WO2008017394A2

WO2008017394A2 - Heissluftofenmodul und heissluftofen

Info

Publication number: WO2008017394A2
Application number: PCT/EP2007/006700
Authority: WO
Inventors: Dietmar Bruckner
Original assignee: Eisenmann Anlagenbau Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2007-07-28
Publication date: 2008-02-14
Also published as: CN101501434A; JP2010500525A; CN101501434B; WO2008017394A9; US20100175679A1; US8276579B2; WO2008017394A3; DE102006037703A1; DE102006037703B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heißluftofenmodul (12) mit einem zumindest teilweise von Wänden begrenzten Ofenraum (20), dem eine Luftfördereinrichtung (14) zum Hervorrufen eines Luftstroms sowie eine Wärmeübertragungseinrichtung (42) zur Erwärmung des Luftstroms zugeordnet sind. Erfindungsgemäß ist ein Zuluftkanal (22) vorgesehen, der zwischen der Luftfördereinrichtung (14) und dem Ofenraum (20) für die Führung des von der Luftfördereinrichtung (14) geförderten Luftstroms ausgebildet ist, und der mit ersten und zweiten Drosselmitteln (30, 32) versehen ist, die in Strömungsrichtung beabstandet zueinander angeordnet sind und die für eine Vergleichmäßigung des Luftstroms vor dem Durchströmen des Ofenraums (20) vorgesehen sind. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Heißluftofen (10) aus Heißluftofenmodulen (12) gebildet wird, die um 180 Grad verdreht zueinander ausgerichtet und kommunizierend miteinander verbunden sind.

Description

Heißluftofenmodul und Heißluftofen

Die Erfindung betrifft ein Heißluftofenmodul mit einem zumindest teilweise von Wänden begrenzten Ofenraum, dem eine Luftfördereinrichtung zum Hervorrufen eines Luftstroms sowie eine Wärmeübertragungseinrichtung zur Erwärmung des Luftstroms zugeordnet sind, sowie einen aus Heißluftofenmodulen gebildeten Heißluftofen.

Ein vom Markt her bekannter Heißluftofen für industrielle Anwendungen, beispielsweise für die thermische Oxidation von Kunststofffasern, weist eine als Gebläse ausgeführte Luftfördereinrichtung auf, die für die Erzeugung eines Luftstroms vorgesehen ist. Der Luftstrom wird an einer Wär- meübertragungseinrichtung, beispielsweise an elektrisch betriebenen Heizstäben oder an einem mit Thermalöl indirekt beheizten Wärmetauscher, vorbeigeführt und erwärmt. Der erwärmte Luftstrom wird anschließend in einen von Wänden begrenzten Ofenraum geleitet, in dem sich das Material befin- det, das thermisch behandelt werden soll. Die Wände des

Ofenraums bewirken eine Begrenzung des Querschnitts, durch den der erwärmte Luftstrom strömen kann und sorgen somit für einen konzentrierten Wärmeeintrag auf das zu behandelnde Material. Der bekannte Heißluftofen kann in Modulbauwei- se aus einer Mehrzahl von Heißluftofenmodulen zusammengesetzt werden, die als Baugruppen vorgefertigt werden können und die am Einsatzort des Heißluftofens miteinander verbunden werden. In bestimmten Fällen, so insbesondere bei der Herstellung von Kohlestofffasern durch Oxidation von Kunst- stofffasern, ist eine gleichmäßige Einwirkung auf das

Behandlungsgut von entscheidender Bedeutung, was wiederum präzise definierte Luftströmungen voraussetzt. Grundsätzlich gilt: um so besser die Luftströmungsverteilung ist, desto besser das Resultat.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Heißluftofenmodul sowie einen Heißluftofen zu schaffen, die eine effek- tivere und präzisere thermische Behandlung von Materialien im Ofenraum ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Heißluftofenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Heißluftofen mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Zuluftkanal vorgesehen, der zwischen der Luftfördereinrichtung und dem Ofenraum für eine Leitung des von der Luftfördereinrichtung in einer Strömungsrichtung geförderten Luftstroms ausgebildet ist, und der mit ersten und zweiten Drosselmitteln versehen ist, die in Strömungsrichtung beabstandet zueinander angeordnet sind und die für eine Vergleichmäßigung des Luftstroms vor dem Durchströmen des Ofenraums (20) vorgesehen sind. Durch den Zulaufkanal zwischen der Luftfördereinrichtung und dem Ofenraum kann eine Beruhigung des Luftstroms erreicht werden. Eine im Bereich der Luftfördereinrichtung vorliegende turbulente Strömung des Luftstroms wird bei zunehmender Entfernung von der Luftfördereinrichtung und bei geeigneter Gestaltung des Zuluftkanals weniger turbulent. Um eine zusätzliche Beruhigung des Luftstroms zu erreichen, sind zumindest zwei Drosselmittel vorgesehen, die in dem durchströmbaren Querschnitt des Zuluftkanals in Abstand hintereinander liegen und somit bei geeigneter Gestaltung bewirken können, dass in Strömungsrichtung hinter der jeweiligen Drosseleinrichtung eine signifikant weniger turbulente Strömung als vor dem jeweiligen Drosselmittel vorliegt.

