DE1792260C3 - Einrichtung zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen aus CO₂-EiS gebildeten stangenartigen Formkörper,

nie Erfindung befaßt sich ferner mit der Einrichtung zum Herstellen der stangenartigen Formkörper mit hin- und hergehenden Kolben, Druckkammer und Kopf mn Durchgang, durch den das CO₂-EJs gedrückt

il

ίο

Es ist bereits durch die US-PS 3098361 bekanntgeworden, kegelstumpfförmige oder zylindrische Formkörper herzustellen, deren Länge ungefähr der doppelten Länge eines mittleren Durchmessers entspricht. Derartige Formkörper zur besseren Wärmeübertragung in kleinere Teilstücke zu zerteilen, ist schwierig. Außerdem neigen solche Formstücke besonders während des Versandes zum Zusammenbakken, worauf dann ein Zerkleinern praktisch unmöglich wird.

Ferner ist die Herstellung stangenartiger Formkörper gleichen Querschnitts durch die US-PS 3 077081 bekanntgeworden. Auch hier ist die Trennung in kleinere Stücke schwierig, da irgendwelche Bruchstel-Ien nicht vorbereitet sind. Das Zerteilen in eine Vielzahl von Teilstücken ist nach einem Zusammenbacken praktisch ausgeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, dem eingangs erwähnten Formkörper eine solche Gestalt zu geben., daß die Formkörper, auch wenn ein tcilwcises Zusammenbacken auftreten sollte, leicht in verhältnismäßig kleine Einzelstücke schon bei Auftreffen auf einen anderen Körper oder einen anderen Stoff zerbrechen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei dem eingangs erwähnten Formkörper dadurch gelöst, daß er einen z.-ntralen Kern und sich ungefähr radial erstreckende, ringförmige Vorsprünge hat, die im wesentlichen in gleichmäßigem Abstand entlang dem Kern angeordnet sind. Durch diese Formgebung erhalt der Formkörper hintereinander zwischen den Vorsprüngen vorbereitete Bruchstellen, an denen der Formkörper ohne weiteres in kleine Teilstücke teilbar ist. Diese Teilbarkeit bleibt auch erhalten, wenn die Formkörper einem gewissen Zusammenbacken unterliegen. Ein derartiger Formkörper eignet sich auch zur kontinuierlichen Endlosfertigung, weil nach Extrudieren einer kleinen Länge ein kurzes, mit mehreren Bruchstellen versehenes Stück / bbricht, das dann den erfindungsgemäßen Formkörper bildet.

Es sind auch Einrichtungen bekannt, um die eingangserwähnten bekannten Formkörper herzustellen.

So zeigt die US-PS 3 (WX 361 eine Presse, in deren Gestell zwei bewegliche Stößel aufeinanderzu beweglich sind. Der ein< trägt einen Kopf, der mit als Formen dienenden Durchgängen versehen ist. Aus einem zwischen den Stößeln angeordneten Vorrat von CO,-Eis wird ein Teil desselben bei Bewegung der beiden Stößel aufeinandeizu in die Formen eingepreßt. Durch Ausstoßen aus den Formen erhält man dann die gewünschten Formstücke, die in ihrer Gestalt genau den Formen entsprechen. Die Durchgange des Kopfes sind dabei entweder konisch oder zylindrisch, gegebenenfalls auch hohlzylindrisch.

Stangenartige Formstücke werden durch eine andere bekannte Einrichtung nach der US-PS 3O77OXI hergestellt. Hier sind in einem Zylinder zwei aufeinanderzu bewegliche Kolben angeordnet. Oherhalbdes unteren Kolbens ist ein Ahstandsring angebracht und über diesem eine Kopfplatte, so daß unterhalb der letzteren ein Freiraum vorhanden ist. Die Kopfplatte hat eine Vielzahl von konischen Durchgängen, deren Querschnitt dem Freiraum zu abnimmt. Oberhalb der Kopfplatte wird in einer Druckkammer ein Block aus CO₂-EiS angeordnet. Bewegt sich nun der obere KoI-bcn auf den Eisblock zu oder bewegen sich beide Kolben aufeinanderzu, so wird das Eis des Blockes durch die düsenartigen Durchgänge hindurch als zylindrische Stangen extrudiert, deren Länge ungefähr der

Tiefe des Freiraums entsprechen kann.

