DE4434780C1 - Einrichtung zur Regelung des Gasdrucks in benachbarten Zonen eines Durchlaufofens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung des Gasdrucks in benachbarten Zonen eines Durchlaufofens.

Erfindungsgemäß umfaßt der Begriff "Durchlaufofen" alle Arten von kontinuierlich arbeitenden Öfen, bei denen das Brenngut an einer Stelle dem Ofen zugeführt wird, dann den Ofen durchläuft und an einer anderen Stelle entnommen wird. Sowohl der Stand der Technik als auch die Erfindung werden nachstehend anhand eines Tunnelofens zum Brennen keramischer Formteile näher beschrieben, ohne den Erfindungsgegenstand insoweit zu beschränken.

Ein Tunnelofen ist üblicherweise in drei Hauptzonen unterteilt, nämlich - in Transportrichtung des Brenngutes - eine Aufheizzone, eine Brennzone und eine Kühlzone.

Wie sich der EP 0 348 603 B1 entnehmen läßt stellt es bis heute ein Problem dar, die Massenstrombilanz der Ofenluft (nachstehend einheitlich Gas genannt) in Abhängigkeit vom jeweiligen Ofen und Brenngut auf das jeweils gewünschte Optimum einzustellen. Dabei treten die Gasmengen und ihre Temperatur in Wechselwirkung. Die Qualität des Brenngutes ist ganz entscheidend vom Temperaturverlauf, der Ofenatmosphäre und der Gasmenge in den einzelnen Ofenzonen sowie der jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit des Gases während der Ofenreise abhängig.

In der DE 41 00 232 C2 wird eine Einrichtung zur Regelung des in einem Ofenraum herrschenden Gasdrucks beschrieben. Dabei geht es vor allem darum, den aktuellen Gasdruck zu ermitteln und anschließend über die Menge des Abgasstromes zu regeln. Konkret wird dazu vorgeschlagen, den Gasdruck über eine regelbare Kaltluftzufuhr im Abgaskanal einzustellen.

Zur Trennung von Gasströmen unterschiedlicher Atmosphäre in verschiedenen Abschnitten eines Ofens beschreibt die EP 0 199 032 B1 eine Einrichtung mit Mitteln zum Abführen mindestens eines Teils des Gasstromes eines ersten Ofenabschnittes unmittelbar vor dem anderen zweiten Ofenabschnitt und zumindest teilweisen Rückführung über Rückführkanäle in die Seitenwände des ersten Ofenabschnitts unter einem Winkel von 90 Grad +/- 20 Grad zur ursprünglichen Strömungsrichtung. Mit anderen Worten: Bei dieser Einrichtung wird eine "Gasbarriere" zwischen benachbarten Ofenabschnitten eingestellt. Auf diese Weise wird vor allem eine Vermischung der Gase in benachbarten Abschnitten eines Durchlaufofens verhindert.

Aus "DE-Z.: Stahl und Eisen 107 (1987) Nr. 18, S. 33 bis 45" sind Hubbalkenöfen bekannt, deren kastenförmiges Grundprofil in zwei Kammern mit getrennt arbeitenden Hubbalkensystemen und zwei Abgaszügen gegliedert ist. Dabei wird die erste Kammer durch Abgasverknüpfung von der direkt beaufschlagten zweiten Kammer beheizt.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß sich die gastech­ nische Abgrenzung benachbarter Zonen eines Durchlaufofens auch auf ganz anderem Wege erreichen läßt, nämlich über die Regelung des Gasdrucks im Übergangsbereich
zwischen benachbarten Zonen.

Dabei liegt der Erfindung gleichermaßen die Aufgabe zugrunde, eine an den jeweiligen Ofen und das Brenngut angepaßte, optimierte Massenstrombilanz des Gases zwischen benachbarten Ofenzonen einzustellen.

