21 einem Rückschlagventil 22 versehen; das Rückschlagventil 22 soll verhindern, daß ein Sturmböe o.dgl. durch den Schornstein sauerstoffhaltige Außenluft in die Expansionskammer hineindrücken könnte.

An der Mitte des leicht konisch ausgebildeten Bodens 19 der Expansionskammer 10 befindet sich ein Ablaufrohr 23 mit Ventil 24; das Ablaufrohr 23 dient dem Ablauf von Kondenzwasser, aber auch einem Druckausgleich beim Überdruck. Bei größeren Expansionskammern kann am Ablaufrohr 23 auch ein Rückschlagventil (nicht gezeichnet) angebracht sein.

Das erfindungsgemäße Aggregat funktioniert wie folgt: die von dem Gebläse 3 durch den Wärmetauscher 7 und die Kühlanlage 6 bewegten Verbrennungsabgase stehen beim Verlassen des Sauggebläses 3 unter einem Druck von 200 bis 300 mbar über dem Druck der Außenatmosphäre (Werte des Pilotaggregats, können in anderen Anlagen anders sein)» Beim Eintritt der Verbrennungsgase in die Expansionskammer 10, in welcher ein Druck von rd.20 bis 50 mbar herrscht, kondensieren viele Wasserdampfteile und sammeln sich auf dem Kammerboden 19. Auch die schwereren Teile der Verbrennungsabgase sinken nach unten, darunter verbliebene Sauerstoffreste; sie werden unter Einfluß des schwachen Überdrucks

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durch die Ausgleichsrohre 15,16 und das Sammelrohr 20 in die Außenatmosphäre transportiert.

Aus der praktisch druckfreien Expansionskammer 10 werden die Verbrennungsabgase in den Kompressor 11 hineingesaugt und bis zum Arbeitsdruck (für die Spritzpistole des Pilotaggregats bis 6 bar) komprimiert.

Die erfindungsgemäße Wirkung der Expansionskammer 10 wird durch Steuerung der Druckverhältnisse erzielt. Die oben erwähnten Druckwerte geben hierzu nur einen Hinweis; entscheidend ist das Prinzip, daß während der Funktion des Aggregats Atmosphärendruck bzw. ein geringer Sicherheitsüberdruck herrscht. Dieses wird durch entsprechende Einstellung der Drosselventile 14,21 sowie gegebenenfalls des Ventil« 24 und der Drehzahl des Sauggebläses erreicht. Der Verbrennungsvorgang wird am CO₂-Meßgerät 13 kontrolliert.

Die Steuerung der Druckverhältnisse über die Drosselventile 14,21 und das Ventil 24 wird dadurch erleichtert, daß der Gesamtquerschnitt der Ausgleichsrohre 15,16 und der Querschnitt des Sammelrohres 20 dem Eintrittsquerschnitt des Verbindungsrohres 9 gleicht.

Bei einem Aggregat, das nur eine einzige oder vielleicht zwei oder drei Spritzpistolen mit Treib- und Schutzgas versorgt, kann die Drucksteuerung und Drucküberwachung von einer der Bedienungspersonen ausgeführt werden. In diesem Ausführungsbeispiel sind mit Spritzpistolen für das Aufsprühen geschmolzenen Metalls oder Keramik Lichtbogenpistölen gemeint;

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jedoch können die Verbrennungsgase auch als Treib- und Schutzgas für Gasspritzpistolen verwendet werden.

Bei einem als Zentrale für mehrere Arbeitsstätten angeordneten Großaggregat, in welchem Schutz- und Treibgas in größerem Rahmen erzeugt wird, entweder für eine Vielzahl von Spritspistolen oder zu anderen Zwecken, wo ein billiges Inertgas in gioßen Mengen gefragt wird (Metallschmelzen), ist es zweck- '■ ) 10 mäßig, das Aggregat mit einer automatischen Drucksteuerung auszurüsten. Beispielsweise kann eine solche Drucksteuerung von einem Drucksteuerautomaten 25 (an der Expansionskammer gestrichelt angedeutet) ausgeführt werden, der die Ventile 14,21,24 so steuert, daß in der Expansionskammer 10 stets ein schwacher überdruck (20 - 50 mbar) herrscht.

Soll das Aggregat als Feuerlöschanlage arbeiten, wird es über Zuleitungen 12 mit den abzusichernden Räumen verbunden; der Gasbrenner 1 wird mittels temperaturgeßteuerter Schalter (nicht gezeichnet)

von den einzelnen Räumen aus eingeschaltet. Gegen- ' über den bekannten Inertgasloschanlagen bietet das

erfindungsgemäße Aggregat den Vorteil, daß in der Praxis jede Menge Verbrennungsgas zur Verfügung steht; die verfügbare Menge pro Seiteinheit hängt nur von der Kapazität der Anlage ab. Der Zeitraum der Wirksamkeit ist unbegrenzt. Da in der Verbrennungsgasleitung 5,9 zwischen Gasbrenner 1 und Expansionskammer 10 keine Druckscliwankungen und kein Druckstau möglich ist, wird der gasbrenner 1 in allen Situationen zuverlässig arbeiten, kann also

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auch ohne Aufsicht automatisch geschaltet werden*

Das Prinzip der Erfindung geht aus deft*. Ausführüngsbeispiel klar hervor. Das Sauggebläse 3, die Verbindungsleitung y una das Flammrohr 5 stellen mit dem Gasbrenner 1 ein geschlossenes System dar, das etwa wie eine übliche Zentralheizung funktioniert.

