DE3200144A1 - "verfahren und einrichtung zum dosieren von brennstoffen bei der herstellung von giessereisandformen" - Google Patents
"verfahren und einrichtung zum dosieren von brennstoffen bei der herstellung von giessereisandformen"Info
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Description
3200U4
GEORG FISCHER AKTIENGESELLSCHAFT, 8201 Schaffhausen
2209/GAD / 9.12.1981 / MS-ba /
Verfahren und Einrichtung zum Dosieren von Brennstoffen bei der Herstellung von Giessereisandformen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren von
Brennstoffen bei der Herstellung von Giessereisandformen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft
ebenfalls eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von Sandformen für Giessereizwecke bekannt, darunter auch solche,
bei denen mittels exothermer Reaktion eines Gases ein zur Verdichtung des Sandes führender Druckimpuls erzeugt
wird. Da die Brenngase in genau bestimmten Mengen oder Mengenverhältnissen der Brennkammer zugeführt werden
müssen, um für alle Formen den gleichen Verdichtungsgrad zu erhalten, so wurden nach dem Stand der Technik zwei
verschiedene Mengenmessverfahren angewendet. Entweder wurde" aus einer Gasquelle mit konstantem Druck während
eifier bestimmten Zeit über einen definierten Strömungswiderstand
Gas entnommen und dadurch ein definiertes Volumen1 unter Normaldruck bzw. eine definierte Gewichts-
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menge entnommen, oder es wurde über ein Gasometer direkt das Volumen gemessen. In beiden Fällen sind die Messungen
relativ ungenau und es kommt zu Schwankungen im Brennstoffgemisch und dadurch zu nicht reproduzierbarem Verdichtungsgrad
der Formen. Im ersten Fall ist das Konstanthalten des Drucks in engen Bereichen nur mit grossem und
kostenintensivem Regelaufwand zu erreichen; im zweiten Fall ist der Druck überhaupt nicht geregelt und es wird
angenommen, dass er konstant ist. Der überwiegende Nachteil dieser bekannten Verfahren besteht jedoch darin,
dass deren Funktionsablauf zu träge ist und dass sie demnach bei taktgesteuerten Formanlagen nur beschränkt
oder gar nicht eingesetzt werden können.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen,
mit denen die Nachteile des Standes der Technik eliminiert werden können, und mit dem auf einfache Weise
eine konstante Gewichtsmenge an Brennstoff in relativ kurzer Zeit in die Brennkammer bringbar ist.
Erfindungsgemäss geschieht das mittels eines Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und mittels einer
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5, welche ferner jeweils die
in den Kennzeichen der entsprechenden Ansprüche 1 und 5 genannten Merkmale aufweisen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung
näher erläutert, wobei die einzige Figur eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemässen Dosiereinrichtung für
einen oder mehrere Brennstoffe oder Brennstoffkomponenten an einer Formmaschine zeigt.
In einer einseitig offenen Brennkammer 1 einer Formmaschine ist ein von einem Motor 3 angetriebenes Gebläse
2 eingesetzt, das die Aufgabe hat, den dosierten Brennstoff mit der Luft in optimal zündfähigen Zustand zu
bringen. Durch einen an die offene Seite der Brennkammer 1 angeschlossenen, mit Sand gefüllten Formkasten 37 und
aufgesetztem Fullrahmen 38, wird ein geschlossener Brennraum gebildet. In diesem Raum der Brennkammer 1 wird,
sofern der Brennstoff nicht vorgemischt ist, das Brennstoffgemisch erzeugt und durch Zündung mittels einer
Kerze 4 zur exothermen Reaktion gebracht.
Für die im Arbeitszyklus der Formherstellung integrierte Verdichtungsphase ist die Brennkammer 1 mit einer Brennstoffzufuhr
11 einer Zündeinrichtung 23 und gegebenenfalls mit einer Spüleinrichtung 5, 6, 7, 10 für die verbrannten
Gase ausgerüstet. Diese Gase können jedoch auch über die offene Seite der Brennkammer 1 abgeführt werden. In
diesem Falle würde das Gebläse 2 im offenen Zustand der Brennkammer 1 zur Spülung verwendet werden.
