CH652623A5 - Verfahren und vorrichtung zum abkuehlen von giessereisand. - Google Patents

Description

652 623

2

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Abkühlen von Giessereisand, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmegehalt des heissen Giesserei-sandes bestimmt wird, dass dem heissen Sand Wasser im Verhältnis von ungefähr 1 kg Wasser je 2,5 • 10® J Wärmegehalt des Sandes zugesetzt wird, dass der befeuchtete Sand in einen Behälter eingeführt wird, dass der Behälter evakuiert wird, um das Wasser aus dem Sand abzudampfen, dass der durch das Abdampfen erzeugte Wasserdampf entfernt und kondensiert wird, und dass der gekühlte Sand dem Behälter entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Evakuieren des Behälters der Druck im Behälter auf den Atmosphärendruck zurückgebracht wird,

dass ungefähr die Hälfte des Sandes aus dem Unterteil des Behälters entfernt wird, dass der Behälter von der Oberseite her mit befeuchtetem Sand aufgefüllt und der Behälter erneut evakuiert wird, um das Wasser aus dem Sand abzudampfen, dass der so erzeugte Wasserdampf entfernt und kondensiert wird, und dass ungefähr die Hälfte des Sandes aus dem Unterteil des Behälters entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter auf einen Druck von weniger als 0,35 bar evakuiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter im evakuierten Zustand in senkrechter Richtung vibriert wird.

5. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Fördereinrichtung (41) für den Sand, welcher Mittel (45,46) zum Messen des Wärmegehaltes des Sandes zugeordnet sind, durch wahlweise betätigbare Mittel (16,17) zum Einführen des Sandes von der Fördereinrichtung (41) in den einen oder anderen von zwei Behältern (11,12), von welchen jeder einen mit einem steuerbaren Absperrorgan (25,26) versehenen Auslass (23,24) aufweist, durch wahlweise betätigbare Mittel (33, 38) zum Verbinden des einen (11) oder anderen (12) Behälters mit einer Vakuumquelle (29, 31; 34, 36), durch einstellbare Mittel (50) zum Zufügen von Wasser zu dem in die Behälter (11,12) einlaufenden Sand, durch eine erste Steuereinrichtung (49) zum Verändern der dem Sand zugeführten Wassermenge in Abhängigkeit vom gemessenen Wärmegehalt des Sandes, und durch eine zweite Steuereinrichtung (65) zum Steuern der Mittel (16, 17) zum Einführen des Sandes, der Absperrorgane (25,26) und der Mittel (33, 38) zum Verbinden der Behälter (11,12) mit der Vakuumquelle (29, 31; 34, 36), wobei die zweite Steuereinrichtung (65) derart ausgebildet ist, dass nacheinander Sand in den einen Behälter (11) eingeführt und dann dieser Behälter (11) mit der Vakuumquelle (29, 31) verbunden wird, während Sand in den anderen Behälter (12) eingeführt wird, dass hierauf Sand aus dem erstgenannten Behälter (11) durch Betätigung des Absperrorgans (25) seines Auslasses (23) abgelassen wird, und dass dann der zweitgenannte Behälter (12) mit der Vakuumquelle (34, 36) verbunden wird, während Sand in den erstgenannten Behälter (11) eingeführt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter ( 11, 12) mit Lagermitteln ( 14) zum Ermöglichen von Vibrationsbewegungen und mit Mitteln (53, 54; 58, 59) zum Vibrieren der Behälter (11, 12) versehen sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch je einen mit jedem Behälter (11,12) und der zweiten Steuereinrichtung (65) verbundenen Lastfühler (63, 64), wobei die zweite Steuereinrichtung (65) derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit vom betreffenden Lastfühler (53, 64) die Einführung von Sand von einem Behälter (11) auf den anderen Behälter (12) steuert, wenn das Gewicht des

