DE202009014178U1

DE202009014178U1 - Ofenanordnung mit Schleusen

Info

Publication number: DE202009014178U1
Application number: DE200920014178
Authority: DE
Original assignee: FMS SYSTEMTECHNIK GmbH
Current assignee: FMS SYSTEMTECHNIK GmbH
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2019-10-22

Abstract

Ofenanordnung umfassend einen Vorheizofen (30), einen Hauptheizofen (10) und ein Abkühlrohr (20), mit einem entlang der Ofenhauptrichtung (A) verlaufenden Fördersystem (100) dadurch gekennzeichnet, dass Hauptheizofen (10), Vorheizofen (30) und Abkühlrohr (20) zur Umgebung hin, abgesehen von der Einlassöffnung (30.1) und der Auslassöffnung (20.1), druck- und luftdicht miteinander verbunden sind,

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung von Tunnelöfen zur thermischen Behandlung von Stückgut in Gasatmosphäre und unter Vakuum, mit einer vor- und einer nachgeschalteten Akklimatisierungszone zum Anpassen der auf das Stückgut wirkenden Umgebungsbedingungen im Hinblick auf die jeweiligen nachfolgenden Prozessstufen.
Tunnelöfen für die thermische Behandlung von Stückgut unter Gasatmosphäre werden vielfach für die Oberflächenbehandlung von Metallen eingesetzt. Zum Beispiel müssen Stähle beim Nitrieren unter Anwesenheit von Stickstoff, bei einer Temperatur von über 500°C zwischen 1 und 100 Stunden im Ofen verbleiben, bis sie dann je nach Verfahren, ausgeschleust, und mehr oder weniger schnell abgekühlt werden können.
Beim Aus- und Einschleusen des Stückgutes entweicht dann ein Großteil des Stickstoffs, und die Innentemperatur des Ofens nimmt erheblich ab. Nach dem Befüllen muss dann begonnen werden, den Ofeninnenraum mit Stickstoff zu befüllen, und auf die Prozesstemperatur zu erhitzen.
Bei den meisten Verfahrensketten stellt deshalb der Durchlaufofen eine sensible Schwachstelle dar, weil das ständige Aufheizen und Abkühlen beim Chargenwechsel wichtige Zeit in Anspruch nimmt, und deshalb weniger Zeit für die Kernaufgabe des Ofens verbleibt.
Zudem sind nunmehr im Gegensatz zu der beschriebenen großtechnischen Anwendung auch Prozessstufen unter Laborbedingungen im Einsatz, bei denen zusätzlich zu der Gasatmosphäre und den hohen Temperaturen, auch Vakuum nötig ist.
Um die bislang geringen Durchsätze auf ein industrietaugliches Maß zu erhöhen, ist ein Ofensystem unerlässlich, das sich nicht beim Befüllen und Entleeren zu einem grollen Teil den Umgebungsgegebenheiten angleicht, und bei dem das Wiederherstellen der Prozessbedingungen zu viel Zeit in Anspruch nimmt.
Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ofenanordnung zu schaffen, mit der es möglich ist bei minimalen Verlusten an Vakuum, Temperatur und Gasbefüllung, das zu behandelnde Stückgut durchzuschleusen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass dem Hauptofen jeweils eine Akklimatisierungszone vor- und nachgeschaltet ist, die jeweils eine Schleusenfunktion übernehmen.
Die erfindungsgemäße Ofenanordnung sieht daher einen, dem Hauptofen vorgeschalteten Aufheizofen vor, der das Stückgut bereits auf die Prozesstemperatur bringt, und unter Gas und Unterdruck gesetzt werden kann, bevor das Stückgut in den Hauptofen eingeschleust wird.
Dadurch können die Prozessparamter bereits vor dem Einschleusen in den Hauptofen optimal gesteuert werden, wodurch es beim Öffnen des Schleusendeckels zwischen Aufheizofen und Hauptofen zu keinen unerwünschten Wechselwirkungen mit der Umgebung kommen kann.
Des weiteren sieht die erfindungsgemäße Ofenanordnung ein, dem Hauptofen nachgeschaltenes Abkühlrohr vor, in dem das Fördergut bei gleichem Unterdruck, wie im Hauptofen, auf etwa Raumtemperatur abkühlen kann.
Der Temperaturabfall im Hauptofen beim Ausschleusen des Fördergutes in das nachgeschaltete Abkühlrohr ist dabei gering, da sich sowohl im Hauptofen, als auch im Nachkühlrohr Vakuum befindet, das als guter Isolator kaum Konvektion zulässt.
Um einen reibungslosen und damit prozesssicheren Ablauf gewährleisten zu können, wird das Fördergut mittels Fördersystem der erfindungsgemäßen Ofenanordnung innerhalb und zwischen den Bereichen gefördert.
