DE102004022047B3 - Banddurchlaufofen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Banddurchlaufofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken, umfassend eine Heizkammer und eine sich an die Heizkammer anschließende Kühlstrecke, wobei ein Trum eines Förderbands durch die Heizkammer entlang einer Förderbandauflage geführt ist und die Werkstücke mittels des Förderbands durch eine Hochtemperaturzone in der Heizkammer transportiert werden. DOLLAR A Um höhere Temperaturen in der Hochtemperaturzone bei verbesserter Wirtschaftlichkeit und/oder längere Bandstandzeiten zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Reibung zwischen dem Förderband und der Förderbandauflage zumindest im Bereich der Hochtemperaturzone aufzuheben und hierdurch die Spannung in dem Förderband in der Hochtemperaturzone zu minimieren. Dies wird erreicht, indem die Förderbandauflage zumindest in der Hochtemperaturzone der Heizkammer in Förderrichtung simultan mit dem Förderband beweglich angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Banddurchlaufofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken umfassend eine Heizkammer und eine sich an die Heizkammer anschließende Kühlstrecke, wobei ein Trum eines Förderbands durch die Heizkammer entlang einer Förderbandauflage geführt ist und die Werkstücke mittels des Förderbands durch eine Hochtemperaturzone in der Heizkammer transportiert werden.
- Derartige Banddurchlauföfen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden insbesondere zum Sintern von pulvermetallurgischen Erzeugnissen eingesetzt. Des Weiteren werden sie zum Sintern, Schmieden, Reduzieren, Oxidieren, Calzinieren, Löten, Glühen oder Anlassen von Massenteilen aus Metall verwendet. Die Werkstücke werden vorzugsweise automatisch vor dem Ofeneinlauf auf das Obertrum des umlaufenden Förderbandes aufgelegt, während der Rücklauftrum außerhalb des Ofens geführt wird.
- Die der Wärmebehandlung zu unterziehenden Werkstücke werden manuell oder automatisch auf das Förderband gelegt, das entlang der Förderbandauflage durch den Banddurchlaufofen geführt ist. Als Förderbänder kommen Metallgliederbänder, kettenartige Metallbänder sowie Drahtgeflechtbänder aus hitzebeständigem Edelstahl zum Einsatz. Vom Ofeneinlauf bis zum Ofenauslauf durchlaufen die Werkstücke eine Aufwärmstrecke, die Hochtemperaturzone sowie die Kühlstrecke. In den einzelnen Sektionen können zusätzliche Module installiert sein, um die Eigenschaften der Werkstücke zu verbessern, wie beispielsweise ein Schnellkühlungs- oder Anlassmodul. In den Durchlaufkanal zwischen Ofenein- und Ofenauslauf wird Schutzgas zugeführt, so dass die zu behandelnden Werkstücke in dem Bereich, in dem sie den Behandlungstemperaturen ausgesetzt sind, von Schutzgas umgeben sind. Als Schutzgas wird beispielsweise Wasserstoff oder auch Stickstoff eingesetzt, wobei an Stelle von Schutzgas auch Reaktionsgase zum Einsatz gelangen können. Die Beheizung des Banddurchlaufofens in der Heizkammer erfolgt vorzugsweise elektrisch, beispielsweise mit freistrahlenden Kammerheizungen oder mit stabförmigen Heizelementen.
- Bekannte Banddurchlauföfen erzeugen in der Hochtemperaturzone Temperaturen zwischen 1120° C bis 1150° C. Bei einer Bandbelastung von etwa 65 kg/m2 und einer Temperatur von 1120° Celsius in der Hochtemperaturzone wird bei herkömmlichen Öfen eine Standzeit des Förderbands von etwa 3 – 6 Monaten erreicht, wobei die Länge der Hochtemperaturzone und die Gesamtbelastung des Bandes eine entscheidende Rolle spielen. Das metallische Förderband verliert exponentiell mit zunehmender Temperatur an Festigkeit.
