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Ofen - Dokument DE102006020781B3
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006020781B3 22.11.2007
Titel Ofen
Anmelder Benteler Automobiltechnik GmbH, 33102 Paderborn, DE
Erfinder Danger, Elisabeth, 33100 Paderborn, DE;
Kondo, Kiyohito, 33106 Paderborn, DE
Vertreter Bockermann, Ksoll, Griepenstroh, 44791 Bochum
DE-Anmeldedatum 03.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006020781
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.11.2007
IPC-Hauptklasse F27B 9/24(2006.01)A, F, I, 20060503, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F27B 9/38(2006.01)A, L, I, 20060503, B, H, DE   
Zusammenfassung Ofen zum Erwärmen von Stahlplatinen mit mehreren, horizontal übereinander angeordneten Ofenebenen (3), wobei jede Ofenebene (3) zur Aufnahme wenigstens einer Stahlplatine (2) vorgesehen ist und wobei in jeder Ofenebene (3) Mittel (4) zum Bewegen der Stahlplatinen (2) während der Erwärmung vorgesehen sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Ofen zum Erwärmen von Stahlplatinen. Derzeit werden Stahlplatinen, insbesondere beschichtete Platinen, die für die Warmumformung vorgesehen sind, standardmäßig in einem Rollenherdofen erwärmt. Hierbei werden die Stahlplatinen in einem gewissen Abstand zueinander auf den Rollengang des Ofens gelegt. Mit Hilfe von Rollen aus Keramikwerkstoffen werden die zu erwärmenden Stahlplatinen dann kontinuierlich durch den Ofen in Richtung zum Ofenausgang transportiert. Je nach erforderlicher Taktzeit, Größe und Materialbeschaffenheit der umzuformenden Stahlplatinen ergibt sich eine berechenbare Ofenlänge, die von wenigen Metern bis hin zu einhundert Metern und mehr führen kann. Auch große Ofenlängen sind technisch grundsätzlich realisierbar, allerdings in der Praxis unerwünscht, denn neben einem sehr hohen Platzbedarf besteht das Problem, dass die Beladestation des Ofens von der dem Ofen nachgeschalteten Presse weit entfernt ist und daher ein einzelner Arbeiter nicht gleichzeitig die Beladestation und die Presse unter Aufsicht halten kann. Neben dem daraus resultierenden erhöhten Kontrollaufwand ist ein langgezogener Ofen auch aus energetischen Gründen ungünstig, da ein langgezogener Ofen eine relativ große Oberfläche im Verhältnis zu einem kleinen Innenvolumen aufweist. Lange Öfen bedingen einen entsprechend langen Rollengang, wobei das Risiko für eine Fehlfunktion mit der Länge des Ofens steigt. Fällt der Ofen aus, muss folglich die gesamte Vergütelinie mit zugehörigem Pressensystem stillgelegt werden.

Gerade bei beschichteten Stahlplatinen ist eine kontinuierliche Bewegung der Stahlplatinen während der Erwärmung zwingend erforderlich, da sich anderenfalls die Beschichtung stellenweise von der Platine ablösen kann. Derartige Beschädigungen sind auf den Wärmeübergang zwischen den Transportrollen und den Stahlplatinen zurückzuführen. Es gibt Untersuchungen, dass bei einer blanken Stahlplatine der Wärmeübergang durch die Rollen gefördert wird. Es gibt daher keine Alternative dazu, auf Rollen gelagerte, beschichtete Platinen in kontinuierlicher Bewegung zu halten, um eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten Stahlplatine zu erzielen.

Aus der GB 2 292 999 A ist ein Ofen zum Erwärmen von Stahlplatinen mit mehreren horizontal über einander angeordneten Ofenebenen bekannt. Es wird vorgeschlagen, die einzelnen Ofenebenen schwenkbar auszubilden, sodass zwei zu erwärmende Stahlplatinen den Ofen gleichzeitig durchlaufen können. Zudem ermöglicht diese Vorgehensweise das Beschicken mehrerer Ofenebenen durch nur eine Beschickungseinrichtung.

