EP3029404B1 - Industrieofensystem - Google Patents

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EP3029404B1
EP3029404B1 EP14195725.8A EP14195725A EP3029404B1 EP 3029404 B1 EP3029404 B1 EP 3029404B1 EP 14195725 A EP14195725 A EP 14195725A EP 3029404 B1 EP3029404 B1 EP 3029404B1
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EP
European Patent Office
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module
oven system
industrial oven
industrial
wall surface
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EP14195725.8A
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Michael KÖNN
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Koenn Thermoprozesstechnik GmbH
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Konn Thermoprozesstechnik GmbH
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    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/0003—Linings or walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
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    • F27D1/0003—Linings or walls
    • F27D1/0006—Linings or walls formed from bricks or layers with a particular composition or specific characteristics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
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    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/04—Casings; Linings; Walls; Roofs characterised by the form, e.g. shape of the bricks or blocks used
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/14—Supports for linings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/18—Door frames; Doors, lids, removable covers
    • F27D1/1858—Doors

Definitions

  • the invention relates to an industrial furnace system with the features of the preamble of claim 1.
  • Furnaces and thermal equipment are used in almost all areas of industry and research for thermal processes.
  • the breadth of use of these systems penetrates almost all industries and processes in the manufacture of products. This results in a variety of furnace designs and technologies. Prefabricated standard solutions are in this case inapplicable. It is often required a very specific approach to the task at hand, which is associated with a high development and engineering effort for the manufacturer.
  • the end user when acquiring such a furnace, the end user must consider how the size and power capacity of the plant should be designed not only for current needs but also for possible future requirements. Not infrequently, this equipment oversized, which leads to unnecessarily high space and energy requirements. If technical or dimensional requirements subsequently change, existing furnaces can usually be adapted only with disproportionate effort, very often must be invested in new stoves.
  • document EP 72081 A1 discloses, for example, an insulating module for use in an electric furnace of a refractory fiber mat of discrete refractory fibers bonded together with an inorganic binder.
  • the module has a hot side, a cold side, and a variety of side surfaces.
  • a plurality of individual ceramic carriers are partially embedded in the mat and protrude from the hot side to the outside.
  • the embedded ones Sections are firmly anchored in the mat.
  • the protruding portions support an electrical resistance heating band inside the furnace.
  • the fiber layers build on a lower panel in planes perpendicular to the hot side of the module.
  • DE 3326463 discloses electrical hot plate modules with a stable support frame of refractory stone material. Support tubes in a fiber core form a lightweight, stable and versatile electric hot plate module.
  • US-A 4,300,882 discloses a modular wall system for industrial furnaces having a plurality of thermal insulation modules comprising an insulation layer mounted in an outer frame.
  • the components of the state of the art must always be integrated into an individually planned overall furnace construction, which requires relevant expert knowledge and makes the overall furnace construction expensive and expensive.
  • the object of the invention is to provide an industrial furnace system with which the disadvantages of the prior art are avoided.
  • At least one heater and electrical connection elements are used for heated wall modules.
  • the system is also preferably supplemented functionally by the provision of likewise modular measurement, control and control units. These make it possible to individually control and regulate each heatable furnace module, so that even demanding tasks with regard to targeted and homogeneous heat input and temperature control can be solved without difficulty.
  • a housing frame 5 made of steel specifies an outer basic module dimension.
  • the housing frame 5 has four-sided circumferential connection points 6, via which the connection to the housing frame 5 of adjacent modules.
  • the housing 5 serves as an outer "support corset” for fixing inside module components such as heating 2 and temperature sensor 1, mounting the heating elements 3 and a heat-resistant heat insulating layer 4.
  • the housing frame 5 forms a cavity on the outside, in the electrical connection elements, such as connectors 8 for the heater. 2 and temperature sensor 1 are housed.
  • the cavity for the electrical connection elements is closed from the outside by a cover 7 for the contact protection.
  • the heat-resistant thermal insulation layer 4 is frictionally connected to the outer housing frame 5 and serves to enclose and support an internal insulation structure of the basic module.
  • the insulation structure is optimized in terms of good thermal insulation and low heat storage capacity.
  • the heat insulating layer 4 establishes the constructive connection to the holder 3 of the heating devices 2. Due to the structural design of the thermal insulation layer 4 dimensional stability of the basic module is achieved while minimizing thermal bridges. Via external surfaces of the thermal insulation layer 4 by means of special sealing strips (not shown), the thermal seal to adjacent modules.
