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Die
Erfindung betrifft ein Heißluftofenmodul mit
einem zumindest teilweise von Wänden
begrenzten Ofenraum, dem eine Luftfördereinrichtung zum Hervorrufen
eines Luftstroms sowie eine Wärmeübertragungseinrichtung
zur Erwärmung
des Luftstroms zugeordnet sind, sowie einen aus Heißluftofenmodulen
gebildeten Heißluftofen.
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Ein
vom Markt her bekannter Heißluftofen
für industrielle
Anwendungen, beispielsweise für
die thermische Oxidation von Kunststofffasern, weist eine als Gebläse ausgeführte Luftfördereinrichtung auf,
die für
die Erzeugung eines Luftstroms vorgesehen ist. Der Luftstrom wird
an einer Wärmeübertragungseinrichtung,
beispielsweise an elektrisch betriebenen Heizstäben oder an einem mit Thermalöl indirekt
beheizten Wärmetauscher,
vorbeigeführt
und erwärmt.
Der erwärmte
Luftstrom wird anschließend in
einen von Wänden
begrenzten Ofenraum geleitet, in dem sich das Material befindet,
das thermisch behandelt werden soll. Die Wände des Ofenraums bewirken
eine Begrenzung des Querschnitts, durch den der erwärmte Luftstrom
strömen
kann und sorgen somit für
einen konzentrierten Wärmeeintrag
auf das zu behandelnde Material. Der bekannte Heißluftofen kann
in Modulbauweise aus einer Mehrzahl von Heißluftofenmodulen zusammengesetzt
werden, die als Baugruppen vorgefertigt werden können und die am Einsatzort
des Heißluftofens
miteinander verbunden werden. In bestimmten Fällen, so insbesondere bei der
Herstellung von Kohlestofffasern durch Oxidation von Kunststofffasern,
ist eine gleichmäßige Einwirkung
auf das Behandlungsgut von entscheidender Bedeutung, was wiederum
präzise
definierte Luftströmungen
voraussetzt. Grundsätzlich
gilt: um so besser die Luftströmungsverteilung
ist, desto besser das Resultat.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Heißluftofenmodul sowie einen
Heißluftofen
zu schaffen, die eine effek tivere und präzisere thermische Behandlung
von Materialien im Ofenraum ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Heißluftofenmodul
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Heißluftofen
mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ist ein Zuluftkanal vorgesehen, der
zwischen der Luftfördereinrichtung
und dem Ofenraum für
eine Leitung des von der Luftfördereinrichtung
in einer Strömungsrichtung
geförderten
Luftstroms ausgebildet ist, und der mit ersten und zweiten Drosselmitteln versehen
ist, die in Strömungsrichtung
beabstandet zueinander angeordnet sind und die für eine Vergleichmäßigung des
Luftstroms vor dem Durchströmen
des Ofenraums (20) vorgesehen sind. Durch den Zulaufkanal
zwischen der Luftfördereinrichtung und
dem Ofenraum kann eine Beruhigung des Luftstroms erreicht werden.
Eine im Bereich der Luftfördereinrichtung
vorliegende turbulente Strömung
des Luftstroms wird bei zunehmender Entfernung von der Luftfördereinrichtung
und bei geeigneter Gestaltung des Zuluftkanals weniger turbulent.
Um eine zusätzliche
Beruhigung des Luftstroms zu erreichen, sind zumindest zwei Drosselmittel
vorgesehen, die in dem durchströmbaren
Querschnitt des Zuluftkanals in Abstand hintereinander liegen und
somit bei geeigneter Gestaltung bewirken können, dass in Strömungsrichtung
hinter der jeweiligen Drosseleinrichtung eine signifikant weniger
turbulente Strömung
als vor dem jeweiligen Drosselmittel vorliegt.
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Durch
die erfindungsgemäße Serienschaltung
zweier Drosselmittel kann eine erhebliche Beruhigung der Luftströmung erzielt
werden. Durch eine Luftströmung
mit geringen Turbulenzen kann eine besonders gleichmäßige Wärmeübertragung
auf das im Ofenraum thermisch zu behandelnde Material erreicht werden.
Größere Temperaturgradienten,
die zu einer unerwünschten,
ungleichmäßigen thermischen Behandlung
des Materials im Ofenraum führen
könnten,
werden vermieden.
