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Wärmebehandlungsanlagen: Hubherdofen und Haubenofen

  • Individuelle Fertigung
  • Modernste Wärmedämmaterialien
  • Effiziente Beheizugssysteme
  • Neueste Steuerungen

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Effiziente Hubherdanlagen von PADELTTHERM


Hubherdöfen mit feststehendem Hubboden

Für die Wärmebehandlung von besonders langen Teilen kann ein Hubherdofen eingesetzt werden. Die Beladung erfolgt mit einer Chargiermaschine die das Einsatzgut direkt auf den Herd aufsetzt. Bei diesem Anlagentyp ist es möglich, den Hubherd im oberen Temperaturbereich zu öffnen und die Wärmeverluste geringer zu halten als beim herkömmlichen Herdwagenofen.

Abgebildet ist ein Ofen zum Vergüten und Anlassen von Schienenstücken bis 35 m Länge für Hochgeschwindigkeitszüge. Die Chargenabmessung beträgt 1.500 x 35.000 x 400 mm (Breite x Länge x Höhe) und die Einsatzmasse 35 t. Mit 42 Rekuperatorenbrennern wird die Anlage beheizt, wobei je drei Brenner eine Regelzone bilden. Für die Wärmedämmung wurde eine speicherarme Vollfaserauskleidung gewählt. Der Herd wird gegen die Haube mit einer umlaufenden Keramikfaserdichtung verschlossen. Weiterhin ist der Ofen so konstruiert, dass er auf 65 m Nutzlänge erweitert werden kann.

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Hubherdöfen mit verfahrbarem Hubboden

Bei diesem Ofentyp können die Hubböden vor den Ofen gefahren werden, um eine Beladung mit dem Kran zu ermöglichen. Danach wird der Hubboden automatisch unter den Ofen gefahren und in den Ofen nach oben eingefahren.

Hier sehen Sie eine Anlage für 28 t mit einer Chargenabmessung von 3.000 x 12.940 x 2.000 mm (Breite x Länge x Höhe). Diese wurde für das Glühen und Entspannen von Sammlern für Hochleistungsdampferzeuger aufgestellt. Ein geteilter Herdwagen sorgt dafür, dass der Ofen auch mit zwei autarken Einzelkammern betrieben werden kann. Die Temperaturregelung erfolgt nach der Einsatzguttemperatur. So konnte im Bereich von 150-850 °C eine Abweichung der Solltemperatur von unter +/- 2 K erreicht werden.

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Universelle Wärmebehandlungsanlagen

Abgebildet ist eine universelle Ofenanlage für eine Vielzahl von Wärmebehandlungstechnologien, unterschiedliche Sortimentsgrößen und breitgefächerte Einsatzgutabmessungen.

Viele Schmieden und Gießereien stehen vor der Situation, dass ein sehr unterschiedliches Abmessungssortiment mit relativ kleinen Stückzahlen kurzfristig ständig wechselnden Wärmebehandlungsprozessen unterzogen werden muss.

Das Problem ist, die erforderlichen Wärmebehandlungstechnologien in einer Ofenanlage auf kleinstem Aufstellungsraum mit möglichst hohen Durchsatzleistungen zu realisieren und dabei reproduzierbare Werte und Kontinuität der Ergebnisse zu erreichen.

Die Lösung ist ein automatischer Ablauf der Wärmebehandlung in einer Komplettanlage mit vertretbaren Kosten/Leistungsbezug, gegliedert in verknüpfte Technologien.

Spezialanfertigung für Schmiede- und Gießereibetrieb

Von der Firma PADELTTHERM GmbH wurde eine Hubherdanlage entwickelt und gebaut, in der fast der gesamte Bereich der erforderlichen technologischen Wärmebehandlungen von Schmiede- und Gießereibetrieben, wie zum Beispiel

  • BG-Glühen
  • Weichglühen
  • Normalglühen
  • Vergüten und
  • Anlassen

abgedeckt werden kann.

