WO2020064360A1

WO2020064360A1 - Vorrichtung zum vorwärmen stangenförmiger werkstücke

Info

Publication number: WO2020064360A1
Application number: PCT/EP2019/074412
Authority: WO
Inventors: Uwe GÜNTER; Joachim Sokoll
Original assignee: Extrutec Gmbh
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2020-04-02
Also published as: PL3857147T3; US20220034587A1; US11519668B2; EP3857147A1; ES2945324T3; EP3857147B1

Abstract

Vorrichtung zum Vorwärmen stangenförmiger, metallischer Werkstücke, insbesondere Aluminiumstangen, mittels einer durch Rest- oder Abwärme eines in einer Aufheizvorrichtung zur Aufheizung der Werkstücke erfolgenden Verbrennungsprozesses beheizten Fluidströmung, wobei die Vorrichtung eine Vorwärmkammer zur Aufnahme zumindest eines Werkstücks aufweist, wobei dass zur Übertragung der Wärme von der Fluidströmung auf einen Wärmeträgerstrom in einer Fluidstromleitung zwischen einem Fluidstromanschluss und der Vorwärmkammer eine Wärmetauschereinrichtung vorgesehen ist, derart, dass die Vorwärmung des Werkstücks mittelbar über den in der Wärmetauschereinrichtung von der Fluidströmung aufgeheizten Wärmeträgerstrom erfolgt.

Description

Vorrichtung zum Vorwärmen stangenförmiger Werkstücke

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vorwärmen stangenförmiger, metalli- scher Werkstücke, insbesondere Aluminiumstangen, mittels einer durch Rest- oder Abwärme eines in einer Aufheizvorrichtung zur Aufheizung der Werkstücke erfolgenden Verbrennungsprozesses beheizten Fluidströmung, wobei die Vor- richtung eine Vorwärmkammer zur Aufnahme des Werkstücks aufweist.

Vorrichtungen der eingangs genannten Art kommen insbesondere zum Einsatz in Kombination mit Gasschnellanwärmöfen. Die in den Gasschnellanwärmöfen ent- stehenden Abgase werden im Stand der Technik dazu benutzt eine Vorwärmzo- ne des Gasschnellwärmofens zu erhitzen. Außerdem ist bekannt die Abgase, die den Gasschnellanwärmöfen verlassen und immer noch eine Temperatur von etwa 200°C bis 300°C aufweisen zu nutzen, um die Verbrennungsluft des Gas- schnellanwärmofens vorzutemperieren. Alternativ ist bekannt die den Gas- schnellanwärmofen verlassenden Abgase in ein Vorwärmmagazin, insbesondere in ein Stangenvorwärmmagazin zu leiten, um dort unmittelbar das zu erwärmen- de Material, insbesondere die Stangen, vorzuwärmen. Die Aufwärmung der stangenförmigen Werkstücke in den Gasschnellanwärmö- fen 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 stan- genförmigen Werkstücken zu nutzen, die in einem Vorwärmmagazin zur nachfol- genden Einführung in den Gasschnellanwärmöfen bereitgehalten werden. In die sen 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 zwi- sehen 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. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorwärmvorrichtung vorzu- schlagen, die einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die Merk- male des Anspruchs 1 auf.

Erfindungsgemäß ist zur Übertragung der Wärme von der Fluidströmung auf ein Wärmeträgerstrom in einer Fluidstromleitung zwischen einem Fluidstroman- schluss und der Aufwärmkammer eine Wärmetauschereinrichtung vorgesehen, derart, dass die Vorwärmung des Werkstücks mittelbar über den in der Wärme- tauschereinrichtung von der Fluidströmung aufgeheizten Wärmeträgerstrom er- folgt.

Die erfindungsgemäße indirekte oder mittelbare Vorwärmung der stangenförmi- gen Werkstücke, bei der die Beaufschlagung der Werkstücke nicht unmittelbar über die Abgasströmung aus der Aufheizvorrichtung erfolgt, sondern die die Zwi- schenschaltung eines Wärmeträgerstroms vorsieht, mit der Möglichkeit, dass für die Ausbildung des Wärmeträgerstroms verwendete Fluid hinsichtlich seiner Wär- meträgerkapazität 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 Benet- zungsfähigkeit, die eine entsprechende Verweil- oder Kontaktdauer der Flüssig keit auf dem Werkstück ermöglicht, zu einer erheblichen Steigerung der Effektivi- tät 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 angeord- nete Flüssigkeitsausgabeeinrichtung zur Beaufschlagung einer Oberseite des Werkstücks mit dem aus der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung austretenden, vor- zugsweise 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 Wasser- stroms 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 Werk- stücken 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 Flüssigkeitsausgabeeinrichtung parallel zur Längsachse eines im Auf- nahmebereich der Vorwärmkammer angeordneten Werkstücks erstreckt.