Gegenstand der GB 2 301 660 A ist ein Ofen zum Erwärmen von Stahlplatinen mit mehreren horizontal übereinander angeordneten Ofenebenen, wobei in jeder Ofenebene Mittel zum Bewegen der Stahlplatinen während der Erwärmung vorgesehen sind. Der Ofen besteht im Wesentlichen aus zwei Hälften, mit jeweils mehreren Ebenen, wobei die Ofenhälften in der Höhe relativ zueinander verlagerbar sind. Auf diese Weise ist es möglich, die zu erwärmenden Stahlplatinen auf die einzelnen, horizontal übereinander angeordneten Ofenebenen zu verlagern.

DE 1 433 769 A offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Rollenherdofens zur Wärmebehandlung von langgestrecktem metallischem Gut, zylindrischen Querschnitts, insbesondere zur Wärmebehandlung von Rohren, dessen profilierte Herdrollen außerhalb des Ofenraumes gelagert sind. Die Herdrollen sind außerhalb des Ofens gelagert, um die Schrägstellung der Herdrollen relativ zur Ofenlängsachse und damit die Bewegung der Stahlrohre im Rollenherdofen zu steuern.

Mit der GB 820 220 ist ein Ofen zum Erwärmen von Stahlplatinen bekannt geworden, welcher ebenfalls mehrere, horizontal übereinander angeordnete Ofenebenen aufweist, wobei jede Ofenebene zur Aufnahme wenigstens einer Stahlplatine vorgesehen ist und wobei in jeder Ofenebene mittel zum Bewegen der Stahlplatine während der Erwärmung vorgesehen sind.

Die EP 0 313 726 A2 offenbart ein Verfahren und einen Ofen zum Wärmen von Blechen, bei welchem das Wärmgut über ein Rollenhubherd- bzw. Rollenhubbalken-System diskontinuierlich durch den Ofenraum transportiert wird, dessen Förderrollen außen an den Ofen-Seitenwänden quer zur Wärmgut-Förderrichtung hin- und herbeweglich angeordnet sind und nur für die kurze Zeit des Wärmgut-Transports durch passende Wanddurchbrüche in den Ofenraum, unter die Wärmgutstücke bewegt werden. Beim Anheben der Förderrollen oder beim Absenken der Ablageböcke übernehmen die Förderrollen das Wärmgut und transportieren dieses durch kurzseitige Drehbewegungen schrittweise. Jeweils danach werden den Förderrollen die Wärmgutstücke durch entgegengesetzte senkrechte Relativbewegung von den Ablageböcken abgenommen und die Förderrollen zurück ins Freie in eine kühlende Ruheposition bewegt. Diese Förderrollen-Anordnung außerhalb des Ofenraums soll eine relativ geringe thermische Belastung und einen geringeren Verschleiß der Förderrollen auf Grund kurzer Verweilzeiten im heißen Ofenraum bewirken.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zum Erwärmen von Stahlplatinen aufzuzeigen, der ein hohes Durchsatzvolumen für großflächige, das heißt mehrere Quadratmeter große beschichtete Platinen ermöglicht und gleichzeitig einen geringen Platzbedarf hat.

Diese Aufgabe ist bei einem Ofen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Ofen zum Erwärmen von Stahlplatinen sind mehrere horizontal übereinander angeordnete Ofenebenen vorgesehen, wobei jede Ofenebene zur Aufnahme wenigstens einer Stahlplatine vorgesehen ist und wobei in jeder Ofenebene Mittel zum Bewegen der Stahlplatten während der Erwärmung vorgesehen sind. Ein solcher Ofen kann auch als Etagenofen bezeichnet werden und hat im Hinblick auf die Optimierung des Prozessablaufs bei der Warmumformung signifikante Vorteile. Dadurch, dass der erfindungsgemäße Ofen zwei und vorzugsweise mehr als vier beheizte, übereinander angeordnete Ebenen aufweist, ist der Platzbedarf wesentlich geringer als bei einem langgestreckten Rollenofen. Zugleich ist es bei dem erfindungsgemäßen Ofen möglich, auch beschichtete Stahlplatinen gleichmäßig zu erwärmen, da in jeder Ofenebene Mittel zum Bewegen der Stahlplatten während der Erwärmung vorgesehen sind. Bei den Mitteln zum Bewegen der Stahlplatten handelt es sich vorzugsweise um Tragrollen, auf denen die Stahlplatinen aufliegen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Stahlplatinen gleichmäßig erwärmt werden und die Beschichtung der Stahlplatinen nicht durch ungleichmäßigen Wärmeeintrag beschädigt wird.

