DE4301841C2 - Periodischer Ofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen periodisch (diskontinuierlich) arbeitenden Ofen gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Unter dem Begriff stabförmige Teile werden solche, insbesondere keramische Teile verstanden, deren Länge ein Vielfaches ihrer Breite und Dicke beträgt. Hierzu gehören beispielsweise Rohre, Stäbe, Balken oder dergleichen. Ein spezieller Anwendungsfall, auf den die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist ein periodischer Ofen zum Brennen von Rollen für Rollenöfen.

Derartige Rollen können eine Länge von mehreren Metern aufweisen. Sie bestehen beispielsweise aus Al₂O₃. Je nach Material sind Brenntemperaturen von bis zu 1500, teilweise von bis zu 1700° C notwendig.

Gemäß einem aus der Praxis bekannten Stand der Technik werden derartige Rollen auf ständerartigen Brennhilfsmitteln konfektioniert und in einem Herdwagen- oder Kammerofen ge­ brannt. Je nach Länge der Rollen werden diese Ständer selbst in den Ofen gestellt oder auf einem Ofenwagen angeordnet.

Dabei ist die Ausrichtung der Rollen auf den Ständern vertikal, weil ein horizontaler Brand aufgrund der Verfor­ mungsneigung des keramischen Werkstoffes nicht möglich ist.

Da es aber gerade bei dem genannten Anwendungsfall auf eine hohe Präzision (Maßhaltigkeit) der Rollen während und nach dem Brand ankommt, wird dabei in Kauf genommen, daß über die Brennhilfsmittel (Ständer) einerseits eine nur unbefriedi­ gende Besatzdichte erreicht werden kann und andererseits die sehr große Masse der Brennhilfsmittel mit aufgeheizt und abgekühlt werden muß. Daraus resultiert ein erheblicher Energieverbrauch. Da die Brennzyklen für derartige Rollen bis zu 2 Tage betragen und die Entnahme des Brenngutes und deren Neuzustellung im Ofen weitere 1 bis 1 1/2 Tage benötigt, ist auch die mit einem solchen Ofen erzielbare Leistung unbefriedigend.

Aus der DE 37 18 190 C1 ist ein Unterflur-Speicherofen zum hängenden Brennen keramischer Erzeugnisse, insbesondere von Dachziegeln, bekannt. Der Ofen besitzt eine abnehmbare Ofendecke. Von der Ofendecke verlaufen Exzenterkloben, zwischen denen die keramischen Erzeugnisse verspannt werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen periodischen Ofen zum Brennen von insbesondere stabförmigen Teilen zur Verfügung zu stel­ len, der eine höhere Besatzdichte, eine einfachere Zustel­ lung und einen geringeren Energieverbrauch ermöglicht.

Dabei greift die Erfindung den Gedanken auf, die Ware hängend zu brennen.

Dies gilt auch für das Merkmal, den Ofen mit einer abnehmbaren Ofendecke auszubilden. Auf diese Weise kann die Ofendecke mit den daran hängend konfektionierten Teilen nach einem Brand abgehoben und an einen Ort außerhalb des Ofens ver­ schwenkt werden. Während dann außerhalb des Ofens die Ent­ nahme des Brenngutes und Neuzustellung erfolgt, kann parallel dazu bei Bedarf eine zweite Ofendecke mit bereits vorkonfektionierten Teilen auf die Ofenwände aufgesetzt und ein weiterer Brennzyklus durchgeführt werden.

Dabei entfallen fast jegliche Totzeiten zwischen den einzelnen Brennzyklen.

In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfin­ dung einen periodischen Ofen zum Brennen von insbesondere stabförmigen Teilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

An ihrem, in den Ofenraum ragenden freien Ende sind die Anker so ausgebildet, daß sie korrespondierende Haltemittel für die zu brennenden stabförmigen Teile aufnehmen können. Im einfachsten Fall weisen die Anker dazu an ihrem unteren Ende eine Verdickung auf. Sind zum Beispiel vier Anker an den Eckpunkten einer quadratischen oder rechteckigen Fläche angeordnet, läßt sich zwischen diesen ein entsprechendes quadratisches oder rechteckiges Haltemittel, zum Beispiel eine mit Bohrungen versehene Platte auf diese Verdickungen aufsetzen. Die zu brennenden stabförmigen Teile können dann durch die Bohrungen der Haltemittel geführt und oberhalb der Haltemittel verankert werden, so daß sie nach unten frei hängen. Auch diese Verankerung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Teile an ihrem oberen freien Ende eine radiale Durchbohrung aufweisen, durch die ein Stift gesteckt wird. Diese Stifte können aus einem gebrannten Werkstoff der­ selben Qualität wie die zu brennenden Teile bestehen.

