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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ofenanlage zum thermischen Behandeln von metallischen Platinen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Ofenanlage gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 25.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Stahlbaueile insbesondere für Kraftfahrzeuge herzustellen, die durch Anwendung der Warmumform- und Presshärtetechnologie hochfeste oder gar höchstfeste Eigenschaften erhalten. Hierdurch ist es möglich, das spezifische Eigengewicht des Bauteils zu senken, bei zumindest gleichbleibend oder aber erhöhten Festigkeitseigenschaften.
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Bei einigen Bauteilen ist es mitunter jedoch nicht nur erwünscht, hochfeste oder höchstfeste Eigenschaften zu erlangen und somit ein tendenziell hartes aber wenig duktiles Bauteil, sondern gleichzeitig Bereiche auszubilden, deren Duktilität deutlich höher ist. Dies können beispielsweise Anbindungsbereiche sein, in denen das durch Warmumformen und Presshärten hergestellte Bauteil mit einem anderen Bauteil gekoppelt wird, sodass das Bauteil nicht im Anbindungsbereich durch Mikrorisse oder aber in einem Crashfall aufgrund der harten und wenig duktilen Eigenschaften ausreißt.
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Hierzu gibt es aus dem Stand der Technik ebenfalls wiederum verschiedene Verfahren, Bauteile mit zwei Bereichen, die voneinander verschiedene Festigkeitseigenschaften und/oder Duktilitätseigenschaften besitzen, herzustellen. In erster Linie sind partielle Wärmenachbehandlungsverfahren bekannt. Hierbei werden die Bauteile zunächst komplett auf über Austenitisierungstemperatur der verwendeten Stahllegierung (auf über AC3) erhitzt, anschließend warmumgeformt und pressgehärtet. Die gewünschten duktileren Bereiche werden dann durch gezielte partielle Wärmenachbehandlung, beispielsweise mit Induktionsspulen und/oder durch ein partielles Anlassen hergestellt. Solche Verfahren haben den Nachteil, dass zunächst ein kompletter Energieeintrag in das gesamte Bauteil bei der Erhitzung auf über AC3 erwirkt wird, wobei die dadurch gewonnenen Festigkeitseigenschaften durch die Wärmenachbehandlung wiederum revidiert werden. Auch die Wärmenachbehandlung bedarf wiederum eines Energieeintrags.
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Um den zuvor genannten Nachteil zu vermeiden, sind aus dem Stand der Technik ebenfalls Verfahren bekannt, bei denen das Bauteil direkt mit unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften hergestellt wird. Hierzu ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 012 180 B3 eine Erwärmungseinrichtung bekannt, bei dem Halbzeuge auf unterschiedliche Temperaturen innerhalb voneinander verschiedenen Temperaturzonen erwärmt werden. Im Anschluss daran werden die auf voneinander verschiedene Temperaturen erwärmten Halbzeuge in einem Warmumform- und Presshärteprozess warmumgeformt und pressgehärtet. Zur Abtrennung der unterschiedlichen Temperaturzonen sind innerhalb der Erwärmungseinrichtung Schotts angeordnet, die quer zur Förderrichtung die Temperaturzonen voneinander abtrennen. Jeder Temperaturzone ist eine Heizung und eine Umwälzeinrichtung zugeordnet. Nach Abschluss des Erwärmungsvorgangs ist es für den Bereich des Bauteils, der in Transportrichtung nach hinten zeigt, nachteilig, dass er die in Transportrichtung vordere Temperaturzone passieren muss, wodurch eine Nacherwärmung oder aber Abkühlung erfolgt. Das Bauteil kann mithin nicht so präzise in seinen Temperaturen eingestellt werden, wie es unter Umständen insbesondere für einen Großserienproduktionsprozess notwendig ist, um die Produktionstoleranzen gering zu halten.
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Aus der
DE 10 2010 029 082 A1 ist ein Durchlaufofen bekannt, bei dem Strahlungswärmequellen in dem Durchlaufofen angeordnet sind.
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Aus der
EP 21 82 082 A1 ist ferner eine konduktive Plattenerwärmung der Metallplatine bekannt, wobei im Anschluss an die Erwärmung eine Zwischenkühlung mit Hilfe von temperierten Kühlplatten durchgeführt wird. Die konduktiven Temperierungsmittel sind Bestandteil einer Warmformlinie, zum Einstellen partiell unterschiedlicher Duktilitäten.
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Die zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren sind zur Herstellung der gewünschten Materialeigenschaften gut einsetzbar. Es bedarf jedoch eines erhöhten Energieaufwands zum Betreiben der verschiedenen zuvor erwähnten Temperierungseinrichtungen zusätzlich sind der Flächenbedarf und/oder ein erhöhter Handhabungsaufwand als nachteilig zu nennen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Erwärmungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben der Erwärmungseinrichtung bereitzustellen, mit denen es möglich ist, in einem Bauteil voneinander verschiedene Temperaturbereiche herzustellen und/oder zu halten, wobei die Erwärmungseinrichtung wirkungsgradoptimiert und kosteneffizient zu betreiben ist.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Der verfahrenstechnische Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Verfahrens gemäß Patentanspruch 25 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
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Die erfindungsgemäße Ofenanlage zum thermischen Behandeln von metallischen Platinen, insbesondere zum thermischen Behandeln von beschichteten Platinen aus einer härtbaren Stahllegierung, mittels Strahlungswärme, wobei mindestens zwei Bereiche der Platine bei voneinander verschiedenen Bauteiltemperaturen wärmebehandelt werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bereich der Platine durch eine Strahlungswärmequelle bei einer Temperatur von mindestens AC3 temperierbar ist und ein zweiter Bereich der Platine konduktiv bei einer Temperatur unter AC3 temperierbar ist, wobei in der Ofenanlage zur konduktiven Wärmebehandlung der zweiten Bereiche Kühlplatten oberhalb der Platine zwischen Platinenoberfläche und Strahlungswärmequelle angeordnet sind.
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Im Rahmen der Erfindung wird zur Temperierung des ersten Bereiches eine Wärmequelle eingesetzt, die als Strahlungswärmequelle oder aber auch als konduktive Wärmequelle ausgebildet sein kann. Weiterhin ist eine induktive Erwärmung über die Wärmequelle möglich. Bevorzugt wird jedoch eine Strahlungswärmequelle eingesetzt und nachfolgend wird die Erfindung mit der Strahlungswärmequelle beschrieben. Es ist jedoch auch möglich die zuvor genannten Wärmequellen als alternative zu der Strahlungswärmequelle einzusetzen, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Durch die erfindungsgemäße Ofenanlage wird es zum einen ermöglicht, das Bauteil bei einer Temperatur von mindestens Austenitisierungstemperatur, also AC3-Temperatur, besonders energieeffizient mittels einer Strahlungswärmequelle über Strahlungswärme zu behandeln. Dabei ist die Strahlungswärmequelle insbesondere als Gasbrenner zum Verbrennen fossiler Brennstoffe ausgebildet. Mittels der Strahlungswärme ist es dann möglich, die Platine innerhalb der Ofenanlage entweder von einem kalten Zustand, maßgeblich bei Raumtemperatur, auf einen erwärmten Zustand von Austenitisierungstemperatur oder aber oberhalb der Austenitisierungstemperatur zu erwärmen. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, eine bereits homogen vorerwärmte Platine, welche vollständig auf Austenitisierungstemperatur erwärmt wurde, innerhalb der Ofenanlage auf der Austenitisierungstemperatur in einem ersten Bereich zu halten.
