EP3884231B1

EP3884231B1 - Balken für balkenförderofen, verfahren zur herstellung und verwendung des balkens

Info

Publication number: EP3884231B1
Application number: EP19808558.1A
Authority: EP
Inventors: Hans-Ulrich Dorst; Wilfried Brückner
Original assignee: Saint Gobain IndustrieKeramik Roedental GmbH
Current assignee: Saint Gobain IndustrieKeramik Roedental GmbH
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2022-11-23
Anticipated expiration: 2039-11-19
Also published as: EP3884231A1; ES2935167T3; WO2020104403A1; DE102018129446B4; DE102018129446A1

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Erhitzung von Wärmgut in einem Durchlaufofen und betrifft einen Balken für einen Balkenförderofen, der im Balkenförderofen zur Auflage von Wärmgut dient. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Balkens sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Balkens in einem Balkenförderofen.
Blechteile im Automobilbau können durch Warmumformung bei relativ geringen Fertigungskosten hergestellt werden. Dazu werden vorgeformte Bauteile in einem Durchlaufofen auf 900°C bis 1000°C erhitzt, von einem Industrieroboter in eine Presse gelegt und bei etwa 700°C in die gewünschte Form gepresst. Als Durchlauföfen werden Rollen- oder Balkenförderöfen eingesetzt, in denen das Wärmgut erwärmt und zu einem geeigneten Zeitpunkt der Presse zugeführt wird. Bei einem Rollenofen dienen aktiv angetriebene Rollen als Auflage für Blechteile oder von Transportbehältern, auf denen Blechteile abgelegt sind. Bei einem Balkenförderofen erfolgt ein schrittweises Weiterbewegen von Blechteilen durch eine koordinierte Bewegung zweier Balkensätze, die jeweils über eine Mehrzahl paralleler Balken verfügen, die sich in Transportrichtung erstrecken und zur Auflage des Wärmguts dienen. Hierbei sind die Balken eines ersten Balkensatzes und die Balken eines zweiten Balkensatzes ineinander geschachtelt angeordnet, wobei sich ein oder mehrere Balken des ersten Satzes neben einem oder mehreren Balken des zweiten Satzes befinden. Je nach Bauart können die Balken als Fahrbalken eine vertikale und/oder horizontale Bewegung ausführen oder als Festbalken stillstehen. Das Wärmgut ist stets ortsfest zu den Balken, denen es gerade aufliegt.
Beispielsweise sind bei einer aus DE 2117148 oder WO 2018/019920 bekannten Bauart die Balken des ersten Balkensatzes vertikal versetzbare Hubbalken und die Balken des zweiten Balkensatzes horizontal versetzbare Fahrbalken. Mit aufgelegtem Wärmgut haben die nach unten fahrenden Hubbalken die Aufgabe, das Wärmgut auf die Fahrbalken abzusetzen, welche das Wärmgut eine gewisse Strecke in horizontaler Richtung zum Ofenausgang verfahren, wobei das Wärmgut dann wieder von den nach oben fahrenden Hubbalken aufgenommen wird, so dass die Fahrbalken in ihre Ausgangsposition zurück in Richtung Ofenauseingang verfahren werden können. Beim nächsten Absetzen des Wärmguts auf den Fahrbalken kann es wiederum in Richtung Ofenausgang transportiert und anschließend wieder von den Hubbalken aufgenommen werden. Die Fahrbalken vollführen hierbei eine reziproke Bewegung in horizontaler Richtung, was beispielsweise durch eine Rollenlagerung ermöglicht wird, die Hubbalken eine reziproke Bewegung in vertikaler Richtung. Für Balkenförderöfen, die bei Temperaturen von mehr als 600°C betrieben werden, was in der Regel der Fall ist, sind keramische Hubbalken aufgrund von Temperaturfestigkeit, Kriechbeständigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit notwendig. Die Fahrbalken können aus Kostengründen auch aus einem metallischen Material gefertigt sein.
Nun hat sich in der Praxis gezeigt, dass bei der Nutzung von Balkenförderöfen diverse Probleme auftreten, welche den Produktionsablauf erheblich beeinträchtigen. Die typischerweise Raumtemperatur aufweisenden Blechteile werden am Ofeneingang auf die Hub- oder Fahrbalken gesetzt, die eine sehr hohe Temperatur im Bereich von beispielsweise 900°C bis 1000°C haben. Erst mit dem schrittweisen Weiterbewegen der Blechteile in Richtung Ofenausgang werden sie zunehmend erwärmt. Durch den sehr hohen Temperaturunterschied zu den Blechteilen werden die eingangsseitigen Balken des Balkenförderofens thermisch stark belastet.
Hinzu kommt, dass im modernen Automobilbau eingesetzte Stahlbleche häufig mit einer Schutzschicht aus einer Aluminium(Al)-Silizium(Si)-Legierung überzogen sind. Diese dient als wirksamer Schutz gegen Verzunderung und sorgt als Legierungsbestandteil für eine bessere Aushärtung des erhitzten Materials, so dass die für ein Blechteil eingesetzte Materialmenge in vorteilhafter Weise verringert werden kann. Beim Erwärmen der AlSi-beschichteten Stahlbleche kommt es zum Erweichen der AlSi-Schutzschicht und in Folge bei Kontakt mit den Balken zu Kontaktkorrosion. Dies gilt insbesondere für die vertikal verfahrbaren Hubbalken, mit denen die Stahlbleche meist längeren Kontakt haben. Mögliche Korrosionsmechanismen sind eine Diffusion von AISi in das poröse Gefüge der Balken, Anhaftungen von AISi an der Balkenoberfläche oder eine Reaktion in Form einer chemischen Umwandlung mit dem Balkenwerkstoff. Diffundiert AISi in das Balkengefüge kommt es durch Unterschiede im Ausdehnungskoeffizienten zwischen Balkenmatrix, infiltrierten AISi und korrosionsbedingten Reaktionsprodukten zu Wärmespannungen und aufgrund des großen Temperaturunterschieds zwischen Balken und kälteren Blechteilen zu Abplatzungen an der Balkenoberfläche oder sogar zum Balkenbruch.