Ebenso ist es aber auch möglich, insbesondere bei der Ver­ wendung von plattenförmigen Ankerelementen, zwischen benach­ barten Ankern im Abstand zueinander stabförmige Haltemittel anzuordnen, zwischen denen dann die zu brennenden Teile angeordnet und auf die zuvor beschriebene Art und Weise hängend befestigt werden.

Die vorgenannten Haltemittel müssen - da sie sich im Ofenraum befinden - aus entsprechend temperaturbeständigen und mechanisch stabilen Werkstoffen bestehen. Hier bieten sich beispielsweise Werkstoffe auf Basis Silicium­ carbid an.

Zur konkreten Ausgestaltung dieses Ofens schlägt die Erfin­ dung eine Vielzahl von Ausführungsformen vor. Dabei ist zunächst vorgesehen, die Ofendecke an einem über und neben dem Ofen angeordneten Traggerüst aufzuhängen. Über dieses Traggerüst kann die Ofendecke abgehoben, seitlich (vorzugsweise nach Öffnen der Tür entlang der Türöffnung) verschwenkt und nach einer Neuzustellung mit Brenngut wieder über den Ofen zurückgeführt und auf die Ofenwände aufgesetzt werden.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn das Traggerüst hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch bewegbar ist. Da die einzelnen stabförmigen Teile - wie nachstehend noch näher erläutert wird - nicht starr an den Ankern befestigt werden können, bietet das in sich stabile Traggerüst den Vorteil einer erschütterungsfreien Bewegung der Ofendecke zwischen Ofen und Montageplatz.

Die Ofendecke kann aus keramischen Segmenten aufgebaut sein, wobei die Segmente an darüber angeordneten Trägern befestigt werden, die selbst wiederum am Traggerüst angelenkt sind.

Die Befestigung der Segmente an den Trägern erfolgt dabei wiederum hängend. Die Segmentbauweise und die hängende Be­ festigung an den Trägern hat den Vorteil, daß bei Bedarf einzelne Segmente zwischen den Brennzyklen ausgetauscht werden können, da alle Bauteile untereinander lösbar be­ festigt sind.

Für die Anordnung der Anker stehen dem Fachmann ebenfalls verschiedene Realisierungsmöglichkeiten zur Verfügung. Grundsätzlich ist es möglich, die Anker an der Unterseite der Ofendecke direkt anzulenken. Da die Anker jedoch bei entsprechendem Besatz eine erhebliche Zugkraft aufnehmen müssen, würde sich diese entsprechend auf die Ofendecke übertragen. Dies würde eine entsprechende Dimensionierung der Ofendecke erfordern. Soweit dies nicht möglich oder gewünscht ist, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, die Anker von außen durch die Ofendecke hindurchzuführen. Die Anker können dabei oberhalb der Ofendecke unmittelbar oder mittelbar an den Trägern oder am Traggerüst lösbar befestigt werden.

Kleinere Toleranzen zwischen den Ankern und den entsprechen­ den Aussparungen in der Ofendecke werden dabei in Kauf ge­ nommen. Es hat sich aber herausgestellt, daß der damit ver­ bundene Energieverlust im Vergleich zu den mit dem Ofen erzielbaren Vorteilen minimal ist.

Die Anker selbst können aus stabförmigen Elementen bestehen, beispielsweise runden oder rechteckigen (quadratischen) Rohren. Sie können auch als Vollprofile gestaltet sein.

Als Werkstoff für derartige Anker stehen beispielsweise rekristallisiertes Siliciumcarbid oder Werkstoffe auf Saphierbasis zur Verfügung.

