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Die Erfindung betrifft einen Durchlaufofen zur Wärmebehandlung von Verarbeitungsgut gemäß dem Anspruch 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Durchlaufofens.
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Als Durchlaufofen, auch Tunnelofen genannt, bezeichnet man eine spezielle Ofenbauart, bei der die Zuführung von Verarbeitungsgut kontinuierlich erfolgt. In industriellen Anwendungen werden Durchlauföfen z.B. für die Wärmebehandlung von Bauteilen eingesetzt. Die Bauteile, oder allgemeiner gesagt das Verarbeitungsgut, werden mittels einer Fördereinrichtung im Durchlaufofen bewegt und dabei insbesondere durch einen beheizten Wärmebehandlungsraum transportiert. Das Verarbeitungsgut kann auf einer Fördereinrichtung liegen oder stehen oder auch hängend durch den Durchlaufofen transportiert werden. Bei der Fördereinrichtung kann es sich z.B. um ein Förderband handeln, insbesondere bei hohen Temperaturen um ein metallisches Förderband, das mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch den Durchlaufofen geführt wird und dabei das Verarbeitungsgut durch den Durchlaufofen transportiert.
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Ein konventioneller Durchlaufofen, wie er z.B. aus der
DE 10 2004 022 047 B3 bekannt ist, erfordert einen hohen Energieeinsatz mit der Folge, dass der Betrieb des Durchlaufofens mit hohen Energiekosten verbunden ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Durchlaufofen anzugeben, der energiesparender ist als bekannte Durchlauföfen. Ferner soll ein vorteilhaftes, energiesparendes Verfahren zum Betrieb eines Durchlaufofens angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch einen Durchlaufofen zur Wärmebehandlung von Verarbeitungsgut, mit folgenden Merkmalen:
- a) der Durchlaufofen weist wenigstens einen Wärmebehandlungsabschnitt mit wenigstens einem im Inneren des Wärmebehandlungsabschnitts angeordneten Wärmebehandlungsraum auf,
- b) der Durchlaufofen weist wenigstens einen benachbart zu dem Wärmebehandlungsabschnitt angeordneten Wärmeübertragungsabschnitt mit wenigstens einem im Inneren des Wärmeübertragungsabschnitts angeordneten Wärmeübertragungsraum auf,
- c) der Durchlaufofen weist wenigstens eine Beheizungseinrichtung auf, die zur Erwärmung des Wärmebehandlungsraums eingerichtet ist,
- d) der Durchlaufofen weist wenigstens eine Fördereinrichtung auf, die zur Förderung von Verarbeitungsgut zumindest durch den Wärmebehandlungsraum und den Wärmeübertragungsraum eingerichtet ist,
- e) die Fördereinrichtung weist wenigstens zwei Förderabschnitte auf, die zumindest durch den Wärmebehandlungsraum und den Wärmeübertragungsraum nebeneinander vorbeigeführt sind und als gegenläufig zueinander arbeitende Förderabschnitte ausgebildet sind,
- f) der Wärmebehandlungsraum und der Wärmeübertragungsraum sind ohne das auf den nebeneinander vorbeigeführten Förderabschnitten geförderte Verarbeitungsgut trennende Wände ausgebildet.
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Der erfindungsgemäße Durchlaufofen hat aufgrund seiner Konstruktion eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber bekannten Durchlauföfen, die insgesamt eine energiesparendere Betriebsweise durch bessere Nutzung der vorhandenen Wärmeenergie im Durchlaufofen bewirken. Hierdurch kann der Energieverbrauch deutlich gesenkt werden.
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Erfindungsgemäß weist der Durchlaufofen wenigstens einen Wärmebehandlungsabschnitt mit wenigstens einem im Inneren des Wärmebehandlungsabschnitts angeordneten Wärmebehandlungsraum auf, der als Ofenraum oder Glühkanal ausgebildet sein kann. In dem Wärmebehandlungsraum findet die eigentliche Wärmebehandlung des Verarbeitungsguts statt. Benachbart zu dem Wärmebehandlungsabschnitt weist der Durchlaufofen wenigstens einen Wärmeübertragungsabschnitt auf. Der Wärmeübertragungsabschnitt kann unmittelbar benachbart zu dem Wärmebehandlungsabschnitt angeordnet sein, oder mittelbar benachbart, z.B. durch einen Zwischenabschnitt zwischen dem Wärmebehandlungsabschnitt und dem Wärmeübertragungsabschnitt. Ferner weist der Durchlaufofen wenigstens eine Beheizungseinrichtung auf, die zur Erwärmung des Wärmebehandlungsraums eingerichtet ist. Die Beheizungseinrichtung kann z.B. ganz oder teilweise im Wärmebehandlungsabschnitt angeordnet sein, insbesondere in einer Außenwand, die den Wärmebehandlungsraum umgibt. Die Beheizungseinrichtung kann auch ganz oder teilweise außerhalb des Wärmebehandlungsabschnitts angeordnet sein, von Bedeutung ist lediglich, dass durch die Beheizungseinrichtung eine Erwärmung des Wärmebehandlungsraums möglich ist.