Sandes im erstgenannten Behälter (11) einen bestimmten Wert erreicht hat.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuereinrichtung (65) dazu ausgebildet ist, das Absperrorgan (25) des Auslasses (23) des erstgenannten Behälters (11) dann zu schliessen und die Zuführung von Sand zum erstgenannten Behälter (11) dann zu bewirken, wenn die Hälfte des im erstgenannten Behälter (11) befindlichen Sandes durch dessen Auslass (23) abgelassen worden ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuereinrichtung (65) dazu ausgebildet ist, das Absperrorgan (25) des Auslasses (23) des erstgenannten Behälters (11) zu schliessen und Sand in den erstgenannten Behälter (11) einzuführen, wenn weniger als das gesamte Gewicht des im erstgenannten Behälter (11) befindlichen Sandes durch dessen Auslass (23) abgelassen worden ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch einen Sockel (13), auf welchem zwei Behälter (11,12) mittels mehrerer Federn (14) in senkrechter Anordnung gelagert sind, wobei jeder Behälter (11,12) zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Behälters (11,12) angeordnete Elektromotoren (53, 54; 58, 59) umfassende Mittel zur Erzeugung einer schraubenlinienförmigen Vibrationsbewegung des Behälters (11,12) aufweist, von welchen Elektromotoren (53, 54; 58, 59) jeder eine Welle mit zwei exzentrischen Gewichten (55, 60) hat, wobei die Achsen der Wellen der Motoren (53, 54; 58, 59) jedes Behälters (11,12) in entgegengesetzten Richtungen zur Senkrechten geneigt sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern jedes Behälters (11,12) Mittel (52) zur Bildung von schraubenlinienförmig verlaufenden Bahnen angebracht sind, die in der gleichen Richtung geneigt sind wie die schraubenlinienförmige Vibrationsbewegung des Behälters (11,12).

Der bei Giessverfahren verwendete Sand ist kostenmäs-sig nicht ohne Bedeutung, besonders im üblichen Fall, in welchem der Sand Zusätze enthält, um ihn für den vorgesehenen Verwendungszweck geeigneter zu machen. Aus diesem Grund ist es erwünscht, dass einmal gebrauchter Sand für nachfolgende Giessvorgänge wiederverwendet werden kann. Vor allem ist es erwünscht, den Sand für eine Wiederverwendung derart aufbereiten zu können, dass die im Sand enthaltenen, verhältnismässig kostspieligen Zusätze nicht verloren gehen oder zerstört werden.

Wenn Sand aus der Giessform, in welche das Giessmate-rial gegossen worden zwar, entfernt wird, ist er sehr heiss. Wenn der heisse Sand dann zu seiner Abkühlung bloss auf dem Boden ausgebreitet wird, benötigt man eine beträchtliche Bodenfläche, wobei bei einer Anhäufung des Sands das Innere des Sandhaufens nur sehr langsam abkühlt.

Wenn der Sand dadurch abgekühlt wird, dass er einem Luftstrom ausgesetzt wird, ist zwar eine verhältnismässig rasche Abkühlung erzielbar. Durch den Luftstrom wird jedoch ein beträchtlicher Teil der feinverteilten Zusätze in nachteiliger Weise weggetragen. Dies macht die Anordnung eines grossen Filterraums erforderlich, d.h. eines Kessels oder dgl., der ein grosses Sackfilter enthält, durch welches die Luft durchtreten kann, welches jedoch die feinen Teilchen zurückhält. Eine solche Anordnung ist nicht nur kostspielig, sondern weist auch den Nachteil auf, dass sie eine Trennung der Zusätze von Sand, d.h. einen Verlust der feinen Zusätze aus dem Giessereisandgemisch, nicht verhindern kann.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

652 623

Wie bereits erwähnt, ist der beim Metallgiessen anfallende Giessereisand sehr heiss, und zwar so heiss, dass er praktisch keine Feuchtigkeit aufweist. Auch nach der Entfernung des Sands aus der Giessform und vom Gussstück ist der Sand immer noch sehr heiss. Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, mittels welchen der heisse Sand ohne Verlust feinverteilter Zusätze derart abgekühlt werden kann, dass er innerhalb verhältnismässig kurzer Zeit wiederverwendet werden kann. Eine besondere Aufgabe der Erfindung besteht zudem darin, ein solches Verfahren und eine solche Einrichtung zu schaffen, die eine mindestens angenähert kontinuierliche Abkühlung des Sands zwecks seiner Wiederverwendung erlauben.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung lösen diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 bzw. im Patentanspruch 5 angeführten Merkmale.

Vorzugsweise wird nach dem Abdampfvorgang die eine Hälfte des in einem Behälter befindlichen Sands aus diesem entfernt und hierauf der Behälter mit befeuchtetem Sand wieder angefüllt, vibriert und evakuiert. Auf diese Weise wird jedes Sandteilchen im Behälter zweimal behandelt, d.h. zweimal dem Vakuum und dem Verdampfungsvorgang ausgesetzt, wobei das Intervall zwischen der ersten und zweiten Behandlung dazu dient, sicherzustellen, dass die im Innern jedes Sandkorns befindliche Wärme an die Aussenseite des Sandkorns gelangen kann und dadurch eine vollständige Abkühlung erzielt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemässen Einrichtung, und

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1.

