Die Erfindung betrifft einen Tunnelofen für die Temperaturbehandlung von Waren im Durchlaufverfahren innerhalb eines Fertigungsprozesses.
Tunnelöfen oder Durchlauföfen bestehen die in der Regel aus mehreren aneinandergeflanschten Segmenten. Die Segmente bilden einen Tunnel durch den die zu behandelnden Gegenstände auf einem geeigneten Förderband transportiert werden. Eine Beladestation und eine Entladestation dienen zur Be- und Entladung des Förderbandes. Die Tunnelöfen werden entweder mit Hilfe von Brennern oder elektrischen Heizelementen beheizt.
Die Offenlegungsschrift
Die europäische Patentanmeldung
Tunnelöfen werden auch bei der Fertigung von Autoabgaskatalysatoren zur Trocknung und Kalzinierung von keramischen Grünkörpern oder einer auf inerten Trägern aufgebrachten Katalysatorschicht eingesetzt. Tunnelöfen für die Kalzinierung von keramischen Wabenkörpern werden zum Beispiel in den Patentschriften
Die vorliegende Erfindung befaßt sich besonders mit einem Tunnelofen für die Herstellung von Autoabgaskatalysatoren. Bei den Waren handelt es sich daher bevorzugt um frisch mit Katalysatormaterial beschichtete monolithische Tragkörper wie sie in Form von sogenannten Wabenkörpern aus Keramik oder Metall zur Herstellung von Autoabgaskatalysatoren verwendet werden. Die Katalysatorschicht muß getrocknet und kalziniert werden. Der erfindungsgemäße Tunnelofen kann natürlich auch für die Behandlung anderer Waren eingesetzt werden.
Die katalytische Beschichtung der Wabenkörper besteht gewöhnlich aus einer Aufschlämmung von oxidischen Trägermaterialien in Wasser. Die Aufschlämmung kann weiterhin Vorläuferverbindungen von katalytisch aktiven Edelmetallen und Promotoren enthalten. Dabei handelt es sich häufig um Nitrate oder Chloride dieser Edelmetalle und Promotoren, die erst durch die Kalzinierung im Tunnelofen in die eigentlichen katalytisch aktiven Komponenten überführt werden. Durch Trocknung und Kalzinierung werden Wasserdampf und Stickoxide oder Chlorverbindungen frei, die zusammen mit einem Teil der Ofenluft aus dem Tunnelofen bei gleichzeitigem Ersatz durch Frischluft ausgeschleust und gegebenenfalls einer Abgasentgiftung zugeführt werden müssen.
Von der Beladestation gelangen die Wabenkörper in der Regel zunächst in eine Trocknungszone, in der sie bei einer Temperatur von etwa 100 bis 200 °C getrocknet werden. Nach Durchlaufen der Trocknungszone treten sie in die Kalzinierungszone ein, in der sie bei Temperaturen von 300 bis 600 °C behandelt werden. Anschließend verlassen sie den Tunnelofen über die Entladestation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Tunnelofen anzugeben, der besonders raumsparend aufgebaut ist und die eingesetzte Heizenergie optimal nutzt und somit zur Energieeinsparung beiträgt.
Diese Aufgabe wird durch einen Tunnelofen für die Temperaturbehandlung von Waren (12, 12') gelöst, der einen tunnelförmigen Ofenraum aufweist, durch den die zu behandelnden Waren in einer Durchlaufrichtung transportiert werden, wobei der Tunnelofen in Durchlaufrichtung mehrere aneinandergeflanschte Tunnelsegmente (10) aufweist. Der Tunnelofen ist dadurch gekennzeichnet, daß jedes Tunnelsegment wenigstens ein Gebläse (15) und wenigstens ein Heizelement (17) enthält sowie einen Ansaugkanal (19) für Frischluft und einen Abgaskanal (22) für mit Abgasen und Wasserdampf beladene Abluft, und daß das/die Gebläse in den Tunnelsegmenten so angeordnet ist/sind, daß es/sie eine Zirkulationsströmung (23) mit einer Abwärts- und einer Aufwärtsströmung quer zur Durchlaufrichtung erzeugen können, wobei zwei parallele Transportbänder (11, 11') für die Waren in der Abwärts- und Aufwärtsströmung vorgesehen sind und wobei der Querschnitt des Tunnelofens senkrecht zur Durchlaufrichtung durch ein vertikales Strömungsleitblech (13) in zwei Hälften geteilt ist.
Erfindungsgemäß wird in den Tunnelsegmenten von dem oder den Gebläsen eine Zirkulationsströmung quer zur Durchlaufrichtung der Waren erzeugt und die zu behandelnden Waren werden sowohl auf der Druck- als auch auf der Saugseite der Gebläse durch die Zirkulationsströmung transportiert. Dadurch wird der erzeugte Gasstrom für die Behandlung der Waren optimal genutzt. Je nach Anordnung der Gebläse befindet sich die Abwärts- oder Aufwärtsströmung auf der Druck- oder auf der Saugseite der Gebläse oder umgekehrt. Vorzugsweise wird das Gebläse von einem Motor angetrieben, der im Ansaugkanal für die Frischluft angeordnet ist.
