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Vorrichtung für die Wärmebehandlung von
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Erzeugnissen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die als Bearbeitungsstraße
für die Wärmebehandlung von Erzeugnissen dient, zum Beispiel von Keramikplatten
und von keramischen E"uBbodenplatten. Die Vorrichtung ist für eine kontinuierliche
Fertigung hoher Kapazität bei einer hohen Geschwindigkeit des Brands der Erzeugnisse
bestimmt.
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Derzeit werden für den Glasurbrand von keramischen Erzeugnissen ausschließlich
Durchlauföfen verwendet. In einem Teil dieser Öfen werden die zum Glasurbrani bestimmten
Erzeugnisse auf Zylindern mit Unterlagen oder ohne Unterlagen befördert. Andere
Beförderungssysteme benutzen Xransportwagen,
die durch ihren Durchgang
die Effektivität des Glasurbrands herabsetzen und das zum Glasurbrand bestimmte
Erzeugnis beim Erwärmen auf der unteren Fläche abschatten.
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Durch Auswirkungen des Schaukelns, das bei dieser Beförderung entsteht,
bekommt die Glasur in der Glutzone, wo sich ihre Oberfläche beinahe im flüssigen
Zustand befindet, Wellen, die die Qualität der Erzeugnisse beträchtlich herabsetzen.
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Außerdem sind die angeführten Öfen in der Konstruktion kompliziert
und dadurch auch in der Anschaffung und im Betrieb sehr kostspielig. Gleichzeitig
stellen sie auch bedeutende Ansprüche an den Fertigungsraum der Betriebe. Dadurch
entstehen in größerem Ausmaß Kosten, die auf die Preise der Brennguterzeugnisse
verteuernd wirken. Wegen des großen Gewichtes des verschobenen Materials, insbesondere
der Unterlagen, entstehen auch beträchtliche Verluste an Wärmeenergie.
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Bekannt ist auch eine Vorrichtung für eine pneumatische Beförderung
der Erzeugnisse, deren Verwendung jedoch bei einem Glasierofen sehr problematisch
ist, da feiner Abrieb von den Brandguterzeugnissen, von den Transportführungen und
von der feuerfesten Auskleidung des Ofens aufgewirbelt wird, 80 daß die Oberfläche
der Glasur des Enderzeugnisses teilweise 3 zerstört wird.
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Sämtliche bekannte Öfen hindern eine perfekte Erwärmung von unten,
weil die Erwärmung nur von oben und allenfalls von den Seiten her erfolgt. Daher
wird eine Gleichmäßigkeit der
Zuführung der thermischen Strahlung
von oben und von unten nicht erzielt und es können demzufolge nicht technologisch
kürzeste und daher ökonomisch günstigste Zeitintervalle des Brands erzielt werden.
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Die erlaubte und erwünschte Geschwindigkeit der Steigerung und Herabsetzung
der Temperatur im Verlauf der Wärsebearbeitung der Erzeugnisse, zum Beispiel der
keramischen Erzeugnisse beim Brand, beim Verglühbrand sowie auch beim Glasieren
von Keramikplatten sowie auch von keramischen Fußbodenplatten und anderen, hängt
von den thermischen und physikalisch-chemischen Prozessen ab, die mit der Rekristallisation,
mit der Bildung der flüssigen Phase und mit der Erstarrung derselben verbunden sind.
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In den bekannten Temperaturpunkten oder Intervallen hat die Geschwindigkeit
des Wärmeprozesses einen entscheidenden Einfluß auf die Wärmespannung. Durch Einfluß
dieser Spannungen kommt es oft zur Rissbildung der Erzeugnisse. Diese Spannungen
haben einen einschränkenden Einfluß auf die Geschwindigkeit des Brandes. Sie schränken
den ökonomischen Grundeinfluß auf die Gestaltung des technologischen Prozesses vor
und hinter der Brandeinheit ein. Sie haben auch einen bedeutenden Einfluß auf die
Größe der Brandeinheit, deren Preis und auf die begleitenden Geräte.
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Die Entstehung der Wärmespannungen hängt von der ungleichmäßigen Temperatur
im Querschnitt des Erzeugnisse3 ab, zum Beispiel des keramischen Presslings der
Keramikplatte oder der keramischen Fußbodenplatte beim Erwärmen oder beim Abkühlen.
Die
Theorie des Brandes setzt voraus, daß das Brandguterzeugnis aus einer unendlichen
Menge von Würfeln mit ähnlichen Ausmaßen zusammengesetzt ist, die zusammen verbunden
einen kompakten Körper darstellen.
