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Verfahren und Gerät zum Aushärten von Sandformen und Kernen £ür Gießereizwecke
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aushärtung von Sandformen und Kernen für Gießereizwecke,
bei welchem über von Zeitschaltern fremdgesteuerte Ventile ein unter Druck stehender
flüssiger Katalysator in ein Meßrohr und von dort mittels Druckgas in eine zum Formkasten
führende Nebelleitung gespritzt und mit Preßluft vermischt durch den Kern hindurch
geblasen wird sowie ein Gerät zur Ausübung dieses Verf ahrens.
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Die in-Gießereien üblicherweise verwendeten Gußformen aus Formsand
werden meist - insbesondere bei Kernen - ausgehärtet.
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Neben dem Maskenformverfahren und dem Kohlesäure-Erstarrungsverfahren
sind zwei sich grundsätzlich unterscheidende Aushärtungsverfahren bekannt, die allgemein
als Hot-Box- und als Cold-Box-Verfahren bezeichnet werden. Das letztere ist wegen
wirtschaftlicher und technischer Vorteile besonders für kleinere Serien zweckmäßig
und es besteht darin, daß der mit einem Zweikomponenten-Bindersystem vermischte
Formsand durch da.s Begasen mit einem Katalysatornebel ausgehärtet wird.
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Dieses Verfahren erlaubt die Verwendung kalter Formkästen, die z.B.
aus Kunstharz hergestellt sein können, und gewährleistet einen sehr guten Kernzerfall
nach erfolgtem Guß. Besondere Vorteile liegen noch darin, daß die Kerne in sehr
kurzen Taktzeiten hergestellt werden können und nach dem Aushärten eine gute Lagerfähigkeit,
gute Biege- und Abriebfestigkeiten
sowie hohe Ma.ßgenauigkeit und
Olwerflächengüte aufweisen.
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Ein wesentlicher Faktor für einwandfreie Kerne aus diesem Cold-Box-Verfahren
liegt in der richtigen Mengendosierung der Katalysatorbeimischung. Diese soll einerseits
- tun kurze Taktzeiten zu erreichen - möglichst nahe an die obere Grenze herangeführt
werden, darf sie aber unter keinen Umständen überschreiten, da bei einer Überdosis
der Katalysator in flüssigem Zustand auf den Kern auftrifft und dann die nächstgelegenen
Hohlräume im Sand ausfüllt, wodurch wiederum der einwandfreie Durchtritt des Katalysatorhebels
in die nachfolgenden Zonen verhindert oder doch stark beeinträchtigt wird. Die folge
ist dann eine ungleicliförmige Aushärtung des Kerns, der dadurch zum Ausschuß gehört.
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Die Katalysatormenge ir einen Kern wird gebräuchlicherweise in einem
Meßrohr dotiert. Die bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß dicse Dosierung
infolge des starken Zuflußdrucks und der sehr kurzen Füllzeiten sehr ungenau ist
und besonders bei kleinen Kernen untragbare Toleranzen in der Serie aufweist. Die
einzelnen Umstände werden nachfolgend in der Beschreibung des Ausführungsbeispiels
noch näher erörtert.
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Weitere Nachteile der bekannten Ausführungen sind auf die chemischen
Eigenschaften des Katalysators (z.B. Triäthylamin)
zurückzuführen,
der in bestimmten Mischungsgraden explosiv ist und der außerdem meist hy-grosXopisch
ist. Die richtige Dosierung hängt daher auch von der Witterung (Luftfeuchtigkeit
und Tagestemperatur) ab und andrerseits müssen die elektrisch betriebenen Aggregate
(Zeitschalter, Magnetventile, Absauggebläse u.ä.) in der erheblich teuereren Explosionsschutz-Ausführung
verwendet werden oder sie müßten gesondert in räumlich entfernten Steuerblöcken
untergebracht werden.
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Letzteres ist jedoch teils sehr nachteilig, teils ganz unmöglich.
Schließlich ist auch die Beseitigung des Abstroms a.us dem Formkasten, der ebenfalls
die Katalysatorsubstanzen enthält, in der bekannten Form unwirtschaftlich und nachteilig,
da er entweder in ein hochführendes Rohr geleitet und verbrannt oder in einer besonders
bereitgestellten Säurelösung neutralisiert wird.
