DE3627763A1

DE3627763A1 - Aggregat zum erstellen einer sauerstoffreien arbeitsatmosphaere

Info

Publication number: DE3627763A1
Application number: DE19863627763
Authority: DE
Inventors: Alban Puetz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-08-16
Filing date: 1986-08-16
Publication date: 1988-02-18
Also published as: CA1288597C; MX170596B; US4869878A

Description

Einrichtungen zum Erstellen einer sauerstoffreien oder, genauer gesagt, einer möglichst sauerstoff armen Arbeitsatmosphäre sind vielfach bekannt. In der Metallschmelze dient eine Stickstoff- oder Ar gonatmosphäre dazu, Oxydationen zu vermeiden oder an einer unteren Grenze abzugrenzen. Räume, die feuersicher zu gestalten sind, sind mit Druckbe hältern verbunden, die komprimierten Stickstoff, Kohlensäure o.dgl.Inertgase enthalten und deren Ventile sich beim Übersteigen einer gewissen Tem peraturgrenze 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 bis her bekannten Inertgase durchweg recht kostspie lig und ihren Einsatz entsprechend sparsam.

Nachdem ein dauerhaftes Auftragen von Metall schichten auf nicht-metallische Werkstücke durch die DE-PS 21 42 474 (Aufsprühen geschmolzenen Metalls z.B. auf Kunststofflächen) bekannt worden war, und es sich gezeigt hatte, daß die derart aufgesprühten Metallflächen beim Aufsprühen er heblich oxydierten und sinterähnlich porig wur den, entstand das Bedürfnis, den Aufsprühvorgang in einer sauerstoffarmen Arbeitsatmosphäre ab laufen zu lassen. Durch den Einsatz von Inert gasen (Argon und Helium) erreichte man zwar eine etwas homogenere Metalloberfläche; die Kosten der Inertgase verbieten jedoch einen hinreichenden Ein satz als das Sprühgebiet einhüllendes Schutzgas.

Eine in der DE-OS 32 33 925 beschriebene Erfindung versucht es, ohne Einsatz von aufwendigen Inert gasen die beschriebenen Mängel an der Pionierer findung DB-PS 21 42 474 zu beheben. Um eine Oxydierung des aufgesprühten Metalls während des Sprühvorganges zu verhindern, wurden in eine allseits abgeschlos sene Arbeitskabine Verbrennungsabgase einer Erd gasverbrennung eingeleitet. Das Aufsprühen erfolgte in dieser Kabine, und die Verbrennungsabgase fanden in einem Kreislauf im komprimierten Zustand Ver wendung als Treibgase für die Lichtbogen-Spritz pistole. Hier wurden erstmals Verbrennungsabgase als praktisch sauerstoffreie Treib- und Schutzgase im Spritzverfahren eingesetzt.

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

In der Industrie kamen Verbrennungsabgase als Treib- oder Schutzgase weder bei der Metallschmelze noch im Lackierverfahren zur Verwendung, sicherlich aus den erwähnten Gründen. Weil der Treib- bzw. Schutzgasdruck dauernd schwankte, konnte einmal mehr und einmal weniger Atmosphärenluft mit ein dringen; das Ergebnis blieb ungleichmäßig. Die Druckschwankungen an der Spritzpistole wirkten auf den Gasbrenner zurück und störte den Verbrennungs vorgang; bei größeren Druckschwankungen (Gegen druck) konnte der Brenner sogar erlöschen, so das es nur begrenzt möglich war, ein automatisches System zu schaffen. Die Verwendung von Verbrennungs gasen als Feuerlöschgase fielen damit von vorn herein aus.

Die vorliegende Erfindung geht von dem in der DB-OS 32 33 925 beschriebenen Stand der Technik aus. Der Erfinder hat sich zur Aufgabe gesetzt, die Mängel, 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 über all einsetzbar ist.