- Für einige der eingangs erwähnten Prozesse sind Temperaturen in der Hochtemperaturzone oberhalb der bisher für Banddurchlauföfen maximal üblichen 1150° C vorteilhaft, um die Eigenschaften der Werkstücke zu verbessern. Höhere Temperaturen in der Hochtemperaturzone lassen sich bei bekannten Banddurchlauföfen jedoch wegen der damit verbundenen, extrem kurzen Standzeiten der Förderbänder nicht wirtschaftlich realisieren.
- Um die Temperaturbegrenzung von Banddurchlauföfen in der Hochtemperaturzone von etwa 1150° C zu überschreiten, hat man bereits versucht, die herkömmlichen metallischen Förderbänder durch Förderbänder aus temperaturbeständigeren Werkstoffen, bei beispielsweise Keramik, Graphit, Molybdän oder Super-Aloys zu ersetzen. Diese Materialien erlauben zwar teilweise höhere Temperaturen in der Hochtemperaturzone bei akzeptabler Standzeit, sind jedoch wegen der hohen Materialkosten ebenfalls nicht wirtschaftlich. Sie haben sich daher in der Praxis nicht durchgesetzt.
- Ferner ist aus der
DE 1 508 420 B eine Einrichtung zum Transportieren metallischer Werkstücke in Wärmeöfen zur schrittweisen Vorwärtsbewegung der Werkstücke bekannt, wobei Hubstege, welche zu endlosen über Umlenkrollen geführten Gliederbändern zusammengeschlossen sind, die auf stationären Tragkonstruktionen liegenden Werkstücke abheben, indem sie teilweise aus dem oberen Längsspalt der Tragkonstruktion herausragen, dann die Werkstücke einen Teil der Transportstrecke transportieren und dann wieder auf den Tragkonstruktionen absetzen. Als Vorteil der beschriebenen Vorrichtung wird angegeben, dass der Wärmeofen in wirtschaftlicher Weise mit Unterfeuerung betrieben werden kann. Die aus Hubstegen bestehenden Gliederbänder sind mit einem Förderband eines Banddurchlaufofens nicht vergleichbar. - Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen Banddurchlaufofen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der höhere Temperaturen in der Hochtemperaturzone bei verbesserter Wirtschaftlichkeit und/oder längere Bandstandzeiten ermöglicht. Insbesondere soll weiterhin der Einsatz herkömmlicher, metallischer Förderbänder möglich bleiben.
- Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, die Reibung zwischen dem Förderband und der Förderbandauflage zumindest im Bereich des Hochtemperaturzone aufzuheben und hierdurch die Spannung in dem Förderband in der Hochtemperaturzone zu minimieren. Eine reduzierte Spannung erlaubt eine höhere Grenztemperatur und/oder verhilft dem Förderband zu einer längeren Standzeit.
- Im einzelnen wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 4 gelöst, wobei beiden Lösungen gemein ist, dass die Förderbandauflage zumindest in der Hochtemperaturzone der Heizkammer in Förderrichtung simultan mit dem Förderband beweglich angeordnet ist.
- Durch die erfindungsgemäße Maßnahme lassen sich höhere Grenztemperaturen von beispielsweise 1200° C bei herkömmlicher Bandstandzeit und Bandbelastung, eine längere Bandstandzeit bei herkömmlicher Prozesstemperatur und Bandbelastung oder eine höhere Bandbelastung bei herkömmlicher Prozesstemperatur und Bandstandzeit erzielen. Gleichzeitig lässt sich die einfache Anlagentechnik von Banddurchlauföfen beibehalten. Hieraus resultieren gegenüber anderen Öfen, die Prozesstemperaturen oberhalb von 1150° C ermöglichen, günstigere Investitionskosten.
