DE102008006248A1 - Apparatus and method for heating workpieces - Google Patents

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Abstract

In apparatus (10) for heating workpieces (20,20,20''), having multiple burner jets (40, 50) for heating the workpieces during passage in series and/or parallel through the apparatus on a transporter (30), the burner jets are independently switchable on and off by a control unit. An independent claim is included for a corresponding workpiece heating procedure, in which the burner jets (40) located within the workpiece contour regions of the workpiece transport path are switched on and the burner jets (50) located outside the workpiece contour regions of the workpiece transport path are switched off.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung von Werkstücken, umfassend ein Transportmittel, mit welchem die Werkstücke hintereinander und/oder nebeneinander durch eine Erwärmungseinrichtung transportierbar sind. Ferner sieht die Vorrichtung mehrere Brennerdüsen zur Erwärmung der Werkstücke auf dem Transportweg durch die Erwärmungseinrichtung vor.The Invention relates to a device for heating workpieces, comprising a transport means, with which the workpieces behind one another and / or next to each other by a heating device are transportable. Furthermore, the device sees several burner nozzles for heating the workpieces during transport through the heating device.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erwärmung von Werkstücken mit der genannten Vorrichtung.The The invention further relates to a method for heating Workpieces with said device.

Um Werkstücke einer Wärmebehandlung in einem Ofen zu unterziehen, können diese auf Transportrollen abgelegt werden, mit denen die Werkstücke von einer Beschickungsöffnung durch eine Erwärmungseinrichtung zu einer Entnahmeöffnung transportiert werden. Die Werkstücke werden auf diesem Transportweg auf eine vorgegebene Zieltemperatur erwärmt. Bei den Werkstücken kann es sich beispielsweise um Gegenstände aus Metall, Glasplatten oder Keramikteile handeln. Vielfach werden für diese Zwecke Rollenherdöfen verwendet.Around Workpieces of a heat treatment in an oven undergo these can be placed on transport wheels be, with which the workpieces from a loading opening transported by a heating device to a removal opening become. The workpieces are picked up on this transport route heated a predetermined target temperature. For the workpieces For example, it can be metal objects, Glass plates or ceramic parts act. Many will be for used these purposes roller hearth furnaces.

Bei dieser Art der Erwärmung kommt es zunehmend auf den Nutzungsgrad des Brennstoffs sowie auf den Platzbedarf der Anlage an. In den Öfen wird für die Erwärmung der Werkstücke hauptsächlich infrarote Strahlung oder Konvektion verwendet, wodurch die Einsatzfähigkeit der Öfen beschränkt ist. Infrarotwärme ist bei überwiegend blanken Bauteilen aufgrund deren Reflexion nur sehr langsam zu übertragen, was lange Öfen mit entsprechendem Platzbedarf erfordert. Wird dagegen Konvektionswärme verwendet, indem beispielsweise heiße und durch Ventilatoren beschleunigte Luft in einen Ofen geleitet wird, lässt sich die Konvektionswärme nur bis etwa 750°C wirtschaftlich übertragen. Die Baugrößen dieser Öfen und damit auch die Kosten sind relativ hoch.at This type of heating is increasingly dependent on the degree of utilization of the fuel and the space required by the plant. In the ovens will for the heating of the workpieces mainly infrared radiation or convection is used, reducing the operational capability the ovens is limited. infrared heat is with predominantly bare components due to their reflection very slow to transfer what long ovens required with corresponding space requirements. If, however, convection heat used, for example, by hot and by fans accelerated air is passed into an oven, can be the convection heat economically transferred only to about 750 ° C. The sizes of these ovens and therefore also the costs are relatively high.

Jet-, Pralldüsen- oder Impingement-Erwärmung mit Luft-Gas-Gemisch oder auch Oxifuel sind ebenfalls bekannt. Beispielsweise offenbart die deutsche Patentschrift DE 10 2004 028 236 B3 ein Verfahren zur Erwärmung von Werkstücken vor der Umformung, bei dem in einem Düsenfeld Prallstrahlen verwendet werden, um ein Werkstück mit einem Fluid konvektiv zu erwärmen.Jet, baffle or impingement heating with air-gas mixture or Oxifuel are also known. For example, the German patent publication DE 10 2004 028 236 B3 a method for heating workpieces prior to forming, wherein impact jets are used in a nozzle field to convectively heat a workpiece with a fluid.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 816 219 A1 ist ferner ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Stahlbändern mittels direkter Flammenbeheizung bekannt. Die Erwärmung eines Stahlbands erfolgt durch mehrere Boosterbrenner, die senkrecht zur Bandoberfläche angeordnet sind, wobei die von den Brennern erzeugten Flammen den gesamten Querschnitt des Stahlbands einhüllen. Innerhalb der Flammen wird die Stöchiometrie in Abhängigkeit von der Ausgangstemperatur und der Zieltemperatur definiert. Durch die Hüllflammen wird so eine gleichmäßige und definierte Erwärmung des Stahlbands erreicht, das kontinuierlich durch den Ofen bewegt wird.From the European patent application EP 1 816 219 A1 Furthermore, a method for heat treatment of steel strips by means of direct flame heating is known. The heating of a steel strip is effected by a plurality of booster burners, which are arranged perpendicular to the strip surface, wherein the flames produced by the burners envelop the entire cross section of the steel strip. Within the flames, the stoichiometry is defined as a function of the starting temperature and the target temperature. The enveloping flames thus achieve a uniform and defined heating of the steel strip, which is continuously moved through the furnace.

