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Strahlrohrofen Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmofen und betrifft
insbesondere einen Wärmofen, in dem die Wärme durch mindestens ein in dem Ofen liegendes
Rohr zugeleitet wird.
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Es besteht in der Industrie eine ständig steigende Verwendung von
öfen, in denen das zu erwärmende Werkstück in einer Ofenkammer liegt, der Wärme
durch Strahlung von Rohren zugeführt wird. Diese Rohre erstrecken sich durch :den
Ofen und werden durch hindurchströmende heiße Gase erwärmt. Diese Öfen, .die allgemein
mit Strahlrohröfen bezeichnet werden, werden dort verwendet, wo die Atmosphäre in
dem Ofen geregelt werden muß oder wo die Verbrennungsgase außer Berührung mit dem
Werkstück gehalten werden müssen. Die Probleme, die bei dem Entwurf, der Herstellung
und der Unterhaltung der Rohre in Strahlrohröfen auftauchen, sind wegen der hohen
Betriebsbeanspruchungen schwer zu lösen.
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Es ist oft erwünscht, Öfen ,dieser Art mit Temperaturen bis zu 166o°
verschiedene Monate lang ohne Unterbrechung zu betreiben. Deshalb muß das Material,
aus welchem die Rohre hergestellt sind, möglichst warmfest, chemisch inert und frei
von Neigungen zum Reißen, zur Korrosion oder zu einer anderen Art von Zerstörung
sein. Da die Wärme, die der Ofenkammer zugeführt wird, durch die Rohrwände hindurchgehen
muß, .soll das Material :dieser Rohre auch eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen.
Wenn,-ein
Strahlrohrofen von Raumtemperatur auf Betriebstemperatur erwärmt und .dann auf Raumtemperatur
wieder gekühlt wird oder wenn Temperaturschwankungen während der Wärmebehandlung
auftreten, ändern sowohl die Ofenbände als auch die Rohre ihre Abmessungen-und Formen
auf Grund der Ausdehnung .oder der Zusammenziehung.- Infolge der großen Temperaturunterschiede
sind diese Änderungen in den Abmessungen und der Form beträchtlich. Wenn die Strahlrohre,
wie dies üblicherweise der Fall ist, von den Ofenwänden getragen werden, so bedingen
diese Änderungen sowohl der Form und der Abmessungen der Rohre einerseits als auch
der Ofenwände andererseits wesentliche .Änderungen der Stellungen der Wände, der
Rohre und der Rohrstützen zueinander. Diese Änderungen sind natürlich unvermeidbar.
Dies erfordert, daß die Rohre und ihre Stützen sich diesen Änderuilggen anzupassen
vermögen, anderenfalls die Rohre reißen oder auf ihren Tragstützen gelockert werden.
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Diese Temperaturänderungen bewirken auch Änderungen in der Gefügefestigkeit
der Rohre, Ofenwände und. Tragstützen, was die Möglichkeit von Betriebsausfällen
erhöht.
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Es ist erwünscht, daß die Rohre im Ofen- an auf Abstand voneinander
liegenden Stellen in solcher Weise getragen werden, daß die Träger die Rohrwände
möglichst wenig bedecken. Dies erfordert, daß die Rohre fest genug sind, um den
infolge dieser Lagerung auftretenden Beanspruchungen sowie den Kräften zu widerstehen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, in Strahlrohröfen Rohre aus nichtmetallischem,
schwer schmelzendem, feuerfestem Material wegen der chemischen Inertheit, der Korrosionsfestigkeit
und der Dauerhaftigkeit dieser Rohre zu verwenden. Die Verwendung solcher Rohre
ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden. Feuerfestes Material ist allgemein starr
und wenig elastisch. Rohre aus diesem Material reißen und brechen leicht unter den
Betriebsbeanspruchungen. Außerdem sind Rohre aus feuerfestem Material nur in kurzen
Längen erhältlich, wodurch mehrere miteinander verbundene Abschnitte benötigt werden,
um ein Heizrohr zu bilden, das für einen üblichen Ofen lang genug ist. Das Problem,
Verbindungen zwischen den einzelnen Abschnitten herzustellen, die dicht sind und
über die ganzen Temperaturbereiche hinweg einwandfrei arbeiten, ist bisher in zufriedenstellender
Weise noch nicht gelöst worden. Dies Problem wurde noch erschwert, weil zusätzlich
zu der Relativbewegung der Rohre, der Wandungen und der Tragstützen zueinander,
auch die Abschnitte der Rohre das Bestreben zeigen, sich unter Temperaturänderungen
mit Bezug aufeinander zu bewegen. Werden die Rohrverbindungen starr gemacht, um
dichte Stoßstellen zu erhalten, so verursacht die Relativbewegung einen Bruch der
Rohre, insbesondere an den Verbindungsstellen. Abgesehen hiervon kann aber auch
die im Ofenbau nicht vermeidbare unausgerichtete Lage der Tragstützen für starre
Rohre aus solchem feuerfesten Material die Rohre auf Grund von Biegebeänspruchungen
zerreißen.