In der GGF Großenhainer Gesenk- und Freiformschmiede wurde im Jahr 1999 diese Anlage in Betrieb genommen. In der Hubherdanlage werden Schmiedeteile unter normaler Atmosphäre geglüht. Die Ofenanlage besteht aus:

  • Elevatorofen mit Hubwagen
  • Doppel-Abschreckbad mit Hub-, Senk- und Verfahrvorrichtung
  • Abstell- sowie Be- und Entladeplatz – Verfahrvorrichtung für den Hubwagentransport
  • zwei Hubwagen zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit

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Die wesentlichen technischen Daten der Ofenanlage sind:

  • Länge 20.500 mm
  • Breite 12.000 mm
  • Höhe über Hüttenflur 5.500 mm

 

Nutzbare Ofen-Innenabmessungen:

  • Länge 4.700 mm
  • Breite 1.800 mm
  • Höhe 1.000 mm

 

Chargenmasse:

  • Bruttocharge 12.000 kg
  • Nettocharge 10.000 kg
  • Bruttocharge beim Vergüten 3.500 kg
  • Ofentemperatur (maximal) 1.100°C
  • Arbeitstemperatur 400 – 950°C
  • Temperaturtoleranz am Ende der Ausgleichszeit ± 5°C
  • Brennanschlusswert 960 kW
  • Kühlluftvolumen 8.000 m³/h
  • Abschreckbadvolumen 16 m³

Wärmebehandlungsanlagen mit manueller Bestückung und automatischem Programmablauf

Der Ofen ist als Hubherdofen ausgeführt. Das Be- und Entladen erfolgt rechts neben dem Ofen. Zu diesem Zweck wird der Hubherd mittels eines elektromotorischen Kettenantriebes zur Be- und Entladestelle gefahren. Auf dem Hubwagen sind quer Auflagebalken aus CrNi-Stahlguss angeordnet. Das Glühgut wird entweder direkt auf die Herdbalken des Hubherdes oder auf Chargierhilfen, wie Roste oder Glühkisten, gestapelt. Der beladene Hubherd wird anschließend unter den Ofen gefahren und mittels einer hydraulischen Hubvorrichtung in den Ofen gehoben. Der Chargentransport in das Abschreckbad erfolgt mit einer manuellen Folgesteuerung, wobei der Bediener über ein Anlagendisplay geführt wird. Nach Eingabe von Start- und Zielpunkt laufen die Bewegungsvorgänge vollautomatisch ab. Am Programmregler des Ofens wird das erforderliche, im Regler gespeicherte Glühprogramm aufgerufen und der Glühprozess gestartet. Das Glühprogrammende wird signalisiert. Das abgelaufene Glühprogramm mit Chargenkennzeichnung, Soll- und Istwerten wird auf einen Protokolldrucker ausgegeben. Der Hubwagentransportweg ist durch Absperrungen gesichert.

Transport im Hubherdofen – mit Hubwagen

Für den Transport ist der Hubwagen mit vier Laufrädern, davon einseitig zwei mit Doppelspurkranz, versehen. Die Schienen liegen bündig mit dem Hüttenflur. Für den Doppelspurkranz sind neben der Schiene beiderseits Spurrillen mit ca. 40 mm Breite erforderlich. Für das Verfahren der Hubwagen ist ein elektromotorischer Schleppkettenantrieb angeordnet. Die Schleppkette greift an die Mitnehmer, die am Hubwagen befestigt sind, und transportiert diesen vollautomatisch gesteuert zu den erforderlichen Plätzen. Vor dem jeweiligen Zielplatz wird die Transportgeschwindigkeit automatisch verringert, sodass die Hubposition exakt angefahren wird. Nach dem Abstellen des Hubwagens auf den Be- und Entladeplatz wird der Mitnehmer manuell ausgekuppelt und der zweite Herdwagen nach dem Verfahren der Schleppkette manuell eingekuppelt. Die Antriebe sind unter Flur angeordnet und bestehen aus Antriebs- und Umlenkstationen sowie der Kettenspannstation und den Kettenverbindungskanälen. Die Gruben und die Kanäle sind abgedeckt.

Hubstützen ermöglichen das Verfahren der Werkstoffe

Für das Heben und Senken der Hubwagen sind an den beiden Stirnseiten des Ofens Hubstützen angebracht. Der Wagen liegt auf den beidseitigen Hubkonsolen mit Hubwagenzentrierung auf, die durch einen hydraulischen Arbeitszylinder über Kettentraversen gehoben und gesenkt werden. Der Arbeitszylinder wird über ein Hydraulikaggregat mit Blasenspeicher und Wegeventilen gespeist. Außerdem ist das Gehäuse der Wärmebehandlungsanlage auf den Hubstützen gelagert.

Abdichtung und Isolierung

Die Abdichtung zwischen Hubherdofen und Hubwagen wird thermisch durch eine umlaufende Dichtung aus Keramikfasermodulen erreicht. Die Isolierung des Ofens besteht aus einer gewichtsarmen Kombination von Keramikfasermatten und Mineralwollplatten. Die Wandstärke wurde optimiert, damit die geringste Speicherwärme bei hoher Wärmedämmung aufgebracht werden muss.