Die Spüleinrichtung für die verbrannten Gase kann aus einem mit der Brennkammer 1 über einen Anschluss 5 vorgesehenen,
von einem Motor 10 angetriebenen Spülventilator 7 und einem ansteuerbaren Ventil 6 gebildet sein,
das über eine Leitung 26 mit der zentralen Steueranlage 22 verbunden ist. Ueber die Steueranlage 22 ist
auch der Motor 10 betätigbar.
Die Einrichtung für die Brennstoffzufuhr besteht im
wesentlichen aus einer Zufuhrleitung 29, die entweder von einer Druckleitung 21 eines Leitungsnetzes direkt,
oder über einen Kompressor, oder einen Vorratsbehälter
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mit Brennstoff gespeist wird. Bei Verwendung von flüssigen oder festen Brennstoffen ist vorgesehen, die Einspeisung
in die Zufuhrleitung 29 über eine nicht näher beschriebene Vorbereitungsanlage vorzunehmen.
An die Zufuhrleitung 29 ist ein Schaltventil 18 angeschlossen,
das entweder elektrisch oder elektropneumatisch betätigbar ist. Das Ventil 18 ist einerseits mit
einem Druckbegrenzungsschalter 17, der auf eine obere
und eine untere Druckschwelle einstellbar ist, andererseits mit einer zentralen Steueranlage 22 verbunden.
Vorzugsweise ist.hierbei ein Druckbegrenzungsschalter 17 mit sehr enger Schalthysterese eingesetzt.
Nach dem Schaltventil 18 ist ein Dosierbehälter 14 angeordnet, dessen eingegebener Gasdruck mittels eines angeschlossenen
Manometers 16 abgelesen werden kann. Das Manometer 16 kann mittels eines Hahnes 15 abgeschaltet
werden. Bei Verwendung von Stäuben als Brennstoffkomponente ist der Dosierbehälter 14 zusätzlich mit einem
Homogenisator z.B. einem Mischflügel 41 ausgerüstet. Ferner ist bei Verwendung mehrerer Brennstoffkomponenten
vor dem Dosierbehälter 14 ein Mischbehälter 40 zur Vermischung der Brennstoffkomponenten anzuordnen, oder
falls die Vermischung erst im Brennraum stattfinden soll, speziell bei Gasen, für jeden Brennstoff ein eigener
Dosierbehälter zu verwenden.
Zum Konstanthalten des Verhältnisses von Brennstoff zu Oxidationsmittel ist es von Vorteil, die Temperatur von
der Brennkammer und dem Dosierbehälter gegenseitig anzupassen. Als vorteilhafte Ausführung hat sich eine Anordnung
erwiesen, bei welcher der Dosierbehälter als Teil
der Brennkammer ausgebildet ist, beispielsweise als Ummantelung des Leitrohres 14a.
Zwischen dem Dosierbehälter 14 und der Brennkammer 1 ist in der Leitung 30 ein Ladeventil 13 zur Ueberführung des
Brennstoffes in die Brennkammer 1 angeordnet, welches Ventil 13 über eine Ansteuerung 24 mit der zentralen
Steuereinrichtung 22 verbunden ist. Hierbei wird wie b^im Füllventil 18, der Oeffnungsimpuls von der Steuereinrichtung
22 über eine Ansteuerung 25, und der Schliessimpujls
vom Druckbegrenzungsschalter 17 ausgelöst. In Serie zum Ladeventil 13 ist zwischen diesem und der
Brennkammer 1 ein Rückschlagventil 12 angeordnet. Dieses Rückschlagventil 12 nimmt hierbei den Explosionsdruck
aus ;der Brennkammer 1 auf, schützt damit das Ladeventil
13 und schirmt dieses gleichzeitig gegen die hohen Temperaturen der verbrennenden Gase ab.
In der Druckluftleitung 32 kann ferner ein Druckregler
19 eingebaut werden, mit Hilfe dessen bei starken Druckschwankungen
im Druckluftnetz 20 der zur Betätigung der beiden Ventile 13 und 18 benötigte Luftdruck konstant
gehalten wird.
DasLadeventil 13 weist einen auf dessen Schliessstellung
eingestellten Endschalter 35 auf, der einen Steuerimpuls f,iir die Zündeinrichtung 23 abgibt woraus die Auslösung
der Zündung durch die Kerze 4 erfolgt. Der Anschluss der Zufuhrleitung 30 an die Brennkammer 1 erfolgt über eine
Eindüsöffnung 11a.