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Wegen dieser Schwierigkeiten, die bei Rohren aus einem feuerfesten
-Material auftreten, ist es üblich, Strahlrohre aus Metall zu verwenden, und zwar
besondere, kostspielige Chromlegierungen für hohe Temperaturen. Diese Rohre können
in jeder gewünschten Länge erhalten werden, so daß zusammengestellte Abschnitte
nicht verwendet zu werden brauchen. Ein solches Rohr hat auch genügend Festigkeit
und Biegsamkeit, um ohne Schaden den Änderungen in seiner Stellung relativ zu seinen
Tragstützen und zu den Ofenwänden während Temperaturänderungen zu folgen. Unter
den hohen Temperaturen und- den anderen schweren Betriebsbedingungen korrodieren,
oxydieren und werfen sich diese Rohre jedoch derart schnell, daß sie schnell zerstört
werden. Der Ausfall eines Rohres, durch welches Gase austreten, verursacht ernste
Störungen in solchen Öfen, in denen die Atmosphäre geregelt werden muß und in denen
die Verbrennungsprodukte mit dem Werkstück nicht in Berührung kommen -dürfen. Ein
solcher Ausfall kann in der Beschädigung oder Zerstörung eines Werkstückes liegen,
das von weit größerem Wert als die Rohre ist. Selbst wenn die Rohre vor ilirem -Ausfall
ersetzt werden, erhöht dieses oftmalige._Frsetzen der aus hochwertiger Metalllegierung
bestehenden Rohre wesentlich die Betriebskosten, weil dazu noch die Kosten für `die
Rohre, die Arbeit des Auswechselns und der Verlust an Betriebszeit kommen.
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Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Ofens, bei welchem
die Wärme durch mindestens ein Rohr zugeführt wird; das frei von den obenerwähnten
Nachteilen der früher verwendeten Strahlrohre ist.
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Ferner wird ein Ofen geschaffen, in welchem die Rohre eine erhöhte
Verwendungsdauer, die gewünschten Wärmeübertragungseigenschaften, wirtschaftliche
Betriebseigenschaften und andere Vorteile besitzen.
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Ein .,weiteres Ziel der Erfindung ist -die Schaffung eines biegsamen
Rohres, das aus einer Mehrzahl von kurzen Abschnitten aus feuerfestem Material besteht,
das sich den verschiedenen Lagen während des Betriebes des Ofens von selbst anpaßt.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmofen, bei welchem
Wärme dem in dem Ofen befindlichen Werkstück weitgehend durch Strahlung aus mindestens
einem Rohr zugeführt wird, durch das heiße Gase hindurchströmen. Jedes dieser kohre
,besteht aus einer Anzahl rohrförmiger Abschnitte mit durch Sockel unterstützten
Kugelverbindungen, die gasdicht sind, so daß nebeneinanderliegende Abschnitte eine
Winkelbewegung zueinander ausführen können, ohne :daß Gase aus dem Rohr austreten.
Um die ineinandergreifenden Flächen der Rohrabschnitte selbst dann in Berührung
miteinander zu halten, wenn die Rohrabschnitte winklig, zueinander sich bewegen
oder wenn das Rohr sich infolge der Zusammenziehung oder der Ausdehnung verkürzt
oder längt, ist
wenigstens ein Ende des Rohres mit einer Vorrichtung
versehen, die eine in Längsrichtung wirkende Druckbelastung auf das Rohr ausübt,
während das andere Ende des Rohres mit einer Einrichtung versehen ist, die diesen
Belastungsdruck oder Kompressionsdruck aufnimmt. Die verschiedenen Abschnitte des
Rohres werden vorteilhaft von an einer Wand des Ofens befestigten Tragstützen getragen,
die eine ,begrenzte Bewegung der Abschnitte zulassen. Vorteilhaft werden diese Tragstützen
an oder in .die Nähe der Verbindungsstellen der Rohrabschnitte gelegt und sind so
ausgebildet, daß sie eine begrenzte Bewegung der Abschnittsenden in allenRichtungen
zulassen, ohne jedoch eine so große Bewegung zu gestatten, daß sich die Verbindungsstellen
öffnen oder das Rohr sich ausbiegt.
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Vorzugsweise sind die ineinandergreifenden Rohrabschnitte, die eine
Kugelverbindung bilden, beispielsweise durch Schleifen so geformt, daß siedicht
genug ineinander passen, um eine gasdichte Verbindung zu bilden. Vorteilhaft können
aber auch die Verbindungen durch einen Zement abgedichtet werden, der bei den hohen
Temperaturen, bei denen die Rohrabschnitte beginnen, sich aus ihrer Ausrichtung
heraus zu bewegen, plastisch ist. Jedoch darf er nicht so flüssig werden, daß er
aus der Rohrrichtung ausläuft. _ Vorzugsweise liegt dieser Zement zwischen den ineinandergreifenden
Oberflächen der Verbindung. Stoffe, die für solche Zemente geeignet sind und die
geeignete Plastizitäts- und Viskositätseigenschaften in dem erhöhten Temperaturbereich
haben, sind den Fachleuten bekannt. Beispiele sind zweckentsprechende Glassorten
oder keramische Materialien oder geeignete Salze oder Oxyde.
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Jeder Rohrabschnitt ist vorteilhafterweise aus einem geeigneten feuerfesten
Stoff gebildet, der eine genügende Festigkeit, Zähigkeit, Warmfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit
hat. Vorzugsweise ist dieser feuerfeste Stoff ein nichtmetallisches Material, das
chemisch inert ist und nicht oxydiert oder korrodiert. Gute Erfolge werden erzielt,
wenn die Rohrabschnitte ganz oder teilweise aus Siliciumkarbid mit oder ohne keramisches
Bindematerial gegossen wurden. Dieses Material wird nachstehend mit Siliciumkarbid
bezeichnet, obwohl es auch eine kleine Menge von anderem Material, z. B. von geschmolzenem
keramischem Material, enthalten kann. Rohrabschnitte aus Siliciumkarbid sind außergewöhnlich
fest im Druck und haben. eine hohe Zugfestigkeit. Siliciumkarbid verliert bei erhöhten
Temperaturen nicht an Festigkeit, vielmehr nimmt seine Festigkeit zu und erreicht
ihren, Höchstwert bei etwa i4-2o'. Es ist ziemlich zähe und reißt oder bröckelt
nicht bei erhöhten Temperaturen und unter übermäßigen und schnell erfolgenden Temperaturänderungen.
