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Die Erfindung betrifft eine Ofenrolle für einen Wärmebehandlungsprozess eines Werkstücks, Verfahren zum Herstellen derselben, eine Transporteinrichtung für einen Ofen, eine Thermoprozessanlage beinhaltend einen Ofen sowie Verwendung einer Ofenrolle in einer Thermoprozessanlage.
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Thermoprozessanlagen sind für das Wärmen und die Wärmebehandlung von Stahl, NE-Metall, Glas und Keramik sowie anderer Produkte bekannt. Die Thermoprozessanlagen weisen einen Ofen auf, der durch mindestens einen Brenner erhitzt werden kann. Ein Werkstück kann durch einen Ofen gefördert werden, indem mindestens eine Ofenrolle zum Fördern des Werkstücks vorgesehen ist, welche eine in Drehung antreibbare, außerhalb des Ofens gelagerte Welle umfassen kann.
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Aus
DE 100 07 383 A1 ist eine wasserkühlbare Ofenrolle bekannt, bei der auf der Rollenwelle aufgebrachte Tragringe vorhanden sind. Die Tragringe bestehen aus metallischem oder keramischem Grundmaterial, wobei diese aber auch mit gegenüber der Ofenatmosphäre hochresistentem Metall, wie Nickel oder dergleichen, antikorrosiv beschichtet sein können. Es wird in
DE 100 07 383 A1 beschrieben, dass eine solche Beschichtung der Tragringe aber auch mit gegenüber der Ofenatmosphäre hochresistentem keramischem Material, wie beispielsweise Korund, erfolgen kann. Als Wärmeleitmittel können zwischen Welle und Tragring Schweißnähte vorgesehen sein. Die
DE 100 07 383 A1 beschreibt, dass ein Wärmeübergang zwischen Tragring und Welle angestrebt wird, um die Wärmeabfuhr aus den Tragringen an die Welle zu erhöhen und damit die Verfügbarkeit der Tragringe bei verringerter Aufwachsung von Zunder zu verlängern.
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EP 0 633 815 B1 beschreibt eine isolierte Ofenrolle und ein Herstellungsverfahren dafür. Die Ofenrolle weist eine drehbare Innenwelle mit innenliegenden Mitteln zur Aufnahme eines Kühlmittels auf, um die Welle zu kühlen. An der Welle sind zur Drehung dieser eine Anzahl axial mit Abstand angeordnete Reifen befestigt. Die Reifen weisen im Wesentlichen gleiche, sich radial erstreckende Abschnitte zum Abstützen des Werkstücks auf.
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DE 691 11 552 T2 beschreibt eine beschichtete Herdrolle und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
DE 691 11 552 T2 beschreibt eine Herdrolle, die eine metallische Oberfläche aufweist, die mit einem verschleißbeständigen feuerfesten Oxidüberzug versehen ist, der Teilchen aus Zirkoniumsilikat und/oder dessen Zersetzungsprodukten SiO
2 und ZrO
2 in einem Gemisch mit Teilchen aus Zirkoniumoxid aufweist, das mit einem aus CaO, Y
2O
2, MgO, CeO
2 und HfO
2 ausgewählten Oxid voll- oder teilstabilisiert ist. Hierdurch wird ein Überzug ausgebildet, der beständig gegenüber thermischen Schocks ist und der beständig gegenüber dem Ansetzen von Stahl oder Stahloxid von einer kontinuierlichen Wärmebehandlungsanordnung ist.
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DE 10 2008 015 789 B4 beschreibt ein thermisches Sprühpulver sowie eine thermische Sprühbeschichtung, die aus dem thermischen Sprühpulver erhältlich ist und eine Ofenrolle einschließlich der thermischen Sprühbeschichtung, die aus dem thermischen Sprühpulver erhältlich ist. Das thermische Sprühpulver enthält 30% bis 50% Massenanteil an Chromcarbid, wobei der Rest eine Beimischung bzw. ein Gemisch bzw. eine Legierung enthaltend Chrom, Aluminium, Yttrium, und mindestens eines von Kobalt und Nickel ist. Das thermische Sprühpulver besitzt eine durchschnittliche Partikelgröße von 20 bis 60µm. Die
DE 10 2008 015 789 B4 beschreibt, dass durch das Sprühpulver ein Verhindern von Ablagerungen an der Ofenrollenoberfläche erreicht werden kann.
