EP0398105A2

EP0398105A2 - Durchlaufofen

Info

Publication number: EP0398105A2
Application number: EP90108507A
Authority: EP
Inventors: Helmut Schachinger; Peter Karojet
Original assignee: MAHLER DIENSTLEISTUNGS-GMBH LOETEN-HAERTEN-ANLAGENBAU; Mahler Dienstleistungs GmbH Loeten Haerten Anlagenbau
Current assignee: MAHLER DIENSTLEISTUNGS-GMBH LOETEN-HAERTEN-ANLAGENBAU; Mahler Dienstleistungs GmbH Loeten Haerten Anlagenbau
Priority date: 1989-05-18
Filing date: 1990-05-07
Publication date: 1990-11-22
Also published as: EP0398105A3; DE3916178C1; JPH02309182A

Abstract

Ein Durchlaufofen (10) zum Wärmebehandeln von Werkstücken (60 bis 62) unter einem laufend zugeführten Schutzgas (58), das an der Werkstück-Einlaßöffnung (21) und an der Werkstück-Auslaßöffnung (23) austritt, ist mit einer Fördervorrichtung (12) zum Transportieren der Werkstücke (60, 62) durch den Ofen (10) und mit bewegbaren Türen (20 bzw. 22) an der Werkstück-Einlaßöffnung (21) bzw. an der Werkstück-Auslaßöffnung (23) versehen. Um jeweils nur die gerade notwendige Schutzgasmenge in Abhängigkeit der Türöffnungshöhe zuführen zu müssen, wird vorgeschlagen, Mittel (32) zum Erfassen der Höhe der in den Ofen (10) einzubringenden Werkstücke (60 bis 62) vorzusehen, ferner Mittel (42, 44, 48, 50) zum Einstellen der Türöffnungshöhe in Abhängigkeit von den erfaßten Höhenwerte der Werkstücke (60 bis 62) vorzusehen und außerdem einen Gasmengenregler (54) vorzusehen, der die dem Ofen (10) zugeführte Schutzgasmenge (58) in Abhängigkeit von der Türöffnungshöhe regelt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchlaufofen zum Wärmebehandeln von Werkstücken unter einem laufend zugeführten Schutzgas, das an der Werkstück-Einlaßöffnung und an der Werkstück-Auslaßöffnung des Ofens austritt, mit einer Fördervorrichtung zum Transportieren der Werkstücke durch den Ofen und mit bewegbaren Türen an der Werkstück-Einlaßöffnung bzw. an der Werkstück-Auslaßöffnung.
In einem derartigen, beispielsweise aus der DE-PS 26 01 658 bekannten Durchlaufofen werden Werkstücke, während sie den Ofen durchlaufen, einer Wärmebehandlung unterworfen.
Typische Wärmebehandlungen sind Hart- und Hochtemperaturlöten, Aluminiumlöten, Einschmelzen, Glühen, Härten, Anlassen, Einformen oder dgl. Das dem Ofen laufend zugeführte Schutzgas sorgt dafür, daß an den meist metallischen Werkstücken bei der Wärmebehandlung keine Oxydationsprozesse stattfinden. Das dem Ofen zugeführte Schutzgas tritt an der Werkstück-Einlaßöffnung bzw. an der Werkstück-Auslaßöffnung aus und ist meist derart gewählt, daß es mit dem Luftsauerstoff abbrennt. Dadurch entstehen im Bereich der Werkstück-Einlaßöffnung und der Werkstück-Auslaßöffnung Flammenschleier. Die vom Innenraum des Ofen aus in Richtung der entgegengesetzt liegenden Werkstück-Einlaßöffnung bzw. Werkstück-Auslaßöffnung gerichtete Strömung des Schutzgases soll dafür Sorge tragen, daß möglichst kein oder nur wenig Luftsauerstoff in den Ofen eintritt. Verschiebbare Türen vor der Werkstück-Einlaßöffnung bzw. der Werkstück-Auslaßöffnung ermöglichen ein mehr oder weniger großes Öffnen bzw. Verschließen dieser Öffnungen.
Die dem Ofen zuzuführende notwendige Schutzgasmenge, um sicherzustellen, daß an den Öffnungen möglichst kein Luftsauerstoff eintreten kann, ist eine Funktion der Größe dieser Öffnungen. Die Abhängigkeit entspricht einer quadratischen Funktion, so daß bei einer Verdoppelung der Türhöhe mehr als die doppelte Menge an Schutzgas dem Ofen zugeführt werden muß.
Nachteilig an einem Durchlaufofen der eingangs genannten Art ist, um auf jeden Fall sicherzustellen, daß bei weitmöglichst offener Tür kein Luftsauerstoff in den Ofen eintreten kann, daß andauernd so viel Schutzgas zugeführt wird, daß diese Bedingung erfüllt wird. Ist die Tür dann nicht geöffnet, wird dem Ofen mehr Schutzgas zugeführt als eigentlich notwendig wäre. Schutzgase, meist Wasserstoff, sind sehr teuer, so daß eine überschüssige Schutzgasmengenzuführung unwirtschaftlich ist. Ferner entsteht beim Abbrennen von Schutzgas in Form von Wasserstoff eine erhebliche Wärmemenge, die vom Ofen abgeführt werden muß. Diese meist über Schornsteine abgeführte Wärmemenge stellt eine Energieverschwendung dar, ist somit unwirtschaftlich.