Gemäss Fig. 1 weist eine Sandabkühleinrichtung 10 einen ersten Behandlungsbehälter 11 und einen zweiten Behandlungsbehälter 12 auf. Die Behälter 11 und 12 sind über Federn 14 auf einen Gestellrahmen 13 abgestützt. Oberhalb der Behälter 11,12 ist eine Füllvorrichtung 15 angeordnet, welche eine Steuerklappe 16 hat. Die Steuerklappe 16 ist mittels eines Solenoids 17 von der dargestellten Lage, in welcher Sand in den Behälter 11 geleitet wird, in die entgegengesetzte, gestrichelt dargestellte Lage bewegbar, in welcher Sand in den Behälter 12 geleitet wird. Der Behälter 11 ist mit einer sich zur Oberseite des Behälters 11 erstreckenden Füllrinne 18 versehen; eine entsprechende Füllrinne 19 ist für den anderen Behälter 12 angeordnet. Jede Füllrinne 18, 19 ist mit einem in der Füllrinne 19 angedeuteten Schieber 20 versehen. Die Schieber 20 sind jeweils durch ein Solenoid 21 bzw. 22 bewegbar und werden in die Füllrinnen 18,19 eingeschoben, um das Innere der Behälter 11,12 von der Umgebungsatmosphäre abzuschliessen.

Die Unterseiten der Behälter 11,12 sind mit Auslassschächten 23,24 versehen, in welchen je ein durch Solenoide 25 bzw. 26 betätigbarer Schieber angeordnet ist. Dadurch kann Sand aus dem einen oder anderen Behälter 11,12 auf die Oberfläche 27 eines Förderbandes, dessen Rücklaufteil mit 28 bezeichnet ist, abgelassen werden.

Dem Behälter 11 ist eine Vakuumkammer 29 zugeordnet, die mit dem Behälter 11 über eine Leitung 30 verbunden ist. Eine Vakuumpumpe 31 ist mit der Vakuumkammer 29 über eine Leitung 32 verbunden. In der Leitung 30 ist ein elektromagnetisch betätigbares Ventil 33 angeordnet, um die Leitung 30 zu öffnen oder zu verschliessen, d.h. um eine Verbindung zwischen der Vakuumkammer 29 und dem Behälter 11 herzustellen bzw. zu sperren.

Eine zweite Vakuumkammer 34 ist über eine Leitung 35 mit dem zweiten Behälter 12 verbunden. Der zweiten Vakuumkammer 34 ist eine mit ihr über eine Leitung 37 verbundene Vakuumpumpe 36 zugeordnet, wobei in der Leitung 37 ein elektromagnetisch betätigbares Ventil 38 angeordnet ist, dessen Funktion die gleiche wie diejenige des Ventils 33 ist.

Das beschriebene Vakuumsystem ist zur Druckreduzierung in den Behältern 11,12 zwecks Abdampfens des die Sandkörner bedeckenden Wassers und einer dadurch bewirkten Abkühlung der Sandkörner vorgesehen. Wenn eine Sandtemperatur von etwa 65 °C noch annehmbar ist, soll das Vakuumsystem den Druck in den Behältern 11,12 auf etwa 0,35 bar oder etwas weniger herabsetzen. Wenn eine niedrigere Sandtemperatur gewünscht wird, soll der Druck auf etwa 0,2 bar oder weniger herabgesetzt werden.

In Fig. 2 sind Mittel zur Förderung des heissen Giesserei-sands zur vorgängig beschriebenen Einrichtung dargestellt. Ein Bandförderer 40 weist einen oberen Teil 41 auf, auf welchem der heisse Sand 42 zur Füllvorrichtung 15 transportiert wird. Der Rücklaufteil des Bandförderers 40 ist mit 43 bezeichnet. Der auf dem oberen Teil 41 befindliche Sand fällt in die obere Öffnung 44 der Füllvorrichtung 15 und gelangt je nach Stellung der Steuerklappe 16 (Fig. 1) in den Behälter 11 oder 12.

Benachbart zur Füllvorrichtung 15 und dem Bandförderer 40 zugeordnet befindet sich ein Temperaturfühler 45 zum Messen der Temperatur des Sands. Ferner ist dem Bandförderer 40 eine schwenkbar gelagerte Schaufel 46 zur Messung der Dicke des auf dem Oberteil 41 befindlichen Sands zugeordnet. Die Ausgangssignale des Temperaturfühlers 45 und des Dickenfühlers 46 sind über Leitungen 47 bzw. 48 einer ersten Steuereinrichtung 49 zugeführt. Die Steuereinrichtung 49 ist dazu ausgebildet, ein Elektromagnetventil 50 zu betätigen, welches die Menge des Wassers steuert, das durch ein Rohr 51 in die obere Öffnung 44 der Füllvorrichtung 15 fliesst.

