EP3857147B1

EP3857147B1 - Vorrichtung zum vorwärmen stangenförmiger werkstücke

Info

Publication number: EP3857147B1
Application number: EP19770017.2A
Authority: EP
Inventors: Uwe GÜNTER; Joachim Sokoll
Original assignee: extrutec GmbH
Current assignee: extrutec GmbH
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2023-03-01
Anticipated expiration: 2039-09-12
Also published as: PL3857147T3; EP3857147A1; US11519668B2; ES2945324T3; WO2020064360A1; US20220034587A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vorwärmen stangenförmiger, metallischer Werkstücke, insbesondere Aluminiumstangen, mittels einer durch Restoder Abwärme eines in einer Aufheizvorrichtung zur Aufheizung der Werkstücke erfolgenden Verbrennungsprozesses beheizten Fluidströmung, wobei die Vorrichtung eine Vorwärmkammer zur Aufnahme des Werkstücks aufweist.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art kommen insbesondere zum Einsatz in Kombination mit Gasschnellanwärmöfen. Die in den Gasschnellanwärmöfen entstehenden Abgase werden im Stand der Technik dazu benutzt eine Vorwärmzone des Gasschnellwärmofens zu erhitzen. Außerdem ist bekannt die Abgase, die den Gasschnellanwärmofen verlassen und immer noch eine Temperatur von etwa 200°C bis 300°C aufweisen zu nutzen, um die Verbrennungsluft des Gasschnellanwärmofens vorzutemperieren. Alternativ ist bekannt die den Gasschnellanwärmofen verlassenden Abgase in ein Vorwärmmagazin, insbesondere in ein Stangenvorwärmmagazin zu leiten, um dort unmittelbar das zu erwärmende Material, insbesondere die Stangen, vorzuwärmen.
Die Aufwärmung der stangenförmigen Werkstücke in den Gasschnellanwärmöfen erfolgt über eine direkte Flammeneinwirkung auf das Material, wobei es, wie oben skizziert, bereits bekannt ist, die dabei gebildete und als Abgas aus den Gasschnellanwärmöfen abgeführte Verbrennungsluft zur Vorwärmung von stangenförmigen Werkstücken zu nutzen, die in einem Vorwärmmagazin zur nachfolgenden Einführung in den Gasschnellanwärmöfen bereitgehalten werden. in diesen von der Anmelderin bereits eingesetzten Vorwärmmagazinen erfolgt zum Vorwärmen der stangenförmigen Werkstücke eine unmittelbare Beaufschlagung der Werkstücke mit dem als Fluidströmung ausgebildeten Abgas, derart, dass die Fluidströmung über die Oberfläche der stangenförmigen Werkstücke geleitet wird.
Aufgrund der relativ geringen Wärmekapazität einer Gasströmung und der in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit relativ kurzen Kontaktzeit zwischen den Gasmolekülen und der Oberfläche der stangenförmigen Werkstücke ergibt sich ein relativ schlechter Wirkungsgrad bei der Wärmeübertragung von der gasförmigen Fluidströmung auf die stangenförmigen Werkstücke.
Aus der DE 10 2005 058 812 A1 ist eine Vorrichtung zum Erwärmen von wenigstens einer Stranggussstange bekannt bei der sich eine Flüssigkeitsausgabeeinrichtung parallel zur einer Längsachse im Aufnahmebereich einer Vorwärmkammer angeordneten Werkstücks erstreckt, wobei Düsen als Ausgabeöffnungen der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung über den gesamten Umfang verteilt angeordnet sind und über die Düsen unter Hochdruck ein Vorwärmeübertragungsfluid auf die Stranggussstange geschossen wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorwärmvorrichtung vorzuschlagen, die einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
Erfindungsgemäß ist zur Übertragung der Wärme von der Fluidströmung auf ein Wärmeträgerstrom in einer Fluidstromleitung zwischen einem Fluidstromanschluss und der Aufwärmkammer eine Wärmetauschereinrichtung vorgesehen, derart, dass die Vorwärmung des Werkstücks mittelbar über den in der Wärmetauschereinrichtung von der Fluidströmung aufgeheizten Wärmeträgerstrom erfolgt.
Die erfindungsgemäße indirekte oder mittelbare Vorwärmung der stangenförmigen Werkstücke, bei der die Beaufschlagung der Werkstücke nicht unmittelbar über die Abgasströmung aus der Aufheizvorrichtung erfolgt, sondern die die Zwischenschaltung eines Wärmeträgerstroms vorsieht, mit der Möglichkeit, dass für die Ausbildung des Wärmeträgerstroms verwendete Fluid hinsichtlich seiner Wärmeträgerkapazität zu optimieren, ermöglicht eine wesentliche Steigerung der Effektivität der Wärmeübertragung von der Abgasströmung auf das Werkstück.
Insbesondere dann, wenn der Wärmeträgerstrom aus einer Flüssigkeit gebildet ist, kann die im Vergleich zu einem Gas bei einer Flüssigkeit vorhandene Benetzungsfähigkeit, die eine entsprechende Verweil- oder Kontaktdauer der Flüssigkeit auf dem Werkstück ermöglicht, zu einer erheblichen Steigerung der Effektivität führen.
