-
Rollenherd für einen Rollenherdofen Bei Rollenherdöfen wird das Warmgut,
z. B. Bleche, Stangen u. dgl., auf Rollen quer durch den Ofen hindurchbewegt. Die
Rollen liegen quer zur Ofenrichtung und können seitlich angetrieben sein.
-
Da die Rollen hohen Temperaturbeanspruchungen ausgesetzt sind, ist
ihre Festigkeit im Betrieb stark herabgesetzt, und sie sind bei Herdöfen größerer
Breite infolge der hohen Biegebeanspruchungen schlecht anwendbar.
-
Man hat Rollenherdöfen mit Förderrollen vorgeschlagen, deren Länge
gleich oder annähernd gleich der lichten Breite des Ofens ist und die durch zwei
in die Seitenwandungen des Ofens hineinragende Antriebsachsen in Umdrehung versetzt
werden; dabei dienen die fliegend gelagerten Antriebsachsen gleichzeitig als tragende
Lagerung für die Förderrollen, und sie sind zwecks Kühlung durch Luft oder Wasser
hohl ausgebildet.
-
Es hat sich gezeigt, daß diese Ausführungsformen noch keine befriedigende
Lösung des Problems, bei langer Betriebsdauer der Rollen und erträglichem Materialaufwand
eine möglichst große Ofenbreite zu beherrschen, ergaben.
-
Weiterhin ist ein Rollenherdofen bekanntgeworden, bei dem die den
Ofen quer durchsetzenden Förderrollen in ihrer Mitte unterteilt sind, wobei jede
Teilrolle in einem äußeren Doppellager abgefangen ist. Diese Ofenkonstruktion dient
dazu, durch einen Ofen auf zwei nebeneinanderliegenden Bahnen mehrere Gutstücke
nebeneinander entweder mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zu fördern oder sie
ausgehend von einer gemeinsamen Ebene in unterschiedlichen Ebenen durch den Ofen
zu transportieren. Die Unterteilung der Förderrollen ist zur Lösung dieser Aufgabe
eine zwangläufige Voraussetzung. Somit war am Anmeldetage der Gedanke bekannt, Förderrollen
außerhalb eines Ofens in Doppellagern zu halten und sie fliegend in den Ofen ragen
zu lassen. Diese bekannte Ausführung gilt jedoch lediglich für in ihrem Inneren
gekühlte Förderrollen. Diese Tatsache ist erkennbar aus den betreffenden Zeichnungsunterlagen,
in denen über die beiden Doppellager hinaus weitergeführte Rohrleitungen an den
Enden der Rollenwellen für die Zuleitung einer Wasserkühlung der Förderrollen erkennbar
sind.
-
Die gekühlten Rollen von Rollenherdöfen weisen jedoch sehr große Nachteile
auf, so daß man schon vor Jahrzehnten von dieser Ausführung wieder abgegangen ist
und deshalb Rollen aus hitzebeständigem Material konstruiert hat, die die ganze
Breite des Ofens durchsetzen und beidseitig des Ofens in Außenlagern abgefangen
wurden. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kombination bekannter Merkmale hinsichtlich
der konstruktiven Gestaltung der Rollen als ungekühlte Rohre in einer fliegenden
Anordnung und einer bestimmten Materialauswahl (hitzebeständiges Material).
-
Gemäß der Erfindung wird ein Rollenherd für einen Rollenherdofen vorgeschlagen,
dessen Durchgangsquerschnitt frei von kammerbildenden Trennwänden ist, mit ungekühlten,
außerhalb des Ofens in Doppellager abgefangenen, fliegend in den Ofen reichenden
rohrförmigen Rollen aus hitzebeständigem Werkstoff, wobei das Kennzeichen dieses
Rollenherdes darin besteht, daß die Rollen von beiden Seiten des Ofens in ihn hineinragend
sich jeweils nur bis zu seiner halben Breite erstrecken.
-
Das vorgenannte Kennzeichen ist in Zusammenhang mit der erwähnten
Kombination bekannter Merkmale neu. Ferner kann festgestellt werden, daß trotz Bekanntseins
gekühlter Rollen, die fliegend angeordnet sind, und trotz des Bedürfnisses, die
Rollenherdöfen wirtschaftlicher zu gestalten bzw. sie für größere Breiten und höhere
Temperaturen auszulegen, der Schritt zum erfindungsgemäßen Vorschlag bisher nicht
getan wurde. Es bestand nämlich das allgemeine Vorurteil, daß ungekühlte fliegend
gelagerte Rollen größerer Länge bei den hohen Belastungen und hohen Temperaturen
sich durchbiegen würden, so daß das Wagnis einer Konstruktion solcher Rollen überhaupt
nicht ins Auge gefaßt wurde. Es mußten also Nachteile in Kauf genommen werden, die
die durchgehend und beiderseitig des Ofens gelagerten Rollen mit sich bringen.
