WO2022199948A1

WO2022199948A1 - Heizvorrichtung für ein stangenartiges werkstück

Info

Publication number: WO2022199948A1
Application number: PCT/EP2022/053806
Authority: WO
Inventors: Uwe GÜNTER; Joachim Sokoll; Stefan Beer
Original assignee: Extrutec Gmbh
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2022-02-16
Publication date: 2022-09-29
Also published as: US20240175632A1; JP2024512616A; EP4314357A1; DE102021107670A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung (1), insbesondere Inlineofen, zum Erwärmen stangenartiger, elektrisch leitender Werkstücke (13), insbesondere Metallstangen und/oder Nichteisenmetallstangen, die entlang einer Förderrichtung (R) durch die Heizvorrichtung (1) förderbar sind, aufweisend ein in Bezug auf die Förderrichtung (R) erstes Heizmodul (2) mit einem ersten Eingangsbereich (4) und einem ersten Ausgangsbereich (5) und ein in Bezug auf die Förderrichtung (R) zweites Heizmodul (3) mit einem zweiten Eingangsbereich (6) und einem zweiten Ausgangsbereich (7).

Description

Heizvorrichtung für ein stangenartiges Werkstück

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zum Erwärmen stangenartiger, elektrisch leitender Werkstücke, wie beispielsweise Metallstangen und/oder Nichteisenmetallstangen in der bevorzugten Ausführungsform von Aluminiumstangen.

Aus dem Stand der Technik sind Heizvorrichtungen für stangenartige, elektrisch leitfähige Werkstücke allgemein bekannt. Beispielsweise beschreibt die EP 2 337 871 B1 eine als Inlineofen bezeichnete gattungsbildende Heizvorrichtung für stangenartige, elektrisch leitfähige Werkstücke, die die Heizvorrichtung entlang einer Förderrichtung durchlaufen und hierbei zunächst ein erstes Heizmodul für eine Vorerwärmung und anschließend ein zweites Heizmodul für eine Enderwärmung mit höherer Wärmeleistung passieren.

Die im ersten Heizmodul realisierte Vorerwärmung erfolgt mittels eines konventionellen Gasofens, in dem die bei der Verbrennung des Gases entstehenden Flammen direkt für die Erwärmung des Werkstücks genutzt werden. Für das Realisieren des zweiten Heizmoduls umfasst die gattungsbildende Heizvorrichtung ein Induktionsmodul, das zum Erzeugen von Wirbelströmen in dem zu erwärmenden Werkstück Leistungsspulen umfasst, die sich längs der Förderrichtung des Werkstücks erstrecken. Der Gasofen und das Induktionsmodul bilden zwar eine durchgehende Erwärmungskammer für das Werkstück aus, müssen allerdings zum Vermeiden eines Flammenüberschlags zwischen dem Gasofen und dem Induktionsmodul einen thermischen Entkopplungsabschnitt aufweisen, um eine Beschädigung des Induktionsmoduls durch überschlagende Flammen zu vermeiden. Dies ist von Nachteil, da der Entkopplungsabschnitt zu einer Vergrößerung der Längserstreckung der Heizvorrichtung führt und somit den baulichen Aufwand für die Fertigung der Heizvorrichtung erhöht. Zudem verlieren die stangenartigen Werkstücke trotz einer aufwändigen, zusätzliche Kosten verursachenden Wärmeisolierung beim Durchlaufen des Entkopplungsabschnitts bereits eingebrachte Wärme, weshalb auch der Gesamtwirkungsgrad der Heizvorrichtung durch den im Entkopplungsabschnitt entstehenden Wärmeverlust verringert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Heizvorrichtung anzugeben, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine in Bezug auf eine Längserstreckung kompakte und baulich einfach umsetzbare Heizvorrichtung für die effiziente Erwärmung der stangenartigen, elektrisch leitenden Werkstücke vor einer unmittelbar folgenden mechanischen Bearbeitung mittels eines Pressprozesses anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch eine Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist eine Heizvorrichtung vorgesehen zum Erwärmen stangenartiger, elektrisch leitender Werkstücke, insbesondere Metallstangen und/oder

Nichteisenmetallstangen wie beispielsweise Aluminiumstangen, die entlang einer Förderrichtung durch die Heizvorrichtung förderbar sind, mit einem in Bezug auf die Förderrichtung ersten Heizmodul, das einen ersten Eingangsbereich und einen ersten Ausgangsbereich umfasst und mit einem in Bezug auf die Förderrichtung zweiten Heizmodul, das einen zweiten Eingangsbereich und einen zweiten Ausgangsbereich aufweist, wobei das zweite Heizmodul als ein Induktionsmodul für eine induktive Erwärmung des elektrisch leitenden Werkstücks ausgebildet ist.

Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das erste Heizmodul als ein Konvektionsmodul mit Heizmitteln ausgebildet ist, das so ausgestaltet und eingerichtet ist, dass ein Arbeitsgas zwischen den Heizmitteln und dem zu erwärmenden Werkstück zirkulieren kann, um das Arbeitsgas mit den Heizmitteln zunächst zu erwärmen und dann das Werkstück mit dem Arbeitsgas zum Einbringen einer Wärmeleistung anzuströmen. Zudem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der erste Ausgangsbereich baulich unmittelbar an dem zweiten Eingangsbereich angeordnet ist, wodurch es zu einer erfindungsgemäß vorteilhaften Minimierung der Längserstreckung der Heizvorrichtung kommt, um eine energetisch effiziente und baulich kompakte Heizvorrichtung auszubilden. Ferner kann somit der Bauteilaufwand reduziert werden, da vollständig auf einen im Stand der Technik üblichen Entkopplungsabschnitt verzichtet werden kann.

Mit anderen Worten kann durch die baulich unmittelbare Anordnung des ersten Ausgangsbereichs am zweiten Eingangsbereich die Längserstreckung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung verkürzt werden. Dies wird erfindungsgemäß vorteilhaft ermöglicht, da bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kein Entkopplungsabschnitt benötigt wird, da es durch die Temperierung mittels des Arbeitsgases nicht zum Ausbilden von Flammen kommt. Neben dem Verkürzen der Längserstreckung führt dies zusätzlich zu einem verbesserten Gesamtwirkungsgrad der Heizvorrichtung, da es nicht zu einem Temperaturverlust im Werkstück beim Durchlaufen des Entkopplungsabschnitts kommt. Ferner lässt sich der bauliche Aufwand durch den Wegfall des Entkopplungsabschnitts reduzieren.

Durch das erfindungsgemäße Realisieren des ersten Heizmoduls als erfindungsgemäßes Konvektionsmodul mit den Heizmitteln erfolgt das Erwärmen des Werkstücks nur mittels des durch die Heizmittel erwärmten Arbeitsgases, das zwischen dem zu erwärmenden Werkstück und den Heizmitteln zirkuliert. Vorteilhaft kann somit eine Flammenbildung im ersten Heizmodul vollständig vermieden werden, weshalb das zweite Heizmodul baulich unmittelbar neben dem ersten Heizmodul angeordnet werden kann. Somit entfällt der Entkopplungsabschnitt vollständig. Ferner lässt sich die Temperatur des Arbeitsgases in den erfindungsgemäßen Konvektionsmodul über die Heizmittel genau steuern und einregeln, weshalb sich wiederum die in das Werkstück einbringbare Wärmeleistung im ersten Heizmodul präzise regulieren lässt.

Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die Heizmittel als ein Gasbrenner, bevorzugt ein Rekuperationsbrenner, sowie als ein elektrisches Widerstandsheizelement, bevorzugt ein widerstandsbeheiztes Heizregister, ausgebildet. Vorteilhaft realisiert dies ein hybrides Konvektionsmodul, um das zirkulierende Arbeitsgas entweder klassisch mit einem, insbesondere fossilen, Brennstoff, also vorliegend Gas, oder mittels elektrischer Energie zu erwärmen. Vorteilhaft führt dies zu einem breiten Einsatzbereich der Heizvorrichtung, um einen Betrieb auch unabhängig von einem fossilen Brennstoff, insbesondere von Gas, zu ermöglichen.

Zudem sieht eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung vor, dass das Konvektionsmodul zum Führen des Arbeitsgases Lüftungskanäle umfasst, wobei die Lüftungskanäle so ausgebildet sind, dass die in den Heizmitteln erwärmte Luft möglichst gleichmäßig und ohne großen Temperaturverlust zum Werkstück geführt werden kann, um das Werkstück möglichst großflächig mit dem erwärmten Arbeitsgas anzuströmen und somit einen hohen Wärmeeintrag in das Werkstück zu realisieren. Zudem ermöglichen die Lüftungskanäle eine bauliche Trennung zwischen der in Bezug auf das Werkstück wirkenden Zuluft und Abluft des Arbeitsgases, um einen Kontakt des erwärmten Arbeitsgases vor dem Anströmen des Werkstücks mit bereits abgekühltem Arbeitsgas nach dem Anströmen zu vermeiden.

Ferner ermöglicht die Ausgestaltung der Lüftungskanäle die Ausbildung eines Kreislaufs für das Arbeitsgas, um das effiziente Erwärmen des Werkstücks mittels des durch die Zirkulation mehrfach mit den Heizmitteln erwärmten und somit bereits vortemperierten Arbeitsgas zu ermöglichen.

