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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ofensystem und ein Verfahren zur Temperierung eines Metallbauteils, insbesondere eines Aluminiumbandes.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei der Herstellung von Metallbauteilen und insbesondere von Metallbändern werden diese in einem Durchlaufofen gezielt temperiert, um ein gewünschtes Metallgefüge im Endprodukt einzustellen. Dabei werden Metallbauteile oder Metallbänder kontinuierlich oder sequenziell durch einzelne Abschnitte des Durchlaufofens hindurchgeführt. Die einzelnen Abschnitte des Durchlaufofens können dabei individuell mit einer bestimmten Temperatur beheizt werden. Das zu temperierende Metallbauteil erfährt während des Durchlaufs des Durchlaufofens einen vordefinierten Temperierverlauf, sodass ein gewünschtes Metallgefüge einstellbar ist.
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Einen Durchlaufofen insbesondere an seinen Eingangs- und Ausgangsbereichen abzudichten ist schwierig, da in der Regel die zu temperierenden Metallbauteile durch Öffnungen kontinuierlich ein- und ausgeführt werden. Ferner müssen zwischen den einzelnen Abschnitten des Durchlaufofens die einzelnen Abschnitte in Bezug auf deren Temperatur exakt abgegrenzt werden, sodass energieeffizient eine gewünschte Temperatur in den entsprechenden Abschnitten eingestellt werden kann.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ofen bereitzustellen, welcher mehrere Temperierabschnitte aufweist und jeder Temperierabschnitt energieeffizient einstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit einem Ofensystem und einem Verfahren zur Temperierung eines Metallbauteils, insbesondere eines Aluminiumbandes oder eines Buntmetallbandes, gemäß den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Ofensystem (beispielsweise ein Glühofen) zur Temperierung eines Metallbauteils, insbesondere eines Aluminiumbandes oder eines Buntmetallbandes, bereitstellt. Das Ofensystem weist einen ersten Temperierabschnitt zum Temperieren des Metallteils mit einer ersten Temperatur, einen zweiten Temperierabschnitt aufweisend zum Temperieren des Metallteils mit einer zweiten Temperatur und eine (insbesondere eine einzige zentrale) Temperiervorrichtung zum Temperieren eines Temperierfluids (zum Beispiel Heißluft oder Kühlluft) auf. Der erste Temperierabschnitt und der zweite Temperierabschnitt sind derart eingerichtet, dass das Metallbauteil zwischen dem ersten Temperierabschnitt und dem zweiten Temperierabschnitt beförderbar ist. Der erste Temperierabschnitt weist einen ersten Fluideingang mit einem ersten Steuerventil zum Steuern eines Fluidstromes des Temperierfluids in den ersten Temperierabschnitt auf. Der zweite Temperierabschnitt weist einen zweiten Fluideingang mit einem zweiten Steuerventil zum Steuern eines Fluidstromes des Temperierfluids in den zweiten Temperierabschnitt auf. Die Temperiervorrichtung ist mit dem ersten Steuerventil und dem zweiten Steuerventil derart gekoppelt, dass ein erster Fluidstrom des Temperierfluids in den ersten Temperierabschnitt und ein zweiter Fluidstrom des Temperierfluids in den zweiten Temperierabschnitt steuerbar sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Temperierung eines Metallbauteils, insbesondere eines Aluminiumbandes oder eines Buntmetallbandes, bereitgestellt. Das Verfahren weist ein Temperieren des Metallteils mit einer ersten Temperatur in einem ersten Temperierabschnitt und ein Temperieren des Metallteils mit einer zweiten Temperatur in einem zweiten Temperierabschnitt auf, wobei das Metallbauteil zwischen dem ersten Temperierabschnitt und dem zweiten Temperierabschnitt befördert wird. Das Verfahren weist ferner ein Steuern eines Fluidstromes eines Temperierfluids in den ersten Temperierabschnitt mittels eines ersten Steuerventils an einem ersten Fluideingang des ersten Temperierabschnitts und ein Steuern eines Fluidstromes eines Temperierfluids in den zweiten Temperierabschnitt mittels eines zweiten Steuerventils an einem zweiten Fluideingang des zweiten Temperierabschnitts auf. Mittels einer (insbesondere einer einzigen zentralen) Temperiervorrichtung wird das Temperierfluid temperiert. Die Temperiervorrichtung ist mit dem ersten Steuerventil und/oder dem zweiten Steuerventil derart gekoppelt, dass ein erster Fluidstrom des Temperierfluids in den ersten Temperierabschnitt und/oder ein zweiter Fluidstrom des Temperierfluids in den zweiten Temperierabschnitt gesteuert werden.
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Das Ofensystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann insbesondere als Ofensystem nach Art eines Durchlaufofens ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Ofensystem nach Art eines Bandschwebeofens ausgebildet sein. Gemäß einem Durchlaufofen wird das zu temperierende Metallbauteil bzw. ein Metallband kontinuierlich oder sequenziell entlang einer Förderrichtung durch den Ofen durchgeführt. Während des Durchführens durch den Ofen passiert das Metallbauteil der Reihe nach verschiedene Temperierabschnitte.