  • the heater 2 is metallic and provided with a ceramic holder 3.
  • the metallic heater 2 of spirally wound heating conductor is threaded meander-shaped and constrained on ceramic support tubes and can therefore radiate its heating energy intensive and evenly free.
  • the ceramic support tubes are in turn received by a circumferential ceramic frame, which is joined at the corners by connectors and connected to the heat insulating layer 4.
  • the live heating device 2 is electrically insulated from the thermal insulation layer 4 by the ceramic components.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Industrieofensystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Öfen und wärmetechnische Anlagen werden in fast allen Bereichen von Industrie und Forschung für thermische Prozesse eingesetzt. Die Bandbreite des Einsatzes dieser Anlagen durchdringt nahezu alle Branchen und Abläufe bei der Herstellung von Produkten. Es resultiert daraus eine Vielzahl von Ofenbauformen und -technologien. Vorgefertigte Standardlösungen sind hierbei in vielen Fällen nicht brauchbar. Es ist oft eine sehr spezifische Herangehensweise an die jeweilige Aufgabenstellung gefordert, was für die Hersteller mit einem hohen Entwicklungs- und Engineeringaufwand verbunden ist. Hinzu kommt, dass der Endanwender bei der Anschaffung eines solchen Ofens abwägen muss, inwiefern Größe und Leistungskapazität der Anlage nicht nur für den momentanen Bedarf sondern auch für mögliche zukünftige Anforderungen ausgelegt sein sollen. Nicht selten werden Anlagen hierdurch überdimensioniert, was zu unnötig hohem Platz- und Energiebedarf führt. Wenn sich technische oder maßliche Anforderungen nachträglich ändern, können bestehende Ofenanlagen meist nur mit unverhältnismäßigem Aufwand angepasst werden, sehr oft muss in neue Öfen investiert werden.
  • Dokument EP 72081 A1 offenbart zum Beispiel ein isolierendes Modul zur Verwendung in einem Elektroofen aus einer feuerfesten Fasermatte aus diskreten feuerfesten Fasern, die mit einem anorganischen Bindemittel miteinander verbunden sind. Das Modul hat eine heiße Seite, eine kalte Seite und eine Vielzahl von Seitenflächen. Eine Vielzahl von einzelnen keramischen Trägern sind teilweise in der Matte eingebettet und ragen von der Heißseite nach außen. Die eingebetteten Abschnitte sind fest in der Matte verankert. Die vorstehenden Abschnitte unterstützen ein elektrisches Widerstandsheizungsband im Inneren des Ofens. Die Faserschichten bauen auf einer unteren Blende in Ebenen senkrecht zu der heißen Seite des Moduls auf.
  • DE 3326463 offenbart elektrische Heizplattenmodule mit einem stabilen Tragrahmen aus feuerfestem Steinmaterial. Tragrohre in einem Faserkern bilden ein leichtes, stabiles und vielseitig einsetzbares elektrisches Heizplattenmodul. US-A 4 300 882 offenbart ein modular Wandsystem für Industrieöfen mit mehreren Wärmeisolationsmodulen, die eine in einem äußeren Rahmen montierte Isolationsschicht umfassen.