Auch die Isolierung der Hubwagen wurde nach diesen Gesichtspunkten optimiert. Die Auflagebalken, auf denen das Einsatzgut bzw. die Chargierträger aufgelegt werden, sind mit Hart- und Isoliersteinen untermauert. Zwischen den Auflagebalken ist der Herdboden mit Steinen ausgelegt. Die Untermauerung bilden hochwertige Isoliersteine und -platten.

Ofenbeheizung mit Rekuperatorbrennern

Die Beheizung des Ofens erfolgt durch sechs einseitig angeordnete Rekuperatorbrenner – System WS (Dr. Wünning) – die in Gassen zwischen den Herdbalken des Hubherdes brennen. Der gewählte Brennertyp und die Anordnung ermöglichen auch im niedrigen Temperaturbereich eine genaue und gleichmäßige Temperaturführung. Die eingesetzten Rekuperatorbrenner bestehen aus einem Hochgeschwindigkeitsbrenner mit elektrischer Hochspannungszündung und Flammenüberwachung auf Ionisationsbasis, eingebaut in einen Rekuperatorteil.

Verbrennungs- und Abgase im Hubherdofen

Die Verbrennungsgase treten als Freistrahl mit hoher Ausströmgeschwindigkeit in den Ofenraum. Ein Freistrahl hat die physikalische Eigenschaft, große Mengen Verbrennungsgas einzusaugen, wodurch es zu einer intensiven Durchwirbelung der Ofenatmosphäre kommt. Dieses Einsaugen der Verbrennungsgase bewirkt eine enorm schnelle Abkühlung der Verbrennungsgase auf Umgebungstemperatur, sodass keine örtlichen Überhitzungen auftreten und eine optimale Temperaturverteilung im Ofenraum entsteht.

Die Abgase werden mithilfe eines Injektors über den Brenner aus dem Ofenraum abgesaugt, wobei die Abgaswärme direkt im Rekuperator des Brenners zur Vorwärmung der Verbrennungsluft genutzt wird. Die Wärmerückgewinnung – direkt im Brenner – führt zu einer optimalen Energieeinsparung, die u. a. daran erkennbar ist, dass die durchschnittliche Abgastemperatur hinter dem Brenner in der Abgasabführungsleitung bei den vorgenannten Wärmebehandlungstechnologien nicht über 300 °C ansteigt.

Energiesparende Brennersteuerung

Des Weiteren ist gesichert, dass das eingestellte Verbrennungsverhältnis über den gesamten Wärmebehandlungsprozess unverändert und zu jeder Zeit reproduzierbar ist, da die Brennersteuerung luft- und brenngasseitig mit Magnetventilen auf der „kalten Seite“ erfolgt und somit die durch Luftvorwärmung entstehenden Dichte- bzw. Mengenunterschiede nicht kompensiert, d. h. sie müssen nicht aufwendig ausgeregelt werden. Jeder Brenner verfügt über eine Einzelbrennersteuerung, bestehend aus Gasfeuerungsautomat, Zündtransformator und Anzeige des Ionisationsstromes, ein-gebaut in einen Schaltkasten in unmittelbarer Brennernähe. Brennerstörungen werden vor Ort optisch und am Schaltschrank optisch und akustisch angezeigt.

Unkomplizierte Wartung und Behebung von Störungen

Mithilfe einer Restetaste vor Ort im Schaltkasten ist es möglich, den Zündvorgang des Brenners durch den Ofenbedienungsmann zu wiederholen und somit das Zündverhalten, d. h. das Ausbilden einer stabilen Brennerflamme, an der Größe des Ionisationsstromes ohne zusätzliche Geräte zu kontrollieren und so eventuell auftretende Störfaktoren weitestgehend zu erkennen.

Eine weitere wartungsfreundliche Maßnahme ist, dass alle elektrischen Schaltgeräte am Brenner über Kabel mit Normsteckern versorgt werden, wodurch sich ein eventuell erforderlicher Magenventilwechsel auf das Lösen der Verschraubung beschränkt. Werden Störungen an Schalt- und Steuergeräten vermutet, ist eine Überprüfung durch ein einfaches Tauschen der Versorgungskabel mit dem benachbarten Brenner während des Ofenbetriebes durch den Ofenbediener möglich.