Die einzelnen Ofenebenen sind mit Schubladenelementen versehen, wobei der Boden der Schubladenelemente Tragrollen aufweist, auf welche die Stahlplatinen gelegt werden. Zum Beschicken und Entnehmen werden die Schubladenelemente horizontal aus dem Ofen herausgezogen.

Vorzugsweise werden die Stahlplatinen im Bereich einer Ofenebene translatorisch reversierbar verlagert. Durch die Umkehrung der translatorischen Bewegung kann der Ofen besonders platzsparend gestaltet werden, ohne auf die Vorzüge der gleichmäßigen Erwärmung, wie in einem herkömmlichen Rollenofen, zu verzichten.

Die Beschickung der einzelnen übereinander angeordneten Ofenebenen erfolgt vorzugsweise über eine in der Höhe verlagerbare Beschickungseinrichtung, so dass für eine beliebige Anzahl von Ofenebenen nur eine einzige Beschickungseinrichtung erforderlich ist.

Grundsätzlich ist es möglich, dass die Beschickungseinrichtung zugleich auch eine Entnahmeeinrichtung ist. Dadurch kann der Grundflächenbedarf für den Ofen einschließlich Beschickungs- und Entnahmeeinrichtung noch weiter reduziert werden.

Um den Wärmeverlust nach der Entnahme aus dem Ofen zu vermeiden, ist es möglich, der Entnahmeeinrichtung eine Heizeinheit zuzuordnen. Auch eine Übergabestation, an welcher die Entnahmeeinrichtung die Stahlplatine übergibt, ist zweckmäßigerweise mit einer Heizeinrichtung versehen, damit die erwärmte Stahlplatine dem nachfolgenden Verarbeitungsschritt mit der gewünschten Temperatur zugeführt werden kann.

Der erfindungsgemäße Ofen weist zweckmäßigerweise zwischen einander benachbarten Ofenebenen Mittel zur thermischen Trennung auf, so dass die einander benachbarten Ofenebenen getrennt voneinander beheizbar sind. Auf diese Weise kann in den einzelnen Ofenebenen, falls erforderlich, ein unterschiedliches Temperaturniveau gefahren werden. Darüber hinaus ist es möglich, eine einzelne Ofenebene abzuschalten, beispielsweise falls Reparaturen erforderlich sind. Dennoch können die anderen Ofenebenen weiter betrieben werden, so dass auch bei einem Defekt einer Ofenebene nicht zwangsläufig der gesamte Ofen mit der nachfolgenden Pressstation stillgelegt werden muss.

Vielmehr können Reparaturen in vorbestimmte Wartungsintervalle verlagert werden, ohne die Produktion vollständig zu unterbrechen.

Es kann aber auch zweckmäßig sein, einander benachbarte Ofenebenen zu einem gemeinsam beheizbaren Höhenbereich des Ofens zueinander zusammenzufassen. Zwischen diesen Ofenebenen ist daher keine thermische Trennung vorgesehen, sondern vielmehr soll die Zusammenfassung mehrerer Ofenebenen zu einer gemeinsam beheizbaren Zone einen optimalen Wärmehaushalt innerhalb dieser Zone gewährleisten.

Mit dem erfindungsgemäßen Ofen ist es möglich, das Verhältnis zwischen den in einem Ofen zeitgleich erwärmten Stahlplatinen und der Grundfläche des Ofens erheblich zu steigern, wobei ein Verhältnis von über vier Platinen je Quadratmeter Grundfläche des Ofens möglich erscheint.