  • Die Komponenten des Standes der Technik müssen immer in eine individuell zu planende Ofengesamtkonstruktion integriert werden, was einschlägige Expertenkenntnisse voraussetzt und die Ofengesamtkonstruktion teuer und aufwändig macht. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Industrieofensystem zu schaffen, mit dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
  • Die Lösung erfolgt mit einem Industrieofensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt. Die Erfindung betrifft ein Industrieofensystem aus einem modular integrierten Baukastensystem für elektrisch beheizte Industrieöfen mit Gehäuserahmen, mindestens einer Wärmeisolationsschicht und hitzebeständigen Halterungen als Grundmodule für mindestens ein Wandflächenmodul, mindestens ein Kantenmodul und/oder mindestens ein Eckenmodul und mit Abdichtungselementen. Die Grundmodule sind formstabil und mit gleichartigen, äußeren Verbindungspunkten montierbar zu einer kompletten Ofenkammer mit einem quadratischen Grundraster. Mit diesen Grundmodulen
    ist es möglich, in sehr variabler Weise vielfältige Ofengeometrien aufzubauen. Die einzelnen Module sind dabei so dimensioniert und gestaltet, dass sie dauerhaft formstabil und leicht handhabbar sind. Die Abmessungen der Wandmodule werden durch ein vorgegebenes, quadratisches Grundraster bestimmt, die Kanten- und Eckmodule sind ebenfalls auf dieses Raster abgestimmt. Durch die gleichartigen Verbindungspunkte an den Außenseiten ist es leicht möglich, die Grundmodule miteinander zu einer kompletten Ofenkammer zu kombinieren, wobei Größe und Formgebung hierbei im Prinzip keine Grenzen gesetzt sind. Vorteile des erfindungsgemäßen Industrieofensystems aus einem modular integrierten Baukastensystem gegenüber konventionell geplanten und hergestellten Öfen sind:
    • Für den Hersteller
      • Rationalisierung durch Serienfertigung
      • Erschließung neuer Geschäftsmodelle denkbar, z.B. Dienstleistungs- oder Leihsysteme
    • Für den Ofenbauer/Systemintegrator
      • geringerer Planungsaufwand
      • kürzere Lieferzeiten
      • einfacher Transport
    • Für den Anwender
      • bessere Anlagenverfügbarkeit
      • rationelle Lagerhaltung
      • schnelle Reparatur durch Austausch ganzer Module
      • Investitionskosten orientieren sich nur am aktuellen Bedarf
      • leichte Anpassbarkeit des Ofens an geänderte Rahmenbedingungen
      • flexible Einsatzmöglichkeiten
      • Weiterverwertbarkeit von Modulen am Gebrauchtmarkt
      • ortsunabhängige Verwendung möglich.
  • Vorzugsweise können zu den Grundmodulen mindestens eine Heizeinrichtung und elektrische Anschlusselemente, z.B. Stecker kommen für beheizte Wandflächenmodule.
  • Durch ergänzende, systemkonforme Baukastenelemente können vorzugsweise weitere Funktionen erfüllt werden:
    • Türmodule, beheizt oder unbeheizt
    • Herdmodule zur Ablage der Ofencharge, beheizt oder unbeheizt
    • Wandmodule mit Zusatzfunktionen, z.B. Messdurchführungen, Kühlklappen, Anschlussstutzen, Schaugläser, etc.
    • Innenkanten- und Inneneckmodule für komplexere Ofengeometrien
  • Weiter vorzugsweise funktional ergänzt wird das System durch die Bereitstellung von ebenfalls modularen Mess-, Regel- und Steuereinheiten. Diese ermöglichen es, jedes heizbare Ofenmodul einzeln anzusteuern und zu regeln, so dass hiermit auch anspruchsvolle Aufgaben bezüglich gezielter und homogener Wärmeeinbringung und Temperaturregelung problemlos gelöst werden können.
  • Mittels einer übergeordneten, intelligenten Steuerung und Bedienung können hiermit komplexe Thermoprozesse programmiert, durchgeführt und dokumentiert werden. Ohne weiteres sind hiermit auch einfachere Applikationen durch Zusammenschaltung mehrerer Module machbar.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen:
    • Abbildung 1:
    einen Querschnitt und eine Draufsicht eines eines beheizten Wandmoduls, und
    Abbildung 2:
    eine Draufsicht auf eine aus Grundmodulen aufgebaute und einen Querschnitt durch eine solche Ofenkammer.
  • Abbildung 1: Ein Gehäuserahmen 5 aus Stahl gibt eine äußere Grundmodulabmessung vor. Der Gehäuserahmen 5 hat vierseitig umlaufende Verbindungspunkte 6, über die die Verbindung zu Gehäuserahmen 5 benachbarter Module erfolgt. Der Gehäuserahme 5 dient als äußeres "Stützkorsett" zur Befestigung innenseitiger Modulkomponenten wie Heizung 2 und Temperaturmessfühler 1, Halterung der Heizelemente 3 und einer hitzebeständigen Wärmeisolationsschicht 4. Der Gehäuserahmen 5 bildet außenseitig einen Hohlraum, in dem elektrische Anschlusselemente, wie Steckverbindungen 8 für die Heizeinrichtung 2 und Temperaturmessfühler 1 untergebracht sind. Der Hohlraum für die elektrischen Anschlusselemente wird von außen durch eine Abdeckung 7 für den Berührungsschutz abgeschlossen.