Durch die erfindungsgemäße Serienschaltung zweier Drosselmittel kann eine erhebliche Beruhigung der Luftströmung erzielt werden. Durch eine Luftströmung mit geringen Turbulenzen kann eine besonders gleichmäßige Wärmeübertragung auf das im Ofenraum thermisch zu behandelnde Material erreicht werden. Größere Temperaturgradienten, die zu einer unerwünschten, ungleichmäßigen thermischen Behandlung des Materials im Ofenraum führen könnten, werden vermieden. Durch die geringen Turbulenzen der Luftströmung im Ofenraum wird eine Schwingungsanregung des im Ofenraum befindlichen Materials vermieden, so dass auch empfindliche, insbesondere spröde, Materialien mit geringem Materialquerschnitt oh- ne Bruchgefahr thermisch behandelt werden können.

In Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite, dem Zuluftkanal zugeordnete Drosselmittel als Wand des Ofenraums ausgebildet. Damit kommt dem zweiten Drosselmittel neben der Beruhigungsfunktion für den Luftstrom auch eine Begrenzungsfunktion zu. Vorzugsweise überspannt das Drosselmittel den gesamten Querschnitt des Ofenraums und ersetzt somit eine der typischerweise eben ausgeführten Wände des Ofenraums vollständig. Durch die Gestaltung des Drosselmittels mit einer Fläche, die dem Querschnitt des Ofenraums entspricht, kann zudem eine besonders homogene Verteilung des Luftstroms im Ofenraum erreicht werden. Dies trägt erheblich zu dem angestrebten turbulenzarmen oder turbulenzfreien Luftstrom im Ofenraum bei.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Drosselmittel als von Ausnehmungen durchsetzte Wand, insbesondere als Lochblech, ausgebildet. Als Ausnehmungen können vorzugsweise Bohrungen und/oder Schlitze, vorgesehen sein. Die Ausnehmungen sind mit gleicher oder ungleicher Teilung auf der Fläche angeordnet und weisen einheitliche oder variierende Geometrien auf. Ein derartiges Drosselmittel kann insbesondere als Maschendrahtgewebe aus einer Vielzahl rasterartig angeordneter Drähte oder als Lochblech mit einer Vielzahl von Bohrungen ausgebildet sein.

Zweckmäßig ist es, wenn die Ausnehmungen in den beabstandet voneinander angeordneten Drosselmitteln derart ausgebildet sind, dass die Drosselmittel zumindest teilweise unter- schiedliche Strömungswiderstände für den Luftstrom aufweisen. Dadurch kann bewirkt werden, dass die Luftströmung an dem ersten Drosselmittel zunächst nur teilweise beruhigt wird, ohne dass dadurch ein zu hoher Strömungswiderstand aufgebaut wird, der sich negativ auf den insgesamt in den Ofenraum geförderten Luftvolumenstrom auswirken würde. Im seriell nachgeschalteten, zweiten Drosselmittel wird der durch das erste Drosselmittel und den Zulaufkanal bereits stark beruhigte Luftstrom zusätzlich beruhigt und tritt dann als turbulenzarme oder turbulenzfreie oder laminare Luftströmung in den Ofenraum ein.

Vorzugsweise weist das erste Drosselmittel einen geringeren Strömungswiderstand auf als das in Strömungsrichtung nachgeschaltete, zweite Drosselmittel. Der gegebenenfalls stark turbulente Luftvolumenstrom wird zunächst durch das erste Drosselmittel, das den geringeren Strömungswiderstand aufweist, erheblich beruhigt. Durch das zweite Drosselmittel findet eine weitere Beruhigung statt, bevor der Luftvolumenstrom in den Ofenraum eintritt. Dabei muss für einen turbulenzarmen oder turbulenzfreien Luftvolumenstrom in Kauf genommen werden, dass der Strömungswiderstand des zweiten Drosselmittels höher ist, um eine möglichst voll- ständige Beruhigung des Luftvolumenstroms zu erzielen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Drosselmittel mit einem freien Querschnitt von zwischen 20 Prozent der Fläche und 30 Prozent der Fläche ausgebildet. Da- bei bezeichnet der freie Querschnitt das Verhältnis von Flächen der Ausnehmungen am Drosselmittel, durch die der Luftstrom hindurchtreten kann, und geschlossenen Flächen des Drosselmittels, die ein Hindernis für den Luftstrom bilden. Bei einem freien Querschnitt von zumindest 20 Pro- zent sind also bezogen auf eine Gesamtfläche des Drosselmittels, das beispielsweise als rechteckige Blechtafel ausgeführt sein kann, 20 Prozent der Fläche durch Ausnehmungen durchbrochen. Dabei können die Ausnehmungen gleichverteilt mit einer festen Teilung und mit einer festen Geometrie an- gebracht sein. Es können jedoch auch Ausnehmungen in Randbereichen des Drosselmittels eine andere Geometrie und/oder Teilung aufweisen als die Ausnehmungen im Zentrum der Fläche des Drosselmittels. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Dros- selmittel mit einem freien Querschnitt von zwischen 5 Prozent der Fläche und 10 Prozent der Fläche, ausgebildet. Da- mit kann unmittelbar vor dem Eintreten des Luftstroms in den Ofenraum eine starke Beruhigung von Turbulenzen erreicht werden, so dass sich im Ofenraum eine turbulenzarme, bevorzugt eine turbulenzfreie, laminare Strömung ausbilden kann .

