-
Die Erfindung betrifft einen Ofen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
-
Bei dem bekannten Ofen handelt es sich um einen Herdwagenofen. Dabei erstrecken sich an den einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Ofens aus mehreren Flächenbrennern gebildete Heizfelder in Transportrichtung des Herdwagens.
-
Unter "Flächenbrennern" werden Brenner verstanden, bei denen ein Brenngas entweder innerhalb eines offenporigen Volumens einer feuerfesten Schicht, z. B. einer porösen Keramikplatte, oder unmittelbar an der Oberfläche einer feuerfesten Platte, z. B. einer Keramikplatte, mit einer Vielzahl kleiner Durchbrüche verbrannt wird. Ein Volumenbrenner ist beispielsweise aus der
DE 41 16 898 A1 , und ein Oberflächenbrenner ist beispielsweise aus der
DE 43 29 194 A1 bekannt.
-
Flächenbrenner erwärmen ein in einem Ofenraum aufgenommenes Gut im Wesentlichen durch das daraus austretende heiße Abgas sowie durch Strahlung. Eine von Flächenbrennern erzeugte Temperatur kann in einem bestimmten Bereich durch eine Änderung der Luftzahl moduliert werden. Ferner ist es möglich, die Temperatur durch eine Änderung des Brenngasmassestroms zu modulieren. Nach dem Stand der Technik ist eine Modulation der Temperatur bzw. einer Leistung von Flächenbrennern in einem Bereich von etwa 1:5 möglich.
-
Derzeit werden Öfen im Hinblick auf den jeweiligen Anwendungszweck spezifisch ausgelegt und mit geeigneten Flächenbrennern versehen. Solche Öfen können dann lediglich für den spezifischen Anwendungszweck, beispielsweise das Brennen von Sanitärkeramik, verwendet werden. Sie eignen sich nicht für einen anderen Anwendungszweck, beispielsweise das Tempern von Glas.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein möglichst einfach und kostengünstig herstellbarer Ofen angegeben werden, welcher universell für unterschiedliche Anwendungszwecke einsetzbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 15.
-
Nach Maßgabe der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine Gassteuereinrichtung vorgesehen ist, mit der zumindest einem der Flächenbrenner wahlweise entweder (i) das Brenngasgemisch oder (ii) ausschließlich Spülgas zuführbar ist. Der Flächenbrenner wirkt beim Zuführen des Brenngasgemischs als Heizelement. Beim ausschließlichen Zuführen von Spülgas kann der Flächenbrenner als Kühlelement oder zum gleichmäßigen Verteilen von Spülgas im Ofenraum wirken. – Wenn der Flächenbrenner als "Heizelement" wirkt, erfolgt eine Verbrennung des Brenngasgemischs im Flächenbrenner. Wenn dem Flächenbrenner ausschließlich Luft zugeführt wird, erfolgt keine Verbrennung im Flächenbrenner.
-
Unter dem Begriff "Spülgas" wird allgemein ein nichtbrennbares Gas, beispielsweise Luft, oder ein Inertgas, beispielsweise Argon, Stickstoff oder dgl., verstanden.
-
Indem einem Flächenbrenner ausschließlich Spülgas, insbesondere Luft, zugeführt wird, kann eine Temperatur im Ofenraum in einem erheblich weiteren Bereich als bisher moduliert werden. Es ist insbesondere möglich, innerhalb des Ofenraums – je nach Anwendungszweck – unterschiedliche Heizzonen zu schaffen oder über die Zeit in einem weiten Temperaturbereich vorgegebene Temperaturprofile zu fahren. Der vorgeschlagene Ofen lässt sich relativ einfach und kostengünstig herstellen. Dazu ist lediglich eine Gassteuereinrichtung vorzusehen, mit der wahlweise zumindest einem der Flächenbrenner, vorzugsweise sämtlichen Flächenbrennern, ausschließlich Spülgas zuführbar ist. Die Gassteuereinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass damit jedem der Flächenbrenner individuell entweder das Brenngasgemisch oder ausschließlich Spülgas zuführbar ist.
-
Damit kann bei entsprechender Anordnung der Flächenbrenner im gesamten Ofenraum die Temperatur in einem weiten Bereich eingestellt werden. Abgesehen davon können Heizzonen mit lokal unterschiedlichen Temperaturen im Ofenraum erzeugt werden.