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Durch
die geringen Turbulenzen der Luftströmung im Ofenraum wird eine
Schwingungsanregung des im Ofenraum befindlichen Materials vermieden, so
dass auch empfindliche, insbesondere spröde, Materialien mit geringem
Materialquerschnitt ohne Bruchgefahr thermisch behandelt werden
können.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite, dem Zuluftkanal zugeordnete
Drosselmittel als Wand des Ofenraums ausgebildet. Damit kommt dem
zweiten Drosselmittel neben der Beruhigungsfunktion für den Luftstrom
auch eine Begrenzungsfunktion zu. Vorzugsweise überspannt das Drosselmittel
den gesamten Querschnitt des Ofenraums und ersetzt somit eine der
typischerweise eben ausgeführten
Wände des
Ofenraums vollständig.
Durch die Gestaltung des Drosselmittels mit einer Fläche, die dem
Querschnitt des Ofenraums entspricht, kann zudem eine besonders
homogene Verteilung des Luftstroms im Ofenraum erreicht werden.
Dies trägt
erheblich zu dem angestrebten turbulenzarmen oder turbulenzfreien
Luftstrom im Ofenraum bei.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist zumindest ein Drosselmittel als von Ausnehmungen durchsetzte
Wand, insbesondere als Lochblech, ausgebildet. Als Ausnehmungen
können
vorzugsweise Bohrungen und/oder Schlitze, vorgesehen sein. Die Ausnehmungen
sind mit gleicher oder ungleicher Teilung auf der Fläche angeordnet
und weisen einheitliche oder variierende Geometrien auf. Ein derartiges Drosselmittel
kann insbesondere als Maschendrahtgewebe aus einer Vielzahl rasterartig
angeordneter Drähte
oder als Lochblech mit einer Vielzahl von Bohrungen ausgebildet
sein.
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Zweckmäßig ist
es, wenn die Ausnehmungen in den beabstandet voneinander angeordneten Drosselmitteln
derart ausgebildet sind, dass die Drosselmittel zumindest teilweise
unterschiedliche Strömungswiderstände für den Luftstrom
aufweisen. Dadurch kann bewirkt werden, dass die Luftströmung an
dem ersten Drosselmittel zunächst
nur teilweise beruhigt wird, ohne dass dadurch ein zu hoher Strömungswiderstand aufgebaut
wird, der sich negativ auf den insgesamt in den Ofenraum geförderten
Luftvolumenstrom auswirken würde.
Im seriell nachgeschalteten, zweiten Drosselmittel wird der durch
das erste Drosselmittel und den Zulaufkanal bereits stark beruhigte
Luftstrom zusätzlich
beruhigt und tritt dann als turbulenzarme oder turbulenzfreie oder
laminare Luftströmung
in den Ofenraum ein.
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Vorzugsweise
weist das erste Drosselmittel einen geringeren Strömungswiderstand
auf als das in Strömungsrichtung
nachgeschaltete, zweite Drosselmittel. Der gegebenenfalls stark
turbulente Luftvolumenstrom wird zunächst durch das erste Drosselmittel,
das den geringeren Strömungswiderstand
aufweist, erheblich beruhigt. Durch das zweite Drosselmittel findet
eine weitere Beruhigung statt, bevor der Luftvolumenstrom in den
Ofenraum eintritt. Dabei muss für
einen turbulenzarmen oder turbulenzfreien Luftvolumenstrom in Kauf
genommen werden, dass der Strömungswiderstand
des zweiten Drosselmittels höher
ist, um eine möglichst
vollständige
Beruhigung des Luftvolumenstroms zu erzielen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das erste Drosselmittel mit einem freien Querschnitt von zwischen
20 Prozent der Fläche
und 30 Prozent der Fläche
ausgebildet. Dabei bezeichnet der freie Querschnitt das Verhältnis von
Flächen
der Ausnehmungen am Drosselmittel, durch die der Luftstrom hindurchtreten
kann, und geschlossenen Flächen des
Drosselmittels, die ein Hindernis für den Luftstrom bilden. Bei
einem freien Querschnitt von zumindest 20 Prozent sind also bezogen
auf eine Gesamtfläche
des Drosselmittels, das beispielsweise als rechteckige Blechtafel
ausgeführt
sein kann, 20 Prozent der Fläche
durch Ausnehmungen durchbrochen. Dabei können die Ausnehmungen gleichverteilt
mit einer festen Teilung und mit einer festen Geometrie angebracht
sein. Es können
jedoch auch Ausnehmungen in Randbereichen des Drosselmittels eine
