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Verfahren und Einrichtung zur Regelung des Zuges in einem Tunnelofen
Bei den bekannten Tunnelöfen für keramische
Zwecke mit Gasfeuerung wird der Zug im Rauch- gaskanal entweder von Hand aus oder gefühls- mässig oder an Hand von Rauchgaswerten, die von entsprechenden Messgeräten abgelesen werden, oder mit Hilfe von selbsttätigen Zugreglern, die im Abgasesammelkanal den Zug auf Konstanz regeln, eingestellt. Diese Regelungsmassnahmen bedeuten, dass die schwankenden Beaufschla- gungen der Feuerstelle einerseits und die veränderlichen Zugwiderstände im Brennkanal anderseits nicht berücksichtigt werden. Hiezu gehören auch die verschiedenen äusseren Einflüsse, wie schwankende Aussentemperatur, Windverhältnisse und Stärken, wechselnde Abgastemperatur usw.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die Zug-, Druck-und Temperaturverhältnisse unmittelbar in der Feuerzone des Ofens sich zur Regelung des Zuges im Abgaskanal benutzen lassen, wobei folgende Beobachtungen gemacht wurden.
In der Feuerzone des Ofens befindet sich eine
Stelle, die durch Versuche leicht bestimmt werden kann, welche bezüglich des Zuges bzw. des Druckes der Feuergase als Nullstelle angesprochen werden kann. Beiderseits dieser Stelle lässt sich nun je ein Thermometer anbringen, das strahlungsgeschützt ist und das allerdings nicht die wahren Temperaturverhältnisse im Ofen, wohl aber Änderungen in dem Zustand oder der Bewegung dieses obgenannten Nullbereiches anzuzeigen in der Lage ist. Diese Änderungen, ausgedrückt in einem Steigen oder Fallen der genannten Thermometer, lassen sich nun zur Steuerung von elektrischen Geräten verwenden, die auf einen Motor einwirken, der entsprechend (und in der zeitlichen Anhängigkeit) diesen Änderungen die Hub-bzw. Senkbewegungen des Rauchgasschiebers bewirkt.
Die Bewegungen des Rauchgasschiebers können dann entweder unmittelbar in an sich bekannter Weise durch den Motor erfolgen oder mittelbar durch elektrisch gesteuerte oder mechanisch regulierte an sich bekannte Vorrichtungen. Es wird dadurch eine Feinheit der Regulierung erzielt, die mit den bisher bekannten Zugregelungsverfahren und Vorrichtungen hinsichtlich Empfindlichkeit und Genauigkeit nicht erreichbar war.
Das wesentliche Kennzeichen der Erfindung besteht demnach darin, dass die Betätigung des Rauchgasschiebers in Abhängigkeit der Verschiebung des Druck-Zug-Null-Bereiches der Feuerzone erfolgt. Hiebei können entweder Thermometer oder nach einer besonderen Aus-
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vorgesehen werden.
Diese Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung sind aus den beiliegenden Zeich- nungen zu ersehen, in welchen die Fig. l eine schematische Aussenansicht des Tunnelofens mit der Zug-Druck-Linie der Abgasführung, die
Fig. 2 einen Querschnitt des Ofens im Bereich eines Thermometers, die Fig. 3 ein Schaltschema der elektrischen Einrichtung, die Fig. 4 die schematische Darstellung der Anordnung des
Motors zur Bewegung des Rauchgasschiebers, die Fig. 5 die Verbindung der erfindungsgemässen
Einrichtung mit dem Stellgerät eines bekannten
Konstantzugreglers, die Fig. 6 die Kombination eines erfindungsgemässen Gerätes mit einem
Konstantzugregler bekannter Konstruktion und schliesslich die Fig. 7 das Schema einer Schaltung mit einem Thermometer mit einstellbaren Maxima-und Minimakontakten veranschaulichen.