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Der erste Temperierabschnitt und der zweite Temperierabschnitt sind beispielsweise in Förderrichtung des Metallteils hintereinander angeordnet. Der erste Temperierabschnitt ist beispielsweise mit einer ersten Temperatur einstellbar und der zweite Temperierabschnitt mit einer zweiten Temperatur einstellbar. Gemäß dem beschriebenen Ofensystem können eine Vielzahl weiterer Temperierabschnitte, beispielsweise acht bis 30 Temperierabschnitte, insbesondere 14 Temperierabschnitte, in Förderrichtung hintereinander angeordnet sein. Die Temperierabschnitte können mittels eines gemeinsamen Ofengehäuses, welches thermisch isoliert gegenüber der Umgebung des Ofensystems ausgebildet ist, ausgebildet sein. Jeder Temperierabschnitt weist entsprechend einen Eingang, durch welchen das Metallbauteil eingeführt wird, und einen Ausgang, durch welches das Metallbauteil ausgeführt wird.
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Jeder Temperierabschnitt weist an seinem Eingang und/oder an seinem Ausgang beispielsweise einen berührungslosen Übergang auf, durch welche das Metallbauteil ein und ausgeführt werden kann. Ferner können die Temperierabschnitte modular ausgebildet sein und austauschbar mit benachbarten Temperierabschnitten befestigt bzw. gekoppelt werden. Entsprechend kann die Anzahl der Temperierabschnitte in Förderrichtung selektiv angepasst werden.
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Jeder Temperierabschnitt weist beispielsweise entsprechende Fördereinrichtungen zum Fördern des Metallbauteils auf. Die Fördereinrichtungen können z.B. Düsengruppen bilden, um das Metallbauteil, z.B. das Aluminiumband, schwebend zu fördern. Der Übergang zwischen den Temperierabschnitten erfolgt z.B. schwebend, d.h. kontaktlos.
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Ferner kann in einem Temperierabschnitt ein entsprechendes Umwälzgebläse angeordnet sein, um Temperierfluid, welches zum Temperieren des Metallbauteils dient, in dem Temperierabschnitt umzuwälzen, sodass eine homogene Temperierwirkung des Metallbauteils bewirkt wird.
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Die Temperierabschnitte können als Heizzonen oder als Kühlzonen fungieren. Als Heizzone wird das Metallbauteil in dem entsprechenden Temperierabschnitt erwärmt und als Kühlzone wird das Metallbauteil in dem entsprechenden Temperierabschnitt gekühlt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann in einem Temperierabschnitt als Heizzone eine Temperatur zwischen 400 °C und 1000 °C, insbesondere zwischen 450 °C bis 600 °C, eingestellt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann in einem Temperierabschnitt als Kühlzone eine Temperatur zwischen 50 °C und 600 °C, insbesondere zwischen 250 °C bis 500 °C, eingestellt werden.
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Das Metallbauteil kann beispielsweise als Metallplatine bzw. Metalleiement ausgebildet sein und jeweils vollständig in einem Temperierabschnitt vorliegen. Ein entsprechendes Metallelement kann beispielsweise sequenziell zwischen den Temperierabschnitten befördert werden. Ferner kann das Metallbauteil ein bandförmiges Element bzw. ein Metallband sein, welches beispielsweise in Förderrichtung durch die Temperierabschnitte geführt wird. Entsprechend wird jeweils ein Bereich des Metallbands in einem Temperierabschnitt temperiert. Mit der vorliegenden Erfindung kann insbesondere ein Aluminiumband oder ein Buntmetallband als Metallbauteil vorteilhaft temperiert werden.
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Ferner weist der erste Temperierabschnitt und der zweite Temperierabschnitt jeweils einen Fluideingang auf. Durch die entsprechenden Fluideingänge kann ein Temperierfluid, beispielsweise Heizluft oder Kühlluft, in das Innere des entsprechenden Temperierabschnitts eingeblasen werden. Das Temperierfluid kann beispielsweise neben Luft auch ein anderes Gasgemisch, beispielsweise Inertgas oder ein Brennergas, aufweisen. In dem ersten Fluideingang und/oder einem zweiten Fluideingang ist entsprechend ein Steuerventil angeordnet. Gemäß dem Steuerventil kann der Fluidstrom (d. h. der Volumenstrom) in das Innere jedes Temperierabschnitts gesteuert werden.
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Entsprechend kann eine Temperierleistung, d. h. eine Kühlleistung oder eine Heizleistung in jedem Temperierabschnitt eingestellt werden. Ferner kann bei einem höheren Fluidstrom in einen Temperierabschnitt zügig ein Temperaturwechsel durchgeführt werden. Die jeweiligen Steuerventile können beispielsweise mittels einer zentralen Steuereinheit gesteuert werden. Die Steuerventile können beispielsweise als Steuerklappen bzw. Lüftungsklappen ausgebildet sein, welche z.B. über einen Stellmotor einstellbar sind.