andere Geometrie und/oder Teilung aufweisen als die Ausnehmungen
im Zentrum der Fläche des
Drosselmittels.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das zweite Drosselmittel mit einem freien Querschnitt von zwischen
5 Prozent der Fläche
und 10 Prozent der Fläche,
ausgebildet. Damit kann unmittelbar vor dem Eintreten des Luftstroms
in den Ofenraum eine starke Beruhigung von Turbulenzen erreicht
werden, so dass sich im Ofenraum eine turbulenzarme, bevorzugt eine
turbulenzfreie, laminare Strömung
ausbilden kann.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eines der Drosselmittel
mit Luftleitmitteln versehen, die als orthogonal zu einer durchströmbaren Oberfläche der
Drosselmittel ausgerichtete Wände
ausgebildet sind. Damit wird in Strömungsrichtung hinter den Ausnehmungen,
die in den Drosselmitteln vorgesehen sind, die Aufteilung des Luftstroms
in Einzelströmungen
zumindest über
einen gewissen Strömungsweg
aufrechterhalten. Durch die Wände an
den Drosselmitteln vermengen sich die Einzelströmungen nicht unmittelbar hinter
den Drosselmitteln. Vielmehr verbleiben die Einzelströmungen separat voneinander,
wodurch eine vorteilhafte Beruhigung der Luftströmung erreicht werden kann.
Die Wände der
Luftleitmittel können
eine Höhe
aufweisen, die um ein vielfaches größer ist als eine Dicke der
Drosselmittel. Bevorzugt sind die Wände derart angeordnet, dass
jede Luftströmung,
die aus den Ausnehmungen in den Drosselmitteln austritt, von einer
Luftströmung
einer benachbarten Ausnehmung getrennt ist. Die Wände können insbesondere
aus dünnwandigen
Blech hergestellt sein und können
mit den Drosselmitteln verschweißt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind mehrere Drosselmittel, die insbesondere mit Luftleitmitteln
versehen sind, in Strömungsrichtung
unmittelbar hintereinander angeordnet und bilden eine Drosseleinheit.
Durch eine Anordnung mehrerer Drosselmittel unmittelbar hintereinander kann
eine kompakte Drosseleinheit geschaffen werden, die eine vorteilhafte
Beruhigung der Luftströmung
bewirken kann. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest
eines der unmittelbar hintereinander angeordneten Drosselmittel
mit Luftleitmitteln versehen ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein dem Ofenraum in Strömungsrichtung
nachgeschalteter Abluftkanal vorgesehen sein, der für eine zumindest
teilweise Rückführung des
durch den Ofenraum geleiteten Luftstroms zur Luftfördereinrichtung
vorgesehen ist. Damit kann eine effiziente Nutzung der von der Luftfördereinrichtung
und von der Wärmeübertragungseinrichtung
in den Luftstrom eingebrachten Bewegungsenergie bzw. inneren Energie erreicht
werden. Der bereits erwärmte
und in Bewegung befindliche Luftstrom strömt dabei durch den Ofenraum
und wird in einer Kreisbewegung wieder der Luftfördereinrichtung zugeführt. Damit
muss für eine
konstante Temperatur im Ofenraum die durch die Wände des Ofenraums und des Zu-
bzw. Abluftkanals abgestrahlte Wärme
ersetzt werden. Zusätzlich
muss durch die Schleusen zugeführte
Frischluft aufgeheizt werden und die zu oxidierenden Kunststofffasern
müssen
erwärmt
werden, wobei zu Beginn des Oxidationsvorgangs das in den Kunststofffasern
enthaltene Wasser verdampft werden muss.
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Zweckmäßig ist
es, wenn in dem Abluftkanal zumindest ein Drosselmittel für den Luftstrom
vorgesehen ist. Dadurch wird ein definierter Strömungswiderstand für den Luftstrom
nach Durchströmen
des Ofenraums sichergestellt. Dies verhindert, dass sich der Luftstrom
bereits im Ofenraum in zwei oder mehrere Ströme aufteilt, die jeweils in
Richtung des geringsten Widerstands abfließen, was eine unerwünschte Beunruhigung
des Luftstroms herbeiführen würde.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein erstes, dem Abluftkanal zugeordnetes Drosselmittel als Wand
des Ofenraums ausgebildet. Damit wird ein konstanter Strömungswiderstand über den gesamten
Querschnitt des Ofenraums sichergestellt, so dass ein lokales Abströmen des
in den Ofenraum zugeführten
Luftstroms zumindest im Wesentlichen vermieden werden kann.