Diese Erfindungsaufgabe wird durch den Einsatz der in den Ansprüchen beschriebenen technischen Mittel gelöst.

Ausführungsbeispiel

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

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

Das Ausführungsbeispiel ist vorrangig auf die Erstellung von Treib- und Schutzgas für eine Spritz pistole 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 ab sehen.

Angesaugt von dem Sauggebläse 3 bewegen sich die CO-freien Verbrennungsabgase von der Verbrennungs kammer 4 und das Flanmrohr 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 im Wärmetauscher erzeugte Wärme kann über Wärme leitungen 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 der Kühlanlage 6 durch das Verbindungsrohr 9 und das Sauggebläse 3 in eine Expansionskammer 10, in welcher ein Druck herrscht, der geringfügig über dem Druck der Außenatmosphäre liegt (Pilotgerät: +20 - 30 mbar). Da das Sauggebläse 3 einen Druck von etwa 300 mbar erzeugt (Pilotgerät), expandieren die Verbrennungsgase beim Eintritt in die Expansions kammer 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 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 Expansions kammer 10 befinden sich zwei vertikal ausgerich tete Ausgleichsrohre 15,16, die mit ihren kragen förmigen bodennahen Endstücken 17, 18 kurz über dem Boden 19 der Expansionskammer 10 enden. Die bei den Ausgleichsrohre 15, 16 treten nach oben hin aus der Expansionskammer 10 heraus; sie sind hier zu einen einzigen Rohr 20 vereinigt, das in einen Schornstein oder sonstigen Abzug mündet. Die Anzahl der Ausgleichsrohre hängt vom offenen Querschnitt der Expansionskammer 10 ab; die Gesamtsumme der Rohr querschnitte muß gleich dem Querschnitt der Eintritts öffnung des Verbindungsrohrs 9 in die Expansionskam mer 10 sein, ebenso muß das Sammelrohr 20 diesen Quer schnitt aufweisen.

Das Sammelrohr 20 ist mit einem Drosselventil 21 und einem Rückschlagventil 22 versehen; das Rückschlag ventil 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 Ablauf rohr 23 mit Ventil 24; das Ablaufrohr 23 dient dem Ablauf von Kondenzwasser, aber auch einem Druckaus gleich beim Überdruck. Bei größeren Expansionskam mern kann am Ablaufrohr 23 auch ein Rückschlagven til (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 Außenatmo sphäre (Werte des Pilotaggregats, können in anderen Anlagen anders sein). Beim Eintritt der Verbrennungs gase 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 Sauerstoff reste; sie werden unter Einfluß des schwachen Überdrucks 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) kompri miert.

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

Die Steuerung der Druckverhältnisse über die Dros selventile 14, 21 und das Ventil 24 wird dadurch er leichtert, daß der Gesamtquerschnitt der Ausgleichs rohre 15, 16 und der Querschnitt des Sammelrohres 20 dem Eintrittsquerschnitt des Verbindungsrohres 9 gleicht.

Bei einem Aggregat, das nur eine einzige oder viel leicht 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 geschmol zenen Metalls oder Keramik Lichtbogenpistolen gemeint; jedoch können die Verbrennungsgase auch als Treib und Schutzgas für Gasspritzpistolen verwendet wer den.