Die bekannten Verfahren und ihre zugehörigen Öfen besitzen jedoch allgemein den Nachteil, dass sie nicht selektiv die jeweilige Form eines Werkstücks berücksichtigen können. Düsen feuern also zu einem Großteil in Bereiche des Ofens, in denen sich kein Werkstück befindet, so dass bis zu 80% der erzeugten Brennerenergie ungenutzt bleiben.The known methods and their associated stoves However, they generally have the disadvantage that they are not selective consider the particular shape of a workpiece can. Nozzles fire so much in areas of the furnace where there is no workpiece, so that up to 80% of the generated burner energy remain unused.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Erwärmungsvorrichtung und ein zugehöriges Erwärmungsverfahren zu schaffen, mit dem beliebig geformte Bauteile wirtschaftlich und auf kleinem Bauraum gleichmäßig erwärmt werden können.task The invention is therefore a heating device and to provide an associated heating method, with the arbitrarily shaped components economically and on a small scale Installation space can be heated evenly.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Erwärmungsvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–10. Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 12–16.According to the invention this task by a warming device with the Characteristics of independent claim 1 solved. Advantageous developments of the device will become apparent from the dependent claims 2-10. The object is further achieved by a method Claim 11 solved. Advantageous embodiments of the method will become apparent from the dependent claims 12-16.

Die Erfindung sieht eine Vorrichtung zur Erwärmung von Werkstücken, umfassend ein Transportmittel, mit welchem die Werkstücke hintereinander und/oder nebeneinander durch eine Erwärmungseinrichtung transportierbar sind, vor. Die Erwärmungseinrichtung umfasst ferner mehrere Brennerdüsen zur Erwärmung der Werkstücke auf dem Transportweg durch die Erwärmungseinrichtung. Erfindungsgemäß sind die Brennerdüsen durch eine Steuereinheit getrennt voneinander zu- und abschaltbar. Die gesamte Erwärmungseinrichtung kann allein stehend ausgeführt sein, oder sie ist beispielsweise vor oder hinter einem weiteren Ofen positioniert.The Invention provides a device for heating workpieces, comprising a transport means, with which the workpieces behind one another and / or next to each other by a heating device are transportable, before. The heating device comprises Furthermore, a plurality of burner nozzles for heating the Workpieces on the way through the heating device. According to the invention, the burner nozzles by a control unit separately switched on and off. The entire heating device can be executed alone or, for example, it is before or after another Oven positioned.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung Detektionsmittel zur Bestimmung der ungefähren Umrisse und/oder der Position der Werkstücke in der Erwärmungseinrichtung auf, wobei die Detektionsmittel in Verbindung mit der Steuereinheit der Brennerdüsen stehen. Bei den Detektionsmitteln kann es sich beispielsweise um mehrere Lichtschranken, induktive Sensoren und/oder eine Bilderkennungseinrichtung handeln. Die Vorrichtung weist ferner Mittel zur Bestimmung der Transportgeschwindigkeit der Werkstücke auf, wobei diese Mittel ebenfalls in Verbindung mit der Steuereinheit der Brennerdüsen stehen.Preferably the device has detection means for determining the approximate Outlines and / or the position of the workpieces in the heating device on, wherein the detection means in connection with the control unit stand the burner nozzles. In the detection means can These are, for example, multiple light barriers, inductive sensors and / or an image recognition device act. The device further comprises means for determining the transport speed the workpieces, these agents also in conjunction with the control unit of the burner nozzles are.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Erwärmungseinrichtung wenigstens einen Brennerkasten auf, in dem sich jeweils mehrere Brennerdüsen befinden, die von einem Brenner gespeist werden. Ein Brenner wird vorzugsweise mit einem gasförmigen Brennstoff und einer Sauerstoffanreicherung betrieben. Dabei kann die Sauerstoffanreicherung nach dem Druckwechselverfahren betrieben werden.In one embodiment of the invention, the heating device has at least one Burner box, in each of which there are several burner nozzles, which are fed by a burner. A burner is preferably operated with a gaseous fuel and an oxygen enrichment. The oxygen enrichment can be operated according to the pressure swing process.

Ein Brenner ist beispielsweise mit einer Pilotflamme oder einem Hochspannungszündstab zündbar. Die Überwachung eines Brenners kann mit einer UV-Zelle oder einem Ionisationsstab erfolgen.One Burner is for example with a pilot flame or a Hochspannungszündstab ignitable. The monitoring of a burner can with a UV cell or a Ionisationsstab done.

Von der Erfindung umfasst ist ferner ein Verfahren zur Erwärmung von Werkstücken, bei dem die Werkstücke mit einem Transportmittel hintereinander und/oder nebeneinander durch eine Erwärmungseinrichtung transportiert werden, wobei mehrere Brennerdüsen die Werkstücke auf dem Transportweg durch die Erwärmungseinrichtung erwärmen. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Brennerdüsen während des Transports der Werkstücke durch die Erwärmungseinrichtung durch eine Steuereinheit getrennt voneinander zu- und abgeschaltet werden, wobei diejenigen Brennerdüsen zugeschaltet werden, welche sich auf dem Transportweg der Werkstücke im Bereich der Konturen der Werkstücke befinden, während diejenigen Brennerdüsen abgeschaltet werden, welche sich auf dem Transportweg der Werkstücke außerhalb der Konturen der Werkstücke befinden.From The invention further comprises a method for heating of workpieces, in which the workpieces with a Transport means one behind the other and / or side by side by a Heating device to be transported, with multiple burner nozzles the workpieces on the way through the heating device heat. The inventive method is characterized by the fact that the burner nozzles during the transport of the workpieces by the heating device switched on and off separately by a control unit with those burner nozzles being switched on, which are in the transport path of the workpieces in the area of Contours of the workpieces are located while those Burner nozzles are turned off, which are on the transport route of the workpieces outside the contours of the workpieces are located.