An den Einlass- und Auslassöffnungen, bzw. an den Öffnungen zwischen den Ofenbereichen ist das Fördersystem unterbrochen, um mittels eines Schleusendeckels den jeweiligen Bereich zum anderen hin verschließen zu können. Die dadurch entstehende Lücke zwischen den Förderern ist erfindungsgemäß erheblich kleiner, als die Länge des Fördergutes, gemessen in Förderrichtung. Somit wird die vordere Hälfte des zu fördernden Einzelteiles bereits vom vorderen Förderer übernommen, bevor die hintere Hälfte den hinteren Förderer verlässt.
Der für die Abdichtung der Ofenanordnung nach außen, und für die Abdichtung der Bereiche zueinander erfindungsgemäß vorgesehene Schleusendeckel wird zum Öffnen bzw. Schließen mittels zweier Arbeitszylinder bewegt. Wobei der eine für die in etwa vertikale, und der andere für die horizontale Bewegung vorgesehen ist.
Bei der horizontalen Bewegung handelt es sich vor allem um das Aufbringen bzw. das Lösen der Andruckkraft des jeweiligen Schleusendeckels. Der dazu verwendete Arbeitszylinder ist mittig auf einer horizontal und quer zu Förderrichtung verlaufenden Schiene angeordnet. Diese Schiene ist an ihren Enden jeweils mit einer vertikal verlaufenden und zur Förderrichtung versetzten Linearführungseinheit verbunden.
Die vertikale Bewegung des Schleusendeckels dient dazu, die Schleusenöffnung zum Passieren des Fördergutes freizugeben. Dazu ist die Kolbenstange eines, in etwa senkrecht angeordneten, über ein ortsfestes Gelenk gelagerten, Arbeitszylinders, mit dem Schleusendeckel gelenkig verbunden.
Zum Öffnen zieht der horizontal gelagerte Arbeitszylinder den Schleusendeckel von dem abzudichtenden Modul ab. Anschließend zieht der zweite Arbeitszylinder den Schleusendeckel in etwa senkrecht nach oben. Dadurch wird der horizontal verlaufende Zylinder samt der mit ihm verbundenen querverlaufenden Schiene entlang der vertikal verlaufenden Linearführungseinheit nach oben bewegt. Da die vertikal verlaufenden Schienen der Linearführungseinheit seitlich zum Förderweg versetzt sind, ist der Weg nun für das Fördergut frei.
Im folgenden wird die Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
1 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Ausführungsform der Ofenanordnung bei geschlossenen Schleusendeckeln.
2 einen Teilquerschnitt durch die erfindungsgemäße Ausführungsform der Ofenanordnung bei geöffnetem Verschlussmechanismus an der Einlassöffnung.
Die Ofenanordnung gemäß 1 umfaßt einen Hauptofen (10), dem ein Vorheizofen (30) vorgeschaltet, und ein Abkühlrohr (20) nachgeschaltet ist. Dabei ist die Anordnung so gewählt, dass die Haupt- und Förderrichtungen (A) der Einzelelemente dieser Anordnung in gleicher Richtung und kolinear verlaufen.
Die Außenhülle dieser Ausgestaltungsform der Erfindung ist durchgehend, abgesehen von der Einlassöffnung (30.1), und der Auslassöffnung (20.1), luft- und druckdicht gestaltet. Das bedeutet, dass sich auch in den Bereichen der Zwischenschleusen (40.b) und (40.c) an keiner Stelle eine wie auch immer geartete Öffnung der Außenhülle befindet.
Zu Beginn des Durchschleusvorganges wird der Verschlussmechanismus (40.d) geöffnet, während die restlichen Verschlussmechanismen (40.a), (40.b) und (40.c) verschlossen bleiben. Somit ist die Einlassöffnung (30.1) frei zum Einschleusen des Stückgutes (90) über den Zuführförderer (70) und das Fördersegment (100.c), in den Vorheizofen (30). Anschließend wird der Verschlussmechanismus (40.d) wieder verschlossen. Der Vorheizofen (30) wird nun unter Gasatmosphäre gesetzt, und anhand der Heizelemente (110) auf der Außenhülle des Vorheizofens, neben weiterer Heizelemente in dessen Inneren, aufgeheizt.
Während dessen sorgen die Ventilatoren (120) im Inneren des Vorheizofens, bis zum Erreichen des Zielvakuums, für Luftströmungen, um das Stückgut durch Konvektion optimal zu erhitzen.
Gleichzeitig werden Hauptofen (10) und Abkühlrohr (20) unter Vakuum auf Betriebstemperatur gesetzt, und das prozessrelevante Gas wird eingeleitet.
Sobald der Innenraum des Vorheizofens (30) die Prozessparameter im Hinblick auf Druck, Gasatmosphäre und Temperatur erreicht hat, wird der Verschlussmechanismus (40.c) geöffnet, und die Fördersegmente (100.c) und (100.b) des Fördersystems (100) fördern das Stückgut in den Hauptofen (10), wo bereits die gleichen Prozessbedingungen, wie im Vorheizofen herrschen. Anschließend verschließt der Verschlussmechanismus (40.c) wieder die Öffnung zwischen Vorheizofen und Hauptofen.