- Gemäß Anspruch 1 wird eine konstruktiv einfache und wirksame Unterstützung des Förderbands in der Hochtemperaturzone erreicht, wenn die Förderbandauflage einen Satz erster in und gegen die Förderrichtung des Förderbands bewegliche Tragelemente und einen Satz zweiter in vertikaler Richtung bewegliche Tragelemente aufweist, wobei die Auflagen der ersten Tragelemente eine parallele Ebene zu dem Trum des Förderbandes aufspannen und die Auflagen der zweiten Tragelemente über und unter das Niveau dieser Ebene bewegbar sind. Die Tragelemente sind insbesondere als keramische Balken ausgeführt, deren Längsachsen sich in Förderrichtung erstrecken. Herkömmliche als Gliederband ausgeführte Förderbänder sind regelmäßig ausschließlich quer zur Förderrichtung scharniert. Die in den Scharnieren angeordneten stabilen Querstäbe werden optimal durch die Auflageflächen der keramischen Balken unterstützt, deren Längsachsen rechtwinklig zu den Querstäben verlaufen.
- Die ersten und zweiten Tragelemente sind mit einem Antrieb verbunden, der als Einzel- oder Gruppenantrieb ausgestaltet sein kann. Sofern die ersten und zweiten Tragelemente einen Gruppenantrieb aufweisen, erfolgt die Kraftübertragung auf die ersten und zweiten Tragelemente über unterschiedliche Getriebeglieder, die einerseits die Bewegung der ersten Tragelemente in und gegen die Förderrichtung des Förderbands und andererseits die Vertikalbewegung der zweiten Tragelemente ermöglichen.
- Die alternative Lösung für eine bewegliche Förderbandauflage gemäß Anspruch 4 besteht darin, dass im Bereich der Hochtemperaturzone unterhalb des durch die Heizkammer geführten Trums des Förderbands ein umlaufendes Unterstützungsband angeordnet ist, wobei die Förderrichtung und Bandgeschwindigkeit des Förderbands mit der Bewegungsrichtung und Bandgeschwindigkeit des Unterstützungsbands übereinstimmt. Indem das umlaufende Unterstützungsband lediglich im Bereich der Hochtemperaturzone des Banddurchlaufofens angeordnet ist, können die bei keramischen Förderbändern üblicherweise auftretenden Probleme aufgrund eines Temperaturgradienten über die Bandbreite, die insbesondere im Bereich niedrigerer Temperaturen zu Tage treten, wirksam vermieden werden. Ein Temperaturgradient führt zu einer Beschädigung des Keramikwerkstoffes.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
-
1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Banddurchlaufofens, -
2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Banddurchlaufofen im Bereich der Hochtemperaturzone sowie -
3 eine schematische Darstellung der Förderbandspannung bei einem herkömmlichen und einem erfindungsgemäßen Banddurchlaufofen. - In den
1 und2 ist ein Banddurchlaufofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere Massenteilen aus Metall, vornehmlich Stahl, unter Schutzgasatmosphäre dargestellt. Der Durchlaufofen besteht im wesentlichen aus einem ein Förderband1 aufweisenden, endlos umlaufenden Stetigförderer, einer Heizkammer2 , einer sich an die Heizkammer in Förderrichtung3 anschließenden Kühlstrecke4 sowie einer Förderbandauflage5 zur Führung des Obertrums des Förderbands1 . Eingangsseitig weist die Heizkammer2 einen Einlauf6 für das Förderband auf. Am Ende der Kühlstrecke3 befindet sich ein Auslauf7 für das Förderband1 . - Der gesamte Durchlaufbereich des Obertrums des Förderbandes
1 durch die Heizkammer2 und Kühlstrecke3 ist gekapselt, so dass ein geschlossener Durchlaufkanal gebildet wird. Der Durchlaufkanal besitzt mindestens einen nicht dargestellten Gasanschluss für die Zufuhr von Schutzgas, wobei der Ein- und Auslauf6 ,7 als Ein- und Auslassschleuse ausgeführt sind, um den Schutzgasverbrauch zu mindern. Das dennoch austretende Schutzgas wird am Ein- und/oder Auslauf des Banddurchlaufofens in an sich bekannter Weise entzündet und abgefackelt. - Die insgesamt mit