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Bei einer gleichmäßigen Steigerung der Temperatur vergrößert sich
jeder Würfel um eine gleiche Größe in sämtlichen Richtungen. In diesem Fall verbleiben
die Würfel in der Form eines Körpers mit derselben Form und demselben Ausmaß und
es entstehen keine Spannungen. Falls jedoch die Steigerung der Temperatur ungleichmäßig
ist, zum Beispiel von oben, da beinahe bei sämtlichen ofen Unterlagen vorhanden
sind, die die Erwärmung von unten beträchtlich verzögern, dann wird, da jeder Würfel
die Tendenz hat, sich um eine seiner Temperatur entsprechende Größe zu vergrößern,
die Steigerung der Größe der einzelnen Würfel unterschiedlich sein. Da es sich jedoch
immer um einen kompakten Körper handelt, begrenzt jedes würfelförmige Element die
benachbarte Deformation und es entsteht eine Spannung. Zur Beurteilung der erlaubten
Geschwindigkeit des Erwärmens der Erzeugnisse ist der erlaubte Wärmeunterschied
im Erzeugnis entscheidend, der eine Beschädigung desselben noch nicht herbeiführt.
Bei der Erwärmung im Tunnelwagen, wo sich die Erzeugnisse aufeinander in einer Säulenform
befinden, erfolgt die Zuführung der Wärme nur am Umfang. Es hat sich erwiesen, daß
bei einem Wärmeunterschied zwischen der Oberfläche und dem Mittelpunkt des Erzeugnisses
bis zu 2500C keine Risse bei dem Keramikwaterial des Erzeugnisses entstehen, während
bei einem Wärmeunterschied von 3000C schon Rißbildungen entstehen.
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Daraus folgt, daß die zulässige Geschwindigkeit des Erwärmens, die
ein Wärmegefälle im Erzeugnis bildet, so klein
sein muß, daß nicht
mehr als 25000 Temperaturdifferenz im Erzeugnis entstehen.
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Falls bei der Erwärmung und beim Abkühlen in der Säule der Erzeugnisse
die Geschwindigkeit, die bei dem angeführten Gefälle mit dem Koeffizienten 100 angegeben
wird, in der Praxis zum Beispiel 30 Stunden beträgt, ist diese Geschwindigkeit des
Wärmegefälles durch den Koeffizienten 10 gegeben, das heißt in der Praxis 3 Stunden.
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Bei einer Einschichterwärmung und -abkühlung völlig ohne Unterlage,
wo die Fläche des obertritts der Wärme in das Erzeugnis und vom Erzeugnis 40mal
größer ist als bei der Erwärmung in der Säule und das Erzeugnis Wärme vollkommen
auf beiden Seiten in den ganzen Flächen von oben und von unten bekommt, ist dieser
Koeffizient 1, das heißt ungefähr 20 Minuten. Dies beweisen auch die praktischen
Betriebsprüfungen.
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Die Erfindung beseitigt diese Nachteile. Es ist die Aufgabe der Erfindung,
eine besonders wirtschaftlich arbeitende Vorrichtung für eine besonders schnelle
und gleichmäßige Erwärmung und Abkühlung von Keramikerzeugnissen zu schaffen. Sie
schafft dazu eine Rotorfließstraße für die Wärmebearbeitung von Erzeugnissen, die
insbesondere für die Fertigung von Keramikplatten und von keramischen Fußbodenplatten
bestimmt ist.
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Das Weren der Erfindung besteht darin, daß in der Nabe einer zentralen
Welle, die auf einem Untersatz angeordnet ist,
ringförmig Tragarme
befestigt sind, die durch ein Reibungsritzel angetrieben werden. An den Enden der
Tragarme sind mit Hilfe von Glutträgern Teile eines umlaufenden Tragrostes für die
Brandguterzeugnisse befestigt.
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Der Raum des Ofens ist in der Form eines offenen Ringes geformt. Er
ist mit einer feuerfesten Isolation und mit eingebauten Heizelementen versehen.
Weiter ist er mit einer offenen durchlaufenden Nut ausgestattet, in die die Glutträger
mit einem Tragrost einschnappen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind auf den Glutträgern der Tragarme mindestens zwei eile des Tragrostes übereinander
angeordnet.
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Eine zweckmäßige weitere Ausgestaltung besteht darin, daß an der Nabe
auf der zentralen Welle übereinander ringförmig jeweils mindestens zwei Tragarme
befestigt sind.