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Die Erzeugung des zweiten Bereiches, der von dem ersten Bereich der Platine unterschiedliche Temperatureigenschaften besitzt, wird durch konduktive Wärmebehandlung ermöglicht. Hierbei wird insbesondere eine Platte, ganz besonders bevorzugt eine Kühlplatte zumindest abschnittsweise in formschlüssigen Kontakt mit der Platine gebracht. Der zweite Bereich wird dann über den formschlüssigen Kontakt konduktiv thermisch behandelt. Auch hier ist es möglich, die Platine von im Wesentlichen Raumtemperatur auf eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur zu erwärmen. Der zweite Bereich wird jedoch auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur, insbesondere unterhalb der AC1-Temperatur erwärmt, mithin nicht vollständig austenitisiert.
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Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, den zweiten Bereich bei einer vollständig auf Austenitisierungstemperatur erwärmten Platine mittels der Platte, insbesondere der Kühlplatte von der Austenitisierungstemperatur, also von über AC3 auf eine Temperatur unterhalb AC3 zu kühlen. Insbesondere wird der zweite Bereich auf eine Temperatur unter AC1 gekühlt. Im Rahmen der Erfindung ist es dann weiterhin möglich, den zweiten Bereich auf der Abkühltemperatur zu halten.
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Die AC1 und AC3-Punkte bestimmen sich maßgeblich aus der Legierungszusammensetzung der verwendeten härtbaren Stahllegierung der Platine. In der Regel liegt der AC3-Temperaturpunkt jedoch bei über 900° C. Der zweite Bereich wird daher maßgeblich auf eine Temperatur unterhalb 900° C gekühlt, wobei ganz besonders bevorzugt der zweite Bereich auf eine Temperatur gegenüber dem ersten Bereich gekühlt wird, so dass sich eine Temperaturdifferenz zu dem ersten Bereich von 100°, besonders bevorzugt 350°, ganz besonders bevorzugt 400° und insbesondere 450° C ergibt.
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In einer ersten bevorzugten Verwendung der Ofenanlage ist es möglich, die in der Ofenanlage thermisch behandelte Platinen auf mindestens zwei voneinander verschiedene Temperaturbereiche zu erwärmen. Hierbei wird ein erster Bereich auf über AC3-Temperatur erwärmt und ein zweiter Bereich auf unter AC3-Temperatur.
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In einer zweiten bevorzugten Verwendung der erfindungsgemäßen Ofenanlage wird eine homogen auf mindestens AC3-Temperatur erwärmte Platine von einer Erwärmungsvorrichtung in die erfindungsgemäße Ofenanlage verbracht und in der Ofenanlage in einem ersten Bereich auf mindestens AC3-Temperatur gehalten, wobei die Platine in einem zweiten Bereich konduktiv auf eine Temperatur unterhalb AC3-Temperatur gekühlt wird, insbesondere unterhalb AC1-Temperatur.
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In einer dritten bevorzugten Ausführungsvariante ist es möglich, innerhalb der erfindungsgemäßen Ofenanlage zunächst die gesamte Platine auf eine Temperatur oberhalb AC3 zu erwärmen und dann partiell konduktiv in zweiten Bereichen auf eine Temperatur unterhalb AC3 zu kühlen, wobei ein erster Bereich auf AC3-Temperatur gehalten wird.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, mehr als zwei Bereiche mit voneinander verschiedenen Temperaturen in dem Bauteil zu erzeugen. So können beispielsweise mehrere erste Bereiche oder aber mehrere zweite Bereiche in der Platine ausgebildet werden. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich dritte Bereiche auszubilden, die von den ersten Bereichen und den zweiten Bereichen eine ebenfalls verschiedene Temperatur aufweisen. Hierzu ist es insbesondere durch die konduktive Erwärmung bzw. konduktive Kühlung möglich, in einem jeweiligen Bereich individuell die Temperatur einzustellen.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist die Strahlungswärmequelle als Gasbrenner ausgebildet, insbesondere ist die Strahlungswärmequelle als mindestens ein Strahlheizrohr ausgebildet, wobei weiter bevorzugt mindestens ein Strahlheizrohr nahe einer Oberseite der Platine angeordnet ist und/oder ein Strahlheizrohr nahe einer Unterseite der Platine angeordnet ist. Durch die Ausbildung der Strahlungswärmequelle als Gasbrenner werden insbesondere fossile Brennstoffe in der Strahlungswärmequelle verbrannt, weshalb die Erwärmung mit einem guten energetischen Wirkungsgrad im Vergleich zu einer Induktionserwärmung oder aber einer Konvektionserwärmung durchführbar ist. Ferner ist es möglich, durch die Strahlungswärmequelle die Platine direkt zu heizen, es bedarf somit keiner langen Vorwärm- oder Aufwärmzeit der Ofenanlage selbst, da die Strahlungswärme unmittelbar nach Einschalten des Gasbrenners direkt und in voller Höhe vorhanden ist und der Ofenraum insgesamt ein geringes Volumen aufweist.
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Besonders bevorzugt ist die Strahlungswärmequelle als Strahlheizrohr ausgebildet, wobei mehrere Strahlheizrohre in der Ofenanlage angeordnet sein können, so dass diese flächig oberhalb der zu erwärmenden oder auf einer Temperatur zu haltenden flächigen Platine angeordnet sind. Das Strahlheizrohr kann auch in Form einer Heizschlange oberhalb der Platine angeordnet sein. Als bevorzugte Ausführungsvariante ist das Strahlheizrohr auf eine vertikale Richtung bezogen oberhalb der Platine angeordnet, wobei das Strahlheizrohr im Rahmen der Erfindung weiterhin bevorzugt möglichst nahe an der Oberseite der Platine angeordnet ist. Unter einer möglichst nahen Anordnung ist im Rahmen der Erfindung zu verstehen, dass ein optimaler Abstand zwischen Platine und Strahlheizrohr ausgebildet ist, so dass die Ofenanlage mit der Platine beschickbar ist, Mittel zur konduktiven Temperierung zwischen Strahlungswärmequelle und Platine anordnenbar sind, und zugleich ein möglichst geringer Abstand zwischen Strahlungswärmequelle und Platine ausgebildet ist, so dass möglichst wenig Wärmestrahlung als Verlustwärmestrahlung in die restliche Ofenumgebung abgestrahlt wird. Im Rahmen der Erfindung ist besonders bevorzugt ein Abstand der Strahlungswärmequelle zwischen 1 cm und 100 cm vorzusehen, bevorzugt 10 cm und 50 cm.