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eines der Drosselmittel mit Luftleitmitteln versehen, die als orthogonal zu einer durchströmbaren Oberfläche der Drosselmittel ausgerichtete Wände ausgebildet sind. Damit wird in Strömungsrichtung hinter den Ausnehmungen, die in den Drosselmitteln vorgesehen sind, die Aufteilung des Luftstroms in Einzelströmungen zumindest über einen gewissen Strömungsweg aufrechterhalten. Durch die Wände an den Drosselmitteln vermengen sich die Einzelströmungen nicht unmittel- bar hinter den Drosselmitteln. Vielmehr verbleiben die Einzelströmungen separat voneinander, wodurch eine vorteilhafte Beruhigung der Luftströmung erreicht werden kann. Die Wände der Luftleitmittel können eine Höhe aufweisen, die um ein vielfaches größer ist als eine Dicke der Drosselmittel. Bevorzugt sind die Wände derart angeordnet, dass jede Luftströmung, die aus den Ausnehmungen in den Drosselmitteln austritt, von einer Luftströmung einer benachbarten Ausnehmung getrennt ist. Die Wände können insbesondere aus dünnwandigen Blech hergestellt sein und können mit den Drossel- mittein verschweißt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Drosselmittel, die insbesondere mit Luftleitmitteln versehen sind, in Strömungsrichtung unmittelbar hinterein- ander angeordnet und bilden eine Drosseleinheit. Durch eine Anordnung mehrerer Drosselmittel unmittelbar hintereinander kann eine kompakte Drosseleinheit geschaffen werden, die eine vorteilhafte Beruhigung der Luftströmung bewirken kann. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest eines der unmittelbar hintereinander angeordneten Drosselmittel mit Luftleitmitteln versehen ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein dem Ofenraum in Strömungsrichtung nachgeschalteter Abluftkanal vorgesehen sein, der für eine zumindest teilweise Rückführung des durch den Ofenraum geleiteten Luftstroms zur Luftfördereinrichtung vorgesehen ist. Damit kann eine effiziente Nutzung der von der Luftfördereinrichtung und von der Wärmeübertragungseinrichtung in den Luftstrom eingebrachten Bewegungsenergie bzw. inneren Energie erreicht werden. Der bereits erwärmte und in Bewegung befindliche Luftstrom strömt dabei durch den Ofenraum und wird in einer Kreisbe- wegung wieder der Luftfördereinrichtung zugeführt. Damit muss für eine konstante Temperatur im Ofenraum die durch die Wände des Ofenraums und des Zu- bzw. Abluftkanals abgestrahlte Wärme ersetzt werden. Zusätzlich muss durch die Schleusen zugeführte Frischluft aufgeheizt werden und die zu oxidierenden Kunststofffasern müssen erwärmt werden, wobei zu Beginn des Oxidationsvorgangs das in den Kunststofffasern enthaltene Wasser verdampft werden muss.

Zweckmäßig ist es, wenn in dem Abluftkanal zumindest ein Drosselmittel für den Luftstrom vorgesehen ist. Dadurch wird ein definierter Strömungswiderstand für den Luftstrom nach Durchströmen des Ofenraums sichergestellt. Dies verhindert, dass sich der Luftstrom bereits im Ofenraum in zwei oder mehrere Ströme aufteilt, die jeweils in Richtung des geringsten Widerstands abfließen, was eine unerwünschte Beunruhigung des Luftstroms herbeiführen würde.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein erstes, dem Abluftkanal zugeordnetes Drosselmittel als Wand des Ofen- raums ausgebildet. Damit wird ein konstanter Strömungswiderstand über den gesamten Querschnitt des Ofenraums sichergestellt, so dass ein lokales Abströmen des in den Ofenraum zugeführten Luftstroms zumindest im Wesentlichen vermieden werden kann.

Zweckmäßig ist es, wenn die als Wände des Ofenraums ausge- führten Drosselmittel gegenüberliegend angeordnet sind.

Dies begünstigt eine turbulenzarme oder eine laminare Strömung im Ofenraum, da der in den Ofenraum eintretende Luftstrom bis zu seinem Austreten aus dem Ofenraum nicht umgelenkt werden muss. Das heißt, dass der Bewegungsvektor für ein Luftteilchen, das in den Ofenraum eintritt, im Wesentlichen parallel zu dem Bewegungsvektor des Luftteilchens beim Austreten aus dem Ofenraum ist .