Es ist chemisch iner t, oxydiert nicht, korrodiert nicht, schuppt nicht oder wird
unter hohen Temperaturen nicht anderweitig zerstört, selbst wenn oxydierende oder
korrosive Gase einwirken. Als nichtmetallisches Material hat es gute Wärmeleitfähigkeit,
so daß es leicht die Wärme der heißen Gase in dem Rohr durch ,die Wände überträgt.
Aus Siliciumkarbi(d gebildete Rohre haben eine lange Betriebsdauer.
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Wegen der oben beschriebenen, durch Sockel unterstützten Kugelverbindungen
zwischen den Rohrabschnitten und wegen der Einrichtung, die einen Längsdruck auf
die Rohrabschnitte ausübt, können die Rohrabschnitte ihre Stellungen zueinander,
zu ihren Tragstützen und zu der Ofenwand leicht verändern, sofern das Rohr von der
Ofenwand getragen wird. Selbst wenn durch Ausdehnung oder Zusammenziehung des Rohres,
der Ofenwände oder der Tragstützen das Rohr seine Länge ändert oder die Stützpunkte
des Rohres die Stellung ändern, wird eine dichte Rohrverbindung aufrechterhalten.
Es tritt kein Durchsickern von Gasen ein, und die Rohre reißen oder brechen auf
Grund .dieser Stellungswechsel an keiner Stelle.
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Die gemäß Erfindung ausgebildeten Ofen mit mindestens einem Rohr können
mit geringen Kosten hergestellt -werden und weisen wegen der langen Verwendungsdauer,
der wirkungsvollen Wärmeübertragung und den wirtschaftlichen Betriebseigenschaften
dieser Rohre nur geringe Betriebskosten auf.
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In .den Zeichnungen ist Fig. i ein Querschnitt nach der Linie i-i
der Fig. 3, Fig. a ein Axialschnitt im größeren Maßstabe als Fig. i eines Teiles
eines Rohres gemäß der Erfindung mit der durch Sockel unterstützten Kugelverbindung
an den Enden des Rohrabschnittes und mit Teilen von zwei Trägern für das Rohr, Fig.3
ein senkrechter Schnitt durch den Ofen nach Linie 3-3 der Fig. i, und zwar in gleichem
Maßstabe -wie Fig. i, Fig.4 eine Endansicht der in der dargestellten Vorrichtung
enthaltenen Einrichtung, die dazu dient, einen Längsdruck auf die Rohre auszuüben,
wobei diese Ansicht längs Linie 4-4 der Fig. i erfolgt und in einem größeren Maßstabe
als Fig. i gezeichnet ist, Fig.5 ein Schnitt eines Teiles des Endes des Ofens, an
dem die Druckeinrichtung nach Fig.4 liegt, wobei -der Schnitt nach Linie 5-5 der
Fig.4 geführt ist und. den gleichen Maßstab hat wie F ig. 4, Fig. 6 eine der Fig.
q. entsprechende, ,im gleichen Maßstabe dargestellte Endansicht eines Teiles eines
Ofenendes mit einer abgeänderten Art von Druckeinrichtung für die Rohre und einer
Vorrichtung, um die beweglichen Rohrenden dem Ofen gegenüber abzudichten, und Fig.7
ist ein Schnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 6, und zwar im gleichen Maßstabe, zeigt
jedoch den abgeänderten Aufbau an den Enden der Rohre und einen Teil der zugehörigen
Ofenwand, durch welche die Rohrenden hindurch vorstehen.
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In .den Zeichnungen sind in allen Ansichten gleiche Teile mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
Der in den Zeichnungen dargestellte
Ofen weist eine abnehmbare Haube auf, die aus Seitenwänden i und Stirnwänden 2 sowie
aus einem Gewölbe 3 aus feuerfestem Material zusammengesetzt und mit feuerfestem,
wärmeisolierendem Material abgedeckt ist. Außerdem besitzt :die abnehmbare Haube
einen aus Metall bestehenden Verstärkungsaufbau, .der. an .den Seiten-, End- und
Deckenenden befestigt ist- und diese Wände trägt sowie verstärkt. Der jeder Endwand
2, zugeordnete Teil des Verstärkungsaufbaues besteht aus einer Metallplatte 5, die
an der Außenfläche der Wand befestigt ist und an deren Außenfläche eine Anzahl senkrechter
Träger 6 und eine Anzahl waagerechter Träger 7 vorgesehen sind, die sich zwischen
den senkrechten Trägern erstrecken. Jeder der Träger 7 besteht aus zwei gegenständigen
U-Eisen, an denen eine Platte 8 angeschweißt ist, um einen Kastenträger zu bilden,
und die auch an die Platte 5 und die senkrechten Träger angeschweißt sind. Der jeder
Seitenwand i zugeordnete Teil .des Verstärkungsaufbaues besteht in gleicher Weise
aus einer Metallplatte 9, die an der Außenfläche der Wand befestigt ist, aus mehreren
senkrechten Trägern io, die an der Außenfläche der Platte 9 befestigt sind, und
aus einer Mehrzahl von Trägern 12, die waage= recht zwischen den Trägern ro liegen
sowie an den Trägern und an der Platte befestigt sind. Jeder Träger 12 besteht aus
zwei gegenständigen, U-Eisen, an denen eine Platte zi angeschweißt ist, um einen
Kastenträger zu bilden.