-
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die mehreren Flächenbrenner als Module mit einer einheitlichen Einbaugeometrie ausgebildet. Bei den Flächenbrennern handelt es sich sämtlich entweder um Oberflächenbrenner oder Volumenbrenner. Das vereinfacht die Ausgestaltung der Gassteuereinrichtung, insbesondere die Auslegung einer Brenngasmischeinrichtung zur Herstellung des Brenngasgemischs.
-
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in zumindest einer der Seitenwände und/oder der Decke zumindest ein Durchbruch zum Einbau zumindest eines Flächenbrenners vorgesehen. Eine Durchbruchsgeometrie des Durchbruchs korrespondiert vorteilhafterweise zum Ein- oder Mehrfachen der Einbaugeometrie des Flächenbrenners, so dass in den Durchbruch ein oder mehrere Flächenbrenner einbaubar sind.
-
Flächenbrenner weisen üblicherweise in Draufsicht eine rechteckige Heizfläche auf, welche von einem Rahmen umgeben ist. Vom Rahmen erstreckt sich an einer der Heizfläche gegenüberliegenden Seite umlaufend ein Flansch. Unter dem Begriff "Einbaugeometrie" wird die durch den Rahmen des Flächenbrenners vorgegebene Geometrie verstanden. Die "Durchbruchsgeometrie" des Durchbruchs ist an die "Einbaugeometrie" derart angepasst, dass der Rahmen in den Durchbruch eingesteckt werden kann, wobei gleichzeitig der sich vom Rahmen erstreckende Flansch an einer Außenseite der Seitenwand und/oder der Decke aufliegt. Insbesondere zur Bildung größerer Heizfelder ist die Durchbruchsgeometrie des Durchbruchs so gestaltet, dass darin nebeneinanderliegend mehrere als Module ausgebildete Flächenbrenner einbaubar sind. Im Einbauzustand überdeckt der zumindest eine Flächenbrenner oder die nebeneinanderliegenden mehreren Flächenbrenner vollständig den Durchbruch.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind in der zumindest einen Seitenwand und/oder der Decke mehrere Durchbrüche vorgesehen. Zur Bildung des zumindest einen Heizfelds kann ein erster Teil der Durchbrüche mit Durchbruchverschlussmitteln und ein zweiter Teil der Durchbrüche mit Flächenbrennern bestückt sein. – Die vorgeschlagene Ausgestaltung ermöglicht die Herstellung eines universellen Ofens, bei dem von vornherein Durchbrüche zum Einsetzen von Flächenbrennern vorgesehen sind. Je nach Anwendungszweck ist es sodann möglich, in die Durchbrüche in geeigneter Anordnung und Anzahl Flächenbrenner einzusetzen. Verbleibende Durchbruchsflächen können mit den Durchbruchverschlussmitteln verschlossen werden. Die Durchbruchverschlussmittel sind zweckmäßigerweise korrespondierend zur Geometrie der als Module ausgebildeten Flächenbrenner ausgebildet. Sie sind vorteilhafterweise aus demselben Material gebildet wie die Decke und/oder die Seitenwände, d. h. aus einem feuerfesten, thermisch isolierenden Material. Das Material kann an einer Stahlplatte angebracht sein, deren Umriss etwa dem Umriss des Flanschs eines Flächenbrennermoduls entspricht. Die vorgeschlagene Ausgestaltung ermöglicht eine einfache und schnelle Herstellung eines auf einen spezifischen Anwendungszweck ausgerichteten Ofens. Der Ofen kann wegen der zweifachen Funktion der Flächenbrenner als Heiz- und Kühlelement in einem weiten Bereich von Anwendungszwecken verwendet werden. Überdies ist es auch möglich, den Ofen einfach und schnell mit einer anderen Anordnung aus Flächenbrennern und Durchbruchsverschlussmitteln zu versehen und ihn damit an einen anderen Anwendungszweck anzupassen.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Gassteuereinrichtung ein Gebläse zum Zuführen von Spülgas zum Flächenbrenner. Mit der Gassteuereinrichtung kann bei der Betriebsweise (i) ein erster Massestrom des dem Flächenbrenner zugeführen Brenngasgemischs und/oder bei der Betriebsweise (ii) ein zweiter Massestrom des dem Flächenbrenner zugeführten Spülgases steuer- oder regelbar sein. Zum Steuern oder Regeln des Massestroms des dem Flächenbrenner zugeführten Spülgases bei der Betriebsweise (ii) kann mit der Gassteuereinrichtung eine Drehzahl des Gebläses gesteuert oder geregelt werden. Das erhöht weiter die Modulationsbreite des Ofens.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann stromaufwärts des zumindest einen Flächenbrenners eine Einrichtung zum Erwärmen des Spülgases vorgesehen sein. D. h. es kann dem Flächenbrenner nicht nur Umgebungsluft, sondern auch erwärmtes Spülgas zugeführt werden. Das erhöht nochmals die Modulationsbreite des Ofens. – Das Spülgas kann zum Vorwärmen beispielsweise durch einen Wärmetauscher im Gegenstrom mit aus dem Ofen abgeführtem heißen Abgas geführt werden.