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Ferner weist der Durchlaufofen wenigstens eine Fördereinrichtung auf, die zur Förderung von Verarbeitungsgut zumindest durch den Wärmebehandlungsraum und den Wärmeübertragungsraum eingerichtet ist. Die Fördereinrichtung kann als Förderband oder als andere geeignete Einrichtung für den Transport des Verarbeitungsguts durch den Wärmebehandlungsraum und den Wärmeübertragungsraum ausgebildet sein. So kann der Durchlaufofen z.B. als Rollenofen, als Förderbandofen, als Hubbalkenofen, als Kettendurchlaufofen, als Durchstoßofen oder als Durchfahrofen ausgebildet sein, oder als Kombination hieraus, wenn z.B. in Kombination miteinander abschnittsweise unterschiedliche Ausgestaltungen der Fördereinrichtung realisiert sind.
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Die Fördereinrichtung weist wenigstens zwei Förderabschnitte auf, die zumindest durch den Wärmebehandlungsraum und den Wärmeübertragungsraum nebeneinander vorbeigeführt sind und als gegenläufig zueinander arbeitende Förderabschnitte ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass über den einen Förderabschnitt aus dem Wärmebehandlungsraum ausfahrendes, bereits erwärmtes Verarbeitungsgut in dem Wärmeübertragungsraum direkt neben noch nicht erwärmtem, einfahrenden Verarbeitungsgut, das auf dem anderen Förderabschnitt sich befindet, vorbeigeführt wird. Auf diese Weise kann das bereits erwärmte, ausfahrende Verarbeitungsgut das noch kühlere einfahrende Verarbeitungsgut erwärmen, so dass die Wärmeenergie des im Durchlaufofen bereits aufgeheizten Verarbeitungsguts auf noch einfahrendes Verarbeitungsgut übertragen wird. Vorteilhafterweise sind der Wärmebehandlungsraum und/oder der Wärmeübertragungsraum hierfür ohne trennende Wände ausgebildet, zumindest insoweit, dass keine das auf den nebeneinander vorbeigeführten Förderabschnitten geförderte Verarbeitungsgut trennenden Wände im Wärmebehandlungsraum und im Wärmeübertragungsraum vorhanden sind. Dies ermöglicht eine unmittelbare, hocheffiziente Wärmeübertragung von den erwärmten, ausfahrenden Verarbeitungsgütern auf die einfahrenden, kühleren Verarbeitungsgüter.
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Vorteilhafterweise wird hierdurch das ausfahrende, erwärmte Verarbeitungsgut zugleich abgekühlt, so dass ein späterer Energieeinsatz zum gezielten Abkühlen, z.B. mittels einer Kühleinrichtung, ebenfalls reduziert werden kann. Auf diese Weise kann eine Wärmerückgewinnung mit zusätzlicher Kühlwirkung realisiert werden.
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So erfolgt insbesondere in dem Wärmeübertragungsabschnitt eine Wärmeübertragung von über den einen Förderabschnitt ausfahrenden Verarbeitungsgut auf das über den anderen Förderabschnitt einfahrende Verarbeitungsgut.