Vorzugsweise weist die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung eine sich in Längsrich- tung der Aufnahmekammer erstreckende Reihe von Ausgabeöffnungen zur Aus- bildung 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 Temperaturgra- dient ausbildet.

Wenn die Vorwärmkammer als Durchlaufkammer ausgebildet ist, mit einer an der ersten Stirnseite ausgebildeten Eintrittsdichtung und einer an einer gegenüberlie- genden 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 Gasschnell- anwärmofen. Die Dichtungen, also die Eintritts- und Austrittsdichtungen können als Schleifdichtungen ausgeführt sein, deren Öffnung an den jeweiligen Quer- schnitt, 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 Wärmetau- schereinrichtung und der Vorwärmkammer eine Zuführleitung und zwischen der Vorwärmkammer und der Wärmetauschereinrichtung eine Rückführleitung aus- gebildet ist. Wenn zwischen der Aufwärmkammer und der Rückführleitung ein Wärmeträger- tank 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. schwer- kraftbedingten Leitung des Wärmeträgerstroms über die Oberfläche des Werk- stücks ein kontinuierlicher Betrieb der Wärmeträgervorrichtung bzw. Umlauf des Wärmeträgerstroms in der Wärmeträgervorrichtung sichergestellt werden. Dar- über hinaus kann der Wärmeträgertank zu einer weiteren Zwischenerwärmung des Wärmeträgerstroms genutzt werden.

Wenn parallel zur Vorwärmkammer zwischen der Zuführleitung und dem Wärme- trägertank 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, unabhän- gig von der Beaufschlagung eines Werkstücks mit dem Wärmestrom in der Auf- wärmkammer zumindest eine durch die Bypassleitung und die Wärmetauscher- einrichtung zirkulierende Teilmenge des Wärmestroms aufzuheizen und erst nach Erreichen einer definierten Solltemperatur des Wärmestroms durch entspre- chende Einstellung der Absperrventileinrichtungen eine Beaufschlagung des in der Aufwärmkammer angeordneten Werkstücks durchzuführen.

Vorzugsweise ist die Vorwärmkammer mit einer an die Werkstückgeometrie an- passbaren 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 Trans- port 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 Ro- tationseinrichtung 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 aufwei- sen, durch eine geeignete Drehung des Werkstücks um die Werkstücklängsach- se, 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 Reinigungs- einrichtung, insbesondere eine Hochdruckreinigungseinrichtung, umfasst, wobei die Reinigungseinrichtung über zumindest eine zusätzliche Flüssigkeitsausgabe- einrichtung zur Beaufschlagung einer Oberfläche des Werkstücks mit dem aus der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung austretenden Wärmeträgerstroms umfasst. Durch diese Ausführungsform wird in besonders vorteilhafter Weise er- möglicht, 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 Wärme- trägerkreislauf benötigt wird und dadurch in ebenfalls vorteilhafter Weise der ent- sprechend aufgewärmte oder vorgewärmte Wärmeträger zur Reinigung oder Vorreinigung des Werkstücks benutzt werden kann, wodurch einerseits die Reini- gungsleistung gesteigert wird und wodurch andererseits die Vorwärmung des Werkstücks weiter gesteigert, zumindest aber nicht verschlechtert oder beein- trächtigt wird.