-
Erst durch Versuche, die ein Wagnis darstellten, konnte nachgewiesen
werden, daß die großen Bedenken, die gegenüber einer Konstruktion gemäß der vorliegenden
Erfindung vorlagen, nicht berechtigt sind
und diese Rollen bei hohen
Temperaturen einwandfrei arbeiten. Es wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäßen
Rollen einer thermischen Überbelastung von mehr als 300 °/o selbst bei geringsten
Umdrehungszahlen standhalten. Hierdurch wurde der Beweis für die von allen Seiten
her angezweifelte technische Brauchbarkeit des Erfindungsgegenstandes erbracht,
daß fliegend gelagerte, ungekühlte Rollen höheren Temperaturen standhalten können
als beidseitig gelagerte Rollen. Diese als Paradoxon erscheinende Tatsache ist jedoch
eine Folge grundlegender Erkenntnisse, die zu gewinnen und auszuwerten mehr erfordert
als ein durchschnittliches Fachkönnen. Die Erkenntnisse sind folgende: a) Bei hohen
Temperaturen sind die zulässigen Druckspannungen höher als die zulässigen Zugspannungen;
b) bei einer beidseitig gelagerten Rolle treten auf der Unterseite der Rolle (höhere
Temperaturen) Zugspannungen auf; c) bei einer fliegend gelagerten Rolle treten in
diesem Bereich der hohen Temperaturen (Unterseite der Rolle) Druckspannungen auf;
d) darüber hinaus liegen die ungünstigen Zusgpannungen der beidseitig gelagerten
Rolle in der heißeren Mitte des Ofens, wogegen die günstigeren Druckspannungen (c)
der fliegend gelagerten Rolle in der Nähe der Ofenwand, also in einer kälteren Zone,
auftreten.
-
Der Rollenherd für den Rollenherdofen gemäß der Erfindung ist gegenüber
den bekannten Ausführungsformen erheblich vorteilhafter. Allgemein tritt in der
Mitte des Ofens die höchste Temperatur auf, z. B. durch Kreuzen von heißen Gasströmen,
Überschneiden der Wandstrahlungen usw. Bei den bekannten durchgehenden Herdrollen
liegt der kritische Querschnitt - und das ist die Stelle höchster Biegebeanspruchung
-in der Mitte, also in der Gegend der höchsten Temperatur. Bei Anwendung der Erfindung
liegt dagegen die Stelle höchster Biegebeanspruchung an der Ofenwandung. Dort ist
die Temperatur infolge Wärmeleitung nach außen und Strahlung an die relativ kalte
Ofenwand niedriger als in der Ofenmitte. Schädliche Übertemperaturen wirken sich
nicht so nachhaltig aus wie in der Ofenmitte.
-
Der Temperaturabfall zu dem außerhalb des Ofenraumes liegenden Teil
der Herdrollen beginnt bereits im Ofenraum, so daß der Stahl der Rollen im Punkt
des höchsten Biegemomentes eine wesentlich höhere Festigkeit hat als in der Mitte
des Ofens. Je größer der Querschnitt der als Rohre ausgebildeten Förderrollen ist,
desto größer ist die Wärmeableitung nach außen und desto stärker wirkt sich der
Temperaturabfall in der Rolle aus. Mit zunehmender Belastung der Rollen und davon
abhängigem größer werdendem Querschnitt wird die Wärmeleitung nach außen hin größer
werden. Die Temperaturen im gefährdeten Querschnitt an den Ofenwandungen werden
daher mit zunehmender Belastung der Rollen abnehmen.
-
Wenn bei den bekannten Rollenherdöfen mit durchgehenden, zweiseitig
gelagerten Herdrollen der Antrieb einseitig angreift, hat das den Nachteil, daß
an der Stelle des höchsten Biegemomentes sowohl das Drehmoment zum Transport des
Gutes jenseits der Ofenmitte als auch die gesamte Lagerreibung der anderen Seite
übertragen werden muß. Der gefährdete Querschnitt wird daher nicht nur sehr stark
auf Biegung, sondern zusätzlich noch durch Torsion beansprucht. Wenn bei der vorerwähnten
bekannten Ausführungsform der Antrieb beiderseitig erfolgt, so ist eine sehr genaue
Synchronisierung der Antriebe erforderlich. Auch kleine Abweichungen in der Synchronisierung
führen wiederum zu einer sehr hohen Torsionsbeanspruchung des kritischen Querschnitts.