5 bezeichnete Förderbandauflage besteht aus einem ersten Satz Balken8a -8c die in und gegen die Förderrichtung3 des Förderbands1 beweglich angeordnet sind. Zwischen den Balken8a,b,c befinden sich zwei weitere Balken9a,b , die in vertikaler Richtung11 beweglich angeordnet sind. Zur Ausführung der Bewegung sind die Balken8a,b,c und9a,b mit einem Antrieb12 verbunden. Die Auflagen13a,b,c der Balken8 spannen eine parallele Ebene zu dem Obertrum des Förderbandes1 auf, wobei die Auflagen13a und13c seitlich abgewinkelt sind, um das Obertrum des Förderbands1 an den Rändern zu führen. - Oberhalb des Förderbandes
1 befinden sich quer zur Förderrichtung3 angeordnete elektrische Heizelemente14 , die über einen Durchgang16 in der rechten Seitenwand15 der Heizkammer2 mit Strom versorgt werden. Von der Außenseite wird der Durchgang16 von einem Kanal17 gekapselt. An der Oberseite ist die Heizkammer von einem abnehmbaren Ofendeckel18 verschlossen, der zu Wartungszwecken abnehmbar ist. - Zwischen den Heizelementen
14 und dem Förderband1 befindet sich eine Muffel19 aus Keramik zur indirekten Beheizung der Werkstücke und zum Schutz der Werkstücke vor Verunreinigungen. - Die in
2 dargestellte insgesamt mit5 bezeichnete bewegliche Förderbandauflage erstreckt sich zumindest über den Bereich der Hochtemperaturzone21 , die vom Einlauf6 ausgehend einer Vorheizzone22 innerhalb der Heizkammer2 nachgeordnet ist. In der Hochtemperaturzone herrschen Temperaturen oberhalb von 1120° Celsius. In den Bereichen vor und hinter der Hochtemperaturzone21 des Banddurchlaufofens wird der Obertrum des Förderbands1 konventionell in gleitender Reibung über eine nicht dargestellte Bandauflage geführt. Die Förderbandauflage5 arbeitet wie folgt:
Das Förderband1 wird in Förderrichtung3 getaktet bewegt. Während der Bewegung des Förderbandes1 liegen die Balken8a,b,c des ersten Balkensatzes an der Unterseite des Förderbandes1 an und werden mit der Geschwindigkeit des Förderbandes in Förderrichtung3 aus einer Ausgangslage in eine Endlage bewegt. Sobald die Balken8a,b,c ihre Endlage erreicht haben, wird das Förderband1 angehalten und von den Hubbalken9a,b aus der in2 dargestellten Lage angehoben, so dass die Unterseite des Bandes nicht mehr auf den Balken8a,b,c aufliegt. Anschließend werden die Balken8a,b,c entgegen der Förderrichtung3 in die Ausgangslage zurückbewegt. Dort werden die Balken9a,b unter das in2 dargestellte Niveau der Auflagen13a,b,c der Balken8a,b,c abgesenkt, so dass das Band ausschließlich auf den Balken8a,b,c ruht. Aus dieser Ausgangslage wiederholt sich der zuvor beschriebene Fördertakt. Der Abstand zwischen der Ausgangslage und der Endlage der Balken8a,b,c ist deutlich geringer als der Abstand vom Anfang23 bis zum Ende24 der Hochtemperaturzone21 . Es sind daher mehrere Fördertakte der Balken erforderlich, um das Förderband reibungsfrei durch die Hochtemperaturzone21 zu bewegen. -
3 verdeutlicht die vorteilhaften Wirkungen der erfindungsgemäßen beweglichen Förderbandauflage5 gegenüber einer herkömmlichen Förderbandauflage. Das obere Diagramm zeigt den Spannungsverlauf in herkömmlichen Banddurchlauföfen. Man erkennt, dass die Spannung des Förderbands am Ende der Hochtemperaturzone21 nahezu die zulässige Grenzspannung25 des Förderbandes1 erreicht. In dem unteren Diagramm ist erkennbar, dass die Bandspannung in der Hochtemperaturzone21 weitgehend durch die mit dem Förderband bewegte Förderbandauflage5 übernommen wird, so dass die Bandspannung deutlich unter der maximal zulässigen Grenzspannung25 liegt.