Weiterbildend ist es vorgesehen, dass das Konvektionsmodul Gasfördermittel, insbesondere einen Ventilator oder einen Lüfter, zum Steuern und/oder Beeinflussen einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases, insbesondere beim Durchströmen der Lüftungskanäle, umfasst.

Vorteilhaft ermöglichen die Gasfördermittel ein zusätzliches Steuern und Beeinflussen des Erwärmungsprozesses der Werkstücke, da die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases beim Anströmen des Werkstücks beeinflussbar und somit auch vergrößerbar ist, um einen möglichst hohen Wärmeeintrag in das Werkstück zu realisieren.

Ferner wird das Arbeitsgas bevorzugt nach dem An- und Umströmen des Werkstücks zumindest teilweise von den Gasfördermitteln angesaugt, um somit erneut von den Heizmitteln auf eine Vorlauftemperatur zwischen 730°C bis 750°C erwärmt zu werden und somit einen hohen Systemwirkungsgrad zu realisieren. Die Gasfördermittel ermöglichen bevorzugt zudem die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases gezielt an den Temperaturunterschied zwischen den Heizmitteln und dem Werkstück anzupassen, um in Abhängigkeit von unterschiedlichen Materialeigenschaften des Werkstücks, etwa der Temperaturleitzahl, oder unterschiedlichen Durchmessern des stangenartigen Werkstücks individuelle Temperaturprofile umzusetzen.

Weiterbildend ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch vorgesehen, dass das Konvektionsmodul eine Steuereinheit zum Ansteuern eines Betriebsmodus des Gasbrenners und des elektrischen Widerstandsheizelements umfasst, wobei die Steuereinheit so ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit von benutzergenerierten und/oder parametergenerierten Eingangssignalen in einem ersten Betriebsmodus nur der Gasbrenner, in einem zweiten Betriebsmodus nur das elektrische Widerstandsheizelement und in einem dritten Betriebsmodus gleichzeitig der Gasbrenner und das elektrische Widerstandsheizelement zum Erwärmen des Arbeitsgases aktivierbar ist/sind.

Unter den benutzergenerierten Eingangssignalen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Auswahl der Betriebsmodi der Heizmittel durch eine Bedienperson verstanden. So ist es beispielsweise in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass von der Bedienperson für den vollständigen Erwärmungsvorgang des Werkstücks mit der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung nur der Gasbrenner als Heizmittel ausgewählt wird, wobei beim Durchlaufen des ersten Heizmoduls das Werkstück somit nur durch das als heiße Abluft ausgebildete Arbeitsgas, die zuvor durch den Gasbrenner erwärmt wurde, angeströmt wird. Vorteilhaft führt dies zu einem Reduzieren der benötigten elektrischen Energie der Heizvorrichtung, die für das Erwärmen des Werkstücks benötigt wird, da der Betrieb des ersten Heizmoduls auch mittels Gas als Energieträger möglich ist. Alternativ kann die Auswahl der Betriebsmodi auch parametergeneriert erfolgen, wobei in diesem Zusammenhang eine Kommunikationsverbindung zwischen der Steuereinheit und einem Kommunikationspartner besteht, um anhand von Daten, wie beispielsweise dem Anteil an erneuerbaren Energien an der aktuellen Stromerzeugung eines Energiesystems oder aktueller Energiekosten, etwa einem aktuellen Strompreis (Momentanwert) in Bezug zu Kosten für einen fossilen Energieträger, eine automatisierte Aktivierung der Betriebsmodi zu ermöglichen. Somit kann etwa bei einem Überschuss an erneuerbaren Energien ein großer Anteil der Wärmeenergie widerstandsbasiert, also rein konduktiv, erzeugt werden, um somit von geringen Strompreisen zu profitieren. Vorteilhaft ermöglicht die vorliegende Weiterbildung somit auch einen optimierten Betrieb, um neben den Betriebskosten auch eine Reduzierung von C02 und drohenden Strafzahlungen technisch zu realisieren. Besonders vorteilhaft lässt sich durch die bevorzugte Ausgestaltung der Heizmittel als Gasbrenner auch ein Betrieb mit aus erneuerbaren Energien hergestelltem Wasserstoff realisieren, um auch einen C02-freien Betrieb der Heizvorrichtung bei Verwendung des Gasbrenners zu ermöglichen.

Weiterbildend ist es vorgesehen, dass das Konvektionsmodul Düsenmittel zum Beeinflussen der mittleren Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases beim Auftreffen auf das stangenartige Werkstück umfasst.

Vorteilhaft ermöglichen die Düsenmittel den Wärmeeintrag in das Werkstück zu maximieren, da unmittelbar vor dem Anströmen des Werkstücks die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases gezielt beeinflusst und somit optimiert werden kann. Auch diese bevorzugte Ausgestaltung führt synergistisch zu einer verringerten Gesamtlänge der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, da bei einer konstanten Fördergeschwindigkeit des Werkstücks der Wärmeeintrag in das Werkstück maximierbar ist.

Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang das Ausgestalten der Düsenmittel als eine Vielzahl an Schlitzdüsen, die in der Förderrichtung des Werkstücks zueinander benachbart angeordnet sind und sich insbesondere abschnittsweise mantelseitig zum förderbaren stangenartigen Werkstück erstrecken. Durch die Vielzahl der Schlitzdüsen wird das erwärmte Arbeitsgas radialseitig zum stangenartigen Werkstück auf die Mantelfläche des Werkstücks geleitet, um eine in Bezug auf den Wärmeeintrag großflächige und somit optimale Anströmung zu realisieren. Die fächerartigen Schlitzdüsen werden durch V-förmige Wandabschnitte ausgebildet, um eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases von bis zu 50m/s zu realisieren. Auch durch die bevorzugte Ausgestaltung der Düsenmittel durch die Vielzahl der Schlitzdüsen kann die Gesamtlänge der Heizvorrichtung verringert werden, um die erfindungsgemäße kompakte Längserstreckung der Heizvorrichtung zu erreichen.

Ferner ist es vorgesehen, dass das erste Heizmodul wenigstens zwei Heizzonen mit einem ersten Konvektionsmodul und wenigstens einem zweiten Konvektionsmodul umfasst. Vorteilhaft ermöglicht dies eine unabhängige Einregelung der Temperatur entlang der Längserstreckung der Heizvorrichtung in Förderrichtung, um die Temperatur des Arbeitsgases insbesondere auf einen Wert im Bereich von 730°C bis 750°C zu erwärmen und somit das Werkstück auf eine Temperatur im Bereich von 380°C bis 450°C zu temperieren. Bevorzugt wird bereits in der ersten Heizzone ein hohes Temperaturgefälle zwischen dem erwärmten Arbeitsgas und dem (noch untern perierten) Werkstück genutzt, um einen großen Temperaturgradient zu realisieren und somit den Wärmeeintrag in das Werkstück zu maximieren. Vorteilhaft trägt dies dazu bei, dass die Längserstreckung der Heizvorrichtung minimiert werden kann. Alternativ ist es ferner bevorzugt vorgesehen, die Temperatur in den unterschiedlichen Heizzonen individuell einzuregeln, um beispielsweise ein axiales Temperaturprofil, insbesondere eine stufenweise Temperaturerhöhung zu realisieren.

In diesem Zusammenhang ist es zudem weiterbildend vorgesehen, dass auch das Induktionsmodul wenigstens zwei unabhängig einregelbare Heizzonen mit einem ersten Induktionsmodul und wenigstens einem zweiten Induktionsmodul aufweist. Auch dies ermöglicht das Beaufschlagen des stangenartigen Werkstücks mit einem axialen Temperaturprofil, um etwa in Abhängigkeit der Geometrie des stangenartigen Werkstücks und/oder der Materialzusammensetzung des Werkstücks eine individuelle Erwärmungskennlinie umzusetzen.

Weiterbildend ist es auch vorgesehen, dass das erste Heizmodul und das zweite Heizmodul so ausgestaltet sind, dass sich die Förderrichtung im ersten Heizmodul und die Förderrichtung im zweiten Heizmodul entlang einer gemeinsamen Längsachse erstrecken, die Heizvorrichtung sich also anders ausgedrückt entlang einer Geraden erstreckt. Vorteilhaft führt dies zu einer vereinfachten baulichen Realisierung der Heizvorrichtung, da die Werkstücke beim Durchfahren der Heizvorrichtung nur transversalbewegt, also entlang einer gemeinsamen Erstreckungsachse gefördert werden müssen.

Schließlich ist eine Weiterbildung der Heizvorrichtung besonders bevorzugt, bei der das erste Heizmodul eine Längserstreckung in Förderrichtung zwischen 6m bis 15m, bevorzugt 6m bis 12m, besonders bevorzugt 6m bis 10m umfasst und bei der das zweite Heizmodul eine Längserstreckung in Förderrichtung zwischen 0,5m bis 4m, bevorzugt 0,8m bis 2m, besonders bevorzugt 0,8m bis 1,6m umfasst. Die Angaben der Heizvorrichtung verdeutlichen die kompakten Erstreckungsmaße der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, die eine effiziente hybride Erwärmung des Werkstücks ermöglicht sich durch eine kompakte Längserstreckung auszeichnet. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand von lediglich schematischen Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, in

Fig. 2: eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, in

Fig. 3: eine Schnittansicht der aus der Fig. 1 bekannten Heizvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, in Fig. 4: eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform und in

Fig. 5: eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.

