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Wärmebehandlungsofen
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmebehandlungsofen, mit einer
Ofenkammer sowie zumindest einem Brenner, der im Ofeninneren eine offene Flamme
führt und Heizgase zur Beaufschlagung des Behandlungsgutes erzeugt.
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Bei bekannten Wärmebehandlungsöfen dieser Art sind die jeweiligen
Brenner in Höhe des Inneren der Ofen kammer gruppiert, und dabei so, daß die Flamme
und die erzeugten Heizgase im wesentlichen in gleicher Höhe und dabei meist quer
zum Ofenverlauf erzeugt und eingeleitet werden. Hierdurch ergeben sich vielfältige
Nachteile. Zum einen wird die in dem Heizmittel enthaltene Energie nicht optimal
ausgenutzt, da die erzeugten Heizgase sehr schnell vom Brennerbereich weggeführt
werden und nur kurze Strecken im Bereich hoher Temperaturen durchlaufen. Durchweg
wird das zu behandelnde Gut direkt vom Heizgas jedes Brenners im mehr oder weniger
direkten Anstrom erhitzt. Dies birgt die Gefahr einer Randentkohlung und bei Stahl
von Abbrennungen durch Schmelzen in sich, und zwar dort, wo eine direkte FlammenbsßrCihrljng,
vorkommt und dan Rehandlungegut örtlich zu hoch erhitzt wird. Gleichmäßige Temperaturen
herrschen bei derartigen Behandlungsöfen im Inneren der
Ofenkammer
meist nicht Die Zugänglichkeit zum Inneren der Ofen kammer läßt häufig schon deswegen
zu wünschen übrig, weil in Höhe der Ofenkammer an bestimmten Stellen die einzelnen
Brenner sitzen, so daß in diesem Bereich keine Schiebetüren oder sonstigen Zugänge
zum Inneren der Ofenkammer möglich sind Bei öffnen der Schiebetüren besteht in stärkerem
Maße die Gefahr der Zunderbildung durch Luftsauerstoff der in das Innere der Ofenkammer
eindringenden Luft Auch besteht beim Offenen der Schiebetüren die Gefahr daß die
von den Brennern erzeugten Flammen herausschlagen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Wärmebehandlungsofen
der eingangs genannten Art zu schaffen, der all diese aufgezeigten Schwierigkeiten
beseitigt, vor allem eine bessere Ausnutzung der im Heizmittel bereitgestellten
Energie gewährleistet und damit zu höherer Energieausbeute führt; ferner eine möglichst
indirekte Erwärmung des Behandlungsgutes gewährleistet mit einhergehendenD möglichst
gleichmäßigen Temperaturen, der die Gefahr evtl. Randentkohlungen oder des Abbrennens
durch Schmelzen aufgrund zu hoher örtlicher Temperaturen am Behandlungsgut beseitigt,
der ferner die Voraussetzungen dazu schafft, größtmögliche Zugänglichkeit zur Ofenkammer
zu haben der ferner dem Eintritt von Luftsauerstoff und der Gefahr der Zunderbildung
beim Offenen der Schiebetüren entgegenwirkt und auch ein Ausflammen bei geöffneten
Türen verhindert.
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Die Aufgabe ist bei einem Wärmebehandlungsofen der genannten Gattung
erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 - 8.
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Durch die Anordnung der Heizkessel oberhalb der Ofenkammer und durch
die Anordnung tangential ausgerichteter Brenner in Höhe der Heizkessel ergeben sich
folgende Vorzüge. Zum einen wird der Energieinhalt des bereitgestellten Heizmittels,
öl oder Allgas, nahezu optimal ausgenutzt; denn aufgrund der tangentialen Ausrichtung
der Brenner nimmt die Flamme und das erzeugte Heizgas im Heizkessel einen Verlauf
etwa entsprechend einem Zyklon oder einem Wirbel.