  • Die hitzebeständige Wärmeisolationsschicht 4 ist mit dem äußeren Gehäuserahmen 5 kraftschlüssig verbunden und dient dazu, einen inneren Isolationsaufbau des Grundmoduls einzufassen und abzustützen. Der Isolationsaufbau ist optimiert in Bezug auf gute Wärmedämmung und niedrige Wärmespeicherkapazität. Gleichzeitig stellt die Wärmeisolationsschicht 4 die konstruktive Verbindung zur Halterung 3 der Heizeinrichtungen 2 her. Durch die konstruktive Ausführung der Wärmeisolationsschicht 4 wird Formstabilität des Grundmoduls bei gleichzeitiger Minimierung von Wärmebrücken erreicht. Über Außenflächen der Wärmeisolationsschicht 4 erfolgt mittels spezieller Dichtstreifen (nicht dargestellt) die thermische Abdichtung zu benachbarten Modulen.
  • Die Heizeinrichtung 2 ist metallisch und mit keramischer Halterung 3 versehen. Die metallische Heizeinrichtung 2 aus spiralförmig gewickeltem Heizleiterdraht ist mäanderförmig und zwängungsfrei auf keramischen Tragrohren aufgefädelt und kann dadurch seine Heizenergie intensiv und gleichmäßig frei abstrahlen. Die keramischen Tragrohre werden ihrerseits von einem umlaufenden keramischen Rahmen aufgenommen, welcher an den Ecken durch Steckverbindungen gefügt und mit der Wärmeisolationsschicht 4 verbunden ist. Die spannungsführende Heizeinrichtung 2 ist durch die keramischen Bauteile elektrisch gegenüber der Wärmeisolationsschicht 4 isoliert.
    • Bezugsziffernliste:
    • Abbildung 1
      1
      Temperaturmessfühler
      2
      Heizeinrichtung
      3
      Halterung Heizeinrichtung
      4
      Wärmeisolationsschicht
      5
      Gehäuserahmen
      6
      Verbindungspunkte
      7
      Schutzabdeckung
      8
      Anschlussstecker
    • Abbildung 2
      10
      Beheiztes Wandmodul
      20
      Eckmodul
      30
      Kantenmodul
      40
      Unbeheiztes Wandmodul

Claims (9)

  1. Industrieofensystem aus einem modular integrierten Baukastensystem für elektrisch beheizte Industrieöfen mit Gehäuserahmen (5), mindestens einer innenseitigen Wärmeisolationsschicht (4) und hitzebeständigen Halterungen (3) für Heizelemente (2) als Grundmodule für mindestens ein Wandflächenmodul, mindestens ein Kantenmodul und/oder mindestens ein Eckenmodul und mit Abdichtungselementen, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuserahmen (5) verbunden ist mit der Wärmeisolationsschicht (4), so dass die Wärmeisolationsschicht (4) den äußeren Gehäuserahmen (5) einfasst und abstützt, und benachbarte Grundmodule formstabil und mit gleichartigen, vierseitig umlaufenden Verbindungspunkten (6) am äußeren Gehäuserahmen (5) montierbar sind zu einer kompletten Ofonkammer mit einem quadratischen Grundraster.
  2. Industrieofensystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Heizeinrichtung (2), Halterung der Heizelemente (3) und elektrische Anschlusselemente (8), z.B. Stecker, vorgesehen sind zur Integration mit den Grundmodulen, wobei das mindestens eine Heizelemente (3) über die Halterung mit der Wärmeisolationsschicht (4) verbunden ist.
  3. Industrieofensystem gemäß Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wandflächenmodul beheizt ist.
  4. Industrieofensystem gemäß Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wandflächenmodul als Türmodul ausgebildet ist.
  5. Industrieofensystem gemäß Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Grundmodul als Herdmodul zur Ablage einer Ofencharge ausgebildet ist.
  6. Industrieofensystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wandflächenmodul mit Messdurchführungen, Kühlklappen, Anschlussstutzen, Schaugläsern ausgebildet ist.
  7. Industrieofensystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für komplexere Ofengeometrien das mindestens eine Kantenmodul als Innenkantenmodul und/oder das mindestens eine Eckenmodul als Inneneckenmodul ausgebildet ist.
  8. Industrieofensystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass modulare Mess-, Regel- und Steuereinheiten vorgesehen sind zur einzelnen Ansteuerung und Regelung jedes heizbaren Grundmoduls.
  9. Industrieofensystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Grundmodule zusammenschaltbar sind.
EP14195725.8A 2014-12-01 2014-12-01 Industrieofensystem Active EP3029404B1 (de)

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