Vorzugsweise bestimmen Detektionsmittel der Erwärmungseinrichtung die ungefähren Umrisse und/oder die Position der Werkstücke in der Erwärmungseinrichtung, und diese Informationen werden von den Detektionsmitteln an die Steuereinheit der Brennerdüsen übermittelt. Ferner wird die Transportgeschwindigkeit der Werkstücke bestimmt, und diese Information über die Transportgeschwindigkeit wird ebenfalls an die Steuereinheit der Brennerdüsen übermittelt. In diesem Fall sieht das Verfahren vor, dass die Steuereinheit aus den Informationen über die ungefähren Umrisse und/oder die Position der Werkstücke in der Erwärmungseinrichtung (10) und der Information über die Transportgeschwindigkeit der Werkstücke bedarfsweise die Brennerdüsen zu- und abschaltet.Preferably, detection means of the heating means determine the approximate outlines and / or the position of the workpieces in the heating means, and this information is transmitted from the detection means to the control unit of the burner nozzles. Furthermore, the transport speed of the workpieces is determined, and this information about the transport speed is also transmitted to the control unit of the burner nozzles. In this case, the method provides that the control unit from the information about the approximate outlines and / or the position of the workpieces in the heating device ( 10 ) and the information about the transport speed of the workpieces as needed, the burner nozzles on and off.

Alternativ kann die Steuereinheit die Brennerdüsen auch nach einem in der Steuereinheit hinterlegten Schema zu- und abschalten.alternative The control unit can also burn the burner nozzles after a Switch on and off in the control unit stored scheme.

Die Erfindung löst die Aufgabe der Erfindung auf vorteilhafte Weise, da sie die Brennerfunktion einer Erwärmungseinrichtung selektiv auf die Form und Position der zu erwärmenden Werkstücke abstimmen kann. Durch die selektive Steuerung wird kein Brenngas in Bereichen verwendet, in denen sich kein Wärmgut befindet. Durch die optimale Anordnung des Düsenabstandes sowohl zueinander als auch zum Wärmgut wird ferner eine hohe Ausbeute der Brenngasenergie sichergestellt.The Invention solves the problem of the invention to advantageous Way, since they are the burner function of a heating device selective to the shape and position of the workpieces to be heated can vote. The selective control does not produce fuel gas used in areas where there is no heat. Due to the optimal arrangement of the nozzle spacing both to each other and to the Wärmgut is also a high yield of Fuel gas energy ensured.

Weitere positive Effekte ergeben sich aus der deutlich verringerten CO2- und NOx-Emmission. Die Erfindung nutzt dabei auch auf günstige Weise den ohnehin vorhandenen Antrieb der Transportrollen des Härteofens zum Transport des Gutes.Further positive effects result from the significantly reduced CO 2 and NO x emissions. The invention also makes use of the already existing drive the transport rollers of the curing oven for transporting the goods in a favorable manner.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.Further Advantages, special features and expedient further education The invention will become apparent from the dependent claims and the following description of preferred embodiments based on the pictures.

Von den Abbildungen zeigt:From the pictures shows:

1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Erwärmungsvorrichtung in einem Querschnitt; 1 an embodiment of the heating device according to the invention in a cross section;

2 eine schematische Darstellung der Erwärmungsvorrichtung aus 1 mit vier Brennerkästen in einem Längsschnitt; und 2 a schematic representation of the heating device 1 with four burner boxes in a longitudinal section; and

3 eine schematische Draufsicht auf Werkstücke beim Transport durch einen Ofen. 3 a schematic plan view of workpieces during transport through an oven.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Erwärmungsvorrichtung 10 für Werkstücke in einem Querschnitt dargestellt. Bei den beispielhaft dargestellten Werkstücken 20, 20' und 20'' handelt es sich um flache Blechplatinen, die in einem Ofen 10 auf eine Zieltemperatur erwärmt werden. Das Wärmgut kann jedoch auf jegliche Arten ausgebildet sein und weist üblicherweise starke Querschnittsänderungen und damit unterschiedliche Formen auf.In 1 is an embodiment of the heating device according to the invention 10 for workpieces shown in a cross section. In the exemplified workpieces 20 . 20 ' and 20 '' These are flat sheet metal blanks that are in an oven 10 be heated to a target temperature. However, the Wärmgut can be formed in any way and usually has strong cross-sectional changes and thus different shapes.

Die Werkstücke 20, 20' und 20'' werden auf einem Transportmittel 30 durch die Erwärmungseinrichtung 10 transportiert, wobei beispielsweise mehrere rotierende Transportrollen hintereinander angeordnet sind, welche die Werkstücke kontinuierlich durch den Ofen transportieren. Die Transportrollen des Transportmittels 30 sind so ausgebildet, dass sie den mechanischen und thermischen Anforderungen genügen. Dabei müssen sie insbesondere hohen Temperaturen von bis zu 1500°C sowie starken Temperaturwechseln innerhalb der Vorrichtung standhalten, was beispielsweise durch keramische Werkstoffe und/oder Kühlungen in den Antriebswellen erreicht werden kann.The workpieces 20 . 20 ' and 20 '' be on a means of transport 30 through the heating device 10 transported, for example, a plurality of rotating transport rollers are arranged one behind the other, which continuously transport the workpieces through the oven. The transport wheels of the means of transport 30 are designed to meet the mechanical and thermal requirements. They must withstand especially high temperatures of up to 1500 ° C and strong temperature changes within the device, which can be achieved for example by ceramic materials and / or cooling in the drive shafts.