Bevorzugt weisen die Tunnelsegmente einen rechteckigen Querschnitt auf und sind jeweils von einem Boden, einer Decke und zwei Seitenwänden begrenzt, wobei die Gebläse bevorzugt von unten durch den Boden in den Ofenraum eingeführt sind. Zur Erleichterung allgemeiner Wartungs- und Reparaturarbeiten können die Seitenwände der Tunnelsegmente abklappbar ausgebildet sein.
Im Ofenraum können zur Führung des Luftstromes Strömungsleitbleche und Loch- oder Schlitzbleche zur gleichmäßigen An- und gegebenenfalls Durchströmung der zu behandelnden Waren angeordnet sein. Außerdem können die Strömungsleitbleche die Ausbildung der gewünschten Zirkulationsströmung unterstützen.
Für die Beheizung des Ofenraums sind sowohl Gas- oder Ölbrenner oder elektrische Heizelemente geeignet. Bevorzugt werden elektrische Heizelemente verwendet.
Zur Verringerung von Wärmeverlusten ist es vorteilhaft, den Abgaskanal im Innern des Ofenraumes anzuordnen. Vorzugsweise ist daher der Abgaskanal im Inneren der Tunnelsegmente verlegt. Der Abgaskanal sammelt die Abluft der einzelnen Zirkulationsströmungen und führt sie an einer zentralen Stelle nach außen. Falls erforderlich kann die Abluft einer Abgasentgiftung zugeführt werden.
Die im Innern der Tunnelsegmente angeordneten Gebläse müssen von Zeit zu Zeit gewartet oder repariert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des Tunnelofens werden daher die Gebläse zum Zweck eines leichten Austauschs mit einem Teil des Bodens oder der Seitenwand an das Tunnelsegment angeflanscht.
Für den Transport der Waren durch den Tunnelofen können Wagen oder Transportbänder eingesetzt werden. Bevorzugt werden Transportbänder verwendet. In diesem Fall werden die zu behandelnden Waren auf der Saug- und Druckseite der Gebläse auf zwei parallelen Transportbändern durch die Zirkulationsströmungen transportiert. Der Einfachheit halber können beide Bänder von einem gemeinsamen Antrieb angetrieben werden. Vorzugsweise ist das Gebläse unter nur einem der Transportbänder mit nur einem Teil der Waren angeordnet.
Der Tunnelofen wird zum Beispiel für die Trocknung und Kalzinierung von mit Katalysatorschichten beschichteten keramischen oder metallischen Wabenkörpern zur Herstellung von Autoabgaskatalysatoren verwendet. Zu diesem Zweck wird das gewünschte Temperaturprofil längs der Durchlaufrichtung des Tunnelofens durch Ansteuerung der Heizelemente der Tunnelsegmente eingestellt. Die zu behandelnden Waren werden auf den parallelen Transportbändern durch die Abwärts- und Aufwärtsströmung der Zirkulationsströmung transportiert, wobei jeweils ein Teil des Zirkulationsstromes zur Entfernung von bei der Temperaturbehandlung der Waren freiwerdenden Abgasen und Wasserdampf aus dem Ofen ausgeschleust und durch eine entsprechende Menge Frischluft ersetzt wird.
Der modulare Aufbau des Tunnelofens macht es möglich, zwischen die erfindungsgemäßen Tunnelsegmente andere Stationen wie zum Beispiel eine Station zur reduktiven Behandlung der Waren mit zum Beispiel Formiergas einzufügen. Weiterhin ist es möglich, bei ausgewählten Tunnelsegmenten, falls erforderlich, die Heizung durch eine Kühlung zu ersetzen.
Sollen nur geringe Stückzahlen von Waren im Ofen behandelt werden, so kann es vorteilhaft sein, einen Kammerofen auf der Basis nur eines Tunnelsegmentes aufzubauen, wobei die Förderbänder durch entsprechende Tragroste ersetzt sind.
Bei den in der Beschreibungseinleitung besprochenen Tunnelöfen mit einer Zirkulationsströmung quer zur Durchlaufrichtung werden die zu behandelnden Waren nur in einer Richtung von der Heizluft durchströmt. Die Rückströmung wird jeweils außen um die Waren herumgeführt. Dies bedeutet, daß die einzelnen Tunnelsegmente einen breiteren Querschnitt aufweisen müssen als für den Transport der Waren notwendig ist. Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung auch der Rückstrom der Zirkulationsströmung für die Behandlung der Waren ausgenutzt. Dadurch können die einzelnen Tunnelsegmente entsprechend kompakter ausgelegt werden. Die Erfahrungen des Erfinders zeigen, daß bis zu 30 % Mantelfläche eines Tunnelsegmentes durch die Erfindung eingespart werden können. Das bedeutet eine erhebliche Ersparnis an Stahlblechen und Wärmeisolierung. Außerdem wird entsprechend der eingesparten Mantelfläche die Wärmeabstrahlung verringert, die auch trotz guter Isolierung nicht ganz vermieden werden kann. Der Tunnelofen gemäß der Erfindung trägt somit auch wesentlich zur Einsparung von Energie bei.
Die Erfindung wird an Hand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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