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Weiterhin bevorzugt ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, die Strahlungswärmequelle selbst in der Ofenanlage verlagerbar anzuordnen, so dass beispielsweise nach einem Beschickungsvorgang die Strahlungswärmequelle in Richtung zu der in der Ofenanlage befindlichen Platine absenkbar ist.
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Im Rahmen der Erfindung kann jedoch auch eine Strahlungswärmequelle auf eine vertikale Richtung bezogen unterhalb der Platine angeordnet sein. Hierbei ist dann insbesondere die Platine auf einem gitterartigen Rost oder aber auf einem Rollenträger oder einem sonstigen durchlässigen bzw. perforierten Träger gelagert, so dass Strahlungswärme von der Unterseite an die Platine gelangen kann.
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Weiterhin bevorzugt sind in einem Heizraum der Ofenanlage Abschirmelemente angeordnet, die die Strahlungswärme von der Platine abschirmen und/oder zu der Platine leiten. Die Abschirmelemente sind insbesondere als Leitbleche oder aber auch als Blenden ausgebildet, wobei insbesondere bei einer oberhalb der Platine angeordneten Strahlungswärmequelle bevorzugt mindestens eine Blende in horizontaler Richtung verschiebbar ausgebildet ist, wobei die Blende zwischen der Platine und der Strahlungswärmequelle platzierbar ist. In einer weiteren Ausführungsvariante ist oberhalb einer in der Ofenanlage befindlichen Platine mindestens eine Blende schwenkbar angeordnet, wobei die Blende stufenlos zwischen der Platine und der Strahlungswärmequelle schwenkbar angeordnet ist und so der Wärmeeintrag in einen zweiten Bereich der Platine gezielt eistellbar ist.
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Durch die insbesondere verstellbaren, ganz besonders bevorzugt aktiv verstellbaren Blenden ist es möglich, Teile der Platine abzudecken, so dass diese nicht der unmittelbaren Strahlungswärme ausgesetzt sind. Hierdurch ist es möglich, aus Richtung der Strahlungswärmequelle einen Schattenwurf auf die Platine zu verursachen, so dass die darunter befindlichen Bereiche der Platine auf einer Temperatur gehalten werden oder aber auf eine Temperatur erwärmt werden, die unterhalb der AC3-Temperatur liegt. Im Rahmen der Erfindung können weiterhin die Mittel zur konduktiven Temperierung unterhalb der Blende angeordnet sein, so dass sie ebenfalls nicht der direkten thermischen Belastung der Strahlungswärmequelle ausgesetzt sind. Durch die Möglichkeit der Schwenkbarkeit der Blende oder aber auch der Verschiebbarkeit der Blende ist es möglich, die Ofenanlage für verschieden große Platinen oder aber für verschieden große Bereiche innerhalb der Platinen anzuwenden.
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Weiterhin bevorzugt ist in der Ofenanlage eine Trennwand und/oder eine Abdeckhaube angeordnet, wobei durch die Trennwand und/oder durch die Abdeckhaube die durch die Strahlungswärme erzeugte Temperaturzone von dem restlichen Heizraum separiert ist und/oder thermisch isoliert ist. Im Rahmen der Erfindung sind dabei die Trennwände oder aber auch die Seitenwände der Abdeckhaube maßgeblich in vertikaler Richtung orientiert und können insbesondere aktiv auf eine in der Ofenanlage befindlichen Platine abgesenkt werden. Durch die in der Ofenanlage zusätzlich angeordneten Trennwände ist somit ein klarer Übergangsbereich zwischen erstem Bereich und zweitem Bereich definiert. Die Strahlungswärmequelle wird somit in vertikaler Richtung im Bereich erster Art der Platine gehalten, so dass diese nicht auch auf den Bereich zweiter Art strahlt. Zwischen den zwei Bereichen findet ein Wärmeübergang aufgrund von Wärmeleitung statt, welcher jedoch durch zusätzliche Mittel, beispielsweise eine aktive Kühlvorrichtung, eingedämmt oder aber derart unterbunden werden kann, dass eine scharfe Trennung zwischen den beiden voneinander verschiedenen Bereichen erfolgt. Es ist jedoch auch möglich, aufgrund der effizienten Energienutzung der erfindungsgemäßen Ofenanlage die Platine derart schnell thermisch zu behandeln, dass die Wärmeleitung zwischen den zwei Bereichen vernachlässigbar ist.
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Weiterhin bevorzugt sind in der Ofenanlage Transportmittel angeordnet, wobei über die Transportmittel die Platine in horizontaler Richtung verlagerbar ist. Bei den Transportmitteln handelt es sich besonders bevorzugt um Transportrollen oder Transportketten. Im Rahmen der Erfindung kann es sich jedoch auch um Transportschienen handeln. Weiterhin bevorzugt ist es möglich, bei der erfindungsgemäßen Ofenanlage die Platine über einen Manipulator einzulegen. Ferner ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die Transportmittel als Auszug derart zu gestalten, dass sie in der Funktionsweise einer Schublade arbeiten.
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Weiterhin ist bevorzugt die Platine innerhalb der Ofenanlage in vertikaler Richtung anhebbar, insbesondere durch mindestens ein Hubelement. Insbesondere bei in der Ofenanlage ortsfest angeordneter Strahlungswärmequelle sowie ortsfest angeordneten konduktiven thermischen Behandlungsmitteln, insbesondere Kühlplatten, ist es somit möglich, die Platine auf einfache Weise in die Ofenanlage in horizontaler Richtung zu transportieren und sofern sie ihre Lageposition erreicht hat, über die Hubvorrichtung in vertikaler Richtung zu der Strahlungswärmequelle hin orientiert anzuheben und optional dabei gegen die Kühlplatten zu pressen.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, die Platine derart anzuheben, dass sie in formschlüssigen, insbesondere flächigen Kontakt mit den Kühlplatten kommt. Ist die thermische Behandlung erfolgt, wird die Platine dann wiederum abgesenkt und über die Transportmittel aus der Ofenanlage befördert. Hierbei ist im Rahmen der Erfindung sowohl ein Durchlauftransport mit einer Eingangsseite und einer auf der Eingangsseite gegenüberliegenden Ausgangsseite möglich, als auch eine Beschickung der Ofenanlage mit nur einer Öffnung, durch die dann die Platine in die Ofenanlage eingelegt wird und auch wieder aus der Ofenanlage entnommen wird.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist die Platine auf einer Isolierschicht innerhalb der Ofenanlage lagerbar, insbesondere ist die Platine mit der Isolierschicht anhebbar, wobei die Platine bevorzugt zumindest bereichsweise auf der Isolierschicht aufliegt.