Entsprechende Reinigungseinrichtungen, insbesondere Hochdruckreinigungsein- richtungen dienen in der Regel dazu Verunreinigungen zu entfernen, die durch die Lagerung, den Transport od.dgl. auf der Oberfläche des Werkstücks vorhan- den 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 Wärmeträgerkreis- laufs, 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 Vorschubsrich- tung des Werkstücks oder in Transportrichtung des Werkstücks die Reinigungs- einrichtung 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 abge- tragen oder abtransportiert werden können. Dies ist auch deshalb vorteilhaft, weil dem Wärmeträgerstrom in der Regel keine Reinigungsmittel, beispielsweise Ten- side, zugesetzt werden können oder zugesetzt werden sollen, weil der Wärme- trägerstrom 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, beispiels- weise im Rahmen von regelmäßigen Reinigungs- oder Wartungsintervallen er- leichtet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung kann zu- dem vorgesehen sein, dass der Wärmeträgerkreislauf in der Zuführleitung zwi- schen der Wärmetauschereinrichtung und der Vorwärmkammer eine Abzweigung aufweist, wobei mittels der Abzweigung der Wärmeträger der Reinigungseinrich- tung 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 Reinigungsein- richtung ausgegeben oder abgegeben wird oder im Rahmen der Vorwärmkam- mer 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, nach- dem er als Reinigungsfluid auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragen wur- de. Damit kann der Wärmekreislauf ohne nennenswerten Verbrauch als tatsächli cher Kreislauf betrieben werden. Die oben bereits angesprochene Wartungsinter- valle 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 Auffangvorrich- tung der Reinigungseinrichtung und der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung und/oder Vorwärmkammer ausgebildet ist. Dadurch wird erreicht, dass der Wärmeträger- kreislauf besonders einfach ausgebildet wird. Insbesondere kann dann von der gemeinsamen Auffangvorrichtung eine Rückführung oder Überführung des Wär- meträger oder Wärmeträgerstroms in eine Rückführleitung gewährleistet werden. Dies bedeutet mit anderen Worten ausgedrückt, dass die gemeinsame Auffang- vorrichtung von Reinigungseinrichtung und Flüssigkeitsausgabeeinrichtung oder Vorwärmkammer die Rückführung oder Vereinigung der unterschiedlichen Pfade des Wärmeträgerkreislaufs, also des Vorwärmarmes einerseits und des Reini- gungsarmes andererseits, darstellt.

Ebenfalls kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Zuführleitung und/oder die Rückführleitung des Wärmeträgerkreislaufs Filtermittel zur Filterung von Ver- schmutzungen aus dem Wärmeträgerkreislauf umfassen.

Dadurch kann erreicht werden, dass die im Rahmen der Vorreinigung oder Reini- gung, welche mit der Reinigungseinrichtung bewerkstelligt wird, von der Oberflä- che 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 Wärme- trägerkreislauf.

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 ei- ner zweiten Ansicht;

Fig. 3 eine Vorderansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorwärmvorrich- tung;

Fig. 4 eine Frontansicht einer geöffneten Aufwärmkammer der in den

Fig. 1 bis 3 dargestellten Aufwärmvorrichtung;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Vorwärmvorrichtung ge- mäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 6 eine Schnittdarstellung durch eine Reinigungseinrichtung. Die Fig. 1und 2 zeigen in perspektivischen Darstellungen eine Vorwärmvorrich- tung 10 mit einer Wärmetauschereinrichtung 1 1 und einer Vorwärmkammer 12, die in einem Wärmeträgerkreislauf 13 angeordnet sind. Die Wärmetauscherein- richtung 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 Abgas- strom A in der Fluidstromleitung 15 durch die Wärmetauschereinrichtung 11 ge- leitet 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 Fluidstromlei- tung 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 Wärmetauschereinrichtungl 1 führt und die im vorliegenden Fall einen Wärmeträgertank 21 aufweist. Weiterhin ist die Rückführleitung 20 mit einer Umwälzpumpeneinrichtung 22 versehen, die zum Betrieb des Wärmeträ- gerkreislaufes 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 1 1 über die Zuführleitung 19 in die Vorwärmkam- mer 12 und von der Vorwärmkammer 12 in den Wärmeträgertank 21 gefördert wird, aus dem das Wasser dann wieder über die Rückführleitung 20 in die Wär- metauschereinrichtung 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 aus- gebildeten Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 25 versehen, aus der das Wasser auf eine Oberseite 26 des Werkstücks aufgegeben werden kann. Die Flüssigkeits ausgabeeinrichtung 25 erstreckt sich parallel zu einer Längsachse L der Vor- wärmkammer 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 Ausgabeöff- nungen 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 Was- sers, 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 Werkstückober- fläche herunterrinnt, so dass eine möglichst großflächige Wärmeübertragung zwischen der auf die Oberseite 26 des Werkstücks 24 aufgegebenen Wasser- menge 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 Durchmes- ser der Auslassöffnungen, die Viskosität des Wärmeträgers zu berücksichtigen ist, um die vorstehend beschriebene weitestgehend drucklose und eine kontinu- ierliche 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 Auffangvorrich- tung aufgefangen, um dann wieder über die Rückführleitung 20 der Wärmetau- schereinrichtung 11 zugeführt zu werden.