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Der Erfindung ligt die Aufgabe zugrunde, ein Begasungsverfahren und
-gerät so abzuändern und zu ergänzen, daß feinste Katalysator-Dosierungen auch für
sehr kleine Kerne möglich und diese in größeren Serien mit sehr geringen Toleranzen
konstant begubehalten sind. Weiterhin wird mit der Erfindung angestrebt, eine sichere
und gleichförmige Vernebelung des Katalysators zu gewährleisten und unter weitestgehender
Ausschaltung jeder Unfallgefahr und der sonst auftretenden Geeu ruchsbelästigung
die gesamte Sçerungseinrichtung in einem gemeinschaftlichen Block unterzubringen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der flüssige Katalysator in
einem geschlossenen, den Druckgaseintritt durchsetzenden Leitungssystem bis zu einer
Dosierdüse so geführt ist, daß der die letztere verlassende Strahl unmittelbar auf
den Fuß des Meßrohres gerichtet ist. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn beim Begasungstakt,
bei welchem mittels am Kopf des Meßrohrs eintretendem Druckgas der im Meßrohr befindliche
Katalysator über die Einspritzdüse in die Nebellbitung gepreßt wird, gleichzeitig
Druckgas an der Einspritzdüse vorbei in die in die Nebelleitung mündende Mischkammer
gespritzt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen Schemaschnitt über
den Strömungsverlauf in der gesamten Begasungsanlage, Fig. 2 eine schematische Ansicht
der Dosier- und Mischeinrichtung mit Meßrohr, Fig. 3 einen Höhensohnitt durch ein
Detail der Fig. 2 und Fig. 4 ein Schaubild auf den Steuerblock der Begasungsanlage.
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Die grundsätzliche Arbeitsweise der Begasungsanlage und ihre Steuerung
geht aus dem Schema nach Fig. 1 hervor: nachdem der Kern K z.B. mit der Kernschießmaschine.in
den Formkasten F eingeschbssen wurde, wird der Formkasten F mit die Schießöffnungen
ttberdSckenden Begasungsplatten B dicht abgedeckt,
deren jede mit
einer Zu- bzw. Ableitung verbunden ist. In manchen Fällen wird auch statt der Begasungsplatten
eine Haube oder dergl. als Begasungskammer verwendet.
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Die Zuleitung ist beim Begasen und Blasen mit Preßluft P gespeist
und weist vor dem Eintritt in die Begasungskammer 1 einen Mischer mit Einspritzdüse
2 auf, die das Ende einer in den flüssigen Katalysator C1 enthaltenden Tank ragenden
Rohrleitung 3 bildet. Dieser flüssige Katalysator wird in der Regel mittels gespannter
Stickstoffes S unter Druck gesetzt, so daß bei geöffneter Rohrleitung 3 der Katalysator
Cl aus der Einspritzdüse 2 ausgespritzt wird.
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Nach der erfolgten Katalysatoreinspritzung wird bei dem bisher bekannten
Verfahren die Preßluftzufuhr geöffnet und die an dem Mischer vorbeistreichende Preßluft
reißt dann den in '»opfenform noch flüssigen Katalysator C1 mit und erzeugt auf
diese Art einen Ka.talysatornebel C2 der dann sich in der am Eingang befindlichen
Begasungskammer 1 verteilt und durch die Schießöffnungen in den Kern K eintritt.
Er wird dann durch den Kern K hindurchgepreßt, sammelt sich in der am Auslauf befindlichen
Begasungskammer 1 und verläßt diese als Abstrom, Bei den bisherigen Verfahren wird
der Katalysatornebel C2 des Abstroms entweder in ein hochgeleitetes Rohr mit Zündanlage
geführt und verbrannt oder er wird in ein besonders dafUr
bereitgestelltes
Säurebad eingeleitet und dort neutralisiert.