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Zweckmäßig ist
es, wenn die als Wände
des Ofenraums ausgeführten
Drosselmittel gegenüberliegend
angeordnet sind. Dies begünstigt
eine turbulenzarme oder eine laminare Strömung im Ofenraum, da der in
den Ofenraum eintretende Luftstrom bis zu seinem Austreten aus dem
Ofenraum nicht umgelenkt werden muss. Das heißt, dass der Bewegungsvektor
für ein
Luftteilchen, das in den Ofenraum eintritt, im Wesentlichen parallel
zu dem Bewegungsvektor des Luftteilchens beim Austreten aus dem Ofenraum
ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den als Drosselmitteln
ausgeführten
Wänden
zumindest eine Trenneinrichtung zur Entkopplung von Luftströmen im Ofenraum
vorgesehen. Die Trenneinrichtung erstreckt sich in Normalenrichtung zu
den Flächen
der gegenüberliegend
angeordneten Drosselmittel und ist nur durch schmale Schlitze zur Durchführung von
Fadenleitstangen durchbrochen und ermöglicht somit eine weitgehende
Auftrennung des Ofenraums in zwei strömungstechnisch im Wesentlichen
unabhängige,
parallel liegende Bereiche. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn
das thermisch zu behandelnde Material, beispielsweise für einen
kontinuierlichen Behandlungsprozess, in der Ofenkammer bewegt wird.
Durch die Trenneinrichtung kann beispielsweise eine Förderung
von Material durch den Ofenraum in unterschiedlichen Richtungen
erfolgen, ohne dass es zu einer gegenseitigen Beeinflussung der
Luftströmungen
kommt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Drosselmittel im Zuluftkanal und/oder im Abluftkanal in
einem Winkel, insbesondere in einem 90-Grad-Winkel, zueinander angeordnet
sind. Durch eine derartige Umlenkung des Luftstroms kann eine kompakte
Gestaltung des Heißluftofenmoduls
erreicht werden, ohne dass eine erhebliche Beunruhigung des Luftstroms
in Kauf genommen werden muss. Dies gilt auch für die Anordnung der Luftfördereinrichtung,
des Zuluftkanals und der als Drosselmittel ausgeführten Wände, die
in vorteilhafter Weise derart ausgerichtet sind, dass ein von der
Luftfördereinrichtung
abgegebener Luftstrom in paralleler Richtung gegenläufig zu
einem Luftstrom in Ofenraum strömen
kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Luftfördereinrichtung
und die Drosselmittel derart ausgebildet sind, dass in dem Ofenraum
eine laminare Luftströmung
mit einer im Wesentlichen einheitlichen Geschwindigkeitsverteilung,
insbesondere mit einer maximalen Geschwindigkeitsabweichung über den
Ofenraumquerschnitt von maximal +/– 10 Prozent bei einer Geschwindigkeit
von 1,5 m/s, ausgebildet werden kann. Damit kann in dem Ofenraum
beispielsweise ein Oxidationsprozess durchgeführt werden, bei dem dünne Kunststofffasern
durch thermische Oxidation zu Kohlenstofffasern oxidiert werden,
wobei eine erhebliche Versprödung
der Kunststofffasern eintritt. Bei Vorliegen einer turbulenten Strömung könnten die
Kunststofffasern, die typischerweise mit konstanter Geschwindigkeit
durch den Ofenraum gefördert
werden, zu Schwingungen angeregt werden und brechen. Bei einer laminaren
Strömung
des Luftstroms im Ofenraum ist die Gefahr eines Bruchs der Kunststofffasern
erheblich reduziert. Um eine besonders gleichmäßige thermische Behandlung
des Materials sicherzustellen, ist die Abweichung für die Geschwindigkeit
des Luftstroms in allen Bereichen des Ofenraums auf +/– 10 Prozent
begrenzt. Dies stellt sicher, dass der am Material vorbeiströmende Luftstrom
keinen ungleichmäßig verteilten
Energieeintrag in das Material bewirkt, wie dies bei unterschiedlich
hohen Geschwindigkeiten des Luftstroms der Fall sein könnte.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an zumindest einem Wandbereich
des Ofenraums eine Schleuseneinrichtung vorgesehen, die für eine kontinuierliche
Zu- und/oder Abfuhr eines im Ofenraum thermisch zu behandelnden