Oberhalb und unterhalb des Transportmittels 30 befinden sich mehrere Brennerkästen, in denen wiederum mehrere Brennerdüsen angeordnet sind. Dabei ist in 1 ein vorderer Brennerkasten 60 dargestellt, durch den sich zu diesem Zeitpunkt nebeneinander drei Blechplatinen 20, 20' und 20'' bewegen. Die einzelnen Brennerdüsen befinden sich jeweils in einem gemeinsamen luft- oder wassergekühlten Kanal, welcher auch als Tragelement der Einzeldüsen dienen kann. Die Brennerdüsen sind durch eine nicht dargestellte Steuerung getrennt voneinander aktivierbar und deaktivierbar. Die Düsen können somit selektiv zu- und abgeschaltet werden. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Gruppen von Brennerdüsen selektiv zu- und abgeschaltet werden können. In 1 sind die Düsen 40 in denjenigen Bereichen, in denen sich Blechplatinen 20, 20' und 20'' befinden, aktiviert. Die Düsen 50 dagegen, die in Bereichen angeordnet sind, in denen sich keine Blechplatine befindet, sind nicht zugeschaltet.Above and below the means of transport 30 There are several burner boxes in which in turn several burner nozzles are arranged. It is in 1 a front burner box 60 represented by the next at this time three sheet metal blanks 20 . 20 ' and 20 '' move. The individual burner nozzles are each located in a common air- or water-cooled channel, which can also serve as a support element of the individual nozzles. The burner nozzles can be activated and deactivated separately from one another by means of a control (not shown). The nozzles can thus be selectively switched on and off. It can also be provided that a plurality of groups of burner nozzles can be selectively switched on and off. In 1 are the nozzles 40 in those areas where sheet metal blanks 20 . 20 ' and 20 '' are activated. The nozzles 50 on the other hand, which are arranged in areas where there is no sheet metal blank, are not switched.

Die Ansteuerung der einzelnen Brennerdüsen erfolgt vorzugsweise anhand von Signalen mehrerer Sensoren, die Werkstücke auf den Transportmitteln detektieren und in der Lage sind, die ungefähren Umrisse der einzelnen Werkstücke und ihre Position zu bestimmen. Als Sensoren können beispielsweise Lichtschranken 80 verwendet werden, wie sie in der 2 am Anfang der Transportstrecke dargestellt sind. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Erwärmungseinrichtung gemäß 1, wobei mehrere Transportrollen 30, 31 und 33 ein Werkstück 20 durch die Vorrichtung bewegen. Alternativ oder ergänzend zu Lichtschranken können jegliche Sensoren eingesetzt werden, mit denen das Vorhandensein und die ungefähre Form eines Gegenstands in einem definierten Bereich detektierbar ist. Beispielsweise können auch induktive Sensoren verwendet werden, welche die Bewegung eines Werkstücks in einem Magnetfeld detektieren. Ferner können Bilderkennungsverfahren eingesetzt werden, bei denen von einer oder mehreren Kameras Bilder von Bereichen der Vorrichtung aufgenommen und ausgewertet werden, um Gegenstände in den aufgenommenen Bereichen zu erkennen. Mit Bilderkennungsverfahren lassen sich besonders gut die Umrisse von Gegenständen bestimmen.The control of the individual burner nozzles is preferably carried out on the basis of signals from a plurality of sensors, which detect workpieces on the transport means and are able to determine the approximate outlines of the individual workpieces and their position. As sensors, for example, photoelectric sensors 80 used as they are in the 2 are shown at the beginning of the transport route. 2 shows a longitudinal section through a heating device according to 1 , where several transport rollers 30 . 31 and 33 a workpiece 20 move through the device. As an alternative or in addition to light barriers, any sensors can be used with which the presence and the approximate shape of an object in a defined area can be detected. For example, inductive sensors can be used which detect the movement of a workpiece in a magnetic field. Furthermore, image recognition methods can be used in which images of areas of the device are recorded and evaluated by one or more cameras in order to detect objects in the recorded areas. With image recognition methods, the outlines of objects can be determined particularly well.

Die Sensoren 80 detektieren die Blechplatinen 20, 20' und 20'' und senden entsprechende Signale an eine nicht dargestellte Steuereinheit, wobei die Signale Informationen darüber enthalten, in welchen Bereichen auf dem Transportmittel ein oder mehrere Werkstücke erfasst wurden. Dabei können auch Konturen der Werkstücke erfasst werden. Die Steuereinheit verwendet diese Signale und vorzugsweise auch Informationen über die Transportgeschwindigkeit der Werkstücke, um gezielt diejenigen Brennerdüsen anzusteuern, die sich oberhalb und/oder unterhalb des Transportweges des jeweiligen Werkstücks befinden. Werden zwei Blechplatinen nebeneinander aufgelegt, werden die ungefähren Umrisse der Blechplatinen durch die Sensoren erfasst und durch die Steuereinheit diejenigen Brennerdüsen nicht aktiviert, die sich im Zwischenraum zwischen den beiden Platinen oder daneben befinden. Um eine möglichst exakte Zuschaltung zu ermöglichen, sollten ausreichend viele Sensoren vorgesehen sein. Ferner sollte die Transportgeschwindigkeit der Werkstücke ebenfalls berücksichtigt werden, so dass die ersten Brennerdüsen nach Durchlaufen der Platinenkontur bereits wieder abgeschaltet werden können, während weitere Brennerdüsen erst zugeschaltet werden, sobald eine Platine die jeweilige Transportposition erreicht hat, die von der Steuereinheit errechnet wurde.The sensors 80 detect the sheet metal blanks 20 . 20 ' and 20 '' and send corresponding signals to a control unit, not shown, wherein the signals contain information about in which areas on the transport one or more workpieces were detected. Contours of the workpieces can also be detected. The control unit uses these signals, and preferably also information about the transport speed of the workpieces to selectively control those burner nozzles, which are located above and / or below the transport path of the respective workpiece. If two sheet metal blanks are placed next to each other, the approximate contours of the sheet metal blanks are detected by the sensors and the control unit does not activate those burner nozzles which are located in the space between the two blanks or next to it. In order to enable the most exact possible connection, a sufficient number of sensors should be provided. Furthermore, the transport speed of the workpieces should also be taken into account, so that the first burner nozzles can be switched off again after passing through the board contour, while further burner nozzles are switched on as soon as a board has reached the respective transport position, which was calculated by the control unit.