Wie weiterhin insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen ist, ist eine die Zuführlei tung 19 direkt mit dem Wärmeträgertrank 21 verbindende Bypassleitung 29 vor- gesehen, wobei sowohl die Zuführleitung 19 als auch die Bypassleitung 29 mit einer Absperrventileinrichtung 30 bzw. 31 versehen ist. Bei entsprechender Ven- tilstellung, also bei einer Schließstellung der Absperrventileinrichtung 30 und bei einer Öffnungsstellung der Absperrventileinrichtung 31 kann der Wärmeträger- strom im Wärmeträgerkreislauf 13 unter Umgehung der Vorwärmkammer 12 über die Bypassleitung 29 auf einen Durchlauf der Wärmeträgereinrichtung 1 1 be- schränkt werden, so dass gegebenenfalls ein schnelleres Aufheizen des Wärme- trägers 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 er- folgt.

Wie Fig. 4 zeigt, ist die Vorwärmkammer 12 mit einer Aufnahmeeinrichtung 32 versehen, die zum einen eine Abstützung des Werkstücks 24 in der Vorwärm- kammer 12 ermöglicht, zum anderen jedoch auch aufgrund der Ausbildung der Aufnahmeeinrichtung 32 mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung der Vorwärm- kammer 12 angeordneten Transportwellen 33 eine Transporteinrichtung ausbil- det, die einen Transport der Werkstücke 24 durch die Vorwärmkammer 12 er- möglicht.^A

In Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der er- findungsgemäßen Vorwärmvorrichtung 10 dargestellt, mit der neben einer Vor- wärmung des Werkstücks oder der Werkstücke auch eine Reinigung oder Vorrei- nigung 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 Wärmetau- scheinrichtung 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 Wärmetau- scheinrichtung 1 1 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 Über- sichtlichkeit sind an einzelnen Punkten die Verbindungen, insbesondere die Rohrleitungen, des Wärmeträgerkreislaufs 13 in der Fig. 5 nicht dargestellt. Die- se werden stattdessen nachfolgend sprachlich erörtert oder erläutert.

In einem Wärmeträgertank 21 wird der Wärmeträger, beispielsweise Wasser be- vorratet. 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 nachfol- gend 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 Wärmetau- scheinrichtung 1 1 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 an- dererseits zu einem Eingang 43 der Vorwärmkammer 12. Im Rahmen der Vor- wärmung in der Vorwärmkammer 12 erfolgen im Wesentlichen gleiche Prozesse, wie bereits im Bezug auf die Ausführungsform der Fig. 1 bis 4 beschrieben, wes- halb 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 entspre- chend unter Hochdruck stehende Wasser wird dann durch die Reinigungseinrich- tung, insbesondere die Hochdruckreinigungseinrichtung mit zumindest einer ent- sprechenden zusätzlichen Flüssigkeitsausgabeeinrichtung auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragen. Bezüglich der genauen Ausgestaltung der Reini- gungseinrichtung 34 wird auf die Beschreibung der Fig. 6 verwiesen. In der Dar- stellung 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 Reini- gungseinrichtung 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 Vorwärm- kammer 12, insbesondere nach dem Benetzen des Werkstücks im Bereich der Vorwärmkammer 12 sowie auch nach dem Aufträgen 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 Wär- meträger oder das Wasser einem Grobschmutzfilter 46 zugeführt wird, der dementsprechend bereits Teil einer Rückführleitung 20 ist. Durch den Grob- schmutzfilter 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 nach- geschaltet 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 Wärmeträger- kreislauf 13 eingebunden sind. Die Anschlüsse 48 werden mit einer entsprechen- den, in der Fig. 6 nicht dargestellten Wärmeträgerleitung mittelbar oder unmittel- bar mit der Hochdruckpumpe 42 verbunden, um das Wasser oder den Wärmeträ- ger über die Hochdruckdüsen 47 auf das Werkstück abzugeben.

Die Hochdruckdüsen 47 sind dabei zueinander in einem Winkel von 120° ange- ordnet, sodass eine effektive Reinigung der gesamten Oberfläche des Werk- stücks erreicht werden kann. Das Gehäuse 45 der Hochdruckreinigungseinrich- tung 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 Reini- gungseinrichtung 34, aus der das Werkstück aus der Reinigungseinrichtung 34 austreten kann.