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Der der Decke des Ofens zugeordnete- Teil des Verstärkungsaufbaues
besteht aus Querträgern 13, von denen jeder längs einem Ende .der Decke liegt und
-an den oberen Enden der - der betreffenden Endwand 2 zugeordneten Trägern 6 befestigt
ist, aus Längsträgern 14, von denen jeder längs einer Seite der Decke liegt und
an den oberen Enden der der betreffenden Seitenwand r zugeordneten senkrechten Trägern
io befestigt ist, aus zwischenliegenden Längsträgern 15, die mit ihren Enden an
den Querträgern 13 und in Längsrichtung an einer Platte 16 befestigt sind, die auf
der Außenoberäche der Decke des Ofens liegt, aus zwischenliegenden Querträgern 17,
die an .der Platte 16 und an ihren Enden an den Längsträgern 14 und 16 befestigt
sind, und aus starken Längsträgern i9, die an den Querträgern 13 und 17 befestigt
und durch einen Steg 2o verbunden sind, dessen untere Kante einen Schlitz 21 bildet,
mittels dessen die Haube als Ganzes angehoben werden kann.
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Der Fuß der Haube enthält Metallplatten 22, die unterhalb der Seitenwände
i und der Endwände 2 liegen. Die Platte 22 am Boden jeder Seitenwand=-' ist an .den
unteren Teilen der senkrechten Träger io und an dem untersten waagerechten Träger
12, dieser Wand befestigt. Die Platte 22 an der Bodenfläche jeder Endwand 2 ist
an den'unteren Teilen der senkrechten Träger 6 @ und an dem untersten waagerechten
Träger dieser Wand befestigt. Die Platten 22 bilden auf diese Weise Träger für ihre
betreffenden Ofenwände und dienen dazu, die Bodenfläche dieser Wände gegen Abnutzung
zu schützen, sobald die Haube auf einen Ofensockel aufgesetzt wird. Die Platten
22 tragen nach abwärts gerichtete Flansche, die in einen ein Abschlußmaterial enthaltenden
Kanal des Ofensockels eintauchen.
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Bei der dargestellten Vorrichtung liegt die Haube auf einem Ofensockel
auf, der aus einem zusammengesetzten Teil 26 von feuerfestem Material, wie
Ziegeln oder Steinen, besteht und auf einer Metallplatte 27 aufruht, die vonLängsträgern
3o und verstärkenden Querträgern 31 getragen wird. Eine Herdplatte 37 aus Metall
oder feuerfestem Material, -die das zu erwärmende Werkstück zu tragen vermag, wird
von dem Herd des Teiles 26 .getragen. , Um die Kante des Ofensockels herum erstreckt
sich ein Kanal 24 für Abdichtungsmaterial, der durch einen nach aufwärts sich erstreckenden
Umfangsflansch 28 der Platte 27 und eine Metallplatte 29 gebildet wird, die nach
einwärts davon auf Abstand liegt. Dieser Kana124 enthält ein Abdichtungsmaterial,
z. B. Sand, in -welchen die untere Kante des nach abwärts gerichteten Flansches
23 eintaucht, .der auf .den Bodenplatten 22 der Haube -sitzt, so daß auf diese Weise
ein im wesentlichen gasdichter Abschluß zwischen der Haube und dem Bodensockel gebildet
ist, sobald die Haube auf dem Ofensockel aufruht, wie in den Fig. i und 3 der Zeichnung
dargestellt ist.
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Sobald die Haube' auf dem Ofensockel aufgesetzt ist, umgrenzen die
Seitenwände i, die Endwände 2 und die Decke .der Haube sowie der Ofensockel eine
Wärmekämmer 25; in die das zu erwärmende Werkstück eingebracht wird. In den Fig.
i und 3 zeigen .die gestrichelten Linien 36 ein auf die Herdplatte 37 aufgelegtes
Werkstück.
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Der dargestellte Ofen enthält eine Anzahl von Strahlrohren 34 in der
Wärmekammer 25. Die Rohre sind in waagerechter Lage dargestellt. Eine Mehrzahl von
Rohren liegt als Gruppe übereinander längs jeder Seitenwand i .der Wärmekammer und
-wird von einer Seitenwand getragen. Jedes Rohr ist an einem Ende mit einem Brenner
47 versehen, von welchem Brennstoff und Luft dem Innern des Rollres in richtigen
Mengen zwecks Verbrennung zugeführt werden. An der anderen Seite des Rohres ist
ein Abgaszug vorgesehen, um das Gasgemisch .durch das Rohr zu saugen und .die Verbrennungsprodukte
abzuleiten. Das Gemisch aus Gas und Luft wird in dem Rohr verbrannt, und die Wärme-
der lii-dem Rohr verbrennenden Gase wird durch die Wanddes Rohres zu :der :Oberfläche
des-Rohres geleitet, von welcher die Wärme auf das zu erwärmende Werkstück mittels
Strahlung oder durch Leitung mittels in .der Wärmekammer z5 befindlicherLuft.oder
anderen Gasen übertragen wird.