Nun öffnet der Verschlussmechanismus (40.d) die Einlassöffnung (30.1) und weiteres Stückgut (90) wird in den Vorheizofen (30) eingeschleust. Danach verschließt der Verschlussmechanismus (40.d) die Einlassöffnung wieder, und der Vorheizofen wird wieder den Prozessparametern angeglichen.
Ist die Verweildauer des Stückgutes (90) im Hauptofen (10) erreicht, öffnet der Verschlussmechanismus (40.b) die Öffnung zwischen Hauptofen und Abkühlrohr (20), damit das im Hauptofen befindliche Stückgut in das Abkühlrohr mittels der Fördersegmente (100.b) und (100.a) des Fördersystems (100) gefördert werden kann. Danach schließt der Verschlussmechanismus (40.b) die Öffnung zwischen Hauptofen und Abkühlrohr wieder.
Ohne weitere Verzögerung kann nun auf die bereits beschriebene Art und Weise das Stückgut aus dem, den Prozessparametern mittlerweile angeglichenen, Vorheizofen (30) in den Hauptofen (10) gefördert werden.
Zum Ausschleusen des sich im Abkühlrohr (20) befindenden Stückgutes (90), öffnet der Verschlussmechanismus (40.a) die Auslassöffnung (20.1), damit das Fördersegment (100.a) des Fördersystems (100) und der Anschlussförderer (80) das Stückgut aus der Ofenanordnung befördern kann. Danach wird die Auslassöffnung durch den Verschlussmechanismus (40.a) wieder geschlossen.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der beschriebenen Elemente, kann beim Durchschleusen des Stückgutes (90) so auf ein zeitintensives Nachregeln der Parameter im Hauptofen verzichtet werden, da es zu keinem Zeitpunkt des Durchschleusvorganges eine Öffnung des Hauptofens zur Umgebung gibt.
Die Verschlussmechanismen (40.a) bis (40.d) der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Ofenan ordnung sind automatisch zu öffnen und zu verschließen. Dazu ist ein in etwa senkrecht angeordneter, und an der inneren Oberseite der Ofenhülle über ein Gelenk (40.1) gelagerter Arbeitszylinder (40.2) positioniert, der über seine Kolbenstange wiederum durch das Gelenk (40.3) und der Anbindung (40.4) mit dem Schleusendeckel (60) verbunden ist.
Die Kolbenstange eines weiteren, jedoch horizontal angeordneten Arbeitszylinders (50.3) ist seinerseits über das Gelenk (50.4) und der Anbindung (50.5) mit dem Schleusendeckel (60) verbunden. Sein Zylindergrundkörper wird vertikal und senkrecht zur Ofenhaupt- und Förderrichtung (A), mittels einer in horizontaler Richtung, quer zur Förderrichtung verlaufenden Abstützschiene (50.2) und einer vertikal, und zum Fördersystem (100) in horizontaler Richtung versetzten Linearführung (50.1) geführt.
Zur Abdichtung des Ofeninnenraumes gegenüber der Umgebung wird eine endlos auf dem Schleusendeckel (60) verlaufende Dichtung (60.1) in einer dafür vorgesehenen ringförmigen Nut positioniert.
Im abgedichteten Zustand sitzt der Schleusendeckel so auf der Öffnung zum Inneren des jeweils abzudichtenden Elementes, dass die Dichtung komplett auf der Wandung aufsitzt. Dazu ist der Arbeitszylinder (40.2) ausgefahren und bestimmt so die vertikale Position des Schleusendeckels (60).
Der Arbeitszylinder (50.3) drückt dabei gegen den Schleusendeckel, und damit gegen die Dichtung (60.1). Somit ist die betreffende Öffnung abgedichtet.
Zum Öffnen zieht der Arbeitszylinder (50.3) den Schleusendeckel (60) von der Ofenwandung ab, und der Arbeitszylinder (40.2) verfährt ihn vertikal nach oben, bis die Öffnung für die Durchfahrt des Fördergutes (90) frei ist. Dabei stützt die Linearführung (50.1) den Arbeitszylinder (50.3) in horizontaler Richtung ab.
Zum Verschließen der Öffnung läuft dieser Vorgang in umgekehrter Reihenfolge ab.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verschlussmechanismus (40.a) bis (40.d) ist gewährleistet, dass eine minimale Förderlücke zwischen den Förderern entsteht, und dass keine aufwendigen und damit teuren Klapp- bzw. Schwenkvorrichtungen zum Freiräumen des Abdichtbereiches nötig sind. Darüber hinaus kann der Spalt zwischen zwei Förderern an einer abzudichtenden Stelle so klein gehalten werden, dass ohne weitere Maßnahmen das Stückgut (90) über diese Stelle gefördert werden kann.