In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Regelung des Gasdrucks in benachbarten Zonen eines Durchlaufofens mit folgenden Merkmalen:

• - Einer ersten Meßstelle zur Erfassung des Gasdrucks an einem Ende einer ersten Ofenzone,
• - einer zweiten Meßstelle zur Erfassung des Gasdrucks am Beginn einer zur ersten Ofenzone unmittelbar benachbarten zweiten Ofenzone,
• - einem Zuführorgan zur Einleitung von Gas in die zweite Ofenzone mit Abstand zur zweiten Meßstelle,
• - einem Entnahmeorgan zur Absaugung von Gas aus der zweiten Ofenzone in unmittelbarer Nachbarschaft zur zweiten Meßstelle auf der der ersten Meßstelle abgewandten Seite,

Dabei ist das Entnahmeorgan in Abhängigkeit von den an den Meßstellen zeitabhängig bestimmten Druckverhältnissen zwischen den benachbarten Ofenzonen regelbar.

Mit anderen Worten: Die Erfindung zielt darauf ab, im Übergangsbereich benachbarter Zonen eines Durchlaufofens gleiche Druckverhältnisse einzustellen. Gleiche Druckverhältnisse in benachbarten Zonen haben dann unmittelbar zur Folge, daß zwischen den Zonen kein Gasaustausch stattfinden kann.

Im weiteren wird die Erfindung anhand einer Einrichtung beschrieben, die im Übergangsbereich zwischen einer Brennzone und einer Kühlzone eines Tunnelofens angeordnet ist.

Es ist bekannt, kalte Luft in die Kühlzone eines Ofens einzuspeisen. Je nach Temperatur und Menge der Kühlluft verändern sich die Druckverhältnisse in der Kühlzone. Die erfindungsgemäße Einrichtung trägt nun dafür Sorge, daß sich die variierenden Druckverhältnisse in der Kühlzone nicht auf die benachbarte Brennzone übertragen. Auf diese Weise können die einzelnen Zonen des Durchlaufofens, hier die Brenn- und Kühlzone, individuell eingestellt werden, wodurch sich ein optimierter Ofendurchlauf und eine verbesserte Qualität des Brenngutes erreichen läßt.

Entscheidend für die Funktionstüchtigkeit der Einrichtung ist das Zusammenwirken der beiden Druck-Meßstellen mit dem benachbarten Entnahmeorgan für das Gas (die Ofenluft). Erhöht sich zum Beispiel der Meßwert (P2) der zweiten Meßstelle am Beginn der Kühlzone, während der Meßwert (P1) der ersten Meßstelle am Ende der Brennzone unverändert bleibt, so sinkt das Verhältnis P1/P2 auf einen Wert < 1. Über eine Regeleinrichtung wird nun über das der zweiten Meßstelle benachbarte Entnahmeorgan eine erhöhte Gasmenge aus dem Ofen entnommen, woraufhin der Druck P2 wieder sinkt, bis sich das Verhältnis P1/P2 wieder auf den Wert 1 einstellt.

Im umgekehrten Fall, bei dem der zweite Meßwert (P2) sinkt, also der Druck in der Kühlzone im Übergangsbereich zur Brennzone abfällt steigt das Verhältnis P1/P2 auf einen Wert < 1. Zur Druckerhöhung wird nun über die genannte Regeleinrichtung das Entnahmeorgan gedrosselt, bis der Druckwert an dieser Stelle wieder dem Druckwert P1 entspricht und das Verhältnis P1/P2 wieder 1 beträgt.

Die über das Entnahmeorgan abgesaugte Gasmenge kann über ein entsprechendes Ventil in der Entnahmeleitung gesteuert werden.

Demzufolge ist das Entnahmeorgan so regelbar, daß das jeweils zu einer Zeit bestimmte Druckverhältnis P1/P2 durch Veränderungen der Entnahmemenge des Gases in der zweiten Ofenzone auf einem Wert von 1 konstant gehalten wird. Dabei ist der Wert natürlich über die Zeit betrachtet nicht konstant 1, sondern im Fall von Abweichungen erfolgt die beschriebene Nachregelung.

Das Zuführorgan für die Kühlluft ist beabstandet zu den Meßstellen und dem Entnahmeorgan angeordnet, beispielsweise am Ende der Kühlzone. Aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles ergeben sich konkrete Hinweise, an welcher Stelle dies beispielsweise erfolgen kann. Die Anordnung des Zuführorgans ist im Prinzip jedoch beliebig; es können auch an mehreren Stellen entsprechende Zuführleitungen vorgesehen werden, wie das Ausführungsbeispiel ebenfalls zeigt.

Daraus ergibt sich auch, daß zwischen dem Zuführorgan und dem Entnahmeorgan ein weiteres Entnahmeorgan zum Ausgleich der Massenstrombilanz des in der zweiten Ofenzone vorhandenen Gases angeordnet sein kann.