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Auf diese Weise kann eine hocheffiziente Nutzung der Wärme des aufgeheizten Verarbeitungsguts ohne aufwendige technische Maßnahmen in dem Durchlaufofen erfolgen. Insbesondere sind für die Durchführung der Wärmeübertragung keine zusätzlichen technischen Komponenten, wie z.B. ein Lüfter oder eine sonstige Luftumwälzvorrichtung notwendig. Auf diese Weise kann der Durchlaufofen mit einem Wärmebehandlungsraum ausgebildet werden, der als lüfterfreier Innenraum ausgebildet ist. Auch der Wärmeübertragungsraum kann als lüfterfreier Innenraum des Durchlaufofens ausgebildet sein. Auf diese Weise kann der Durchlaufofen für hohe Verarbeitungstemperaturen ausgelegt werden, da keine empfindlichen Bauteile wie Lüfter im heißen Innenraum notwendig sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Durchlaufofen zur Erzeugung einer in Längsrichtung des Durchlaufofens schraubenförmig verlaufenden Gasströmung eingerichtet. In den Innenräumen des Durchlaufofens, d.h. zumindest im Wärmebehandlungsabschnitt und im Wärmeübertragungsabschnitt, befindet sich ein gasförmiges Medium, z.B. Luft oder ein Schutzgas, wie z.B. Stickstoff, Argon oder Wasserstoff, oder Mischungen hieraus. Hierdurch kann eine Schutzgasatmosphäre erzeugt werden, die für manche Bauteile günstiger ist. Das im Durchlaufofen befindliche gasförmige Medium wird dabei als schraubenförmig verlaufende Gasströmung geführt, derart dass ein Gasstrom in Längsrichtung des Durchlaufofens nicht linear, z.B. parallel zu den Förderabschnitten, geführt ist, sondern zusätzlich eine Rotationsbewegung um die Längsachse des Durchlaufofens durchführt, die der Linearbewegung überlagert ist, so dass sich eine schraubenförmige Gasströmung ergibt. Es ist hierbei vorteilhaft, die schraubenförmig verlaufende Gasströmung um den ersten und den zweiten Förderabschnitt herumzuführen, so dass diese Förderabschnitte schraubenförmig von der Gasströmung umgeben sind. Hierdurch kann die Nutzung der vorhandenen Wärmeenergie in dem Durchlaufofen, insbesondere der in dem bereits erwärmten Verarbeitungsgut gespeicherten Energie, weiter verbessert werden. Die Wärmeübertragung auf einfahrendes Verarbeitungsgut wird weiter erhöht.
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Für die Erzeugung der schraubenförmig verlaufenden Gasströmung ist es zusätzlich vorteilhaft, dass der Wärmebehandlungsraum und/oder der Wärmeübertragungsraum ohne das geförderte Verarbeitungsgut trennende Wände ausgebildet sind. So kann z.B. der Wärmebehandlungsraum und/oder der Wärmeübertragungsraum auch ganz ohne innere Wände ausgebildet sein.
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Für die Erzeugung der schraubenförmig verlaufenden Gasströmung ist es zudem förderlich, dass zwei gegenläufig zueinander arbeitende Förderabschnitte durch den Wärmebehandlungsraum und den Wärmeübertragungsraum nebeneinander vorbeigeführt sind. Durch diese Förderabschnitte sowie das darauf befindliche Verarbeitungsgut wird in Folge der gegenläufigen Bewegung die Erzeugung der schraubenförmig verlaufenden Gasströmung im Zusammenhang mit den grundlegenden thermodynamischen und strömungsmechanischen Gesetzmäßigkeiten gefördert. An sich geradlinig nach oben steigende Wärme wird durch die gegenläufige Bewegung in den schraubenförmigen Verlauf der Gasströmung umgelenkt, so dass im konstruktiv einfachsten Fall der Durchlaufofen keine zusätzlichen mechanischen Mittel für die Erzeugung der schraubenförmig verlaufenden Gasströmung benötigt.
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Der Durchlaufofen kann im Wärmebehandlungsraum und/oder im Wärmeübertragungsraum z.B. einen Innenquerschnitt in kreisrunder Form, ovaler Form, rechteckiger und insbesondere quadratischer Form oder sonstiger mehreckiger Formen aufweisen, z.B. sechseckig, achteckig. Für die Bildung der schraubenförmig verlaufenden Gasströmung sind insbesondere eckenfreie Querschnittsformen vorteilhaft.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Durchlaufofen wenigstens einen auf der dem Wärmebehandlungsabschnitt abgewandten Seite des Wärmeübertragungsabschnitts benachbart zu dem Wärmeübertragungsabschnitt angeordneten Kühlabschnitt mit wenigstens einem im Inneren des Kühlabschnitts angeordneten Abkühlraum auf. Der Kühlabschnitt weist eine Kühleinrichtung zum Kühlen des im Abkühlraum befindlichen Verarbeitungsguts auf. Auf diese Weise kann das ausfahrende Verarbeitungsgut auf eine geeignete Temperatur abgekühlt werden. Der Kühlabschnitt ist dabei unmittelbar benachbart zu dem Wärmeübertragungsabschnitt angeordnet, oder mittelbar über einen Zwischenabschnitt benachbart angeordnet. Der Kühlabschnitt kann z.B. als Kühleinrichtung eine Wasserkühlung aufweisen, z.B. in Form eines doppelwandigen, wassergekühlten Rohrs. Auf diese Weise können die wärmebehandelten Bauteile den Durchlaufofen nahezu mit Raumtemperatur wieder verlassen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die wenigstens zwei Förderabschnitte auch den Abkühlraum nebeneinander vorbeigeführt und auch dort als gegenläufig zueinander arbeitende Förderabschnitte ausgebildet. Hierdurch kann die Wärmeübertragung von ausfahrendem Verarbeitungsgut auf das einfahrende Verarbeitungsgut zusätzlich in dem Bereich des Kühlabschnitts genutzt werden.