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Das Heizgas durchläuft also langgezogene Bahnen und verbleibt relativ
lange im Bereich des Heizkessels und dort, wo die Flammenwirkung herrscht, wo also
die höchsten Temperaturen herrschen. Das Heizgas kommt daher vollständig zum Ausbrennen,
so daß eine optimale Energieausbeute erreicht -ist. Die erzeugten Heizgase sind
im Heizkessel bestrebt, nach oben zu steigen. Sie erzeugen dadurch einen Überdruck
im Heizkessel, der sich dort gleichmäßig verteilt und die Heizgase nach unten und
in das Innere der Ofenkammer hineindrückt. Es wird daher im Bereich der Ofen kammer
ein gleichmäßiges Temperaturniveau erreicht und eine gleichmäßige, indirekte Erwärmung
des Behandlungsgutes in der Ofenkammer erzielt. Die Gefahr evtl. Randentkohlung
oder des Abschmelzens aufgrund örtlich zu hoher Temperaturen am Behandlungsgut ist
gebannt. Da aufgrund der Heizkessel und dortigen Anordnung der Brenner der Bereich
rund um die Ofenkammer frei von Brennern ist, ist dadurch die Voraussetzung dafür
geschaffen, überall dort im Bereich der Ofenkammer wo es wünschenswert ist, Schiebetüren
oder sonstige Zugangsöffnungen anzubringen. Es ist also eine wesentlich größere
Zugänglichkeit zum Inneren der Ofenkammer gegeben. Dies bedeutet zugleich eine wesentlich
bessere Zugänglichkeit zu den Werkstücken innerhalb der Ofenkammer, wobei darüber
hinaus auch
eine Zugänglichkeit durch die Heizkessel her oder bei
abnehmbaren Heizkesseln von oben her gegeben ist. Der im Heizkessel erzeugte Überdruck
führt auch zu größerem Uberdruck im Inneren der Ofenkammer, der beim öffnen der
Türen einem Eindringen von Luftsauerstoff entgegenwirkt. Die Gefahr der Zunderbildung
ist daher gebannt, oder zumindest weitestgehend gemindert. Außerdem ist der erfindungsgemäße
Wärmebehandlungsofen sehr platzsparend, weil die für die Aufstellung der Ofenkammer
benötigte Fläche optimal genutzt werden kann und oberhalb der Ofenkammer, dort also,
wo die Heizkessel angeordnet sind, ohnehin genügend Platz zur Verfügung steht. Ein
weiterer Vorteil besteht darin, daß aufgrund der indirekten Erwärmung beim-öffnen
der Türen der Ofenkammer die Gefahr eines evtl Ausflammens nicht besteht.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung.
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Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur
Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich
durch Nennung der Anspruchs nummer darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese
Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart
zu gelten haben.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen gezeigten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Draufsicht
eines Wärmebehandlungsofens,
Fig. 2 eine perspektivische, zum Teil
geschnittene Ansicht des Wärmebehandlungsofens in Fig. 1, Fig. 3 einen schematischen
Schnitt entlang der Linie III - III in Fig. 2.
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In den Zeichnungen ist schematisch ein Wärmebehandlungsofen 10 angedeutet,
der im Einzelfall als Stoßofen, Kammerofen, Herdwagenofen od. dgl. gestaltet sein
kann.
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Jede spezielle Ofenform ist möglich. Der Wärmebehandlungsofen 10 ist
in üblicher Weise gemauert und außen von einem Metallmantel umgeben. Durch die Ausmauerung
ergibt sich eine innere Ofenkammer 11 mit Boden 12.
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Der Wärmebehandlungsofen 10 ist beim Beispiel gemäß Fig. 1 mit insgesamt
fünf Türen 13 versehen, die in üblicher Weise als hochschiebbare bzw. herabziehbare
Türen gestaltet sind und jeweils an den verschiedenen Stellen einen Zugang zur Ofenkammer
11 und darin befindlichen Behandlungsgut möglich machen.
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Der Wärmebehandlungsofen 10 hat als Besonderheit zumindest einen,
beim gezeigten Ausführungsbeispiel zwei, etwa domartig auf der Ofenkammer 11 sitzenden
Heizkessel.14, der im Querschnitt zumindest in etwa kreisförmig oder oval gestaltet
ist. Der vom Heizkessel 14 umschlossene Innenraum 15 steht mit dem Inneren der Ofenkammer
11 in Verbindung. Der Heizkessel 14 ist feuerfest ausgekleidet und außen von einem
Blechmantel 16 umschlossen. In Abstand oberhalb der Ofenkammer 11 sitzen am Heizkessel
14 zwei Brenner 17, die jeweils eine offene Flamme entwickeln und die Heizgase zur
Wärmebehandlung des Behandlungsgutes erzeugen. Jeder Brenner 17 ist dabei zumindest
im wesentlichen tangential zum Heizkessel 14 angeordnet, so daß die davon
erzeugten
Heizgase im wesentlichen tangential in den Innenraum 15 des Heizkessels 14 eingeleitet
werden.
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Die beiden Brenner 17 sind mit gleichen Umfangswinkelabständen voneinander
gruppiert. Je nach Gestaltung kann ein Brenner 17 ausreichend sein, ebenso wie auch
drei und mehrere Brenner je Heizkessel 14 zur Anwendung kommen können, und zwar
immer in zumindest im wesentlichen tangentialer Anordnung.