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Die Erfindung sieht demgegenüber vor, den Abstrom in einen Destillator
D zu führen, wo er z.B. über Kühlschlangen 4 zur raschen Kondensation gebracht wird
und über einen Auslauf 5 in einen geschlossenen Tank eintritt, in welchem er dann
als regenerierbare oder anderweitig (z.B. als Iieizmittel) verwertbare Flüssigkeit
C3 gesammelt wird. Es ist hierbei zweckmäßig, zur Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit
die Querschnitte im Destillatorbereich D stark zu erweitern, wodurch die Kondensation
gefördert wird. Der Destillator D ist natürlich zweckmäßigerweise höher als der
Sammeltank angeordnet. Der Tank selbst weist einen Ablasshahn 6 und eine mit geeignetem
Druckventil, ggfs. auch Mitteln zur Filterung versehene Abluftleitullg 7 auf, so
daß im Betriebszustand das gesamte Katalysatorsystem dicht verschlossen ist.
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Nach dem Begasen bleibt die Preßluftzutuhr geöffnet, so daß die weiterströmende
Preßluft P als Spülluft den Kern K durchbläst. Die dabei noch mitgerissenen Katalysatorreste
werden ebenfalls in der vorgeschilderten Weise Kondensiert und gesammelt.
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In Eig. 2 ist die erfindungsgemäß abgewandelte und ergänzte Dosier-
und Vernebelungseinrichtung schematiscll veranschaulicht. In den bisherigen Ausführungsformen
mündet die den flüssigen Katalysator C1 führende Rohrleitung 3 in ein durch
Zeitschalter
fremdgesteuertes Durchgangsventil 8, nachdem der Strömungsquerschnitt durch einen
Durchflußregler 9 in der jeweils gewünschten Größe gedrosselt wurde. Dies hatte
den Nachteil, daß der flüssige Katalysator C1 hinter dem Durds gangsventil 8 - welches
ohne weitere Düsen oder dgl. direkt in den Kopf des Meßrohres mündet, in den auch
der Eintritt des Druckgases geführt ist - nach dessen Öffnung im vollen Rohrquerschnitt
austrat und an den Rohrwänden entlang fließen konnte, also auch teilweise in den
Druckgasanschluß hinein.
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Die Offenzeiten des Durchgangsventils 8 mußten besonders bei der Begasung
kleiner Kerne K außerordentlich kurz (z.B. weniger als 0,5 sec) gehalten werden,
was die Einstellung schon sehr erschwert hatte, so daß bei kleinen Ka.talysatormengen
Seiwinkungen bis loo % nicht selten waren. Darüber hinaus fließen bei diesem Verfahren
unkontrollierbare Mengen in den Druckgaseintritt und dann wiederum zum Meßrohr zuriick,
weshalb eine konstante Dosierung innerhalb einer Kernserie praktisch uiunöglic war.
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Die Erfindung sieht dagegen vor, unmittelbar über den Kopf des Meßrohres
ein Rückschlagventil lo anzuordnen, welches in ein Dosierrohr 11 mündet, dessen
Außendurchmesser geringer als die Lichtweite der Rohrleitung 3 ist und das in eine
Dosierdüse endet - æ B. in Form einer verjüngten Spitze 12 -, die den dort austretenden
Katalysatorstrahl direkt auf den Fuß des Meßrohres 13 richtet.
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Das Dosierrohr 11 durchsetzt den Eintritt der Druckgasleitung 14,
durch welche in bekannter Weise über ein Druckgasventil 15 -ebenBalls durch Zeitschalter
fremdgesteuert- ein Druckgas 11 von oben her in das Meßrohr 13 geführt ist. Das
Druckgas P1 - im allgemeinen wird hierzu auf einen geringeren Druck abgedrosselte
Preßluft verwendet - hat die Aufgabe, das jeweils im Meßrohr dosierte Katalysatorquantum
für die Begasung in den Mischer zu pressen.
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Die erfindungsgemäße Abwandlung hat den Vorteil, daß die gesamte Katalysatormenge
restlos in das Meßrohr 13 eintritt und keinerlei unerwünschte Einflüsse in den Druckgaseintritt
möglich sind. Weiterhin erlaubt die am Ende des Leitungssystems angeordnete Dosierdüse
12 eine feinste und bei gleicher Katalysatorspannung um ein vielfaches verlangsamte
Dosierung, da die Dosierdüse 12 beliebig fein ausgebohrt sein kann und auf Querschnitte
herabgesetzt werden kann, die bei den üblichen Durchflußreglern nicht erreichbar
sind. Im Gegensatz zu den Durchflußreglern 9 - die bei der erfindungsgemäßen Ausbildung
völlig entbehrlich-werden - bleibt die Dosierdüse 12 auch auf lange Betriebszeit
völlig konstant, so daß auch bei großen Serien eine absolut gleichbleibende Dosierung
mit geringsten Toleranzen gewährleistet ist.