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den als Drosselmitteln ausgeführten Wänden zumindest eine

Trenneinrichtung zur Entkopplung von Luftströmen im Ofenraum vorgesehen. Die Trenneinrichtung erstreckt sich in Normalenrichtung zu den Flächen der gegenüberliegend angeordneten Drosselmittel und ist nur durch schmale Schlitze zur Durchführung von Fadenleitstangen durchbrochen und ermöglicht somit eine weitgehende Auftrennung des Ofenraums in zwei strömungstechnisch im Wesentlichen unabhängige, parallel liegende Bereiche. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das thermisch zu behandelnde Material, bei- spielsweise für einen kontinuierlichen Behandlungsprozess, in der Ofenkammer bewegt wird. Durch die Trenneinrichtung kann beispielsweise eine Förderung von Material durch den Ofenraum in unterschiedlichen Richtungen erfolgen, ohne dass es zu einer gegenseitigen Beeinflussung der Luftströ- mungen kommt .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Drosselmittel im Zuluftkanal und/oder im Abluftkanal in einem Winkel, insbesondere in einem 90-Grad-Winkel, zueinander angeordnet sind. Durch eine derartige ümlenkung des Luftstroms kann eine kompakte Gestaltung des Heißluftofenmoduls erreicht werden, ohne dass eine erhebliche Beunruhigung des Luftstroms in Kauf genommen werden muss . Dies gilt auch für die Anordnung der Luftfördereinrichtung, des Zuluftkanals und der als Drosselmittel ^"ausgeführten Wände, die in vorteilhafter Weise derart ausgerichtet sind, dass ein von der Luftfördereinrichtung abgegebener Luftstrom in paralleler Richtung gegenläufig zu einem Luftstrom in Ofenraum strömen kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Luftfördereinrichtung und die Drosselmittel derart aus- gebildet sind, dass in dem Ofenraum eine laminare Luftströmung mit einer im Wesentlichen einheitlichen Geschwindigkeitsverteilung, insbesondere mit einer maximalen Geschwindigkeitsabweichung über den Ofenraumquerschnitt von maximal +/-10 Prozent bei einer Geschwindigkeit von 1,5 m/s, ausge- bildet werden kann. Damit kann in dem Ofenraum beispielsweise ein Oxidationsprozess durchgeführt werden, bei dem dünne Kunststofffasern durch thermische Oxidation zu Koh- lenstofffasern oxidiert werden, wobei eine erhebliche Ver- sprödung der Kunststofffasern eintritt. Bei Vorliegen einer turbulenten Strömung könnten die Kunststofffasern, die typischerweise mit konstanter Geschwindigkeit durch den Ofenraum gefördert werden, zu Schwingungen angeregt werden und brechen. Bei einer laminaren Strömung des Luftstroms im O- fenraum ist die Gefahr eines Bruchs der Kunststofffasern erheblich reduziert. Um eine besonders gleichmäßige thermische Behandlung des Materials sicherzustellen, ist die Abweichung für die Geschwindigkeit des Luftstroms in allen Bereichen des Ofenraums auf +/- 10 Prozent begrenzt. Dies stellt sicher, dass der am Material vorbeiströmende Luft- ström keinen ungleichmäßig verteilten Energieeintrag in das Material bewirkt, wie dies bei unterschiedlich hohen Geschwindigkeiten des Luftstroms der Fall sein könnte.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an zumindest einem Wandbereich des Ofenraums eine Schleuseneinrichtung vorgesehen, die für eine kontinuierliche Zu- und/oder Abfuhr eines im Ofenraum thermisch zu behandelnden Endlosmaterials ausgebildet ist. Die Schleuseneinrichtung ist der- art ausgestaltet, dass ein sträng- oder fadenförmiges Material in den Ofenraum hinein- oder aus dem Ofenraum hinausgeführt werden kann. Dabei ist vorgesehen, dass durch die Schleuseneinrichtungen Frischluft in den Ofenraum nachströ- men kann. Zu diesem Zweck wird ein Teil der im Ofenraum vorhandenen Luftmenge durch eine Abluftanlage aus dem Ofenraum abgeführt und durch die nachströmende Frischluft ersetzt. Damit wird der Ofenraum mit einem niedrigeren Druck verglichen mit der Umgebung des Heißluftofens betrieben, wodurch ein unkontrolliertes Abströmen von Luft aus dem