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Das Temperierfluid wird mittels einer Temperiervorrichtung temperiert. An die Temperiervorrichtung sind die Steuerventile bzw. die Fluideingänge gekoppelt. Somit kann zentral über eine zentrale Zuführleitung an alle Temperierabschnitte das temperierte Temperierfluid bereitgestellt werden. Mittels der Steuerung der Steuerventile kann über eine individuelle Zufuhr des Temperierfluids in die entsprechenden Temperierabschnitte eine gewünschte Temperierleistung bzw. eine gewünschte Temperatur in den jeweiligen Temperierabschnitten eingestellt werden.
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Die Temperiervorrichtung kann einen Gasbrenner, ein Umluftgebläse (mit Heizelementen, wie beispielsweise eine Widerstandsheizung, oder Kühlelementen) und/oder ein Elektroheizregister aufweisen. Ferner kann die Temperiervorrichtung eine Kühlvorrichtung darstellen, welche ein Temperierfluid abkühlt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Ofensystem kann somit ein Temperierfluid zentral mit z.B. einer einzigen Temperiervorrichtung temperiert werden und anschließend gezielt an die mehrere Temperierabschnitte einzeln verteilt werden. Dabei ist es nicht länger notwendig, dass die einzelnen Temperierabschnitte individuelle Temperiereinheiten aufweisen. In einer beispielhaften Ausführungsform können die Temperierabschnitte dennoch jeweils individuelle Temperiereinheiten zum Bereitstellen einer Grundtemperatur aufweisen, wobei die Detaileinstellung der Temperatur in den Temperierabschnitten mittels der Zufuhr des Temperierfluids durch die entsprechenden Steuerventile eingestellt wird. Somit kann energieeffizient eine gewünschte Temperatur in den Temperierabschnitten eingestellt werden.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist der erste Temperierabschnitt einen ersten Fluidausgang zum Ausströmen des Temperierfluids aus dem ersten Temperierabschnitt auf. Dabei kann das einströmende Temperierfluid das sich bereits in dem Temperierabschnitt befindende Temperierfluid aus dem Temperierabschnitt sozusagen hinaus drücken.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist der erste Fluidausgang ein weiteres erstes Steuerventil zum Steuern eines Fluidstromes des Temperierfluids aus dem ersten Temperierabschnitt hinaus auf. Das weitere erste Steuerventil steuert dabei insbesondere einen Volumenstrom aus dem Temperierabschnitt hinaus. Beispielsweise kann damit ein Überdruck in der Atmosphäre des Temperierabschnitts gegenüber der Umgebung aufgebaut werden, sodass ein Einströmen von Umgebungsluft in den Temperierabschnitt verhindert werden kann. Die weiteren Steuerventile können beispielsweise als Heißluftklappen ausgebildet sein. Das weitere Steuerventil kann somit den Ausgangsstrom des Temperierfluids an den Eingangs-Volumenstrom des Temperierfluids anpassen. Das weitere Steuerventil kann manuell oder automatisch, beispielsweise pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch, bedienbar sein.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Temperiervorrichtung mit den ersten Fluidausgang derart gekoppelt, dass ein Fluidkreislauf des Temperierfluids generierbar ist. Mit anderen Worten verwendet die Temperiervorrichtung das Temperierfluid, welches aus den entsprechenden Temperierabschnitten abgezapft worden ist, erneut, um das Temperierfluid auf eine gewünschte Temperatur einzustellen. Somit muss das Temperierfluld typischerweise über einen kleineren Temperierbereich erwärmt oder abgekühlt werden als wenn ein Temperierfluid beispielsweise aus der Umgebung verwendet wird.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der zweite Temperierabschnitt einen zweiten Fluidausgang zum Ausströmen des Temperierfluids aus dem zweiten Temperierabschnitt auf. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der zweite Fluidausgang ein weiteres zweites Steuerventil zum Steuern eines Fluidstromes des Temperierfluids aus dem zweiten Temperierabschnitt hinaus auf. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Temperiervorrichtung mit dem zweiten Fluidausgang derart gekoppelt, dass ein Fluidkreislauf des Temperierfluids generierbar ist. Mit anderen Worten besteht die Möglichkeit, dass eine zentrale Rückführleitung bereitgestellt werden kann, an welchem die Temperierabschnitte mit den entsprechenden Fluidauslässe gekoppelt sind. Somit kann beispielsweise ein Temperierkreislauf geschaffen werden, in welchem über eine gemeinsame Zuführleitung das Temperierfluid von der Temperiervorrichtung in die entsprechenden Temperierabschnitte eingeblasen werden kann und in welchem über eine gemeinsame Abführleitung das Temperierfluid aus den entsprechenden Temperierabschnitten zu der Temperiervorrichtung befördert werden kann. Aus der Abführleitung kann ferner ein Teil des rückgeführten Temperierfluids über eine unten beschriebene Abluftleitung abgezapft und (z.B. über einen Filter und/oder einen Schornstein) der Umgebung zugeführt werden. Somit kann ein Druckausgleich des Temperierfluids zwischen der Zuführleitung und der Abführleitung geschaffen werden. Beispielsweise wird bei einem Gasbrenner als Temperiervorrichtung aufgrund des Brenngases zusätzliches Temperierfluid in den Kreislauf eingebracht und mittels Abzapfung in der Rückführleitung ein Druckausgleich geschaffen werden kann.