Die Anker werden mit einem bestimmten Abstand zueinander konfektioniert, wobei der Abstand zwischen den Ankern vorzugsweise jeweils gleich ist. Entsprechend weist die Ofendecke eine Vielzahl von Durchbohrungen auf.

Nach einer alternativen Ausführungsform bestehen die Anker aus plattenförmigen Elementen. Auch in diesem Fall können sie aus den vorgenannten Werkstoffen hergestellt werden.

Die Befestigung der Anker an den Trägern oder am Traggerüst kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Beispiels­ weise können die Anker am oberen freien Endabschnitt Boh­ rungen aufweisen, durch die Stifte gesteckt werden.

Die Ofendecke selbst beziehungsweise ihre Segmente können aus einem keramischen Fasermaterial aufgebaut sein. Es ist aber auch möglich, die Ofendecke oder deren Segmente zu mauern, wobei die Segmente dann untereinander auf bekannte Art und Weise verbunden werden. Zusätzlich können eine so gemauerte Ofendecke oder deren Segmente unter- und/oder oberseitig von einer Fasermatte abgedeckt werden.

Die Auswahl des Werkstoffes für die Ofendecke ist unter anderem auch abhängig von der notwendigen Brenntemperatur im Ofen. So werden heutzutage Faserwerkstoffe bei Ofentempera­ turen bis maximal 1600°C verwendet. Eine gemauerte Ofen­ decke, deren Steine beispielsweise aus Hohlkugelkorund auf­ gebaut sind, kann auch bei höheren Temperaturen eingesetzt werden. Um aufgrund der lösbaren Auflage der Ofendecke auf den Ofenwänden gleichwohl eine ausreichende Dichtigkeit zu erhalten, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, die Ofendecke gegenüber den Ofenwänden über eine Dichtung gas­ dicht anzuschließen.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Ofens sind offensicht­ lich: der Bedarf an Brennhilfsmitteln wird auf ein Minimum reduziert. Die Brennhilfsmittel bestehen nur noch aus den Ankern sowie den zwischen den Ankern aufgespannten Halte­ mitteln. Auf diese Weise wird nur noch eine sehr geringe Menge an Brennhilfsmitteln während des Brennprozesses auf­ geheizt und abgekühlt. Hierdurch läßt sich der Energiebedarf um mindestens 20% verringern. Darüber hinaus wird die Konfektionierung (Zustellung) des Ofens wesentlich verein­ facht. Wie oben ausgeführt, kann bei Verwendung von zwei Ofendecken jeweils eine zugestellt werden, während die andere auf dem Ofen aufliegt und der Ofen betrieben wird.

Die Konfektionierung der Ofendecke erfolgt außerhalb des Ofens an einer Stelle, die leicht zugänglich ist. So können die zu brennenden Teile (zum Beispiel Rollen für Rollenöfen) außerhalb des Ofens nach dem Brand von der Ofendecke abge­ nommen und neues Brenngut eingehängt werden. Die sich da­ durch ergebenden Vorteile verringerter Stillstandszeiten des Ofens wirken sich gleichermaßen positiv auf die Gesamtkosten der Ofenanlage aus. Der Ofen kann ständig betrieben werden, wodurch die Durchsatzleistung erhöht wird. Aber auch die Besatzdichte kann aufgrund der hängenden Anordnung und des Wegfalls der im Stand der Technik verwendeten Ständer noch erhöht werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispieles näher erläutert.

Dabei zeigt die einzige Figur einen vertikalen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Ofen mit zugehörigem Trag­ gerüst.

Der Ofen weist einen Ofenboden 10, vier, mit Brennern 12 bestückte Ofenwände 14 (wovon eine eine Ofentür besitzt) und eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 16 gekennzeichnete Ofendecke auf.

Die Ofendecke 16 ist aus Segmenten 16a zusammengesetzt. Jedes Segment 16a besteht aus einer Vielzahl von unterein­ ander verklebten Steinen 18. Die Segmente sind ober- und unterseitig jeweils von einer keramischen Fasermatte 20 abgedeckt.