Sowohl hinsichtlich der prozesstechnischen Handhabung als auch der einfachen Verfügbarkeit hat sich die Ausbildung des Wärmeträgerstroms als Wasserstrom als besonders vorteilhaft erwiesen.
Insbesondere dann, wenn die Aufwärmkammer rohrförmig ausgebildet ist mit einer oberhalb eines Aufnahmebereichs zur Aufnahme des Werkstücks angeordnete Flüssigkeitsausgabeeinrichtung zur Beaufschlagung einer Oberseite des Werkstücks mit dem aus der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung austretenden, vorzugsweise als Wasserstrom ausgebildeten Wärmeträgerstrom, sind besonders gute Ergebnisse bei der Wärmeübertragung in Kombination mit einem besonders wirtschaftlichen Betrieb der Vorrichtung erreichbar, da nach Austritt des Wasserstroms aus der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung eine durch Schwerkraft bewirkte Benetzung der Oberfläche des Werkstücks erfolgt, wenn die auf die Oberseite des Werkstücks aufgegebene Flüssigkeit bei zylinderförmig ausgebildeten Werkstücken allein durch die Schwerkraft bedingt sich über die gesamte Oberfläche des Werkstücks ausbreiten kann.
Eine besonders einfache Ausbildung der Vorrichtung mit gleichzeitig möglichst großflächiger Einwirkung auf die Oberfläche des Werkstücks wird möglich, wenn sich die Flüssigkeitsausgabeeinrichtungerfindungsgemäß parallel zur Längsachse eines im Aufnahmebereich der Vorwärmkammer angeordneten Werkstücks erstreckt.
Ebenfalls erfindungsgemäß weist die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung eine sich in Längsrichtung der Aufnahmekammer erstreckende Reihe von Ausgabeöffnungen zur Ausbildung einer weitestgehend kontinuierlichen Benetzung auf der Oberseite des Werkstücks auf, so dass sichergestellt ist, dass sich über die Längsachse des Werkstücks während der Vorwärmung kein wesentlicher axialer Temperaturgradient ausbildet. Wenn die Vorwärmkammer als Durchlaufkammer ausgebildet ist, mit einer an der ersten Stirnseite ausgebildeten Eintrittsdichtung und einer an einer gegenüberliegenden Stirnseite ausgebildeten Austrittsdichtung, kann die Vorwärmvorrichtung in einen kontinuierlichen Betrieb einer Gesamtanlage eingegliederte werden, die in besonders vorteilhafter Ausführung neben der Vorwärmvorrichtung bzw. in einer nachfolgenden Anordnung mit der Vorwärmeinrichtung einen Gasschnellanwärmofen. Die Dichtungen, also die Eintritts- und Austrittsdichtungen können als Schleifdichtungen ausgeführt sein, deren Öffnung an den jeweiligen Querschnitt, insbesondere Durchmesser, des Werkstücks angepasst, sodass eine schleifende Anlage der Dichtung, insbesondere der Öffnung an dem Werkstück realisiert wird.
Vorzugsweise sind die Wärmetauschereinrichtung und die Aufwärmkammer in einem Wärmeträgerkreislauf angeordnet, derart, dass zwischen der Wärmetauschereinrichtung und der Vorwärmkammer eine Zuführleitung und zwischen der Vorwärmkammer und der Wärmetauschereinrichtung eine Rückführleitung ausgebildet ist.
Wenn zwischen der Aufwärmkammer und der Rückführleitung ein Wärmeträgertank angeordnet ist, derart, dass der aus der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung in den Aufnahmebereich der Vorwärmkammer abgegebene Wärmeträgerstrom aus der Vorwärmkammer in den Wärmeträgertank und aus dem Wärmeträgertank in die Wärmetauschereinrichtung gelangt, kann trotz der drucklosen bzw. schwerkraftbedingten Leitung des Wärmeträgerstroms über die Oberfläche des Werkstücks ein kontinuierlicher Betrieb der Wärmeträgervorrichtung bzw. Umlauf des Wärmeträgerstroms in der Wärmeträgervorrichtung sichergestellt werden. Darüber hinaus kann der Wärmeträgertank zu einer weiteren Zwischenerwärmung des Wärmeträgerstroms genutzt werden.
Wenn parallel zur Vorwärmkammer zwischen der Zuführleitung und dem Wärmeträgertank eine Bypassleitung angeordnet ist, wobei die Bypassleitung und ein die Bypassleitung mit der Vorwärmkammer verbindender Zuführleitungsabschnitt jeweils mit einer Absperrventileinrichtung versehen ist, ist es möglich, unabhängig von der Beaufschlagung eines Werkstücks mit dem Wärmestrom in der Aufwärmkammer zumindest eine durch die Bypassleitung und die Wärmetauschereinrichtung zirkulierende Teilmenge des Wärmestroms aufzuheizen und erst nach Erreichen einer definierten Solltemperatur des Wärmestroms durch entsprechende Einstellung der Absperrventileinrichtungen eine Beaufschlagung des in der Aufwärmkammer angeordneten Werkstücks durchzuführen.