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Ofensystem ferner einen Temperatursensor auf, welcher derart zwischen dem ersten Fluidausgang und der Temperiervorrichtung angeordnet ist, dass eine Temperatur des Temperierfluids, welches aus dem ersten Fluidausgang ausströmt, messbar ist. Entsprechend können auch weitere Temperatursensoren zwischen den weiteren Fluidausgängen der weiteren Temperiervorrichtungen angeordnet werden. Somit kann exakt eine bestimmte Temperierfluid- Zufuhr an die Temperiervorrichtung gesteuert werden.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Ofensystem fernereine weitere Temperiervorrichtung zum Temperieren des Temperierfluids (oder eines weiteren Temperierfluids) auf eine zweite Temperatur auf. Die Temperiervorrichtung und/oder die weitere Temperiervorrichtung können selektiv mit dem ersten Steuerventil und/oder dem zweiten Steuerventil koppelbar sein. Beispielsweise kann die erste Temperiervorrichtung als Heizvorrichtung zum Beheizen des Temperierfluids und die weitere Temperiervorrichtung als Kühlvorrichtung zum Kühlen des Temperierfluids dienen. Somit kann selektiv für ein- und denselben Temperierabschnitt oder für verschiedene Temperierabschnitte genau und zügig ein gewünschtes Temperierfluid mit einer definierten Temperatur bereitgestellt werden. Beispielsweise können zwei Kreisläufe mit zwei Temperierfluiden bereitgestellt werden, wobei ein Temperierfluid mittels der Temperiervorrichtung temperiert wird und zwei oder mehr Temperierabschnitten zugeführt werden und ein anderes Temperierfluid mit der weiteren Temperiervorrichtung temperiert wird und zwei oder mehr Temperierabschnitten zugeführt werden. Je nach gewünschter Temperatur kann eines der Temperierfluide einem bzw. zwei oder mehreren bestimmten Temperierabschnitt zugeführt werden.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Ofensystem ferner einen Volumenstromsensor (z.B. eine Venturidüse bzw. Venturirohr) auf, welcher derart zwischen der Temperiervorrichtung und dem ersten Fluideingang angeordnet ist, dass ein Volumenstrom des Temperierfluids, welches durch den ersten Fluideingang einströmt, messbar ist. Entsprechend kann dem zweiten Fluideingang oder in den weiteren Fluideingängen der weiteren Temperierabschnitte ein entsprechender Volumenstromsensor eingebaut werden. Mittels des Volumenstromsensors kann exakt den Volumenstrom des Temperierfluids, welches in die entsprechenden Temperierabschnitte einströmt oder ausströmt, gemessen werden. Die Information des Volumenstromsensors kann den jeweiligen Steuerventilen zur Verfügung gestellt werden, um exakt das Steuerventil einzustellen.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Ofensystem ferner eine Abluftleitung zur Ableitung des Temperierfluids aus dem ersten Temperierabschnitt und/oder dem zweiten Temperierabschnitt an eine Umgebung des Ofensystems auf. Beispielsweise kann somit ein Temperierfluid, welches bereits Wärmeenergie in einem Temperierabschnitt abgegeben oder aufgenommen hat, an die Umgebung abgegeben werden. Beispielsweise kann auch nur ein Teil des Temperierfluids, welches von den Temperierabschnitten abgegeben wurde, an die Abluftleitung abgegeben werden, während ein anderer Teil des Temperierfluids erneut der Temperiervorrichtung zugeführt wird.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Ofensystem ferner einen Wärmetauscher, welcher mit der Temperiervorrichtung und der Abluftleitung derart gekoppelt ist, dass zwischen dem aus dem ersten Temperierabschnitt und/oder dem zweiten Temperierabschnitt abgeführten Temperierfluid und einem, der Temperiervorrichtung zugeführten Temperierfluid mittels des Wärmetauschers Wärme austauschbar ist. Somit kann beispielsweise ein frisches Temperierfluid den Temperierabschnitten zugeführt werden, wobei ein Verbrauch des Temperierfluids die Wärme an das frische Temperierfluid abgibt oder aufnimmt. Somit kann energieeffizient ein Austausch der Temperierfluid in dem Temperierkreislauf vorgenommen werden.