Bleibt beispielsweise die Temperatur und Menge der zugeführten Luft konstant, sinkt aber die aus dem ersten Entnahmeorgan entnommene Gasmenge, so führt dies unmittelbar dazu, daß über das zweite Entnahmeorgan eine erhöhte Gasmenge weggeführt wird, um die Druckverhältnisse wiederum im beschriebenen Sinne konstant zu halten. Entsprechend ist bei diesem Ausführungsbeispiel auch die zweite Entnahmeeinrichtung meßtechnisch mit den beiden Meßstellen und/oder dem ersten Entnahmeorgan verbunden.

Das zweite Entnahmeorgan ist dann in Abhängigkeit von dem mit Hilfe der Meßstellen erfaßten Druckverhältnis ebenso regelbar wie das erste Entnahmeorgan. Dabei stehen beide Entnahmeorgane in einem Wechselverhältnis.

Um beispielsweise eine Intensivkühlung durchzuführen, sieht eine weitere Ausführungsform vor, vorzugsweise in Durchlaufrichtung des Ofens hinter dem genannten Zuführorgan, unmittelbar benachbart eine Gasentnahmeleitung und eine Gaszuführleitung anzuordnen, über die größere Gasmengen zugeführt und unmittelbar wieder entnommen werden können. Auf diese Weise kann an einer lokal begrenzten Stelle der Kühlzone eine "Sturzkühlung" durchgeführt werden. Die Druckmeßeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art bleibt davon unabhängig.

Die Kühlleistung der genannten Sturzkühleinrichtung kann temperaturabhängig geregelt werden, wobei zwischen der Gaszuführleitung und der Gasentnahmeleitung entsprechend ein Temperatur-Meßfühler im Ofen angeordnet wird.

Ein entsprechender Temperaturfühler kann auch im Bereich des ersten Zuführorgangs vorgesehen werden.

Eine weitere Optimierung der Einrichtung ergibt sich bei einer Ausführungsform, bei der in das den Meßstellen benachbarte Entnahmeorgan eine Leitung einmündet, in die Mischluft zugeführt wird. Mit Hilfe der Mischluft kann ebenfalls eine "Drosselung" der aus dem Ofen abgezogenen Gasmenge erreicht werden.

Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Einrichtung besteht darin, daß sie an bestehenden Ofenanlagen nachgerüstet werden kann.

In der Regel ist eine Kaltluft-Zuführung bereits vorhanden. In diesem Fall bedarf es bei der Grundausführung der Einrichtung lediglich der Anordnung zweier Druckmeßstellen im Übergangsbereich von Brenn- und Kühlzone sowie des Einbaus einer benachbarten Entnahmeeinleitung für die Ofenluft. Die weiteren, vorstehend beschriebenen Merkmale sind danach fakultativ.

Die Einrichtung läßt sich nicht nur zwischen Brenn- und Kühlzone von Durchlauföfen, sondern auch - bei Bedarf - an jeder anderen Stelle anordnen, wobei das Prinzip jedoch unverändert bleibt.

Die Einrichtung ist gleichermaßen für Rollenöfen, Tunnelöfen mit Ofenwagen, Schubplattenöfen oder dergleichen anwendbar.

Selbstverständlich unterliegt die Erfindung auch keinen Beschränkungen hinsichtlich der Art des jeweils zu brennenden Brenngutes. Es müssen lediglich die einzelnen Teile der Einrichtung dimensionsmäßig auf den jeweiligen Anwendungsfall adaptiert werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Dieses zeigt - in schematisierter Darstellung - eine Kühlzone eines Tunnelofens im Anschlußbereich an eine Brennzone mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Regelung des Gasdrucks in beiden Zonen.

Das Bezugszeichen 10 beschreibt den hinteren Abschnitt eines Tunnelofens. Die Transportrichtung des Brenngutes ist durch den Pfeil T angedeutet. An der durch die Linie L gekennzeichneten Stelle befindet sich der Übergangsbereich von der Brennzone B zur Kühlzone K. Unmittelbar vor dem Ende der Brennzone befindet sich eine erste Druckmeßstelle 12 mit einem entsprechenden Drucksensor. Benachbart dazu ist unmittelbar hinter der Trennlinie L eine zweite Meßstelle 14 am Beginn der Kühlzone K angeordnet, die ebenfalls einen Drucksensor aufweist. Über die Drucksensoren wird der Gasdruck an den entsprechenden Stellen der Brenn- bzw. Kühlzone bestimmt. Von den Drucksensoren verlaufen Leitungen in eine Auswerteinheit 16 und von dort zu einem Rechner 18.