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Der Raum des Ofens kann vorteilhafterweise etagenartig ausgeführt
sein. Er wird dann mindestens durch zwei übereinander angeordnete offene Ringe gebildet,
die einet Trocknungsetage und/oder eine Verglühbrandetage und/oder eine Glasieretage
bilden.
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Für einen einmaligen Brand wird nach einem weiteren Erfindungsgedanken
der Raum des Ofens mit Hilfe von Wärmetrennwänden in eine Trocknungssektion, in
eine Verglühbrandsektion und in eine Glasiersektion eingeteilt. Für einen mehrmaligen
Brand wird der Raum des Ofens des Verglühbrandbodens und/oder des Glasierbodens
mit Wärmetrennwänden versehen, wobei der Raum des Ofens des Grocknungsbodens durchlaufend
gestaltet
ist. Die Heizelemente werden nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gleichmäßig
in einer gewählten Entfernung von der waagerecnten Fläche des Brandguterzeugnisses
angeordnet.
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Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung besteht der verbundene
durchlaufende Tragrost aus geteilten Tragbändern, die am liegenden Träger befestigt
sind. Auf diesen Bändern sind die Brandguterzeugnisse gelagert. Der durchlaufende
Tragrost kann auch aus dornförmigen Tragvorsprüngen bestehen, zum Beispiel in einer
kegelförmigen oder prismenförmigen Form, die auf dem liegenden Träger gelagert sind,
auf deren Gipfeln die Brandguterzeugnisse gelagert sind.
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Die Rotorfließstraße nach der Erfindung ermöglicht ein kontinuierliche,
hochkapazitive und hoch effektive Massenfertigung von wärmeverarbeiteten Erzeugnissen,
insbesondere von keramischen Erzeugnissen bei Einhaltung einer hohen Qualität. Die
Vorrichtung ist in der Konstruktion sehr einfach und hinsichtlich der Investitionen
und im Betrieb nicht anspruchsvoll. Die kontinuierliche Ausführung der Fertigung
wird durch die Konstruktion des Ofens in der Form eines offenen Ringes ermöglicht.
In der Glutzone des Ofens wird eine vollkommene Steuerung der Glasurbrandkurve erreicht.
Ihre genaue Verfolgung wird durch eine Aufzeichnung der technologischen Werte ermöglicht,
was in den direkten Durchlauföfen bisher sehr kompliziert und zeitraubend war. Die
Kapazität der Fertigung bei einer gleichzeitig hoch effektiven Ausnutzung der Wärneenergie
wird insbesondere im Fall der Anordnung der Tragarme übereinander vergrößert, vorzugsweise
bei einer gleichzeitigen Anordnung der einzelnen technologischen
Böden,
zum Beispiel für das Trockenen, Verglühen und Glasieren. In der Praxis kann man
mit Vorteil 3 bis 10 technologische Böden benutzen. Die konstruktive Anordnung der
Tragrost beseitigt die Anwendung von Unterlagen und von Wagen vollkommen. Dadurch
entfällt auch eine große Menge des Hilfsmaterials, was wieder die Anschaffungskosten
und die Arbeitskosten herabsetzt.
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Die Konstruktion des Raumes des Ofens, die nach dem Prinzip des offenen
Ringes gestaltet ist, bei dem die Abschattung des Glutraumes des Ofens durch einen
freien, nicht abgedichteten Kreisring durchgeführt ist, besitzt den Vorteil, daß
es im Verlauf der Fertigung lediglich zu einem minimalen Verschiiß der einzelnen
Konstruktionsteile der Vorrichtung kommt. Im Vergleich mit Zylinderöfen kommt es
daher zu einer zehnfachen Ersparnis der Betriebskosten. Die Konstruktion des offenen
Raumes ist durch die Ausnutzung des Effekts der sogenannten thermischen Blase ermöglicht,
die durch die angegebene Anordnung und durch die Ausnutzung des Arbeits-Kreisringes
der Glutträger gegeben ist. Die Transportelemente müssen daher weder vertikal noch
horizontal abgedichtet werden. Die hohe Qualität der End-Brandguterzeugnisse wird
ebenfalls durch die Lagerung derselben auf festen Stützen ermöglicht, die im Verlauf
des Brandes die Bewegung der Erzeugnisse, das Verschieben und das Gleiten derselben
verhindern und daher auch die Entwertung derselben unmöglich machen. Die Lagerung
der Brandguterzeugnisse auf minimalen Flächen durch einen punktförmigen oder linienförmigen
Kontakt, zum Beispiel auf Gipfeln der Vorsprünge oder auf Tragbändern der Unterlagen
ermöglicht einen vollkommenen und sehr ökonomischen Ubergang der Wärme der einzelnen
technologischen Sektionen des Ofens in das Erzeugnis. Das Brandguter
Zeugnis
besitzt einen vollkommenen Zutritt der Wärmestrahlung von oben und von unten, was
für das Erzielen einer sehr hohen Geschwindigkeit des Brandes und daher auch der
hohen Kapazität und der Qualität der Ware maßgebend ist. Ein weiterer Vorteil der
Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß die Arbeits-Hauptelemente an einer
einzigen zentralen Welle angebracht sind, die selbst an sich nicht wärmebeansprucht
wird. Mechanisch sind dabei sämtliche Kräfte im Gleichgewicht. Es wird der Grundsatz
der idealen Automatisierung eingehalten, bei der die Fertigungsstücke, zum Beispiel
für die keramische Fertigung Presslinge von der Presse, sich ständig in einer Reihe
für das Trocknen, für den Verglühbrand, für das Glasieren und für den Brand der
Glasur und für das Sortieren befinden.