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Der Durchlaufofen kann einen Wärmeübertragungsabschnitt nur auf einer Seite des Wärmebehandlungsabschnitts aufweisen, oder auf beiden Seiten des Wärmebehandlungsabschnitts, so dass sich eine symmetrische oder zumindest nahezu symmetrische Anordnung von Wärmeübertragungsschnitten hinsichtlich des Wärmebehandlungsabschnitts ergibt. In entsprechender Weise kann der Durchlaufofen mit einem Kühlabschnitt, wie zuvor erläutert, ausgebildet sein. Insbesondere bei der symmetrischen Ausgestaltung mit zwei Wärmeübertragungsabschnitten kann auch ein zweiter Kühlabschnitt vorhanden sein, der benachbart zu dem weiteren Wärmeübertragungsabschnitt angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Durchlaufofen auch hinsichtlich der Anordnung von Kühlabschnitten symmetrisch oder zumindest nahezu symmetrisch ausgebildet sein.
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Die Wärmebehandlung in dem Durchlaufofen kann entweder an Luft erfolgen oder unter der bereits erwähnten Schutzgasatmosphäre. Der Durchlaufofen kann daher in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung als Schutzgasdurchlaufofen ausgebildet sein, d.h. er ist für den Betrieb unter Schutzgas ausgelegt. Schutzgasdurchlauföfen sind insbesondere zum Sintern, Glühen oder Löten von Bauteilen von Vorteil. Die Temperaturen im Wärmebehandlungsraum können in Abhängigkeit von der Art der Wärmebehandlung z.B. zwischen 300°C und 1.200°C liegen.
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Durch einen symmetrischen Aufbau des Durchlaufofens minimiert sich der Schutzgasverbrauch, da in Längsrichtung des Durchlaufofens eine besonders stabile Temperatur- und Gasdichteverteilung vorliegt.
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Der Einsatz des Schutzgases hat den Vorteil, dass der Durchlaufofen auch in einer offenen Bauweise realisiert werden kann. Es kann dann der gesamte Ofenkanal, d.h. der Innenraum des Durchlaufofens, kontinuierlich mit dem Schutzgas durchspült werden, um die darin befindlichen Verarbeitungsgüter während der Wärmebehandlung und der anschließenden Abkühlung vor Oxidation (Verzunderung) zu schützen. Das Schutzgas wird hierbei z.B. zwischen dem Wärmebehandlungsabschnitt und dem Kühlabschnitt ins Innere des Durchlaufofens geführt und durchströmt diesen in beiden Richtungen und tritt an den jeweiligen Endöffnungen des Durchlaufofens aus. Für den Fall, dass das Schutzgas wasserstoffhaltig ist oder aus reinem Wasserstoff besteht, kann dieses an den Austrittsöffnungen z.B. durch Verbrennen entsorgt werden. Auf diese Weise kann das Entstehen explosiver Wasserstoff-Luft-Mischungen außerhalb des Durchlaufofens unterbunden werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Durchlaufofen einen Gaszufuhranschluss auf, der zur Zuführung von Schutzgas in den Wärmebehandlungsabschnitt eingerichtet ist. Auf diese Weise kann die gewünschte Schutzgasatmosphäre insbesondere im Wärmebehandlungsraum sichergestellt werden, d.h. an einem Ort, wo die höchsten Temperaturen auftreten und dementsprechend der größte Bedarf an schützendem Einfluss des Schutzgases vorhanden ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mündet der Gaszufuhranschluss im Inneren des Wärmebehandlungsraums ein. Dementsprechend kann das Schutzgas auf einfache Weise in den Wärmebehandlungsraum eingeführt werden und verteilt sich von dort aus im Inneren des Durchlaufofens, insbesondere durch die schraubenförmig verlaufende Gasströmung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Durchlaufofen als Horizontal-Durchlaufofen ausgebildet. Hierbei sind die wenigstens zwei Förderabschnitte seitlich versetzt auf gleichen oder unterschiedlichen Ebenen nebeneinander angeordnet. Auf diese Weise kann das Verarbeitungsgut in einer Horizontalbewegung durch den Durchlaufofen geführt werden, was den Vorteil hat, dass es nicht in besonderer Weise befestigt werden muss. Die wenigstens zwei Förderabschnitte müssen dabei nicht unbedingt exakt horizontal verlaufen. Auch geringe Abweichungen von der Horizontallage sind möglich.