Vorzugsweise ist die Vorwärmkammer mit einer an die Werkstückgeometrie anpassbaren Aufnahmeeinrichtung zur abstützenden Aufnahme des Werkstücks versehen, so dass sich insbesondere eine Anpassung der Aufnahmeeinrichtung an die Werkstücklänge vornehmen lässt.
Vorzugsweise ist die Aufnahmeeinrichtung als Transporteinrichtung zum Transport des Werkstücks in Längsrichtung der Vorwärmkammer ausgebildet, so dass auf die Bereitstellung einer zusätzlich zur Aufnahmeeinrichtung ausgebildeten Transporteinrichtung verzichtet werden kann.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Aufnahmeeinrichtung als Rotationseinrichtung zur Rotation des Werkstücks um die Werkstücklängsachse ausgebildet ist, da somit insbesondere auch Werkstücke, die abweichend von einem rotationssymmetrischen Querschnitt etwa einen mehreckigen Querschnitt mit eben ausgebildeten Teilflächen an der Oberfläche des Werkstücks aufweisen, durch eine geeignete Drehung des Werkstücks um die Werkstücklängsachse, derart, dass auf allen Teilflächen ein schwerkraftbedingter Flüssigkeitsablauf möglich ist, auf ihrer gesamten Oberfläche mit dem Wärmestrom beaufschlagt werden können.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung kann zudem vorgesehen sein, dass der Wärmeträgerkreislauf eine Reinigungseinrichtung, insbesondere eine Hochdruckreinigungseinrichtung, umfasst, wobei die Reinigungseinrichtung über zumindest eine zusätzliche Flüssigkeitsausgabeeinrichtung zur Beaufschlagung einer Oberfläche des Werkstücks mit dem aus der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung austretenden Wärmeträgerstroms umfasst. Durch diese Ausführungsform wird in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht, dass der Wärmeträgerkreislauf und der darin befindliche Wärmeträger oder Wärmeträgerstrom nicht nur zur Vorwärmung des Werkstücks sondern auch zur Reinigung oder Vorreinigung des Werkstücks genutzt werden kann, wobei in besonders vorteilhafter Weise lediglich ein einziger oder gemeinsamer Wärmeträgerkreislauf benötigt wird und dadurch in ebenfalls vorteilhafter Weise der entsprechend aufgewärmte oder vorgewärmte Wärmeträger zur Reinigung oder Vorreinigung des Werkstücks benutzt werden kann, wodurch einerseits die Reinigungsleistung gesteigert wird und wodurch andererseits die Vorwärmung des Werkstücks weiter gesteigert, zumindest aber nicht verschlechtert oder beeinträchtigt wird.
Entsprechende Reinigungseinrichtungen, insbesondere Hochdruckreinigungseinrichtungen dienen in der Regel dazu Verunreinigungen zu entfernen, die durch die Lagerung, den Transport od.dgl. auf der Oberfläche des Werkstücks vorhanden sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um Staub, Sand, Fette, Öle aber auch aggressivere Verunreinigungen, wie beispielsweise Tierexkremente od.dgl. handeln.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass durch den sowieso vorhandenen Wärmeträgerstrom, insbesondere bei einer Ausbildung eines Wärmeträgerkreislaufs, in besonders vorteilhafter und effektiver Weise zusätzlich zur Vorwärmung des Werkstücks auch die Vorreinigung oder Reinigung des Werkstücks erfolgen kann. Besonders vorteilhaft kann dabei vorgesehen sein, dass in Vorschubsrichtung des Werkstücks oder in Transportrichtung des Werkstücks die Reinigungseinrichtung der Vorwärmkammer nachgeordnet angeordnet ist. Dies führt zu dem besonderen Vorteil, dass die Oberfläche des Werkstücks bei der Bearbeitung oder Behandlung mit der Flüssigkeitsausgabe oder Wärmestromausgabe im Rahmen der Reinigungseinrichtung bereits entsprechend vorgewärmt ist, sodass Verschmutzungen, Anhaftungen oder Verunreinigungen der Oberfläche des Werkstücks einfacher und besser mit dem Wärmeträgerstrom gelöst und abgetragen oder abtransportiert werden können. Dies ist auch deshalb vorteilhaft, weil dem Wärmeträgerstrom in der Regel keine Reinigungsmittel, beispielsweise Tenside, zugesetzt werden können oder zugesetzt werden sollen, weil der Wärmeträgerstrom im Rahmen des Wärmeträgerkreislaufs nicht nur für die Reinigung des Werkstücks sondern auch für die Vorwärmung des Werkstücks benutzt oder verwendet werden soll. Außerdem wird durch den Verzicht von Zusätzen zum Wärmeträgerstrom, insbesondere durch den Verzicht auf Reinigungsmittel, die Entsorgung des Wärmeträgers oder der Austausch des Wärmeträgers, beispielsweise im Rahmen von regelmäßigen Reinigungs- oder Wartungsintervallen erleichtet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung kann zudem vorgesehen sein, dass der Wärmeträgerkreislauf in der Zuführleitung zwischen der Wärmetauschereinrichtung und der Vorwärmkammer eine Abzweigung aufweist, wobei mittels der Abzweigung der Wärmeträger der Reinigungseinrichtung zugeführt wird.
