[0001] Die Erfindung betrifft einen Ofen zur Wärmebehandlung einer Vielzahl von Gegenständen.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Ofenanlage mit einer Vielzahl von Öfen.
[0002] Zahlreiche Gegenstände müssen während ihrer Herstellung einer Wärmebehandlung unterzogen
werden. Dies betrifft auch die Herstellung von Schleifscheiben. So ist bei der Herstellung
von Schleifscheiben auf Harzbasis eine Wärmebehandlung zum Härten erforderlich. Beispielsweise
sind solche Schleifscheiben mit Phenolharzbindung hergestellt.
[0003] Die Wärmebehandlung von Schleifscheiben dauert mehrere Stunden bei Temperaturen von
über 200 °C. Eine solche Wärmebehandlung verursacht einen hohen Energieverbrauch,
da nicht nur die Schleifscheiben, sondern auch die Teile des Ofens beim Aufheizen
Wärme aufnehmen. Meist sind die Ofenteile im beheizten Bereich des Ofens relativ schwer
und haben eine hohe Wärmekapazität.
[0004] Aus der
GB 120,633 ist ein Ofen zur Wärmebehandlung von Gegenständen bekannt, der eine zentrale Heizkammer
aufweist, die von mehreren Brennkammern umgeben ist. Aufgrund der Wärmeaufnahme von
Heizkammer und Brennkammern ist der Energieverbrauch relativ hoch.
[0005] In der
DE 1 583 478 A1 ist ein Ofen zur Wärmebehandlung von Schleifscheiben beschrieben. Der Ofen weist
eine senkrechte Brennkammer auf, die von unten bestückt wird. Auch dieser Ofen hat
aufgrund seines konstruktiven Aufbaus einen relativ hohen Energieverbrauch.
[0006] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Ofen zur Wärmebehandlung einer Vielzahl von Gegenständen
bereitzustellen, dessen konstruktiver Aufbau zur Einsparung von Energie beiträgt.
[0007] Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
[0008] Der erfindungsgemäße Ofen zur Wärmebehandlung einer Vielzahl von Gegenständen umfasst:
- ein Tragegerüst, das als ein dreidimensionaler Rahmen ausgebildet ist,
- eine langgestreckte Heizkammer, die vertikal oder horizontal in einem zentralen Bereich
des Tragegerüsts angeordnet ist, und
- eine Mehrzahl von langgestreckten Brennkammern, die vertikal oder horizontal innerhalb
des Tragegerüsts angeordnet sind,
- wenigstens ein Heizelement, das der Heizkammer zugeordnet ist,
- wenigstens ein Gebläse zum Erzeugen eines Luftstroms von der Heizkammer zu den Brennkammern,
wobei
- die Brennkammern zum Aufnehmen der Gegenstände vorgesehen sind, und
- das Tragegerüst zum Abstützen der Heizkammer und der Brennkammern vorgesehen ist.
[0009] Der Kern der Erfindung liegt darin, dass die tragende Funktion beim Ofen ausschließlich
vom Tragegerüst übernommen wird. Dadurch können die Heizkammer und die Brennkammern
besonders dünnwandig ausgebildet sein. Dies bewirkt eine niedrige Wärmekapazität der
Heizkammer und der Brennkammern, so dass die Heizkammer und die Brennkammern im Betrieb
relativ wenig Wärme aufnehmen, was zu einer wesentlichen Energieeinsparung führt.
Das wenigstens eine Heizelement kann innerhalb der Heizkammer angeordnet und/oder
der Heizkammer vor- und/oder nachgeschaltet sein. Alternativ oder zusätzlich können
das oder die Heizelemente auch in den Brennkammern oder im Bereich der Abdeckhauben
angeordnet sein.
[0010] Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Tragegerüst von der Heizkammer
und von den Brennkammern thermisch entkoppelt. Dies führt zu einer weiteren wesentlichen
Energieeinsparung, da stark reduzierte Wärmebrücken zwischen dem Tragegerüst einerseits
und der Heizkammer und den Brennkammern andererseits bestehen.
[0011] Dazu können die Heizkammer und die Brennkammern zumindest indirekt über eine Mehrzahl
thermischer Isolierelemente am Tragegerüst befestigt sein. Beispielsweise sind die
thermischen Isolierelemente aus einem Hochtemperatur-Isolierkunststoff hergestellt.
[0012] Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Wände der Heizkammer und/oder der Brennkammern
zumindest teilweise mit einem thermischen Isoliermaterial versehen sind. Dadurch wird
eine Wärmeabgabe von der Heizkammer und den Brennkammern an die Umgebung verhindert
oder zumindest deutlich reduziert.