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Ein weiterer Vorteil dieser Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass durch die wenigstens zwei Förderabschnitte, die seitlich versetzt auf gleichen oder unterschiedlichen Ebenen nebeneinander angeordnet sind, sowie deren gegenläufige Bewegung die Erzeugung der schraubenförmigen Gasströmung ohne zusätzliche mechanische Unterstützungsmittel weiter gefördert wird. Durch aufsteigendes, erwärmtes Gas stellt sich thermodynamisch bedingt eine rotierende Konvektion ein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die wenigstens zwei Förderabschnitte als Teile voneinander unabhängiger Fördereinrichtungen ausgebildet, deren Fördergeschwindigkeit unabhängig voneinander einstellbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die Fördergeschwindigkeiten je nach den auf den Förderabschnitten befindlichen Verarbeitungsgütern, die z.B. unterschiedlich groß sein können oder unterschiedliche Wärmekapazitäten aufweisen können, aufeinander abgestimmt werden können, so dass eine optimale Wärmeübertragung vom Verarbeitungsgut des einen Förderabschnitts auf das Verarbeitungsgut des anderen Förderabschnitts erfolgen kann. Durch die unterschiedlichen Fördergeschwindigkeiten können unterschiedliche Bestückungen auf den wenigstens zwei Förderabschnitten realisiert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der erste und der zweite Förderabschnitt Teil einer gemeinsamen Fördereinrichtung, z.B. einer Fördereinrichtung, die innerhalb oder außerhalb des Durchlaufofens über einen Wendeabschnitt, z.B. in Form einer Wendeschleife, in die gegenläufige Förderrichtung umgelenkt sind. Hierbei kann der Wendeabschnitt sich innerhalb des Durchlaufofens befinden. In einem solchen Fall kann der Durchlaufofen insbesondere unsymmetrisch ausgebildet sein, z.B. mit nur einem Wärmeübertragungsabschnitt und gegebenenfalls nur einem Kühlabschnitt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Durchlaufofen für eine Prozesstemperatur im Wärmebehandlungsraum von mehr als 550°C eingerichtet. Dies erlaubt eine Reihe besonderer Wärmebehandlungsprozesse, insbesondere Löt-, Glüh- und Sinterprozesse. Mit einem solchen Durchlaufofen können z.B. vorteilhaft bestimmte Bauteile von Kraftfahrzeugen hergestellt werden, z.B. Teile der Abgasanlage, wie Krümmer, Hosenrohr, Katalysator, Schalldämpfer und/oder Endrohre. Im Fall von Dieselfahrzeugen können hiermit Hitzeschutzbleche auf ein Filtergehäuse eines Rußpartikelfilters aufgelötet werden. Ferner können hiermit AGR-Kühler hergestellt werden (AGR – Abgasrückführung). Die einzelnen Komponenten solcher aus Edelstahl gefertigten AGR-Kühler können durch einen Lötprozess mittels des erfindungsgemäßen Durchlaufofens miteinander gefügt werden.
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Hierbei kann der Durchlaufofen insbesondere mit einem lüfterfreien Innenraum ausgebildet sein, so dass keine hitzeempfindlichen Bauteile im Innenraum vorhanden sind, die bei der hohen Prozesstemperatur von mehr als 550°C beschädigt werden können.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Durchlaufofens der zuvor erläuterten Art, bei dem im Wärmeübertragungsraum und/oder im Wärmebehandlungsraum eine Gasströmung schraubenförmig zirkuliert. Hiermit können ebenfalls die zuvor erläuterten Vorteile erzielt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die zirkulierende Gasströmung durch thermodynamisch bedingte Konvektion vom erwärmten Verarbeitungsgut in Kombination mit der gegenläufigen Bewegung der wenigstens zwei Förderabschnitte erzeugt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Durchlaufofen sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren können je nach Fördergeschwindigkeit der Fördereinrichtung und der Wärmebehandlungstemperatur 30 %–50 % der Wärmeenergie des erwärmten Verarbeitungsguts sowie der Wärmeenergie, die in der Fördereinrichtung gespeichert ist, auf das einfahrende Verarbeitungsgut sowie auf dessen Förderabschnitt überführt werden. In gleichem Maße reduziert sich die erforderliche Heizleistung und/oder Kühlleistung, für die Energie eingesetzt werden muss.