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Mit der vorliegenden Erfindung kann zentral von der (z.B. einzigen) Temperiervorrichtung eine Heizleistung oder eine Kühlleistung in die einzelnen Ofenzonen bzw. Temperierzonen eingetragen werden, wodurch eine Energiereduzierung bis zu 50% möglich ist, da die Wärmeabnahme 1:5 in den Temperaturabschnitten verschoben werden kann. Der Energiebedarf pro Temperierabschnitt kann durch die zentrale Temperierfluidzufuhr (beispielsweise Heißluftbeheizung) besser angepasst werden. Ferner ist z.B. eine Schnellabkühlung der Ofenumluft möglich, wodurch eine höhere Ofenzonentemperatur in den Temperierabschnitten gefahren werden kann.
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Ferner kann das Temperierfluid mit einer Temperatur von über 720 °C eingestellt werden, sodass dadurch mittels einer „thermischen Entfettung“ die Kohlenwasserstoffe über eine thermische Oxidation gereinigt werden. Somit wird das Temperierfluid von organischen Stoffen gereinigt. Zusammenfassend kann mit dem erfindungsgemäßen Ofensystem ein geringerer Energiebedarf mittels Verwendung einer zentralen Temperiervorrichtung (zum Beispiel Zentralbrenner und/oder Elektrowärmetauscher) ermöglicht werden. Ferner kann eine Schnellabkühlung oder eine Schnellaufheizung mit dem Luftführungssystem (d.h. dem Temperierfluidführungssystem) bereitgestellt werden. Ebenfalls kann über eine zentrale Abfuhr des Temperierfluids in einer zentralen Abfuhrleitung einfacher die Umluft / Abluft nach dem Emissionsschutzgesetz vorhandener organischer Rückstände gereinigt werden.
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Die Wärmeentnahme kann je Glühprozess-Parameter in den einzelnen Ofensektionen sehr unterschiedlich sein. Bei einer erfindungsgemäßen Heißluft-Beheizung ist die zu installierende Leistung (nur eine Wärmequelle, Temperiervorrichtung) auf den Gesamt-Prozess ausgelegt. Die Energie-Abfragung kann komfortabel über die Heißluftklappen (Steuerventile, weitere Steuerventile) ausgeregelt werden. Bei der erfindungsgemäßen Heißluft-Beheizung kann ferner bei einem Bandstopp (NOTHALT) durch eine große Volumen-Kaltluft die Offensektionen schnell um 300 °K und mehr abgekühlt werden. Die Ofen-Umlufttemperatur kann dann in ca. 30s z.B. auf 450°C abgesenkt werden. Das Metallband (Metallbauteil) wird dann nicht softig (weich) und reist nicht bei einem neuen Bandstart.
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Ferner können sich beispielsweise Walzöle auf einem Metallband als Metallbauteil befinden, welche sich bei Temperaturen zwischen 180 °C und 450 °C verflüchtigen. Die Walzöl-Rückstände können durchaus 10 µm je Seite betragen. Diese flüchtigen Walzöle befinden sich nach Verdampfung im Umluftkreislauf der Ofenluftatmosphäre. Durch die erfindungsgemäße Heißluft-Beheizung erfolgt ein großer Luftwechsel je Ofenabschnitt. Die rückführende Heißluft kann erfindungsgemäß anschließend in der zentralen Wärmequelle (Temperiervorrichtung) auf eine Temperatur von z.B. 720°C gebracht werden. Bei Temperaturen über 720°C oxidieren die Kohlenwasserstoffe, welche aufgrund der thermischen Entfettung der Walzöle vorliegen, in der Atmosphäre, sodass ein Wärmeanstieg entsteht. Diese zusätzliche Wärme kommt der Gesamtenergie-Betrachtung zugute, so dass die externe Energiezuführung reduziert werden kann.
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Die Heißluft nach der zentralen Wärmequelle (Temperiervorrichtung) (z.B. > 720°C) ist nach einer Verweilzeit von 1s rein und kann dann z.B. in die Umgebung abgeleitet werden. Es ist dann z.B. kein Schadstofffilter erforderlich.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ofensystems gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen
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Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellung in der Figur ist schematisch.
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1 zeigt ein Ofensystem zur Temperierung eines Metallbauteils 101, insbesondere eines Aluminiumbandes oder eines Buntmetallbandes. Das Ofensystem weist einen ersten Temperierabschnitt 110 zum Temperieren des Metallteils mit einer ersten Temperatur, einen zweiten Temperierabschnitt 120 zum Temperieren des Metallteils mit einer zweiten Temperatur und eine Temperiervorrichtung 102 zum Temperieren eines Temperierfluids auf. Der erste Temperierabschnitt 110 und der zweite Temperierabschnitt 120 sind derart eingerichtet, dass das Metallbauteil 101 zwischen dem ersten Temperierabschnitt 110 und dem zweiten Temperierabschnitt 120 beförderbar ist. Der erste Temperierabschnitt 110 weist einen ersten Fluideingang mit einem ersten Steuerventil 111 zum Steuern eines Fluidstromes des Temperierfluids in den ersten Temperierabschnitt 110 auf. Der zweite Temperierabschnitt 120 weist einen zweiten Fluideingang mit einem zweiten Steuerventil 121 zum Steuern eines Fluidstromes des Temperierfluids in den zweiten Temperierabschnitt 120 auf. Die Temperiervorrichtung 102 ist mit dem ersten Steuerventil 111 und dem zweiten Steuerventil 121 derart gekoppelt, dass ein erster Fluidstrom des Temperierfluids in den ersten Temperierabschnitt 110 und ein zweiter Fluidstrom des Temperierfluids in den zweiten Temperierabschnitt 120 steuerbar sind.