[0013] Insbesondere können die Heizkammer und die Brennkammern in Leichtbauweise hergestellt
sein. Die Leichtbauweise bewirkt eine besonders niedrige Wärmekapazität und somit
eine geringe Wärmeaufnahme der Heizkammer und der Brennkammern. Dies ergibt eine weitere
wesentliche Energieeinsparung.
[0014] Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ofen zur Wärmebehandlung
von scheibenförmigen Gegenständen, insbesondere von Schleifscheiben vorgesehen. Dabei
werden die Schleifscheiben in den Brennkammern gestapelt. Vorzugsweise ist der Querschnitt
der Brennkammern an die Kontur der Schleifscheiben angepasst.
[0015] Insbesondere ist vorgesehen, dass der Ofen eine Vielzahl Dorne zum Stapeln der scheibenförmigen
Gegenstände aufweist. Die Dorne sind übereinander in den vertikalen Brennkammern bzw.
nebeneinander in den horizontalen Brennkammern angeordnet oder einbringbar. Damit
kann mit dem Dorn eine vorbestimmte Menge von Schleifscheiben bereits außerhalb des
Ofens zusammengefügt werden. Anschließend können die Dorne mit den Schleifscheiben
"paketweise" in die Brennkammern des Ofens eingebracht werden.
[0016] Vorzugsweise sind die Dorne in Leichtbauweise hergestellt. Dadurch haben auch die
Dorne eine besonders niedrige Wärmekapazität und somit eine geringe Wärmeaufnahme.
Dies trägt zusätzlich zur Energieeinsparung bei.
[0017] Beispielsweise ist das Heizelement in einem oberen Bereich der vertikalen Heizkammer
angeordnet. Ebenso kann das Heizelement der Heizkammer vor- oder nachgeschaltet sein.
[0018] Beispielsweise ist das Heizelement als ein elektrisches Heizelement ausgebildet.
Grundsätzlich sind jedoch alle Beheizungsarten wie Dampf, Öl, Gas, Thermoölträger
usw. möglich.
[0019] Weiterhin kann die geometrische Form der Brennkammern an die geometrische Form der
Gegenstände angepasst sein, so dass der Abstand zwischen den Gegenständen und den
Wänden der Brennkammern gleichmäßig ist. Dabei kann zwischen den Gegenständen und
den Wänden der Brennkammern wenigstens ein Luftkanal mit gleichmäßigem Querschnitt
ausgebildet sein. Dadurch müssen weniger Luftmassen für den erforderlichen Wärmetausch
bewegt werden. Dass Gebläse kann verhältnismäßig klein ausgebildet sein, was ebenfalls
eine Energieeinsparung bewirkt.
[0020] Weiterhin betrifft die Erfindung eine Ofenanlage mit einer Vielzahl der oben beschriebenen
Öfen. Dabei sind die Öfen nebeneinander angeordnet und mittels Warmluftkanälen und
Kaltluftkanälen miteinander gekoppelt, so dass ein direkter oder indirekter Wärmetausch
zwischen abkühlenden und aufheizenden Öfen ermöglicht wird. Auch dies ist ein wesentlicher
Beitrag zur Einsparung von Energie.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
abhängigen Ansprüchen.
[0021] Weitere Merkmale, besondere Ausführungsformen und Vorteile sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0022] Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils in einer schematischen
Darstellung:
- FIG 1
- eine Perspektivansicht eines Ofens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
- FIG 2
- eine Draufsicht des Ofens mit einer abgenommenen Abdeckhaube gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung,
- FIG 3
- eine perspektivische Detailansicht eines unteren Bereichs des Ofens gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung,
- FIG 4
- eine Vorderansicht einer Ofenanlage mit mehreren Öfen gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, und
- FIG 5
- eine Draufsicht der Ofenanlage mit mehreren Öfen gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, und
- FIG 6
- eine Perspektivansicht eines Dorns für den Ofen gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
[0023] In FIG 1 ist eine Perspektivansicht eines Ofens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Der Ofen ist zur Wärmebehandlung einer Vielzahl von Gegenständen
vorgesehen.
[0024] Der Ofen umfasst ein Tragegerüst 10, das als dreidimensionaler Rahmen ausgebildet
ist. Das Tragegerüst 10 hat im Wesentlichen die Form eines Käfigs. Der Ofen umfasst
weiterhin eine Heizkammer 12, die sich innerhalb des Tragegerüsts 10 in dessen Zentrum
befindet. Die Heizkammer 12 ist lang gestreckt ausgebildet und vertikal angeordnet.