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Die beiden Heizkessel 14 sind gemäß Fig 1 in Reihe hintereinander
oberhalb der Ofenkammer 11 gruppiert.
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Je nach Art und Größe e des Wärmebehandlungsofens reicht entweder
ein Heizkessel 14 aus oder sind drei und mehrere Heizkessel in Reihe hintereinander
und/oder nebeneinander angeordnet.
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Fig. 3 zeigt, daß jeder Heizkessel 14 am oberen Kesselende einen z.B.
abnehmbaren Deckel 18 aufweist. Dies ergibt eine leichte Zugänglichkeit durch den
Innenraum 15 des Heizkessels 14 zum Inneren der Ofenkammer 11.
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Zusätzlich dazu oder statt dessen kann jeder Heizkessel 14 auch lösbar,
insbesondere abhebbar, mit der Ofenkammer 11 verbunden sein. Statt dessen, z.B.
bei abnehmbarem Deckel 18, kann jeder Heizkessel 14 auch integrierter Bestandteil
der Ofenkammer 11 sein und in dessen Ausrnauerung einbezogen sein. Dies ist in Fig.
3 angedeutet.
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Insbesondere dann, wenn mit relativ niedrigen Temperaturen im Inneren
der Ofenkammer 11 gearbeitet wird, kann es vorteilhaft sein, unterhalb des Bodens
12 der Ofenkammer 11 mehrere quer von einer Breitseite zur anderen durchlaufende
Heizkanäle 19 anzuordnen, die über jeweils endseitige Verbindungskanäle 20, 21 mit
dem Inneren der Ofenkammer 11 in Verbindung stehen, so daß
die
im Inneren der Ofenkammer 11 wirkenden Heizgase auch die Heizkanäle passieren können.
Die einzelnen Heizkanäle 19 sind dann, in Längsrichtung der Ofenkammer 11 betrachtet,
über im einzelnen nicht dargestellte Stichkanäle miteinander verbunden, wobei die
Stichkanäle so angeordnet und bemessen sind, daß ein tragfähiger Boden 12 erhalten
bleibt. An das System der Heizkanäle 19 ist zumindest ein Abgaskanal 22 angeschlossen,
der beim Beispiel gemäß- Fig. 2 nach oben abgeht, ebensogut aber auch zur Seite
oder nach unten abstreben kann.
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Im Betrieb des Wärmebehandlungsofens 10 erzeugen die tangential angeordneten
Brenner 17 im Innenraum 15 des Heizkessels 14, somit also weit oberhalb des Behandlungsgutes,
Heizgase, die etwa zyklonartig im Innenraum 15 jedes Heizkessels 14 geführt werden,
und zwar bedingt zum einen durch die tangentiale Anordnung jedes Brenners 17 und
zum anderen durch die im wesentlichen kreiszylindrische oder ovale Gestaltung des
Innenraumes 15 jedes Heizkessels 14. Die -erzeugten Heizgase verlaufen in einem
Wirbel kreisförmig im Innenraum 15, dessen Zentrum sich zumindest etwa mit der Mittelachse
des Innenraumes 15 des Heizkessels 14 deckt. Dabei sind diese Heizgase, zunächst
beim Anheizen, bestrebt, im Heizkessel 14 nach oben in Richtung zum Deckel 18 aufzusteigen.
Aufgrund dieser Tendenz der aufsteigenden Heizgase wird im Innenraum 15 des Heizkessels
14 ein Überdruck erzeugt, der sich im wesentlichen gleichmäßig im Innenraum 15 von
oben nach unten verteilt. Der Überdruck entsteht zunächst im oberen Bereich des
Innenraumes 15 und entwickelt sich dann auch in den tieferliegenden Bereichen des
Innenraumes 15. Durch diesen erzeugten Oberdruck werden die von den tangentialen
Brennern 17 erzeugten Heizgase im Innenraum 15 des
Heizkessels
14 nach unten und in das Innere der Ofenkammer 11 gedrückt. Dadurch gelangen also
die Heizgase in die Ofenkammer 11, wo das auf dem Boden 12 befindliche Behandlungsgut
dann mit den Heizgasen beaufschlagt wird. Über die Verbindungskanäle 20, 21 gelangen
die Heizgase außerdem unter den Boden 12 in die dortigen Heizkanäle 19, so daß'der
Boden 12 der Ofenkammer 11 von unten her ebenfalls sehr schnell auf die nötige Temperatur
gebracht wird und seinerseits im Bereich der Kontaktfläche die Wärme an das Behandlungsgut
übergeben kann.
