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Kontinuierlich arbeitendes Brennaggregat
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierlich arbeitendes
Brennaggregat und insbesondere einen Ofen zum kontinuierlichen Brennen von Keramiken
und ähnlichen Produkten.
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Bei der Herstellung von Keramiken und ähnlichen Produkten werden weit
verbreitet Tunnelöfen einer Bauart verwendet, wie sie in der Fig. 1 dargestellt
ist. Hierbei wird eine Brennkapsel (Muffel), in die das zu brennende Geschirr hineingestellt
wurde, auf einen Keramik-Boden 1 geladen und dann auf einer Fahrbahn 7 vom Punkt
der Einführung durch eine Kammer 5 des Ofens 4 mit Hilfe einer Schiebevorrichtunq
3 zu dem Punkt des Austragens hin bewegt Der Keramik-Boden 1, der bei einem solchen
Brennverfahren verwendet wird, muß stark genug sein, um den durch die Schiebevorrichtung
3 ausgeübten Druck auszuhalten; hierfür ist es erforderlich, daß der Boden eine
hohe mechanische Festigkeit besitzt. Zu diesem Zweck muß der Keramik-Boden dicker
gemacht werden. Demzufolge erreicht die Wärmekapazität des Bodens einen beträchtlichen
hohen Wert, und die Wärmemenge, die zum Erhitzen des Bodens 1 benötigt wird, wird
groß im Vergleich zu derjenigen Wärmemenge, die zum Erhitzen des zu brennenden Geschirrs
auf zuwenden ist. Dies hat eine erhebliche Vergrößerung der durch die Böden verloren
gehenden Wärmemenge und eine Erniedrigung des Temperaturgradienten in dem Ofen zur
Folge. Hierdurch wiederum wird die Erhöhung der Länge des Ofens und der Brenndauer
bedingt. Außerdem werden die Böden im allgemeinen
aus einem keramischen
Material wie Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Schamottestein, Isolierziegeln und dergleichen
hergestellt, und diese Materialien sind nur wenig beständig gegen Wärmestöße, sodaß
sie der Beheizungsgeschwindigkeit und der Abkühlungsgeschwindigkeit des Geschirrs
Grenzen auferlegen und es damit unmöglich machen, mit derartigen Böden solches Geschirr
zu brennen, das ein rasches Aufheizen und ein rasches Abkühlen erfordert. Da die
Böden periodisch (intermittierend) bewegt werden, ist es unmöglich, ein kontinuierliches
Brennen der zu brennenden Ware durchzuführen. Wegen der vorgenannten Gründe dauert
das Brennen der Keramikware lange. Beispielsweise dauert das Brennen der Keramikware
etwa 16 h, da die Aufheizungsgeschwindigkeit und die Abkühlungsgeschwindigkeit auf
etwa maximal 200"C/h begrenzt sind.
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Auf der anderen Seite wird die Entwicklung neuer Brennaggregate für
die Tunnelöfen angestrebt, um den in letzter Zeit beträchtlich gestiegenen Energiekosten
und einem wachsenden Bedürfnis nach einer Verminderung der Brenndauer Rechnung zu
tragen.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb, ein kontinuierlich arbeitendes
Brennaggregat verfügbar zu machen, das ein Brennen mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist weiterhin, ein kontinuierlich
arbeitendes Brennaggregat verfügbar zu machen, das ein Brennen des Geschirrs unter
kontinuierlicher Bewegung ermöglicht.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist außerdem, ein kontinuierlich arbeitendes
Brennaggregat verfügbar zu machen, das eine Einsparung von Energiekosten ermöglicht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein kontinuierlich arbeitendes
Brennaggregat verfügbar gemacht, das einen mit einer Heizvorrichtung ausgerüsteten
Ofenkörper, einer durch diesen Ofenkörper verlaufenden Fahrbahn, Wagen, die für
die Bewegung auf dieser Fahrbahn und für eine Beladung mit Brennkapseln (Muffeln),
die das zu brennende Geschirr tragen, ausgelegt sind sowie eine Vorrichtung zur
Fortbewegung dieser Wagen umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fahrbahn
eine horizontale, in Form einer Schleife geführte Fahrbahn ist, daß eine Vielzahl
von Wagen längs der gesamten Fahrbahn angeordnet ist und daß die Vorrichtung zur
Fortbewegung der Wagen ein schleifenartiges Antriebsglied umfaßt, das längs des
Umfangs der Fahrbahn angeordnet und an die Wagen angekuppelt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
die in einer Schleife verlaufende Fahrbahn mit ebener Oberfläche so ausgeführt,
daß sie parallele lineare Teile aufweist, deren einer sich durch den Ofen hindurch
erstreckt. Außerdem sind benachbart zu dem anderen linearen Teil oder einem gekrümmten
Teil der Fahrbahn, die sich außerhalb des Ofenraums befinden, Stationen zum Beladen
der Wagen mit dem zu brennenden Geschirr und zum Entladen des gebrannten Geschirrs
von den Wagen angeordnet.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden Brennkapseln,
die aus einem keramischen Woll-Material hergestellt sind, eingesetzt, um ein Brennen
des Geschirrs mit hoher Geschwindigkeit zu erreichen.