In Transportrichtung T ist unmittelbar hinter der zweiten Meßstelle 14 eine Gasentnahmeleitung 20 angeordnet, über die Gas aus der Kühlzone T abgesaugt werden kann. Vom Rechner 18 verläuft eine Leitung 22 zu einem Stellmotor 24, mit dem eine Drosselklappe 26 innerhalb der Entnahmeleitung 20 geregelt werden kann, wie nachstehend noch beschrieben wird.

Beabstandet zur Entnahmeleitung 20 mündet eine Kaltluft- Zuführleitung 28 in die Kühlzone K. Die zugeführte Kaltluftmenge ist ebenfalls über ein motorisch (bei 32) steuerbares Ventil 30 regelbar, und zwar hier in Abhängigkeit von der in diesem Bereich in der Kühlzone K herrschenden Ofentemperatur. Diese wird über einen Temperatur-Meßfühler 34 bestimmt, der - in Transportrichtung T - vor der Zuführleitung 28 angeordnet ist, wobei der Temperaturwert in einem Temperaturregler 36 erfaßt wird, der entsprechend der jeweils gemessenen Temperatur ein Signal auf den Stellmotor 32 abgibt und damit die Kaltluft- Zuführmenge einstellt.

Zwischen der Entnahmeleitung 20 und der Zuführleitung 28 ist eine weitere Entnahmeleitung 38 angeordnet die in ihrem Aufbau grundsätzlich der Entnahmeleitung 20 entspricht. Auch hier läßt sich die jeweils abzusaugende Gasmenge über eine Drosselklappe (ein Ventil) 40 mit Hilfe eines Motors 42 steuern, der die entsprechenden Signale von einem Massenregler 44 erhält (über die Leitung 46), wobei der Massenregler 44 mit dem Rechner 18 meßtechnisch in Verbindung steht (Leitung 48)
Am Ende des Tunnelofens 10, also am Ende der Kühlzone K sind zwei weitere Leitungen 50, 52 angeordnet, wobei die endseitige Leitung 52 der Kaltluftzufuhr und die davor angeordnete Leitung 50 der Gasabsaugung dient. Die Figur zeigt, daß die beiden Leitungen 50, 52 in unmittelbarer Nachbarschaft stehen und zwischen ihnen ein Temperaturmeßfühler 54 angeordnet ist, der die an dieser Stelle im Ofenraum jeweils aktuelle Temperatur mißt und über eine Leitung 56 an einen Temperaturregler 58 gibt, der wiederum einen Motor 60 steuert (über die Leitung 62), wobei der Motor 60 ein zugehöriges Ventil 64 in der Zuführleitung 52, und damit die zugeführte Kaltluftmenge, steuert.

Die Entnahmeleitung 50 ist korrespondierend aufgebaut und umfaßt ein Ventil 66, welches von einem Motor 68 in die jeweils gewünschte Position geführt wird, wobei der Motor 68 sein Signal über eine Leitung 70 von einem Massenregler 72 erhält, der wiederum mit dem Temperaturregler 58 meßtechnisch über die Leitung 74 in Verbindung steht.

Die Funktion der Einrichtung ist wie folgt:
Über die erste Meßstelle 12 wird kontinuierlich der aktuelle Druck (P1) am Ende der Brennzone B gemessen. Analog wird über die zweite Meßstelle 14 kontinuierlich der aktuelle Druckwert (P2) am Beginn der Kühlzone K bestimmt. Über die Auswerteinheit 16 werden die Werte P1 und P2 im Rechner 18 ausgewertet. Ergibt sich, daß zum Beispiel durch eine erhöhte Kaltluftzufuhr über die Leitung 28 der Druck P2 den Druck P1 übersteigt so wird über den Stellmotor 24 anschließend die Drosselklappe 26 geöffnet, so daß eine erhöhte Gasentnahme aus der Kühlzone K erfolgt, woraufhin der Druckwert P2 absinkt. Der Stellmotor 24 und damit die Drosselklappe 26 wird zurückgeführt, sobald P1 gleich P2 ist. Die Druckverhältnisse am Ende der Brennzone werden also mit denen zu Beginn der Kühlzone übereinstimmen, so daß kein Atmosphären­ austausch zwischen beiden Zonen stattfinden kann.