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Im Rahmen der Erfindung ist es somit möglich, die Platine von nur einer Seite thermisch zu behandeln, insbesondere zu erwärmen. Die gegebenenfalls dadurch auf der Unterseite der Platine austretende Wärme wird durch die Isolierschicht bestmöglich innerhalb der Platine gehalten, so dass eine optimale Energienutzung der Wärmeenergie innerhalb der erfindungsgemäßen Ofenanlage erfolgt.
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Im Rahmen der Erfindung ist die Isolierschicht insbesondere als Trägerschicht ausgebildet, wobei die Platine ganz besonders bevorzugt vollflächig auf der Isolierschicht aufliegt und weiterhin bevorzugt mit der Isolierschicht in die Ofenanlage verbringbar ist, in dieser thermisch behandelbar ist und anschließend wieder mit der Isolierschicht aus der Ofenanlage entnehmbar ist. Die Isolierschicht ist dabei insbesondere aus einem Isolierwerkstoff und/oder einem keramischen Werkstoff ausgebildet, wobei der Isolierwerkstoff eine hinreichende Temperaturresistenz hat, so dass er die Temperaturen von mitunter über AC3, über die gesamte Zeit der Wärmebehandlung resistent verträgt.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist die Isolierschicht im Rahmen der Erfindung mehrschichtig ausgebildet, wobei die Isolierschicht weiterhin bevorzugt als einschichtige oder aber als mehrschichtige Isolierschicht eine Dicke von mehr als 1 cm, ganz besonders bevorzugt mehr als 2 cm und insbesondere mehr als 5 cm besitzt. Diese Isolierschicht sollte im Rahmen der Erfindung jedoch nicht bedeutend dicker als 30cm sein, so dass im Falle einer Trägerschicht eine Handhabbarkeit von Isolierschicht mit aufgelegter Platine möglich ist.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist in der Isolierschicht mindestens ein Temperatursensor angeordnet. Mittels des Temperatursensors in der Isolierschicht ist es somit möglich, Rückschlüsse auf die Erwärmung des Bauteils zu führen. Ist die Strahlungswärme nur über die Oberfläche an die Platine weitergegeben, tritt sie an der Oberfläche in die Platine ein und in der Platine selber wird sie über Wärmeleitung verteilt. Wird nun an einer Unterseite, mithin in der Isolierschicht, eine Temperatur gemessen, kann hierüber auf besonders sicherer Art und Weise auf die Bauteiltemperatur geschlossen werden oder aber die Bauteiltemperatur direkt gemessen werden. Bevorzugt wird ein direkter Sensorkontakt zur Unterseite der Platine hergestellt.
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Weiterhin besonders bevorzugt sind in der Isolierschicht selber Trennschichten angeordnet, wobei die Trennschichten vertikal orientiert sind und korrespondierend zu den mindestens zwei voneinander verschiedenen Temperaturbereichen der Platine entlang eines Übergangsbereichs verlaufen. In einfachster Ausführung ist die Trennschicht als vertikal orientierte Trennfuge an der Oberfläche der Isolierschicht ausgebildet. Zwischen den zwei voneinander verschiedenen Bereichen der Platine wird somit auch an der Unterseite eine Trennung vorgenommen, so dass es nicht bei einer in die Isolierschicht übertretenden Wärmeleitung zu einer Weiterleitung an den zweiten Bereich kommt. Die Isolierschicht ist dabei entweder im Falle einer Trennfuge mit Luft gefüllt oder aber im Falle eines physisch vorhandenen Materials mit einem Material ausgebildet, dass eine nur geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist die Isolierschicht als Platinenträger ausgebildet, wobei die Platine auf dem Platinenträger liegend zusammen mit dem Platinenträger in die Ofenanlage einführbar ist und auch aus dieser wieder ausführbar ist.
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Weiterhin sind bevorzugt in der Ofenanlage zur konduktiven Wärmebehandlung der zweiten Bereiche Kühlplatten angeordnet, wobei die Kühlplatten bevorzugt oberhalb und/oder unterhalb der Platine angeordnet sind. In der bevorzugten Ausführungsvariante sind die Wärmestrahlrohre auf eine vertikale Richtung bezogen oberhalb der Platine angeordnet. Die Kühlplatten sind oberhalb der Platine angeordnet, so dass die Kühlplatten zum einen durch ihren formschlüssigen Kontakt mit der Platine diese konduktiv kühlen, zum anderen die zweiten Bereiche der Platine von der Strahlungswärmequelle analog einer Blende abschotten. Die Strahlungswärme trifft somit nicht auf die zweiten Bereiche. Um jedoch eine zu schnelle Abkühlung des zweiten Bereiches zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Kühlplatten selbst mit durch die Wärmestrahlung zu temperieren.
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Je nach Anwendungsfall kann es jedoch unter Umständen auch vorteilig sein, dass die Kühlplatten unterhalb der Platine angeordnet sind. Hierdurch werden dann in die zweiten Teile der Platine von den Kühlplatten von der Unterseite her gekühlt, so dass die Kühlplatten selbst wiederum nicht der Strahlungswärme auf der Oberseite der Platine ausgesetzt sind.
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Im Rahmen der Erfindung können die Kühlplatten selbst zum einen ortsfest innerhalb der Ofenanlage angeordnet sein, so dass dann die Platine durch die Hubvorrichtung an die Kühlplatten angehoben wird, so dass ein formschlüssiger Kontakt zur konduktiven thermischen Behandlung hergestellt wird. Bevorzugt sind die Kühlplatten ortsfest in der Ofenanlage angeordnet, so dass sie einen langlebigen robusten Einsatz gewährleisten.
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Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass die Kühlplatten selbst aktiv in der Ofenanlage verlagerbar sind. Beispielsweise können die Kühlplatten über eine Linearführung auf eine in die Ofenanlage eingelegte Platine abgesenkt werden. Auch können die Kühlplatten innerhalb der Ofenanlage schwenkbar, insbesondere auch nicht nur vertikal, sondern auch horizontal schwenkbar ausgebildet sein, so dass die zweiten Bereiche zum einen in ihrer Position auf der Platine veränderbar sind, zum anderen über die Relativverschiebung der Kühlplatten Positionierungsungenauigkeiten der Platine ausgeglichen werden können.
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Zur Verhinderung der Verzunderung der Kühlplatten selber sind die Kühlplatten bevorzugt beschichtet. Weiterhin sind die Kühlplatten aktiv kühlbar, wobei ein Kühlmedium durch die Kühlplatten leitbar ist. Hierdurch ist es möglich, gezielt die Temperatur innerhalb der Kühlplatte einzustellen, die erforderlich ist, um über den konduktiven Wärmeübergang der Kühlplatte in dem zweiten Bereich des Bauteils gezielt die gewünschte Temperatur einzustellen.