In diesem Beispiel hat die Heizkammer 12 einen runden Querschnitt.
[0025] Um die Heizkammer 12 herum ist eine Vielzahl von Brennkammern 14 angeordnet. Die
Brennkammern 14 sind ebenfalls lang gestreckt ausgebildet und vertikal angeordnet.
In diesem Beispiel sind acht Brennkammern 14 gleichmäßig um die Heizkammer 12 herum
verteilt. Auch die Brennkammern 14 haben einen runden Querschnitt.
[0026] An den unteren Enden der Heizkammer 12 und der Brennkammern 14 befindet sich eine
Grundplatte 16. Die Grundplatte 16 ist an einem unteren Horizontalrahmen 18 des Tragegerüsts
10 befestigt. Zwischen der Grundplatte 16 und dem unteren Horizontalrahmen 18 befinden
sich thermische Isolierelemente 26.
[0027] Die thermischen Isolierelemente 26 sind aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit
hergestellt. Die Grundplatte 16 ist somit vom unteren Horizontalrahmen 18 thermisch
entkoppelt. Vorzugsweise sind die thermischen Isolierelemente 26 aus einem Hochtemperatur-Isolierkunststoff
hergestellt.
[0028] Die oberen Enden der Heizkammer 12 und der Brennkammern 14 sind von einer Abdeckhaube
22 bedeckt. Die Abdeckhaube 22 ist an einem oberen Horizontalrahmen 20 des Tragegerüsts
10 befestigt. Zwischen der Abdeckhaube 22 und dem oberen Horizontalrahmen 20 befinden
sich ebenfalls thermische Isolierelemente 26, so dass die Abdeckhaube 22 vom oberen
Horizontalrahmen 20 thermisch entkoppelt ist.
[0029] Über einen Hohlraum unter der Abdeckhaube 22 sind die oberen Enden der Heizkammer
12 und der Brennkammern 14 miteinander verbunden. In der Heizkammer 12 befindet sich
ein Heizelement 28. In dieser Ausführungsform handelt es sich dabei um ein elektrisches
Heizelement, das im oberen Bereich der Heizkammer 12 angeordnet ist. Die Brennkammern
14 sind zur Aufnahme der Vielzahl von Gegenständen vorgesehen, die der Wärmebehandlung
unterzogen werden.
[0030] Unterhalb der Grundplatte 16 ist eine Gebläse 24 angeordnet. In diesem Beispiel handelt
es sich um ein Radialgebläse, dessen Rotationsachse vertikal angeordnet ist. Das Gebläse
24 fördert die vom Heizelement 28 erwärmte Luft aus der Heizkammer 12, so dass sich
die Luft in der Heizkammer 12 von oben nach unten bewegt. Anschließend wird die erwärmte
Luft vom Gebläse 24 in die Brennkammern 14 geblasen, so dass sich die Luft in den
Brennkammern 14 von unten nach oben bewegt. In den Brennkammern 14 erfolgt die Wärmebehandlung
der Gegenstände. Unter der Abdeckhaube 22 gelangt die Luft von den oberen Brennkammern
14 wieder in die Heizkammer 12.
[0031] Das Tragegerüst 10 bildet das tragende Teil des Ofens. Dadurch können die Heizkammer
12, die Brennkammern 14 und die Abdeckhaube 22 in Leichtbauweise hergestellt sein,
da diese keine tragenden Funktionen haben müssen. Die Leichtbauweise ermöglicht eine
geringe Wärmekapazität, so dass die Heizkammer 12, die Brennkammern 14 und die Abdeckhaube
22 nur wenig Wärme aufnehmen. In diesem Beispiel sind die Heizkammer 12 und die Brennkammern
14 aus einem speziellen Flexrohr hergestellt, das eine Wanddicke vom 0,13 mm aufweist.
Dies ist möglich, da die Heizkammer 12 und die Brennkammern 14 keine tragende Funktion
haben.
[0032] Außerdem ist das Tragegerüst 10 mit dem unteren Horizontalrahmen 18 aufgrund der
thermischen Isolierelemente 26 von der Heizkammer 12, den Brennkammern 14, der Grundplatte
16 und der Abdeckhaube 22 thermisch entkoppelt, so dass das Tragegerüst 10 mit dem
unteren Horizontalrahmen 18 keine oder nur wenig Wärme aufnimmt. Dies führt zu einer
deutlichen Energieeinsparung.
[0033] Bei dieser konkreten Ausführungsform ist der Ofen zur Wärmebehandlung von Schleifscheiben
auf Harzbasis vorgesehen. Beispielsweise sind die Schleifscheiben mit Phenolharz hergestellt.