Im umgekehrten Fall wird entsprechend umgekehrt vorgegangen, wie weiter oben bereits erläutert.

Je nach Bedarf kann der Rechner 18 so ausgelegt sein, daß er nicht nur die Drosselklappe 26 öffnet oder schließt, sondern auch das Ventil 40 in der Entnahmeleitung 38, um bereits hier eine erhöhte Gasmenge aus der Kühlzone K zu entnehmen oder die entnommene Gasmenge zu reduzieren.

Die Leitungen 50, 52 am Ende der Kühlzone K dienen einer Schockkühlung des Brenngutes, um dieses am Ofenausgang 76 unmittelbar von Brennhilfsmitteln abnehmen zu können. Dabei wird über die Leitung 52 - temperaturabhängig - (Temperaturfühler 54) Kaltluft zugeführt und unmittelbar davor über die Entnahmeleitung 50 wieder entnommen, so daß an dieser Stelle ein erhöhter Gasaustausch und damit eine erhöhte Kühlwirkung erzielt wird.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Regelung des Gasdrucks in benachbarten Zonen eines Durchlaufofens (10) mit folgenden Merkmalen:

• 1.1 einer ersten Meßstelle (12) zur Erfassung des Gasdrucks P1 an einem Ende einer ersten Ofenzone (B),
• 1.2 einer zweiten Meßstelle (14) zur Erfassung des Gasdrucks P2 am Beginn einer zur ersten Ofenzone (B) unmittelbar benachbarten zweiten Ofenzone (K),
• 1.3 einem Zuführorgan (28) zur Einleitung von Gas in die zweite Ofenzone (K) mit Abstand zur zweiten Meßstelle (14),
• 1.4 einem Entnahmeorgan (20) zur Absaugung von Gas aus der zweiten Ofenzone (K) in unmittelbarer Nachbarschaft zur zweiten Meßstelle (14) auf der der ersten Meßstelle (12) abgewandten Seite,
• 1.5 wobei das Entnahmeorgan (20) in Abhängigkeit von den an den Meßstellen (12, 14) zeitabhängig bestimmten Druckverhältnissen (P1: P2) zwischen den benachbarten Ofenzonen (B, K) regelbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der das Entnahmeorgan (20) so regelbar ist, daß das jeweils zu einer Zeit bestimmte Druckverhältnis (P2: P1) durch Veränderungen der Entnahmemenge des Gases in der zweiten Ofenzone (K) auf einem Wert von 1 konstant gehalten wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Entnahmeorgan (20) aus einer Absaugleitung besteht, in der ein Ventil (26) ansteuerbar angeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der zwischen dem Zuführorgan (28) und dem Entnahmeorgan (20) ein weiteres Entnahmeorgan (38) zum Ausgleich der Massenstrombilanz des in der zweiten Ofenzone (K) vorhandenen Gases angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, bei der das zweite Entnahmeorgan (38) in Abhängigkeit von dem mit Hilfe der Meßstellen (12, 14) erfaßten Druckverhältnissen (P1: P2) regelbar ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der - in Durchlaufrichtung des Ofens - hinter dem Zuführorgan (28) unmittelbar benachbart zur Entnahme bzw. Zuführung größerer Gasmengen eine Gaszuführleitung (52) und eine Gasentnahmeleitung (50) angeordnet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, bei der die Gaszuführ- bzw. Gasentnahmemenge im Bereich der Gaszuführleitung (52) und Gasentnahmeleitung (50) temperaturabhängig (54) regelbar ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der in das den Meßstellen (12, 14) benachbarte Entnahmeorgan (20) eine Leitung zur regelbaren Zuführung von Mischluft einmündet.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der das über das Zuführorgan (28) eingeleitete Gas temperaturabhängig regelbar ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die erste Meßstelle (12) einer Brennzone (B) und die zweite Meßstelle (14) einer Kühlzone (K) des Durchlaufofens zugeordnet sind.