Claims (9)
- Banddurchlaufofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken umfassend eine Heizkammer und eine sich an die Heizkammer anschließende Kühlstrecke, wobei ein Trum eines Förderbands durch die Heizkammer entlang einer Förderbandauflage geführt ist und die Werkstücke mittels des Förderbands durch eine Hochtemperaturzone in der Heizkammer transportiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass – die Förderbandauflage zumindest in der Hochtemperaturzone (
21 ) der Heizkammer (2 ) in Förderrichtung (3 ) simultan mit dem Förderband (1 ) beweglich angeordnet ist und – die Förderbandauflage (5 ) einen Satz erster in und gegen die Förderrichtung des Förderbands bewegliche Tragelemente (8 ) und einen Satz zweiter in vertikaler Richtung (9 ) bewegliche Tragelemente aufweist, wobei die Auflagen (13 ) der ersten Tragelemente (8 ) eine parallele Ebene zu dem Trum des Förderbandes (1 ) aufspannen und die Auflagen der zweiten Tragelemente (9 ) über und unter das Niveau dieser Ebene bewegbar sind. - Banddurchlaufofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Tragelemente (
8 ,9 ) als Balken ausgeführt sind, deren Längsachsen sich in Förderrichtung (3 ) erstrecken. - Banddurchlaufofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Tragelemente (
8 ,9 ) mit einem Antrieb (12 ) verbunden sind. - Banddurchlaufofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken umfassend eine Heizkammer und eine sich an die Heizkammer anschließende Kühlstrecke, wobei ein Trum eines Förderbands durch die Heizkammer entlang einer Förderbandauflage geführt ist und die Werkstücke mittels des Förderbands durch eine Hochtemperaturzone in der Heizkammer transportiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderbandauflage zumindest in der Hochtemperaturzone (
21 ) der Heizkammer (2 ) in Förderrichtung (3 ) simultan mit dem Förderband (1 ) beweglich angeordnet ist, in dem im Bereich der Hochtemperaturzone (21 ) unterhalb des durch die Heizkammer (2 ) geführten Trums des Förderbands (1 ) ein umlaufendes Unterstützungsband angeordnet ist, wobei die Förderrichtung (3 ) und Bandgeschwindigkeit des Förderbands (1 ) mit der Bewegungsrichtung und Bandgeschwindigkeit des Unterstützungsbands übereinstimmen. - Banddurchlaufofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Tragelemente (
8 ,9 ) oder das Unterstützungsband aus einem hochtemperaturbeständigem Werkstoff bestehen. - Banddurchlaufofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der hochtemperaturbeständige Werkstoff Keramik ist.
- Banddurchlaufofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderband (
1 ) als Gliederband ausgeführt ist, dessen Glieder ausschließlich quer zur Förderrichtung scharniert sind. - Verfahren zum Betrieb eines Banddurchlaufofens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass (a) das Förderband (
1 ) getaktet in Förderrichtung (3 ) bewegt wird, (b) während der Bewegung des Förderbands (1 ) in Förderrichtung (3 ) werden die ersten in und gegen die Förderrichtung beweglichen Tragelemente (8 ) mit der Geschwindigkeit des Förderbands in Förderrichtung aus einer Ausgangslage (23 ) in eine Endlage (24 ) bewegt, (c) nach dem Anhalten in der Endlage (24 ) wird das Förderband (1 ) von den zweiten in vertikaler Richtung (11 ) beweglichen Tragelementen (9 ) über das Niveau der von den Auflagen (13 ) der ersten Tragelemente (8 ) aufgespannten Ebene angehoben und die ersten Tragelemente (8 ) entgegen der Förderrichtung (3 ) in die Ausgangslage (23 ) zurückbewegt (d) sodann werden die in vertikaler Richtung beweglichen Tragelementen (9 ) unter das Niveau der von den Auflagen (13 ) der ersten Tragelemente (8 ) aufgespannten Ebene abgesenkt. - Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderband (
1 ) mehrere Fördertakte nach Anspruch 8 vom Anfang (23 ) bis zum Ende (24 ) der Hochtemperaturzone durchläuft.
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