-
Die Gassteuereinrichtung kann Bestandteil einer Temperatursteuereinrichtung zur Steuerung oder Regelung eines vorgegebenen Temperaturprofils im Ofen sein. Ferner kann die Gassteuereinrichtung mittels der Temperatursteuereinrichtung derart steuer- oder regelbar sein, dass sich im Ofenraum mehrere, eine unterschiedliche Temperatur aufweisende Heizzonen ausbilden.
-
Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind im Boden und/oder in einem auf den Boden abgestützten Zwischenboden Absaugdurchbrüche und eine mit den Absaugdurchbrüchen stromabwärts nachgeschaltete Absaugvorrichtung zum Absaugen von Abgas vorgesehen, so dass sich im Ofenraum eine von der Decken zum Boden gerichtete Abgasströmung ausbildet. – Üblicherweise bilden sich durch heiße Abgase im Ofenraum Konvektionsströmungen aus. Das führt nachteiligerweise dazu, dass sich im Ofenraum, insbesondere im Bereich der Decke, heiße Zonen ausbilden. Indem nunmehr die von den Flächenbrennern erzeugten heißen Abgase in Richtung des Bodens abgesaugt werden, kann in vertikaler Richtung eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur im Ofenraum eingestellt werden.
-
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zumindest eine Heizfeld ausschließlich in der Decke vorgesehen. Die Absaugdurchbrüche sind vorteilhafterweise über dem Boden und/oder dem Zwischenboden so verteilt, dass sich im Ofenraum eine im Wesentlichen laminare Abgasströmung ausbildet. Das trägt weiter zu einer besonders einheitlichen Temperaturverteilung zwischen Decke und Boden bei.
-
Ferner kann eine entlang einer dem Ofenraum abgewandten Außenseite der Seitenwände geführte Abgasabführeinrichtung zum Abführen des durch die Absaugdurchbrüche abgesaugten Abgases sowie zum Erwärmen der Seitenwände vorgesehen sein. Bei der Abgasabführeinrichtung handelt es sich beispielsweise um entlang der Außenseite der Seitenwände geführte Kanäle. Indem die Seitenwände durch das abgeführte Abgas erwärmt werden, kann Energie eingespart werden.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Draufsicht auf einen Ofen,
-
2 eine schematische Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A' in 1,
-
3 eine schematische Schnittansicht durch ein Flächenbrennermodul,
-
4 eine Unteransicht gemäß 3,
-
5 schematisch ein Durchbruchverschlussmittel und
-
6 schematisch eine Gassteuereinrichtung.
-
Der in den 1 und 2 gezeigte Ofen weist eine Decke 1, sich von der Decke 1 erstreckende Seitenwände 2 sowie einen Boden 3 auf. Auf dem Boden 3 ist ein hier schematisch angedeuteter Zwischenboden 4 abgestützt, welcher Absaugdurchbrüche 5 aufweist. An einer Außenseite der Seitenwände 2 befindet sich eine Abgasabführeinrichtung 6.