Dem Längsschnitt in 2 ist zu entnehmen, dass die Erwärmungsvorrichtung beispielsweise vier Brennerkästen 60, 61, 70 und 71 aufweist, von denen jeweils zwei oberhalb und unterhalb der Transportrollen 31, 32 und 33 des Transportmittels 30 angeordnet sind. In Transportrichtung sind jeweils zwei Brennerkästen hintereinander angeordnet, es können jedoch auch weitere Brennerkästen vorgesehen sein. Dabei sind die beiden Reihen aus Brennerkästen vorzugsweise versetzt zueinander angeordnet, so dass die oberen Brennerkästen 60 und 61 versetzt zu den unteren Brennerkästen 70 und 71 angeordnet sind. Die Erwärmung kann jedoch auch mit nur einem Brennerkasten bzw. Brennerkanal erfolgen, in dem mehrere Brennerdüsen selektiv zuschaltbar sind. Vorzugsweise hat ein Brennerkasten eine rechteckige Form, er kann jedoch beispielsweise auch rund oder oval ausgeführt sein. Die Größe des Brennerkastens ist dabei stets so groß, dass eine oder mehrere Brennerdüsen eingebaut werden können.The longitudinal section in 2 it can be seen that the heating device, for example, four burner boxes 60 . 61 . 70 and 71 each of which has two above and below the transport rollers 31 . 32 and 33 of the means of transport 30 are arranged. In the transport direction two burner boxes are arranged one behind the other, but it can also be provided more burner boxes. The two rows of burner boxes are preferably arranged offset from one another, so that the upper burner boxes 60 and 61 offset to the lower burner boxes 70 and 71 are arranged. However, the heating can also be done with only one burner box or burner channel in which a plurality of burner nozzles are selectively switched on. Preferably, a burner box has a rectangular shape, but it can also be designed, for example, round or oval. The size of the burner box is always so large that one or more burner nozzles can be installed.

Als Material für einen Brennerkasten wird beispielsweise Keramik oder Metall verwendet, deren Eigenschaften entsprechend der zu erwartenden Umgebungstemperaturen gewählt sind. Ferner sollte ein Brennerkasten hohen Temperaturen und Temperaturschwankungen standhalten, was beispielsweise bei Faserverbundkeramiken gegeben ist. Die Brenngasleitungen zu den einzelnen Brennerdüsen werden beispielhaft durch einen Brennerkanal, welcher durch hindurchströmende Frischluft gekühlt ist, geführt, um ein vorzeitiges thermisches Aufspalten des Brenngases zu vermeiden.When Material for a burner box, for example, ceramic or metal whose properties correspond to the expected ambient temperatures are selected. Furthermore, a burner box should be high in temperature and withstand temperature fluctuations, which is the case, for example, with fiber composite ceramics given is. The fuel gas lines to the individual burner nozzles be exemplified by a burner channel, which by flowing therethrough Fresh air is cooled, led to a premature avoid thermal splitting of the fuel gas.

Die Erwärmungsvorrichtung 10 kann fest mit einem Härteofen verbunden sein. In besonderer Ausbildungsweise handelt es sich bei der Erwärmungsvorrichtung jedoch um eine mobile Einheit, die nicht fest an eine Ofenanlage gebunden ist, sondern auch für verschiedene Öfen verwendet werden kann, um die Leistungsfähigkeit des jeweiligen Ofens als Booster zu verbessern.The heating device 10 can be firmly connected to a curing oven. In a particular embodiment, however, the heating device is a mobile unit that is not fixedly connected to a furnace, but can also be used for various furnaces to improve the performance of the respective furnace as a booster.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Erwärmungseinrichtung beispielsweise hinter einem Härteofen eingesetzt, um partiell eine besondere Erwärmung oder Kühlung des Gutes zu erzielen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn Zonen höherer oder geringerer Härte oder Dehnung nach dem Formhärtevorgang erzielt werden sollen.In one embodiment of the invention, the heating device is used, for example behind a curing oven to partially special heating or cooling of the goods to he aim. This may be the case, for example, when zones of higher or lower hardness or elongation are to be achieved after the mold hardening process.

Beim Erwärmungsvorgang werden eine oder mehrere Platinen 20, 20' und 20'' manuell oder maschinell auf die Transportrollen 31, 32 und 33 gefahren und durch die Vorrichtung bewegt, wie es in 3 in einer Draufsicht dargestellt ist. Dabei wird die Belegung der Lichtschranken 80, welche sich genau in einer Linie mit den Brennerdüsen befinden, gemessen. Gleichzeitig wird die Geschwindigkeit der Blechplatinen durch Inkrementalgeber der Rollenantriebe oder durch ein Bildinspektionssystem gemessen. Bevor die Bleche die Brennerreihen erreichen, durchfahren sie somit einzelne Lichtstrahlen, welche in Kombination mit der Fahrgeschwindigkeit die Ein- und Ausschaltzustände der einzelnen Brenner bewirken, was von der Steuereinheit der Brennerdüsen anhand der zur Verfügung stehenden Informationen errechnet wird. Bewegen sich nun die Platinen durch die Erwärmungsvorrichtung, zünden die Brennerdüsen 40, welche durch die Platinenkontur belegt sind, während Brennerdüsen 50, welche nicht durch die Platinenkontur belegt sind, abgeschaltet bleiben. Die Brennerdüsen 40 bleiben solange aktiviert, bis die Kontur wieder frei wird. Dann schalten die Brenner wieder ab. Durch diese selektive Ansteuerung der Brennerdüsen lassen sich erhebliche Mengen an Brennstoff einsparen.The heating process involves one or more sinkers 20 . 20 ' and 20 '' manually or mechanically on the transport rollers 31 . 32 and 33 moved and moved through the device as it is in 3 is shown in a plan view. In the process, the assignment of the light barriers becomes 80 , which are exactly in line with the burner nozzles, measured. At the same time, the speed of the sheet metal blanks is measured by incremental encoders of the roller drives or by an image inspection system. Before the sheets reach the burner rows, they thus pass through individual light beams which, in combination with the driving speed, cause the on and off states of the individual burners, which is calculated by the control unit of the burner nozzles on the basis of the available information. Now move the boards through the heater, ignite the burner nozzles 40 , which are occupied by the board contour, while burner nozzles 50 , which are not occupied by the board contour remain switched off. The burner nozzles 40 remain activated until the contour becomes free again. Then the burners turn off again. This selective control of the burner nozzles can save considerable amounts of fuel.