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Wie deutlicher in den Fig. i und 2 .dargestellt ist, besteht jedes
Rohr 34 aus einer Anzahl von Rohrabschnitten 341, 342 und 35, die mit ihren Enden
aneinanderstoßen. Diese Abschnitte sind aus feuerfestem Material, z. B. Siliciumkarbid,
hergestellt.
Die angrenzenden Endteile nebeneinanderliegender Rohrabschnitte
haben ineinandergreifende Flächen, von denen die eine Fläche eine konkave Fläche
40 und die andere eine konvexe Fläche 41 ist, so daß eine Kugelverbindung gebildet
wird, die eine in jeder Richtung mögliche Winkelbewegung der nebeneinanderliegenden
Rohrabschnitte relativ zueinander zuläßt. Jede kreisringförmige Fläche liegt in
der Fläche einer Kugel von Radius R (Fig. 2). Die Radien R der konkaven Fläche 40
und und der konvexen Fläche 41 sind vorzugsweise gleich, wenn die Flächen 40 und
41 in direkter Berührung stehen. Der Radius R der konvexen Fläche kann jedoch etwas
kleiner sein als der Radius R der konkaven Fläche, wenn die Flächen durch Abdichtungsmaterial
65, wie es hier später beschrieben wird, etwas voneinander getrennt sind, um einen
gleichmäßigen Abstand zwischen diesen Flächen bei Bewegung der nebenliegenden Rohrabschnitte
zueinander zu sichern. Deshalb sind die ineinanderliegenden, kreisringförmigen Flächen
im wesentlichen Teile von konzentrischen Kugeln. Der Radius R der konkaven und der
konvexen Fläche ist etwas größer als der Radius der Rohrabschnitte neben der Verbindungsstelle
dargestellt. Dies ist von Vorteil, da es die Größe der Krüm..riiung verkleinert
und die Möglichkeit des Abbröckelns oder Abbrechens der Rohrabschnitte in der Nähe
der Oberflächen, insbesondere in der Nähe -der Kanten der konkaven Flächen verringert.
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Um die Möglichkeit des Abbröckelns oder Abbrechens der Rohrabschnitte
an den Außenkanten der konkaven Fläche noch weiter zu vermindern, sind diese Kanten
abgeschrägt, wie bei 42 in Fig. 2 erkenntlich ist.
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In der dargestellten Ausführungsform sind die beiden .ineinanderliegenden,
kreisringförmigen, konkaven Flächen 40 und 41 genau bearbeitet, z. B. durch Schleifen
und Läppen, so .daß, wenn die diese Flächen enthaltenden Rohrabschnitte zu einem
Rohr zusammengesetzt werden, .die zusammenarbeitenden Flächen eine gasdichte, sickerfeste
Verbindung innerhalb eines großen Bereiches von Relativstellungen .der Rohre zueinander
.bilden. Wenn die Flächen 40 und 41 jeder Stoßstelle mit genügender Genauigkeit
bearbeitet worden sind, können sie unmittelbar aufeinandergelegt werden und berühren
sich -dann im wesentlichen auf ihrer gesamten Fläche. Zur Bildung einer gasdichten,
sickerfesten Verbindung ist es jedoch vorteilhaft, wenn zwischen jedes Paar von
ineinanderliegenden, kreisringförmigen Flächen ein Abdichtungsmaterial 65 :gelegt
wird, welches diese Flächen über einen ziemlichen Bereich berührt. Dieses Material
kann ein wärmefester Stoff, z. B. keramisches Material, Salz oder Oxyd sein, welches
bei oder oberhalb der Temperatur, an welcher sich die Rohrabschnitte relativ zueinander
bewegen, eine plastische Masse von solcher Viskosität ist, daß sie nicht aus der
Verbindung ausfließt. Im allgemeinen sollte es ein solches Material sein, das in
einem Bereich von Temperaturen zwischen etwa 425 und etwa 166o° plastisch ist. Natürlich
kann auch ein solches Material an den Außenflächen des Rohrabschnittes in der Nähe
der Verbindungsstelle aufgelegt werden, um eine Masse aus Abdichtungsmaterial zu
bilden, in welches die eine Kugelverbindung bildenden Enden der Rohrabschnitte eingebettet
sind.
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Jeder Rohrabschnitt besitzt einen verstärkten Teil 39 an seinem Ende.
Diese Verstärkung erhöht die Dicke Und die Festigkeit .des Rohres an -diesem Abschnitt
und erhöht die Breite und Fläche der konkaven und konvexen Endfläche :des Rohrabschnittes.
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Zwischen den Endrohrabschnitten 341 und 342 wird jedes der dargestellten
Rohre 34, die aus diesen Rohrabschnitten Und aus zwischenliegenden Rohrabschnitten
35 bestehen, durch auf Abstand voneinander stehende Tragstützen 38 getragen, die
an der Seitenwand i -des Ofens befestigt sind und an den Kugelverbindungen liegen.