In bezug auf die Einrichtung hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, den Kopf so auszubilden, daß beim Durchgang des Eises durch die Durchgänge im Formkörper vorbereitete Bruchstellen entstehen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei der eingangs genannten Einrichtung dadurch gelöst, daß mindestens ein Durchgang vorgesehen ist, dessen Innenwand der Austrittsseite zu, längs mindestens eines Wandteils divergierend ist und durch den das CO,-Eis mittels einer Druckvorrichtung hindurchdrückbar ist.

Diese Form der Durchgänge mit einer Engstelle und einer Vergrößerung des Querschnittes von dieser Engstelle ab in Durchgangsrichtung ist ursächlich für die erfindungsgemäße Gestalt der Formstücke, die zwischen Vorsprüngen eine Einschnürung aufweisen, an der die Formstücke mit geringer Kraft zerbrochen werden können. Diese Art der Herstellung eignet sich auch in besonderem Maße für eine kontinuierliche Fertigung, wie dies bereits oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Formkörper erwähnt wurde.

Verbesserungen der Gestalt des Formkörpers und der Einrichtung gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 und 3 bzw. 5 bis 9 im einzelnen aufgeführt.

In der nachfolgenden Beschreibung sind im Zusammenhang mit der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Einrichtung, mit deren Hilfe die aus CO₂-EiS gebildeten Formkörper gemäß der Erfindung hergestellt werden können,

Fig. 2 eine Teildraufsicht auf den Kopf der Einrichtung nach Linie 2-2 der Fig. 1 in größerem Maßstab als Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2.

Fig. 4 eir.on Teillängsschnitt durch den Kopf der Einrichtung gemäß Fig. 1 in größerem Maßstab als diese zur Darstellung, wie die Formkörper ausgestoßen werden,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen abgewandelten Kopf der Einrichtung,

Fig. 6 eh.eschaubildlichc Ansicht des Formkörpers gemäß der Erfindung,

Fig. 7 einen Schnitt nach Linie 7-7 der Fig. (S.

Fig. 8 einen Schnitt nach Linie 8-8 der Fig. (i.

Bei der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kohle ndioxidformkörper dienenden Einrichtung wird flussiges Kohlendioxid in eine Kammer eingesprüht, zu Schnee ausgedehnt, dann durch einen Kolben zusammengepreßt und durch Öffnungen eines Kopfes ausgestoßen, der von beiden Stirnseiten her miteinander fluchtende Bohrungen von solcher Form aufweist. daß entweder

a) eine konvergierende-divergierende Bohrungswand, oder

b) eine zylindrische divergierende Hohrungswand entsteht.

Die in einem solchen Kopf erzeugten Formkörper haben einen festen Kern und damit integrale, in gleichmäßigem Abstand angeordnete, radiale Vorsprüngc, die sich vom Kern aus erstrecken. Die in gleichmäßigem Abstand zueinander angeordneten Vorsprünge sind etwas t/Mnkav^konvex mit der konvexen Seite in Richtung des Austritts beim Extrudieren aus dem Kopf. Der Kern der Formkörper umfaßt ungefähr ' O bis 25% der Querschnittsfläche der konkav-konvexen radialen Vorsprünge, und die Formkörper haben eine spezifische Dichte im Bereich von 1,0 g/cm³ bis ungefähr 1,5 g/cm³.
In der Zeichnung Fig. 1 bis 4 ist eine Einrichtung zur Herstellung der Formkörper als Ganzes mit 10 und die austretenden Formkörper aus festem Kohlendioxid mit 32 bezeichnet. Die Einrichtung kann mit irgendeinem Antriebsmechanismus versehen sein, der eine Kurbelwelle und eine Kolbenstange aufweist, die an einem Führungsstück 16 befestigt ist, das in einer Bohrung 18 eines Blockes 19 hin- und herbewegbar ist. Wenn das Führungsstück 16 in der Bohrung 18 hin- und herbewegt wird, wird ein Stößel 17 in die Oberwand des Führungsslückes 16 eingeschraubt und durch eine Mutter 15 gesichert und somit ebenfalls hin- und herbewegt.

Durch ein rohrförmiges, angeflanschtes Verbindungsstück 21 ist ein zylindrische Gehäuse 20 mit

iu dem Block 19 fest verbunden. Das zy'ndrische Gehäuse 20 hat in seinem Innern ein poröses Filter oder einen Separator 22, der vorzugsweise aus gesintertem rostfreiem Stahl oder einer verstärkten gesinterten Bronze gebildet ist und der in dem vergrößerten Oberteil 23 des Gehäuses 20 durch einen Träger 24 gehalten ist. Zwischen dem Stößel 17 und der Innenfläche des Separators 22 ist Spiel vorhanden.