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Die besondere, erläuterte Ausbildung hat folgende Vorzüge. Dadurch,
daß das durch die tangentialen Brenner 17 im Heizkessel 14 erzeugte Heizgas lange
Wege im Zyklon innerhalb des Innenraumes 15 zurücklegt, also sehr lange im Bereich
des domartigen Heizkessels 14 verweilt, und zwar ein Mehrfaches der sonst bei bekannten
Wärmebehandlungsöfen gegebenen Verweildauer in der Ofen kammer, können die Heizgase
vollständig ausbrennen. Ihr Energieinhalt kann also voll genutzt werden. Es wird
eine bessere Energieausbeute des bereitgestellten Brennstoffes, Allgas oder öl,
erreicht Da das Behandlungsgut in der Ofenkammer nicht unmittelbar mit den Heizflammen
der Brenner 17 in Berührung kommt, und auch im entferntesten diese Gefahr nicht
besteht, wird eine sonst vorkommende Randentkohlung beim Behandlungsgut oder ein
Abbrennen z.B. bei Stahl verhindert, eine Folge sonst zu hoher örtlicher Temperaturen.
Aufgrund der statt dessen erreichten indirekten Erwärmung des Behandlungsgutes durch
die im Heizkessel 14 mittels des erzeugten Überdruckes nach unten drückenden Heizgase
wird sichergestellt, daß das Behandlungsgut überall eine gleichmäßige Durchwärmung
und Temperierung erfährt.
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Die erzeugte indirekte Erwärmung verhindert auch
sonstige
örtlich hohe Temperaturbeanspruchungen der Ofenkammer. Der in jedem Heizkessel 14
erzeugte Überdruck führt auch im Inneren der Ofenkammer 11 zu einem beachtlichen
Überdruck. Dieser wirkt einem Einströmen von Luft in das Innere der Ofenkammer 11
entgegen, vor allem auch beim öffnen der Schiebetüren 13, so daß die Gefahr einer
Zunderbildung unter Einfluß von Luftsauerstoff im Inneren der Ofenkammer 11 nahezu
völlig gebannt ist. Ferner ist der gesamte Wärmebehandlungsofen 10 bei dieser Ausbildung
einfach, platzsparend und von allen Seiten sehr leicht zugänglich. Im Vergleich
zu bekannten Wärmebehandlungsöfen 10, bei denen sich die normal angeordneten Brenner
in Höhe der Ofenkammer 11 befinden und dort entsprechenden Platz besetzen, ist durch
die erfindungsgemäße Gestaltung mit den oberen Heizkesseln 14 und tangentialen Brennern
17 daran die Möglichkeit geschaffen, unterhalb der Heizkessel 14 im Bereich der
Ofenkammer 11 überall dort, wo es wünschenswert ist, Schiebetüren 13 vorzusehen,
so daß man in Höhe der Ofenkammer 11 ringsum eine gute Zugänglichkeit zum Inneren
der Ofen kammer und zum Boden 12 mit Behandlungsgut darauf hat. Dadurch wird die
für die Aufstellung des Wärmebehandlungsofens 10 notwendige Fläche also optimal
ausgenutzt. Die Anordnung der Heizkessel 14 mit tangentialen'Brennern 17 oberhalb
der Ofenkammer 11 schafft keine zusätzlichen Platzschwierigkeiten, da in der Höhe
oberhalb der Ofenkammer 11 immer genügend Platz zur Verfügung steht. Die abnehmbaren
Deckel jedes Heizkessels 14 und/oder die Abhebbarkeit der Heizkessel 14 selbst gewährleisten
eine weitere, gute Zugänglichkeit zum Inneren der Ofenkammer 11 und zum Behandlungsgut
von oben her. Ein weiterer, ebenfalls durch die Anordnung der Heizkessel 14 und
tangentialen Brenner 17 bedingter Varteil liegt darin, daß kein Ausflammen beim
öffnen der Schiebetüren 13 zu befürchten ist, wie bei bekannten
Wärmebehandlungsöfen>
denn die Flammenentwicklung erfolgt bei den tangentiexlen Brennern 17 oberhalb der
Ofenkammer im Innenraum 15 jedes domartigen Heizkessels 14, so daß auf keinen Fall
die Gefahr besteht9 daß Flammen bis in den Bereich der Türöffnung beim Aufschieben
der Türen 13 gelangen können.
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