Wie aus der Fig. l hervorgeht, besteht der Tunnelofen aus der Vorwärmzone 1, der Feuerzone 2 und der Kühlzone 3, die zusammen einen geschlossenen Tunnel von beträchtlicher Länge bilden. In der Feuerzone sind beiderseits der vertikalen Längswände die Brenner 4 angeordnet, die Gase ziehen im Sinne des Pfeiles 5 zum Fuchs 6, der durch einen Schieber 7 abgeschlossen bzw. dessen freier Querschnitt durch diesen Schieber verringert oder vergrössert werden kann, wodurch die Regelung des Zuges in an sich bekannter Weise erfolgt.
.. Nun ist durch Versuche festgestellt worden, dass es in der Feuerzone eine Stelle gibt, in welcher der Zug der abziehenden Gase und der Druck der aus der Kühlzone 3 eintretenden, in der Hauptsache aus Verbrennungsluft bestehenden
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Gase sich die Waage halten, so dass man diese Zone als den Druck-Zug-Null-Bereich oder den Druck-Zug-Null-Punkt ansprechen kann.
Trägt man die statischen Druck-und Zug-Grössen als vertikale Entfernungen von Null in das in der Fig. 1 gezeigte Diagramm ein und bezeichnet man die Linie 7 als Nullinie, die strichpunktierte Linie 8 als Nullbereich, dann ergibt sich für den Zug des Ofens von der Feuerzone zum Fuchs eine strichpunktierte Linie 9, die im Nullbereich die Nullinie schneidet. Ändern sich der Zug oder die thermischen Verhältnisse des Ofens, so wandert dieser Schnittpunkt in der Diagrammzeichnung nach rechts oder links, je nachdem, ob die Zugstärke des Ofens geringer oder grösser wird. Diese Linien sind in der Zeichnung mit 10 und 11 bezeichnet. Durch den Pfeil 12 ist die normale Zugstärke am Fuchs, mit dem Pfeil 14 die verminderte Zugstärke und mit dem Pfeil 15 die vergrösserte Zugstärke angedeutet.
Nach oben sind hiebei die Druckgrössen, nach unten die Zuggrössen durch die Pfeile 13 und 13 a angegeben. In der Fig. 2 ist mit 16 das Ofengewölbe und mit 17 eine mit Sand gefüllte Rinne zu Dichtungszwecken sowie mit 18 das untere Wagengestell mit den Nuten 19 und den seitlichen Stegen 19 a des Ofens schematisch dargestellt.
Beiderseits des Nullbereiches 8 sind nun in etwa der gleichen Entfernung von diesen zwei Kontaktthermometer 20 und 21 vorgesehen, welche an T-förmigen Ansatzrohren 22 angebracht und durch winkelige Ausbildung des Rohres, das in einen mit keramischem Material ausgekleideten Kanal 24 ausmündet, gegen strahlende Wärme geschützt. Diese Anordnung ist für beide Thermometer die gleiche. Das Kontaktthermometer 20, welches näher dem Abgasesammelkanal, also dem Fuchs zu liegt, wird daher an einer Stelle leichten Unterdrucks liegen und einen
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Thermometer wird daher eine Temperatur anzeigen, die der Temperatur aussen in der Nähe des Ofens entspricht.
Das andere Thermometer 21 hingegen wird eine geringe Abgasströmung aus dem Ofeninneren führen und eine bedeutend höhere Temperatur zur Anzeige bringen, die aber immer noch wesentlich niedriger liegt als die Temperatur in der Feuerzone des Ofens.
Der Überdruck in dem nach der Feuerzone gelegenen Ofenteil (in der Richtung der Wagendurchfahrt gesehen) rührt nämlich von dem Auftrieb der heissen Ofengase her, der Unterdruck in dem vor der Feuerzone gelegenen Ofenteil wird von dem am Einfahrtsende des Ofens angeschlossenen Schornstein verursacht. In der Praxis hat es sich erwiesen, dass das Thermometer 20 etwa 500 C und das Thermometer 21 etwa 200 C anzeigt, weshalb die Einstellung auf Kontaktgabe daher auf die Temperaturen 70 C einerseits und auf 180'0 C anderseits erfolgt.