Dadurch wird erreicht, dass der Wärmeträger oder der Wärmeträgerstrom, der auf die Oberfläche oder Oberseite des Werkstücks aufgetragen wird oder auf sonstige Weise zur Vorwärmung des Werkstücks dient in etwa die identische Vorwärmtemperatur aufweist, unabhängig davon, ob er über die Reinigungseinrichtung ausgegeben oder abgegeben wird oder im Rahmen der Vorwärmkammer eingesetzt und/oder ausgegeben wird.
Eine ebenfalls besonders vorteilhafte Ausführungsform kann vorgesehen, dass die Reinigungseinrichtung eine Auffangvorrichtung umfasst, welche den mit der Reinigungseinrichtung auf das Werkstück aufgetragenen Wärmeträger auffängt. Dadurch wird in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht, dass der Wärmeträger oder Wärmeträgerstrom in den Wärmeträgerkreislauf zurückgeführt wird, nachdem er als Reinigungsfluid auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragen wurde. Damit kann der Wärmekreislauf ohne nennenswerten Verbrauch als tatsächlicher Kreislauf betrieben werden. Die oben bereits angesprochene Wartungsintervalle oder Instandhaltungsintervalle, zu denen das Wärmeträgerfluid oder der Wärmeträger insgesamt ausgetauscht werden, sollen davon unberührt bleiben.
Eine ebenfalls besonders wünschenswerte Ausgestaltung der Vorrichtung kann weiter vorsehen, dass die Auffangvorrichtung als gemeinsame Auffangvorrichtung der Reinigungseinrichtung und der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung und/oder Vorwärmkammer ausgebildet ist. Dadurch wird erreicht, dass der Wärmeträgerkreislauf besonders einfach ausgebildet wird. Insbesondere kann dann von der gemeinsamen Auffangvorrichtung eine Rückführung oder Überführung des Wärmeträger oder Wärmeträgerstroms in eine Rückführleitung gewährleistet werden. Dies bedeutet mit anderen Worten ausgedrückt, dass die gemeinsame Auffangvorrichtung von Reinigungseinrichtung und Flüssigkeitsausgabeeinrichtung oder Vorwärmkammer die Rückführung oder Vereinigung der unterschiedlichen Pfade des Wärmeträgerkreislaufs, also des Vorwärmarmes einerseits und des Reinigungsarmes andererseits, darstellt.
Ebenfalls kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Zuführleitung und/oder die Rückführleitung des Wärmeträgerkreislaufs Filtermittel zur Filterung von Verschmutzungen aus dem Wärmeträgerkreislauf umfassen.
Dadurch kann erreicht werden, dass die im Rahmen der Vorreinigung oder Reinigung, welche mit der Reinigungseinrichtung bewerkstelligt wird, von der Oberfläche des Werkstücks gelösten Schmutz- oder Verunreinigungspartikel nicht in den Wärmeträgerkreislauf gelangen oder in dem Wärmeträgerkreislauf verbleiben oder in diesem zu Verschleiß oder Verschmutzung der beteiligten Komponenten sorgen. Stattdessen erfolgt eine Ausfilterung derartiger Partikel aus dem Wärmeträgerkreislauf.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Darstellung einer Vorwärmvorrichtung in einer ersten Ansicht;
Fig. 2: eine perspektivische Darstellung der Vorwärmvorrichtung in einer zweiten Ansicht;
Fig. 3: eine Vorderansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorwärmvorrichtung;
Fig. 4: eine Frontansicht einer geöffneten Aufwärmkammer der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Aufwärmvorrichtung;
Fig. 5: eine perspektivische Darstellung einer Vorwärmvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 6: eine Schnittdarstellung durch eine Reinigungseinrichtung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen in perspektivischen Darstellungen eine Vorwärmvorrichtung 10 mit einer Wärmetauschereinrichtung 11 und einer Vorwärmkammer 12, die in einem Wärmeträgerkreislauf 13 angeordnet sind. Die Wärmetauschereinrichtung 11 ist über einen Fluidstromanschluss 14 an eine Fluidstromleitung 15 angeschlossen, derart, dass ein durch die Fluidstromleitung 15 strömender, aus einem hier nicht näher dargestellten Gasschnellanwärmofen stammender Abgasstrom A in der Fluidstromleitung 15 durch die Wärmetauschereinrichtung 11 geleitet wird. Im vorliegenden Fall ist die Wärmetauschereinrichtung 11 in einem Fluidstromleitungsabschnitt 16 der Fluidstromleitung 15 angeordnet, der parallel zu einem Kaminanschlussabschnitt 17 angeordnet ist.