Zudem können sich Anhaftungen von AISi am Balkenwerkstoff bis zu mehreren Millimetern aufbauen, wodurch es zu Verschiebungen der Stahlbleche während des Transports durch den Ofen kommt und in Folge zu Beschädigungen an der faserausgekleideten Ofenwand oder zu Problemen bei der Übernahme der Bleche durch den Industrieroboter.
Durch die geschilderten Probleme werden einzelne Balken beschädigt und müssen ausgetauscht werden. Insbesondere kann ein unerwarteter Balkenbruch zu einem Produktionsstillstand führen. Zudem ist ein Balkenwechsel technisch aufwändig und zeitintensiv und vermehrt den zu entsorgenden Industrieabfall. Die Fertigungskosten für die Blechteile erhöhen sich in unerwünschter Weise.
DE 72 14 686 U offenbart Reiter für Wärmgutträger in Industrieöfen, bei denen die Beheizung des Wärmgutes von oben und von unten her erfolgt, wobei die Wärmgutträger aus einem wassergekühlten Tragrohr bestehen und die Reiter das Wärmgut tragen und sich auf das wassergekühlte Tragrohr abstützen.
In der DE 41 33 698 A1 ist ein Hubbalkenofen mit mit ihrer Längsachse parallel zur Vorschubrichtung angeordneten Festbalken, mit ihrer Längsachse parallel zur Vorschubrichtung und zu den Festbalken angeordneten Hubbalken und auf den Hubbalken und/oder den Festbalken befestigten und einem Winkel zur Längsachse verlaufenden Tragstegen offenbart.
Die DE 42 03 595 A1 offenbart einen Hubbalkenofen, mit mindestens einem kühlmitteldurchströmten Tragrohr, auf dem mindestens zwei hochtemperaturfeste Aufsatzstücke angeordnet sind, deren mindestens eine Auflagefläche für das Einsatzgut außermittig im Wesentlichen parallel zum Tragrohr in dessen Längsrichtung verläuft, wobei benachbarte Auflageflächen in seitlichem Abstand zueinander liegen und mindestens zum Teil seitlich neben dem Tragrohr verlaufen.
In der DE 197 10 870 A1 ist ein Hubbalkenofen mit Festbalken und Hubbalken mit Tragstegen für flaches Glühgut und Tragstegen für rundes Glühgut offenbart, wobei die Hubbalken und die Festbalken auf ihrer Oberseite einen Längssteg aufweisen, auf den die Tragstege aufgesetzt sind.
Transportmittel, bei denen ein Wärmgut nicht vollflächig gelagert ist, können GB 397 610 A , DE 10 2011 011258 A1 , US 2018/283791 A1 , DE 20 56 957 A1 und DE 103 12 802 B3 entnommen werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, im Stand der Technik bekannte Balkenförderöfen so zu verbessern, dass eine Wärmebehandlung von Wärmgut, insbesondere AlSi-beschichteten Blechteilen, mit weniger Produktionsunterbrechungen aufgrund eines Wechsels beschädigter Balken und zu geringeren Kosten möglich ist. Zudem soll ein unerwarteter Balkenbruch vermieden werden.
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch einen Balken für einen Balkenförderofen gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein neuartiger Balken für einen Balkenförderofen gezeigt. Generell dient der Balken (im Zusammenwirken mit weiteren Balken desselben Balkensatzes) zum Auflegen von Wärmgut im Balkenförderofen, wobei das Wärmgut, je nach Art der Verwendung des Balkens im Balkenförderofen, mithilfe des Balkens einem horizontalen und/oder vertikalen Transport unterzogen wird oder stationär im Balkenförderofen gelagert wird. Eine Relativbewegung zwischen dem Wärmgut und dem Balken, auf den das Wärmgut aufgelegt ist, findet nicht statt. Beispielsweise kann der Balken als ein lediglich in vertikaler Richtung verfahrbarer Hubbalken eingesetzt werden, entsprechend der in WO 2018/019920 beschriebenen Bauart für einen Balkenförderofen. Bei dem Wärmgut handelt es sich es vorzugsweise um ein Metallteil, insbesondere ein Stahlblechteil, das eine AlSi-Schutzschicht aufweist.
Der erfindungsgemäße Balken umfasst einen länglichen Grundkörper, der als Hohlprofil ausgebildet ist. In Form eines Hohlprofils weist der Grundkörper eine Profilwand auf, die einen innenliegenden Hohlraum umgrenzt.
Wesentlich hierbei ist, dass im länglichen Grundkörper eine oder mehrere Aufnahmen ausgebildet sind, in denen jeweils ein Einlegeteil aufgenommen ist. Die Einlegeteile sind so ausgebildet, dass sie in Bezug auf den länglichen Grundkörper vorstehen und gemeinsam eine Auflage für das Wärmgut bilden. In Arbeitsposition des Balkens im Balkenförderofen stehen die Einlegeteile relativ zum Grundkörper nach oben hin vor, so dass das Wärmgut auf die Einlegeteile aufgelegt werden kann. Die Aufnahmen sind zu diesem Zweck in einer in Arbeitsposition des Balkens im Balkenförderofen obenliegenden Grundkörperfläche ausgebildet. Das Wärmgut liegt somit dem länglichen Grundkörper nicht auf, sondern liegt ausschließlich den in die Aufnahmen des Grundkörpers eingesetzten Einlegeteilen auf. Hierbei formen jeweilige Auflageflächen der Einlegeteile gemeinsam die Auflage bzw. Auflageebene für das Wärmgut. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die Kontaktfläche zwischen Wärmgut und Balken kleiner ist als die Kontaktfläche, die sich ergeben würde, wenn das Wärmgut dem Grundkörper direkt aufliegen würde (d.h. einer in Arbeitsposition des Balkens im Balkenförderofen obenliegenden Grundkörperfläche aufliegen würde). Aufgrund einer geringeren Wärmeübertragung zwischen Wärmgut und Grundkörper vermindern sich in vorteilhafter Weise Wärmespannungen im Grundkörper.
