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Konvektionsstandofen Konvektionsstandöfen werden in der Industrie
u. a. zum Erwärmen von großen, schweren bzw. sperrigen Maschinenteilen benutzt.
Die Konvektionsstandöfen bestehen z. B. aus einer die zu behandelnden Teile oder
Güter aufnehmenden Ofenkammer, welche in einer Heizkammer untergebracht ist. Im
Raum zwischen der Ofenkammer und der Heizkammer strömen heiße Medien, z. B. heiße
Gase oder heiße Luft oder auch heiße Flüssigkeit, welche die Ofenkammer umspülen.
Die Ofenkammerwände nehmen dabei die Wärme aus dem vorbeiströmenden Medium auf.
Die Wärme wandert durch Wärmeleitung im Werkstoff von außen durch die Ofenkammerwände
hindurch auf die Innenseite der Ofenkammerwände. Von dort wird sie an das kalte
zu behandelnde Gut in der Ofenkammer durch Strahlung und durch Konvektion eines
strömenden Mediums, z. B. der Luft, in der Ofenkammer übertragen, die sich selbst
dadurch in Bewegung setzt, daß sie nach Abgabe der Wärme an das kalte zu behandelnde
Gut nach unten sinkt und bei Aufnahme der Wärme an der Ofenkammerwand nach oben
steigt.
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Diese Konvektionsstandöfen haben noch Nachteile. So ist z. B. die
Wärmeabgabe der Ofenkammerwände an das zu behandelnden Gut schlecht. Daraus ergibt
sich der Nachteil einer langen Heizzeit.
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Die schlechte Wärmeabgabe der Innenwand der Ofenkammer an das zu behandelnde
Gut kommt unter anderem auch daher, daß die Temperatur der Innenseite der Wand der
Ofenkammer nach dem Einsetzen des kalten und massigen zu behandelnden Gutes schnell
sinkt, so daß die für ein schnelleres Aufheizen des Gutes vorteilhafte größere Temperaturdifferenz
zwischen der Innenwand und dem Gut bald nach dem Einsetzen des Gutes nicht mehr
vorhanden ist. Dieser Zustand hält auch einige Zeit an, weil der Ofenkammerwand
von außen nicht schnell genügende Wärmemengen zuströmen, so daß sie ihre Temperatur
erhöhen könnte. Infolge der geringen Temperaturdifferenz ist nun der Wärmeübergang
von der Wand auf das Gut sowohl durch Konvektion als auch durch Strahlung beeinträchtigt,
so daß der Heizprozeß lange Zeit dauert. Das ergibt aber besonders bei denjenigen
Anlagen einen schlechten Wirkungsgrad, bei denen ein Teil der Heizluft aus besonderen
Gründen, z. B. zur Vermeidung von Explosionen, ständig erneuert werden muß.
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Erfindungsgemäß werden diese Nachteile von Konvektionsstandöfen zur
Erwärmung großer Maschinenteile, bestehend aus einer Ofenkammer und einer diese
mit Abstand umgebenden Heizkammer, durch welche ein die Wärme transportierendes
Medium, z. B. Heißluft, strömt, die Ofenkammer umspült und durch Konvektion bzw.
Wärmeleitung Wärme an diese abgibt, dadurch vermieden, daß die äußere Oberfläche
der Ofenkammer in an sich bekannter Weise, z. B. durch aufgesetzte Rippen, derart
vergrößert ist, daß die von der Innenwand der Kammer an das kalte Einsatzgut abgegebene
Wärme voll durch Wärmeleitung durch die Kammerwandung ersetzt wird.
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Es ist zwar an sich allgemein bekannt, die Oberfläche von Wärmeerzeugern
zwecks Verbesserung des Wärmeüberganges auf das benachbarte Medium zu vergrößern.