Bei einen als Zentrale für mehrere Arbeitsstätten angeordneten Großaggregat, in welchem Schutz- und Treibgas in größerem Rahmen erzeugt wird, entweder für eine Vielzahl von Spritzpistolen oder zu ande ren Zwecken, wo ein billiges Inertgas in großen Mengen gefragt wird (Metallschmelzen), ist es zweck mäßig, das Aggregat mit einer automatischen Druck steuerung auszurüsten. Beispielsweise kann eine solche Drucksteuerung von einem Drucksteuerauto maten 25 (an der Expansionskammer gestrichelt ange deutet) 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 temperaturgesteuerter Schalter (nicht gezeichnet) von den einzelnen Räumen aus eingeschaltet. Gegen über den bekannten Inertgaslöschanlagen bietet das erfindungsgemäße Aggregat den Vorteil, daß in der Praxis jede Menge Verbrennungsgas zur Verfügung steht; die verfügbare Menge pro Zeiteinheit hängt nur von der Kapazität der Anlage ab. Der Zeitraum der Wirksamkeit ist unbegrenzt. Da in der Verbren nungsgasleitung 5, 9 zwischen Gasbrenner 1 und Ex pansionskammer 10 keine Druckschwankungen und kein Druckstau möglich ist, wird der Gasbrenner 1 in allen Situationen zuverlässig arbeiten, kann also auch ohne Aufsicht automatisch geschaltet werden.

Das Prinzip der Erfindung geht aus dem Ausführungs beispiel klar hervor. Das Sauggebläse 3, die Ver bindungsleitung 9 und 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 geschaf fene Luftzug wird vom Sauggebläse simuliert, indem Saugdruck und Rohrdimensionen 5, 9 entsprechend di mensioniert sind. Die Verbrennung erfolgt mithin ruhig und zuverlässig, eben wie in einer üblichen Zentralheizung, jedoch noch ruhiger, da ohne Druck rückschläge im Schornstein.

Für den Kompressor stellt die Expansionskammer 10 eine vom Gasbrenner 1 getrennte, aus Verbrennungs gase 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 Druckrück schläge 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 Außenatmosphäre gehalten wird.

Liste der Bezugszeichen 1 Gasbrenner
2 Gasleitung (Erdgas, Propangas)
3 Sauggebläse
4 Verbrennungskammer
5 Flammrohr
6 Kühlanlage
7 Wärmetauscher
8 Wärmeleitungen des Wärmetauschers 7
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 9
15, 16 Druckausgleichsrohre in der Expansionskammer 10
17, 18 kragenförmige Endstücke der Ausgleichsrohre 15, 16
19 Boden der Expansionskammer 10
20 Sammelrohr der Druckausgleichsrohre 15, 16
21 Drosselventil am Sammelrohr 20
22 Rückschlagventil am Sammelrohr 20
23 Wasserablaufrohr am Kammerboden 19
24 Ventil am Wasserablaufrohr 23
25 automatische Drucksteuerung

Claims

1. Aggregat zum Erstellen einer praktisch sauerstoff freien Arbeitsatmosphäre, indem ein Brennstoff wie Erdgas, Propangas o.dgl. im Zuge eines Verbrennungs vorganges, z.B. in einem handelsüblichen Gasbrenner, in praktisch sauerstoffreie Verbrennungsabgase ver wandelt wird, die anschließend in einem Kompressor verdichtet und an den Verwendungsort weitergeleitet werden, beispielsweise als Treib- und Schutzgas für eine Spritzpistole zum Aufsprühen geschmolzenen Me talls 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 Expansionskammer (10) angeordnet ist, in welcher ein Druck herrscht, der den Druck der Außenatmosphäre gleicht oder ge ringfügig 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 Außenat mosphäre.

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

4. Aggregat nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das bzw. die Druckausgleichsrohre (15, 16, 20) insgesamt den gleichen offenen Quer schnitt aufweisen wie das Verbindungsrohr (9) zum Brenner (1) am Eintritt in die Expansions kammer.

5. Aggregat nach Ansprüchen 1 und 4, dadurch ge kennzeichnet, daß sowohl das Verbindungsrohr (9) als auch das Ausgleichsrohr (20) mit je einem Drosselventil (14, 21) versehen sind.

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

7. Aggregat nach Ansprüchen 1 und 4, dadurch ge kennzeichnet, 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 Drossel ventile (14, 21), das Ventil (24) des Wasserabfluß rohrs (23) und die Drehzahl des Sauggebläses (3) und des Kompressors (11) steuerndes automatisches Steuergerät (25) angebracht ist.