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Weiterhin bevorzugt ist die Kühlplatte gegenüber der Wärmestrahlung isoliert ausgebildet, insbesondere wird die Kühlplatte von einer Kühlplattenisolierung abgedeckt, die zwischen der Kühlplatte und der Strahlungswärmequelle angeordnet ist. Hierdurch wird verhindert, dass sich die Kühlplatte im Betrieb der Ofenanlage unnötig stark erwärmt, so dass durch die Kühlplattenisolierung die Strahlungswärme von der Kühlplatte selbst abgeschirmt wird und die Kühlplatte durch die Eigenkühlung aufgrund des durch die Kühlplatte strömenden Kühlmediums auf einem unterkritischen Temperaturniveau gehalten wird. Weiterhin bevorzugt sind hierzu Sensoren in der Kühlplatte selber integriert oder aber die Sensoren überwachen die Kühlplatte extern. Um verschiedene Bauteilanforderungen zu genügen, ist es vorteilhaft, wenn die Isolierung und/oder Abdeckung leicht entfernbar bzw. austauschbar ist, um eine gezielt niedrige Kühlleistung in die Platine in einem zweiten Bereich einzubringen.
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Im Rahmen der Erfindung ist es über Reglung und/oder Steuerung des Drucks des Kühlmediums sowie der Temperatur des Kühlmediums möglich, eine entsprechende Temperatur der Kühlplatte einzustellen, die dann wiederum dazu genutzt wird, die Temperatur innerhalb des zweiten Bereichs einzustellen.
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Weiterhin bevorzugt ist ein Temperatursensor in einem Rücklaufkanal des Kühlmediums angeordnet, wobei über die gemessene Temperatur des Kühlmediums die Temperatur der Kühlplatte bestimmbar ist. Hierdurch ist es wiederum möglich, den Temperatursensor außerhalb der Ofenanlage zu positionieren und aufgrund des rückgeführten Kühlmediums einen direkten Rückschluss auf die in dem zweiten Bereich vorherrschende Bauteiltemperatur zu ermöglichen.
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Weiterhin bevorzugt sind die oberhalb der Platine angeordneten Kühlplatten zwischen einer Platinenoberfläche und der Strahlungswärme angeordnet und/oder die unterhalb der Platine angeordneten Kühlplatten, die in die Isolierschicht integriert sind oder die Isolierschicht durchgreifen. Im Rahmen der Erfindung ist es somit möglich, durch die Kühlplatten selbst einen Teil der Platinenoberfläche von der Strahlungswärmequelle derart abzuschotten, dass keine Strahlungswärme auf die Oberfläche der Platine in dem Bereich unterhalb der Kühlplatte gelangt. Ferner wird durch die Kühlplatte die Oberfläche der Platine gekühlt, d. h. von einer über AC3-Temperatur auf eine unterhalb AC3-Temperatur oder aber auf eine Temperatur unterhalb AC3 erwärmt. Ferner sind unterhalb der Platine angeordnete Kühlplatten entweder direkt in die Isolierschicht integriert oder aber derart ausgebildet, dass sie die Isolierschicht durchgreifen. Somit ist es beispielsweise möglich, die unterhalb der Platine angeordneten Kühlplatten an die Platine anzuheben. Die Platine wird somit entweder mit oder aber ohne Isolierschicht in die Ofenanlage befördert, wobei anschließend die Kühlplatten die Isolierschicht durchgreifend, formschlüssig mit der Platine in Kontakt gebracht werden, so dass eine konduktive Wärmeübertragung stattfindet.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist in der Ofenanlage mindestens ein Temperatursensor angeordnet, der eine nicht taktile Temperaturmessung vornimmt, wobei der Temperatursensor mindestens eine Bauteiltemperatur der Platine, insbesondere eines Bereichs misst. Beispielsweise kann es sich im Rahmen der Erfindung um einen Infrarotsensor handeln, der an einer Oberfläche der Platine die dort herrschende Bauteiltemperatur aufnimmt. In Abhängigkeit der gemessenen Bauteiltemperatur ist es dann wiederum möglich, mittels der Strahlungswärmequelle und/oder der Kühlplatten derart durch eine Steuerung oder Regelung zu reagieren, dass eine höhere oder geringere Heizleistung bzw. eine höhere oder geringere Kühlleistung eingestellt bzw. eingeregelt wird.
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Insbesondere ist die von der Strahlungswärmequelle abgegebene Strahlungswärme durch Steuerung oder Regelung der Zufuhr von fossilem Brennstoff und/oder Sauerstoff oder Luft einstellbar, wobei bei einem Beschickungsvorgang der Ofenanlage die Leistung der Strahlungswärmequelle in einen Minimalbetrieb überführbar ist oder aber auch die Strahlungswärmequelle abgestellt wird. Im Rahmen der Erfindung nutzt die Ofenanlage insbesondere das Prinzip der Strahlungswärme, wodurch es vermieden wird, lange Aufheizzeiten oder Vorlaufzeiten der Ofenanlage zu fahren, um die Ofenatmosphäre auf Betriebstemperatur zu bringen. Die Erwärmung findet annähernd, insbesondere ausschließlich durch die Strahlungswärme statt, weshalb die Ofenanlage nach Aktivierung der Strahlungswärmequelle sofort einsatzbereit ist. Bei einem Beschickungsvorgang selber wird keinerlei Strahlungswärme benötigt, weshalb die Strahlungswärmequelle in einen Minimalbetrieb überführbar ist. Unter einem Minimalbetrieb ist ein derart reduzierter Brennbetrieb zu verstehen, so dass es im Anschluss daran ohne erneuten Zündvorgang möglich ist, die Strahlungswärmequelle wieder auf eine Betriebsleistung oder aber auf eine Maximalleistung zu bringen. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, die Strahlungswärmequelle während des Beschickungsvorgangs komplett abzustellen.
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Ferner ist im Rahmen der Erfindung eine Absaugvorrichtung an die Ofenanlage angeschlossen, so dass bei der Verbrennung der Strahlungswärmequelle erzeugtes Abgas aus dem Heizraum absaugbar ist. Das Abgas wird dann erfindungsgemäß in dreierlei Hinsicht weiterverwertet. Zum einen ist in dem Abgas enthaltene Wärme, die einem anderen Produktionsprozess zugeführt werden kann oder aber auch dazu genutzt werden kann, das Kühlmedium der Kühlplatten zu erwärmen oder die Luft bzw. den Sauerstoff vorzuwärmen. Da die zweiten Bereiche durch die Kühlplatten auf eine Temperatur zwischen circa 400° und 850° C entweder von über Austenitisierungstemperatur abgekühlt werden oder aber auf dieses zuvor genannte Temperaturintervall erwärmt werden, bedarf es ebenfalls einer Temperatur des Kühlmediums in einem entsprechend hohen Temperaturbereich. Das Kühlmedium ist somit bezogen auf die Raumtemperatur zu erwärmen, wobei zur Erwärmung ausschließlich oder aber zusätzlich die im Abgas enthaltene Wärmeenergie nutzbar ist.