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Die erfindungsgemäße Konstruktion des Durchlaufofens hat den weiteren Vorteil, dass im Vergleich zu konventionellen Schutzgasdurchlauföfen der Gasverbrauch geringer ist, der erforderlich ist, um den Ofenkanal insbesondere im Bereich des Wärmebehandlungsraums frei von Luftsauerstoff zu halten. Dies ist möglich durch eine symmetrische Temperaturverteilung und damit günstigere Bedingungen für eine stabile, laminare Gasströmung innerhalb des Durchlaufofens. Dies wird zusätzlich dadurch begünstigt, dass die bereits wärmebehandelten heißen Verarbeitungsgüter beim Durchlaufen des Wärmeübertragungsabschnitts bzw. der Wärmeübertragungsabschnitte, eventuelle oxidierende Verunreinigungen (Sauerstoff, Wasser) aus dem Schutzgas „gettern“. Auf diese Weise wird die Schutzgasqualität für die noch kühleren, in Richtung des Wärmebehandlungsabschnitts transportierten Verarbeitungsgüter verbessert, so dass diese einer noch geringeren Oxidationsgefahr in der Aufwärmphase unterliegen, als es bei bekannten Durchlauföfen der Fall ist.
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Der Wärmeübertragungsabschnitt ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wärmeisoliert ausgebildet, insbesondere sehr stark wärmeisoliert, so dass die darin befindliche Wärme praktisch nicht durch die Wandung des Wärmeübertragungsabschnitt nach außen treten kann. Auf diese Weise kann ein quasi adiabatischer Wärmeübertragungsabschnitt realisiert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 – einen Durchlaufofen in schematischer Darstellung in einer ersten Ausführungsform und
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2 – einen Durchlaufofen in schematischer Darstellung in einer zweiten Ausführungsform und
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3 – einen Querschnitt durch einen Durchlaufofen gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform im Bereich eines Wärmeübertragungsabschnitts.
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In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
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In den 1 und 2 sind zwei Ausführungsformen von Horizontal-Durchlauföfen dargestellt, jeweils in einer Schnittansicht von oben. Die umfansgseitig an sich geschlossenen Kammern des Durchlaufofens verbergen in Wirklichkeit die in den 1 und 2 sichtbar dargestellten Förderabschnitte 61, 62 einer Fördereinrichtung 6.
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Der Durchlaufofen gemäß 1 weist bezüglich einer Längsrichtung L mittig angeordnet einen Wärmebehandlungsabschnitt 1 auf, in dessen Inneren ein Wärmebehandlungsraum 10 vorhanden ist. Links und rechts benachbart von dem Wärmebehandlungsabschnitt 1 sind jeweils ein Wärmeübertragungsabschnitt 2, 3 angeordnet. Die Wärmeübertragungsabschnitte 2, 3 sind als gut wärmeisolierte Teile des Durchlaufofens 1 ausgebildet. In ihrem Inneren weisen sie jeweils einen Wärmeübertragungsraum 20, 30 auf. An der dem Wärmebehandlungsabschnitt 1 jeweils abgewandten Seite der Wärmeübertragungsabschnitte 2, 3 ist benachbart zu einem Wärmeübertragungsabschnitt 2, 3 jeweils ein Kühlabschnitt 4, 5 angeordnet. Im Inneren jedes Kühlabschnitts 4, 5 befindet sich jeweils ein Abkühlraum 40, 50. Im Kühlabschnitt 4, 5 sind jeweilige Kühleinrichtungen 41, 51 angeordnet, z.B. in Form von durch Kühlwasser durchströmbaren Kühlkanälen. Auf diese Weise ergibt sich ein im Wesentlichen symmetrischer Aufbau des Durchlaufofens 1. Jedoch ist keine strenge Symmetrie erforderlich, d.h. die Länge der einzelnen Abschnitte 2, 3, 4, 5 sowie deren sonstige Abmessungen müssen auf der linken und der rechten Seite nicht unbedingt identisch sein.