Zur Ausbildung des Wärmeträgerkreislaufs 13 ist eine Wärmeträgerleitung 18 vorgesehen, die mit einem hier nicht näher dargestellten Wärmetauscherteilstück durch die Wärmetauschereinrichtung 11 geführt ist, derart, dass zwischen dem Wärmetauscherteilstück der Wärmeträgerleitung 18 und dem in der Fluidstromleitung 15 geführten Abgas eine Wärmeübertragung stattfindet.
Im vorliegenden Fall ist die Wärmetauschereinrichtung 11 so ausgelegt, dass im stationären Betrieb der Vorwärmvorrichtung 10 durch einen Abgasvolumenstrom, der eine Temperatur von 250 bis 300°C aufweist, Wasser auf eine Temperatur von ca. 95°C aufgeheizt werden kann.
Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, weist die Wärmeträgerleitung 18 eine zwischen der Wärmetauschereinrichtung 11 und der Vorwärmkammer 12 ausgebildete Zuführleitung 19 sowie eine Rückführleitung 20 auf, die von der Vorwärmkammer 12 wieder zurück zur Wärmetauschereinrichtung11 führt und die im vorliegenden Fall einen Wärmeträgertank 21 aufweist. Weiterhin ist die Rückführleitung 20 mit einer Umwälzpumpeneinrichtung 22 versehen, die zum Betrieb des Wärmeträgerkreislaufes 13 eine kontinuierliche Durchströmung der Wärmeträgerleitung 18 ermöglicht, derart, dass das hier als Wärmeträger verwendetes Wasser mittels der Umwälzpumpeneinrichtung 22 durch die Wärmetauschereinrichtung 11, von der Wärmetauschereinrichtung 11 über die Zuführleitung 19 in die Vorwärmkammer 12 und von der Vorwärmkammer 12 in den Wärmeträgertank 21 gefördert wird, aus dem das Wasser dann wieder über die Rückführleitung 20 in die Wärmetauschereinrichtung 11 gelangt.
Wie Fig. 4 zeigt, ist die Vorwärmkammer 12 zur Beaufschlagung eines in einem Aufnahmebereich 23 der Vorwärmkammer 12 angeordneten stangenförmigen Werkstücks 24 oberhalb des Aufnahmebereichs 23 mit einer hier rohrförmig ausgebildeten Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 25 versehen, aus der das Wasser auf eine Oberseite 26 des Werkstücks aufgegeben werden kann. Die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 25 erstreckt sich parallel zu einer Längsachse L der Vorwärmkammer 12, die im vorliegenden Fall mit der Längsachse des Werkstücks 24 übereinstimmt.
Zur Ausgabe des Wassers weist die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 25 eine sich in Längsrichtung der Vorwärmkammer 12 erstreckende Reihe von Ausgabeöffnungen 28 auf, die eine im Wesentlichen drucklose bzw. mit dem Förderdruck der Umwälzpumpeneinrichtung 22 erfolgende Beaufschlagung des Werkstücks 24 mit Wasser ermöglichen. Mit der im Wesentlichen drucklosen Beaufschlagung der Oberseite 26 des Werkstücks 24 wird eine möglichst großflächige Benetzung der Oberseite 26 des Werkstücks 24 ermöglicht, ohne dass eine wesentliche Teilmenge des auf die Oberseite 26 auftreffenden Wassers von der Oberseite 26 abprallt. Somit wird erreicht, dass im Wesentlichen die gesamte Menge des Wassers, das auf die Oberseite 26 des Werkstücks 24 aufgegeben wird, auch auf der Oberfläche des Werkstücks 24 verbleibt und bedingt durch die eine Benetzung ermöglichenden Adhäsionskräfte und den Einfluss der Schwerkraft im Weiteren bei kontinuierlicher Vergrößerung der Benetzungsfläche an der Werkstückoberfläche herunterrinnt, so dass eine möglichst großflächige Wärmeübertragung zwischen der auf die Oberseite 26 des Werkstücks 24 aufgegebenen Wassermenge und dem Werkstück 24 erfolgen kann.
Vorzugsweise sind die in der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 25 ausgebildeten Ausgabeöffnungen 28 in einem Abstand von 80 bis 100 mm angeordnet, wobei grundsätzlich gilt, dass sowohl betreffend den Abstand als auch den Durchmesser der Auslassöffnungen, die Viskosität des Wärmeträgers zu berücksichtigen ist, um die vorstehend beschriebene weitestgehend drucklose und eine kontinuierliche Benetzungsfläche ausbildende Beaufschlagung der Oberseite 26 des Werkstücks 24 zu ermöglichen.
Nach Herunterrinnen an dem Werkstück 24 wird das Wasser unterhalb des Werkstücks 24 von einer den Wärmeträgertank 21 ausbildenden Auffangvorrichtung aufgefangen, um dann wieder über die Rückführleitung 20 der Wärmetauschereinrichtung 11 zugeführt zu werden.