Falls Werkstücke automatisiert und/oder stets in gleichen Abständen zueinander in die Erwärmungseinrichtung 10 eingebracht werden, besteht ferner die Möglichkeit, die einzelnen Brennerdüsen nach einem in der Steuereinheit hinterlegten festen Schema zu- und abzuschalten. In diesem Fall ergeben sich die Position und die Umrisse aus dem definierten Programmschema, so dass die Steuereinheit die Brennerdüsen ohne die Verwendung von Sensorsignalen ansteuern kann. Die Transportgeschwindigkeit kann dabei ebenfalls schon fest vorgegeben und damit bekannt sein.If workpieces automated and / or always equidistant from each other in the heating device 10 are introduced, it is also possible, the individual burner nozzles on and stored in accordance with a fixed scheme stored in the control unit. In this case, the position and the outlines result from the defined program scheme, so that the control unit can control the burner nozzles without the use of sensor signals. The transport speed can also be fixed and thus known.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung beinhaltet die Reduzierung des Stickstoffballastes, welcher bei der Verbrennung mit Luft einen erheblichen Teil der erzeugten Wärme für sich verbraucht und der Guterwärmung nicht zur Verfügung steht. Dies wird im Brenner durch Einsatz von reinem Sauerstoff oder einer mit Sauerstoff angereicherten Luft z. B. von 90%O2 + 10%N2 erreicht. Die Sauerstoffanreicherung wird vorzugsweise nach dem Druckwechselverfahren betrieben. Dies ist aus ökonomischen Gründen der bevorzugte Prozess, da die Reinheit des Sauerstoffs von untergeordneter Bedeutung ist.A further embodiment of the invention involves the reduction of the nitrogen ballast, which consumes a considerable part of the heat generated in the combustion with air and the good heating is not available. This is in the burner by using pure oxygen or an oxygen-enriched air z. B. of 90% O 2 + 10% N 2 reached. The oxygenation is preferably operated by the pressure swing process. This is the preferred process for economic reasons, since the purity of the oxygen is of minor importance.

Durch diese Verbesserung der Verbrennung kann die Brenntemperatur von ca. 1800°C auf 2800°C erhöht werden, was sich direkt auf die Wärmeübergangszahl α auswirkt. Des Weiteren kann die Flammengeschwindigkeit von ca. 1 m/s auf ca. 10 m/s erhöht werden, was sich ebenso positiv auf die Wärmeübergangszahl auswirkt.By This combustion improvement can increase the firing temperature of 1800 ° C increased to 2800 ° C, which directly affects the heat transfer coefficient α. Furthermore, the flame speed of approx. 1 m / s can be increased to approx. 10 m / s are increased, which also has a positive effect on the heat transfer coefficient effect.

Die Zündung der Brenner kann mit elektrischer Zündspannung oder mit einer Pilotflamme erfolgen. Die erforderliche Sicherheitsüberwachung wird beispielsweise mit einer UV-Zelle oder vorzugsweise mit einem Ionisationsstab durchgeführt. Dieser kann ausschließlich für den Pilotbrenner oder aber für jeden Brenner einzeln ausgeführt sein. Die Brennersteuerung kann ferner nacheinander von der permanent brennenden Pilotflamme oder mit einem Zündtransformator und Zündstab für jeden Einzelbrenner erfolgen.The Ignition of the burner can with electrical ignition voltage or with a pilot flame. The required security monitoring is for example with a UV cell or preferably with an ionization bar carried out. This can only be for the pilot burner or individually for each burner be. The burner control may also be sequential to the permanent burning pilot flame or with an ignition transformer and ignition rod for each individual burner.

Für die Ein/Aus-Steuerung der Brenner können Vielfach-Busventile verwendet werden. Diesen Ventilen ist eine Sicherheitsventilstrecke vorgeschaltet, welche vorteilhafterweise mit einem Dichtheitskontrollsystem entsprechend EN 746 ff ausgestattet ist.For the on / off control of the burners, multiple bus valves can be used. These valves are preceded by a safety valve line, which advantageously with a tightness control system accordingly EN 746 ff Is provided.

Um die Erwärmungsvorrichtung 10 bei verschiedenen Öfen mit unterschiedlicher Länge und Breite einsetzen zu können, kann die Anzahl und Länge der einzusetzenden Düsenkörper gezielt gewählt werden. Beispielsweise können mehrere Düsenkörper an der Vorrichtung angekoppelt und entkoppelt werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die mögliche Arbeitslänge der Erwärmungseinrichtung eingestellt werden.To the warming device 10 can be used in different furnaces with different length and width, the number and length of the nozzle body to be used can be selected specifically. For example, a plurality of nozzle bodies can be coupled to the device and decoupled. In a further embodiment of the invention, the possible working length of the heating device can be adjusted.