Es ist auch bei einem Durchgangsofen, der aus einer Vorwärmzone, einer Glühzone
und einer Abkühlzone besteht und bei dem die dem Glühgut in der Kühlzone entzogene
Wärme durch Wiederzuführung zu dem kalten Gut in der Vorwärmzone rückgewonnen werden
soll, bekannt, die Mantelfläche künstlich, z. B. durch Wellung oder Rippen, zu vergrößern,
um einen besseren Wärmeübergang zwischen den Mänteln der Kühl- und Vorwärmzone und
der als Wärmeübertrager dienenden Luft zu ermöglichen. Das eingangs geschilderte
Problem bei Standöfen, die zur Erwärmung großer Maschinenteile bestimmt sind, liegt
bei einem solchen Durchgangsofen nicht vor. Die Erfindung beschränkt sich demgegenüber
auch nicht allein auf die Vergrößerung der Oberfläche der Ofenkammer in an sich
bekannter Weise, sondern schreibt auch eine bestimmte Bemes= sung dieser Vergrößerung
in dem Sinn vor, daß die von der Innenwand der Kammer an das kalte Einsatzgut abgegebene
Wärme voll durch die Wärmeleitung durch die Kammerwand ersetzt wird.
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Der Wärmeübergang und die Wärmeleitung können vorteilhafterweise noch
dadurch gefördert werden, daß Werkstoffe mit guter Wärmeleitfähigkeit,
z.
B. Kupfer oder Aluminium,. für die Rippen oder Bleche verwendet weiden, so daß die
Temperatur der Ofenkammerwände beim Einfahren von kaltem zu behandelndem Gut bei
weitem nicht mehr in dem Maße wie früher abfällt, Durch.die erfindungsgemäße Wärmezufuhr
stellt sich` ein Gleichgewichtszustand ein. Hierbei sinkt die'Teriiperatür der dem
kalten zu behandelnden Gutgegenüberstehenden Ofenkammerwände nur wenig unter die
Temperatur der Heißluft, welche mit möglichst `gleichbleibender Temperatur dem Konvektionsstandofen
zugeführt wird.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß der Anteil der dem zu behandelnden
Gut durch Strahlung zugeführten Wärme während des Heizens des zu behandelnden Gutes
viel größer als bisher sein kann. Das Gut wird in kürzerer Zeit als bisher auf die
gewünschte Temperatur gebracht.
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Durch die Erfindung werden noch weitere Vorteile erreicht. So ermöglicht
sie, daß in der Zeiteinheit mehr Werkstücke als bisher behandelt werden können,
d:h.-der Konvektionsstandofen hat eine höhere Arbeitskapazität. In umgekehrter Weise
kann bei gegebener zu behandelnder Werkstückzahl der Konvektionsstandofen verkleinert
werden. Außerdem ergibt sich eine Verbesserung der Wärmebilanz.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist auch noch darin zu sehen,
daß die Mittel zur Vergrößerung der äußeren Oberfläche der Ofenkammerwände nur einen
einmaligen, nicht dem Verschleiß und der Wartung ausgesetzten Aufwand darstellen.
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Die Erfindung läßt sich -auch mit Vorteil bei Konvektionsstandöfen
mit Schlitzen in den Ofenkammerwänden benutzen. Durch diese Schlitze tritt ein Teil
der heißen Luft in die Ofenkammer, trifft dort auf das zu behandelnde Gut, erwärmt
es unmittelbar und tritt abgekühlt durch andere Schlitze in der Ofenkammerwand aus
der Ofenkammer heraus und vereinigt sich wieder mit dem Luftstrom, welcher die Ofenkammerwände
von außen erwärmt.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den F i g. 1 bis
3 schematisch dargestellt. Die F i g. 1 und 2 zeigen einen Konvektionsstandofen
im Längs- und Querschnitt; F i g. 3 zeigt einen Konvektionsstandofen mit unmittelbarer
Bespülung des zu behandelnden Gutes durch das die Wärme zur Ofenkammer herantransportierende
Medium.