Endlosmaterials ausgebildet ist. Die Schleuseneinrichtung ist der art ausgestaltet,
dass ein strang- oder fadenförmiges Material
in den Ofenraum hinein- oder aus dem Ofenraum hinausgeführt werden
kann. Dabei ist vorgesehen, dass durch die Schleuseneinrichtungen
Frischluft in den Ofenraum nachströmen kann. Zu diesem Zweck wird
ein Teil der im Ofenraum vorhandenen Luftmenge durch eine Abluftanlage
aus dem Ofenraum abgeführt
und durch die nachströmende
Frischluft ersetzt. Damit wird der Ofenraum mit einem niedrigeren
Druck verglichen mit der Umgebung des Heißluftofens betrieben, wodurch
ein unkontrolliertes Abströmen
von Luft aus dem Heißluftofen
vermieden werden kann. Dies ist von besondere Interesse, da die
Abluft aufgrund der im Ofenraum stattfindenden Oxidationsprozesse
mit Schadstoffen belastet sein kann. Daher ist die Abluftanlage
mit einer oder mehreren Reinigungsstufen, insbesondere mit einer
thermischen Abgasnachbehandlungsanlage, zur Entfernung von Schadstoffen
aus der Abluft ausgestattet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die zuströmende
Frischluft im Bereich der Schleusen, insbesondere in einem Wärmeaustauschprozess
mit der abgesaugten Abluft, vorgeheizt wird. Dies ermöglicht einen
besonders effizienten Betrieb des Heißluftofenmoduls.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Heißluftofen mit Heißluftofenmodulen nach
einem der Ansprüche
1 bis 18 vorgesehen, bei dem jeweils benachbart angeordnete Heißluftofenmodule
um 180 Grad verdreht zueinander ausgerichtet und kommunizierend
miteinander verbunden sind. Durch die modulare Aufbauweise des Heißluftofens kann
eine kostengünstige
Serienfertigung der Einzelteile, aus denen die jeweiligen Heißluftofenmodule aufgebaut
sind, erreicht werden. Durch diese Anordnung der Heißluftofenmodule
kann ein vorteilhafter Luftstrom bewirkt werden, da die gegenüberliegend angeordneten
Luftfördereinrichtungen
eine einseitige Absaugung des Luftstroms aus dem Ofenraum verhindern.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Heißluftofens
ist vorgesehen, dass dieser aus sechs Heißluftofenmodulen aufgebaut
ist und eine Seitenlänge
von 15 m × 8.6
m × 4.6
m aufweist. Die Heißluftmodule
weisen eine Seitenlänge
von 2.5 m × 8.6
m × 4.6
m auf und sind damit ohne Einsatz eines speziellen Schwertransporters
transportabel.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
begrenzen die Heißluftofenmodule
einen gemeinsamen, durchgängigen
Ofenraum. Damit kann durch Aneinanderreihen von mehreren Heißluftofenmodulen
ein Heißluftofen
mit einem nahezu beliebig langen Ofenraum erstellt werden. Bei der
vorstehend genannten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Länge
des Ofenraums von 15 m vorgesehen, die Höhe des Ofenraums beträgt 2 m,
während
die Breite 4.7 m beträgt.
Jeweils endseitig an den Längsseiten des
Ofenraums sind Schleuseneinrichtungen vorgesehen, die ein kontinuierliches
Ein- und Ausschleusen von Material ermöglichen. Dabei steht dem Material
die volle Länge
von 15 m für
den thermischen Behandlungsprozess zur Verfügung.
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Zweckmäßig ist
es, wenn die Abluftkanäle
einen der Ofenkammer in Strömungsrichtung
nachgeordneten Verteilerraum bilden, der für eine, vorzugsweise gleichteilige,
Verteilung von Luftströmen
aus der Ofenkammer an die Luftfördereinrichtungen
der zumindest zwei benachbart angeordneten Heißluftofenmodule vorgesehen
ist. Durch den gemeinsamen Verteilerraum kann die Aufspaltung des
durch den Ofenraum strömenden
Luftstroms in zumindest zwei Stromzweige verwirklicht werden. Diese
Stromzweige des Luftstroms werden an den Wärmeübertragungseinrichtungen der
benachbart angeordneten Heißluftofenmodule
vorbeigeführt
und von den jeweiligen Luftfördereinrichtungen
wieder in die jeweiligen Zuluftkanäle und in den gemeinsamen Ofenraum
befördert.