Gleiche Elemente beziehungsweise Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In der Fig. 1 ist eine seitliche perspektivische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform 1A einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 1 zum Erwärmen von stangenartigen, elektrisch leitfähigen Werkstücken 13 dargestellt, die entlang einer Förderrichtung R durch die erfindungsgemäße Heizvorrichtung 1 zum Durchführen der Erwärmung förderbar sind.

Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung 1 umfasst ein erstes Heizmodul 2 und ein zweites Heizmodul 3. Das erste Heizmodul 2 weist einen ersten Eingangsbereich 4 und einen ersten Ausgangsbereich 5 auf und das zweite Heizmodul 3 umfasst einen zweiten Eingangsbereich 6 und einen zweiten Ausgangsbereich 7.

Das zweite Heizmodul 3 ist als ein Induktionsmodul 8 ausgebildet, um das elektrisch leitfähige Werkstück 13 durch Wirbelströme zu erwärmen, die mittels bestrombaren Leistungsspulen in Folge von erzeugten Magnetfeldern generierbar sind. Die Leistungsspulen umschließen das zu erwärmende Werkstück 13 (Erwärmungsgut) konzentrisch, wobei durch die Leistungsspulen ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugbar ist, um im metallischen Werkstück 13 die für die Erwärmung erforderlichen Wirbelströme zu erzeugen

Die Leistungsspulen sind entweder als mit einem Wechselstrom beaufschlagbare Induktionsspulen oder bevorzugt durch rotierende Permanentmagnete ausgebildet. Die Permanentmagnete, die um das zu erwärmende Werkstück 13 angeordnet sind, können entweder direkt als Rotor oder indirekt über einen Riemenantrieb in eine Drehbewegung versetzt werden, um somit das zeitlich veränderliche Magnetfeld zu erzeugen.

Das erste Heizmodul 2 ist als ein Konvektionsmodul 9 mit nicht figürlich im Detail dargestellten Heizmitteln 10 ausgebildet, wobei das Konvektionsmodul 9 dahingehend ausgestaltet ist, dass ein Arbeitsgas zwischen den Heizmitteln 10 und dem aufnehmbaren und zu erwärmenden Werkstück 13 zirkulieren kann, wobei das Arbeitsgas beim Durchströmen der Heizmittel 10 zunächst erwärmt wird und anschließend durch das Anströmen des Werkstücks 13 einen Wärmeeintrag in das Werkstück 13 realisiert. Das Konvektionsmodul 9 der ersten Ausführungsform ist modular aufgebaut und umfasst zwei Heizzonen, die jeweils Heizmittel 10 umfassen und voneinander unabhängig betreibbar sind.

Die Heizmittel 10 umfassen in der dargestellten Ausführungsform sowohl einen Gasbrenner 11, um eine Erwärmung des Arbeitsgases durch die Verbrennung eines gasförmigen Brennstoffs zu ermöglichen, und ein nicht im Detail figürlich dargestelltes elektrisches Widerstandsheizelement 12, das vorliegend durch ein widerstandsbeheiztes Widerstandsregister 23 ausgebildet ist und die Erwärmung des Arbeitsgases durch die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie ermöglicht.

Ferner geht aus der grafischen Darstellung hervor, dass der erste Ausgangsbereich 5 baulich unmittelbar an dem zweiten Eingangsbereich 6 angeordnet ist, wodurch die erfindungsgemäße kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 1 in Bezug auf die Längserstreckung in Förderrichtung R begründet ist. Vorteilhaft kommt es nämlich bei der Erwärmung des Werkstücks 13 mit dem Konvektionsmodul 9 nicht zu einer Flammenbildung, weshalb auf einen Entkoppelabschnitt - wie er etwa aus dem gattungsbildenden Stand der Technik bekannt ist - verzichtet werden kann.

Im Betrieb werden die zu erwärmenden stangenartigen Werkstücke 13 durch den ersten Eingangsbereich 4 in die Heizvorrichtung 1 eingebracht und durch vorliegend als Rollen 20 ausgebildete Handhabungsmittel entlang der Förderrichtung R durch den ersten Ausgangsbereich 5 in das unmittelbar dahinter angeordnete zweite Heizmodul 3 transportiert. Vorteilhaft ermöglicht die erfindungsgemäße Heizvorrichtung 1 zunächst eine durch das Konvektionsmodul 8 realisierte Vorerwärmung der Werkstücke 13 auf eine Temperatur zwischen 380°C bis 450°C durch das zirkulierende Arbeitsgas, das durch die Heizmittel 10 periodisch auf eine Temperatur im Bereich von 730°C bis 750°C erwärmt wird. Anschließend kommt es zu einer weiteren Erwärmung des Werkstücks 13 im Induktionsmodul 9 mit hoher Leistung, um das Werkstück auf eine Endtemperatur zwischen 500°C bis 560°C oder bevorzugt auf eine Endtemperatur von bis zu 1000°C zu erwärmen.