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Eine zweite Verwendungsmöglichkeit des abgesaugten Abgases besteht darin, dass das Abgas erneut dem Verbrennungsvorgang der Strahlungswärmequelle zugeführt wird. Je nach stöchiometrischer Zusammensetzung des Abgases ist mitunter ein hoher Restsauerstoffgehalt vorhanden, der bei einer erneuten Verbrennung genutzt werden kann. Weiterhin werden mitunter im Abgas enthaltene Schadstoffe durch die erneute Verbrennung gemindert, so dass die bei der thermischen Behandlung mit der erfindungsgemäßen Ofenanlage entstehenden Schadstoffe und Abgasemissionen gegenüber einer herkömmlichen Strahlungswärmequelle deutlich gesenkt werden.
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Zur besseren Reinigung des Abgases ist weiterhin eine Reinigungsvorrichtung in dem Abgaskanal angeordnet, insbesondere handelt es sich bei der Reinigungsvorrichtung um einen Katalysator oder aber auch um eine Abscheidevorrichtung.
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Um die in dem Abgas enthaltene Wärmeenergie nutzen zu können, ist weiterhin an die Absaugvorrichtung ein Wärmetauscher angeordnet, wobei das Abgas durch den Wärmetauscher leitbar ist und entweder einem anderen Produktionsprozess zuführbar ist oder aber auch mittels der Wärme des Abgases das Kühlmedium der Kühlplatten temperierbar ist.
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Weiterhin bevorzugt ist in dem Abgaskanal ein Messfühler angeordnet, wobei in Abhängigkeit der Abgastemperatur und/oder der Abgaskonsistenz, also der stöchiometrischen Zusammensetzung des Abgases, der Verbrennungsvorgang der Strahlungswärmequelle regelbar oder steuerbar ist. Hierdurch ist es zum einen möglich, beispielsweise durch Zuführung von fossilem Brennstoff, Verbrennungsluft aus der Umgebung oder aber auch zusätzlicher Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft, eine jeweils effektive und wirkungsgradeffiziente Verbrennung herzustellen. Dadurch ist die Strahlungswärmequelle in nahezu allen Betriebspunkten wirkungsgradoptimiert zu betreiben, was die Produktionskosten zur Erwärmung zum einen aufgrund des wirkungsgradoptimierten Betreibens der Strahlungswärmequelle senkt, zum anderen aufgrund der Möglichkeit, die Strahlungswärmequelle beispielsweise bei einem Beschickungsvorgang auf einen Mindestbetrieb herunterzufahren oder aber auszuschalten. Insgesamt sinken hierdurch die Produktionskosten eines erfindungsgemäß temperierten Bauteils.
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Weiterer Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Ofenanlage, wobei die Ofenanlage mindestens eines der zuvor genannten Merkmale aufweist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Platine in horizontaler Richtung in die Ofenanlage befördert wird und anschließend durch die Hubvorrichtung angehoben wird, wobei die Platine unterhalb der Kühlplatten zur Anlage kommt und im Anschluss daran mittels Strahlungswärme in einem ersten Bereich auf mindestens AC3-Temperatur aufgeheizt wird oder im Falle einer vorerwärmten Platine auf mindestens AC3-Temperatur gehalten wird und in einem zweiten Bereich auf eine Temperatur unterhalb AC3 erwärmt wird oder im Falle einer vorerwärmten Temperatur auf eine Temperatur unter AC3 gekühlt wird und anschließend die Platine abgesenkt und aus der Ofenanlage entnommen wird.
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Alternativ und/oder ergänzend ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich die Kühlplatten auf die Platine abzusenken und/oder an die Platine anzuheben.
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Weiterhin bevorzugt wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Platine durch einen Manipulator in der Ofenanlage platziert oder dass die Platine über eine Fördereinrichtung, insbesondere über Gleitschienen oder Rollen in die Ofenanlage befördert wird. Im Anschluss daran wird die Platine innerhalb der Ofenanlage platziert, wobei sich der Platzierungsvorgang direkt an den Beförderungsvorgang anschließen kann oder aber der Beförderungsvorgang mit dem Platzierungsvorgang abgeschlossen wird. Die Platine wird dann durch die Hubvorrichtung angehoben und an die Kühlplatten herangeführt.
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In einer anderen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich, nicht die Platine anzuheben, sondern die Kühlplatten abzusenken. Gegebenenfalls wird auch die Strahlungswärmequelle abgesenkt, so dass eine effektive Ausnutzung der Wärmestrahlung unter Vermeidung zu großer Wärmestrahlungsverluste ausgenutzt wird.
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Zur weiteren Wirkungsgradsteigerung der erfindungsgemäßen Ofenanlage wird weiterhin die Brennerleistung der Strahlungswärmequelle bei einem Beschickungsvorgang der Ofenanlage ausgeschaltet oder auf einen Minimalbetrieb heruntergefahren wird.
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Somit wird nur Wärme erzeugt, die dann auch in die Platine eingeführt wird, während des eigentlichen Erwärmungsvorgangs. Insbesondere in den Zeiten der Beschickung der Ofenanlage wird keine Wärmeenergie oder aber Wärmeenergie in einem nur zu vernachlässigendem Maße verbraucht. Im Rahmen der Erfindung ist es somit auch möglich, bereits kurz nach dem Zeitintervall zwischen Abschluss der Erwärmungsphase bzw. Temperierungsphase und Entnahme eine Optimierung durch eine gezielte Absenkung des Energieverbrauchs der Strahlungswärmequelle vorzunehmen. Ein analoges Vorgehen gilt für den Beschickungs- bzw. Beladungsvorgang.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass die aus der Ofenanlage abgesaugte Luft, insbesondere das abgesaugte Abgas auf seine stöchiometrische Konsistenz hin überprüft wird und in Abhängigkeit dessen die Strahlungswärmequelle geregelt oder aber auch gesteuert wird. Somit ist es beispielsweise durch ein additives Hinzufügen von reinem Sauerstoff möglich, die Verbrennung zu optimieren oder aber durch die Dosierung von aus der Umgebung der Verbrennung zugeführter Frischluft sowie des fossilen Brennstoffs möglich, die Strahlungswärmequelle zu steuern und/oder zu regeln.
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Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung möglich, das aus der Ofenanlage abgesaugte Abgas wiederum dem Verbrennungsvorgang zuzuführen, so dass die Restgasanteile Sauerstoff erneut verbrannt werden und/oder die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffanteile durch die erneute Verbrennung zu reduzieren.