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Mtr den BegaZsungsvorgangs d.h. das Einspritzen des im Meßrohr 13
befindlichen Katalysators Cl, ist bei den bekannten
Ausführungsformen
am Fuß des Meßrohrs 13 ein weiteres zeitgesteuertes Ventil vorgesehen, welches sich
gleichzeitig mit dem Druckgasventil 15 öffnet und schließt. Letzteres ist als Dreiwegventil
ausgebildet und sein dritter Weg mündet über einen Filter in einen Auslaß 16, der
während des Dosiervorganges offen ist.
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Die Nachteile dieser Ausführung bestehen einmal darin, daß trotz dieses
Filters während der Dosierung Katalysatorgase (die außerordentlich geruchbelästigend
sind und auch ex«osiv sein können) ins Freie treten und daher die Anordnung eines
besonderen Absaugaggregats unerläßlich machen. Andrerseits drückt das Druckgas Pl
ausschließlich von oben her auf den im Meßrohr befindlichen Katalysator Cl und spritzt
diesen in den sog. Mischer, ohne daß der letztere einen gleichzeitigen Luftstrom
aufweist. Dies hat zur Folge, daß der Katalysator im Mischer keineswegs vernebelt
wird, sondern seinen flüssigen Zustand beibehält rxf in dieser Form sich im Mischer
und in der an diesen angeschlossenen Luftleitung niederschlägt. Dies ist unverändert
auch dann der Fall, wenn der Katalysator durch eine Zerstäuberdüse gepreßt wird,
da er auch dann sofort beim Auftreffen an einer Wandung wieder kondensiert0 Dieser
Umstand ist allgemein beka.nnt, wesha] auch auf Zerstäuberdüsen in der Regel verzichtet
wird, da die Auffassung herrscht, daß der beim nachfolgenden Blasvorgang den Mischer
und
die Luftleitung durchsetzende Preßluftstrom P2 den dort anhaftenden, flüssigen Katalysator
in kleinsten Teilen mitreißt und dadurch die erforderliche Vernebelung bewirkt.
Es erfolg auf diesem Wege tatsächlich eine Vernebelung, aber diese ist in hohem
Maße ungleichförmig und auch in der Gleichförmigkeit unbeeinflußbar, da sie von
unmeßbaren Faktoren wie z.B. den verschiedenen Krümmungen der Preßluftleitung, Verbindern
etc. stark abhängt. Andrerseits ist die Gleichförmigkeit bzw. Stetigkeit des Katalysatornebels
C2 ihrerseits für die gleichmäßige Aushärtung des Kerns K ausschlaggebend.
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Aus diesem Grunde sieht die Erfindung vor, daß mit dem Einspritzen
des im Meßrohr 13 befindlichen Katalysators C1 ein gleichzeitiges Diwchströmen von
Druckgas P1 an der Einspritzdüse 2 vorbei in die Luftleitung erfolgt, so daß eine
sofortige Vernebelung sichergestellt ist, die durch die Anwendung einer Zerstäuberdüse
och gefördert werden kann0 Hierzu ist - wie aus Fig. 2 ersichtlich - parallel zum
Meßrohr 13 eine Verbindung 17 angeordnet, die hinter dem Druckgasventil 15 aus der
Druckgasleitung 14 abzweigt und vor dem Preßluftventil 18t d.h. zwischen diesem
und dem Mischer in die Luftleitung 19 eingeführt ist.