Der längliche Balken für einen Balkenförderofen kann unterschiedliche Querschnittsformen haben. Vorzugsweise weist der Balken eine rechteckige oder quadratische Querschnittsform auf, welche in Arbeitsposition des Balkens im Balkenförderofen eine obenliegende Balkenfläche aufweist.
Typischerweise sind der längliche Grundkörper und die Einlegeteile aus einem feuerfesten Material hergestellt. Vorzugsweise bestehen die Einlegeteile, und optional auch der längliche Grundkörper, aus einem keramischen Material, welches vorzugsweise aus der Gruppe Mullit, Alumina, SiC, oder deren Mischungen gewählt ist. Vorzugsweise bestehen die Einlegeteile, und optional auch der längliche Grundkörper, aus einem SiC-Werkstoff, wie Si-SiC, insbesondere aus einem porösen SiC-Werkstoff, wie N-SiC und R-SiC, vorzugsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Silicium-M-oxynitrid, oder deren Mischungen.
Grundsätzlich können die Einlegeteile und der längliche Grundkörper aus ein und demselben, insbesondere keramischen, Material bestehen. Möglich ist jedoch auch, dass die Einlegeteile einerseits und der längliche Grundkörper andererseits aus voneinander verschiedenen Materialien bestehen. Insbesondere können die Einlegeteile und der längliche Grundkörper aus verschiedenen keramischen Materialien bestehen, wobei beispielsweise für die Einlegeteile ein beständigeres keramisches Material eingesetzt wird als für den Grundkörper, wobei das beständigere keramische Material in aller Regel auch teurer ist als das keramische Material des Grundkörpers. Durch das günstigere keramische Material des Grundkörpers können Kosten eingespart werden. Möglich ist auch, dass die Einlegeteile aus einem keramischen Material und der längliche Grundkörper aus einem nicht-keramischen Material, insbesondere metallischen Material, besteht. Durch die Wahl eines metallischen Materials für den Grundkörper und eines keramischen Materials für die Einlegeteile können Kosten bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Balkens eingespart werden.
In dem in Form eines Hohlprofils ausgebildeten Balken ist für die Formung einer jeweiligen Aufnahme für ein Einlegeteil eine Öffnung (Durchbrechung) in der den Hohlraum umgrenzenden Profilwand ausgebildet. Die Öffnung mündet in den Hohlraum. Hierbei sind die Öffnungen in einem in Arbeitsposition des Balkens im Balkenförderofen obenliegenden Profilwandabschnitt ausgebildet, was insbesondere für ein Hohlprofil mit einer quadratischen oder rechteckigen Querschnittsform gilt. Die Aufnahmen für die Einlegeteile werden jeweils durch die Öffnung der Profilwand und den darunterliegenden Bereich des Hohlraums des Hohlprofils gebildet. Die Einlegeteile liegen dem gegenüberliegenden (in Arbeitsposition des Balkens im Balkenförderofen unteren) Profilwandabschnitt auf. Die Einlegeteile sind auf diese Weise sicher im Grundkörper aufgenommen.
Vorzugsweise ist eine dem Hohlraum zugewandte Innenfläche des Profilwandabschnitts gegenüberliegend zu den Öffnungen jeweils mit einer Vertiefung versehen, in die eine untere Stirnfläche des in der Aufnahme aufgenommenen Einlegeteils eingesetzt ist. Hierdurch kann der feste Sitz des Einlegeteils in der Aufnahme weiter verbessert werden.
Hierbei sind die Einlegeteile jeweils lose, d.h. zerstörungsfrei entnehmbar, in die Aufnahmen eingefügt. Demnach liegt keine kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen den Einlegeteilen und dem Grundkörper vor. Dies ermöglicht einerseits eine einfache Herstellung des Balkens und andererseits einen einfachen Austausch einzelner oder aller Einlegeteile, insbesondere, wenn diese beschädigt sind, wobei der Grundkörper und nicht beschädigte Einlegeteile gegebenenfalls weiterverwendet werden können, wodurch Kosten eingespart werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Balkens sind die in den Aufnahmen aufgenommenen Einlegeteile jeweils in Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Grundkörpers (in Richtung aus der Aufnahme heraus) formschlüssig mit der zugehörigen Aufnahme verbunden, so dass das Einlegeteil nicht ausschließlich durch Zug senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Grundkörpers aus der Aufnahme entnommen werden kann. Dies hat den besonderen Vorteil, dass Einlegeteile bei einem möglichen Anhaften am Wärmgut nicht aus den Aufnahmen gezogen werden können, wenn das Wärmgut vom Balken entfernt wird. Vorzugsweise weisen die Einlegeteile