Heißluftofen vermieden werden kann. Dies ist von besondere Interesse, da die Abluft aufgrund der im Ofenraum stattfindenden Oxidationsprozesse mit Schadstoffen belastet sein kann. Daher ist die Abluftanlage mit einer oder mehreren Reinigungsstufen, insbesondere mit einer thermischen Abgasnachbehandlungsanlage, zur Entfernung von Schadstoffen aus der Abluft ausgestattet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zuströmende Frischluft im Bereich der Schleusen, insbesondere in einem -Wärmeaustauschprozess mit der abgesaugten Abluft, vorgeheizt wird. Dies ermöglicht einen besonders effizienten Betrieb des Heißluftofenmoduls.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Heißluftofen mit Heißluftofenmodulen nach einem der Ansprüche 1 bis 18 vorgesehen, bei dem jeweils benachbart angeordnete Heißluftofenmodule um 180 Grad verdreht zueinander ausgerichtet und kommunizierend miteinander verbunden sind. Durch die modulare Aufbauweise des Heißluftofens kann eine kostengünstige Serienfertigung der Einzelteile, aus denen die jeweiligen Heißluftofenmodule aufgebaut sind, erreicht werden. Durch diese Anordnung der Heißluftofenmodule kann ein vorteilhafter Luftstrom bewirkt werden, da die gegenüberlie- gend angeordneten Luftfördereinrichtungen eine einseitige Absaugung des Luftstroms aus dem Ofenraum verhindern. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heißluftofens ist vorgesehen, dass dieser aus sechs Heißluftofenmodulen aufgebaut ist und eine Seitenlänge von 15m x 8.6m x 4.6m aufweist. Die Heißluftmodule weisen eine Seitenlänge von 2.5m x 8.6m x 4.6m auf und sind damit ohne Einsatz eines speziellen Schwertransporters transportabel.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform begrenzen die Heißluftofenmodule einen gemeinsamen, durchgängigen Ofenraum. Damit kann durch Aneinanderreihen von mehreren Heißluftofenmodulen ein Heißluftofen mit einem nahezu beliebig langen Ofenraum erstellt werden. Bei der vorstehend genannten Ausführungsform der Erfindung ist eine Länge des Ofenraums von 15m vorgesehen, die Höhe des Ofenraums beträgt 2m, wäh- rend die Breite 4.7m beträgt. Jeweils endseitig an den

Längsseiten des Ofenraums sind Schleuseneinrichtungen vorgesehen, die ein kontinuierliches Ein- und Ausschleusen von Material ermöglichen. Dabei steht dem Material die volle Länge von 15m für den thermischen Behandlungsprozess zur Verfügung.

Zweckmäßig ist es, wenn die Abluftkanäle einen der Ofenkammer in Strömungsrichtung nachgeordneten Verteilerraum bilden, der für eine, vorzugsweise gleichteilige, Verteilung von Luftströmen aus der Ofenkammer an die Luftfördereinrichtungen der zumindest zwei benachbart angeordneten Heiß- luftofenmodule vorgesehen ist. Durch den gemeinsamen Verteilerraum kann die Aufspaltung des durch den Ofenraum strömenden Luftstroms in zumindest zwei Stromzweige ver- wirklicht werden. Diese Stromzweige des Luftstroms werden an den Wärmeübertragungseinrichtungen der benachbart angeordneten Heißluftofenmodule vorbeigeführt und von den jeweiligen Luftfördereinrichtungen wieder in die jeweiligen Zuluftkanäle und in den gemeinsamen Ofenraum befördert. Da- durch kann sichergestellt werden, dass im gesamten Ofenraum eine einheitliche Temperatur herrscht, selbst wenn die Wärmeübertragungseinrichtungen oder die Luftfördereinrichtungen unterschiedliche Wirkungsgrade aufweisen. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines aus mehreren

Heißluftofenmodulen aufgebauten Heißluftofens gemäß der Erfindung in der Draufsicht,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines der Heißluftofenmodule gemäß der Fig. 1,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild für zwei miteinander gekoppel- te Heißluftofenmodule in einer Draufsicht.

Ein in Fig. 1 dargestellter Heißluftofen 10 ist aus einer Mehrzahl von Heißluftofenmodulen 12 aufgebaut, die aneinander gereiht angeordnet sind und einen gemeinsamen, in Rich- tung der Aneinanderreihung durchgehenden Ofenraum 20 bilden. Die Heißluftofenmodule 12 sind jeweils um 180 Grad zueinander verdreht zu einer nicht dargestellten, normal zur Darstellungsebene der Figur 1 ausgerichteten Symmetrieachse zueinander ausgerichtet. Jedes der Heißluftofenmodule 12 weist eine Grundfläche von 2.5m x 8.6m sowie eine in der Fig. 2 dargestellte Höhe von 4.6m auf.

Der Ofenraum 20, der durch Wände 16, 18 begrenzt ist, weist eine kubische Gestalt auf. Dabei sind vertikal ausgerichte- te Wände 16 geschlossenen ausgeführt, während horizontal ausgerichtete Wände 18 als Lochbleche mit einer Vielzahl von regelmäßig angeordneten, mit gleicher Geometrie versehenen Ausnehmungen 28 ausgeführt sind. Die horizontal ausgerichteten Wände 18 ermöglichen durch die Ausnehmungen 28 das Hindurchtreten eines Luftstroms. Dabei wird ein Strömungswiderstand für den hindurchtretenden Luftstrom von dem freien Querschnitt, also dem Verhältnis der Fläche der Ausnehmungen 28 zur Gesamtfläche der gesamten Wand 18, be- stimmt. Bei den horizontal ausgerichteten Wänden 18 ist vorteilhaft ein freier Querschnitt von 10 Prozent gewählt, so dass die Ausnehmungen 28 lediglich 1/10 der gesamten Fläche der Wand 18 einnehmen.

Jeweils stirnseitig an den Heißluftofenmodulen 12 ist eine als Gebläse 14 ausgeführte Luftfördereinrichtung vorgesehen, die eine Förderung der im Heißluftofenmodul 12 enthaltenen Luft ermöglicht.