Die beispielhafte Vorrichtung kann zur Vorwärmung von Blechplatinen für B-Säulen von Personenkraftwagen von Raumtemperatur auf ca. 500°C dienen, welche anschließend in einem Rollenherdhärteofen auf ca. 950°C erwärmt und dann in einem gekühlten Werkzeug geformt und abgeschreckt (gehärtet) werden. Der dazu häufig verwendete Vergütungsstahl ist von beiden Seiten mit einer ca. 30 μm dicken Aluminiumschicht versehen, welche einen Emissionsfaktor von nur 10% aufweist. Dieses Aluminium muss bei ca. 500°C, also unterhalb der Schmelztemperatur, erwärmt werden, damit es sowohl oxidiert als auch in den Grundstahl diffundiert. Oftmals sind Zink oder Silizium dem Aluminium zulegiert. Die übliche Blechdicke liegt zwischen 0,5 bis 4 mm. Die Durchsatzmengen liegen bei ca. 3 bis 5 Tonnen Stahl pro Stunde. Nach der Diffusion und Oxidation kann die Platine schnellstmöglich mit dem nun hervorragenden Emissionsfaktor von ca. 80% auf die Endtemperatur erwärmt werden. Dies kann ohne die Gefahr einer Schmelzphase der Aluminiumbeschichtung erfolgen, welche oftmals zu Rollenschäden im Härteofen führt.The Exemplary device can be used to preheat sheet metal blanks for B-pillars of passenger cars from room temperature Serve at about 500 ° C, which subsequently in a Roller hearth hardening furnace heated to approx. 950 ° C and then molded and quenched in a chilled tool (hardened). The one frequently used Heat-treated steel is approximately 30 μm thick from both sides Aluminum layer provided, which has an emission factor of only 10%. This aluminum must be at about 500 ° C, so below the melting temperature, to be heated so it both oxidizes and diffuses into the base steel. often Zinc or silicon are alloyed to the aluminum. The usual Sheet thickness is between 0.5 to 4 mm. The throughput quantities are at about 3 to 5 tons of steel per hour. After the diffusion and Oxidation, the board as soon as possible with the now excellent Emission factor of about 80% heated to the final temperature become. This can be done without the risk of a melt phase of the aluminum coating which often lead to roll damage in the curing oven leads.

Darüber hinaus kann mit der Vorrichtung ein vorher blankes Stahlblech in seiner Oberfläche so mattgeglüht werden, dass eine lose Zunderschicht vermieden werden kann. Der Wärmeübergang durch Strahlung ist im nachfolgenden Schutzgas-Härteofen jedoch hoch genug.In addition, with the device a previously bare steel sheet in its surface so Mild annealing that a loose scale layer can be avoided. The heat transfer by radiation is high enough in the subsequent inert gas curing oven.

Eine besondere Anwendung der Erfindung ist das nachträgliche Einbauen vor oder hinter vorhandenen Öfen, um deren Produktionsleistung in wirtschaftlicher Form zu steigern. Dies wird bereits häufig für Stahlband-Glühanlagen ausgeführt, hat jedoch bei üblichen Erwärmungseinrichtungen den Nachteil, dass die einzelnen Brenner nicht selektiv der Gutform angepasst werden können, was zu erheblicher Verringerung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades führt.A special application of the invention is the subsequent Install before or behind existing stoves to increase their production output to increase in economic form. This is already common designed for steel strip annealing plants, However, has in conventional heating devices the disadvantage that the individual burners are not selective of the Gutform can be adjusted, resulting in significant reduction the firing efficiency leads.

1010
Erwärmungseinrichtungheater
20, 20', 20''20 20 ', 20' '
Werkstück, Wärmgut, BlechplatineWorkpiece, Wärmgut, sheet metal plate
3030
Transporteinrichtung, TransportmittelTransport means, Mode of Transport
31, 32, 3331 32, 33
Transportrolletransport roller
4040
Brennerdüse, eingeschaltetburner, switched on
5050
Brennerdüse, ausgeschaltetburner, switched off
60, 6160 61
Brennerkasten obenburner box above
70, 7170 71
Brennerkasten untenburner box below
8080
Sensor, LichtschrankeSensor, photocell

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Claims (16)