zu diesem Zweck jeweils einen konvexen Bereich (Ausbauchung) auf, der in einen hinterschneidenden Bereich der Aufnahme greift. Bei einem Hohlprofil genügt es, wenn der konvexe Bereich des Einlegeteils die Profilwand (oberer Profilwandabschnitt) innenseitig hintergreift. Um ein einfaches Einfügen des Einlegeteils zu ermöglichen, kann das Einlegeteil vorteilhaft so ausgebildet sein, dass es gegenüberliegend zum konvexen Bereich einen komplementär zum konvexen Bereich geformten konkaven Bereich aufweist. Das Einlegeteil kann dann somit durch Verkippen insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Erstreckung des Grundkörpers in einfacher Weise in die Aufnahme eingesetzt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Balken kann durch die Einlegeteile, die gemeinsam eine Auflage für das Wärmgut bilden, die Kontaktfläche zwischen dem kühleren Wärmgut und dem Grundkörper vermindert werden, verglichen mit einer direkten Auflage auf den Grundkörper, wodurch verhindert wird, dass sich große Wärmespannungen aufbauen. In dieser Hinsicht ist es besonders vorteilhaft, wenn die Einlegeteile gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung so ausgebildet sind, dass sie jeweils einen oder mehrere (in Arbeitsposition des Balkens im Balkenförderofen) nach oben gerichtete Vorsprünge aufweisen, welche gemeinsam die Auflage für das Wärmgut bilden. Das Wärmgut liegt dann ausschließlich diesen Vorsprüngen der Einlegeteile an. Durch diese Maßnahme kann die Kontaktfläche zwischen Wärmgut und Balken noch weiter verringert werden.
Alternativ und/oder ergänzend ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die Einlegeteile jeweils so ausgebildet sind, dass sie einen oder mehrere zum Grundkörper gerichtete Vorsprünge, insbesondere stegartige Vorsprünge, aufweisen. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise die Kontaktfläche und somit der Wärmeübergang zwischen Einlegeteilen und Grundkörper verringert werden, so dass die Bildung von Wärmespannungen noch besser gehemmt wird. Neben einer Verminderung des Wärmeübergangs zwischen Wärmgut und Einlegeteilen wird somit auch der Wärmeübergang zwischen Einlegeteilen und Grundkörper vermindert. Beide Effekte kombinieren sich in vorteilhafter Weise. Ferner ergibt sich ein weiterer wichtiger Vorteil dieser Ausgestaltung daraus, dass eine Kontamination des Grundkörpers mit AISi bzw. Kontaktreaktion mit AISi, aufgrund von AISi, das sich auf dem Einlegeteil befindet, vermieden wird.
In dem erfindungsgemäßen Balken können die Einlegeteile in beliebiger Weise angeordnet sein, solange eine sichere Auflage des Wärmguts auf den Einlegeteilen ermöglicht ist. In vorteilhafter Weise ist eine Mehrzahl Einlegeteile entlang der Erstreckungsrichtung des länglichen Grundkörpers verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, angeordnet.
Gemäß der Erfindung sind die Einlegeteile jeweils plattenförmig ausgebildet, wobei die plattenförmigen Einlegeteile mit parallel zur Erstreckung des länglichen Grundkörpers ausgerichteten Plattenebenen in den Aufnahmen aufgenommen sind. Die Auflage für das Wärmgut wird von jeweiligen (oberen) Stirnflächen der plattenförmigen Einlegeteile gebildet. Bei plattenförmigen Einlegeteilen können nach oben und in Richtung Grundkörper gerichtete Vorsprünge in einfacher Weise ausgebildet werden. Die eine Auflage für das Wärmgut bildenden Vorsprünge sind im Bereich der (oberen) Stirnfläche des plattenförmigen Einlegeteils ausgebildet. Die zum Grundkörper gerichteten Vorsprünge sind im Bereich der beiden in der Plattenebene sich erstreckenden (zueinander parallelen) Plattenflächen ausgebildet. Ebenso ist eine formschlüssige Verbindung mit den Aufnahmen in Richtung senkrecht zur Erstreckung des Grundkörpers in einfacher Weise herstellbar.
Durch die verringerte Kontaktfläche zwischen Einlegeteilen und Wärmgut kann die Gefahr eines thermisch induzierten Bruchs des Grundkörpers oder einer Abplatzung von Grundkörperteilen vermindert werden. Wie eingangs ausgeführt, kann eine durch die AlSi-Schutzschicht ausgelöste Kontaktkorrosion zu einer mechanischen Schädigung des Balkens beitragen. Um dies zu vermeiden, weist der Grundkörper des erfindungsgemäßen Balkens gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung auf der Außenfläche eine Lage aus einem Fasermaterial auf, welches geschmolzenes AISi aufnehmen und binden kann. Hierdurch wird verhindert, dass AISi Berührungskontakt mit dem Grundkörper hat. Das Fasermaterial ist zu diesem Zweck auf der in Arbeitsposition des Balkens im Balkenförderofen nach oben weisenden Außenfläche angeordnet, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Einlegeteile jeweils durch das Fasermaterial hindurchgeführt sind, so dass das Fasermaterial keinen Berührungskontakt zum Wärmgut hat. Das Fasermaterial ist vorzugsweise ein Material, das chemisch beständig gegen AISi ist, beispielsweise Al₂O₃-enthaltendes Faserpapier.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Balkens für einen Balkenförderofen, welches die folgenden Schritte umfasst:

Herstellen eines länglichen Grundkörpers,
Ausbilden von einer oder mehreren Aufnahmen im länglichen Grundkörper,
Einbringen eines Einlegeteils in eine jeweilige Aufnahme.

Ferner erstreckt sich die Erfindung auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Balkens in einem Balkenförderofen als Balken zum Auflegen von Wärmgut. Grundsätzlich kann der Balken als vertikal und/oder horizontal verfahrbarer Fahrbalken oder als stationärer Festbalken eingesetzt werden. Beispielsweise wird der Balken aufgrund einer typischerweise längeren Kontaktzeit mit dem Wärmgut als nur vertikal verfahrbarer Hubbalken eingesetzt.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:

Fig. 1a: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für den Grundkörper eines erfindungsgemäßen Balkens mit auf der Oberseite ausgebildeten Öffnungen in Seitenansicht,
Fig. 1b: den Grundkörper von Fig. 1a in einer Querschnittsansicht,
Fig. 1c: den Grundkörper von Fig. 1a in einer Ansicht von oben,
Fig. 2a: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für den erfindungsgemäßen Balken mit dem Grundkörper von Fig. 1 und eingesetzten Einlegeteilen in Seitenansicht,
Fig. 2b: den Balken von Fig. 2a in einer Ansicht von oben,
Fig. 2c: den Balken von Fig. 2a in einer Querschnittsansicht,
Fig. 2d: das Einlegeteil des Balkens von Fig. 2a in Seitenansicht,
Fig. 3a: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für den erfindungsgemäßen Balken mit dem Grundkörper von Fig. 1 und eingesetzten Einlegeteilen in Seitenansicht,
Fig. 3b: den Balken von Fig. 3a in einer Ansicht von oben,
Fig. 3c: den Balken von Fig. 3a in einer Querschnittsansicht,
Fig. 3d: das Einlegeteil des Balkens von Fig. 3a in Seitenansicht,
Fig. 4a: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für den erfindungsgemäßen Balken mit dem Grundkörper von Fig. 1 und eingesetzten Einlegeteilen in Seitenansicht,
Fig. 4b: den Balken von Fig. 4a in einer Ansicht von oben,
Fig. 4c: den Balken von Fig. 4a in einer Querschnittsansicht,
Fig. 4d: das Einlegeteil des Balkens von Fig. 4a in Seitenansicht.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Es wird zunächst Bezug auf die Figuren 1a bis 1c genommen, worin ein Ausführungsbeispiel für den Grundkörper 2 eines erfindungsgemäßen Balkens 1 für einen Balkenförderofen in verschiedenen Ansichten veranschaulicht ist. Demnach ist der Grundkörper 2 in Form eines länglichen Vierkant-Hohlprofils mit rechteckiger Querschnittsform ausgebildet. Der Grundkörper 2 ist in einer verkürzten Form dargestellt, was sich aus den eingezeichneten Unterbrechungslinien ergibt.
Das Hohlprofil des Grundkörpers 2 wird von einer Profilwand 5 gebildet, die einen innenliegenden Hohlraum 3 umgrenzt. Die Profilwand 5 umfasst einen oberen Profilwandabschnitt 5-1 und gegenüberliegend einen unteren Profilwandabschnitt 5-2. Vervollständigt wird die Profilwand 5 durch zwei parallele seitliche Profilwandabschnitte 5-3. Die Profilwand 5 weist eine der äußeren Umgebung zugewandte Profilaußenfläche 6 und eine dem Hohlraum 3 zugewandte Profilinnenfläche 7 auf. In Arbeitsposition im Balkenförderofen sind der obere und untere Profilwandabschnitt 5-1, 5-2 typischer Weise horizontal, die beiden seitlichen Profilwandabschnitte 5-3 vertikal ausgerichtet.
Der obere Profilwandabschnitt 5-1 ist mit einer Mehrzahl schlitzförmiger Öffnungen (Durchbrechungen) 4 versehen, die reihenförmig entlang der Erstreckung des Grundkörpers 2 angeordnet sind. In Fig. 1c sind beispielhaft vier Öffnungen 4 dargestellt, wobei der Grundkörper 2 aufgrund der verkürzten Darstellung mehr als vier Öffnungen 4 aufweist. Die Öffnungen 4, welche jeweils von einem von der Profilwand 5 gebildeten Rand 18 umgrenzt sind, münden in den Hohlraum 3. Gegenüberliegend zu jeder Öffnung 4 ist eine Vertiefung 8 der Profilinnenfläche 7 des unteren Profilwandabschnitts 5-2 ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen 4 jeweils schlitzförmig ausgebildet, wobei auch hiervon verschiedene Formen möglich sind. In die Öffnungen 4 kann jeweils ein Einlegeteil 21 lose eingefügt werden, was anhand der Figuren 2a bis 2d näher erläutert wird.
In den Figuren 2a bis 2d ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Balkens 1 in einer typischen Arbeitsposition im Balkenförderofen veranschaulicht. Der Balken 1 umfasst einen Grundkörper 2 mit schlitzförmigen Öffnungen 4, wie er in den Figuren 1a bis 1c gezeigt ist. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird bezüglich des Grundkörpers 2 auf die Ausführungen zu den Figuren 1a bis 1c verwiesen. In jede Öffnung 4 ist ein Einlegeteil 21 lose eingesetzt, das den Hohlraum 3 durchsetzt und an der Profilinnenfläche 7 des unteren Profilwandabschnitts 5-2 abgestützt ist. Jede Öffnung 4 formt gemeinsam mit dem Hohlraum 3 eine Aufnahme 19 für das Einlegeteil 21. Das Einlegeteil 21 ist mit dem Grundkörper 2 nicht kraft- oder stoffschlüssig verbunden.