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Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand von schematisch in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen der Rotorfließstraße nach der
Erfindung näher erläutert.
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Eszeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch die Rotorfließstraße für einen
einmaligen Brand, Fig. 2 einen Grundriß der Rotorfließstraße mit einem Tragrost
und Wärmesektionen, Fig. 3 eine Rotorfließstraße für einen einmaligen Brand mit
etagenartigen Tragrosten im Querschnitt, Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Rotoriließstraße
für einen mehrmaligen Brand von keramischen Erzeugnissen,
Fig.
5 die Lagerung der Brennguterzeugnisse auf geteilten Tragbändern des Querschnitts,
Fig. 6 einen Querschnitt durch die Lagerung der Brandguter zeugnisse.
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Beispiel 1 Die Rotorfließstraße für die Wärmeverarbeitung von Keramikplatten
und von keramischen Fußbodenplatten mit einem einmaligen Brand (Fig,l,2 und 5) besteht
aus einer starren zentralen Welle 2, an deren Nabe 3 sich ringförmig befestigte
Tragarme 4 befinden. Diese werden mit Hilfe eines an ihrem Ende befestigten ringförmigen
Trägers durch ein Reibungsritzel 10 bewegt, das über ein Getriebe durch einen elektrischen
Motor mit der zugeführten Leistung von 0,1 kW angetrieben wird. Die zentrale Welle
2 ist auf einem Untersatz 1 gelagert. An den Enden der Tragarme 4 sind abnehmbar
senkrechte Glutträger 5 angebracht, an denen die einzelnen Teile des durchlaufenden
Tragrostes 6 befestigt sind. Der durchlaufende Tragrost 6 besteht aus gegenseitig
verbundenen einzelnen Teilen des Tragrost 6, wobei ein jeder Teil einen liegenden
Träger 21 aufweist, der mit Tragvorsprüngen 23 versehen ist, die kegelförmig oder
prismenförmig gestaltet sind und mit Vorteil aus feuerfester Keramik hergestellt
sind. Auf den Gipfeln der Tragvorsprünge 23 sind die Brandguterzeugnisse 7 gelagert,
wobei sich ein jedes Erzeugnis mindestens auf drei Tragvorsprünge 23 stützt. Der
Ofen hat die Form eines Ringes und ist auf einem Tragrahmen 15 gelagert. Der Innenraum
des Ofens ist mit einer feuerfesten Isolation 9 versehen, die aus einer feuerfesten
Auskleidung gefertigt ist, in der Heizelemente 8 eingebaut sind. Die
Heizelemente
8 sind in geeigneter Weise in Ebenen oberhalb sowie unterhalb der Fläche der auf
dem Tragrost gelagerten Brandguterzeugnisse 7 angebracht.