Versuche haben gezeigt, dass es dank der Leistungsfähigkeit der Brenner möglich ist, den Wärmebehandlungsprozess auch beim Ausfall eines Brenners bei hoher Temperaturgleichmäßigkeit und ohne Qualitätsprobleme zu Ende zu führen. Die abgashygienischen Anforderungen der TA-Luft (7/86) und der DIN 4788, Teil 2 (2/90) werden von den Brennern erfüllt.

Erdgas- und Luftversorgungsleitungen

Die Erdgas- und Luftversorgungsleitungen sind auf der Ofenlängsseite angeordnet, auf der sich auch die Steuerkästen der Rekuperatorbrenner befinden. Die Abgase werden in einem Kanal gesammelt und durch Abgasrohre in einen vorhandenen Kamin abgeführt. Auf dieser Ofenseite ist eine Arbeitsbühne mit Leiteraufstieg angeordnet.

Rundumsteuerung für Temperaturvergleichmäßigung

Um während der Haltezeit eine Temperaturgenauigkeit kleiner ± 5 °C zu erreichen, werden die Brenner kurz vor dem Erreichen der Solltemperatur – aufgrund des geringen erforderlichen Energiebedarfs – vom Prozessregler auf eine getaktete Rundumsteuerung umgeschaltet. Diese Steuerung bewirkt, dass pro Regelgruppe immer nur wenige bzw. lediglich ein Brenner in Betrieb ist. Durch diese gezielten, ortsveränderlichen Brennerstöße wird die Ofenatmosphäre umgewälzt und eine optimale, gleichmäßige Temperaturverteilung erzielt.

Abkühlraten und Abkühlgeschwindigkeiten im Hubherdofen gezielt steuern

Da in der Ofenanlage unterschiedliche Glühtechnologien gefahren werden, ist auch eine Luftkühlung möglich. Bei flachen Abkühlgradienten erfolgt die Abkühlung geregelt über die Verbrennungsluft der Brenner. Wird die Sollkurve verlassen und die Ofenraumtemperatur sinkt zu schnell ab, werden die Brenner automatisch wieder im Taktbetrieb zugeschalten. Es können so Abkühlraten mit nur wenigen Grad pro Stunde gefahren werden. Zur Realisierung großer Abkühlgeschwindigkeiten sind auf der Seitenwand, die dem Brenner gegenüberliegt sechs Kühldüsen angeordnet. Jede Luftdüse verfügt über einen Mengendurchsatz von ca. 1.200 m³ Luft pro Stunden, sodass einschließlich der Brennerluft ca. 8.000 m³/h in den Ofenraum geblasen werden können. Diese Kühlluftmenge ermöglicht das gezielte, schnelle Abkühlen des Einsatzgutes bzw. das Abkühlen des Ofens vor dem Neubeschicken.

Mittels dieser Kühlvorrichtung ist es z. B. möglich, abgeschreckte Chargen sofort zum Anlassen in den Ofen einzufahren, ohne die Gefahr von örtlichen Überhitzungen des Einsatzes durch noch vorhandene, heiße Ofenteile, wie es bei herkömmlichen Ofenanlagen üblich ist.

Da der max. Kühlluftdurchsatz ca. 8.000 m³/h beträgt, ist ein geregeltes Abkühlen bis zu einer Temperatur von ca. 300 °C möglich. Unterhalb von 300 °C erfolgt das Kühlen nach der bekannten e-Funktion.

Für das Abführen der Kühlluft ist in der Ofenstirnwand eine Auslassöffnung vorhanden, die nur beim Kühlen automatisch mithilfe eines Pneumatikzylinders geöffnet wird.

Abschreckbad mit integrierter Transporteinrichtung

Für das Vergüten ist ein Doppel-Abschreckbad mit zwei getrennten Becken für Wasser und Polymer-Abschreckmittel angeordnet. Der Transport des Einsatzgutes in das Abschreckbad erfolgt mittels einer Transporteinrichtung in Form einer Gabel, die nach dem Absenken des Hubtisches aus dem Ofen und dem Verfahren vor das Abschreckbad unter die Charge fährt. Danach wird die Charge angehoben, die Hubgabel zurück über das entsprechende Abschreckbad gefahren und die Charge in das Bad abgesenkt. Die Dauer vom Abheben bis zum Absenken unter den Badspiegel beträgt ca. 45 Sekunden.