Falls das Werkstück 13 eine Aluminiumlegierung umfasst, ist es bevorzugt, wenn die Endtemperatur nach dem Durchlaufen des Induktionsmoduls 9 im Bereich von 500°C bis 560°C liegt. Alternativ kann das Werkstück 13 auch ein anderes Nichteisenmetall, insbesondere Kupfer oder eine Kupferlegierung umfassen, wobei es in diesem Zusammenhang bevorzugt ist, wenn die Vorerwärmung auf eine Temperatur im Bereich von 580°C bis 600°C erfolgt und die Endtemperatur nach dem Durchlaufen des Induktionsmoduls 9 zwischen 700°C bis 1000°C liegt.

In der Fig. 2 ist eine stark schematisierte Seitenansicht der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 1 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform 1B dargestellt. Die Darstellung verdeutlicht, dass die Heizvorrichtung 1 in Bezug auf die Förderrichtung R modulartig ausgebildet ist. So umfasst das erste Heizmodul 2 zunächst zwei Heizzonen, wobei die erste Heizzone aus einem ersten Konvektionsmodul 81 und die zweite Heizzone aus einem zweiten Konvektionsmodul 82 ausgebildet ist, die zueinander unmittelbar benachbart angeordnet sind. Vorteilhaft lässt sich die Temperatur in dem ersten Konvektionsmodul 81 unabhängig von der Temperatur in dem zweiten Konvektionsmodul 82 einregeln. Ferner ist auch das Induktionsmodul 8 in individuell einregelbare Zonen unterteilt, die durch ein erstes Induktionsmodul 91 und ein zweites Induktionsmodul 92 ausgebildet sind. Vorteilhaft ermöglicht die Unterteilung der Heizvorrichtung 1 in unterschiedlich regelbare Zonen das Realisieren von axialen Temperaturprofilen, um eine individuelle Erwärmung der stangenartigen Werkstücke 13 zu ermöglichen.

Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 1 gemäß der aus der Fig. 1 bekannten ersten Ausführungsform 1A im Bereich des ersten Heizmoduls 2. Zum einen zeigt die Darstellung das beim Durchfahren der Heizvorrichtung 1 zu erwärmende stangenartige Werkstück 13, das einen kreisrunden Querschnitt umfasst und auf mehreren Rollen 20, die die Handhabungsmittel ausbilden, gelagert ist, um entlang der Förderrichtung R die Heizvorrichtung 1 translativ zu durchfahren.

In Bezug auf eine Hochrichtung H der Heizvorrichtung 1 über dem Werkstück 13 ist ein Stahlrohr 21 mit nicht grafisch dargestellten mantelseitigen Öffnungen 24 angeordnet, das eine Komponente des hier als Rekuperatorbrenner 22 ausgebildeten Gasbrenners 11 ist, um das Arbeitsgas zu erwärmen bzw. zumindest zum Teil aus der Verbrennungsluft zu generieren.

In Bezug auf die Hochrichtung H über dem Stahlrohr 21 sind die Gasfördermittel 17 angeordnet, die vorliegend durch einen Lüfter 18 ausgebildet sind und teilweise die Verbrennungsluft zum Ausbilden des Arbeitsgases aus dem Stahlrohr 21 in Hochrichtung H ansaugen, und das Arbeitsgas dann über seitlich gegenüberliegend vorgesehene Lüftungskanäle 16, die beidseitig spiegelsymmetrisch zum Werkstück 13 angeordnet sind, zu leiten. Die Lüftungskanäle 16 sind so angeordnet und ausgebildet, dass das Arbeitsgas das elektrische Widerstandsheizelement 12 für eine alternative oder zusätzliche Erwärmung des Arbeitsgases mittels elektrischer Energie durchströmt. Anders ausgedrückt, befindet sich das vorliegend als widerstandsbeheizbare Heizregister 23 ausgebildete elektrische Widerstandsheizelement 12 in Bezug auf den Strömungspfad des Arbeitsgases zwischen den Gasfördermitteln 17 und dem anzuströmenden bzw. zu erwärmenden Werkstück 13.

Endseitig der Lüftungskanäle 16 sind Düsenmittel 14 ausgebildet, um im aktiven Betrieb der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 1 die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases beim Auftreffen auf das zu erwärmende Werkstück 13 für einen hohen Wärmeeintrag zu optimieren.