In einer Kammer C der Bohrung 27 des Gehäuses 20 und teilweise in der Bohrung 29 eines Kopfes 30

jo wird ein Pfropfen 28 aus verfestigtem Kohlendioxidschnee gebildet. Der Kopf 30 hat eine Vielzahl von kleinen Durchgängen 31, die konvergierend-divergierend (sandulirartig) ausgebildet sind und die mit der Bohrung 29 kommunizieren.

j5 Eine Leitung 33 stellt eine Verbindung mit einem üblichen isolierten Kohlendioxid enthaltenden Vorratstank 36 und einer Ventilvorrichtung 34 mit elektrischem Antrieb her. Weitere eingebaute Teile, wie eine Kühlschlange, ein Kompressor, ein Druckregler und ein Flüssigkeits- und Dampfseparator zum Zuführen von Kohlendioxiddampf durch die Leitung 35 sind, da bekannt, nicht dargestellt.

Der Hub des Stößels 17 erstreckt sich von einer oberen, in gestrichelten Linien am unteren Ende des

4-, Pfropfens 28 dargestellten Lage bis in die Lage am unteren Ende der Bohrung 27. die in ausgezogenen Linien gezeigt ist. Das obere Ende des Stößels 17 hat eine kalottenartige Ausnehmung 54. die in eine scharfe Umfangskante 55 endigt. Am unteren Ende

-,o der Bohrung 27 ist ein Lager 56 vorgesehen, das zwischen eiiier Unterlegscheibe 57 mit Schulter 59 und einer oberen Schulter 58 angeordnet ist. Das Lager 56 ist vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen hergestellt. Ein Abdichtring 60 ist zwischen den '.lenachbar-

-,-, ten Flächen der Flanschen des Gehäuses 20 und des Verbindungsstuckes 21 angeordnet. Im Innern des Blockes 19 ist ferner eine den Stößel 17 umgebende Abdichtmanschett. 61 angeordnet, die einen U-förmigen Querschnitt hat und beispielsweise aus Leder

(,o hergestellt sein kann. In der Nut der Manschette sitzt ein Ring 62, gegen den eine Druckfeder 63 wirkt, die sich gegen eine Innenschultcr 64 des Verbindungsstückes 21 abstützt. Die Abdichtmanschette 61 wird dabei gegen den Hafo 65 eines T-förmigen Gegendruckstückes 66 gedrückt, das am Block 19 durch Schrauben 67 und Muttern 68 befestigt ist.

Der Kopf 30, der im besonderen in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt ist, hat. wie erwähnt eine Vielzahl

von sich nach beiden Seiten öffnenden, kegelstumpffönnigen Durchgängen 31, die kreisförmig angeord* net sind, svobei noch ein derartiger Durchgang Zentral in der ringförmigen Anordnung vorgesehen ist. Die einzelnen Durchgänge 31 haben einen in Durch* gangsrichtung konvergierenden Wandteil 70, der mit der Druckseite des Kopfes 30 kommuniziert Und mit der weitesten Dimension der Kompressiünsseite zu gerichtet ist. In direkter Verlängerung der Wandteile 70 befindet sich ein in Durchgangsrichtung divergierender Wandteil 71, wobei die konvergierenden und divergierenden Wandteile 70 und 71 an ihren engsten Querschnitten miteinander verbunden sind und der divergierende Wandteil 71 von größtem Querschnitt sich an der Außenseite des Kopfes 30 befindet.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Kopfes, der hier mit 80 bezeichnet ist. Hier sind eine Vielzahl von Durchgängen 81 vorgesehen. Hie iewcik ein zylindrisches WandXiil 82 an^er Druckseite des Kopfes 80 und ein kegelutumpfförmiges. divergierendes Wandteil 83 haben, dessen engster Querschnitt dem Durchmesser des jylindrischen Wandteils 82 entspricht und der größte Querschnitt an der Auslaßseite des Kopfes 80 ani;eordnet ist.

Der neuartige stangenartige Formkörper gemäß der Erfindung, der als Ganzes mit 32 bezeichnet ist. ist im einzelnen in den Fig. 6 bis 8 dargestellt und hat eine im wesentlichen zylindrische Form mit einem im wesentlichen massiven zylindrischen Kern 90 und radialen, ringförmigen Vorsprängen 92. die einstückig mit dem Kern und im wesentlichen in gleichmäßigem Abstand entlang dem Krrn angeordnet sind. Die im Abstand angeordneten Vorsprünge 92 haben an den quer zur Kernachse liegenden Ringflächen eine im wesentlichen konkav-konvexe Ausbildung, während die Umfangsflächen im wesentlichen zylindrisch sind, so daß sich zusammen mit dem Kern ein im wesentlichen kreisförmiger Querschnitt ergibt.