,y;pr-z,u.gsweise ist zwischen der Unterkante der Brennkammer
1 und der Oberkante des Füllrahmens 38 ein Sicherheits-
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schalter 36 in den Funktionsablauf eingebaut.
Einerseits wird die vom Endschalter
35 ausgelöste Zündung nur dann freigegeben, wenn der Schalter 36 sich in Schliessstellung befindet. Andererseits
soll ein Eindüsen von Brennstoff in die Brennkammer 1 nur in Schliessstellung des Endschalters 36
möglich gemacht werden, d.h. wenn der Füllrahmen 38 und der Formkasten 37 die Brennkammer 1 an deren Oeffnungsseite
fest verschlossen halten. Desgleichen wenn das Ventil 6 der Spüleinrichtung geschlossen ist und der
damit betätigte Endschalter 42 sich in Schliessstellung befindet. Hierzu werden die Signale der Schalter 35,
36 und 42 einer logischen UND-Verknüpfung 39 zugeführt.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Anlage ist die folgende :
Der Dosierbehälter 14 wird mittels des Ventiles 18 bis zu einer vorbestimmten Druckschwelle z.B. 3 atü, mit
einem unter Druck stehenden Gas gefüllt (Füllphase). Bei Erreichen der Druckschwelle schaltet der Druckbegrenzungsschalter
17 die Gaszufuhr ab. Dann wird die einseitig offene Brennkammer 1 z.B. mittels des Gebläses
2 mit Frischluft geflutet und anschliessend durch einen mit aufgesetztem Füllrahmen 38 versehenen Formkasten
an deren offenen Seite verschlossen. In den damit gebildeten Brennraum wird durch Oeffnen des Ventiles 13
bei geschlossenem Ventil 18 aus dem Dosierbehälter 14, bis zum Erreichen einer unteren Druckschwelle im Dosierbehälter
14, Gas in den Brennraum übergeführt. Bei Erreichen dieser unteren Druckschwelle schaltet der Druckbegrenzungsschalter
17 die Ueberführung ab und es erfolgt nach einer vorgegebenen Zeit ein Impuls auf die
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Zündeinrichtung 23 und das eingedüste Gas wird zur exothermen Reaktion gebracht.
Nach dem Schliessen des Ventiles 13 wird das Ventil geöffnet, wodurch der Dosierbehälter 14 bis zur vorbestimmten
oberen Druckschwelle wieder aufgefüllt wird. Bei Erreichen dieser oberen Druckschwelle schaltet der
Druckbegrenzungsschalter 17 die Zufuhr wiederum ab. Die Verwendung eines Druckbegrenzungsschalters 17 besonders
mit enger Schalthysterese gewährleistet ein für die Praxis äusserst genaues Dosieren des Gases.
Bei gewähltem Verhältnis des Brennstoffgemisches und bei gegebenem Volumenverhältnis zwischen Brennraum und Dosierbehälterraum
ist bei vorgegebenem Anfangsdruck somit der Enddruck im Dosierbehälter bestimmt. Typische
Werte für obere und untere Druckschwellen, z.B. bei
Verwendung von Erdgas, sind 3 atü und 0,5 atü.
Bei Versorgung des Dosierbehälters von einem Gasnetz, z.B. einem Erdgasnetz, welches etwa unter 3,5 atü steht,
ist es einfach 3 atü im Dosierbehälter zu erreichen; dergleichen auch bei Verwendung eines Vorratsbehälters
mit reduzierbarem üeberdruck. Wird jedoch mit einem Kompressor gearbeitet, so ist es aus Energiegründen
günstiger, einen niedrigeren Üeberdruck im Dosierbehälter, dafür aber ein grösseres Volumen desselben zu
wählen.
Die Gaszufuhr zum Brennraum erfolgt demnach in zwei Phasen, einer Füllphase und einer Ladephase. In der
Füllphase wird der Dosierbehälter, um eine genau de-
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finierte Menge eines Gases zu erhalten, relativ "langsam"
bis zu einer genau festgelegten oberen Druckschwelle gefüllt. In der Ladephase hingegen wird das Gas unter
Entspannung des Druckes im Dosierbehälter bis zum Erreichen einer vorbestimmten unteren Druckschwelle* vom
Dosierbehälter "schnell" in den Brennraum übergeführt.