Durch die Wärmebehandlung werden die Schleifscheiben gehärtet. Dabei werden die runden
Schleifscheiben in den Brennkammern 14, die einen runden Querschnitt aufweisen, gestapelt.
Der Querschnitt der Brennkammern 14 ist somit an die Form der zu behandelnden Schleifscheiben
angepasst.
[0034] Schließlich sind die Heizkammer 12 und die Brennkammern 14 mit einem Isoliermaterial
verkleidet. Das Isoliermaterial ist beispielsweise aus Steinwolle oder Glaswolle hergestellt
und an der Außenseite mit einer Aluminiumfolie kaschiert. Bei dieser Ausführungsform
hat das Isoliermaterial eine Dicke von 100 mm bis 150 mm. Auch dies trägt zur Einsparung
von Energie bei.
[0035] FIG 2 zeigt eine Draufsicht des Ofens mit einer abgenommenen Abdeckhaube 22 gemäß
der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. An den oberen Enden der Heizkammer
12 und der Brennkammern 14 befindet sich eine Deckplatte 30. Die Deckplatte 30 ist
ebenso wie die Abdeckhaube 22 mittels der thermischen Isolierelemente 26 am oberen
Horizontalrahmen 20 des Tragegerüsts 10 befestigt. Somit ist auch die Deckplatte 30
vom Tragegerüst 10 thermisch entkoppelt.
[0036] Im oberen Bereich der Heizkammer 12 ist das elektrische Heizelement 28 eingehängt.
Das Heizelement 28 kann ohne großen Aufwand zu Wartungs- und Reparaturzwecken demontiert
werden. Am oberen Ende weist die Heizkammer 12 ein Schutzgitter 32 für das Heizelement
28 auf. Die Brennkammern 14 weisen am oberen Ende jeweils ein Zentrierelement 34 für
die zentrale Positionierung der Schleifscheiben auf.
[0037] In FIG 3 ist eine perspektivische Detailansicht eines unteren Bereichs des Ofens
gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. FIG 3 zeigt insbesondere
die thermische Entkopplung zwischen dem Tragegerüst 10 einerseits und der Heizkammer
12 und den Brennkammern 14 andererseits. Die Detailansicht zeigt insbesondere das
thermische Isolierelement 26, das zwischen der Grundplatte 16 und dem unteren Horizontalrahmen
18 angeordnet ist. Das thermische Isolierelement 26 ist als L-Profilabschnitt ausgebildet.
Das thermische Isolierelement 26 ist aus dem Hochtemperatur-Isolierkunststoff hergestellt.
[0038] FIG 4 zeigt eine Vorderansicht einer Ofenanlage mit mehreren Öfen gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung. Bei der Ofenanlage sind die Öfen nebeneinander angeordnet.
[0039] In FIG 4 ist die Anordnung des Heizelements 28 im oberen Bereich der Brennkammer
12 erkennbar. Innerhalb der Brennkammern 14 sind die Schleifscheiben angeordnet. Eine
bestimmte Anzahl von Schleifscheiben wird zunächst auf einem Dorn 40 gestapelt. Mehrere
solche Dorne 40 werden von unten in die Brennkammer 14 eingeführt. In diesem Beispiel
sind zehn Dorne 40 pro Brennkammer 14 vorgesehen.
[0040] Weiterhin verdeutlicht FIG 4 die Anordnung des Gebläses 24. Ein Motor 42 zum Antreiben
des Gebläses 24 befindet sich unterhalb des Gebläses 24.
[0041] Bei der Ofenanlage sind die benachbarten Öfen untereinander mittels eines Warmluftkanals
36 und eines Kaltluftkanals 38 gekoppelt. Dabei wird warme Luft aus einen sich gerade
abkühlenden Ofen in eine geraden aufzuheizenden Ofen befördert. Auch dies trägt zu
einer Energieeinsparung bei.
[0042] FIG 5 zeigt eine Draufsicht der Ofenanlage mit mehreren Öfen gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung. In diesem Beispiel umfasst die Ofenanlage fünf Öfen.
FIG 5 verdeutlicht insbesondere die Anordnung der Warmluftkanäle 36 und der Kaltluftkanäle
38.
[0043] In FIG 6 ist eine Perspektivansicht eines Dorns 40 für den Ofen gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Dorn 40 ist zum Stapeln einer vorbestimmten
Menge von Schleifscheiben vorgesehen.
