Hallo,
so nach dem Exkurs zu den Frontgewichten der großen 05er Baureihe habe ich wieder was gelernt. Es ist schier unglaublich, aber es gibt keinen Themenbereich hier im Deutzforum, wo Karel nicht irgendwie eine fundierte Information beisteuern kann. Wirklich der Wahnsinn was der Gute alles weiß und mit Fakten belegen kann. Es lag mir echt am Herzen, das mal loszuwerden.
Zurück zum Thema. Ich stell mal ein paar Grundlagen und das Prinzip meines Schmelzofens vor. Es müssen ein paar Sachen berücksichtigt werden, weil Misserfolge bekanntlich nerven. Als ich vor Jahrzehnten meinen ersten Schmelzofen gebaut habe, war der erste eine Katastrophe und der zweite nur unwesentlich besser. Damals habe ich die Brennerleistung errechnet und für die ausgerechnete Brennerleistung extra einen Gasbrenner gebaut.
Der Brenner ging ab wie Schmidts Katze, die Gasflaschen vereisten heftig aber der Bronzebarren wurde nur heiß und das war es auch schon. Also hatte ich was falsch gemacht.
Was ich überhaupt nicht bedacht hatte war der überaus bescheidene Wirkungsgrad eines Schmelzofens, eine schlechte Isolierung und eine fehlerhafte Brenneranordnung tat ihren Rest. Aus den Fehlern habe ich damals aber gelernt und mein dritter Schmelzofen war ein voller Erfolg und der wird nun neu wieder gebaut. Auf der alten Skizze fehlt der Durchmesser der Trommeln, das ist etwas abhängig vom Waschmaschinenhersteller, aber das Maß liegt um die 450 mm.
Zuerst wird aber wieder ein wenig gerechnet. Das ich das Aluminium schmelzen muss, ist bekannt, aber wieviel Brennerleistung benötige ich, um eine volle Tiegelfüllung also 10 Liter bzw. 27 kg Aluminium zum schmelzen zu bringen?
Die spezifische Wärmekapazität von Aluminium beträgt 0,9 Joule und die Schmelzenthalpie 420 Joule. Die Raumtemperatur beträgt 10° ,die Schmelztemperatur der Aluminiumlegierung (AlSi) liegt bei 670 - 690°. Um die Schmelztemperatur für die 27 kg Tiegelfüllung zu erreichen muss eine Temperaturerhöhung von 680 Kelvin vorgenommen werden. = 27 kg x (690-10)K x 0,9 kJ/(kg x K) = 16.524 kJ = 16,524 MJ. Der eigentliche Vorgang des Schmelzens benötigt aber auch Energie, die über die Schmelzentalphie berechnet wird. =27 kg x 420 kJ/kg = 11.340 kJ = 11,34 MJ
Der Energieaufwand wird demnach 27,864 MJ (16,524 MJ + 11,34 MJ) betragen. Ein Brenner muss also eine Leistung von 7,74 kW/h (3,6 MJ = 1 kW/h) besitzen. Der Wirkungsgrad des Ofens beträgt jedoch lediglich 30%. Ein Großteil der Wärme entweicht als heißes Abgas oder wird über die Ofenfläche abgestrahlt. Ein m² schlecht isolierter Ofenfläche produziert alleine schon 18 kW Wärmeverlust. Gehe ich rein nach dem Wirkungsgrad der Konstruktion benötige ich 25,8 kW Brennerleistung.
Ich denke, das da mein einfacher Gasbrenner nicht mehr ausreicht, leuchtet ein. Ich könnte zwar mehrere neue bauen um die Leistung zu erreichen, aber die einfachste Lösung hängt vor meiner Werkstattheizung, ein Giersch Ölbrenner den ich auf 40 kW Leistung eingestellt habe.
Der Schmelzofen ist nichts anderes als eine 11 kg Propangasflasche, bei dem der Deckel abgeschnitten wird. In die Boden kommt eine Notablauföffnung mit einem Durchmesser von 45 mm. Das Flammrohr wo der Brenner angeflanscht wird, setzt seitlich tangential an dem Ofen an. Tangential aus folgendem Grund. Zur Wärmeverteilung in der flüssigen Schmelze ist es wichtig, das der Tiegel allseitig erwärmt wird. Durch die tangentiale Anströmung wird sich im Schmelzofen eine rotierende Flamme bilden, die den Schmelztiegel umkreist und somit rundherum erhitzt. Auf dem Foto sieht man, wie die Flamme eines Gasbrenners den Tiegel umschließt und so für eine gleichmäßige Erwärmung sorgt.
Würde ich nur mittig den Schmelztiegel erwärmen, so wie ich das bei meinen ersten Schmelzöfen hatte, würde im Bereich wo die Flamme auf diesen trifft die Heizleistung schon ausreichen, um den Tiegel als solches an dieser Stelle zum Schmelzen zu bringen, ohne dass das Aluminium sich darin wesentlich verflüssigen würde.
Der Schmelztiegel selber steht später auf einer 30 mm starken Schmottplatte, die mit Bentonit (simples grobes Katzenstreu) und Gips unterfüttert ist. Sollte der Tiegel im Ofen durchbrennen, läuft das Aluminium nach unten ab. Die Katzenstreu und die Schamottplatte würden auf dem flüssigen Aluminium schwimmen.
Der Ofen selber wird von zwei Waschmaschinentrommeln eingehüllt und der Zwischenraum zwischen diesem Trommeln und dem Schmelzofen wird mit Bentonit (Katzenstreu) als Isolierung ausgeschüttet. Das wird die Strahlungswärme wesentlich eindämmen und erträglicher machen. Wer Zuhause kein Katzenstreu hat, dafür aber Perlit, der kann das auch verwenden, das Optimum wäre Aluminiumsilikatwolle. Glaswolle und Steinwolle eignen sich nicht als Isoliermaterial weil die den Temperaturen nicht standhalten.
Noch ein Wort zu der Gasflasche. Bevor man eine Gasflasche auseinanderflext muss diese vollständig entleert worden sein. Die Gasflasche muss drucklos sein. Man schraubt das Ventil oben ganz raus und lässt die Gasflasche komplett mit Wasser volllaufen. Nur so kann man sicher sein, das sich kein Gas mehr darin befindet. Propan ist schwerer wie Luft und kann nicht nach oben entweichen, deswegen, auch wenn die Flasche wochenlang mit geöffnetem Ventil irgendwo gestanden hat, wird immer noch ein Rest Propan in der Gasflasche sein. Ohne das die Gasflasche mit Wasser vollständig geflutet wurde, kann das rumflexen mit einem Knall enden.
Gruß
Jürgen
PS: Wer Lust hat, kann sich meinen Propanbrenner auch nachbauen um ein Schmiedefeuer oder ähnliches zu betreiben. In der angehängten PDF sind alle Bauteile einzeln gezeichnet und vermaßt.
Anhang anzeigen Gasbrenner 7 kW.pdf