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Wird daher das Druckgasventil 15 geöffnet, dann strömt das Druckgas
Pl einmal in das Meßrohr 13 ein uS preßt den Katalysator C1 durch die Einspritzdüse
2, während gleichzeitig
über die Verbindung 17 ein Druckgasanteil
in dem Eingang der LuftLeitung 19 strömt, an der Einspritzdüse a vorbeistreicht
und sich mit den aus ihr austretenden Katalysatorpartikeln zu einem Katalysatornebel
C2 vermischt. Von dieser Stelle an kann dann die Luftleitung zum Formkasten F hin
in echtem Sinne während des Begasungsvorganges als Nebelleitung 19a angesehen werden.
Auch der sich daran anschließende Blasvorgang, bei welchem das Preßluftventil 18
geöffnet ist, kann nur in diesem Falle als echtes Blasen oder Spülen bezeichnet
werden, da bei dem bisherigen Verfahren dabei erst sporadisch und ungleichförmig
die Vernebelung - also das Begasen - erfolg en konnte.
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Anstelle des bisher bekannten Durchgangsventils mit Fremdsteuerung
am Fuße des Meßrohrs 13 wird erfindungsgemäß ein Rückschlagventil loa. vorgesehen
und ein gleiches lob ist auch am Fuße der Verbindung 17-zweckmäßig. Mit unterschiedlicher
Vorspannung dieser beidem Rückschlagventile loa,lob kann ein einwandfreies Arbeiten
beim Begasen eingestellt werden , während durch sie der Weg in das Meßrohr 13 beim
sich anschliessenden Blasen versperrt ist. Die Verbindung hat darüber hinaus den
Vorteil, daß dann das bisher übliche Dreiwegventil für das Druckgas durch ein Durchgangsventil
15 ersetzt werden und der mit Filter versehene Auslaß 16 ganz wegfallen kann, da
die beim Dosieren erfolgende Luft verdrängung im Verbinder 17 (der ggfs. elastisch
sein kann) aufgefangen wird.
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Die Einschaltung der Verbindung 17 ha.t a.ußerdem den Vorteil, daß
das Leitungssystem hermetisch abgeschlossen ist, wodurch nicht nur das Absaugaggregat
eingespart werden kann, sondern auch eine Gefahrenquelle beseitigt wird. Die Anordnung
des Rückschlagventils loa anstelle des bisher üblichen Magnetventils erspart weiterhin
den Einbau teuerer elektrischer Organe in explosionsgeschützter Ausführung. Auch
im oberen Bereich kann zur Steuerung des Katalysatorstrons und des Druckgases Pl
auf die bisher notwendigen Ventile in gegendruckdichter Ausführung verzichtet werden
(die stets elektromagnetisch gestenert werden mußten), sondern es können - wenn
der Gegendruck gemäß der Erfindung durch die Rückschlagventile 10,10a, lob aufgenommen
wird, z.Bo Kunststoffventile mit Membran verwendet werden, die pnellmatisch gesteuert
werden können, so daß auch hier alle elektrischen Organe wegfallen können.
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Konstruktiv sind für die erfindungsgemäßen Änderungen und Ergänzungen
na.türlich viele Möglichkeiten gegebene Sinne davon ist in Fig. 3 beispielsweise
dargestellt, bei welcher das mit der Dosierdüse 12 eine stoffliche Einheit bildende
Dosierrohr 11 in einen Stutzen des oberen Rückschlagventils lo eingeschraubt ist.
Es mündet hier so weit in das Meßrohr 13 hinein, daß es - nac-n. Abnahme des Meßrohres
13 - direkt oberhalb der Düse erfaßt und herausgeschraubt werden kann. Selbstverständlich
kann das Dosierrohr 11 auch aus einem glatten, beidendig mit Gewinde versehenen
Rohr bestehen, in welches
eine gesonderte Dosierdüse 12 eingesetzt
ist die - falls sie stirnseitig mit Werkzeughalterung versehen ist - auch dicht
oberhalb des Meßrohres 13 enden kann, um dessen Abnahme zu erleichtern. Im allgemeinen
wird die Düsenbohrung unter Berücksichtigung der Viskosität des Katalysators C1
und des Einspritzdrucks beim Dosieren so bemessen, daß auch bei den kleinsten Mengen
noch eine Dosierzeit von mehreren Sekunden entsteht, denn es können bei großen Kernen
unbedenklich längere Dosierzeiten in Kauf genommen werden, da die Dosierung gleichzeitig
mit dem Blasen erfolgt, welches in der Regel 30 sec oder mehr anhält. Selbst darüber
hinausgehende Dosierzeiten wären nicht von Nachteil, da nach dem Blasen eine Arbeitspause
stets vorhanden ist, während welcher der Kern K aus dem Formkasten F herausgenommen
wird.