Zwischen einzelnen Steinen der Segmente 16a sind Metallaschen 22 befestigt, die die Steinpakete und die Fasermatte 20 nach oben überragen. In dem nach oben vor­ stehenden Abschnitt der Laschen 22 befinden sich Löcher. Durch diese Löcher sind horizontal verlaufende Stangen 24 hindurchgeführt, und an den Stangen 24 sind vertikal verlaufende Zugstangen 26 befestigt. Die Zugstangen 26 wiederum sind an ihrem oberen Ende an horizontal und parallel zur Ofendecke 16 verlaufenden Balken 28 befestigt, die außenseitig auf jeweils paarweise gegeneinander gerichteten U-förmigen Trägern 30 aufliegen.

Wie der Figur zu entnehmen ist, verlaufen die Träger 30 in die Zeichenebene hinein. Dabei wird jedes Segment 16a der Ofendecke 16 von einem Trägerpaar 30 gehalten.

Der Zeichnung läßt sich weiter entnehmen, daß benachbarte Träger 30 benachbarter Segmente 16a einen Abstand zueinander aufweisen, dessen Aufgabe und Funktion nachstehend noch näher beschrieben wird.

Die Träger 30 stützen sich außenseitig auf parallel zur Zeichenebene verlaufenden Profilträgern 32 ab, die ihrer­ seits an einem, die Ofendecke 16 umgreifenden und über­ greifenden Traggerüst 34 befestigt sind.

Das Traggerüst 34 steht randseitig über die Ofendecke vor und wird dort auf hier nicht näher dargestellten hydraulisch arbeitenden Zylindern abgestützt. Die Zylinder dienen dazu, das Traggerüst 34 und damit die am Traggerüst 34 aufgehängte Ofendecke 16 von den Seitenwänden 14 abzuheben beziehungs­ weise auf die Seitenwände 14 aufzusetzen. Zu diesem Zweck ist im Verbindungsbereich zwischen Ofendecke 16 und Seiten­ wänden 14 eine umlaufende, hier nicht näher dargestellte Dichtung angeordnet.

Der zwischen benachbarten Trägern 30 benachbarter Segmente 16a ausgebildete Spalt dient unter anderem dazu, Zug­ anker 36 aufzunehmen, die mit ihrem oberen freien Ende die Träger 30 überragen und nach unten durch entsprechende Öff­ nungen 38 in der Ofendecke 16 in den Ofenraum 40 ragen.

Im oberen freien Endabschnitt weisen die Zuganker 36 Boh­ rungen auf, durch die Stifte hindurchragen, mit denen die Zuganker 36 im Bereich zweier korrespondierender Träger 30 gehalten werden.

Am unteren freien Ende weisen die Zuganker 36 Verdickungen 36a auf, die zur Aufnahme von Balken 42 dienen. Sowohl die Zuganker 36 als auch die Balken 42 bestehen hier aus re­ kristallisiertem Siliciumcarbid.

In Richtung in die Zeichenebene hinein liegen eine Vielzahl von Zugankern 36 benachbart zueinander in einer Ebene, wobei jeweils zwischen zwei, in der Zeichenebene oder zur Zeichen­ ebene parallelen Ebene benachbarten Zugankern 36 ein Balken 42 auf den entsprechenden Vorsprüngen 36a aufliegt.

Der Abstand der Zuganker 36 (senkrecht zur Zeichenebene) und damit der Abstand der Balken 42 ist so gewählt, daß die zu brennenden Rollen 44 durch den zwischen benachbarten Balken 42 ausgebildeten Spalt hindurchgeführt werden können. Die Rol­ len 44, von denen aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit hier nur zwei dargestellt sind, ragen mit ihrem oberen Ende also über die Balken 42 hinaus und weisen dort eine Bohrung auf, durch die ein Stift hindurchgesteckt wird, der seiner­ seits außenseitig auf benachbarten Balken 42 aufliegt.

Auf diese Weise ergibt sich eine hängende Konfektionierung der Rollen 44 zwischen benachbarten Balken 42. Es ist offen­ sichtlich, daß auf diese Weise eine Vielzahl von Rollen 44 nebeneinander zwischen benachbarten Balken angeordnet werden kann. Je nach Dimensionierung des Ofenraums 40 und der Länge der Rollen 44 enden diese mit ihren unteren freien Enden in einem bestimmten Abstand oberhalb des Ofenbodens 10.