Wie weiterhin insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen ist, ist eine die Zuführleitung 19 direkt mit dem Wärmeträgertrank 21 verbindende Bypassleitung 29 vorgesehen, wobei sowohl die Zuführleitung 19 als auch die Bypassleitung 29 mit einer Absperrventileinrichtung 30 bzw. 31 versehen ist. Bei entsprechender Ventilstellung, also bei einer Schließstellung der Absperrventileinrichtung 30 und bei einer Öffnungsstellung der Absperrventileinrichtung 31 kann der Wärmeträgerstrom im Wärmeträgerkreislauf 13 unter Umgehung der Vorwärmkammer 12 über die Bypassleitung 29 auf einen Durchlauf der Wärmeträgereinrichtung 11 beschränkt werden, so dass gegebenenfalls ein schnelleres Aufheizen des Wärmeträgers möglich ist bzw. ein kontinuierlicher Betrieb der Vorwärmvorrichtung auch dann möglich bleibt, wenn sich kein Werkstück 24 in der Vorwärmkammer 12 befindet oder ein Wechsel von Werkstücken 24 in der Vorwärmkammer 12 erfolgt.
Wie Fig. 4 zeigt, ist die Vorwärmkammer 12 mit einer Aufnahmeeinrichtung 32 versehen, die zum einen eine Abstützung des Werkstücks 24 in der Vorwärmkammer 12 ermöglicht, zum anderen jedoch auch aufgrund der Ausbildung der Aufnahmeeinrichtung 32 mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung der Vorwärmkammer 12 angeordneten Transportwellen 33 eine Transporteinrichtung ausbildet, die einen Transport der Werkstücke 24 durch die Vorwärmkammer 12 ermöglicht.^
In Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorwärmvorrichtung 10 dargestellt, mit der neben einer Vorwärmung des Werkstücks oder der Werkstücke auch eine Reinigung oder Vorreinigung des Werkstücks durchgeführt werden kann, wobei die Reinigung oder Vorreinigung in einen Wärmeträgerkreislauf zur Vorwärmung des Werkstücks mittels der Vorwärmkammer 12 integriert ist.
Wie auch bereits bei der Ausführungsform der Fig. 1 bis 4 ist eine Wärmetauscheinrichtung 11 über Fluidstromleitungen 15 an ein nicht näher dargestellten Gasschnellanwärmofen gekoppelt, sodass ein aus dem Gasschnellanwärmofen stammendr Abgasstrom A über die Fluidstromleitung 15 durch die Wärmetauscheinrichtung 11 geleitet wird. Die Funktionsweise und daraus resultierenden Vorteile der Ausführungsform der Fig.5 werden nachfolgend mit Bezug auf die Ausbildung des Wärmeträgerkreislaufs 13 beschrieben. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind an einzelnen Punkten die Verbindungen, insbesondere die Rohrleitungen, des Wärmeträgerkreislaufs 13 in der Fig. 5 nicht dargestellt. Diese werden stattdessen nachfolgend sprachlich erörtert oder erläutert.
In einem Wärmeträgertank 21 wird der Wärmeträger, beispielsweise Wasser bevorratet. Der Wärmeträgertank 21 kann entsprechend isoliert sein, um einen Wärmeverlust oder eine Wärmeabstrahlung des darin befindlichen Wärmeträgrs zu minimieren. Aus dem Wärmeträgertank 21 wird der Wärmeträger, der nachfolgend durchgängig als Wasser ausgebildet sein soll, über eine Umwälzpumpe 39 und einen der Umwälzpumpe 39 nachgeordneten automatischen Rückspülfilter 40 in die Wärmetauscheinrichung 11 gepumpt, in der der Wärmeaustausch mit dem Abgasstrom A stattfindet. Der Wärmeträgerstrom verlässt die Wärmetauscheinrichtung 11 an einem Auslass 41, an dem auch die Darstellung der den Wärmeträgerkreislauf 13 ausbildenden Leitungen oder Rohrleitungen einstweilen unterbrochen ist. Von dem Auslass 41, der Teil einer Zuführleitng 19 ausbildet gelangt der Wärmeträgerstrom einerseits zu einer Hochdruckpumpe 42 und andererseits zu einem Eingang 43 der Vorwärmkammer 12. Im Rahmen der Vorwärmung in der Vorwärmkammer 12 erfolgen im Wesentlichen gleiche Prozesse, wie bereits im Bezug auf die Ausführungsform der Fig. 1 bis 4 beschrieben, weshalb auf diese an dieser Stelle nicht weiter eingegangen werden soll.