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Ist die Dosierdüse dieserart bemessen, dann besteht in aller Regel
kein Anlaß mehr zu einer Querschnittsveränderung (die an sich durch Düsenaustausch,
durch den Einsatz verstellbarer Düsen bekannter Art wie auch durch zusätzliche Anordnung
der bekannten Durchflußregler-Drossel 9 ohne weiteres möglich wäre) und das Gerät
ist ohne Änderung für alle Kerngrößen verwendbar. Um bei besonders kleinen Kernen
K und Katalysator-Dosierungen, die u.U. im undurchsichtigen Fuß des Meßrohres 13
unkontrollierbar wären, die Einstellung und Überwachung zu erleichtern, sieht die
Erfindung vor, diesen Fußbereich durch einen Einsatz 2b teilweise auszufüllen. Dieser
Einsatz
kann - mit Durchbrechungen versehen - starr mit einem am Fuß des Meßrohres 13 angeordneten
Montageteil verbunden sein oder er kann z.B. als Vierkantbolzen einfach lose in
das Meßrohr 13 eingesteckt sein. In jedem Falle ist er so bemessen, daß er genügend
Volumen verdrängt, um auch bei den kleinsten vorkommenden Mengen den Katalysatorspiegel
ablesbar in den Bereich des durchsichtigen Meßrohrteils anzuheben.
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Unter den vorgeschilderten Voraussetzungen ist es möglich, die gesamte
Steuerung des Begasungsgeräts pneumatisch vorzunehmen, so daß jegliches elektrisch
arbeitende-Aggregat aus dem Steuerblock weggelassen werden kann Auch für das aus
Vorsichtsgründen etwa vorgesehene Absaugorgan im Innenraum des Steuerblocks kann
ohne Schwierigkeit ein pneumatisch arbeitendes Aggregat wie z.B. im Prinzip einer
Venturidüse vorgesehen sein.
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Dies erlaubt ein Zusammenfassen sämtlicher Steuerorgane (Zeitschalter
21, Handbedienungskno.pfe 22, Umschalter 23 für Handbedienung, Automatik und Ausstellung
sowie Druckanzeiger 24 und Druckregler 25 für die einzelnen Druckleitungen) mit
den Ventilen und dem Meßrohr 13, ohne daß dadurch irgendeine Unfallgefahr hervorgerufen
wurde. In Fig. 4 ist schematisch ein solcher Steuerblock veranschaulicht. Erfindungsgemäß
ist dieser Steuerblock an den Kanten mit einem nach außen vorsteh henden Rahmen
26 ausgerüstet, dessen allseitiger Überstand
so groß ist, daß sämtliche
Steuerteile, Schalter, Knöpfe etc.
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versenkt sind, so daß das Gerät in allen Stellungen z.B. beim Tra.nsport
etc. nur auf dem Rahmen 26 aufliegt.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, daß die Dosierung auch kleinster
Katalysatormengen in feinster Einstellung möglich ist und diese einmal eingestellte
Dosierung mit geringsten Toleranzen auch in großen Serien konstant beibehalten wird.
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Weiterhin ist vorteilhaft, daß bei Beginn des Begasungsvorga.ngs sofort
eine einwandfreie und gleichförmige Vernebelung gewährleistet ist und daß das gesamte
Katalysator-Leitungen-System hermetisch abgeschlossen ist. Schließlich bietet die
erfindungsgemäße Anordnung die Möglichkeit, pneumatisch arbeitende Steuerglieder
zu verwenden, die einerseits gefahrloser als elektrische Schaltungsteile und andererseivts
preisgünstiger als explosionsgeschützte Ausführungen sind. Auch die Anordnung eines
Destillators D zum Sammeln der im Abstrom vorhandenen Katalysatorsbstanzen bietet
den Vorteil größerer Wirtsda.ftlichkeit a.ls die bisher bekannten Verfahren.