Der erfindungsgemäße Ofen wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 näher beschrieben. Die anderen, nachfolgend beschriebenen 1 und 2 dienen lediglich zur Illustrierung der beanspruchten Erfindung und sind nicht Ausführungsformen der Erfindung, für die Schutz begehrt wird. Es zeigt:

1 in perspektivischer Ansicht eine schematische Darstellung eines Ofens in einer ersten Ausführungsform;

2 einen Horizontalschnitt durch eine Ofenebene des Ofens der 1 und

3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines lösungsgemäßen Ofens.

1 zeigt einen Ofen 1 zum Erwärmen von Stahlplatinen 2. Der Ofen 1 weist zehn übereinander angeordnete, identisch konfigurierte Ofenebenen 3 auf, wobei in diesem Ausführungsbeispiel jede Ofenebene 3 zur Aufnahme einer Stahlplatine 2 vorgesehen ist. Die in der mit 1 gekennzeichneten unteren Ofenebene 3 aufgenommene Stahlplatine 2 lagert auf Mitteln 4 zum Bewegen der Stahlplatine 2 während der Erwärmung. Die Mittel 4 zum Bewegen der Stahlplatine 2 umfassen Tragrollen 5 sowie nicht näher dargestellte Antriebsmittel für die Tragrollen 5. Der Pfeil P verdeutlicht, dass die Stahlplatinen 2 über die Tragrollen 5 während des Erwärmens translatorisch hin und her bewegt werden. Dabei verlassen sie den Ofen bzw. die jeweilige Ofenebene 3 nicht, bis die erwünschte Temperatur und die gewünschte Erwärmungsdauer erreicht worden ist.

Der Pfeil P bzw. die Transportrichtung der Tragrollen 5 entspricht der Beschickungsrichtung, die mit dem Pfeil B gekennzeichnet ist. Die Beschickung des Ofens 1 erfolgt über eine Beschickungseinrichtung 6, die ebenfalls Tragrollen 7 der gleichen Orientierung wie die Tragrollen 5 der Mittel 4 zum Bewegen der Stahlplatinen 2 aufweist. Die Beschickungseinrichtung 6 ist auf die Höhe der jeweils zu beschickenden Ofenebene 3 verlagerbar. Dies wird durch die Pfeile P1 und P2 angedeutet.

Die Entnahme der erwärmten Stahlplatinen 2 erfolgt über eine Entnahmeeinrichtung 8 auf der der Beschickungseinrichtung 6 gegenüberliegenden Längsseite des Ofens 1. Auch die Entnahmeeinrichtung 8 weist Transportrollen 9 auf, die in ihrer Orientierung den Transportrollen 5 innerhalb der einzelnen Ofenebenen 3 entsprechen. Daher entspricht die Entnahmerichtung gemäß dem Pfeil E auch der Beschickungsrichtung B. Die Entnahmeeinrichtung 8 ist ebenfalls in der Höhe verlagerbar, wie durch die Pfeile P3, P4 verdeutlicht wird. Der Entnahmeeinrichtung 8 ist oberhalb der Transportrollen 9 eine Heizeinheit 10 zugeordnet, über welche die bereits erwärmten Platinen 2 zusätzlich auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden. Die Heizeinheit 10 ist zusammen mit der Entnahmeeinrichtung 8 in der Höhe verfahrbar. Anhand der 2 ist zu erkennen, dass der Ofen 1 nur eine geringfügig größere Länge besitzt als die zu erwärmende Stahlplatine 2, so dass das Verhältnis zwischen den gleichzeitig zu erwärmenden Stahlplatinen und der Standfläche des Ofens wesentlich größer ist als bei einem langgestreckten Rollenofen mit nur einer Rollenbahn.

In 2 sind rein schematisch Brenner 11 dargestellt, die jeweils im Eckbereich des Ofens 1 angeordnet sind. Im oberen Bereich der 2 befindet sich die Beschickungseinrichtung 6 und im unteren Bereich die Entnahmeeinrichtung 8.