Zur Erhöhung der Abschreckintensität wird das Einsatzgut im Abschreckbad ständig auf und ab bewegt. Zusätzlich wird das Abschreckbad umgewälzt. Die Badkühlung erfolgt über einen externen, luftgekühlten Rippenrohrbündel-Wärmetauscher, durch den mithilfe einer Pumpe das Abschreckmedium gepumpt wird. Das periodische Umwälzen des Polymerabschreckbades wird durch das Einblasen von Ventilatorluft erreicht.

Bedienung der Ofenheizung mit unterschiedlichen Temperaturregelzonen

Die Ofenheizung ist über die Ofenlänge in zwei Zonen unterteilt, die einzeln geregelt werden. Die Thermoelemente sind in die Ofendecke eingebaut.

Die Regelung der zwei Temperaturregelzonen erfolgt über den freiprogrammierbaren Prozessregler DE-VR 4008 der Firma demig mit integrierter SPS, Folientastatur, 6,5″ (17 mm) Farbdisplay und batteriegepufftem Prozesszustands- und Behandlungsprogrammspeicher, der auch den gesamten Ofenzyklus vom Beladen bis zum Entladen steuert. Im Regler ist die Speicherung von ca. 30 Ofenprogrammen möglich, die über die Eingabe der Programmnummer aktiviert werden und danach vollautomatisch ablaufen. Es ist zu jederzeit möglich, in laufende Ofenprogramme einzugreifen und Korrekturen vorzunehmen.

Die Bedienung erfolgt über eine Folientastatur am Prozessregler, wobei der Ofenfahrer über ein am Farbbildschirm dargestelltes Menü geführt wird. Eine Fehlbedienung wird durch die Plausibilitätskontrolle des Systems nicht zugelassen.

Prozessregler und Protokolldrucker für den Hubherdofen

Der Prozessregler besitzt eine Schnittstelle und kann mit einem vorhandenen Betriebsrechner verbunden werden. Die Registrierung des gesamten Glühzyklus erfolgt durch einen Protokolldrucker. Des Weiteren ist es möglich, Parameter und Fehler-Listen nach Bedarf auszudrucken. In das Wärmebehandlungsprotokoll können chargenspezifische Texte eingegeben werden. Der Prozessregler sowie die separaten Übertemperaturregler und der Protokolldrucker sind im Mess-, Regel- und Schaltschrank untergebracht.

Im Schaltschrank sind weiterhin die Brennersteuerung mit Störungsanzeige, eine im Regler integrierte SPS zur Steuerung und Überwachung der Transporte, separate Übertemperaturregler sowie alle Schalt- und Überwachungsgeräte für die Motoren, der Hauptschalter, Sicherungen, Schaltschutze, Relais usw. eingebaut. Der Schrank ist auf Hüttenflur an der Hallenwand aufgestellt.

PADELTTHERM Service für Ihre Wärmebehandungsanlagen

Die Hubherdofenanlage wurde in den Werkstätten der Fa. PADELTTHERM GmbH komplett montiert. Vor dem Versand wurden die das Lademaß überschreitenden Teile abgebaut. Am Aufstellungsort erfolgte die Komplettierung der Anlage. Die Ofenanlage ist CE-gekennzeichnet.

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Der Haubenofen – nach individuellem Kundenwunsch

Das Gegenstück zum Hubherdofen ist der Haubenofen. Auf dem Boden ist der Herd fest verankert und die Haube einschließlich Beheizungseinrichtung wird nach oben bewegt.

Über 50 verschiedene Typen wurden bereits konzipiert. So z. B. mit einem Nutzraum von 60 m³ oder auch mit einer Nutzbreite von 35 m. Die Beheizung erfolgt elektrisch bzw. mit Gas. Diese Ofen-Systeme zeichnen sich wie alle unserer Industrieöfen besonders durch solide handwerkliche Verarbeitung und den Einsatz modernster Materialien aus.

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Wärmebehandlungsanlagen zum Sintern und Wachsausschmelzen

Hier zeigen wir eine Anlage zum Wachsausschmelzen und Sintern von Gipsschamotte-Gießformen. Der Durchmesser des Nutzraumes beträgt 2.840 mm und die Höhe 4.000 mm. In die Haube sind die Gasheizung und die Luftumwälzungsanlage integriert. Die Wärmebehandlung erfolgt bis zu 750 °C. In diesem Fall kann die Haube einfach mit dem Kran abgehoben und seitlich neben dem Ofen abgestellt werden. Somit liegt der Boden mit Wechselauslaufstutzen für die Beladung frei.

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