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Nachteilig bei den bekannten Ofenrollen ist, dass die Standzeit der Ofenrollen beschränkt ist, wobei zudem oder alternativ ein erhöhter Energiebedarf des Ofens beobachtet wird, da dem Ofen Wärmeenergie durch die Kühlung entzogen wird. Dies senkt den Wirkungsgrad des Ofens.
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Aufgabe der Erfindung ist es, zumindest einen der genannten Nachteile zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der hier nachfolgenden Beschreibung angegeben.
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Die Erfindung baut auf dem Grundgedanken auf, dass eine aktiv gekühlte Oberrolle, in der mindestens ein Kühlkanal vorgesehen ist, mit mindestens einer Schicht versehen ist, die den Energieeintrag in die Ofenrolle reduziert. Die Schicht über dem Träger der Ofenrolle weist dabei einen niedrigeren Emissionsgrad als der Emissionsgrad des Trägers auf. Hierdurch kann ein besseres Reflexionsvermögen gegenüber dem Träger erreicht werden und der Energieeintrag in die Ofenrolle reduziert werden. Der Energieaustrag aus dem Ofen durch das Kühlmedium der Ofenrolle wird somit verringert. Die Temperatur des Trägers wird ebenfalls gesenkt, was die Lebensdauer der Ofenrolle, die aktuell aufgrund thermischer Ermüdungserscheinungen etwa 1 Jahr beträgt, verlängert.
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Die Erfindung schafft eine Ofenrolle für einen Wärmebehandlungsprozess eines Werkstücks, wobei die Ofenrolle einen Träger mit einem Kühlkanal aufweist. Die Ofenrolle umfasst ferner eine Schicht über dem Material des Trägers, wobei die Schicht einen gegenüber dem Material des Trägers niedrigeren Emissionsgrad aufweist und die Ofenrolle eine im Wesentlichen durchgehende Auflagefläche für das Werkstück ausbildet.
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Hierdurch kann eine Schicht bzw. ein Schichtsystem mit mehreren Schichten erzeugt werden, welches ein besseres Reflexionsvermögen als das Trägermaterial besitzt, wobei für den Träger ein geeignetes Material verwendet werden kann, das sich an den mechanischen Belastungen der Ofenrolle orientiert. Beispielsweise erfordern Schlagbelastungen an den Ofenrollen ein gewisses Maß an Duktilität, welches durch ein geeignetes Material des Trägers geschaffen werden kann. Es kann ein Material verwendet werden, welches eine geeignete Hochtemperatur-Festigkeit aufweist. Die Erfindung hat erkannt, dass mit der Trennung von Trägermaterial und Schicht unterschiedlichen Anforderungen, wie zum Beispiel der mechanischen Belastung auf der einen Seite und einem gesenkten Energiebedarf und einer Steigerung der Energieeffizienz auf der anderen Seite, begegnet werden kann. Während im Stand der Technik ein anderer Weg beschritten wird, gemäß dem die Oberflächentemperatur in der Rolle erhöht wird, geht die Erfindung einen gänzlich anderen Weg.
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Eine Ofenrolle im Sinne der vorliegenden Beschreibung kann eine außerhalb des Ofens gelagerte Welle mit dem innenliegenden Kühlkanal zum Hindurchleiten von einem Kühlmedium sein. Eine Durchströmung mit einem Kühlmedium, insbesondere Wasser, ist von der einen Seite zur anderen Seite längs der Längsrichtung möglich. Die Ofenrolle kann damit in einer Richtung, die im Wesentlichen der Längsrichtung der Ofenrolle entspricht, und in der ein in der Ofenrolle liegender Kühlkanal ausgebildet ist, durchströmt werden. Ein Verdrängerkörper im Inneren des Kühlkanals ist möglich. Es kann auch vorgesehen sein, dass der innenliegende Kühlkanal des Ofenrohrs an einem Ende der Ofenrolle geschlossen ist und die Strömungsrichtung des Kühlmediums derart umgelenkt wird, dass an der Seite, an der das Kühlmedium in den Kühlkanal eintritt, auch ein Austritt für das Kühlmedium vorgesehen ist. Mit der Ofenrolle ist ein Transport eines Werkstücks durch den Ofen möglich. Die Ofenrollen können mit relativ hohen Rotationsgeschwindigkeiten von ungefähr 0,1 Hz bis ungefähr 6,5 Hz (entsprechend einer Umdrehungsgeschwindigkeit von ungefähr Null 1/min bis ungefähr 390 1/min) angetrieben werden.