Die Ausführungsform der 3 unterscheidet sich von derjenigen der 1 und 2 dadurch, dass die einzelnen Ofenebenen ein Schubladenelement 12 aufweisen, dessen Boden von den die Stahlplatinen 2 tragenden Transportrollen 13 gebildet ist und welches zum Beschicken und Entnehmen der Stahlplatinen 2 horizontal aus- und einfahrbar ist. Die Beschickungs- und Entnahmestation 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel von einem Zweiachsenroboter gebildet, der eine Stahlplatine 2 an einem Greifarm haltend in Richtung des Pfeils P5 auf- und abwärts bzw. in Richtung des Pfeils P6 seitwärts bewegt und die entsprechende Platine von und zu dem jeweiligen Schubladenelement 12 transportiert. Ein weiterer Unterschied gegenüber der Ausführungsform der 1 und 2 ist, dass die Tragrollen 13, die den Boden der einzelnen Schubladenelemente 12 bilden, die gleiche Orientierung haben, wie die Entnahmerichtung, die durch den Pfeil B gekennzeichnet ist. Der Pfeil B kennzeichnet gleichzeitig die Beschickungsrichtung. Die Bewegung der Stahlplatinen 2 innerhalb des Ofens 15 erfolgt im rechten Winkel zu der Beschickungsrichtung B.

1
Ofen
2
Platine
3
Ofenebene
4
Mittel zum Bewegen der Stahlplatinen
5
Tragrollen
6
Beschickungseinrichtung
7
Tragrolle
8
Entnahmeeinrichtung
9
Tragrolle
10
Heizeinrichtung
11
Brenner
12
Schubladenelement
13
Tragrolle
14
Beschickungseinrichtung
15
Ofen
E
Entnahmerichtung
B
Beschickungsrichtung
P
Pfeil
P1
Pfeil
P2
Pfeil
P3
Pfeil
P4
Pfeil
P5
Pfeil
P6
Pfeil


Anspruch[de]
Ofen zum Erwärmen von Stahlplatinen mit mehreren, horizontal übereinander angeordneten Ofenebenen (3), wobei jede Ofenebene (3) zur Aufnahme wenigstens einer Stahlplatine (2) vorgesehen ist und wobei in jeder Ofenebene (3) Mittel (4) zum Bewegen der Stahlplatinen (2) während der Erwärmung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofenebenen (3) ein Schubladenelement (12) aufweisen, dessen Boden von die Stahlplatinen (2) tragenden Transportrollen (13) gebildet ist, und welches zum Beschicken und zum Entnehmen der Stahlplatine (2) horizontal aus- und einfahrbar ist. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (4) zum Bewegen der Stahlplatinen (2) Tragrollen (5) sind, auf denen die Stahlplatinen (2) aufliegen. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlplatinen (2) translatorisch reversierbar in der jeweiligen Ofenebene (3) verlagerbar sind. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf die Höhe der zu beschickenden Ofenebene (3) verlagerbare Beschickungseinrichtung (6) vorgesehen ist. Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschickungseinrichtung (6) zugleich eine Entnahmeeinrichtung ist. Ofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeeinrichtung (8) Transportrollen (9) aufweist, auf welchen die Stahlplatinen (2) aufliegen und über welche die Stahlplatinen (2) in eine Ofenebene (3) transportierbar sind. Ofen nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Entnahmeeinrichtung (8) eine Heizeinheit (10) zugeordnet ist. Ofen nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeeinrichtung (8) zur Übergabe der erwärmten Stahlplatine (2) auf eine Höhe einer Übergabestation verlagerbar ist Ofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergabestation mit einer Heizeinrichtung versehen ist. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einander benachbarten Ofenebenen (3) Mittel zur thermischen Trennung angeordnet sind und wobei die einander benachbarten Ofenebenen (3) getrennt voneinander beheizbar sind. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass einander benachbarte Ofenebenen (3) einen gemeinsam beheizbaren Höhenbereich des Ofens (1, 15) bilden.






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