Dadurch kann sichergestellt werden, dass im gesamten Ofenraum eine
einheitliche Temperatur herrscht, selbst wenn die Wärmeübertragungseinrichtungen
oder die Luftfördereinrichtungen
unterschiedliche Wirkungsgrade aufweisen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen sowie
aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele,
die anhand der Zeichnungen dargestellt sind. Dabei zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines aus mehreren Heißluftofenmodulen aufgebauten Heißluftofens
gemäß der Erfindung
in der Draufsicht,
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2 eine
schematische Seitenansicht eines der Heißluftofenmodule gemäß der 1,
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3 ein
Ersatzschaltbild für
zwei miteinander gekoppelte Heißluftofenmodule
in einer Draufsicht.
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Ein
in 1 dargestellter Heißluftofen 10 ist aus
einer Mehrzahl von Heißluftofenmodulen 12 aufgebaut,
die aneinander gereiht angeordnet sind und einen gemeinsamen, in
Richtung der Aneinanderreihung durchgehenden Ofenraum 20 bilden.
Die Heißluftofenmodule 12 sind
jeweils um 180 Grad zueinander verdreht zu einer nicht dargestellten,
normal zur Darstellungsebene der 1 ausgerichteten
Symmetrieachse zueinander ausgerichtet. Jedes der Heißluftofenmodule 12 weist
eine Grundfläche
von 2.5 m × 8.6
m sowie eine in der 2 dargestellte Höhe von 4.6
m auf.
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Der
Ofenraum 20, der durch Wände 16, 18 begrenzt
ist, weist eine kubische Gestalt auf. Dabei sind vertikal ausgerichtete
Wände 16 geschlossenen ausgeführt, während horizontal
ausgerichtete Wände 18 als
Lochbleche mit einer Vielzahl von regelmäßig angeordneten, mit gleicher
Geometrie versehenen Ausnehmungen 28 ausgeführt sind.
Die horizontal ausgerichteten Wände 18 ermöglichen
durch die Ausnehmungen 28 das Hindurchtreten eines Luftstroms.
Dabei wird ein Strömungswiderstand
für den hindurchtretenden
Luftstrom von dem freien Querschnitt, also dem Verhältnis der
Fläche
der Ausnehmungen 28 zur Gesamtfläche der gesamten Wand 18,
be stimmt. Bei den horizontal ausgerichteten Wänden 18 ist vorteilhaft
ein freier Querschnitt von 10 Prozent gewählt, so dass die Ausnehmungen 28 lediglich
1/10 der gesamten Fläche
der Wand 18 einnehmen.
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Jeweils
stirnseitig an den Heißluftofenmodulen 12 ist
eine als Gebläse 14 ausgeführte Luftfördereinrichtung
vorgesehen, die eine Förderung
der im Heißluftofenmodul 12 enthaltenen
Luft ermöglicht.
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Wie
in der 2 näher
dargestellt, ist das Gebläse 14 stirnseitig
in einem oberen Bereich des Heißluftofenmoduls 12 angebracht
und weist einen Gebläsemotor
sowie einen Rotor auf, der auf einer Motorwelle des Gebläsemotors
festgelegt ist und der in einem Gebläsekasten 44 angeordnet
ist. Durch eine Rotationsbewegung der Motorwelle kann das Gebläse Luft
aus einem unteren, nachfolgend näher beschriebenen
Bereich des Heißluftofenmoduls 12 ansaugen
und kann die Luft als Luftstrom mit einer vorgebbaren Strömungsgeschwindigkeit
nach oben aus dem Gebläsekasten 44 abgeben.