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Wärmebehandlungsprozess im Sinne der vorliegenden Beschreibung kann ein Erwärmen, Vorwärmen und/oder Wärmen sein bzw. umfassen.
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Ein Werkstück im Sinne der vorliegenden Erfindung kann ein insbesondere dünnwandiges Werkstück sein. Das Werkstück kann insbesondere ein Metall aufweisen, ganz besonders kann das Werkstück ein metallisches Werkstück sein. Insbesondere kann es sich bei dem Werkstück um ein bandförmiges metallisches Werkstück handeln.
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Eine Thermoprozessanlage im Sinne der vorliegenden Beschreibung umfasst einen Banddurchlaufofen, eine Banderwärmungseinrichtung, Wärmeofen, Wärmebehandlungsofen, Durchlaufofen und Walzwerksofen. Insbesondere kann es sich bei der Thermoprozessanlage um einen Vorwärmofen für eine Feuerverzinkungsanlage handeln.
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Die Auflagefläche im Sinne der vorliegenden Beschreibung der Ofenrolle bildet eine Auflagefläche für das Werkstück beim Transportieren derselben. Die Auflagefläche bildet damit eine äußere Begrenzung, die in Kontakt mit dem Werkstück gelangen kann. Die Auflagefläche muss nicht notwendigerweise das Material enthalten, das gegenüber dem Material des Trägers einen niedrigeren Emissionsgrad hat. Bevorzugt bildet das Material, das gegenüber dem Material des Trägers einen niedrigeren Emissionsgrad hat, die Auflagefläche für das Werkstück.
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Der Begriff „durchgehend“ umfasst im Sinne der Erfindung eine im Wesentlichen ohne makroskopische Erhebungen oder Vertiefungen ausgebildete Fläche. Der Begriff umfasst eine Auflagefläche ohne große räumliche Unterbrechung. Insbesondere kann makroskopisch betrachtet sich eine Fläche in nur zwei Richtungen erstrecken. Die Richtungen, in denen sich die Auflagefläche erstreckt, können im Wesentlichen auf die Längsrichtung der Ofenrolle und die Umfangsrichtung der Ofenrolle beschränkt sein. In einer Richtung quer zur Längsrichtung und quer zur Umfangsrichtung der Ofenrolle kann die Auflagefläche so ausgestaltet sein, dass sie makroskopisch keine Flächenanteile, die sich in dieser Richtung erstrecken können, aufweist. Die Auflagefläche kann einen Mantel eines im Wesentlichen glatten Zylinders, der zweidimensional ist, bilden, wobei die Mantelfläche im Wesentlichen im Bereich der Auflagefläche, d.h. dort, wo das Werkstück mit der Ofenrolle in Kontakt kommt, keine makroskopischen Vertiefungen oder Erhebungen aufweist.
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Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff „Schicht“ - auch bei Voranstellung des bestimmten Artikels - die Möglichkeit, dass die Schicht Teil eines Schichtsystems ist, in dem mehrere Schichten vorliegen können. Insbesondere kann die Schicht in direktem Kontakt mit dem Werkstück gelangen. Die Schicht kann eine äußere Begrenzungsfläche für die Ofenrolle sein. Die Schicht kann die im Wesentlichen durchgehende Auflagefläche für das Werkstück ausbilden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schicht eine metallische und/oder keramische Schicht. Die Schicht kann an die speziellen Anforderungen angepasst werden. Insbesondere kann eine Schicht ausgewählt werden, die an das Material des Trägers angepasst ist. Die Schicht kann im Wesentlichen aus Aluminium mit Verunreinigungen oder Restanteilen weiterer Elemente bestehen. Die Schicht kann im Wesentlichen Chrom, Zirkonoxid und/oder Aluminiumoxid aufweisen bzw. aus diesem mit Verunreinigungen oder Restanteilen weiterer Elemente bestehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Material des Trägers einen Stahl auf, so dass den Schlagbelastungen, die auf eine Ofenrolle einwirken können, entsprochen werden kann, indem ein gewisses Maß an Duktilität vorhanden ist. Ferner sind Trägermaterialien, die einen Stahl aufweisen, gut handhabbar und somit kann eine Ofenrolle diesbezüglich gut gefertigt werden. Dies auch vor dem Hintergrund, dass der Träger gekühlt wird und somit ein Kühlkanal im Innern des Trägers ausgebildet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Schicht und dem Träger mindestens eine weitere Schicht vorhanden, so dass unabhängig von den Erfordernissen, auf die mit den Materialien für den Träger und die Schicht reagiert werden kann, eine oder mehrere weitere Schichten, d.h. Zwischenschichten, vorgesehen sein können, die beispielsweise ein Haften der Schicht auf dem Träger verbessern können. Ferner können weitere Schichten vorgesehen sein, die die Funktion eines niedrigeren Emissionsgrads unterstützen.
