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Einrichtung an Luftumwälzöfen für die Erhitzung metallischen Gutes
Zum Vergüten und Anlassen von metallischem Gut dienen sogenannte Luftumwälzöfen.
Die beim Eintritt in den Ofennutzraum heiße Luft gibt ihre Wärine an das zu erhitzende
Gut ab und wird nach dem Austritt aus dem Ofennutzraum in der Heizkammer wieder
aufgeheizt. Beim Vergüten von Stangen und Profilen wirkt sich die lanae Luftführung
nachteilig aus. Da die Luft sich vom Eintritt in den bis zum Austritt aus dem Ofenmitzraum
fortschreitend an dem Gut abkühlt und ein Temperaturgefälle entsteht, wird das Gut
vom Ofenanfang bis zum Ofenende ungleichmäßig erwärmt. Man erhält eine unterschiedliche
Vergütung am Anfang und am Ende des Ofens und daher unterschiedliche Güteeigenschaften
über die gesamte Charge.
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Man kann diesem Nachteil mit einem gewissen Erfolg begegnen, indem
man je einen Ventilator am Anfang und am Ende des Ofenmitzraumes angeordnet
und die Luft wechselweise in zueinander entgegengesetzten Richtungen führt. Dabei
betätigt man durch eine Schaltuhr abwechselnd den einen und den anderen Ventilator.
Aber auch auf diese Weise kann in den seltensten Fällen ein Optimum in den-Eigenschaften
des Gutes erzielt werden.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Umschaltung der Luftführung
nicht zeitabhängig, sondern temperaturabhängig vorzunehmen.- Dieser Erfindungsgedanke
beruht auf der Erkenntnis, daß bei einer zeitabhängigen Schaltung oder Umschaltung
der Ventilatoren weit höhere Temperaturunterschiede über das gesamte im Ofen befindliche
und zu erhitzende Gut auftreten, als sie im Hinblick auf die zu erzielenden Güteeigenschaften
erwünscht und zulässig sind.
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Durch Laboratoriumversuche sei beispielsweise für die Vergütung von
Stangen aus einer bestimmten Legierung eine zweckmäßige Vergütungsdauer von 12 Stunden
bei
3001 C ermittelt worden. Die Ofenleistun- soll die Erwärinung einer Charge
von Raumtemperatur (201
Q auf
3001 C innerhalb einer halben Stunde
gestatten.
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Bei einer Erwärmung der umlaufenden Luft von 20 auf
3001 C innerhalb
30 Minuten oder
1800 Sekunden findet dann
in erster Annäherung eine Erwärmung um
I' C in
| 1800 |
| 6,4 Sekunden, |
| 140- |
| eine Erwärmung um 10' C also in 64 Sekunden, |
d. h. etwa einer Minute, statt. Ganz gleich, ob die jeweils vorherrschende
Lufttempcratur in der Ofenmitte, am Ofenanfang,
d. h. direkt am Lufteintritt
hinter dem jeweils in Tätigkeit befindlichen Ventilator, oder an der Luftaustrittsstelle
gemessen wird, kann doch während einer Schaltperiode,
d. h. der Luftführung
durch den einen Ventilator in der einen Richtung, der Temperaturunterschied zwischen
der Lufteintritts- und der Luftaustrittsstelle nur geschätzt werden. Dieser Unterschied
wird im übrigen auch in den Temperaturstufen zwischen 20 und
300' C aus physikalischen
Gründen veränderlich sein. Besonders ist dann auch das Ende der Aufheizungszeit
unsicher, wonach das Glühgut bestimmungsgemäß 12 Stunden auf
300' C gehalten
werden soll. Man ist daher auch nicht sicher, ob und wieviel das Glühgut in den
einzelnen Teilen der Charge niedriger als
300' C und länger oder kürzer als
12 Stunden bei dieser Temperatur erwärmt wurde. Eine richtige Antwort auf die Frage,
auf welchen Wechsel man die Schaltuhr zwecks Umschaltung der Luftführung von dem
einen auf den anderen Ventilator einstellen soll, falls das Glühgut gleichmäßig
aufgeheizt und bei der Vergütungstemperatur gehalten werden soll, kann also nicht
gegeben werden.