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Der Ring des Ofens 11 weist an einer Stelle eine Unterbrechung auf.Hier
ist eine nicht dargestellte Transportvorrichtung eingereiht, an der die Zufuhr und
das Herausnehmen der Brandguterzeugnisse 7 erfolgt. Der Raum des Ofens 11 ist in
eine Trocknungssektion 12 für Temperaturen von 100 bis 3500 C, in eine Verglühbrandsektion
13 für Temperaturen von 350 bis 12000 C und in eine Glasiersektion 14 für Temperaturen
von 150 bis 11000 C durch Wärmetrennwände 17 geteilt. Der Ofen 11 ist an seiner
unteren Seite mit einer durchlaufenden offenen Nut 16 versehen, in die die Glutträger
5 mit dem durchlaufenden Tragrost 6 eingreifen. Die Lade- und Ausladevorrichtungen
der Glutbranderzeugnisse 7 befinden sich auf einer gemeinsamen Ebene mit der Xrockenungssektion
12, der Verglühbrandsektion 19 und der Glasiersektion 14.
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Beispiel 2 Die Rotor£ließstraße für einen einmaligen Brand von keramischen
Erzeugnissen (Fig. 3 und 6) mit einem etagenförmigen Tragrost 6 ist so konstruiert,
daß an den Glutträgern 5 der Tragarme 4 übereinander drei Böden (Roste in drei Etagen)
der Teile des durchlaufenden ringförmigen Tragrostes 6 angeordnet sind. Der durchldufende
Tragrost 6 besteht aus geteilten Tragbändern 22 aus feuerfestem Stahl, die in den
liegenden Träger 21 eingesetzt sind. Auf den Tragbändern 22 sind die Brandguterzeugnisse
7 gelagert. Zwischen den einzelnen Böden des Tragrostes 6 sowie über und unter dem
Tragrost 6 sind Heizelemente 8 angebracht.
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Beispiel 3 Die Rotorfließstraße für einen mehrmaligen Brand bei der
Wärmeverarbeitung von keramischen Erzeugnissen (Fig.4) besteht aus einer starren
zentralen Welle 2, die auf einem Untersatz 1 gelagert ist, mit drei Naben 3. An
jeder Nabe 3 der zentralen Welle 2 sind für je einen ringförmigen Boden Tragarme
4 befestigt. Die Naben und Tragarme befinden sich somit in drei Etagen. In jeder
Etage werden die Tragarme 4 mit Hilfe eines Reibungsritzels 10 angetrieben. Am Ende
der Tragarme 4 sind senkrechte Glutträger 5 angeschlossen, an denen die einzelnen
Teile der ringförmigen Tragroste 6 angebracht sind. Jeder Teil des Tragrostes 6
besteht aus einem liegenden Träger 21, der mit kegelförmigen Tragvorsprüngen 23
versehen ist, auf deren Gipfeln sich die Brandguterzeugnisse 7 befinden. Der Brennofen
ist ebenfalls in Etagen ausgeführt. Er besteht aus drei übereinander angebrachten
Einzelöfen Ii in der Form von nach unten mit einem offenen Schlitz versehenen, hohlen
Ringen, die auf dem gemeinsamen tragrahmen 15 gelagert sind. Die Beförderung der
Brandguterzeugnisse 7 zum Ofen 11 und zwischen den einzelnen technologisch unterschiedlichen
Etagen 18, 19, 20 ist im offenen Zwischenraum des Ringes des Ofens 11 durch nicht
dargestellte Beförderungskonstruktionen sichergestellt. Die Konstruktion des Ofens
11 entspricht den Phasen des technologischen Prozesses des Glasurbrandes. Sie ist
so gelöst, daß sich am höchsten die Trocknungsetage 18 befindet, unter derselben
die Yerglühbrandetage 19 ausgeführt ist und ganz unten die Glasieretage 20angebracht
ist. Die Räume des Ofens des Verglühbrandbodens 19 und des Glasierbodens 20 sind
mit Wärmetrennwänden 17 versehen. Es besteht bei geeigneter Konstruktion die Möglichkeit,
daß die Trocknungsetage 18 nur durch die Wärme der übrigen Etagen des Ofens 11 erwärmt
wird. In
der Verglühbrandetage 19 und in der Glasieretage 20 sind
immer Heizelemente 8 und Wärmetrennwände 17 eingebaut.
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Durch die durchlaufend geformte offene Nut 16 im ersten Raum des Ofens
11 geht ein geteilter Glutträger 5 durch, an dessem Ende die einzelnen Teile des
durchlaufenden Tragrostes 6 befestigt sind.
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In der Praxis können auch mit Vorteil in mehreren Etagen gestaltete
Tragroste 7 verwendet werden.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung kann mit Vorteil auch in der Wärmebearbeitung
von Erzeugnissen in der Maschinenindustrie, in der Nahrungsmittelindustrie oder
in der chemiscnen Industrie und dergleichen benutzt werden.