Durch die Antriebsvorrichtung wird nun der Stößel 17 zusammen mit dem Fuhrungsstück 16 ständig hin- und herbewegt. Dabei arbeiten die Antriebsvorrichtung uiiü die Vinitiivurricruung 54 synchron in der Weise zusammen, daß verflüssigtes Kohlendioxid aus der Leitung 33 in eine Kammer C eingespritzt wird, wenn der Kopf des Stößels 17 bei seinem Abwärtshub am Eingang der Leitung 33 in die Kammer C vorbeigeht. Dieses Einspritzen des flüssigen Kohlendioxids hört auf, wenn der Kopf des Stößels 17 seinen Aufwärtshub beginnt. Der Schnee sammelt sich in der Kammer C an. und der K.ohlendioxiddampf oder das Kohlendioxidgas kann nun von der Kammer durch den porösen Separator 22 in die Auslaßleitung 39 und anschließend in eine Vorratskammer zur Wiederverwendung fließen. Wenn der Stößel 17 sich nach oben bewegt, so wird der Schnee in der Kammer C dem Kopf 30 zu bewegt und progressiv zusammengepreßt. Ein Teil des verfestigt::η Kohlendioxids, das den Pfropfen 28 bildet, wird dann durch die Durchgänge 31 hindurchgedrückt, wobei ein Teil des verfestigten Kohlendioxids in den Durchgängen verbleibt. Der neu zusammengepreßte Schnee sammelt sich darunter an und bildet dann den Pfropfen 28, wenn der Umlauf des Stößels 17 wiederhol wird. Es ergibt sich so, daß bei jedem Hub des Stößels 72 ein Teil des verfestigten Kohlendioxids durch die Durchgänge 31 des Kopfes 30 hindurchgedrückt wird und so stangenartige Formkörper 32 schrittweise hergestellt werden.

Obgleich dies nicht genau bekannt ist, wird angenommen, daß bei jedem vollen Hub des Stößels 17 ein radialer Vorsprung 92 und ein benachbarter Kernteil gebildet wird.

Die Bildung der neuartigen stangenartigen Formkörper 32 wird durch Extrudieren entweder durch ein zylindrisches Wändteil 82 mit anschließendem divergierendem Wandteil 83 öder einem konvergierenden Waridteil 70 mit anschließendem divergierenden Wandteil 71 gebildet, wobei jedoch die Verwendung

ίο des konvergierenden Wandteils 70 zur Bildung eines ausreichenden Anfangsdruckes bevorzugt wird, da hierdurch einwandfreier definierte, radiale Vorsprünge 92 gebildet werden. Der Vorgang könnte theoretisch so erklärt werden, daß beim Vorbeigehen

des kompakticrten Kohlendioxidschnees durch den engsten Querschnitt des divergierenden Wandteils eine Druckfreigabe eintritt und damit die Zwischenräume zwischen den sich radial erstickenden Vorsprüngen 92 und dem Kern 90 und damit die neuartige Ausbildung des Formkörpers 32 erzeugt werden. Die Druckfreigabe darf jedoch nicht zu rasch erfolgen, damit die Formkörper nicht abbrechen oder ein stückweiser Ausstoß erfolgt. Bei normalen Arbeitsbedingungen des Stößels 17 verbleibt bei seinem Rück-

wärtshub ein Innendruck von ungefähr 3,16 kg/cm" Aus diesem Grund sei darauf hingewiesen, daß die divergierenden Wandteile 71 und 83 nur eine kleine Steigung aufweisen, die einen Spitzenwinkel von 15" nicht übersteigen sollte. Dieser bevorzugte Bereich ergibt eine Ausdehnung bei gleichzeitiger Reibungsbremsung zwischen den Umfang'flächen 93 der Vorsprünge 92 und der Fläche der divergierenden Wandteile 71 und 83. Diese Reibungsbremsung ergibt die konvexen und konkaven Ringflächen der Vorsprünge 92 und hat die Wirkung einer Vorschwächung des Formkörpers 32, so daß bei Anwendung einer Kraft auf den Formkörper 32 ein Bruch quer zum Kern 90 zwischen den Vorsprüngen 92 eintritt und sich waffelartige Teile bilden, die ihrerseits dann wieder in Kleinteile zerbrechen.