Bezugszeichenliste

10 Vorwärmevorrichtung

1 1 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

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Vorwärmen stangenförmiger, metallischer Werkstücke (24), insbesondere Aluminiumstangen, mittels einer durch Rest- oder Ab- wärme 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,

dadurch gekennzeichnet,

dass zur Übertragung der Wärme von der Fluidströmung auf einen Wärme- trägerstrom in einer Fluidstromleitung (15) zwischen einem Fluidstroman- schluss (14) und der Vorwärmkammer (12) eine Wärmetauschereinrich- tung(11 ) vorgesehen ist, derart, dass die Vorwärmung des Werkstücks (24) mittelbar über den in der Wärmetauschereinrichtung(11 ) von der Fluidströ mung aufgeheizten Wärmeträgerstrom erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorwärmkammer (12) rohrförmig ausgebildet ist mit einer oberhalb eines Aufnahmebereichs (23) zur Aufnahme des Werkstücks(24) angeord- neten Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (25) zur Beaufschlagung einer Ober- seite (26) des Werkstücks (24) mit dem aus der Flüssigkeitsausgabeein- richtung (25) austretenden Wärmeträgerstrom.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass sich die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (25) parallel zur Längsachse L des im Aufnahmebereich (23) der Vorwärmkammer (12) angeordneten Werkstücks (24) erstreckt.

Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,

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 einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorwärmkammer (12) als Durchlaufkammer ausgebildet ist mit ei- ner 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 Zu- führleitung (19) und zwischen der Vorwärmkammer (12) und der Wärme- tauschereinrichtung(11 ) eine Rückführleitung (20) ausgebildet ist.

Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass zwischen der Aufwärmkammer (12) und der Rückführleitung (20) ein Wärmeträgertank (21 ) angeordnet ist, derart, dass der aus der Flüssigkeits ausgabeeinrichtung (25) in den Aufnahmebereich (23) der Vorwärmkam- mer (12) abgegebene Wärmeträgerstrom aus

8. der Vorwärmkammer (12) in den Wärmeträgertank (21 ) und aus dem Wär- meträgertank (21 ) in die Wärmetauschereinrichtung (1 1 ) gelangt.

Vorrichtung nach Anspruch 7,

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 Vorwärmkam- mer (12) verbindender Zuführleitungsabschnitt jeweils mit einer Absperr- ventileinrichtung (30, 31 ) versehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorwärmkammer (12) mit zumindest einer an die Werkstückgeo- metrie anpassbaren Aufnahmeeinrichtung (32) zur abstützenden Aufnahme des Werkstücks (24) versehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Aufnahmeeinrichtung (32) als Transporteinrichtung zum Transport des Werkstücks (24) in Längsrichtung der Vorwärmkammer (12) ausgebil- det ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Aufnahmeeinrichtung als Rotationseinrichtung zur Rotation des Werkstücks (24) um die Werkstücklängsachse ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 1 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Wärmeträgerkreislauf (13) eine Reinigungseinrichtung (34), insbesondere eine Hochdruckreinigungseinrichtung, umfasst, wobei die Reinigungseinrichtung (34) über zumindest eine zusätzliche Flüssigkeits ausgabeeinrichtung (35) zur Beaufschlagung einer Oberfläche (36) des Werkstücks (24) mit dem aus der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (35) aus- tretenden Wärmeträgerstrom umfasst.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Wärmeträgerkreislauf (13) in der Zuführleitung (19) zwischen der Wärmetauschereinrichtung (11 ) und der Vorwärmkammer (12) eine Ab- zweigung (36) aufweist, wobei mittels der Abzweigung (36) der Wärmeträ- ger der Reinigungseinrichtung (34) zugeführt wird.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14

dadurch gekennzeichnet,

dass die Reinigungseinrichtung (34) eine Auffangvorrichtung (37) umfasst, welche den mit der Reinigungseinrichtung (35) auf das Werkstück (24) auf- getragenen Wärmeträger auffängt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Auffangvorrichtung (37) in eine zwischen der Vorwärmkammer (12) und der Wärmetauschereinrichtung (1 1 ) ausgebildete eine Rückführlei- tung (20) mündet.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichent,

dass die Auffangvorrichtung (37) als gemeinsame Auffangvorrichtung (37) der Reinigungseinrichtung (35) und der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (25) ausgebildet ist.

18. Vorrichtung nach, einem der Ansprüche 6 bis 17,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Zuführleitung (19) und/oder Rückführleitung (20) Filtermittel (38) zur Filterung von Verschmutzungen aus dem Wärmeträgerkreislauf (13) umfassen.