Jede Tragstütze 38 ist starr an -der Seitenwand i des Ofens befestigt. Sie ist so
angebracht und hat eine solche Breite, daß sie sich über die Endteile 39 von zwei
nebeneinanderliegenden Rohrabschnitten erstreckt. Wie aus den Fig.2 und 3 erkenntlich,
hat jede Tragstütze 38 eine Vertiefung, die verhütet, daß die Enden der Rohrabschnitte
und die Kugelverbindung mit Bezug auf die Tragstütze 38 oder die Wand i sich so
weit bewegen, daß ein Krümmen des Rohres erfolgt, die jedoch eine begrenzte Bewegung
der Rohrabschnitte in Richtungen quer zum Rohr zuläßt. Die dargestellten Tragstützen
38 sind oben offen, da das Gewicht der auf ihnen ruhenden Rohrabschnitte eine Bewegung
der Rohrabschnitte in senkrechter Richtung, was ein Krümmen zur Folge haben würde,
verhütet. Die Tragstützen können aber natürlich auch mit Teilen versehen sein, die
über den Scheitel der Rohrabschnitte weggreifen, um die Bewegung der Rohrabschnitte
sicher zu begrenzen. Die Rohrabschnitte 38 sind gleitbar auf den Tragstützen 38
gelagert, werden jedoch gegen mehr als eine begrenzte, in Längenrichtung erfolgende
Bewegung mit Bezug auf die Tragstützen. 38 und die Seitenwände i durch die nachstehend
beschriebenen, Einrichtungen gehalten. Demgemäß können die Kugelverbindungen eine
begrenzte Bewegung in allen Richtungen ausführen.
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In der dargestellten Durchführungsform besitzt jedes Rohr 34 eine
Einrichtung, um eine in Längsrichtung wirkende Druckkraft auf das Rohr auszuüben,
.die .die dichte Verbindung zwischen .den Rohrabschnitten sichert. Zu diesem Zweck
ist der Endabschnitt 341 des Rohres 34 so aufgestellt, daß er gegen einen festen
Teil der Endwand 2 der Ofenhaube sich abstützt. Wie aus Fig. i erkenntlich, sitzt
jeder Endabschnitt 341 der Rohre 34 in-einer Ausnehmung 46 einer Wandeinlage 43.
Die Einlage 43 besteht aus feuerfestem Material und liegt in einer Vertiefung der
Endwand 2 zwischen auf der Wand befindlichen Ansätzen 45 und einer Platte 44 aus
wärmeisolierendem Material, die neben der inneren Fläche einer Metallplatte 5 eines
Verstärkungsaufbaues der Ofenhaube liegt. Ein Durchlaß 48 durch die Einlage 43 hindurch
verbindet
.das Innere jedes Rohrabschnittes 34r mit seinem zugehörigen Brenner 47.
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Wie aus den Fig. i und 5 erkenntlich, tritt der rohrförmige Endabschnitt
34.2 an dem Gegenende jedes Rohres 34 durch eine Öffnung 5o hindurch und .ist in
dieser Öffnung gleitbar gelagert, die, sich durch eine Wandeinlage 43 und durch
die feuerfeste Platte 44 in der Endwand 2 erstreckt. Ein Abzugsrohr 51 ist mittels
eines geflanschten Ringes 52 auf dem vorstehenden Ende des Rohrabschnittes 342 aufgesetzt.
Das vorstehende Ende sitzt in einer Ausdrehung und liegt .gegen eine Schulter .des
Ringteiles 52 an, wie Fig. 5 erkennen läßt. Jedem Abzugsrohr 51 ist, wie aus den
Fig. 1, 4 und 5 ersichtlich, ein Hebel 55 zugeordnet, der um einen Stift-59
schwingbar ist, der durch den Hebel und durch auf Abstand stehende Lappen 6o eines
Trägers 61 h in.durchtritt, ,der an der Platte 5 befestigt ist, die der Endwand
2 des Haubenaufbaues zugehört. Der oberhalb des Stiftes 59 liegende Teil des Hebels
55 ist zu einer Gabel 56
umgebildet, in deren Gabelenden sich Längsschlitze
57 befinden, in denen Stifte 58 .gleiten können, die an dem Abzugsrohr 5,1 festsitzen.
Das untere Ende des Hebels 55 hat einen Federsitz 63, gegen den das. eine Ende einer
Schraubenfeder .62 liegt, deren anderes Ende sich .gegen den Federsitz 64 abstützt,
der auf der der Endwand 2 zugehörigen Platte 5 befestigt ist. Die gegen das Ende
des Hebels 55 drückende Schraubenfeder 62 drängt das Abzugsrohr 51 gegen das Ende
des Rohrabschnittes 342. Infolgedessen wird auf das Rohr 34 eine in Längsrichtung
wirkende Druckkraft ausgeübt, die-durch den Endabschnitt 3-q.1 aufgenommen wird,
der sich gegen die Endwand 2 der Haube abstützt. Durch diese Druckkraft werden die
aneinanderstoßenden Enden derRohrabschnitte dichtzusammengedrückt, um eine gasdichte
und sickerfeste Verbindung zwischen den Rohrabschnitten zu .bilden. Die dargestellte
Vorrichtung übt eine Druckkraft t4otz der Bewegung des Endrohrabschnittes- 34.2
infolge der Ausdehnung oder Zusammenziehung des- Rohres 34 oder der Ofenwände aus.
Wie aus-Fig.4 erkenntlich, liegen die Abzugsrohre 51 und- die Hebel 55 für jedes
Rohr 34 der senkrechten Gruppe jeder Ofenseite in einem Winkel zur Senkrechten,
so daß eine Störung der Teile nebeneinanderliegender Rohre vermieden wird.