Wie in der Fig. 2 näher dargestellt, ist das Gebläse 14 stirnseitig in einem oberen Bereich des Heißluftofenmoduls 12 angebracht und weist einen Gebläsemotor sowie einen Rotor auf, der auf einer Motorwelle des Gebläsemotors festge- legt ist und der in einem Gebläsekasten 44 angeordnet ist. Durch eine Rotationsbewegung der Motorwelle kann das Gebläse Luft aus einem unteren, nachfolgend näher beschriebenen Bereich des Heißluftofenmoduls 12 ansaugen und kann die Luft als Luftstrom mit einer vorgebbaren Strömungsgeschwin- digkeit nach oben aus dem Gebläsekasten 44 abgeben. Dabei dient der Gebläsekasten 44 der Kanalisierung des vom Gebläse 14 geförderten Luftstroms. Der Luftstrom wird in Strömungsrichtung 24 hinter dem Gebläsekasten 44 in einem Zuluftkanal 22 geführt, der im Wesentlichen von Außenwänden 46 des Heißluftofenmoduls 12 sowie von einem Leitblech 48 begrenzt wird. In dem Zuluftkanal 22 ist eine erste Drosseleinrichtung 30 als erstes Drosselmittel vorgesehen, die einen freien Querschnitt von ungefähr 30 Prozent aufweist. An der ersten Drosseleinrichtung 30 wird der Luftstrom ge- staut und dringt durch die Ausnehmungen 28 in den dahinter liegenden Bereich des Zuluftkanals 22. Durch das Aufstauen des Luftstroms und das geordnete Hindurchtreten durch die erste Drosseleinrichtung 30 werden Turbulenzen, die vom Gebläse 14 erzeugt wurden, nahezu vollständig eliminiert. Es können zwar beim Hindurchtreten des Luftstroms durch die erste Drosseleinrichtung 30 neue Turbulenzen auftreten, diese sind jedoch bei geeigneter Wahl der Strömungsgeschwindigkeit bzw. des Volumenstroms des Luftstroms erheb- lieh geringer als im Bereich des Zuluftkanals 22 vor der ersten Drosseleinrichtung 30.

Anschließend dringt der Luftstrom durch die als zweite Drosseleinrichtung 32 ausgeführte Decke des Ofenraums 20, die als zweites Drosselmittel ausgeführt ist. Da die zweite Drosseleinrichtung 32 einen freien Querschnitt von ungefähr 10 Prozent aufweist, kommt es durch die Stauung des Luftstroms zwischen den ersten und zweiten Drosseleinrichtungen 30, 32 zu einer gleichmäßigen Verteilung der im Luftstrom enthaltenen Luftmoleküle, so dass an allen Stellen der zweiten Drosseleinrichtung 32 die gleiche Menge an Luft durch die Ausnehmungen 28 hindurchtreten kann. Der Luftstrom ist nunmehr in den Ofenraum 20 eingedrungen und strömt laminar in vertikaler Richtung von der zweiten Drosseleinrichtung 32 in Richtung einer dritten Drosseleinrichtung 34, die als drittes Drosselmittel ausgeführt ist. Der Ofenraum 20 ist durch eine zwischen den zweiten und dritten Drosseleinrichtungen 32, 34 erstreckte Trenneinrichtung 38 in einen ersten Ofenraumbereich 50 und einen zweiten Ofenraumbereich 52 unterteilt. Die Trenneinrichtung 38, die durch schmale Schlitze zur Durchführung von Fadenleitstangen unterbrochen ist, verhindert eine unerwünschte Wechselwirkung der Luftströmungen zwischen dem ersten und dem zweiten Ofenraumbereich 50, 52. Dies ist von Interesse, um unerwünschte Turbulenzen im laminaren Luftstrom durch gegenseitige Beeinflussung der Ofenraumbereiche 50, 52 zu vermeiden.

Die vorstehend beschriebenen Drosseleinrichtungen 30 bis 34 sowie eine vierte Drosseleinrichtung 36 können bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Drosseleinheiten 62 ausgeführt sein, die exemplarisch anhand der Drosseleinrichtung 34 in der Detailvergrößerung der Fig. 2 dargestellt ist. Die Drosseleinheiten 62 sind aus mehreren, in Strömungsrichtung 24 unmittelbar hintereinander angeordneten Lochblechen 64 aufgebaut, wobei den beiden oberen Lochblechen 64 Luftleitmittel 60 zugeordnet sind. Die Luft- leitmittel 60 sind in Strömungsrichtung 24 hinter den Lochblechen 64 angeordnet. Sie sind, wie dies im Schnitt A-A näher dargestellt ist, rasterartig um die jeweiligen Ausnehmungen 28 in den Lochblechen 64 angeordnet und weisen eine Höhe auf, die einem Vielfachen der Dicke der Lochbleche 64 entspricht. Die Luftleitmittel 60 sind aus schmalen Blechstreifen hergestellt, die jeweils im Rastermaß der Ausnehmungen mit schlitzartigen Ausklinkungen versehen sind, wobei es die Ausklinkungen ermöglichen, die Blech- streifen gegensinnig zusammenzustecken und somit die rasterartige Anordnung zu erreichen.