Bevorzugt wird ein Kopf von ungefähr 12,7 mm Dii-kc verwendet, del eine konvergierende Wand hai, die unter einem Winkel von ungefähr 30°, also einem Spitzenwinkel von 60", auf eine Tiefe von ungefähr 4,8 mrrs aufgebohrt ist. Der Außendurchmesser der öffnung 70 ist 15.9 mm und der engste Durchmesser 9,5 mm. Der anschließende, divergierende Wandteil 71 hat einen Kegelwinkel von 1 ° 30 Minuten bei einem Spitzenwinkel von 3° und ist auf eine Tiefe von 7,9 mm aufgebohrt. Obwohl für den konvergiere-den Wandteil 70 der bevorzugte Kegelwinkel 30° beträgt, so kann doch auch ein Kegelwinkel zwischen 45° und 30° mit Vorteil verwendet werden.

Die durch die Einrichtung 10 gebildeten Formkörper können unterschiedliche Durchmesser und Längen haben, obgleich festgestellt wurde, daß Formkörper mit einem Durchmesser von 6,4 bis 9,5 mm zu bevorzugen sind. Wenn der Kopf 31 oder 80 verwendet wird, so haben die Formkörper eine Länge ungefähr gleich ihrem Durchmesser oder dem doppelten Wert ihres Durchmessers, bevor eine Selbsttrennung eintritt.

Der Formkörper 32 gemäß der Erfindung ist insofern eigenartig, als er eine sehr hohe Dichte aufweist

_&5 oder gleichmäßige, yorgeschwächte Bruchlinien hat, so daß nun der Formkörper in hohem Maße zerbrechlich ist und in kleine Stücke zerbrochen werden kann, wenn eine Druckberührung mit einem festen Gegen-

stand auftritt. Die Dichte des Formkörpers 32 ergibt ein schüttfähiges Material das, älich wehfi es in geeignete Längen getrennt ist, nicht zusammenbackt. Dieser neuartige Formkörper aus verflüssigtem Gas ist sehr rasch herstellbar und kann ohne weiteres ohne

Zusammenbacken Verschickt werden. Ferner können beim Gebrauch die Form körper in kleine Teilche.n getrennt Werden, so daß sich ein größerer \Värmeübergang ergibt, als dies bei den bekannten Kohfendioxidformkörpern der Fall war.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Aus CO,-Eis gebildeter stangenförmiger Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß er einen zentralen Kern (90) und sich ungefähr radial erstreckende, ringförmige Vorsprünge (92) hat, die im wesentlichen in gleichmäßigem Abstand entlang dem Kern (90) angeordnet sind.

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querflächen der einzelnen Vorsprünge (92) konkav bzw. konvex sind und so bei benachbarten Vorsprüngen (92) konkave und konvexe Querflächen einander gegenüberliegen.

3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsflächen (93) der Vorsprünge (92) ungefähr zylindrisch sind.

4. F.inrktitung zur Herstellung des stangenförrnigen Formkörper nach Anspruch 1 bis 3 mit hin- und hergehendem Kolben, Druckkammer und Kopf mit Durchgang, durch den das CO₂-EiS gedruckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Durchgang (31; 81) vorgesehen ist, dessen Innenwand (70, 71; 82. 83) der Austrittsseite zu, längs mindestens eines Wandteils (71; 83) divergierend ist und durch den das CO₂-EiS mittels einer Druckvorrichtung (20, 17) hindurchdrückbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der divergierende Wandteil (71) nur einen Teil des Gesamtwand in Längsrichtung gesehen einnimmt u;id von der Druckseite aus ein konvergierender Wanuteil (70) vorgesehen ist, dessen größter Querschnitt an der Druckseite liegt.

ft. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der divergierende Wandteil (83) nur einen Teil der Gesamtwand in Längsrichtung einnimmt und von der Druckseite her ein zylindrischer Wandteil (82) vorgesehen ist, dessen Querschnitt dem kleinsten Querschnitt des divergierenden Wandteils (83) entspricht.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis fi, dadurch gekennzeichnet, daß der divergierende Wandteil (70, 71; 83) konisch ist.

H. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile (70, 71; 82, 83) am kleinsten Querschnitt kreisförmig aufeinandertreffen.

¹J. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis K, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des der Außenseite /u divergierenden Wandteils (71, K3) I? nicht übersteigt.