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Das Abzugsrohr 51 für jedes. Rohr 34 ist in der dargestellten
Durchführungsform so geformt, daß die Abgase nach aufwärts geführt werden, und ist
mit einem Gebläserohr 53 versehen, das sich in das Abzugsrohr hinein nach seiner
Aus-strömöffnung hin erstreckt: Das Gebläserohr 53 kann mit einer Zufuhr von verhältnismäßig
hochgespanntem Dampf, hochgespannter Luft oder anderem Gas verbunden werden, dessen
Abströmen durch -das Rohr 53 hindurch ein Teilvakuum oder einen unter dem Atmosphärendruck
liegenden Druck im Rohr 35 erzeugt, wodurch die Verbrennungsgase aus .dem Rohr 35
abgesaugt 'und durch das Abzugsrohr 51 abgeführt werden: Sobald ein Teilvakuum oder
ein- unter- dem Atmosphärendruck liegender- Druck in dem Rohr 34 auf diese Weise
aufrechterhalten wird, können keine Gase aus -dem Rohr in den Ofen eintreten, selbst
wenn Undichtigkeiten auftreten sollten.
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Zum Betrieb der oben dargelegten Vorrichtung wird der ganze Haubenaufbau
des Ofens, der aus den Seitenwänden i, Iden Endwänden 2, der Decke, dem den Wänden
zugeordneten Verst1rkungsaufbau und den .den Seitenwänden i zugeordneten senkrechten
Gruppen von Rohren 35 besteht, mittels eines in .den Schlitz 21 eingelegten und
gegen den Teil 2o sich stützenden Greiferhakens gehoben. Das zu erwärmende Werkstück
36 wird dann auf die Herdplatte des Ofensockels gelegt und -die Haube gesenkt, so
daß, wie in den Fig. i und 3 dargestellt, die Platten 22 auf .dem Ofensockel aufruhen
und die nach abwärts gerichteten Flansche 23 in das Abdichtungsmaterial, z. B. Sand,
das in der Rinne 24 des Ofensockels liegt, eintauchen, um eine im wesentlichen gasdichte
Verbindung zu bilden. Dampf oder anderes unter Druck stehendes Gas 'wird dann durch
das Gebläserohr,53 jedes Abzugsrohr 51 eingeführt, wodurch zwischen .dem Einlaßende
und dem Auslaßende .des Rohres 34 ein Druckabfall entsteht, durch'-den ein Gasstrom
durch das Rohr hindurchgezogen wird. Ein brennbares Gasgemisch wird jedem Rohr zugeführt
und an dem dem Rohr zugeordneten Brenner 47 entzündet. Es strömt infolgedessen ein
brennendes Gasgemisch durch jedes Rohr 34 von dem Ende, an welchem der Brenner 47
liegt, zu dem anderen Ende mit dem Abzugsrohr 51.
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Während der Ofen von Raumtemperatur auf seine höchste Temperatur erwärmt
wird, dehnen sich die Wände des Ofens aus. Auch die an den Wänden befestigten -Tragstützen
38 verändern damit ihre Lage und dehnen sich ebenfalls aus. Die Abschnitte 34x,
35 und 342 jedes Rohres 34 dehnen- sich- ebenfalls aus, so daß die Länge des Rohres
sich erhöht. Die Rohrabschnitte und jedes Rohr als Ganzes können sich bewegen, um
solche Änderungen auszugleichen. Diese Ausgleichung erfolgt durch Bewegung der Rohrabschnitte
an den Kugelverbindungen relativ zueinander und nötigenfalls durch Gleiten -.der
Rohrabschnitte auf ihren Tragstützen und in bezug auf die sie tragenden Seitenwäntde.
Alle Änderungen in. Größe oder Stellung der Rohrabschnitte,, der Ofenwände oder
der Tragstützen für die Rohre auf Grund von Temperaturänderungen während der Wärmebehandlung
oder während des Abkühlens werden in gleicher Weise für jede Bewegung der Rohrabschnitte
relativ zueinander oder zu ihren Trägern oder zu den Ofenwänden ausgeglichen. -.
Nachdem .der Wärmevorgang beendet ist, wird die Haube behoben und das wärmebehandelte
Werkstück entfernt. Der Ofen ist dann zur Wiederverwendung bereit.
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In der dargestellten Vorrichtung kann der eine Endrohrabschnitt oder
es können beide Endrohrabschnitte 341 und 342 aus nichtmetallischem, feuerfestem
Material, z. B. Ziegel, geringer Wärmeleitfähigkeit oder von einer Wärmeleitfähigkeit,
die
wesentlich unter .dem von Siliciumkarbid liegt, bestehen. Die
Verwendung von solchen Endrohrabschnitten geringer Wärmeleitfähigkeit hat den Vorteil,
daß die durch die Rohrabschnitte .den Ofenwänden und ebenso die den mit den Endrohrabschnitten
verbundenen oder zugeordneten Teilen, wie z. B. Brenner, Abzugsrohre oder Druckeinrichtungen
zugeführte Wärmemenge verringert wird.
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Auf diese Weise wird die Möglichkeit der Beschädigung oder Zerstörung
der Wände oder .dieser Teile infolge Wärmeeinwirkung vermindert.