In der Fig. 2 ist ein strangförmiges Material 54 angedeutet, das in jedem der Ofenraumbereiche 50, 52 gefördert wird. Das Material 54 wird, wie in der Fig. 3 näher dargestellt wird, durch eine Schleuseneinrichtung 56 in den O- fenraum 20 eingebracht und mittels Umlenkungen 58 mehrfach umgelenkt, so dass das Volumen des Ofenraums 20 vorteilhaft ausgenutzt werden kann und die Verweildauer für die thermi- sehe Behandlung des Materials 54 erhöht wird. Anschließend wird das Material durch eine zweite Schleuseneinrichtung 56 wieder aus dem Ofenraum 20 entfernt und kann einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden.

An einer Unterseite wird der Ofenraum 20 gemäß der Fig. 2 durch die dritte Drosseleinrichtung 34 begrenzt, die bei der dargestellten Ausführungsform des Heißluftofenmoduls 12 den gleichen freien Querschnitt wie die zweite Drosseleinrichtung 32 aufweist. Die dritte Drosseleinrichtung 34 ver- hindert ein unkontrolliertes Abströmen des Luftstrom und stellt damit auch im unteren Bereich des Ofenraums 20 einen turbulenzarmen oder einen laminaren Luftstrom sicher. Unterhalb der dritten Drosseleinrichtung 34 beginnt ein Abluftkanal 26, der für eine Rückführung des Luftstroms zum Gebläse 14 vorgesehen ist. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform des Heißluftluftofenmoduls 12 ist vorgesehen, dass der Luftstrom sowohl zum Gebläse 14 als auch zu einem Gebläse eines um 180 Grad verdreht angeordneten, nicht dargestellten Heißluftofenmoduls geführt werden kann. Damit dient der Bereich des Abluftkanals 26 unterhalb des dritten Lochblechs 34 als Verteilerraum für den Luftstrom. Unabhängig davon, zu welchem Gebläse der Luftstrom ab- strömt, muss er vor Erreichen des Gebläses die vierte Drosseleinrichtung 36, passieren. Die vierte Drosseleinrichtung 36 dient dazu, den Luftstrom in geordneter Weise dem jeweiligen Gebläse zuströmen zu lassen.

Auf dem Weg zum Gebläse 14 passiert der Luftstrom eine Wärmeübertragungseinrichtung 42, die als indirekt mit Thermal- öl beheizter Wärmetauscher ausgeführt ist und die den Luftstrom auf die für den Ofenraum 20 gewünschte Zieltemperatur erwärmt. Bei dem vorliegenden Heißluftofenmodul 10 kann beispielsweise eine Zieltemperatur im Ofenraum 20 von 200 Grad Celsius bis insbesondere 280 Grad Celsius vorgegeben werden .

Wie aus dem Ersatzschaltbild gemäß der Fig. 3 zu entnehmen ist, können die benachbart angeordneten Heißluftofenmodule 12 als pneumatisches System dargestellt werden. Das Gebläse 14 wirkt als Pneumatikpuiupe und mündet in den Zuluftkanal 22, der mit den ersten und zweiten Drosseleinrichtungen 30, 32 versehen ist. Anschließend strömt der Luftstrom in den Ofenraum 20, der von dem beiden Heißluftofenmodulen 12 gebildet wird. Durch den Ofenraum 20 wird ein endloser Faden 54 aus Kunststoff geführt, der thermisch oxidiert werden soll und der durch eine erste Schleuseneinrichtung 56 in den Ofenraum 20 eintritt und durch eine zweite Schleusen- einrichtung 56 aus dem Ofenraum 20 austritt. Im Ofenraum 20 wird der Faden 54 durch Umlenkungen 58 mehrfach umgelenkt um von Luftstrom thermisch oxidiert. Der Luftstrom tritt nach Durchströmen des Ofenraums 20 durch die dritte Drosseleinrichtung 34 in den Abluftkanal 26 und passiert nach durchströmen der vierten Drosseleinrichtung 36 die Wärmeübertragungseinrichtung 42, wo eine Erwärmung stattfindet. Anschließend wird der Luftstrom vom Gebläse 14 in den Ge- bläsekasten angesaugt und erneut dem Zuluftkanal 22 zugeführt.

Claims

Patentansprüche

1. Heißluftofenmodul (12) mit einem zumindest teilweise von Wänden (16, 18) begrenzten Ofenraum (20), dem eine Luftfördereinrichtung (14) zum Hervorrufen eines Luftstroms sowie eine Wärmeübertragungseinrichtung (42) zur Erwärmung des Luftstroms zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zuluftkanal (22) vorgesehen ist, der zwischen der Luftfördereinrichtung (14) und dem Ofenraum (20) für eine Leitung des von der Luftfördereinrichtung (14) in einer Strömungsrichtung (24) geförderten Luftstroms ausgebildet ist, und der mit ersten und zweiten Drosselmitteln (30, 32) versehen ist, die in Strömungsrichtung (24) beabstandet zueinander angeordnet sind und die für eine Vergleichmäßigung des Luftstroms vor dem Durchströmen des Ofenraums (20) vorgesehen sind.

2. Heißluftofenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite, dem Zuluftkanal (22) zugeordnete Drosselmittel (32) als Wand des Ofenraums (20) ausgebildet ist. •

3. Heißluftofenmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Drosselmittel (30, 32,34, 36) als von Ausnehmungen (28) durchsetzte Wand, insbesondere als Lochblech, ausgebildet ist.

4. Heißluftofenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (28) in den beabstandet voneinander angeordneten Drosselmitteln (30, 32, 34, 36) derart ausgebildet sind, dass die Drosselmittel (30, 32, 34 36) zumindest teilweise unterschiedliche Strömungswiderstände für den Luftstrom aufweisen.

5. Heißluftofenmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drosselmittel einen geringeren Strömungswiderstand aufweist als das in Strömungsrichtung nachgeschaltete, zweite Drosselmittel.

6. Heißluftofenmodul nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass das erste Drosselmittel (30) mit einem freien Querschnitt von zwischen 20 Prozent der Fläche und 30 Prozent der Fläche ausgebildet ist.

7. Heißluftofenmodul nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drosselmittel (32) mit einem freien Querschnitt von zwischen 5 Prozent der Fläche und 10 Prozent der Fläche ausgebildet ist.

8. Heißluftofenmodul nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der

Drosselmittel (30, 32, 34 ,36) mit Luftleitmitteln (60) versehen ist, die als orthogonal zu einer durchströmbaren Oberfläche der Drosselmittel (30, 32, 34 ,36) ausgerichtete Wände ausgebildet sind.

9. Heißluftofenmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Drosselmittel (30, 32, 34 ,36) die insbesondere mit Luftleitmitteln (60) versehen sind, in Strömungsrichtung unmittelbar hintereinander angeordnet sind und Drosseleinheiten (62) bilden.

10. Heißluftofenmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Ofenraum (20) in

Strömungsrichtung (24) nachgeschalteter Abluftkanal (26) vorgesehen ist, der für eine zumindest teilweise Rückführung des durch den Ofenraum (20) geleiteten Luftstroms zur Luftfördereinrichtung (14) vorgesehen ist.

11. Heißluftofenmodul nach Anspruch 10, dadurch gekenn- zeichnet, dass in dem Abluftkanal (26) zumindest ein

Drosselmittel (34, 36) für den Luftstrom vorgesehen ist.

12. Heißluftofenmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes, dem Abluftkanal (26) zugeordnetes Drosselmittel (34) als Wand des Ofenraums (20) ausgebildet ist.

13. Heißluftofenmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die als Wände des Ofenraums (20) ausgeführten Drosselmittel (32, 34) gegenüberliegend angeordnet sind.

14. Heißluftofenmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den als Drosselmitteln

(32, 34) ausgeführten Wänden zumindest eine Trenneinrichtung (38) zur Entkopplung von Luftströmen im Ofenraum (20) vorgesehen ist, die insbesondere schmale Schlitze zur Durchführung von Fadenleitstangen aufweist.

15. Heißluftofenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselmittel (30, 32, 34, 36) im Zuluftkanal (22) und/oder im Abluftkanal (26) in einem Winkel, insbesondere in einem 90-Grad- Winkel, zueinander angeordnet sind.

16. Heißluftofenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfördereinrichtung

(14), der Zuluftkanal (22) und die als Drosselmittel (32, 34) ausgeführten Wände derart angeordnet sind, dass ein von der Luftfördereinrichtung (14) abgegebener Luftstrom in paralleler Richtung gegenläufig zu einem Luftstrom im Ofen- räum (20) strömen kann.

17. Heißluftofenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die

Luftfördereinrichtung (14) und die Drosselmittel (30, 32, 34, 36) derart ausgebildet sind, dass in dem Ofenraum (20) eine laminare Luftströmung mit einer im Wesentlichen einheitlichen Geschwindigkeitsverteilung, insbesondere mit einer maximalen Geschwindigkeitsabweichung über den Ofenraum- querschnitt von maximal +/-10 Prozent bei einer Geschwindigkeit von 1,5 m/s, ausgebildet werden kann.

18. Heißluftofenmodul nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Wandbereich des Ofenraums (20) eine Schleuseneinrichtung (56) vorgesehen ist, die für eine kontinuierliche Zu- und/oder Abfuhr eines im Ofenraum (20) thermisch zu behandelnden Endlosmaterials (54) ausgebildet sind.

19. Heißluftofen (10) mit Heißluftofenmodulen (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils benachbart angeordnete Heiß- luftofenmodule (12) um 180 Grad verdreht zueinander ausge- richtet und kommunizierend miteinander verbunden sind.

20. Heißluftofen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Heißluftofenmodule (12) einen gemeinsamen, durchgängigen Ofenraum (20) begrenzen.

21. Heißluftofen nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftkanäle (26) einen dem

Ofenraum (20) in Strömungsrichtung (24) nachgeordneten Verteilerraum (40) bilden, der für eine, vorzugsweise gleich- teilige, Verteilung von Luftströmen aus dem Ofenraum (20) an die Luftfördereinrichtungen (14) der zumindest zwei benachbart angeordneten Heißluftofenmodulen (12) vorgesehen ist .