In diesem Zustand werden die Rollen 44 gebrannt, und zwar auf an sich bekannte Art und Weise.

Nach dem Brand (und nach der Abkühlung) werden die Hydrau­ likzylinder aktiviert, die dabei die Ofendecke 16 vertikal nach oben anheben, und zwar so weit, bis die Ofendecke von den Seitenwänden gelöst ist. Die Ofentür wird geöffnet. In diesem Zustand wird das Traggerüst 34 und damit die Ofen­ decke 16 mit den zwischen den Balken 42 aufgehängten Rollen 44 seitlich durch die Türöffnung zu einem Entnahmeplatz verfahren. Dort können die gebrannten Rollen 44 entnommen und neue, ungebrannte Rollen 44 auf die beschriebene Art und Weise wieder aufgehängt werden.

Soweit dies aus Kapazitätsgründen gewünscht wird, liegt es im Rahmen der Erfindung, während der Demontage und Neuzu­ stellung der Rollen 44 eine zuvor vorkonfektionierte zweite Ofendecke 16 in umgekehrter Richtung wie zuvor beschrieben über den Ofenraum 40 zu führen und auf die Ofenwände 14 ab­ zusenken, um während der Demontage/Neuzustellung gebrannt zu werden. Auf diese Weise werden Totzeiten des Ofens vermieden.

Claims (15)

1. Periodischer Ofen zum Brennen von insbesondere stabförmigen Teilen mit folgenden Merkmalen:

• 1.1 die Ofendecke (16) ist von den Seitenwänden (14) des Ofens abnehmbar,
• 1.2 von der Ofendecke (16) erstrecken sich eine Vielzahl von Ankern (36) zur hängenden Aufnahme der zu brennenden Teile nach unten in Richtung auf den Ofenraum,
  dadurch gekennzeichnet, daß Haltemittel (42) vorgesehen sind, die zwischen benachbarten Ankern (36) verlaufen und mit den Ankern (36) so verbunden sind, daß die zu brennenden Teile in korrespondierenden Bohrungen der Haltemittel (42) oder zwischen benachbarten Haltemitteln (42) hängend aufnehmbar sind.

2. Ofen nach Anspruch 1, bei dem die Ofendecke (16) an einem über und neben dem Ofen angeordneten Traggerüst (34) aufgehängt ist.

3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Ofendecke (16) aus keramischen Segmenten (16a) aufgebaut ist und die Segmente (16a) an darüber angeordneten Trägern (30) befestigt sind, die selbst wiederum am Traggerüst (34) angelenkt sind.

4. Ofen nach Anspruch 3, bei dem die Segmente (16a) an den Trägern (30) hängend befestigt sind.

5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Anker (36) von außen durch die Ofendecke (16) hindurchragen.

6. Ofen nach Anspruch 5, bei dem die Anker (36) unmittelbar oder mittelbar an den Trägern (30) lösbar befestigt sind.

7. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Anker (36) aus stabförmigen Elementen bestehen.

8. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Anker aus plattenförmigen Elementen bestehen.

9. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Anker (36) an ihrem, in den Ofenraum (40) ragenden freien Ende mit einer Verdickung (36a) zur Aufnahme der Haltemittel (42) ausgebildet sind.

10. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Haltemittel (42) aus stabförmigen Elementen bestehen.

11. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Ofendecke (16) aus einem keramischen Fasermaterial besteht.

12. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Traggerüst (34) hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch bewegbar und so ausgebildet ist, daß die von den Ofenwänden (14) abhebbare Ofendecke (16) anschließend in eine Position außerhalb des Ofenbereichs verfahrbar ist.

13. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Trag­ gerüst (34) entlang eines durch die Türöffnung des Ofens verlaufenden Weges verfahrbar ist.

14. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Ofendecke (16) gegenüber den Ofenwänden (14) über eine Dichtung gasdicht abschließbar ist.

15. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Anker (36) und/oder die Haltemittel (42) aus rekristallisiertem Siliciumcarbid oder Saphir bestehen.