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Man könnte zwar auf einen sehr schnellen Wechsel von z. B.
30 Sekunden über die ganze Vergütungszeit einstellen, würde aber einerseits
dadurch die Lebensdauer der maschinellen Einrichtungen (Motore, Keilriemen, Schütze
usw.) erheblich verkürzen und andererseits doch unsicher bleiben, ob und in welchen
Erwärmungsstufen'ein so schneller Wechsel überhaupt notwendig ist.
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Die Einstellung der Schaltuhr auf einen Wechsel von z. B.
5 Minuten in der Luftführung hat nach dem vorstehend angenommenen Beispiel
aber zur Folge, daß zwischen zwei Wechseln eine Aufheizung des Glühgutes um etwa
d. h. annähernd 50' C, stattfindet. Dabei kann aber der Temperaturunterschied
zwischen der Eintritts-und
der Austrittsstelle der Luft und damit
im Glühgut an diesen Stellen erheblich den Wert überschreiten, der als zulässig
zu betrachten ist.
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Die Nachteile und Unsicherheiten eines zeitabhängigen Luftführungswechsels
werden erfindungsgemäß beseitigt durch einen die Umschaltung der Luftführung bewirkenden
Differenzregler, der auf einen als maximal zulässig erachteten Temperaturunterschied
an den Enden des Ofennutzraumes eingestellt ist.
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Eine erfindungsgemäße Einrichtung wird an Hand der Zeichnung erläutert.
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F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Luftumwälzofen,
F i g. 2 die Ansicht eines Differenzregiers.
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In den F i g. 1 sind bezeichnet mit 1 der Außenmantel
des Ofens, mit 2 der Innenmantel (Innenzylinder), der den Ofennutzraum abgrenzt,
mit 3 die Heizung, mit 4 die Be'schickungstür, mit 5a und 5b
die
Ventilatoren, mit 6a und 6b deren Antriebsmotoren M und mit
7 das zu erhitzende Gut.
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Bei Betätigung des Ventilators 5 a tritt die
an der Heizung 3 erwärinte Luft in der Richtung der Pfeile bei
A in den Ofennutzraum ein, gibt ihre Wärme an das Gut 7 ab und verläßt
denselben bei B, um durch die Heizung 3 erneut aufgeheizt zu werden. Bei
Betätigung des Ventilators 5 b erfolgt die Luftführung umgekehrt zu
der angegebenen Pfeilrichtung.
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Zur Ermittlung des Temperaturunterschiedes zwischen den Enden
A und B des Ofennutzraumes sind hinter den Ventilatoren 5
a und 5 b mit einem Meßwerk eines Differenzreglers 8 verbundene
Fühler 9 a
und 9 b, z. B. Widerstandsthennometer, angeordnet.
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Wenn ein als maximal zulässig erachteter Temperaturunterschied bei
A und B überschritten wird, erteilt der Differenzregler 8 Steuerimpulse
10 a oder 10b zu den Antriebsmotoren6a oder 6b zwecks Umschaltung
der Luftführung mittels der Ventilatoren 5a oder 5b.
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Der die Heizung 3 steuernde Regler 11 erfaßt die absolute
Höhe der Lufttemperatur an den Enden des Ofennutzraumes bei A und B mittels
Temperaturfühlern 12a oder 12b, z. B. Thermoelementen. Durch den Differenzregler
8 erfolgt zugleich mit der Umschaltung auf den anderen Ventilator 5a oder
5 b eine Schaltung auf den Temperaturfühler 12 a
oder 12
b an der jeweiligen Lufteintrittsstelle in den Ofennutzraum.