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Bei dem kontinuierlich arbeitenden Brennaggregat gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die Wagen, die mit dem zu brennenden Geschirr beladen sind, gezogen
und kontinuierlich durch das Antriebsglied über der schleifenförmigen Fahrbahn bewegt,
ohne daß ein mechanischer Stoß auftritt, so daß es möglich ist, Wagen mit geringer
Wärmekapazität einzusetzen. Der Einsatz derartiger Wagen ermöglicht die Durchführung
des Brennens mit hoher Geschwindigkeit und eine Einsparung im Energieverbrauch,
da die durch die Wagen aus dem Ofen ausgebrachte Wärme beträchtlich vermindert werden
kann.
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Die angegebenen und andere Zielsetzungen, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung gehen weiterhin aus der folgenden Beschreibung unter Bezug
auf die beigegebenen Zeichnungen hervor, die in Form von Beispielen eine bevorzugte
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
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Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen herkömmlichen Tunnelofen.
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Fig. 2 zeigt einen diagrammartigen Grundriß eines kontinuierlich arbeitenden
Brennaggregats gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 3 zeigt eine diagrammartige Seitenansicht eines Teils des in
der Fig. 2 dargestellten kontinuierlich arbeitenden Brennaggregats.
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Fig. 4 zeigt eine vergrößerte diagrammartige Seitenansicht eines Teils
des in der Fig. 2 dargestellten Aggregats, die die Kupplung zwischen dem Wagen und
der Antriebsvorrichtung deutlich macht.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 umfaßt ein kontinuierlich arbeitendes
Brennaggregat gemäß der vorliegenden Erfindung eine in einer Schleife geführten
Fahrbahn 11 mit einer waagerechten ebenen Oberfläche 12, eine Anzahl Wagen 13, die
auf der Fahrbahn 11 angeordnet sind sowie eine Antriebsvorrithtung und einen Ofen
körper 25.
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Die in einer Schleife geführte Fahrbahn 11 umfaßt parallele geradlinige
Teile und zwei gekrümmte Teile, die eine horizontale ebene Oberfläche bilden. Einer
der linearen Teile erstreckt sich durch den Ofenkörper 25 hindurch. Der Ofenkörper
25 ist mit einer Anzahl von Widerstandsheizungselementen 27 ausgerüstet, die über
die Länge des Ofens hinweg über der Fahrbahn angeordnet sind. Die Heizelemente können
auch an beiden Seiten der Fahrbahn über die Länge des Ofens hinweg angeordnet sein.
Da der Ofenkörper 25 im allgemeinen in linearer Form konstruiert ist, wird vorzugsweise
der Ofenkörper um den linearen Teil der Fahrbahn 11 angeordnet, wie dies in der
Fig. 2 dargestellt ist.
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Damit die Fig. 2 nicht unnötig kompliziert wird, eigt sie nur einige
Wagen 13. Die Wagen sind sämtlich längs der Fahrbahn 11 angeordnet. Die Zahl und
die Anordnung der Wagen können beliebig gewählt werden. Jeder Wagen 13 ist aus einem
Material mit geringer Wärmekapazität und hoher Beständigkeit gegen thermische Stöße
herge-
stellt, etwa, beispielsweise, aus nichtrostendem Stahl, Aluminium
und ähnlichen Metallen, und mit drei oder vier Rädern 14 ausgrüstet, die unabhängig
voneinander von Gehäusen 29 gehalten werden. Jedes Gehäuse ist um eine Welle 15
drehbar gehaltert, so daß das Rad durch Rotation des Gehäuses 29 um die durch die
Achse der Welle 15 verlaufende Achse in alle Richtungen gedreht werden kann. Die
Vorrichtung zum Antrieb der Wagen umfaßt eine Kette 17, die längs des inneren Umfangs
19 der Fahrbahn 11 angeordnet ist und an Kettenrädern 22, 22' anliegt. Die Kette
17 wird durch ein Antriebs-Kettenrad 22 angetrieben, das wiederum durch einen Motor
20 über Kettenräder 30, 31, eine Kette 21 und ein Kegelrad-Getriebe (nicht eingezeichnet)
angetrieben wird.
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Wie aus der Fig. 4 zu ersehen ist, ist die Kette 17 an jeden der Wagen
13 mittels eines L-förmigen Kupplungsgliedes 18 angekuppelt. Wenn die Kette durch
das Antriebs-Kettenrad 22 angetrieben wird, werden die Wagen 13 über die Fahrbahn
11 bewegt. Der Wagen kann eine ebene Oberfläche mit einer Größe gleich derjenigen
der Bodenfläche der Brennkapsel (Muffel) haben. Die Brennkapsel ist aus einem Material
hergestellt, das gegen die Brennhitze beständig ist, vorzugsweise aus einem keramischen
Woll-Material, das eine niedrige Wärmekapazität und eine hohe Beständigkeit gegen
Wärme-Stöße besitzt. Der Einsatz von Keramik-Wolle, beispielsweise aus Aluminiumoxid,
ermöglicht die Durchführung des Brennvorgangs mit hoher Geschwindigkeit.