Mit einer solchen Einrichtung ist eine genaue Bestimmung der Zusammensetzung des Verhältnisses Luft-Gas erreichbar,
wodurch eine absolute, umweltfreundliche Verbrennung und ebenso ein definierter und reproduzierbarer Sandverdiehtungsgrad
gewährleistet wird.
Claims (13)
1. Verfahren zum Dosieren von Brennstoffen bei der Herstellung von Giessereisandformen bei welcher über
einer Formeinrichtung in eine Brennkammer ein Brennstoff oder ein Gemisch von Brennstoffen zugeführt
und das selbst zu einer exothermen Reaktion gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass hierbei ein Dosierbehälter
mit Brennstoff oder einem oder mehreren Bestandteilen eines Brennstoffgemisches bis zu einer
oberen Druckschwelle gefüllt und hernach unter Ableitung des Brennstoffes in die Brennkammer, der
Druck bis zu einer unteren Druckschwelle im Dosierbehälter abgesenkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennkammer mit Frischluft geflutet und auf Ätmosphärendruck gebracht wird, und dass hernach ein
oder mehrere verschiedene Brennstoffe aus einem oder mehreren Dosierbehältern in die Brennkammer geleitet
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Bestandteil des Brennstoffgemisches
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über einen eigenen Dosierbehälter der Brennkammer zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoffbestandteil, sowohl gasförmige,
flüssige oder feste Medien verwendet werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die obere oder untere Druckschwelle
in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz aus der Betriebstemperatur des Dosierbehälters und der Betriebstemperatur
der Brennkammer bestimmt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperaturen des Dosierbehälters und die Temperaturen der Brennkammer wechselseitig
angeglichen werden.
7. Dosiereinrichtung an einer Foriranaschine zur Herstellung
von Giessereisandformen mit einer Brennkammer und einer mit der Brennkammer verbindbaren
Formeinrichtung und einer Zuführeinrichtung für einen in der Brennkammer unter Erzeugung eines zur
Verdichtung des Sandes in der Formeinrichtung ausreichenden Ueberdruckes zu verbrennender Brennstoff,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (29, 30) für den Brennstoff ein Dosierbehälter (14) angeordnet
ist, in welchem der Brennstoff aus einem Vorratsbehälter, einem Leitungsnetz oder einem Kompressor
unter grösserem Druck als in der Brennkammer (1) bzw. im Brennraum während einer Füllphase speicherbar ist,
und dass zwischen der bis zum Erreichen einer oberen
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Druckschwelle an einer Druckmessstelle dauernden Füllphase und einer bis zum Erreichen einer unteren
Druckschwelle dauernden Ladephase, in der der Brennstoff aus dem Dosierbehälter (14) in die Brennkammer
(1) bzw. in den Brennraum übergeführt wird, mittels Schaltventilen (13, 18) urageschalten wird.
8. Dosiereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventile (13, 18) gesteuerte
Ventile sind, welche bei Erreichen einer oberen oder unteren Druckschwelle an der Druckmessstelle, die
Füllphase bzw. Ladephase beenden.
9. Dosiereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen den Schaltventilen (13, 18) ein in Verbindung mit dem Dosierbehälter
(14) gebrachter Druckbegrenzungsschalter (17) eingebaut ist.
10. Dosiereinrichtung nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem/den Dosierbehälter/n
(14) ein Mischbehälter (40) zur Vermischung mehrerer Brennstoffkomponenten angeordnet ist.
11. Dosiereinrichtung nach einem der Ansprüche 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem
Schaltventil (13) für die Ladephase und der Brennkammer (1) ein in Richtung zur Brennkammer (1)
öffnendes Rückschlagventil (12) angeordnet ist.
12. Dosiereinrichtung nach einem der Ansprüche 7, 8, 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Dosierbehälter
(14) eine Mischeinrichtung als Homogenisator
-A-für feste Brennstoffkomponenten vorgesehen ist.
13. Dosiereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierbehälter als Teil der Brennkammer
ausgeführt ist.
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