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Stellt man an der Skala gemäß F i g. 2 beispielsweise eine
maximal zulässige Temperaturdifferenz von 4' C zwischen den Stellen
A und B ein, so schaltet der Differenzregler 8 die Luftführung um,
wenn der Zeiger Z diesen durch die Markierung m, oder die Markierung m2 eingestellten
Maximalwert überschreitet.
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Für die Aufheizungsperiode oder bis gegen das Ende der Aufheizungsperiode,
das durch die Messung der absoluten Höhe der Lufttemperatur am Regler
11 festgestellt werden kann, wird eine Umschaltung der Luftführung bei Überschreitung
eines Temperaturunterschiedes von z. B. 41 C an den Enden A und B
des Ofennutzraumes im allgemeinen den praktischen Erfordernissen durchaus genügen.
Legt man aber Wert auf eine besonders genaue Einhaltung der Vergütungstemperatur
bzw. die Einhaltung dieser Temperatur innerhalb enger Grenzen, dann kann man am
Ende oder gegen das Ende der Aufheizungsperiode die Markierungen mi und m2 auch
noch auf eine geringere Temperaturdifferenz von z. B. 2' C zwischen den Stellen
A und B des Ofennutzraumes einstellen.
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Es ist schon ein elektrisch beheizter Umluftofen länglicher Form bekannt,
bei dem am Ofenanfang und/oder am Ofenende innerhalb des Ofenraumes Temperaturüberwachungsorgane
vorgesehen sind, die beim Ober- oder Unterschreiten einer gewissen Solltemperatur
die Umschaltung der Drehrichtung des Schraubenlüfters sowie gegebenenfalls auch
zugleich die Umschaltung von einem auf das andere am entgegengesetzten Ende vorgesehene
überwachungsorgan lösen. Hierbei wurde aber weder bezweckt, noch kann mit Hilfe
der beschriebenen Temperaturüberwachungsmittel die erfindungsgemäß wesentliche Aufgabe
gelöst werden, eine gleichmäßige Erhitzung an allen Stellen des Ofens schon vom
Beginn der Aufheizungsperiode an bis zur Solltemperatur sicherzustellen.
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Es ist weiter ein Regler für Tunnelöfen zur Beeinflussung der Brenntemperatur
nach dem Unterschied in der Wärmeaufnahme der einzelnen, auf den Brennwagen aufgebauten
Gutsstapel mit zwei in der Vorwärmzone im Abstand von mindestens einer Brennwagenlänge
voneinander angeordneten Temperaturinessem bekannt, deren Temperaturdifferenz als
Impulsgeber für den Regler dient. Wenn hiernach die Temperaturdifferenz zwischen
zwei innerhalb eines Ofens voneinander entfernt gelegenen Stellen ebenfalls als
Impulsgeber für die Regelung der Temperaturverhältnisse dient, liegt doch eine wesentlich
andere Aufgabe vor, und der bekannte Regler löst eine von der Erfindung unterschiedliche
Wirkung aus. Während der Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, eine gleichmäßige
Erhitzung des metallischen Gutes an allen Stellen des Luftumwälzofens schon vom
Beginn der Aufheizungsperiode an bis zur Solltemperatur sicherzustellen und der
erfindungsgemäße Regler diese Aufgabe durch Umkehrung der Luftumwälzung löst, bezweckt
der bekannte Regler die Möglichkeit der Einhaltung einer vorbestimmten Temperatursollkurve
von der Vorwärmzone über die Brennzone bis zur Abkühlzone eines Ofens zum Brennen
von keramischem Gut, wobei die Einhaltung dieser Temperatursollkurve auch gewährleistet
sein soll, wenn die den Ofen kontinuierlich durchlaufenden Brennwagen mengemnäßig
verschieden mit Brenngut besetzt sind. In solchen Fällen dient der bekannte Regler
als Impulsgeber für die Verminderung oder Erhöhung der Energiezufuhr zum Behandlungsgut,
wodurch die absolute Höhe der Temperatur im Ofen negativ oder positiv beeinflußt
und eine Störung der Temperatursollkurve vermieden wird.