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Die Ofenkammer 1 ist gemäß den F i g.1 und 2 in einer Heizkammer 2
untergebracht. Diese hat einen Frischluftrohranschluß 3. Das durch den Ventilator
4 bewegte und durch den Heizkörper 5 erwärmte Medium umströmt in Pfeilrichtung 6
die Ofenkammer 1 und beginnt nach Abgabe der Wärme als Umluft den gleichen Kreislauf.
Ein Teil der Luft verläßt durch den Rohransatz 7 die Heizkammer 2. Eine entsprechende
Luftmenge wird durch den Frischluftrohranschluß 3 aufgenommen. Die Figur zeigt nur
einen Ventilator 4 und Frischluftrohranschluß 3. Vorteilhaft werden mehrere Ventilatoren
4 und Heizkörper 5 nebeneinander angeordnet und auch die entsprechenden Frischluft-
und Abluftrohransätze vorgesehen. Zur Erhöhung des Wärmeüberganges vom strömenden
Medium auf die Wände 8 der Ofenkammer 1 haben diese Wände 8 Wärmeleitkörper 9. Diese
Wärmeleitkörper 9 können an allen den Seiten des Ofens angebracht sein, die von
dem strömenden Medium bespült werden. Zur Regelung des Heißluftumlaufes' und der
angesaugten Frisch-Luftmenge sowie der ausgestoßenen Abluftmenge dienen einstellbare
Ventilklappen 3a und 7a. Die Ofenkammer 1 hat zwei Stutzen 13 und 14 zum Abdunsten.
Die zu behandelnden Gegenstände sind mit 10 bezeichnet.
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Die F i g. 2 zeigt einen Querschnitt des Konvektionsstandofens nach
der F i g. 1. Aus diesem Querschnittsbild ist zu erkennen, daß die Wärmeleitkörper
9 wellblechartig ausgebildet sind. Die Wellung hat den Zweck, eine möglichst große
Oberfläche auf kleinem Raum unterzubringen. Es ist vorteilhaft, die Wellbleche in
Richtung der Heißluftströmung anzuordnen und sie etwas gegen die Strömungsrichtung
zu neigen, damit Luftwirbel entstehen, die den Wärmeübergang von der Luft auf das
Blech begünstigen. Mit 16 ist die Tür der Ofenkammer 1 und mit 17 der Türgriff bezeichnet.
Die Tür dreht sich um. das Scharnier 18 in Richtung 19 beim Öffnen. Die Möglichkeit,
mehrere Ventilatoren 4 und Heizkörper 5 und gegebenenfalls Frischluftstutzen 3 sowie
auch Rohrstutzen 7 anordnen zu können, ist durch die Mittellinien 20 angedeutet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 3 haben die Ofenwände
8 Durchbrechungen 12 im Ein-bzw. Austritt der heißen Luft. Verstellbare Leitbleche
15 dienen zur Regulierung der Menge und der Strömungsrichtung der Luft. Durch diese
Luftströme wird das Gut 10 unmittelbar behandelt, d. h. umspült. In diesem
Fall erübrigen sich die Dunststutzen 13 und 14. Die Luftströmungen sind durch Pfeile
angedeutet.
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Ein solcher Konvektionsstandofen kann zu mancherlei Zwecken, z. B.
zum Einbrennen von Lacken auf Maschinenteilen benutzt werden. In diesem Fall hat
er den besonderen Vorteil, daß Explosionen vermieden sind, weil ein Teil der heißen
Luft ständig erneuert wird, die wegen ihrer Anreicherung mit z. B. Lösungsmitteldämpfen
feuer- und explosionsgefährlich sind.
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Die Heizvorrichtung 5 ist regelbar. In dieser wird die z. B. bis auf
80° C während des Umlaufes abgekühlte Luft wieder auf z. B. 180° C erwärmt. Der
Ventilator 4 kann von einem regelbaren Motor angetrieben sein.