-
An der Decke 1 ist ein allgemein mit dem Bezugszeichen H bezeichnetes Heizfeld vorgesehen. Das Heizfeld H ist gebildet aus einem mit unterbrochenen Linien angedeuteten Durchbruch 7, in welchen mehrere Flächenbrennermodule 8 eingesetzt sind. Ein in der Decke 1 vorgesehener weiterer Durchbruch 9 ist mit Durchbruchverschlussmitteln 10 verschlossen.
-
Sowohl der Durchbruch 7 als auch der weitere Durchbruch 9 weisen eine Durchbruchsgeometrie auf, welche zum Ein- oder Mehrfachen einer Einbaugeometrie eines Flächenbrenners 8 korrespondiert.
-
Die 3 und 4 zeigen schematisch ein Flächenbrennermodul 8. Das Flächenbrennermodul 8 umfasst einen im Wesentlichen rechteckigen Rahmen 11, welcher eine Brenngasverteilungsplatte 12 umgreift. Die Brenngasverteilungsplatte 12 ist aus einem offenporigen Material, vorzugsweise einer offenporigen SiSiC-Keramik, hergestellt. Ein Umriss des Rahmens 11 definiert im Wesentlichen die Einbaugeometrie des Flächenbrennermoduls 8.
-
Mit dem Bezugszeichen 13 ist ein vom Rahmen 11 sich erstreckender Flansch bezeichnet, welcher im Einbauzustand auf der Decke 1 des Ofens aufliegt.
-
5 zeigt schematisch ein Durchbruchverschlussmittel 10. Das Durchbruchverschlussmittel 10 umfasst eine Stahlplatte 14, deren Umriss etwa dem Flansch 13 des Flächenbrennermoduls 8 entspricht. An der Stahlplatte 14 ist ein Wärmeisolationsblock 15 angebracht, dessen Umriss etwa dem Rahmen 11 entspricht. Eine Einbaugeometrie des Durchbruchverschlussmittels 10 entspricht damit im Wesentlichen der Einbaugeometrie des Flächenbrennermoduls 8.
-
6 zeigt schematisch eine allgemein mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnete Gassteuereinrichtung. Die Gassteuereinrichtung 16 umfasst stromaufwärts einer mit dem Flächenbrennermodul 8 verbundenen Gaszuführleitung 17 ein Umschaltventil 18, mit dem wahlweise eine Brenngaszuführleitung 19 oder eine erste Luftzuführleitung 20 mit der Gaszuführleitung 17 verbunden werden kann. Anstelle des Umschaltventils 18 können selbstverständlich auch wechselweise sperrende Sperrventile in die Brenngaszuführleitung 19 sowie die erste Luftzuführleitung 20 eingeschaltet sein.
-
Mit dem Bezugszeichen 21 ist eine stromaufwärts der Brenngaszuführleitung 19 vorgesehene Brenngasmischeinrichtung bezeichnet, welche mit einer Gasleitung 22 sowie einer zweiten Luftzuführleitung 23 verbunden ist.
-
Mit dem Bezugszeichen 24 ist ein Gebläse bezeichnet, welches mit der ersten 20 und/oder der zweiten Luftzuführleitung 23 verbunden ist. Eine Steuereinrichtung 25 ist über Steuerleitungen S1, S2 und S3 mit dem Umschaltventil 18, der Gasmischeinrichtung 21 sowie dem Gebläse 24 verbunden.
-
Die Funktion der Gassteuereinrichtung 16 ist Folgende:
Sofern das Flächenbrennermodul 8 in herkömmlicher Weise als Heizelement betrieben werden soll, ist die Gaszuführleitung 17 über das Umschaltventil 18 ausschließlich mit der Brenngaszuführleitung 19 verbunden. In der Brenngasmischeinrichtung 21 wird durch die Gasleitung 22 zugeführtes Brenngas G mit durch die zweite Luftzuführleitung 23 zugeführter Luft L in geeigneter Weise gemischt. Dazu kann eine vorgegebene Luftzahl mittels der Steuereinrichtung 25 eingestellt werden. Ferner kann mit der Steuereinrichtung 25 ein Massestrom des dem Flächenbrennermodul 8 zugeführten Brenngasgemischs gesteuert werden.