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Die Fig.6 und 7 zeigen eine abgeänderte Form der Druckeinrichtung,
die an dem schwebenden Ende jedes Rohres sowohl als Abschluß zur Verhütung des Austrittes
von heißen Gasen aus dem Ofen an dem Rohr vorbei als auch zur Verhütung des Eintretens
von Luft in den Ofen .hinein verwendet wird. Bei dem in diesen Figuren dargestellten
Aufbau ragt das Ende des Endrohrabschnittes 342 jedes Rohres 35 durch eine Öffnung
in -der Einlage 34, der feuerfesten Platte 44 und der Metallverstärkungsplatte 5
hindurch und. isf in dieser Öffnung 5o gleitbar gelagert. Der Endrohr-abschnitt
342 .besteht vorteilhaft aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit. Ein mit
einem Gebläserohr 153 versehenes Abzugsrohr 151 sitzt auf dem vorstehenden Ende
des Rohrabschnittes. Das Ende .des Rohrabschnittes liegt in einer Ausbohrung 154
des Abzugsrohres und stützt sich gegen eine Schulter 155 ab. Das Abzugsrohr 151
hat einen in radialer Richtung sich erstreckenden Flansch neben dem Teil, in welchem
das Ende des Rohrabschnittes 342 in dem Abzugsrohr liegt. Ein entsprechender Flansch
157 ist an der Metallverstärkungsplatte 5 der Ofenwand befestigt und umgibt das
vorstehende Ende des Rohrabschnittes 342. Eine Anzahl Zugfedern 158 sind mit den
Flanschen 156 und 157 verbunden und dienen dazu, einen ständigen Druck auf
die Rohrabschnitte 342 und auf das Rohr 35, von welchem dieser Rohrabschnitt einen
Teil bildet, auszuüben. Um das vorstehende Ende .des Rohrabschnittes 342 herum erstreckt
sich zwischen .den Flanschen 156 und 157 eine zusammendrückbare und ausdehnbare,
aus Metall bestehende, balgartige Hülle 159, die vorzugsweise aus einem wärmefesten
Material, wie z. B. rostfreiem Stahl,- besteht. In der dargestellten Ausführungsform
ist die Hülle 159 an ihren Enden mit radialen Flanschen 16o und 161 versehen, welche
an die Flansche 156 und 157 angeschraubt sind. Die Hülle 159 bildet auf diese Weise
einen gasdichten Abschluß zwischen dem Endabschnitt 342 des Rohres 35 und der Außenluft.
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Da der Rohrabschnitt 342 in der Öffnung 5o mit Bezug auf die Wand
a infolge der Ausdehnung und Zusammenziehung der Ofenteile gleitet, wird eine ständige
Druckkraft an dem Ende .der Rohrabschnitte ,durch die Zugfedern 158- ausgeübt, welche
das Bestreben haben, die Flansche 156 und 157 zusammenzuziehen. Die Hülle 159 .ändert
dabei ihre Länge, um sich den Abstandswechseln zwischen den Flanschen 156 und 157
anzupassen. Es wird also auf diese Weise zu allen Zeiten ein gasdichter Abschluß
zwischen dem Rohrabschnitt 342 und der Außenluft aufrechterhalten.
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Verschiedene Änderungen und Abwandlungen können in der Durchführung
der dargestellten Erfindung gemacht werden. Die Öfen in Ausführung gemäß der Erfindung
können auch für andere als die hier angegebenen Zwecke verwendet werden. Andere
Heizvorrichtungen können gebaut werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Beispielsweise können die Rohre waagerecht gelegt werden, anstatt senkrecht angeordnet
zu sein. Obwohl in der dargestellten Ausführungsform jeder Zwischenrohrabschnitt
an dem einen Ende eine konvexe Fläche und an dem anderen Ende eine konkave Fläche
hat, ist selbstverständlich, daß das Rohr aus Rohrabschnitten bestehen kann, bei
denen jeder zweite Abschnitt an beiden Enden konkave oder konvexe Flächen trägt.
Ferner können abweichende Vorrichtungen, z. B. durch Schwerkraft betätigte Vorrichtungen,
verwendet werden, um die in Längsrichtung wirkende Druckkraft auf die Rohre auszuüben.
Die Vorrichtung zur Ausübung dieser Druckkraft auf die Rohre kann an beiden Enden
der Rohre vorgesehen sein und nicht nur, wie bei der dargestellten Ausführung, an
einem Ende. Das aus einer Mehrzahl von Abschnitten bestehende Rohr kann an anders
liegenden Stellen unterstützt werden, als dargestellt worden ist, oder kann von
anderen Teilendes Ofens als der Wand getragen werden. Andere Einrichtungen als die
dargestellten können verwendet werden, um die Gase durch die Rohre hindurchzuführen
und in den Rohren einen Unterdruck aufrechtzuerhalten. Diese Vorrichtungen. können
die Form einer Pumpe oder einer anderen mechanischen, einen Druckabfall erzeugenden
Vorrichtung haben oder können ein Schornstein od. dgl. sein. Wenn auch in der dargestellten.
Ausführungsform die Enden der Rohrabschnitte verbreitert dargestellt sind, so ist
dies, wenn auch vorteilhaft, nicht durchaus notwendig. Ebenso brauchen die zwischen
den Rohrabschnitten der .dargestellten Durchführungsform liegenden Abdichtungsstoffe
nicht verwendet zu @verden, wenn die zusammenarbeitenden konkaven und .konvexen
Oberflächen der Verbindungen genau geformt sind, obwohl die Verwendung dieser Abdichtungsmittel
vorteilhaft ist.
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Die mit kreisförmigem Querschnitt dargestellten Rohre können natürlich
auch Querschnitte anderer Formen. haben.
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Aus .dem Vorstehenden ist erkenntlich, daß die Erfindung weder im
ganzen noch zu Teilen auf die dargestellte Ausführungsform begrenzt ist und daß
Fachleute die dargestellte Ausführungsform abwandeln können, um den jeweiligen Erfordernissen
und Bedürfnissen gerecht zu werden, ohne den Bereich und -den Rahmen der Erfindung
zu verlassen, wie sie durch die nachstehenden Patentansprüche gegeben sind.