Die in der Zuführleitung 19 ausgebildete Abzweigung 44, die den Wärmeträger sowohl der Vorwärmkammer 12 als auch der Hochdruckpumpe 42 zuführt, stellt eine erste Verzweigung oder Abzweigung im Wärmeträgerkreislauf 13 dar. Durch die Hochdruckpumpe 42 wird ein Teil oder ein Arm, nämlich der Reinigungsarm, des Wärmeträgerkreislaufs 13 so mit Druck beaufschlagt, dass der Wärmeträger oder das Wasser unter entsprechendem Hochdruck von der Hochdruckpumpe 42 zu der Reinigungseinrichtung 34 transportiert oder überführt wird. Das entsprechend unter Hochdruck stehende Wasser wird dann durch die Reinigungseinrichtung, insbesondere die Hochdruckreinigungseinrichtung mit zumindest einer entsprechenden zusätzlichen Flüssigkeitsausgabeeinrichtung auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragen. Bezüglich der genauen Ausgestaltung der Reinigungseinrichtung 34 wird auf die Beschreibung der Fig. 6 verwiesen. In der Darstellung der Fig. 5 ist bereits erkennbar, dass die Reinigungseinrichtung 34 über ein Gehäuse 45 verfügt. In der Darstellung der Fig. 5 ist ebenfalls ansatzweise erkennbar, dass unterhalb der Vorwärmkammer 12 sowie unterhalb der Reinigungseinrichtung 34 eine gemeinsame Auffangvorrichtung 37, beispielsweise in Form einer Auffangrinne, ausgebildet ist. Durch diese Auffangvorrichtung 37 kann das Wasser oder der Wärmeträger nach dem Durchlaufen der Vorwärmkammer 12, insbesondere nach dem Benetzen des Werkstücks im Bereich der Vorwärmkammer 12 sowie auch nach dem Auftragen auf die Oberfläche des Werkstücks im Bereich der Reinigungseinrichtung 34 aufgefangen werden. Damit dient die Auffangsvorrichtung 37 als Vereinigungspunkt oder Zusammenführung der zwei Arme des Wärmeträgerkreislaufs 13, nämlich dem Reinigungsarm und dem Vorwärmarm.
Ausgehend von der Auffangvorrichtung 37 kann vorgesehen sein, dass der Wärmeträger oder das Wasser einem Grobschmutzfilter 46 zugeführt wird, der dementsprechend bereits Teil einer Rückführleitung 20 ist. Durch den Grobschmutzfilter 46 können entsprechende Verunreinigungen und Partikel, die vom Werkstück abgelöst wurden, zurückgehalten werden, sodass diese nicht über die Rückführleitung 20 in den Wärmeträgertank 21 gelangen. Das derart gereinigte oder aufbereitete Wasser gelangt nach dem Durchqueren des Grobschmutzfilters 46 über die Rückführleitung 20 zurück in den Wärmeträgertank 21, womit der Wärmeträgerkreislauf 13 geschlossen ist oder geschlossen wird.
Ebenfalls ist in der Fig. 5 dargestellt, dass in Transportrichtung T des Werkstücks die Reinigungseinrichtung 34 der Vorwärmkammer 12 nachgeordnet oder nachgeschaltet angeordnet ist.
Die Fig. 6 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Reinigungseinrichtung 34, welche als Hochdruckreinigungseinrichtung ausgebildet und dementsprechend im Inneren eines Gehäuses 45 drei Hochdruckdüsen 47 aufweist, wobei die Hochdruckdüsen 47 über entsprechende Anschlüsse 48 in den Wärmeträgerkreislauf 13 eingebunden sind. Die Anschlüsse 48 werden mit einer entsprechenden, in der Fig. 6 nicht dargestellten Wärmeträgerleitung mittelbar oder unmittelbar mit der Hochdruckpumpe 42 verbunden, um das Wasser oder den Wärmeträger über die Hochdruckdüsen 47 auf das Werkstück abzugeben.
Die Hochdruckdüsen 47 sind dabei zueinander in einem Winkel von 120° angeordnet, sodass eine effektive Reinigung der gesamten Oberfläche des Werkstücks erreicht werden kann. Das Gehäuse 45 der Hochdruckreinigungseinrichtung 34 verfügt über Verschluss- und Verriegelungsmittel, um das Gehäuse 45 öffnen und verschließen zu können. Ebenfalls in der Fig. 6 dargestellt ist eine mit entsprechenden Dichtungsmitteln 49 versehene Austrittsöffnung 50 der Reinigungseinrichtung 34, aus der das Werkstück aus der Reinigungseinrichtung 34 austreten kann.