Vorrichtung zur Erwärmung von Werkstücken (20; 20'; 20''), umfassend ein Transportmittel (30), mit welchem die Werkstücke (20; 20'; 20'') hintereinander und/oder nebeneinander durch eine Erwärmungseinrichtung (10) transportierbar sind, und mehrere Brennerdüsen (40; 50) zur Erwärmung der Werkstücke (20; 20'; 20'') auf dem Transportweg durch die Erwärmungseinrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerdüsen (40; 50) durch eine Steuereinheit getrennt voneinander zu- und abschaltbar sind.Device for heating workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) comprising a means of transport ( 30 ), with which the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) in succession and / or next to each other by a heating device ( 10 ) are transportable, and several burner nozzles ( 40 ; 50 ) for heating the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) on the way through the heating device ( 10 ), characterized in that the burner nozzles ( 40 ; 50 ) by a control unit separately switched on and off. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) Detektionsmittel zur Bestimmung der ungefähren Umrisse und/oder der Position der Werkstücke (20; 20'; 20'') in der Erwärmungseinrichtung (10) aufweist, wobei die Detektionsmittel in Verbindung mit der Steuereinheit der Brennerdüsen (40; 50) stehen.Device according to claim 1, characterized in that the device ( 10 ) Detection means for determining the approximate outlines and / or the position of the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) in the heating device ( 10 ), wherein the detection means in conjunction with the control unit of the burner nozzles ( 40 ; 50 ) stand. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) als Detektionsmittel mehrere Lichtschranken (80), induktive Sensoren und/oder eine Bilderkennungseinrichtung aufweist.Device according to claim 2, characterized in that the device ( 10 ) as detection means several photoelectric barriers ( 80 ), inductive sensors and / or an image recognition device. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) Mittel zur Bestimmung der Transportgeschwindigkeit der Werkstücke (20; 20'; 20'') aufweist, wobei diese Mittel in Verbindung mit der Steuereinheit der Brennerdüsen (40; 50) stehen.Device according to one of claims 2 and 3, characterized in that the device ( 10 ) Means for determining the transport speed of the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ), which means in conjunction with the control unit of the burner nozzles ( 40 ; 50 ) stand. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungseinrichtung (10) wenigstens einen Brennerkasten (60; 61; 70; 71) aufweist, in dem sich jeweils mehrere Brennerdüsen (40; 50) befinden, die von einem Brenner gespeist werden.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heating device ( 10 ) at least one burner box ( 60 ; 61 ; 70 ; 71 ), in which in each case a plurality of burner nozzles ( 40 ; 50 ), which are fed by a burner. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brenner mit einem gasförmigen Brennstoff und einer Sauerstoffanreicherung betrieben wird.Device according to claim 5, characterized in that that a burner with a gaseous fuel and a Oxygen enrichment is operated. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffanreicherung nach dem Druckwechselverfahren betrieben wird.Device according to claim 6, characterized in that that the oxygenation operated according to the pressure swing method becomes. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brenner mit Pilotflamme oder Hochspannungszündstab zündbar ist.Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that a burner with pilot flame or High voltage ignition rod is ignitable. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung eines Brenners mit UV-Zelle oder mit Ionisationsstab erfolgt.Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the monitoring of a burner with UV cell or ionization bar. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungseinrichtung (10) allein stehend ist oder vor oder hinter einem weiteren Ofen positioniert ist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the heating device ( 10 ) is alone or positioned in front of or behind another oven. Verfahren zur Erwärmung von Werkstücken (20; 20'; 20''), bei dem die Werkstücke (20; 20'; 20'') mit einem Transportmittel (30) hintereinander und/oder nebeneinander durch eine Erwärmungseinrichtung (10) transportiert werden, wobei mehrere Brennerdüsen (40; 50) die Werkstücke (20; 20'; 20'') auf dem Transportweg durch die Erwärmungseinrichtung (10) erwärmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerdüsen (40; 50) während des Transports der Werkstücke (20; 20'; 20'') durch die Erwärmungseinrichtung (10) durch eine Steuereinheit getrennt voneinander zu- und abgeschaltet werden, wobei diejenigen Brennerdüsen (40) zugeschaltet werden, welche sich auf dem Transportweg der Werkstücke (20; 20'; 20'') im Bereich der Konturen der Werkstücke (20; 20'; 20'') befinden, während diejenigen Brennerdüsen (50) abgeschaltet werden, welche sich auf dem Transportweg der Werkstücke (20; 20'; 20'') außerhalb der Konturen der Werkstücke (20; 20'; 20'') befinden.Method for heating workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ), in which the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) with a means of transport ( 30 ) in succession and / or next to each other by a heating device ( 10 ), with several burner nozzles ( 40 ; 50 ) the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) on the way through the heating device ( 10 ), characterized in that the burner nozzles ( 40 ; 50 ) during the transport of the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) by the heating device ( 10 ) are switched on and off separately by a control unit, wherein those burner nozzles ( 40 ), which are located on the transport path of the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) in the area of the contours of the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) while those burner nozzles ( 50 ), which are located on the transport path of the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) outside the contours of the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) are located. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Detektionsmittel die ungefähren Umrisse und/oder die Position der Werkstücke (20; 20'; 20'') in der Erwärmungseinrichtung (10) bestimmen, und diese Informationen von den Detektionsmitteln an die Steuereinheit der Brennerdüsen (40; 50) übermittelt werden.A method according to claim 11, characterized in that the detection means the approximate outlines and / or the position of the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) in the heating device ( 10 ) and this information from the detection means to the control unit of the burner nozzles ( 40 ; 50 ). Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ungefähren Umrisse und/oder die Position der Werkstücke (20; 20'; 20'') in der Erwärmungseinrichtung (10) durch mehrere Lichtschranken (80), induktive Sensoren und/oder eine Bilderkennungseinrichtung bestimmt werden.A method according to claim 12, characterized in that the approximate outlines and / or the position of the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) in the heating device ( 10 ) by several photoelectric barriers ( 80 ), inductive sensors and / or an image recognition device are determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportgeschwindigkeit der Werkstücke (20; 20'; 20'') bestimmt wird, und diese Information über die Transportgeschwindigkeit an die Steuereinheit der Brennerdüsen (40; 50) übermittelt wird.Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the transport speed of the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) and this information about the transport speed to the control unit of the burner nozzles ( 40 ; 50 ) is transmitted. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit aus den Informationen über die ungefähren Umrisse und/oder die Position der Werkstücke (20; 20'; 20'') in der Erwärmungseinrichtung (10) und der Information über die Transportgeschwindigkeit der Werkstücke (20; 20'; 20'') bedarfsweise die Brennerdüsen (40; 50) zu- und abschaltet.A method according to claim 14, characterized in that the control unit from the information about the approximate outlines and / or the position of the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ) in the heating device ( 10 ) and the information about the transport speed of the workpieces ( 20 ; 20 '; 20 '' ), if necessary, the burner nozzles ( 40 ; 50 ) turns on and off. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Brennerdüsen (40; 50) nach einem in der Steuereinheit hinterlegten Schema zu- und abschaltet.Method according to one of claims 11 to 15, characterized in that the control unit, the burner nozzles ( 40 ; 50 ) after one in the tax unit stored scheme switched on and off.
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