Da, wie im folgenden ausgeführt wird, die Thermometer über Relais und Schalter mit einem Hub-und Senkmotor für den Rauchgas- schieber in elektrisch gesteuerter Verbindung stehen, wird in Abhängigkeit von der durch die Änderung des Zuges im Ofen bedingten Änderung der angezeigten Temperaturen die Regelung des Ofenzuges vorgenommen.
Die durch die Thermometer gesteuerten elektrischen und mechanischen Einrichtungen sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt.
In der Fig. 3 ist das Schaltschema der Einrichtung veranschaulicht. Wenn der Zug a in der Feuerzone 2 des Tunnelofens ansteigt, wird infolge der Verringerung der Abgaseströmung im Teil 1 des Ofens die Temperatur des Thermometers 21 sinken, dabei wird der Kontaktfinger 25 den verstellbaren Minimumkontakt berühren und den Gleichstromkreis über den Kontakt 25 a schliessen. Dieser Gleichstromkreis besteht aus den Schienen 26 und 27 der Stromquelle 28, 29, von welcher die Leitung 27 zu einem elektromagnetischen Schütz 30 führt, während die Rückleitung 31 über einen Verriegelungsschalter32 wieder an die Gleichstromquelle anschliesst. Dadurch wird der Servomotor 33 durch die Stromquelle R, S, T und die Schienen M, v, w und die Schliessung des Schalters 35 in Umlauf s versetzt, der den Schieber schliesst.
Der Motor ist über einen Schneckentrieb ST (Fig. 4) und über die Zahnräder 36, 37, 38, 39 und 37 a mit einer Seilrolle kraftschlüssig verbunden, über welche das Seil 40 für den Schieber 7 und für das Ausgleichsgewicht 41 läuft. Dabei ist der Schieber in den Schienen 42 geführt.
Gleichzeitig wird aber der Verriegelungsschalter 43 geöffnet, da er durch die Leitung 44 und die Rückleitung 45 Stromschluss erhält. Damit wird verhindert, dass das Kontaktthermometer 20 bei wieder fallendem Zug das Schütz 47 betätigt. Der Zug in der Feuerzone wird daher so lange sinken, bis durch die wieder einsetzende Abgaseströmung im Kanal 1 des Thermometers 21 den Hauptstromkreis unterbricht und damit der Ruhestand wieder erreicht wird oder das Thermometer 20 zum Ansprechen kommt. In diesem Falle wird der Finger 48 über den Kontakt 50 und die Leitungen 51 und 52 Stromschluss geben und den Verriegelungskontakt 43 betätigen, wodurch der Schalter 35 abfällt. Dadurch kommt der Motor zum Stillstand.
Nunmehr werden beide Thermometer 20 und 21 so lange steigen, bis das Thermometer 21 den Hilfsstromkreis unterbricht, wodurch der Verriegelungs- schalter 43 einklinkt, infolge des geschlossenen Kontaktes bei dem Thermometer 20 der Schalter 50 zum Ansprechen kommt und der Motor durch die vertauschten Anschlussphasen in der entgegengesetzten Richtung umläuft, bis das wieder sinkende Thermometer den Ruhezustand herstellt.
Die Gleichstromquelle wird erhalten durch Herausführen zweier Phasen 60 und 61 von der Wechselstromquelle zu den Schienen 62 und 63, von welchen über Sicherungen 64 und einen Transformator 65 sowie einen Gleichrichter 66 die Schienen 28 und 29 gespeist werden.
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Die beiden Verriegelungsschalter sind bei dieser Ausführungsform notwendig, weil bei rasch und tief verlaufenden Zugschwankungen, wie sie beispielsweise beim Einfahren eines Wagens vorkommen, beide Thermometer 20 und 21 nacheinander ansprechen können und dadurch die Phasen R und S kurzschliessen würden.
Sinkt der Zug in der Feuerzone, während die Regelung in Ruhestellung ist, wie dies in der Fig. 3 in der Grundstellung dargestellt wurde, dann wird das Thermometer 20 steigen, wodurch in dem oben geschilderten Sinne über die Leitungen 52 und 45 und über das Schütz 47 der Schalter 35 a geschlossen und der Motor 33 veranlasst wird, durch Heben des Schiebers 7 den Zug so lange zu erhöhen, bis das wieder sinkende Thermometer 20 den Hilfsstromkreis unterbricht und den Ruhestand wieder herstellt.