[0044] Der Dorn 40 umfasst ein vertikales Rohr 44 und ein rundes Basisteil 46. Das Basisteil
46 setzt sich aus einem äußeren Ring und einer Mehrzahl Speichen zusammen. Somit ist
auch der Dorn 40 in einer Leichtbauweise hergestellt. Die Wärmekapazität des Dorns
40 ist daher gering. Beim Aufheizen nimmt der Dorn 40 nur wenig Wärme auf, was ebenfalls
zu einer Energieeinsparung beträgt.
[0045] Die in FIG 2 dargestellten Zentrierelemente 34 sind für die zentrale Positionierung
der Dorne 40 innerhalb der Brennkammern 14 vorgesehen.
Bezugszeichenliste
[0046]
- 10
- Tragegerüst
- 12
- Heizkammer
- 14
- Brennkammer
- 16
- Grundplatte
- 18
- unterer Horizontalrahmen
- 20
- oberer Horizontalrahmen
- 22
- Abdeckhaube
- 24
- Gebläse
- 26
- thermisches Isolierelement
- 28
- Heizelement
- 30
- Deckplatte
- 32
- Schutzgitter
- 34
- Zentrierelement
- 36
- Warmluftkanal
- 38
- Kaltluftkanal
- 40
- Dorn
- 42
- Motor
- 44
- Rohr
- 46
- Basisteil
1. Ofen zur Wärmebehandlung einer Vielzahl von Gegenständen, der Folgendes umfasst:
- ein Tragegerüst (10), das als ein dreidimensionaler Rahmen ausgebildet ist,
- eine langgestreckte Heizkammer (12), die vertikal oder horizontal in einem zentralen
Bereich des Tragegerüsts (10) angeordnet ist, und
- eine Mehrzahl von langgestreckten Brennkammern (14), die vertikal oder horizontal
innerhalb des Tragegerüsts (10) angeordnet sind,
- wenigstens ein Heizelement (28), das der Heizkammer (12) zugeordnet ist,
- wenigstens ein Gebläse (24) zum Erzeugen eines Luftstroms von der Heizkammer (12)
zu den Brennkammern (14), wobei
- die Brennkammern (14) zum Aufnehmen der Gegenstände vorgesehen sind, und
- das Tragegerüst (10) zum Abstützen der Heizkammer (12) und der Brennkammern (14)
vorgesehen ist.
2. Ofen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Tragegerüst (10) von der Heizkammer (12) und von den Brennkammern (14) thermisch
entkoppelt ist.
3. Ofen nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizkammer (12) und die Brennkammern (14) zumindest indirekt über eine Mehrzahl
thermischer Isolierelemente (26) am Tragegerüst (10) befestigt sind.
4. Ofen nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die thermischen Isolierelemente (26) aus einem Hochtemperatur-Isolierkunststoff hergestellt
sind.
5. Ofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wände der Heizkammer (12) und/oder der Brennkammern (14) zumindest teilweise mit
einem thermischen Isoliermaterial versehen sind.
6. Ofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizkammer (12) und die Brennkammern (14) in Leichtbauweise hergestellt sind,
so dass die Wärmekapazitäten der Heizkammer (12) und der Brennkammern (14) verhältnismäßig
gering sind.
7. Ofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ofen zur Wärmebehandlung von scheibenförmigen Gegenständen, insbesondere von Schleifscheiben
vorgesehen ist.
8. Ofen nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ofen eine Vielzahl Dorne (40) zum Stapeln der scheibenförmigen Gegenstände aufweist,
wobei die Dorne (40) übereinander in den Brennkammern (14) angeordnet oder einbringbar
sind.
9. Ofen nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dorne (40) in Leichtbauweise hergestellt sind.
10. Ofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Heizelement (16) innerhalb der Heizkammer (12) angeordnet oder
der Heizkammer (12) vor- oder nachgeschaltet ist.
11. Ofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Heizelement (16) mit elektrischem Strom, Öl, Gas, Dampf, und/oder
Thermoölträger versorgbar ist.
12. Ofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die geometrische Form der Brennkammern (14) an die geometrische Form der Gegenstände
angepasst ist, so dass der Abstand zwischen den Gegenständen und den Wänden der Brennkammern
(14) gleichmäßig ist.
13. Ofen nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den Gegenständen und den Wänden der Brennkammern (14) wenigstens ein Luftkanal
mit gleichmäßigem Querschnitt ausgebildet ist.
14. Ofenanlage mit einer Vielzahl von Öfen nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Öfen nebeneinander angeordnet und mittels Warmluftkanälen (36) und Kaltluftkanälen
(38) miteinander gekoppelt sind, so dass ein Wärmetausch zwischen abkühlenden und
aufheizenden Öfen ermöglicht wird.