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Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Ofenrolle für einen Wärmebehandlungsprozess eines Werkstücks, wobei ein Träger mit einem Kühlkanal bereitgestellt wird. Über den Träger wird eine Schicht aufgebracht, die einen niedrigeren Emissionsgrad aufweist als das Material des Trägers. Ferner wird eine im Wesentlichen durchgehende Auflagefläche für das Werkstück ausgebildet.
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Die Erfindung schafft auch eine Transporteinrichtung für einen Ofen zur Durchführung eines Wärmebehandlungsprozesses eines Werkstücks, wobei der Ofen eine vorbeschriebene Ofenrolle aufweist.
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Die Erfindung schafft auch eine Thermoprozessanlage, die einen Ofen beinhaltet, der eine vorstehende Transporteinrichtung aufweist.
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Die Erfindung schafft auch eine Verwendung einer Ofenrolle in einer Thermoprozessanlage mit einem Ofen zur Durchführung eines Wärmebehandlungsprozesses eines Werkstücks. Die Ofenrolle weist einen Träger mit einem Kühlkanal auf. Es wird eine Schicht über dem Träger verwendet, die einen Emissionsgrad aufweist, welcher niedriger ist als der des Materials des Trägers. Ferner wird eine im Wesentlichen durchgehende Auflagefläche für das Werkstück verwendet.
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Die einzelnen Erfindungsaspekte und Ausprägungen können frei miteinander kommuniziert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels, die lediglich eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeigt, näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 eine schematische teilweise Schnittdarstellung einer Ofenrolle in einem Erwärmungsofen für ein Band; und
- 2 eine Ofenrolle in schematischer teilweise geschnittener Darstellung.
- 1 zeigt einen Abschnitt einer Thermoprozessanlage, bei der ein Band 1 in einem Ofen 2, der eine Ofenwand 3 aufweist, mittels einer Ofenrolle 4 transportiert wird.
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Der Ofen 2 weist mehrere Brenner 5 auf. Bei dem Ofen 2 kann es sich um einen Banderwärmungsofen handeln. Das Band 1 kann mittels der Ofenrolle 4 in einer Richtung quer zur Zeichenebene transportiert werden. Die Ofenrolle 4 ist mit einem Antrieb 6 verbunden, der die Ofenrolle 4 in der mit dem Pfeil gekennzeichneten Richtung drehen kann. Die Ofenrolle 4 weist einen Kühlkanal 7 auf, der in 2 näher zu sehen ist. Mittels einer Kühlleitung 8, die mit einem Kühlmedium beschickbar ist und mit dem Kühlkanal 7 in Verbindung steht, kann die Ofenrolle 4 von innen gekühlt werden. Während der Antrieb 6 der Ofenrolle 4 von der einen Seite der Ofenrolle 4 erfolgt, wird das Kühlmedium durch die Kühlleitung 8 von der anderen Seite zugeführt. Die andere Seite der Ofenrolle 4, an der das Kühlmedium zugeführt wird, weist eine Drehverbindung 9 auf.
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In der 2 ist die Ofenrolle 4 in einer geschnittenen Darstellung gezeigt. Die Ofenrolle 4 weist einen Träger 10 auf, in dem der Kühlkanal 7 ausgebildet ist. Von der in 2 dargestellten linken Seite strömt Kühlmedium in das Innere der Ofenrolle 4. Die Zuführung des Kühlkanals 7 ist in dem linken Zapfen 11 der Ofenrolle 4 ausgebildet. Die Abführung des Kühlkanals 7 ist in dem rechten Zapfen der Ofenrolle 4 ausgebildet. Über dem Träger 10 ist eine Schicht 13 angeordnet, die eine Emission reduziert. Die Ofenrolle 4 weist damit über dem Träger 10 eine Schicht 13 auf, die einen gegenüber dem Material des Trägers 10 niedrigeren Emissionsgrad hat. Die Ofenrolle 4 bildet eine im Wesentlichen durchgehende Auflagefläche für das Band 1 aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10007383 A1 [0003]
- EP 0633815 B1 [0004]
- DE 69111552 T2 [0005]
- DE 102008015789 B4 [0006]