-
Falls das Flächenbrennermodul 8 als Kühlelement dienen soll, wird das Umschaltventil 18 mittels der Steuereinrichtung 25 so eingestellt, dass die Gaszuführleitung 17 ausschließlich mit der ersten Luftzuführleitung 20 verbunden ist. Mit der Steuereinrichtung 25 kann ein Massestrom der zugeführten Luft L durch geeignete Ansteuerung des Gebläses 24 gesteuert werden.
-
Die Gassteuereinrichtung 16 kann auch so ausgestaltet sein, dass dem Flächenbrennermodul 8 über die Gaszuführleitung 17 entweder Brenngas G oder über die erste Zuführleitung 20 Inertgas zugeführt wird. In diesem Fall ist die erste Zuführleitung 20 nicht mit dem Gebläse 24, sondern mit einem Vorrat an Inertgas (hier nicht gezeigt), verbunden. Ein Spülen des Ofenraums mittels Inertgas kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn mehrere Versuche, das Flächenbrennermodul 8 zu zünden, fehlgeschlagen sind. In diesem Fall kann sich im Ofenraum durch das zugeführte Brenngas G ein explosives Gemisch bilden. Zum Verdrängen des Brenngases G aus dem Ofenraum wird in diesem Fall der Ofenraum mittels Inertgas vor einem weiteren Zündversuch gespült.
-
Obwohl es in den Figuren nicht gezeigt ist, kann in die erste Luftzuführleitung 20 auch ein Wärmetauscher eingeschaltet sein, mit dem die dem Flächenbrennermodul 8 zugeführte Luft L vorgewärmt werden kann.
-
Obwohl es in den Figuren nicht gezeigt ist, kann die Steuereinrichtung 25 auch als Regeleinrichtung betrieben werden. In diesem Fall kann als Regelgröße eine Temperatur im Ofen dienen, welche mittels geeigneter Temperaturmesselemente gemessen und mit der Steuereinrichtung 25 verarbeitet wird.
-
Wie insbesondere aus den 1 bis 5 ersichtlich ist, ermöglicht die modular analoge Ausgestaltung der Flächenbrennermodule 8 sowie der Durchbruchverschlussmittel 10 eine einfache und variable Bestückung des Ofens. Der Ofen kann damit schnell und kostengünstig an unterschiedliche Anwendungszwecke angepasst werden.
-
Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, kann in der Abgasabführeinrichtung 6 ein Sauggebläse 26 vorgesehen sein, mit dem heißes Abgas A durch einen von der Decke 1, den Seitenwänden 2 sowie dem Boden 3 begrenzten Ofenraum von der Decke 1 in Richtung des Bodens 3 bewegt wird. Es kann damit eine laminare Strömung im Ofenraum erzeugt werden. Das ermöglicht eine besonders gleichförmige Temperaturverteilung zwischen der Decke 1 und dem Boden 3 im Ofenraum. Mit der Abgasabführeinrichtung 6 ist es ferner möglich, die Seitenwände 2 vorzuheizen, so dass zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Temperatur im Ofenraum Energie eingespart werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Decke
- 2
- Seitenwand
- 3
- Boden
- 4
- Zwischenboden
- 5
- Absaugdurchbruch
- 6
- Abgasabführeinrichtung
- 7
- Durchbruch
- 8
- Flächenbrennermodul
- 9
- weiterer Durchbruch
- 10
- Durchbruchverschlussmittel
- 11
- Rahmen
- 12
- Brenngasverteilungsplatte
- 13
- Flansch
- 14
- Stahlplatte
- 15
- Wärmeisolationsblock
- 16
- Gassteuereinrichtung
- 17
- Gaszuführleitung
- 18
- Umschaltventil
- 19
- Brenngaszuführleitung
- 20
- erste Luftzuführleitung
- 21
- Brenngasmischeinrichtung
- 22
- Gasleitung
- 23
- zweite Luftzuführleitung
- 24
- Gebläse
- 25
- Steuereinrichtung
- 26
- Sauggebläse
- A
- Abgas
- G
- Brenngas
- H
- Heizfeld
- L
- Luft
- S1
- erste Steuerleitung
- S2
- zweite Steuerleitung
- S3
- dritte Steuerleitung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014204453 B3 [0002]
- DE 4116898 A1 [0004]
- DE 4329194 A1 [0004]