Bezugszeichenliste

10: Vorwärmevorrichtung
11: Wärmetauschereinrichtung
12: Vorwärmkammer
13: Wärmeträgerkreislauf
14: Fluidstromanschluss
15: Fluidstromleitung
16: Fluidstromleitungsabschnitt
17: Kaminanschlussabschnitt
18: Wärmeträgerleitung
19: Zuführleitung
20: Rückführleitung
21: Wärmeträgertank
22: Umwälzpumpeneinrichtung
23: Aufnahmebereich
24: Werkstück
25: Flüssigkeitsausgabeeinrichtung
26: Oberseite
28: Ausgabeöffnung
29: Bypassleitung
30: Absperrventileinrichtung
31: Absperrventileinrichtung
32: Aufnahmeeinrichtung
33: Transportwelle
34: Reinigungseinrichtung
37: Auffangvorrichtung
39: Umwälzpumpe
40: Rückspülfilter
41: Auslass
42: Hochdruckpumpe
43: Eingang
45: Gehäuses
46: Grobschmutzfilter
47: Hochdruckdüsen
48: Anschlüsse
49: Dichtungsmittel
50: Austrittsöffnung

A: Abgasstrom
T: Transportrichtung

Claims

Vorrichtung zum Vorwärmen stangenförmiger, metallischer Werkstücke (24), insbesondere Aluminiumstangen, mittels einer durch Rest- oder Abwärme eines in einer Aufheizvorrichtung zur Aufheizung der Werkstücke (24) erfolgenden Verbrennungsprozesses beheizten Fluidströmung, wobei die Vorrichtung eine Vorwärmkammer (12) zur Aufnahme zumindest eines Werkstücks (24) aufweist, wobei zur Übertragung der Wärme von der Fluidströmung auf einen Wärmeträgerstrom in einer Fluidstromleitung (15) zwischen einem Fluidstromanschluss (14) und der Vorwärmkammer (12) eine Wärmetauschereinrichtung(11) vorgesehen ist, derart, dass die Vorwärmung des Werkstücks (24) mittelbar über den in der Wärmetauschereinrichtung(11) von der Fluidströmung aufgeheizten Wärmeträgerstrom erfolgt und wobei sich die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (25) parallel zur Längsachse (L) des im Aufnahmebereich (23) der Vorwärmkammer (12) angeordneten Werkstücks (24) erstreckt
dadurch gekennzeichnet,
dass die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (25) eine sich in Längsrichtung der Vorwärmkammer (12) erstreckende Reihe von Ausgabeöffnungen (28) zur Ausbildung einer weitestgehend kontinuierlichen Benetzung auf der Oberseite (26) des Werkstücks (24) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorwärmkammer (12) rohrförmig ausgebildet ist mit einer oberhalb eines Aufnahmebereichs (23) zur Aufnahme des Werkstücks(24) angeordneten Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (25) zur Beaufschlagung einer Oberseite (26) des Werkstücks (24) mit dem aus der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (25) austretenden Wärmeträgerstrom.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorwärmkammer (12) als Durchlaufkammer ausgebildet ist mit einer an einer ersten Stirnseite ausgebildeten Eintrittsdichtung und einer an einer gegenüberliegenden Stirnseite ausgebildeten Austrittsdichtung.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wärmetauschereinrichtung(11) und die Aufwärmkammer (12) in einem Wärmeträgerkreislauf (13) angeordnet sind, derart, dass zwischen der Wärmetauschereinrichtung(11) und der Vorwärmkammer (12) eine Zuführleitung (19) und zwischen der Vorwärmkammer (12) und der Wärmetauschereinrichtung(11) eine Rückführleitung (20) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Aufwärmkammer (12) und der Rückführleitung (20) ein Wärmeträgertank (21) angeordnet ist, derart, dass der aus der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (25) in den Aufnahmebereich (23) der Vorwärmkammer (12) abgegebene Wärmeträgerstrom aus der Vorwärmkammer (12) in den Wärmeträgertank (21) und aus dem Wärmeträgertank (21) in die Wärmetauschereinrichtung (11) gelangt.
Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass parallel zur Vorwärmkammer (12) zwischen der Zuführleitung (19) und dem Wärmeträgertank (21) eine Bypassleitung(29) angeordnet ist, wobei die Bypassleitung(29) und ein die Bypassleitung(29) mit der Vorwärmkammer (12) verbindender Zuführleitungsabschnitt jeweils mit einer Absperrventileinrichtung (30, 31) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorwärmkammer (12) mit zumindest einer an die Werkstückgeometrie anpassbaren Aufnahmeeinrichtung (32) zur abstützenden Aufnahme des Werkstücks (24) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aufnahmeeinrichtung (32) als Transporteinrichtung zum Transport des Werkstücks (24) in Längsrichtung der Vorwärmkammer (12) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aufnahmeeinrichtung als Rotationseinrichtung zur Rotation des Werkstücks (24) um die Werkstücklängsachse ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmeträgerkreislauf (13) eine Reinigungseinrichtung (34), insbesondere eine Hochdruckreinigungseinrichtung, umfasst, wobei die Reinigungseinrichtung (34) über zumindest eine zusätzliche Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (35) zur Beaufschlagung einer Oberfläche (36) des Werkstücks (24) mit dem aus der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (35) austretenden Wärmeträgerstrom umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmeträgerkreislauf (13) in der Zuführleitung (19) zwischen der Wärmetauschereinrichtung (11) und der Vorwärmkammer (12) eine Abzweigung (36) aufweist, wobei mittels der Abzweigung (36) der Wärmeträger der Reinigungseinrichtung (34) zugeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11
dadurch gekennzeichnet,
dass die Reinigungseinrichtung (34) eine Auffangvorrichtung (37) umfasst, welche den mit der Reinigungseinrichtung (35) auf das Werkstück (24) aufgetragenen Wärmeträger auffängt.
Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auffangvorrichtung (37) in eine zwischen der Vorwärmkammer (12) und der Wärmetauschereinrichtung (11) ausgebildete eine Rückführleitung (20) mündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichent,
dass die Auffangvorrichtung (37) als gemeinsame Auffangvorrichtung (37) der Reinigungseinrichtung (35) und der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (25) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach, einem der Ansprüche 4 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zuführleitung (19) und/oder Rückführleitung (20) Filtermittel (38) zur Filterung von Verschmutzungen aus dem Wärmeträgerkreislauf (13) umfassen.