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Beim Betrieb wird die zu brennende Ware in eine Brennkapsel 16 gegeben
und in dieser an einer Ladestation 28A auf den Wagen 13 geladen. In der Fig. 2 werden
zwei Brennkapseln auf jeden Wagen 13 geladen, jedoch ist die
untere
Brennkapsel leer und nur zu Regulierung der auf die Ware einwirkenden Wärme zwischen
die obere Brennkapsel und die ebene Oberfläche des Wagens gestellt.
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Der mit einer oder mehreren Brennkapseln 16 beladene Wagen 13 wird
durch die Kette 17 angetrieben und kontinuierlich von der Station 28A zu dem Ofenkörper
25, durch diesen hindurch und dann zu der Station 28B bewegt. Während des Durchgangs
durch die Kammer 26 des Ofens 25 wird die Ware in der Brennkapsel 16 mit einer bestimmten
Aufheizgeschwindigkeit, beispielsweise mit 8000C/h, auf die Brenntemperatur erhitzt,
bei dieser Temperatur durch die von den Widerstandsheizelementen 27 kommende Hitze
gebrannt und dann mit einer bestimmten Abkühlungsgeschwindigkeit, beispielsweise
mit 8000C/h, abgekühlt. Die Ware und die Brennkapsel kommen aus dem Ofen heraus
und werden rasch durch Luft abgekühlt, ohne daß Bruchgefahr der Brennkapsel besteht.
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Wenn die Brennkapsel dann die Station 28B erreicht hat, wird sie von
dem Wagen 13 abgeladen, und eine neue, die mit der zu brennenden Ware beschickt
wurde, wird an der Ladestation 28A auf diesen aufgeladen.
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In der vorstehenden Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung zum Antrieb
der Wagen eine Kette, jedoch kann auch ein beliebiges anderes Glied wie beispielsweise
eine Bandschleife an Stelle der Kette 17 verwendet werden.
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In gleicher Weise kann statt der Kombination aus Motor, Kette und
Zahnrädern auch ein anderer Antriebsmechanismus verwendet werden.
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In dem solchermaßen konstruierten Aggregat werden die Wagen kontinuierlich
durch den Ofenkörper hindurch bewegt, wodurch es möglich wird, das Brennen der Ware
mit
hoher Geschwindigkeit zu erreichen. Beispielsweise läßt sich
das Brennen der Ware in etwa 4 bis 5 Stunden durchführen. Da die Wagen mittels der
Kette gezogen werden und kein mechanischer Schock oder Stoß zur Einwirkung gelangt,
besteht keinerlei Notwendigkeit zum Einsatz von Wagen mit einer mechanischen Festigkeit,
die groß genug ist, um den durch die Schiebevorrichtung ausgeübten Druck auszuhalten,
wie dies bei den konventionellen Tunnelöfen der Fall ist. Es ist auch möglich, leichtgewichtige
Brennkapseln mit niedriger Wärmekapazität und hoher Beständigkeit gegen Wärmeschocks,
beispielsweise aus einem Keramik-Wollmaterial, zu verwenden. Auf diese Weise ist
es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die zum Brennen der Ware erforderliche
Wärmemenge zu senken, woraus sich eine Reduzierung des Energieverbrauchs ergibt.
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Wenn die Wagen aus nichtrostendem Stahl sind und eine Größe von 321
x 321 mm besitzen, beträgt die von dem Wagen freigesetzte Wärme 7172 kJ/h.m2 (1713
kcal/h.m2), was ungefähr der Hälfte der von den Keramik-Böden mit einer Dicke von
165 mm in dem konventionellen Tunnelofen freigesetzten Wärme, d.h. 13632 kJ/h.m2
(3256 kcal/h.m2), entspricht. Der Wärmeinhalt des Bodens in dem Tunnelofen beträgt
158542 kJ/m2 (37867 kcal/m2), wohingegen der Wärmeinhalt des Wagens in dem Aggregat
gemäß der vorliegenden Erfindung 14189 kJ/m2 (3389 kcal/m2) ist, was einer Verminderung
auf etwa 1/11 gleichkommt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Wärmemenge, die zum Erhitzen
der Ware und der Wagen auf die Brenntemperatur benötigt wird, im Vergleich zu derjenigen,
die bei dem konventionellen Tunnelofen erforderlich ist
beträchtlich
vermindert, wodurch eine Senkung des Energieverbrauchs ermöglicht wird. Da die von
den Wagen aufgenommene Wärme gering ist, ist es möglich, hohe Aufhelzungs- und Abkuhlungsgeschwindigkeiten
bis zu 800"C/h zu erreicheh, wodurch es möglich ist das Brennen mit hoher Geschwindigkeit
durchzuführen, nämlich etwa viermal so schnell wie in einem konventionellen Tunnelofen,
bei dem die Aufheizungs- und Abkühlungsgeschwindigkeiten 200ÖC/h betragen.
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