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Auf der linken Seite endet der Durchlaufofen 1 mit einer Öffnung 7, auf der rechten Seite mit einer Öffnung 8. Die im Inneren des Wärmebehandlungsabschnitts 1, der Wärmeübertragungsabschnitte 2, 3 und der Kühlabschnitte 4, 5 angeordneten Räume 10, 20, 30, 40, 50 sind miteinander verbunden, so dass sich ein länglicher durchgehender Kanal durch den Durchlaufofen ergibt. In Längsrichtung durch diesen Kanal ist eine Fördereinrichtung 6 geführt, die zwei Förderabschnitte 61, 62 aufweist. Die Förderabschnitte 61, 62 können z.B. als separate Fördereinrichtungen ausgebildet sein, die getrennt voneinander hinsichtlich der Fördergeschwindigkeit einstellbar sind. Auf den Förderabschnitten 61, 62 kann durch Wärmebehandlung zu verarbeitendes Gut, so genanntes Verarbeitungsgut, transportiert werden. Die zwei Förderabschnitte 61, 62 sind als gegenläufig zueinander arbeitende Förderabschnitte ausgebildet, wie durch die links dargestellten Pfeile wiedergegeben ist. Der obere Förderabschnitt 61 bewegt Verarbeitungsgut 64 von links nach rechts, der untere Förderabschnitt 62 bewegt Verarbeitungsgut 65 in entgegengesetzter Richtung. Wie erkennbar ist, befindet sich auch keine Trennwände zwischen den Förderabschnitten 61, 62 bzw. dem darauf transportierten Verarbeitungsgut 64, 65.
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Das Verarbeitungsgut 64, 65 soll im Wärmebehandlungsabschnitt 1 wärmebehandelt werden. Hierzu weist der Wärmebehandlungsabschnitt 1 eine Beheizungseinrichtung 11 auf, z.B. in Form von elektrischen Heizwendeln oder ähnlichem. Ferner kann der Durchlaufofen als Schutzgasdurchlaufofen ausgebildet sein. In diesem Fall ist ein Gaszufuhranschluss 12 vorhanden, z.B. im Bereich des Wärmebehandlungsabschnitts 1. Der Gaszufuhranschluss 11 mündet an einer Mündungsstelle 13 im Inneren des Wärmebehandlungsraums 10 ein. Auf diese Weise kann direkt in den Wärmebehandlungsraum 10 das Schutzgas eingespeist werden.
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Das im dargestellten Beispiel in 1 einfahrende Verarbeitungsgut 64 hat noch nicht den Wärmebehandlungsabschnitt 1 erreicht. Es passiert aber auf dem anderen Förderabschnitt 62 transportiertes, ausfahrendes Verarbeitungsgut 65, das bereits durch den Wärmebehandlungsabschnitt 1 durchtransportiert wurde und dementsprechend bereits erwärmt ist. Diese Wärme wird in dem Wärmeübertragungsabschnitt 2 durch Wärmestrahlung sowie durch konvektionsbedingte Gasumwälzung auf das einfahrende Verarbeitungsgut 64 übertragen, so dass dieses erwärmt wird. Hierbei kühlt zugleich das ausfahrende Verarbeitungsgut 65 stärker ab als bei bekannten Durchlauföfen.
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Bei der zweiten Ausführungsform gemäß 2 ist der linke Teil des Durchlaufofens vergleichbar aufgebaut wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 1. Statt des rechten Wärmeübertragungsabschnitts 3 und des rechten Kühlabschnitts 5 ist der Wärmebehandlungsabschnitt 1 an seiner rechten Seite durch eine wärmegedämmte Verschlusseinrichtung 9 verschlossen. Die in 1 als getrennte Förderabschnitte 61, 62 dargestellten Förderabschnitte sind bei der Ausführungsform gemäß 2 als miteinander über einen Wendeabschnitt 60 in Form einer Wendeschleife verbundene Förderabschnitte 61, 62 ausgebildet, die in diesem Falle nicht separat hinsichtlich ihrer Fördergeschwindigkeiten einstellbar sind. Alternativ kann statt der Wendeschleife ein Quertransportmittel vorhanden sein, so dass die Förderabschnitte 61, 62 wiederum unabhängig voneinander sind und somit separat hinsichtlich ihrer Fördergeschwindigkeiten einstellbar sind. Das Quertransportmittel kann z.B. in Form eines Schiebers oder in Form von quer zur Längsrichtung L das Verarbeitungsgut transportierenden, angetriebenen Rollen ausgebildet sein. Es können auch nicht angetriebene Rollen verwendet werden, wenn ein gewisses Höhengefälle zwischen dem ersten und dem zweiten Förderabschnitt 61, 62 realisiert wird.