Dabei dient der Gebläsekasten 44 der
Kanalisierung des vom Gebläse 14 geförderten
Luftstroms. Der Luftstrom wird in Strömungsrichtung 24 hinter
dem Gebläsekasten 44 in
einem Zuluftkanal 22 geführt, der im Wesentlichen von
Außenwänden 46 des
Heißluftofenmoduls 12 sowie
von einem Leitblech 48 begrenzt wird. In dem Zuluftkanal 22 ist
eine erste Drosseleinrichtung 30 als erstes Drosselmittel
vorgesehen, die einen freien Querschnitt von ungefähr 30 Prozent
aufweist. An der ersten Drosseleinrichtung 30 wird der
Luftstrom gestaut und dringt durch die Ausnehmungen 28 in den
dahinter liegenden Bereich des Zuluftkanals 22. Durch das
Aufstauen des Luftstroms und das geordnete Hindurchtreten durch
die erste Drosseleinrichtung 30 werden Turbulenzen, die
vom Gebläse 14 erzeugt
wurden, nahezu vollständig
eliminiert. Es können
zwar beim Hindurchtreten des Luftstroms durch die erste Drosseleinrichtung 30 neue
Turbulenzen auftreten, diese sind jedoch bei geeigneter Wahl der Strömungsgeschwindigkeit
bzw. des Volumenstroms des Luftstroms erheb lich geringer als im
Bereich des Zuluftkanals 22 vor der ersten Drosseleinrichtung 30.
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Anschließend dringt
der Luftstrom durch die als zweite Drosseleinrichtung 32 ausgeführte Decke des
Ofenraums 20, die als zweites Drosselmittel ausgeführt ist.
Da die zweite Drosseleinrichtung 32 einen freien Querschnitt
von ungefähr
10 Prozent aufweist, kommt es durch die Stauung des Luftstroms zwischen
den ersten und zweiten Drosseleinrichtungen 30, 32 zu
einer gleichmäßigen Verteilung
der im Luftstrom enthaltenen Luftmoleküle, so dass an allen Stellen
der zweiten Drosseleinrichtung 32 die gleiche Menge an
Luft durch die Ausnehmungen 28 hindurchtreten kann. Der
Luftstrom ist nunmehr in den Ofenraum 20 eingedrungen und
strömt
laminar in vertikaler Richtung von der zweiten Drosseleinrichtung 32 in
Richtung einer dritten Drosseleinrichtung 34, die als drittes
Drosselmittel ausgeführt
ist. Der Ofenraum 20 ist durch eine zwischen den zweiten und
dritten Drosseleinrichtungen 32, 34 erstreckte Trenneinrichtung 38 in
einen ersten Ofenraumbereich 50 und einen zweiten Ofenraumbereich 52 unterteilt.
Die Trenneinrichtung 38, die durch schmale Schlitze zur
Durchführung
von Fadenleitstangen unterbrochen ist, verhindert eine unerwünschte Wechselwirkung
der Luftströmungen
zwischen dem ersten und dem zweiten Ofenraumbereich 50, 52.
Dies ist von Interesse, um unerwünschte
Turbulenzen im laminaren Luftstrom durch gegenseitige Beeinflussung der
Ofenraumbereiche 50, 52 zu vermeiden.
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Die
vorstehend beschriebenen Drosseleinrichtungen 30 bis 34 sowie
eine vierte Drosseleinrichtung 36 können bei einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung als Drosseleinheiten 62 ausgeführt sein,
die exemplarisch anhand der Drosseleinrichtung 34 in der
Detailvergrößerung der 2 dargestellt
ist. Die Drosseleinheiten 62 sind aus mehreren, in Strömungsrichtung 24 unmittelbar
hintereinander angeordneten Lochblechen 64 aufgebaut, wobei
den beiden oberen Lochblechen 64 Luftleitmittel 60 zugeordnet
sind. Die Luft leitmittel 60 sind in Strömungsrichtung 24 hinter
den Lochblechen 64 angeordnet. Sie sind, wie dies im Schnitt
A-A näher
dargestellt ist, rasterartig um die jeweiligen Ausnehmungen 28 in
den Lochblechen 64 angeordnet und weisen eine Höhe auf,
die einem Vielfachen der Dicke der Lochbleche 64 entspricht.
Die Luftleitmittel 60 sind aus schmalen Blechstreifen hergestellt,
die jeweils im Rastermaß der
Ausnehmungen mit schlitzartigen Ausklinkungen versehen sind, wobei
es die Ausklinkungen ermöglichen,
die Blechstreifen gegensinnig zusammenzustecken und somit die rasterartige
Anordnung zu erreichen.