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Das Ofensystem ist nach Art eines Durchlaufofens ausgebildet. Während des Durchführens durch das Ofensystem passiert das Metallbauteil 101 der Reihe nach verschiedene Temperierabschnitte 110 bis 180.
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Der erste Temperierabschnitt 110 und der zweite Temperierabschnitt 120 sind beispielsweise in Förderrichtung des Metallbands 101 hintereinander angeordnet. Der erste Temperierabschnitt 110 ist beispielsweise mit einer ersten Temperatur einstellbar und der zweite Temperierabschnitt 120 mit einer zweiten Temperatur einstellbar. Gemäß dem beschriebenen Ofensystem in 1 sind beispielsweise acht Temperierabschnitte in Förderrichtung hintereinander angeordnet. Die Temperierabschnitte 110 bis 180 sind mittels eines gemeinsamen Ofengehäuses, welches thermisch isoliert gegenüber der Umgebung des Ofensystems ausgebildet ist, ausgebildet. Jeder Temperierabschnitt 110 bis 180 weist entsprechend einen Eingang, durch welches das Metallbauteil 101 eingeführt wird, und einen Ausgang auf, durch welches das Metallbauteil 101 ausgeführt wird.
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Jeder Temperierabschnitt 110 bis 120 weist an seinem Eingang und/oder an seinem Ausgang beispielsweise eine Temperatur isolierende Schleuse, zum Beispiel eine aerodynamische Schleuse, auf, durch welche das Metallbauteil 101 ein- und ausgeführt werden kann.
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Die Temperierabschnitte 110 bis 180 können modular ausgebildet sein und austauschbar mit benachbarten Temperierabschnitten 110 bis 180 befestigt bzw. gekoppelt werden. Entsprechend kann die Anzahl der Temperierabschnitte 110 bis 180 in Förderrichtung selektiv angepasst werden.
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Ferner ist in den Temperierabschnitten 110 bis 180 jeweils ein entsprechendes Umwälzgebläse 113 bis 183 angeordnet sein, um Temperierfluid, welches zum Temperieren des Metallbauteils 101 dient, in dem entsprechenden Temperierabschnitt 110 bis 180 umzuwälzen, um eine homogene Temperierwirkung auf das Metallbauteil 101 zu bewirken.
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Die Temperierabschnitte 110 bis 180 können als Heizzonen oder als Kühlzonen fungieren. In einer beispielhaften Ausführungsform kann in einem Temperierabschnitt als Heizzone eine Temperatur zwischen 550 °C bis 800 °C, eingestellt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann in einem Temperierabschnitt als Kühlzone eine Temperatur zwischen 250 °C bis 500 °C eingestellt werden.
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Durch die entsprechenden Fluideingänge kann das Temperierfluid, beispielsweise als Heizluft oder Kühlluft, in das Innere des entsprechenden Temperierabschnitts 110 bis 180 eingeblasen werden. In dem ersten Fluideingang und/oder einem zweiten Fluideingang ist entsprechend ein Steuerventil 111 bis 181 angeordnet. Mit den Steuerventilen 111 bis 181 kann der Fluidstrom (d. h. der Volumenstrom) des Temperierfluids in das Innere jedes Temperferabschnitts 110 bis 180 gesteuert werden. Entsprechend kann eine Temperierleistung, d. h. eine Kühlleistung oder eine Heizleistung in jedem Temperierabschnitt 110 bis 180 eingestellt werden. Die jeweiligen Steuerventile 111 bis 181 können beispielsweise mittels einer zentralen Steuereinheit gesteuert werden.
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Das Temperierfluid wird mittels einer zentralen Temperiervorrichtung 102 temperiert. An die Temperiervorrichtung 102 sind die Steuerventile 111 bis 181 bzw. die Fluideingänge gekoppelt. Somit kann zentral über eine zentrale Zuführleitung 117 an alle Temperierabschnitte 110 bis 180 das temperierte Temperierfluid bereitgestellt werden. Mittels der Steuerung der Steuerventile 111 bis 181 kann über eine individuelle Zufuhr des Temperierfluids in die entsprechenden Temperierabschnitte 110 bis 180 eine gewünschte Temperierleistung bzw. eine gewünschte Temperatur in den jeweiligen Temperierabschnitten eingestellt werden.