Die Steuereinrichtung 49 ist dazu ausgebildet, die Durchflussmenge des in die Füllvorrichtung 15 fliessenden Wassers in Abhängigkeit vom Wärmegehalt des Sands 42 zu steuern. Die Steuereinrichtung 49 berechnet den Wärmegehalt in Abhängigkeit von der festgestellten Temperatur und der festgestellten Dicke des Sands und reguliert den Wasserdurchfluss derart, dass ein Kilogramm Wasser pro 2,5 • 10® Joule Wärmegehalt dem Sand 42 beigefügt wird.

Das Wasser und der Sand werden in die Behälter, von welchen in Fig. 2 nur der Behälter 11 dargestellt ist, zur nachfolgenden Behandlung des Wasser-Sandgemisches eingeführt. Jeder der Behälter 11,12 ist mit schraubenlinienför-mig längs den Innenwänden verlaufenden Bahnen 52 zum nachfolgend erläuterten Zweck versehen.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung ist mit Mitteln zum Vibrieren der beiden Behälter 11,12 versehen. Wie bereits erwähnt, sind die Behälter 11,12 auf Federn 14 abgestützt und sind demnach so gelagert, dass sie einer im wesentlichen in senkrechter Richtung orientierten Vibrationsbewegung ausgesetzt werden können. Um eine solche Vibration des Behälters 11 zu bewirken, sind am Behälter 11 auf einander gegenüberliegenden Behälterseiten zwei Elektromotoren 53 und 54 angeordnet, die beidseitig Wellenenden mit daran angebrachten Exzentern 55 haben. Die Achsen der Motorwellen sind zur Senkrechten geneigt, wie dies in Fig. 1 durch die Linien 56 und 57 angedeutet ist.

Entsprechend sind Elektromotoren 58 und 59 am Behälter 12 auf einander gegenüberliegenden Behälterseiten angeordnet, wobei diese ebenfalls beidseitige Wellenenden mit daran angebrachten Exzentern 60 haben. Wie bei den Motoren des Behälters 11 sind die Achsen der Motoren 58, 59 ge5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

652 623

4

mäss den Linien 61 und 62 ebenfalls zur Senkrechten geneigt.

Im Innern von zwei der Federn 14 sind Lastfühler 63 und

64 angeordnet, wobei der eine Lastfühler 63 dem Behälter 11 und der andere Lastfühler 64 dem Behälter 12 zugeordnet ist. Die Lastfühler 63, 64 sind dafür vorgesehen, das Gewicht des in jedem Behälter befindlichen Wasser-Sandgemisches zum nachfolgend erläuterten Zweck festzustellen. Eine zweite Steuereinrichtung 65 ist über dargestellte Leitungen mit den Lastfühlern 63 und 64, mit den unteren Auslass-Soleno-iden 25 und 26, mit den oberen Umleitsolenoiden 21 und 22, sowie mit den Elektromagnetventilen 33 und 38, welche die Verbindung zwischen den Vakuumkammern 29, 34 und den Behältern 11,12 bewirken, verbunden.

Zur Ausführung des erfmdungsgemässen Verfahrens mittels der dargestellten Einrichtung werden Wasser und Sand in die obere Öffnung 44 der Füllvorrichtung 15 eingeführt und durch die Steuerklappe 16 in den Behälter 11 geleitet. Zu Beginn des Verfahrens wird der Behälter 11 mit dem Wasser-Sandgemisch angefüllt, wobei der Füllzustand durch den Lastfühler 63 und die Steuereinrichtung 65 festgestellt wird, wodurch die Steuerklappe 16 in ihre andere Lage gebracht wird, in welcher das Wasser-Sandgemisch in den Behälter 12 geleitet wird. Die Steuereinrichtung 65 betätigt sodann das Solenoid 21, wodurch der Behälter an seiner Oberseite verschlossen wird. Darauf öffnet die Steuereinrichtung

65 das Elektromagnetventil 33, so dass das Innere des Behälters 11 in Verbindung mit der Vakuumkammer 29 gebracht wird. Mittels der eingeschalteten Motoren 53, 54 wird der Behälter 11 senkrecht in im wesentlichen schraubenlinienför-miger Richtung vibriert, d.h. nicht direkt auf- und abwärts, sondern mit einer leichten Drehbewegung. Die vom Behälter 11 verfolgte Vibrationsbahn verläuft nahezu parallel zur Neigung der Bahnen 52, mit dem Resultat, dass das Wasser und der Sand innig gemischt werden, so dass jedes Sandkorn mit einem Wasserfilm überzogen wird. Die Vibration des Behälters setzt sich während des ganzen Verfahrens gleichmäs-sig fort.