Um den Zug auch von Hand aus verstellen zu können, sind parallel zu den Kontaktthermometern die Taster 67 und 68 vorgesehen.
Durch die geschilderte Arbeitsweise der Regelungseinrichtung wird der Zug in der Feuerzone um einen Mittelwert schwanken, der von der Lage der beiden Kanäle zu den Thermometern 20 und 21 bestimmt wird, wobei die Amplituden der Schwankungen durch die Einstellung der Kontakte an den Thermometern festgelegt sind. Da bei jedem Kanal-oder Tunnelofen geeignete Schaurohre vorhanden sind, kann der Einbau der Thermometer auch nachträglich auf die folgende Weise vorgenommen werden.
An dem Schaurohr, unmittelbar nach dem letzten Brenner (in der Fahrtrichtung der Wagen gesehen) wird ein CO2-Prüfgerät angeschlossen. Der im Fuchs herrschende Schornsteinzug wird zur Erzielung eines einwandfreien Ofenganges so einreguliert, dass die durch den ersteren in der Zeiteinheit abgesaugte Gasmenge gleich oder geringfügig grösser ist als die durch die Verbrennung in der Feuerzone entwickelte, um den Übertritt von Rauchgasen in den nach der Feuerzone gelegenen Ofenteil (Kühlzone) zu verhindern. Es wird daher unmittelbar nach der letzten Feuerstelle bei richtig angestelltem Ofengang kein CO2 zu finden sein, während schon
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CO2 festgestellt werden kann. Danach werden zwei geeignete Schaurohre so ausgewählt, dass das dem Schornstein näher gelegene eben noch zieht, während das entferntere schon drückt.
An diesen beiden Rohren werden dann die Kontaktthermometer gemäss den Fig. l und 2 der Zeichnung angebracht.
Bei Tunnelöfen hat man bisher sogenannte ölhydraulische Zugregler vorgesehen, die durch den statischen Druck nahe dem Hauptrauchgasschieber gesteuert werden. Diese Zugregler bestehen gemäss der Fig. 5 aus einer Membrandose 70 mit der Membrane 71, die einerseits beaufschlagt wird von dem statischen Druck der durch den Kanal 72 ziehenden Rauchgase durch die Impulsleitung 73, anderseits gegen eine kleine Spiralfeder 74 arbeitet, welche in ihrer
Spannung durch eine Stellschraube 75 eingestellt werden kann. Eine Pendeldüse 76 ist bei 77 gelagert und wird durch die Ausschläge der Membrane 71 (in der Zeichnung nach rechts oder nach links) ausgeschwenkt.
Dadurch tritt Drucköl aus der Leitung 79 durch die Düse 76 entweder in die Leitung 80 oder in die Leitung 81, wodurch der Kolben 82 im Gehäuse 83 nach links bzw. nach rechts gedrückt wird. Die Kolbenstange 84 zieht das Seil 85 über die Rolle 86 und 87 in der entsprechenden Richtung, wodurch der durch das Gegengewicht 88 ausgeglichene Schieber 7 angehoben oder gesenkt wird.
Hiezu ist nun erfindungsgemäss eine Einrichtung vorgesehen, welche gestattet, die Wirkung dieser üblichen Konstantzugregler, welche den Zug im Rauchgaskanal trotz der durch wechselnde Abgastemperaturen und veränderliche atmosphärische Verhältnisse verursachten Schwankungen der statischen Zugstärke auf Konstanz zu regeln, mit der Wirkung der erfindunggemässen Regeleinrichtung zu kombinieren und dadurch höchste Konstanz der Zugstärke in der Feuerzone zu erreichen.