Das Einlegeteil 21 ist in Form einer Platte ausgebildet und verfügt über eine obere Stirnfläche 9 und eine untere Stirnfläche 10. Die untere Stirnfläche 10 stützt sich an der Profilinnenfläche 7 ab, wobei ein unterer Bereich des Einlegeteils 21 in der Vertiefung 8 aufgenommen ist. Die Ebene des plattenförmigen Einlegeteils 21 ist parallel zur Erstreckung des Grundkörpers 2 und parallel zu den beiden seitlichen Profilwandabschnitten 5-3 ausgerichtet. Da die vertikale Abmessung des Einlegeteils 21 (d.h. die kürzeste bzw. senkrechte Abmessung zwischen der oberen Stirnfläche 9 und der unteren Stirnfläche 10) größer ist als die vertikale Abmessung des Grundkörpers 2 ohne den unteren Profilwandabschnitt 5-3 im Bereich der Vertiefung 8, steht das Einlegeteil 21 nach oben hin vom Grundkörper 2 vor, d.h. weist in Bezug auf die Profilaußenfläche 6 des oberen Profilwandabschnitts 5-1 einen überstehenden Bereich 11 auf. Der überstehende Bereich 11 des Einlegeteils 21 weist endständig die obere Stirnfläche 9 auf.
Die oberen Stirnflächen 9 sämtlicher Einlegeteile 21 dienen als Kontakt- bzw. Auflageflächen und formen gemeinsam eine Auflage 23 für ein Wärmgut des Balkenförderofens. Typischerweise weist der Balkenförderofen eine Vielzahl paralleler Balken 1 auf, wobei die oberen Stirnflächen 9 aller Balken 1 gemeinsam die Auflage 23 für das Wärmgut bilden. Ein den oberen Stirnflächen 9 eines Balkens 1 aufliegendes Wärmgut liegt der Profilaußenfläche 6 des Balkens 1 nicht an, sondern hat ausschließlich Kontakt mit den Einlegeteilen 21. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die oberen Stirnflächen 9 eines Balkens 1 in Summe eine (Kontakt-)Fläche haben, die kleiner ist als die Profilaußenfläche 6 des oberen Profilwandabschnitts 5-1, wodurch (verglichen mit dem direkten Auflegen des Wärmguts auf die Profilaußenfläche 6) der Wärmeübergang zwischen Wärmgut und Balken 1 vermindert ist. Als Wärmgut kommen grundsätzlich alle heiß umzuformenden Gegenstände in Frage, insbesondere Metallteile, wie AlSi-beschichtete Stahlbleche, welche als Fahrzeugkarosserieteile, beispielsweise für die B-Säule eines Autos, eingesetzt werden.
Das Einlegeteil 21 kann verschiedene Formen aufweisen. Eine mögliche Ausgestaltung ist in den Figuren 2a bis 2d veranschaulicht. Das plattenförmige Einlegeteil 21 weist verschiedene Stirnflächen auf, die jeweils senkrecht zur Plattenebene angeordnet sind. Zudem verfügt es über zwei parallele Plattenflächen 14 in der Plattenebene. Die obere Stirnfläche 9 und die untere Stirnfläche 10 sind jeweils eben, wobei sich in den Schnittdarstellungen von Fig. 2a oder 2d ein geradliniger Verlauf ergibt. Im eingefügten Zustand und in Arbeitsposition des Balkens 1 sind die obere Stirnfläche 9 und die untere Stirnfläche 10 horizontal angeordnet. Das Einlegeteil 21 verfügt weiterhin über zwei seitliche Stirnflächen 12, 13 mit allgemein vertikaler Ausrichtung, welches gekrümmte Flächen sind, in den Schnittdarstellungen von Fig. 2a und 2b als gekrümmte Linien erkennbar.
Eine erste seitliche Stirnfläche 12 weist eine konvexe Form auf und verfügt über eine Ausbauchung 15. Die gegenüberliegende zweite seitliche Stirnfläche 13 weist eine konkave Form auf und verfügt über eine Einsenkung 16. Die Einsenkung 16 ist komplementär zur Ausbauchung 15 geformt.
Die beiden Plattenflächen 14 sind nicht eben, sondern weisen in vertikaler Richtung verlaufende, linienförmige Stege 17 auf (erkennbar in Fig. 2b), die sich von der oberen Stirnfläche 9 bis zur unteren Stirnfläche 10 erstrecken und jeweils von der Plattenfläche 14 senkrecht abstehen (d.h. jeweils in Richtung zum gegenüberliegenden Rand 18 der Öffnung 4).