Nach der beschriebenen Einleitung des Verfahrens, und unter der Annahme, dass beide Behälter 11,12 mit Wasser-Sandgemisch zu füllen sind, betätigt die Steuereinrichtung 65 das Solenoid 25, um den Auslassschacht 23 des Behälters 11 zu öffnen. Gleichzeitig betätigt die Steuereinrichtung 65 das Solenoid 21, um die Oberseite des Behälters 11 wieder zu öffnen. Ebenso wird das Solenoid 17 betätigt, um die Steuerklappe 16 in die dargestellte Lage zu bringen, in welcher sie das Wasser-Sandgemisch in den Behälter 11 leitet. Bei der bevorzugten Einrichtung ist nach etwa einer Minute ungefähr die Hälfte des im Behälter 11 befindlichen Sands durch den Auslassschacht 23 ausgetreten; eine gleiche Menge Sand ist während dieser Zeit über die Füllrinne 18 in den Behälter 11 gelangt. Während dieses Vorganges wird der Behälter 12

durch Betätigung des Solenoids 22 gegenüber der Umgebungsatmosphäre verschlossen und durch Betätigung des Elektromagnetventils 38 mit der Vakuumkammer 34 in Verbindung gesetzt. Vorzugsweise ist die Geschwindigkeit des Sandaustritts über den Auslassschacht 23 etwas grösser als die Geschwindigkeit, mit welcher das Wasser-Sandgemisch gleichzeitig in den Behälter 11 eingeführt wird. Nach einer Minute schliesst die Steuereinrichtung 65 den Auslassschacht 23 durch Betätigen des Solenoids 25. Das Wasser-Sandgemisch fliesst weiterhin in den Behälter 11, bis der Lastfühler 63 feststellt, dass der Behälter 11 gefüllt ist. In diesem Zeitpunkt gibt der Lastfühler 63 ein Signal an die Steuereinrichtung 65 ab, welche mittels Betätigung des Solenoids 21 die Oberseite des Behälters 11 von der Umgebungsatmosphäre abschliesst und mittels Betätigung des Solenoids 17 die Füllklappe 16 umstellt, um Wasser-Sandgemisch in den Behälter 12 einzuführen. Dieser letztere Behälter ist kurz vor der Umstellung der Füllklappe 16 durch Betätigung des Elektromagnetventils 38 von der Vakuumkammer 34 getrennt worden; gleichzeitig ist das Solenoid 26 betätigt worden, um den Auslassschacht 24 zu öffnen und abgekühlten Sand aus dem Behälter 12 austreten zu lassen. Das Solenoid 22 wird ebenfalls betätigt, um die Oberseite des Behälters 12 zu öffnen, so dass Wasser-Sandgemisch in diesen fliessen kann. Zwischenzeitlich wird der Behälter 11 durch Schliessen seines Einlasses und Auslasses mittels der Solenoide 21 bzw. 25 abgeschlossen und sein Inneres durch Betätigung des Elektromagnetventils 33 mit der Vakuumkammer 29 in Verbindung gebracht.

Aus dem Vorangehenden ist ersichtlich, dass der vorliegende Abkühlprozess kontinuierlich ist und dass praktisch jedes Sandkorn einer zweimaligen Vakuumbehandlung ausgesetzt ist. Gekühlter Sand tritt aus dem einen Behälter aus, während frischer, d.h. heisser befeuchteter Sand in diesen eingefüllt wird. Die zeitliche Staffelung ist hierbei so gewählt, dass vorzugsweise ungefähr eine Minute erforderlich ist, um den halben Inhalt des betreffenden Behälters zu entleeren und den Behälter mit einer gleichen Menge aufzufüllen. Während der eine Behälter teilweise, d.h. zur Hälfte, entleert wird und aus ihm zweimal behandelter Sand entnommen wird, wobei der Behälter mit frischem, befeuchtetem Sand gefüllt wird, wird der andere Behälter unterdessen der die Abkühlung bewirkenden Vakuumbehandlung unterzogen.

Obwohl die Behälter vibriert werden, bleibt die Trennung zwischen der Hälfte des Sands, die während dem Entleerungsvorgang im Behälter verbleibt, und dem zur Auffüllung des Behälters neu hinzugefügten Sand bestehen. Mit anderen Worten entstammt der im Unterteil des Behälters befindliche Sand dem vorgängigen, und nicht dem laufenden Zyklus, so dass sichergestellt ist, dass jedes Sandteilchen zweimal behandelt wird.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2 Blatt Zeichnungen