-
Beide Nachteile werden durch die Erfindung ebenfalls vermieden.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen je zwei
Rollenenden im Ofen einander gegenüber, und sie können in Ofenmitte durch Mitnehmerkupplungen
verbunden sein, die ein Ausdehnen und Zusammenziehen der Rollen in Richtung ihrer
Achsen erlauben. Eine solche Ausführungsform ist bei kleinen Öfen oder verhältnismäßig
niedrigen Temperaturen zweckmäßig, da sie eine sehr wirtschaftliche Lösung des Antriebsproblems
zuläßt.
-
Bei Öfen mit größeren Breiten oder Öfen, die mit höheren Temperaturen
gefahren werden, ist eine andere Ausführungsform der Erfindung zweckmäßig, bei der
die in den Ofen hineinragenden Rollen gegeneinander versetzt angeordnet sind.
-
Während bei Rollenherdöfen mit durchgehenden Rollen diese dichter
nebeneinander angeordnet sein müssen, um ein Durchbiegen des vorderen freien Endes
des Gutes, insbesondere bei zu erwärmenden Blechen, zu vermeiden und einen störungsfreien
Übergang zur nächsten Rolle zu ermöglichen, ist bei versetzt angeordneten Rollen
gemäß der Erfindung ein weiterer Rollenabstand möglich, da jeweils eine Seite des
Bleches geführt ist. Auch können die Längenänderungen der Rollen z. B. durch Wärmeausdehnung
und Wachsen durch Kornvergrößerung (besonders bei reduzierender Atmosphäre) bei
Verwendung der Erfindung in vorteilhafter Weise aufgenommen werden, ohne daß bei
der Ausbildung der Lager usw. besondere Maßnahmen erforderlich sind, um ein axiales
Spiel zu ermöglichen.
-
Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Rollenherdes können die Förderrollen
in vorteilhafter Weise durch Anpreßdichtungen gegenüber der Ofenwandung abgedichtet
sein. Vorzugsweise wird als Dichtung ein Material verwendet, das amorphen Kohlenstoff
enthält.
-
Dies ist besonders bei Öfen vorteilhaft, die unter einer Schutzgäsatmosphäre
arbeiten, wie z. B. Kohlenoxyd, Stickstoff, Wasserdampf.
-
Bei den bekannten Öfen mit durchgehenden Förderrollen muß bei der
Abdichtung auf die Wärmedehnungen der Rolle Rücksicht genommen werden. Man verwendet
dabei z. B. Asbeststopfbüchsen, die schnell abnutzen und keine befriedigende Abdichtung
erlauben.
-
Auch bei direkt beheizten Öfen bietet daher die erwähnte Ausführungsform
der Erfindung erhebliche Vorteile, denn bei ölgefeuerten, direkt beheizten Öfen
dringen Abgase aus dem Ofen entlang der Förderrolle zur Außenseite und schlagen
sich nach Durchgang durch das Lager an den kalten (etwa unter 130°C) Teilen nieder.
Dabei bildet sich Schwefelsäure, die Rohre und Lager beschädigen kann.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind
die rohrförmigen Rollen als solche Rohre ausgebildet, deren Querschnitt im Hinblick
auf das abnehmende Biegemoment nach den freien Enden hin schwächer wird.
-
Eine solche Ausbildung ist möglich, da das Rohr nach den freien Enden
hin geringer beansprucht wird. Das Rohrgewicht, das bei großen Öfen etwa 40 bis
70
°/o der gesamten Belastung ausmacht, kann dadurch erheblich herabgesetzt werden.
-
In den weitaus meisten Fällen sind die Belastungen der Rohre über
der gesamten Länge gleichmäßig verteilt, so daß sich als Biegemomentenkurve eine
Parabel ergibt. Für eine derartige parabolische Biegemomentenkurve eignen sich in
besonderer Weise die im Schleudergußverfahren mit geneigter Achse hergestellten
Rohre, da die bei diesem Verfahren charakteristische Materialverteilung des Rohres
im Längsschnitt gesehen ebenfalls eine Parabel ergibt und danach das Widerstandsmoment
der Rohre dem der erforderlichen Biegemomentenkurve angepaßt ist.
-
Vorteilhaft ist auch, die Rollen als verhältnismäßig dünnwandige Rohre
auszubilden und an der Stelle höchster Biegebeanspruchung ein weiteres Rohr in die
Rolle einzuschieben oder auf sie aufzusetzen. Das zusätzliche Rohr unterstützt dabei
die Aufnahme der im kritischen Querschnitt auftretenden Kräfte, so daß das eigentliche
Tragrohr sehr leicht ausgebildet sein kann.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher
beschrieben.