Wie sich aus Fig. 2a ergibt, hintergreift die Ausbauchung 15 den oberen Profilwandabschnitt 5-1 im Bereich der Öffnung 4, welcher gleichsam eine Hinterschneidung 22 formt, so dass sich eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Einlegeteil 21 und dem Grundkörper 2 in Richtung senkrecht zur Erstreckung des Grundkörpers 2 (in Richtung aus der Öffnung 4 heraus) ergibt. Hierdurch wird verhindert, dass das Einlegeteil ausschließlich durch Zug senkrecht zum Grundkörper 2 aus der Aufnahme 19 entfernt werden kann. Dies vermeidet, dass das Einlegeteil 21 aus der Aufnahme 19 gezogen wird, wenn es am Wärmgut anhaftet und das Wärmgut vom Balken 1 entfernt wird. Durch die komplementär zur Ausbauchung 15 geformte Einsenkung 16 kann das Einlegeteil 21 in einfacher Weise durch vertikales Verkippen in die Öffnung 4 eingefügt werden. Durch die linienförmigen Stege 17 an den Plattenflächen 14, welche dem Rand 18 der Öffnung 4 anliegen, wird die Kontaktfläche des Einlegeteils 21 zum Grundkörper 2 bzw. Profilwand 5 verringert. Hierdurch wird der Wärmeübergang zwischen Einlegeteil 21 und Grundkörper 2 gehemmt und die Gefahr einer Kontamination des Grundkörpers 2 mit AISi, durch AISi, welches sich auf dem Einlegeteil 21 befindet, verringert. Gleichwohl wird durch die Stege 17 eine sichere Positionierung des Einlegeteils 21 in der Aufnahme 19 gewährleistet, insbesondere in Verbindung mit der in die Vertiefung 8 eingesetzten unteren Stirnfläche 10.
Sowohl der Grundkörper 2 wie auch die Einlegeteile 21 sind aus einem feuerfesten Material hergestellt. Das Einlegeteil 21, und optional der Grundkörper 2, besteht aus einem keramischen Material, beispielsweise aus einem SiC-Werkstoff, wie Si-SiC. Der Grundkörper 2 kann aus einem keramischen oder einem nicht-keramischen Material bestehen.
Wie in Fig. 2c erkennbar, umfasst der Balken 1 im Bereich des oberen Profilwandabschnitts 5-1 auf der Profilaußenfläche 6 eine Faserlage 20 aus einem Fasermaterial, hier beispielsweise Al₂O₃-enthaltendes Faserpapier. Die Faserlage 20 kann geschmolzenes AISi aufnehmen und binden, wodurch verhindert wird, dass AISi Berührungskontakt mit dem Grundkörper 2 hat. Der überstehende Bereich 11 bzw. die eine Kontaktfläche für das Wärmgut bildende obere Stirnfläche 9 durchbricht die Faserlage 20.
Im Weiteren erfolgt eine Beschreibung weiterer Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Balkens 1, die sich lediglich in der Form der Einlegeteile 21 unterscheiden. Der Grundkörper 2 ist jeweils gleich. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden jeweils nur die Unterschiede zur Ausgestaltung von Fig. 2a bis 2d beschrieben und ansonsten wird auf obige Ausführungen Bezug genommen.
Bei der Ausgestaltung der Figuren 3a bis 3d weisen die Plattenflächen 14 des Einlegeteils 21 jeweils eine wellenförmige Kontur mit dicht nebeneinanderliegenden, länglichen Stegen 17 (Wellenberge) auf. Die Stege 17 erstrecken sich in vertikaler Richtung. Durch diese Oberflächengestaltung kann einerseits der Wärmeübergang zwischen Einlegeteil 21 und Grundkörper 2 vermindert werden, andererseits ist das Einlegeteil 21 mit gutem Sitz zuverlässig in der Öffnung 4 aufgenommen. Wie in Fig. 3c veranschaulicht, kann diese nicht-ebene Oberflächengestaltung auch in Erstreckungsrichtung des Grundkörpers 2 ausgebildet sein.
Bei der Ausgestaltung der Figuren 4a bis 4d weisen die Plattenflächen 14 des Einlegeteils 21 jeweils einen länglichen Steg 17 auf, analog zur Ausgestaltung von Fig. 2b. Ergänzend hierzu ist die obere Stirnfläche 9 nicht-eben und weist eine wellenförmige Kontur auf. Durch die wellenförmige Oberflächenform ergeben sich längliche Stege 17' (Wellenberge) in horizontaler Richtung (quer zur Erstreckung des Grundkörpers 2), durch welche die Kontaktfläche zum Wärmgut weiter vermindert werden kann, um den Wärmeübergang zwischen Wärmgut und Balken 1 zu hemmen. Die Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei vielfältige Modifikationen möglich sind, insbesondere was die Gestaltung des Grundkörpers 2 und der Einlegeteile 21 betrifft.
Aus obigen Ausführungen ergibt sich, dass die Erfindung einen verbesserten Balken für einen Balkenförderofen zur Auflage eines Wärmguts zur Verfügung stellt. Durch die verminderte Kontaktfläche zwischen Einlegeteilen und Wärmgut kann ein Wärmeübergang zwischen Wärmgut und Balken vermindert werden, um Wärmespannungen zu verringern und ein Abplatzen von Grundkörperteilen oder einen Grundkörperbruch zu vermeiden. Dies wird durch eine verminderte Kontaktfläche zwischen Einlegeteilen und Grundkörper unterstützt, welche weiterhin den Vorteil einer verminderten Kontamination des Grundkörpers mit AISi und verringerter Kontaktkorrosion hat. Die Einlegeteile können in einfacher Weise in den Grundkörper eingesetzt und wieder entfernt werden, was einen einfachen Austausch ermöglicht. Durch eine Faserlage auf der Profilaußenfläche kann geschmolzenes AISi aufgenommen und gebunden werden, wodurch die Gefahr einer Kontaktkorrosion des Grundkörpers mit AISi weiter vermindert wird, was gleichermaßen vorteilhaft im Hinblick auf die Vermeidung einer mechanischen Beschädigung des Grundkörpers ist.