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Die Temperiervorrichtung kann einen Gasbrenner 102, ein Umluftgebläse (mit Heizelementen, wie beispielsweise eine Widerstandsheizung, oder Kühlelementen) und/oder ein Elektroheizregister 102' aufweisen. Ferner kann die Temperiervorrichtung eine Kühlvorrichtung darstellen, welche ein Temperierfluid abkühlt.
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Ferner weisen die Temperierabschnitte 110 bis 180 entsprechende Fluidausgänge zum Ausströmen des Temperierfluids auf. An den entsprechenden Fluidausgängen sind entsprechend weitere Steuerventile 112 bis 182 angeordnet. Dabei kann das einströmende Temperierfluid das sich bereits in dem Temperierabschnitt 110 bis 180 befindende Temperierfluid aus dem Temperierabschnitt 110 bis 180 sozusagen hinaus drücken.
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Die weiteren Steuerventile 112 bis 182 steuern dabei insbesondere einen Volumenstrom aus den Temperierabschnitten 110 bis 180 hinaus. Beispielsweise kann damit ein Überdruck in der Atmosphäre des Temperierabschnitts 110 bis 180 gegenüber der Umgebung aufgebaut werden, sodass ein Einströmen von Umgebungsluft in den Temperierabschnitt 110 bis 180 verhindert werden kann.
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Die Temperiervorrichtung 102 ist über die zentrale Zuführleitung 117 mit den Fluideingängen der entsprechenden Temperierabschnitte 110 bis 180 gekoppelt. Ferner ist die Temperiervorrichtung 102 über die zentrale Abfuhrleitung 118 mit den entsprechenden mit Ausgängen der entsprechenden Temperierabschnitten 110 bis 180 gekoppelt, so dass ein Fluidkreislauf des Temperierfluids generierbar ist. Mit anderen Worten verwendet die Temperiervorrichtung 102 das Temperierfluid, welches aus den entsprechenden Temperierabschnitten 110 bis 180 abgezapft worden ist, erneut, um das Temperierfluid auf eine gewünschte Temperatur einzustellen. Somit muss das Temperierfluid typischerweise über einen kleineren Temperierbereich erwärmt oder abgekühlt werden als wenn ein Temperierfluid beispielsweise aus der Umgebung verwendet wird.
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An den entsprechenden Fluidausgängen kann beispielsweise ein Temperatursensor angeordnet sein, um somit die Temperatur des Temperierfluids aus den jeweiligen Temperierabschnitten 110 bis 180 hinaus zu messen. Entsprechende Temperatursensoren können auch an den jeweiligen Fluideingängen der Temperierabschnitte 110 bis 180 angeordnet werden.
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In der beispielhaften Ausführungsform in 1 sind beispielhaft alternative Temperiervorrichtungen 102, 102' dargestellt. Die Temperiervorrichtungen 102, 102'können Alternativen bilden oder in Reihe hintereinander geschaltet werden. Ferner kann in einer beispielhaften Ausführungsform eine weitere Temperiervorrichtung 102, 102' zum Temperieren des Temperierfluids auf eine zweite Temperatur ausgebildet sein. Die Temperiervorrichtungen 102, 102' speisen dann selektiv und getrennt voneinander ein entsprechendes temperiertes Temperierfluid in die zentrale Zuführleitung 117 ein. Beispielsweise kann die erste Temperiervorrichtung 102, 102', als Heizvorrichtung zum Beheizen des Temperierfluids und die weitere Temperiervorrichtung als Kühlvorrichtung zum Kühlen des Temperierfluids dienen. Somit kann selektiv für die Temperierabschnitte 110 bis 180 genau und zügig ein gewünschtes Temperierfluid mit einer definierten Temperatur bereitgestellt werden.
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Ferner kann zur besseren Steuerung des Kreislaufes des Temperierfluids ein Volumenstromsensor 103 in der Abluftleitung 118 vorgesehen sein. Mittels des Volumenstromsensors 103 kann exakt der Volumenstrom des Temperierfluids, welches aus den Temperierabschnitten 110 bis 180 ausströmt, gemessen werden. Entsprechend kann ein Volumenstromsensor 103 derart in der Zuführleitung 117 angeordnet sein, dass ein Volumenstrom gemessen wird, welcher in die entsprechenden Temperierabschnitte 110 bis 180 einströmt, gemessen werden. Die Information des Volumenstromsensors 103 kann den jeweiligen Steuerventilen 111 bis 181 zur Verfügung gestellt werden, um exakt das entsprechende Steuerventil 111 bis 181 einzustellen.
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Das Ofensystem weist ferner eine Abluftleitung 104 zur Ableitung des Temperierfluids aus den Temperierabschnitten 110 bis 180 auf. Beispielsweise kann somit ein Temperierfluid, welches bereits Wärmeenergie in einem Temperierabschnitt 110 bis 180 abgegeben oder aufgenommen hat, an die Umgebung abgegeben werden. Beispielsweise kann auch nur ein Teil des Temperierfluids, welches von den Temperierabschnitten 110 bis 180 abgegeben wurde, an die Abluftleitung 104 abgegeben werden, während ein anderer Teil des Temperierfluids erneut der Temperiervorrichtung 102 zugeführt wird. Beispielsweise kann die Abluft durch einen Kamin 116 abgegeben werden.