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In
der 2 ist ein strangförmiges Material 54 angedeutet,
das in jedem der Ofenraumbereiche 50, 52 gefördert wird.
Das Material 54 wird, wie in der 3 näher dargestellt
wird, durch eine Schleuseneinrichtung 56 in den Ofenraum 20 eingebracht
und mittels Umlenkungen 58 mehrfach umgelenkt, so dass
das Volumen des Ofenraums 20 vorteilhaft ausgenutzt werden
kann und die Verweildauer für
die thermische Behandlung des Materials 54 erhöht wird. Anschließend wird
das Material durch eine zweite Schleuseneinrichtung 56 wieder
aus dem Ofenraum 20 entfernt und kann einer weiteren Verarbeitung
zugeführt
werden.
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An
einer Unterseite wird der Ofenraum 20 gemäß der 2 durch
die dritte Drosseleinrichtung 34 begrenzt, die bei der
dargestellten Ausführungsform
des Heißluftofenmoduls 12 den
gleichen freien Querschnitt wie die zweite Drosseleinrichtung 32 aufweist.
Die dritte Drosseleinrichtung 34 verhindert ein unkontrolliertes
Abströmen
des Luftstrom und stellt damit auch im unteren Bereich des Ofenraums 20 einen
turbulenzarmen oder einen laminaren Luftstrom sicher. Unterhalb
der dritten Drosseleinrichtung 34 beginnt ein Abluftkanal 26,
der für
eine Rückführung des
Luftstroms zum Gebläse 14 vorgesehen
ist. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform
des Heißluftluftofenmoduls 12 ist
vorgesehen, dass der Luftstrom sowohl zum Gebläse 14 als auch zu
einem Gebläse
eines um 180 Grad verdreht angeordneten, nicht dargestellten Heißluftofenmoduls
geführt
werden kann. Damit dient der Bereich des Abluftkanals 26 unterhalb
des dritten Lochblechs 34 als Verteilerraum für den Luftstrom.
Unabhängig
davon, zu welchem Gebläse
der Luftstrom abströmt,
muss er vor Erreichen des Gebläses
die vierte Drosseleinrichtung 36, passieren. Die vierte
Drosseleinrichtung 36 dient dazu, den Luftstrom in geordneter
Weise dem jeweiligen Gebläse
zuströmen
zu lassen.
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Auf
dem Weg zum Gebläse 14 passiert
der Luftstrom eine Wärmeübertragungseinrichtung 42, die
als indirekt mit Thermalöl
beheizter Wärmetauscher
ausgeführt
ist und die den Luftstrom auf die für den Ofenraum 20 gewünschte Zieltemperatur
erwärmt.
Bei dem vorliegenden Heißluftofenmodul 10 kann
beispielsweise eine Zieltemperatur im Ofenraum 20 von 200
Grad Celsius bis insbesondere 280 Grad Celsius vorgegeben werden.
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Wie
aus dem Ersatzschaltbild gemäß der 3 zu
entnehmen ist, können
die benachbart angeordneten Heißluftofenmodule 12 als
pneumatisches System dargestellt werden. Das Gebläse 14 wirkt
als Pneumatikpumpe und mündet
in den Zuluftkanal 22, der mit den ersten und zweiten Drosseleinrichtungen 30, 32 versehen
ist. Anschließend
strömt der
Luftstrom in den Ofenraum 20, der von dem beiden Heißluftofenmodulen 12 gebildet
wird. Durch den Ofenraum 20 wird ein endloser Faden 54 aus
Kunststoff geführt,
der thermisch oxidiert werden soll und der durch eine erste Schleuseneinrichtung 56 in
den Ofenraum 20 eintritt und durch eine zweite Schleuseneinrichtung 56 aus
dem Ofenraum 20 austritt. Im Ofenraum 20 wird
der Faden 54 durch Umlenkungen 58 mehrfach umgelenkt
um von Luftstrom thermisch oxidiert. Der Luftstrom tritt nach Durchströmen des Ofenraums 20 durch
die dritte Drosseleinrichtung 34 in den Abluftkanal 26 und
passiert nach durchströmen
der vierten Drosseleinrichtung 36 die Wärmeübertragungseinrichtung 42,
wo eine Erwärmung
stattfindet. Anschließend
wird der Luftstrom vom Gebläse 14 in
den Ge bläsekasten
angesaugt und erneut dem Zuluftkanal 22 zugeführt.