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Die 3 zeigt einen Querschnitt durch den Wärmeübertragungsabschnitt 2. Erkennbar ist, dass der Wärmeübertragungsabschnitt 2 eine äußere Wandung 21 aufweist, die gut wärmeisoliert ist. Im Inneren befindet sich der Wärmeübertragungsraum 20. Die erste und die zweite Fördereinrichtung 61, 62 können, wenn sie als Förderbänder ausgebildet sind, z.B. auf einer Grundplatte 63 geführt sein. Diese kann mit diversen Öffnungen bzw. Durchbrüchen ausgebildet sein oder generell als gitterartige Struktur ausgebildet sein, um die bereits erwähnte zirkulierende Gasströmung nicht zu behindern. Erkennbar sind ferner das einfahrende Verarbeitungsgut 64 sowie das ausfahrende Verarbeitungsgut 65. Vom ausfahrenden Verarbeitungsgut 65 wird durch Wärmestrahlung 66 Wärme an das einfahrende Verarbeitungsgut 64 abgegeben. Durch die im ausfahrenden Verarbeitungsgut 65 gespeicherte Wärme wird außerdem durch Konvektion ein nach oben steigender Gasstrom erzeugt, der in Folge der abgerundeten Form der Wandung 21 in eine kreisförmig zirkulierende Gasströmung 67 umgelenkt wird. Wegen der offenen Bauweise der Grundplatte 63 und fehlender Innenwände in dem Wärmeübertragungsraum 20 kann diese Gasströmung 67 ungehindert zirkulieren. In Folge der gegenläufigen Linearbewegung der Förderabschnitte 61, 62 und des in entsprechender Weise darauf transportierten Verarbeitungsguts 64, 65 wird die Gasströmung 67 in eine schraubenförmig zirkulierende Gasströmung überführt, die in Längsrichtung des Durchlaufofens schraubenförmig darin verläuft. In Folge einer Überlagerung der Rotationsbewegung mit der translatorischen Bewegung ergibt sich somit die schraubenförmige Gasströmung. Hierzu sind keine zusätzlichen Hilfsmittel wie Lüfter oder ähnliches erforderlich.
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Die auf das kühlere Verarbeitungsgut 64 auftreffende Gasströmung 67 wird dort wieder abgekühlt, d.h. sie überträgt Wärme auf das Verarbeitungsgut 64. In Folge der Abkühlung wird die zirkulierende Bewegung auf der Unterseite der Grundplatte 63 fortgesetzt. Trifft die Gasströmung 67 wieder auf erwärmtes Verarbeitungsgut 65, heizt sie sich dadurch wieder auf.
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Dies hat den Vorteil, dass auch bei komplexer konstruiertem Verarbeitungsgut das Schutzgas vergleichsweise kurzfristig sämtliche relevanten Oberflächen umspülen kann und Oxidationen unterbunden werden können, mit der Konsequenz, dass die gesamte Baulänge des Durchlaufofens vergleichsweise gering ausgelegt werden kann.
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Für die Einstellung der Betriebsparameter des Durchlaufofens kann zunächst eine Simulation des Wärmeaustauschs zwischen einfahrendem und ausfahrendem Verarbeitungsgut durchgeführt werden. Dabei gilt es die Temperatur im Wärmebehandlungsraum und die Transportgeschwindigkeiten durch die Förderabschnitte entsprechend der Masse und der Oberfläche des Verarbeitungsguts so aufeinander abzustimmen, dass zum einen die erforderliche Zieltemperatur des Verarbeitungsguts im Wärmebehandlungsraum erreicht wird, zum anderen entsprechend der Bauteilmassen und -oberflächen in dem oder den Wärmeübertragungsabschnitten ein möglichst hoher Wärmeaustausch zwischen den gegenläufig transportierten Verarbeitungsgütern stattfindet. Der Simulation entsprechend können nun die Förderabschnitte 61, 62 mit Verarbeitungsgut bestückt werden und die Transportgeschwindigkeiten der Förderabschnitte 61, 62 festgelegt werden. Vorteilhaft ist auch der Einsatz einer Regeleinheit für die Regelung der Fördergeschwindigkeit der Förderabschnitte 61, 62. Durch die Regeleinheit kann z.B. eine Temperaturmessung innerhalb eines Wärmeübertragungsabschnitts oder beider Wärmeübertragungsabschnitte durchgeführt werden und für die Regelung der Fördergeschwindigkeiten genutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004022047 B3 [0003]