Bezugszeichenliste

1: Balken
2: Grundkörper
3: Hohlraum
4: Öffnung
5: Profilwand
5-1: oberer Profilwandabschnitt
5-2: unterer Profilwandabschnitt
5-3: seitlicher Profilwandabschnitt
6: Profilaußenfläche
7: Profilinnenfläche
8: Vertiefung
9: obere Stirnfläche
10: untere Stirnfläche
11: überstehender Bereich
12: erste seitliche Stirnfläche
13: zweite seitliche Stirnfläche
14: Plattenfläche
15: Ausbauchung
16: Einsenkung
17,: 17' Steg
18: Rand
19: Aufnahme
20: Faserlage
21: Einlegeteil
22: Hinterschneidung
23: Auflage

Claims

Balken (1) für einen Balkenförderofen zum Auflegen eines Wärmguts, welcher umfasst:
- einen länglichen Grundkörper (2),

- eine oder mehrere Aufnahmen (19) im länglichen Grundkörper (2), in denen jeweils ein Einlegeteil (21) aufgenommen ist, wobei die Einlegeteile (21) in Bezug auf den länglichen Grundkörper (2) vorstehen und gemeinsam eine Auflage (23) für das Wärmgut bilden,

wobei der längliche Grundkörper (2) ein Hohlprofil ist, das eine einen innenliegenden Hohlraum (3) umgrenzende Profilwand (5) aufweist, wobei die Profilwand (5) eine oder mehrere Öffnungen (4) aufweist, in welche jeweils ein Einlegeteil (21) eingefügt ist, wobei die Öffnungen (4) in einem in Arbeitsposition des Balkens im Balkenförderofen obenliegenden Profilwandabschnitt (5-1) ausgebildet sind,

wobei die Einlegeteile (21) lose in die Aufnahmen (19) eingesetzt sind und einem dem obenliegenden Profilwandabschnitt (5-1) gegenüberliegenden, unteren Profilwandabschnitt (5-2) aufliegen, wobei die Einlegeteile (21) jeweils plattenförmig ausgebildet sind, wobei die Auflage (23) für das Wärmgut von Stirnflächen (9) der plattenförmigen Einlegeteile (21) gebildet wird und wobei die plattenförmigen Einlegeteile (21) mit parallel zur Erstreckung des länglichen Grundkörpers (2) ausgerichteten Plattenebenen in den Aufnahmen (19) aufgenommen sind.
Balken (1) nach Anspruch 1, bei welchem eine dem Hohlraum (3) zugewandte Innenfläche (7) der Profilwand (5) gegenüberliegend zu einer jeweiligen Öffnung (4) eine Vertiefung (8) aufweist, in der eine untere Fläche (10) des durch die Öffnung (4) geführten Einlegeteils (21) aufgenommen ist.
Balken (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Einlegeteile (21) mit der sie aufnehmenden Aufnahme (19) in Richtung senkrecht zur Erstreckung des Grundkörpers (2) formschlüssig verbunden sind.
Balken (1) nach Anspruch 3, bei welchem die Einlegeteile (21) jeweils einen konvexen Bereich (15) aufweisen, der in eine Hinterschneidung (22) der Aufnahme (19) greift.
Balken (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Einlegeteile (21) jeweils einen oder mehrere Vorsprünge (17'), insbesondere stegartige Vorsprünge, aufweisen, welche gemeinsam die Auflage (23) für das Wärmgut bilden.
Balken (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Einlegeteile (21) jeweils einen oder mehrere zum Grundkörper (2) gerichtete Vorsprünge (17), insbesondere stegartige Vorsprünge, aufweisen.
Balken (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem eine Mehrzahl Einlegeteile (21) entlang der Erstreckung des Grundkörpers (2) verteilt angeordnet ist.
Balken (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Einlegeteile (21) aus einem Material bestehen, das vom Material des Grundkörpers (2) verschieden ist.
Balken (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem der Grundkörper (2) auf seiner Außenfläche (6) mit einer Lage (20) aus Fasermaterial versehen ist.
Balken (1) nach Anspruch 9, bei welchem die Einlegeteile (21) jeweils durch die Lage (20) aus Fasermaterial hindurchgeführt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Balkens (1) für einen Balkenförderofen zum Auflegen eines Wärmguts nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welches die folgenden Schritte umfasst:
- Herstellen eines länglichen Grundkörpers (2),

- Ausbilden von einer oder mehreren Aufnahmen (19) im länglichen Grundkörper (2),

- Einbringen eines Einlegeteils (21) in eine jeweilige Aufnahme (19).
Verwendung des Balkens (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem Balkenförderofen als Balken zum Auflegen von Wärmgut.