''■"* Der in einer Zentralheizung vom Schornstein geschaffene Luftzug wird vom Sauggebläse simuliert, indem Saugdruck und Rohrdimension5n 5,9 entsprechend dimensioniert sind. Die Verbrennung erfolgt mithin ruhig und zuverlässig, eben wie in einer üblichen Zentralheizung, jedoch noch ruhiger, da ohne Druckrückschläge im Schornstein.

Für den Kompressor stellt die Expansionskammer 10 eine vom Gasbrenner 1 getrennte, aus Verbrennungsgase bestehende "Atmosphäre" dar; er arbeitet also, als ob er ruhige Außenatmosphärenluft komprimierte. Auch hier ist kein Raum für Druckschwankungen im

^ Zufuhrbereich, und die beim Auftreffen des Spritz-

Strahls auf das Werkstück entstehenden Druckrückschläge enden an der Spritzpistole; sie können nie auf den Brenner zurückwirken. Wesentlich ist nur, daß der Druck in der Expansionskammer etwa konstant kurz über dem Druck der Aüßenatmösphäre gehalten wird.

1. Liste der Bezugszeichen

2. Eine Zeichnung

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Liste der Bezugszeichen

1 Gasbrenner

2 Gasleitung (Erdgas, Propangas)

3 Sauggebläse

4 Verbrennungskammer

5 Flammrohr

6 Kühlanlage

7 Wärmetauscher

( ) 8 Wärmeleitungen des Wärmetauschers

9 Verbindungsrohr Kühlanlage 6-Expansionskammer 10

10 Expansionskammer

11 Kompressor

12 Zufuhrleitung zur Spritzpistole bzw.

zum sonstigen Verwendungsort

13 CO₂-Meßgerät

14 Drosselventil am Verbindungsrohr 15,16 Druckausgleichsrohre in der

Expansionskammer 10

,-·, 17,18 kragenförmige Endstücke

^v der Ausgleichsrohre 15,16

19 Boden der Expansionskammer 10

20 Sanunelrohr der Druckausgleichsrohre 15,16

21 Drosselventil am Sammelrohr 20

22 Rückschlagventil am Sammelrohr

23 Wasserablaufrohr am Kammerboden

24 Ventil am Wasserablaufrohr 23

25 automatische Drucksteuerung

Claims

Schutzansprüchs

1. Aggregat zum Erstellen einer praktisch sauerstofffreien Arbeitsatmosphäre, itidem ein Brennstoff wie Erdgas, Propangas o.dgl.im Zuge eines Verbrennungsvorganges, z.B. in einem handelsüblichen Gasbrenner, in praktisch sauerstoffreie Verbrennungsabgase verwandelt wird, die anschließend in einem Kompressor verdichtet und an den Verwendungsort weitergeleitet werden, beispielsweise als Treib- und Schutzgas für eine Spritzpistole zum Aufsprühen geschmolzenen Metails oder Keramik auf ein nicht-metallisches oder metallisches Werkstück, als Treib- und Schutzgas für die Sprüheinrichtung einer Lackiererei oder als Schutzgas bei einem Metallschmelzvorgang,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gasbrenner (1) und dem Kompressor (11) eine Expansionskamm? (10) angeordnet ist, in welcher ein Druck herrscht, der dem Druck der Außenatmosphäre gleicht oder geringfügig höher als dieser ist.

2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Expansionskammer (10) um 20 bis 50 mbar höher ist als der Druck der Außenatmosphäre .

3. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionskammer (10) mindestens ein in die Freie führendes Druckausgleichsrohr (15,16,20) enthält.

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4. Aggregat nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw.die Druckausgleichsrohre (15,16,20) insgesamt den gleichen offenen Querschnitt aufweisen wie das Verbindungsrohr (9) zum Brenner (1) am Eintritt in die Expansionskamraer»

5. Aggregat nach Ansprüchen 1 und 4, dadurch giskennzeichnet, daß sowohl das Verbindungsrohr (9)

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10 Drosselventil (14,21) versehen sind.

6. Aggregat nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgleichrohr (20) ein Rückschlagventil (22) angeordnet ist.

7. Aggregat nach Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Verbindungsrohr (9) ein

CO₂-Meßgerät angeordnet ist.

8. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (4) von einer Wärmetauschanlage (7,8) eingehüllt ist und das Flammrohr (5) in eine Kühlanlage (6) mündet.

9. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Expansionskammer (10) ein die Drosselventile (14,21), das Ventil (24) ces Wasserabflußrohrs (23) und die Drehzahl des Saug"gebläses(3) und des Kompressors (11) steuerndes automatisches Steuergerät (25) angebracht ist.