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Die zuvor genannten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar, mit den damit jeweils einhergehenden Vorteilen, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden sind Bestandteil der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den schematischen Figuren dargestellt. Es zeigen:
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1a) und b) eine erfindungsgemäße Ofenanlage mit Platine und Platinenträger sowie Kühlplatte;
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2a) und b) eine Ofenanlage gemäß 1a und b) mit einer Isolationsschicht über den Kühlplatten;
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3a) und b) eine Ofenanlage gemäß 1a und b) mit Blenden über den Kühlplatten;
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4a und b) eine Ofenanlage mit Kühlplatten, die unterhalb der Platine angeordnet sind und
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5a und b) eine Ofenanlage mit Brennersteuerung und Kühlgaslaufsteuerung und eine Ofenanlage mit Abgaswärmetauscher für Kühlflüssigkeit und/oder Luftvorerwärmung bzw. Brennstoffvorwärmung.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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Die 1a zeigt eine erfindungsgemäße Ofenanlage 1, wobei in der Ofenanlage 1 eine Strahlungswärmequelle 2 angeordnet ist und die Strahlungswärmequelle 2 ein Heizstrahlrohr 3 aufweist. Aus dem Heizstrahlrohr 3 tritt Strahlungswärme 4 aus, wobei in 1a ein Beschickungsvorgang der Ofenanlage 1 mit einer Platine 5 gezeigt ist und die Strahlungswärme 4 deutlich reduziert wurde. Die Platine 5 wurde dazu auf einem Platinenträger 6 aufgelegt und in Horizontalrichtung H in die Ofenanlage 1 befördert und kann nach Abschluss des Temperierungsvorgangs in Horizontalrichtung H auch wieder aus der Ofenanlage 1 herausbefördert werden. Hier ist ebenfalls eine Ausgestaltung möglich, so dass nur eine Öffnung für Zugang und Abgang der Platine 5 ausgebildet ist, so dass Durchzugsverluste verhindert werden.
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Der Platinenträger 6 selbst ist aus einer Trägerplatte 7 sowie einer auf der Trägerplatte 7 angeordneten Isolierschicht 8 ausgebildet. Die Isolierschicht 8 selber weist in Vertikalrichtung V orientierte Trennschichten 9 auf, wobei die Trennschichten 9 zwischen zweiten Bereichen 10 und einem ersten Bereich 11 auf der Platine 5 angeordnet sind. Die Trennschichten 9 verhindern dabei eine Wärmeleitung von dem ersten Bereich 11 in den zweiten Bereich 10. Bevorzugt ist weiterhin ein nicht dargestellter Temperatursensor auf der Unterseite der Platine 5 angeordnet, wobei der Temperatursensor insbesondere in direktem Anlagekontakt mit der Unterseite steht.
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Unterhalb des Platinenträgers 6 sind Transportrollen 12 angeordnet, wobei über die Transportrollen 12 die Platine 5 mitsamt dem Platinenträger 6 in die Ofenanlage 1 beförderbar ist und auch dieser wieder herausbeförderbar ist. Weiterhin sind zwischen einer Platinenoberseite 13 und der Strahlungswärmequelle 2 Kühlplatten 14 angeordnet, wobei in den Kühlplatten 14 Kühlkanäle 15 verlaufen.
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In 1b ist die Platine 5 mitsamt dem Platinenträger 6 in Hubrichtung 16 durch eine nicht näher dargestellte Hubvorrichtung angehoben worden, so dass die Platinenoberseite 13 mit einer Kühlseite 17 der Kühlplatten 14 in den zweiten Bereichen 10 zur Anlage kommt und dort eine konduktive Wärmeübertragung stattfindet. In dem ersten Bereich 11 wird mittels Strahlungswärme 4 des Heizstrahlrohrs 3 eine Bauteiltemperatur der Platine 5 von mindestens AC3-Temperatur hergestellt oder aber gehalten. Das Heizstrahlrohr 3 ist gegenüber der 1a in einen Erwärmungsbetrieb übergegangen, weshalb deutlich mehr Heizenergie in Form von Strahlungswärme aus dem Heizstrahlrohr 3 austritt.
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2a zeigt einen analogen Aufbau zu 1b, wobei die Kühlplatten 14 keine Kühlkanäle 15 aufweisen, jedoch eine Kühlplattenisolierungsschicht 18. Die Kühlplatte 14 selbst wird dabei von der Strahlungswärme 4 des Heizstrahlrohrs 3 abgeschirmt und ist dieser nicht direkt ausgesetzt, so dass die Kühlplatte 14 sich nicht in erhöhtem Maße durch die Strahlungswärme 4 mit erwärmt. Ferner ist in der Kühlplatte 14 ein Kühlplattentemperatursensor 19 angeordnet, wobei mittels Hilfe des Kühlplattentemperatursensors 19 die sich in der Kühlplatte 14 und/oder auf der Oberfläche der Platine 5 einstellende Temperatur überwacht wird.
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2b zeigt wiederum einen analogen Aufbau zu 2a, wobei in Ergänzung die Kühlplatten 14 Kühlkanäle 15 zur aktiven Kühlung und/oder aktiven Temperatureinstellung der Kühlplatten 14 aufweisen. Wiederum sind Kühlplattenisolierungsschichten 18 zwischen der Kühlplatte 14 und dem Heizstrahlrohr 3 angeordnet, so dass sich die Kühlplatte 14 in Folge der Wärmeeinwirkung der Strahlungswärme 4 nur unwesentlich erwärmt.
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3a und b zeigen wiederum einen analogen Aufbau einer Ofenanlage 1 gemäß 1b. Zusätzlich sind auf die Vertikalrichtung V bezogen zwischen dem Heizstrahlrohr 3 und den Kühlplatten 14 Blenden 20 angeordnet. Die in 3a dargestellten Blenden 20 sind schwenkbar gelagert, so dass sie in beliebigen Winkeln α oberhalb der Kühlplatten 14 geschwenkt werden können. Die Blenden 20 sind dann zwischen den Kühlplatten 14 und dem Heizstrahlrohr 3 angeordnet, so dass sie die Kühlplatten 14 von der Strahlungswärme 4 abschirmen. Die Blenden 20 gemäß 3b sind in Horizontalrichtung H verschiebbar ausgebildet, so dass sie ebenfalls zwischen dem Heizstrahlrohr 3 und den Kühlplatten 14 anordnenbar sind, so dass die Kühlplatten 14 gegenüber der Strahlungswärme 4 abgeschirmt werden. Hierdurch ergibt sich eine Möglichkeit der Steuerung oder Regelung der einwirkenden Wärmestrahlung auf die Kühlplatten, wodurch wiederum die Temperatur der Kühlplatten steuerbar oder regelbar ist.