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Ferner weist das Ofensystem einen Wärmetauscher 105 auf, welcher mit der Temperiervorrichtung 102 über eine Zuführleitung 119' und mit der Zuführleitung 119" derart gekoppelt ist, dass zwischen dem aus Temperierabschnitten 110 bis 180 mittels Abluftleitung 104 abgeführten Temperierfluid und einem, dem der Temperiervorrichtung 102 zugeführten Temperierfluid mittels des Wärmetauschers 105 Wärme austauschbar ist.
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Ein frisches Temperierfluid kann beispielsweise über einen Lufteingang 109 in das Ofensystem aus der Umgebung eingebracht werden. Beispielsweise kann Umgebungsluft als Temperierfluid über einen Filter in dem Lufteingang 109 zugeführt werden. Zur Geräuschreduktion kann ferner ein Schalldämpfer 114 vor dem Einbringen in das Ofensystem vorgesehen werden. Das neue Temperierfluid kann beispielsweise in einer Zuführleitung 119 zu der entsprechenden Temperiervorrichtung 102 geführt werden. Insbesondere kann das zugeführte neue Temperierfluid eine Temperatur von -5 °C bis 45 °C aufweisen. Das neue Temperierfluid kann mit dem bereits im Kreislauf zirkulierenden Temperierfluid gemischt werden, um eine gewünschte Temperatur einzustellen. Beispielsweise kann das Temperierfluid nach dem Gasbrenner 102 eine Temperatur von über 1000 °C aufweisen. Mittels des neu hinzugefügten Temperierfluids, beispielsweise Umgebungsluft, aus der Zuführleitung 119" kann somit ein Temperierfluid mit einer Temperatur von beispielsweise 700 °C eingestellt werden. Eine Verbrennungsluft 115 des Gasbrenners kann beispielsweise ausgeblasen werden oder als Temperierfluid eingesetzt werden.
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Ferner kann das neue Temperierfluid über den Lufteingang 109 angesaugt werden, um eine Schnellabkühlung über die angesaugte Frischluft zu ermöglichen. Das angesaugte Temperierfluid kann beispielsweise auch direkt über die zentrale Zuführleitung in die entsprechenden Temperierabschnitte 110 bis 180 zur Schnellabkühlung eingespeist werden. Beispielsweise kann der Grad der Schnellabkühlung mittels des Volumenstromsensors 108 gemessen werden.
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Ferner kann das neue Temperierfluid von dem Lufteingang 109 mittels der Zuführleitung 119" dem Wärmetauscher 105 zugeführt werden und mittels der Abwärme aus dem Temperierfluid aus der Abluftleitung 104 erwärmt werden. Anschließend ist das erwärmte neue Temperierfluid mittels Zuführleitung 119' von dem Wärmetauscher 105 zu der Temperiervorrichtung 102 zuführbar.
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In der zentralen Abfuhrleitung 118 und/oder der Zufuhrleitung 119 kann beispielsweise ein Gebläse 123 angeordnet werden, um die Zirkulation des Temperierfluids einzustellen. Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Metallbauteil
- 102
- Temperiervorrichtung/Gasbrenner
- 102'
- Elektroheizregister
- 103
- Volumenstromsensor
- 104
- Abluftleitung
- 105
- Wärmetauscher
- 106
- Volumenstromsensor
- 107
- Volumenstromsensor
- 108
- Volumenstromsensor
- 109
- Lufteingang/Frischluft
- 110
- erster Temperierabschnitt
- 111
- erste Steuerventil
- 112
- weiteres erstes Steuerventil
- 113
- Umwälzgebläse
- 114
- Schalldämpfer
- 115
- Verbrennungsluft
- 116
- Kamin
- 117
- zentrale Zuführleitung
- 118
- zentrale Abfuhrleitung
- 119
- Zuführleitung zu Temperiervorrichtung
- 120
- zweiter Temperierabschnitt
- 121
- zweites Steuerventil
- 122
- weiteres zweites Steuerventil
- 123
- Gebläse
- 130
- dritter Temperierabschnitt
- 131
- drittes Steuerventil
- 132
- weiteres drittes Steuerventil
- 140
- vierter Temperierabschnitt
- 141
- viertes Steuerventil
- 142
- weiteres viertes Steuerventil
- 150
- fünfter Temperierabschnitt
- 151
- fünftes Steuerventil
- 152
- weiteres fünftes Steuerventil
- 160
- sechster Temperierabschnitt
- 161
- sechstes Steuerventil
- 162
- weiteres sechstes Steuerventil
- 170
- siebter Temperierabschnitt
- 171
- siebtes Steuerventil
- 172
- weiteres siebtes Steuerventil
- 180
- achter Temperierabschnitt
- 181
- achtes Steuerventil
- 182
- weiteres achtes Steuerventil