Im Betrieb der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 1 erreicht die Verbrennungsluft im Bereich des Stahlrohrs 21 etwa 1000°C. Die Verbrennungsluft wird von den Gasfördermitteln 17 angesaugt und entlang der Lüftungskanäle 16 über das elektrische Widerstandsheizelement 12 auf das Werkstück 13 geführt, wobei durch die Düsenmittel 14 eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit von bis zu 50m/s realisierbar ist. Somit wird in einem Betriebsmodus der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 1 mit von einer nicht im Detail dargestellten Steuereinheit 19 ein erste Betriebsmodus realisiert, in dem es zum Erzeugen und Erwärmen des Arbeitsgases durch den Gasbrenner 11 kommt.

In der Fig. 4 ist eine perspektivische Schnittdarstellung der aus der Fig. 1 bekannten Heizvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform 1A abgebildet. Die Schnittdarstellung zeigt bereichsweise das erste Heizmodul 2 der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 1, das durch das Konvektionsmodul 9 mit hybriden Heizmitteln 10 ausgebildet ist.

Aus der Darstellung geht hervor, dass sich der als Rekuperatorbrenner 22 ausgebildete Gasbrenner 11 entlang der Förderrichtung R über dem aufnehmbaren stangenartigen Werkstück 13 erstreckt. Ferner sind die mantelseitig in dem Stahlrohr 21 ausgebildeten Öffnungen 24 sichtbar, aus denen die beim Verbrennungsprozess entstehenden Gase als heiße Verbrennungsluft zum Ausbilden des Arbeitsgases austreten, die dann von den Gasfördermitteln 17 in Hochrichtung H angesaugt werden.

Über die seitlich ausgebildeten Lüftungskanäle 16 strömt das Arbeitsgas über das beidseitig angeordnete Widerstandsheizregister 23 auf das Werkstück 13, wobei nunmehr ersichtlich wird, dass die endseitig der Lüftungskanäle 16 ausgebildeten Düsenmittel 14 als eine Vielzahl an Schlitzdüsen 15 ausgebildet sind, die umfangsseitig des aufnehmbaren Werkstücks 13 angeordnet sind und beim Anströmen des Werkstücks 13 zu einem Erhöhen der mittleren Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases führen, um somit den Wärmeeintrag in das Werkstück 13 zu optimieren

In der Fig. 5 ist eine weitere perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform 1 B dargestellt.

In der Darstellung ist neben dem zu erwärmenden stabförmigen Werkstück 13, das gerade das erste Heizmodul 2 durchläuft und somit von dem zuvor über die nicht dargestellten Heizmittel 10 erwärmten Arbeitsgas angeströmt wird, auch die Vielzahl der Schlitzdüsen 15 abgebildet, die einen optimalen Wärmeeintrag in das Werkstück 13 realisieren.

Die Schlitzdüsen 15 sind bereichsweise mantelseitig zum stangenartigen Werkstück 13 angeordnet, um ein im Wesentlichen radiales Anströmen der Mantelfläche des Werkstücks 13 durch das Arbeitsgas zu realisieren.

Eine Schlitzdüse 15 wird jeweils durch ein zueinander V-förmig angeordnetes Blechpaar gebildet, wobei im spitz zulaufenden Bereich zur Aufnahme des stabförmigen Werkstücks 13 eine bogenförmige Ausnehmung 26 ausgebildet ist.

Vorteilhaft ermöglicht die Vielzahl der Schlitzdüsen 15 synergistisch eine Verkürzung der Gesamterstreckung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 1, da der Wärmeeintrag in das stabförmige Werkstück 13 verbessert werden kann.

Ferner wird ersichtlich, dass das dargestellte erste Heizmodul 2 wenigstens zwei Heizzonen mit einem ersten Konvektionsmodul 81 und wenigstens einem zweiten Konvektionsmodul 82 umfasst, die voneinander durch ein Trennelement 25 separiert sind. Vorteilhaft ermöglicht dies das Umsetzen eines axialen Temperaturprofils, um eine Anpassung des Erwärmungsprozesses für unterschiedliche Materialzusammensetzungen des stabförmigen Werkstücks 13 zu ermöglichen.

Bezugszeichenliste

1 Heizvorrichtung

1A Heizvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform 1 B Heizvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform

2 erstes Heizmodul

3 zweites Heizmodul

4 ersten Eingangsbereich

5 ersten Ausgangsbereich

6 zweiten Eingangsbereich

7 zweiten Ausgangsbereich

8 Induktionsmodul

9 Konvektionsmodul

10 Heizmitteln

11 Gasbrenner

12 elektrisches Widerstandsheizelement

13 Werkstücke

14 Düsenmittel

15 Schlitzdüse

16 Lüftungskanal

17 Gasfördermittel

18 Lüfter

19 Steuereinheit

20 Rollen

21 Stahlrohr

22 Rekuperatorbrenner

23 elektrische Widerstandsheizelement

24 Öffnungen

25 Trennelement 26 Ausnehmung

81 erstes Konvektionsmodul

82 zweites Konvektionsmodul 91 erstes Induktionsmodul

92 zweites Induktionsmodul

R Förderrichtung

L Längsachse H Hochrichtung

Claims

Patentansprüche

1. Heizvorrichtung (1), insbesondere Inlineofen, zum Erwärmen stangenartiger, elektrisch leitender Werkstücke (13), insbesondere Metallstangen und/oder Nichteisenmetallstangen, die entlang einer Förderrichtung (R) durch die Heizvorrichtung (1) förderbar sind, aufweisend ein in Bezug auf die Förderrichtung (R) erstes Heizmodul (2) mit einem ersten Eingangsbereich (4) und einem ersten Ausgangsbereich (5) und ein in Bezug auf die Förderrichtung (R) zweites Heizmodul (3) mit einem zweiten Eingangsbereich (6) und einem zweiten Ausgangsbereich (7), wobei das zweite Heizmodul (3) als ein Induktionsmodul (8) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Heizmodul (2) als ein Konvektionsmodul (9) mit Heizmitteln (10) ausgebildet ist, wobei das Konvektionsmodul (9) so ausgestaltet und eingerichtet ist, dass zum Erwärmen des Werkstücks (13) ein Arbeitsgas zwischen den Heizmitteln (10) und dem zu erwärmenden Werkstück (13) zirkulierbar ist, derartig, dass das Arbeitsgas zuerst durch die Heizmittel (10) erwärmbar und das Werkstück (13) dann durch das erwärmte Arbeitsgas anströmbar ist und dass der erste Ausgangsbereich (5) baulich unmittelbar an dem zweiten Eingangsbereich (6) angeordnet ist.

2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel (10) einen Gasbrenner (11), insbesondere einen Rekuperatorbrenner (22), und ein elektrisches Widerstandsheizelement (12), insbesondere ein widerstandsbeheiztes Heizregister, umfassen.

3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Konvektionsmodul (9) zum Führen des Arbeitsgases zwischen den Heizmitteln (10) und dem zu erwärmenden Werkstück (13) wenigstens einen Lüftungskanal (16) umfasst.

4. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Konvektionsmodul (9) Gasfördermittel (17), insbesondere einen Ventilator oder einen Lüfter (18), zum Steuern und/oder Beeinflussen einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases, insbesondere in dem wenigstens einen Lüftungskanal (16), umfasst.

5. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Konvektionsmodul (9) eine Steuereinheit (19) zum Ansteuern und/oder Aktivieren eines Betriebsmodus des Gasbrenners (11) und/oder des elektrischen Widerstandsheizelements (12) umfasst, wobei die Steuereinheit (19) so ausgebildet und/oder eingerichtet ist, dass in Abhängigkeit von benutzergenerierten und/oder parametergenerierten Eingangssignalen in einem ersten Betriebsmodus nur der Gasbrenner (11), in einem zweiten Betriebsmodus nur das elektrische Widerstandsheizelement (12) und in einem dritten Betriebsmodus der Gasbrenner (11) und das elektrische Widerstandsheizelement (12) aktivierbar ist/sind.

6. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Konvektionsmodul (9) Düsenmittel (14) zum Beeinflussen der Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases beim Auftreffen auf das stangenartige Werkstück (13) umfasst.

7. Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenmittel (14) als eine Vielzahl an Schlitzdüsen (15) ausgebildet sind, die zueinander benachbart in der Förderrichtung (R) angeordnet sind und sich insbesondere bereichsweise mantelseitig zum förderbaren stangenartigen Werkstück (13) erstrecken.

8. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Heizmodul (2) wenigstens zwei Heizzonen mit einem ersten Konvektionsmodul (81) und wenigstens einem zweiten Konvektionsmodul (82) umfasst.

9. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionsmodul (8) wenigstens zwei unabhängig regelbare Heizzonen mit einem ersten Induktionsmodul (91) und wenigstens einem zweiten Induktionsmodul (92) umfasst.

10. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Heizmodul (2) und das zweite Heizmodul (3) so ausgebildet sind, dass sich die Förderrichtung (R) im ersten Heizmodul (2) und die Förderrichtung (R) im zweiten Heizmodul (3) entlang einer gemeinsamen Längsachse (L) erstrecken.

11. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Heizmodul (2) in Förderrichtung (R) eine Längserstreckung zwischen 6m bis 15m, bevorzugt 6m bis 12m, besonders bevorzugt 6m bis 10m umfasst und dass das zweite Heizmodul (3) in Förderrichtung (R) eine Längserstreckung zwischen 0,5m bis 4m, bevorzugt zwischen 0,8m bis 2m, besonders bevorzugt zwischen 0,8m bis 1,6m umfasst.