Claims

Ofenanordnung umfassend einen Vorheizofen (30), einen Hauptheizofen (10) und ein Abkühlrohr (20), mit einem entlang der Ofenhauptrichtung (A) verlaufenden Fördersystem (100) dadurch gekennzeichnet, dass Hauptheizofen (10), Vorheizofen (30) und Abkühlrohr (20) zur Umgebung hin, abgesehen von der Einlassöffnung (30.1) und der Auslassöffnung (20.1), druck- und luftdicht miteinander verbunden sind,
Ofenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Hauptheizofen (10), Vorheizofen (30) und Abkühlrohr (20) über die Verschlussmechanismen (40.b) und (40.c) zueinander, und die gesamte Ofenanordnung über die Verschlussmechanismen (40.a) und (40.b) druck- und luftdicht verschließbar sind.
Ofenanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördersystem (100) aufgeteilt ist in die Einzelabschnitte (100.a), (100.b) und (100.c), deren Abstände zueinander kleiner ist als die Länge des Fördergutes (90) in Förderrichtung.
Ofenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleusendeckel (60) über ein Gelenk (40.3) mit der Kolbenstange eines in etwa senkrecht angeordneten Arbeitszylinders (40.2) verbunden ist, dessen Zylindergrundkörper seinerseits über ein Gelenk (40.1) mit der inneren Oberseite der Ofenhülle verbunden ist, und die Kolbenstange eines horizontal angeordneten und auf einer quer zur Förderrichtung seitlich versetzten Linearführung (50.1) vertikal geführten Arbeitszylinders (50.3), mit dem Schleusendeckel (60) über ein Gelenk (50.4) verbunden ist.
Ofenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf dem Schleusendeckel (60) eine endlos verlaufende Nut auf der abzudichtenden Seite im Randbereich befindet, durch die ein Dichtring (60.1) gehalten wird.
Ofenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum des Vorheizofens (30) und des Abkühlrohrs (20) jeweils mindestens ein Ventilator (120) angeordnet ist.
Ofenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Heizelement (110) mit der Außenhülle des Vorheizofens (30) verbunden ist, das sowohl auf dessen Innenseite, als auch auf dessen Außenseite angeordnet sein kann.
Ofenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fördersystem (100a) im Abkühlrohr (20) ein Kühlelement (130) zugeordnet ist.