-
Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Rollenherd
bekannter Bauart; Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den Rollenherd
gemäß der Erfindung; Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des
Rollenherdes gemäß der Erfindung mit zugehörigem Ofenraum; Fig. 4 zeigt, von oben
gesehen, einen Längsschnitt durch einen Rollenherd gemäß der Erfindung, Fig. 5 zeigt,
von oben gesehen, einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel.
-
Wie Fig. 1 zeigt, ist in Seitenwänden 2 eines Ofens 1 eine Förderrolle
3 in Lagern 4 und 5 gehalten. Das höchste Biegemoment Ms tritt bei Punkt
A in der Mitte der Rolle auf. Es errechnet sich zu
Ms = Biegemoment an der Stelle A ; P = Rohrgewicht ;- gleichmäßig verteilte Belastung;
I = lichte Ofenbreite.
-
In Fig. 2 sind vereinfacht die Verhältnisse bei dem Rollenherd gemäß
der Erfindung dargestellt. Die bei den Punkten 8 und 9 eingespannten Förderrollen
6 und 7 ragen beidseits frei tragend in den Ofen hinein. Das höchste Biegemoment
tritt an den Einspannstellen A', also bei den Punkten 8 und 9, auf.
-
Da jetzt nur noch die halbe lichte Ofenbreite 2- und das halbe Gesamtgewicht
2 zu berücksichtigen sind, ergibt sich das Biegemoment zu
Durch diese Betrachtung ist gezeigt, daß das maximale Biegemoment in den Förderrollen
bei Anwendung der Erfindung nicht höher ist als bei den Rollenherdöfen üblicher
Bauart. Tatsächlich sind die Belastungsverhältnisse jedoch wesentlich günstiger,
da, wie bereits erwähnt, bei den Stellen A' der Fig. 2 eine niedrigere Temperatur
als an der Stelle A der Fig. 1 herrscht.
-
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind die Förderrollen 6 und 7 frei durch
die Ofenwandung 2 in Öffnungen 14
und 15 hindurchgeführt. Die
Rollen sind in Lagern 16,
17 und 18, 19 gehalten. Die auch bei
bekannten Ausführungsformen angewandte doppelte Lagerung ist ohne wesentliche Kosten
darstellbar, weil die Lager unter Raumtemperatur arbeiten, so daß keine besonderen
Maßnahmen zur Sicherung gegen hohe Wärmeeinwirkungen erforderlich sind. Die Rollen
6 und 7 werden über Antriebsteile 20 und 21 angetrieben. Durch Brenner
10, 11, 12, 13 wird das auf den Rollen 6 und 7 aufliegende Gut von oben und unten
beheizt. Anordnung und Ausbildung der Brenner 10 bis 13 können dabei in beliebiger
Weise erfolgen.
-
In dem Ausführungsbeispiel der Fig.4 sind die Förderrollen 6 und 7
koaxial gegenüberliegend angeordnet. Je zwei Förderrollen sind in Ofenmitte durch
Mitnehmerkupplungen 22 verbunden, die so ausgebildet sind, daß sie ein Ausdehnen
oder Zusammenziehen der Rollen in Richtung ihrer Achse erlauben. Diese Ausführungsform
hat, wie bereits erwähnt, den Vorteil, daß nur auf einer Seite ein Antrieb der Förderrollen
erforderlich ist.
-
Bei größeren Ofenbreiten und einem größeren Rollenabstand ist das
Ausführungsbeispiel nach Fig.5 zweckmäßiger. Hier sind die in den Ofen hineinragenden
Rollen gegeneinander versetzt angeordnet und beidseitig synchron angetrieben. Bei
dieser Ausführungsform braucht auf Wärmeausdehnung und Wachsen durch Kornvergröberung
keine Rücksicht genommen zu werden.
-
Allgemein bietet die Erfindung noch den bekannten Vorteil, daß beim
Ausbauen der Rollen nur die Hälfte des Platzes seitlich des Ofens erforderlich ist.
-
Die Erfindung ermöglicht bei zweireihiger Ofenbeschickung auch eine
wesentlich hohe Herdflächenausnutzung. So kann z. B. beim zweireihigen Wärmen von
Platinen, Blechen od. dgl. der Antrieb für die beiden Bahnen getrennt gesteuert
werden, während bei durchgehenden Förderrollen diese Möglichkeit nicht besteht.