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In 4a und b ist wiederum eine weitere Alternative der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei wird gemäß 4a eine Platine 5 auf einen in der Ofenanlage 1 befindlichen Platinenträger 6 aufgelegt, wobei der Platinenträger 6 wiederum durch eine Isolierschicht 8 sowie eine Trägerplatte 7 ausgebildet ist. Die Platine 5 kann beispielsweise von einem Manipulator auf die Isolierschicht 8 aufgelegt werden. Während des in 4a dargestellten Beschickungsvorgangs ist wiederum die abgegebene Strahlungswärme 4 des Heizstrahlrohrs 3 derart reduziert, dass keine unnötige Energie verbraucht wird. Die Bauteiltemperatur wird durch einen nicht taktilen Temperatursensor 21 an der Platinenoberfläche 13 gemessen. Im Anschluss an den Beschickungsvorgang wird die Platine 5 gemäß 4b in Vertikalrichtung V um den Hub 16 abgesenkt, so dass eine Platinenunterseite 22 auf einer Kühlseite 17 der Kühlplatten 14 zur Auflage kommt. Die Platine 5 wird somit von ihrer Platinenunterseite 22 her durch die Kühlplatten 14 gekühlt, wohingegen eine Platinenoberseite 13 durch die Strahlungswärme 4 des Heizstrahlrohrs 3 erwärmt wird.
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Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Ausführungsvarianten gemäß 1 bis 3 mit den Ausführungsvarianten der 4 zu kombinieren, wobei dann jedoch zumindest die oberhalb oder aber die unterhalb der Platine 5 angeordneten Kühlplatten 14 ebenfalls in Vertikalrichtung V bewegbar sind, so dass sie beidseitig an den jeweiligen Platinenoberflächen zur Anlage kommen.
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5a und b zeigen jeweils einen Regelkreis, zum einen für die Platinenkühlung, zum anderen für die Abgasabsaugvorrichtung. In der Anordnung gemäß 5a wird das Heizstrahlrohr 3 zum einen mit Brennstoff 23, zum anderen mit aus der Umgebung angesaugter Frischluft 24 versorgt. Beide Komponenten können über Ventile 25 geregelt oder aber gesteuert werden. Optional ist es möglich, reinen Sauerstoff 26 der Frischluft 24 zuzufügen, so dass jeweils die Verbrennung stöchiometrisch optimal einstellbar ist. Die Kühlplatten 14 selbst sind mit ihren Kühlkanälen 15 an einen Kühlkreislauf 27 angeschlossen, wobei der Kühlkreislauf 27 über Zuführ- und Abführkanäle 28, 29 verfügt. Ein Kühlmedium 30 kann beispielsweise in einem Vorratsbehälter 31 bereitgestellt werden und dann in dem Kühlkreislauf 27 über die Zuführ- und die Abführkanäle 28, 29 durch die Kühlkanäle 15 der Kühlplatten 14 zirkuliert werden. Hierdurch ist die Temperatur der Kühlplatten 14 einstellbar, was beispielsweise mittels eines Kühlplattentemperatursensors 19 derart ausführbar ist, dass die Kühlplatte 14 selbst überwacht wird. Das Signal des Kühlplattentemperatursensors 19 ist dann an eine Auswerteeinheit 32 weitergebbar, wobei die Auswerteeinheit 32 dann ein weiteres Ventil 25 in dem Kühlkreislauf 27 steuern kann oder aber auch beispielsweise die Temperatur des Kühlmediums 30 beeinflussen kann oder auch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums 30 beeinflussen kann. Ferner ist auch in dem Abführkanal 29 ein weiterer Temperatursensor 33 angeordnet, mit dem die Temperatur des aus der Kühlplatte 14 austretenden Kühlmediums 30 messbar ist. Ferner ist in dem Kühlkreislauf 27 ein Wärmetauscher 34 integriert, wobei der Wärmetauscher 34 entweder durch eine externe Wärmequelle beheizbar ist oder aber auch durch das in 5b abgesaugte Abgas A.
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5b zeigt wiederum einen Regelungskreislauf, mit dem es möglich ist, über eine Absaugvorrichtung 35 das in der Ofenanlage 1 befindliche Abgas A abzusaugen und mittels eines Sensors 36 auf seine stöchiometrische Zusammensetzung und/oder auf seine Temperatur hin zu überprüfen. Optional kann dem Sensor 36 eine Reinigungsvorrichtung 37 nachgeschaltet sein, die beispielsweise Schadstoffe aus dem Abgas A abscheidet. Das Abgas A selbst ist dann wiederum der Verbrennung innerhalb des Wärmestrahlrohrs 3 zur Herstellung der Wärmestrahlung 4 eine Rückführung möglich. Ferner wird dem Heizstrahlrohr 3 Brennstoff 23 zugeführt, sowie Frischluft 24, die wiederum über ein Ventil 25 mit dem Abgas A vermengt werden kann oder aber nur Frischluft 24 dem Heizstrahlrohr 3 zuführbar ist. Abhängig ist dies von der jeweiligen Wärmeanforderung sowie von der Konsistenz und der Temperatur des Abgases A. Ebenfalls ist es möglich mithilfe eines Abgaswärmetauschers die Kühlflüssigkeit der Kühlplatten zu temperieren und/oder die zur Verbrennung angesaugte Frischluft oder das Brenngas vorzuwärmen.
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Ferner ist in dem Abgasrückführkanal 38 ein Wärmetauscher 34 angeordnet, wobei der Wärmetauscher 34 zur Temperierung des Kühlkreislaufs 27 gemäß 5a nutzbar ist oder aber auch die dem Abgas A entzogene Wärme einem anderen Produktionsprozess zuführen kann. Der Prozess ist entweder ebenfalls über eine Auswerteeinheit 32 steuerbar oder aber auch über diese regelbar. Ferner können hierzu Innenraumtemperatursensoren 39 sowie nicht taktile Temperatursensoren 21 verwendet werden, um einen jeweiligen Rückschluss auf die Bauteiltemperaturen der thermisch zu behandelnden Platine 5 in den einzelnen Bereichen 10, 11 zu erlangen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ofenanlage
- 2
- Strahlungswärmequelle
- 3
- Heizstrahlrohr
- 4
- Strahlungswärme
- 5
- Platine
- 6
- Platinenträger
- 7
- Trägerplatte
- 8
- Isolierschicht
- 9
- Trennschicht
- 10
- zweiter Bereich
- 11
- erster Bereich
- 12
- Transportrollen
- 13
- Platinenoberseite
- 14
- Kühlplatte
- 15
- Kühlkanal
- 16
- Hubrichtung bzw. Hub
- 17
- Kühlseite zu 14
- 18
- Kühlplatinenisolierungsschicht
- 19
- Kühlplatinentemperatursensor
- 20
- Blende
- 21
- Temperatursensor
- 22
- Platinenunterseite
- 23
- Brennstoff
- 24
- Frischluft
- 25
- Ventil
- 26
- Sauerstoff
- 27
- Kühlkreislauf
- 28
- Zuführkanal
- 29
- Abführkanal
- 30
- Kühlmedium
- 31
- Vorratsbehälter
- 32
- Auswerteeinheit
- 33
- Temperatursensor zu 29
- 34
- Wärmetauscher
- 35
- Absaugvorrichtung
- 36
- Sensor zu 35
- 37
- Reinigungsvorrichtung
- 38
- Abgasrückführkanal
- 39
- Innentemperatursensor
- α
- Winkel
- A
- Abgas
- H
- Horizontalrichtung
- V
- Vertikalrichtung