Hier wird die Einrichtung gemäss der Erfindung folgendermassen angewendet :
Der Motor 90 arbeitet über einen Schneckentrieb 91 auf ein Zahnrad 92 und dieses über die Zahnräder 93, 94, 95 und 96 auf die Stellschraube 75. Treten die eingangs genannten Verhältnisse und Änderungen in den Zug-und Druckverhältnissen in der Feuerzone ein, so wird die Stellschraube im Sinne einer Verschwenkung der Pendeldüse verdreht und die dadurch die oben geschilderten Verstellungen des Schiebers über die Kolbenstange bzw. der
Kolben bewirkt. Die gleichzeitige Beeinflussung der Membrane durch den Druck der Rauchgase unterstützt diese Wirkung.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt die Fig. 6, nach der ein ölhydraulischer Regler mit dem erfindungsgemässen Regler kombiniert ist, u. zw. solcherart, dass die beiden Regler auf je einen Schieber 100 und 101 arbeiten, welche nacheinander im Kanal 102 angeordnet sind. Bei dieser Anordnung lässt sich eine noch feinere Abstufung der Regelung erzielen ; die Wirkungsweise bedarf keiner besonderen Erklärung.
In der Fig. 7 ist schliesslich eine wesentliche Vereinfachung der Anordnung gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 3 in einer Schaltskizze dargestellt, wobei ein einziges Kontaktthermometer 110 mit je einem Maximum-und Minimumkontakt 111 bzw. 112 zur Anwendung kommt, wodurch ausser einer Vereinfachung des elektrischen Teiles der Anlage eine weitgehende Unabhängigkeit von der Ofenraumtemperatur in Verbindung mit einer verbesserten Regelgenauigkeit erreicht wird. Bei dieser Ausführungsform wird auf das Thermometer 20 gemäss der Fig. 3, welches sich im Kanal 24 aussen befindet (Fig. 2), verzichtet und nur mehr ein Thermometer verwendet, das an die Stelle des Thermometers 21
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der Fig. 1 tritt. Dort führt bekanntlich der zugehörige Kanal eine geringe Abgasströmung nach aussen.
Es wird bei dieser Anordnung nur mehr die Erscheinung ausgenützt, dass bei Verschiebung des Druck-Zug-Null-Punktes nach links oder rechts gemäss der Fig. 1 sich die Temperatur der Abgaseströmung im zugehörigen Kanal 24 (Fig. 2) erhöht oder erniedrigt. Da die Temperatur der Abgase am Ende des Kanals 24 bei der gewählten Anordnung um zirka 170 C über der Temperatur der Umgebung des Ofens liegt, ist es einleuchtend, dass deren Schwankungen nur mehr ganz geringfügigen Einfluss auf die Anzeige des Thermometers ausüben können.
Aus einem ähnlichen Grund üben auch Schwankungen der Temperatur im Ofeninnern einen nicht merklichen Einfluss auf die Temperaturanzeige aus. Diese wird vielmehr fast ausschliesslich von der gewählten Anordnung, welche ja konstant ist, und der Strömungsgeschwindigkeit im Kanal bestimmt. Die letztere ist'nur von der Lage des Druck-Zug-Null-Punktes abhängig, womit der Zusammenhang der zu regelnden Grösse mit der Temperaturanzeige des Gerätes gegeben ist.
Durch die Verlegung der Steuerkontakte in ein einziges Gerät ist eine Doppelschaltung ausgeschlossen und daher auch die Anordnung elektrischer Verriegelungen überflüssig.
Die Funktion des Gerätes gemäss der Fig. 7 ergibt sich bei sonst gleicher Bezifferung wie in Fig. 3 von selbst. Im übrigen wurde die Richtigkeit der obigen Angaben an Hand verschiedener Versuche erhärtet. Die Regelgenauigkeit ist derart gesteigert, dass in den meisten Fällen die zusätzliche Verwendung eines Konstantzugreglers überflüssig wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Regelung des Zuges in einem Tunnelofen, insbesondere für die Zwecke des Brennens keramischen Materials, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung des Rauchgasschiebers in Abhängigkeit von der Verschiebung des Druck-Zug-Null-Punktes (der Druck-Zug-NullZone) der Feuerzone erfolgt.
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