Es sind zwar manuell verstellbare Gasmengenregler an derartigen Durchlauföfen bekannt, diese Regelung erfolgt aber nur dann, falls eine Bedienungsperson dies durchführt. Weiterhin nachteilig an derartigen bekannten Durchlauföfen ist, daß die Türöffnungshöhe zwar manuell verstellbar ist, wobei dies meist derart durchgeführt wird, daß die Tür bei Betrieb völlig geöffnet wird, obwohl diese Öffnungshöhe zum Einbringen von relativ niedrigen Werkstücken überhaupt nicht notwendig wäre.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, hier Abhilfe zu schaffen und einen Durchlaufofen der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß er in Abhängigkeit von der Größe der zu behandelnden Werkstücke jeweils unter optimalen Bedingungen, d.h. unter Zuführen der gerade ausreichenden Schutzgasmenge betreibbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Mittel zum Erfassen der Höhe der in den Ofen einzubringenden Werkstücke vorgesehen sind, daß Mittel zum Einstellen der Türöffnungshöhe in Abhängigkeit von den erfaßten Höhenwerten der Werkstücke vorgesehen sind und daß ein Gasmengenregler vorgesehen ist, der die dem Ofen zugeführte Schutzgasmenge in Abhängigkeit von der Türöffnungshöhe regelt.
Durch das Erfassen der Werkstückhöhe der einzubringenden Werkstücke werden die Türen jeweils nur so weit geöffnet, um eine solche Öffnungshöhe zu schaffen, die gerade ausreicht, daß die Werkstücke in den Ofen eintreten bzw. aus diesem austreten können. Durch die Steuerung des Gasmengenreglers in Abhängigkeit von der Türöffnungshöhe wird erreicht, daß dem Ofen gerade diejenige Schutzgasmenge zugeführt wird, die bei der zuvor ermittelten Öffnungshöhe notwendig ist, um optimale Bedingungen im Ofen herzustellen, d.h. sicherzustellen, daß kein Luftsauerstoff in den Ofen eintritt. Dadurch wird erreicht, daß nur die gerade notwendige Schutzgasmenge zugeführt wird, was in einer wirtschaftlichen Arbeitsweise resultiert.
Somit wird die Aufgabe vollkommen gelöst.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittel zum Erfassen der Hohe der Werkstücke mit einem Prozeßrechner verbunden, der den erfaßten Höhenwert in Steuersignale für die Mittel zum Einstellen der Türöffnungshöhe umwandelt und zugleich in ein Steuersignal für den Gasmengenregler umwandelt.
Diese konstruktiv besonders einfache Maßnahme hat den Vorteil, daß über eine zentrale Recheneinheit der erfaßte Höhenwert in die entsprechenden Steuersignale umgewandelt wird, um zum einen die Türen in die optimale Höhe zu bringen und außerdem zugleich den Gasmengenregler in die Position zu steuern, in der die entsprechende Schutzgasmenge zugeführt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Mittel zum Erfassen der Höhe der Werkstücke eine seitlich der Fördervorrichtung angeordnete Fotozellenanordnung auf, die die Höhe der daran vorbeitransportierten Werkstücke erfaßt und das Meßsignal als elektrischen Impuls dem Prozeßrechner übermittelt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch die optische Erfassung der Höhe der Werkstücke, diese nicht mit mechanischen Meßvorrichtungen in Berührung gebracht werden, wodurch beispielsweise eine aufgetragene Lötpaste in ihrer Lage verändert werden könnte, so daß dann beim Schmelzen der Lötpaste diese nicht in die entsprechenden Fugen laufen könnte. Fotozellenanordnungen, beispielsweise als Diodengitter, sind konstruktiv einfache und robuste Bauteile. Ferner ist vorteilhaft, daß die erfaßte Höhe in einen elektrischen Impuls umgewandelt wird, der ohne weitere Umwandlungsmaßnahmen direkt dem Prozeßrechner zugeführt werden kann und dort dann entsprechend verarbeitet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hält der Prozeßrechner bei einer Änderung der Höhe der zugeführten Werkstücke die Steuerung der Auslaßtür so lange in der vorherigen Stellungshöhe, bis die Werkstücke der vorherigen Höhe die Auslaßtür passiert haben.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bei einem Wechsel der Werkstückhöhe die Einlaßtür den neuen Bedingungen bereits angepaßt wird, die Auslaßtür jedoch noch so lange in der Stellung verbleibt, bis die bereits im Ofen aufgenommenen Werkstücke der ursprünglichen Werkstückart diesen durchlaufen haben. Wird beispielsweise von einer kleinen Werkstückhöhe auf eine größere umgewechselt, so bleibt die Auslaßtür noch so lange in der niederen Stellung, bis das letzte niedere Werkstück den Ofen verlassen hat. Diese Arbeitsweise wird dann angewendet, falls sich durch verschieden hohe Einlaß- bzw. Auslaßtüren kein Einfluß auf die Strömungscharakteristik des Schutzgases im Ofen ausgeübt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Mittel zum Einstellen der Türöffnungshöhe einen vom Prozeßrechner steuerbaren Stellmotor auf, der über ein Gestänge die Tür in die entsprechende Öffnungshöhe bewegt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß konstruktiv einfache und robuste Mittel geschaffen werden, um die entsprechende Bewegung der Türen zu verursachen. Es ist auch möglich, bereits bestehende Öfen durch nachträgliches Einbauen dieser einfachen Mittel nachzurüsten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält der Prozeßrechner eine der jeweiligen Ofencharakteristik entsprechende Funktion der Schutzgaszufuhrmengenabhängigkeit von der Türöffnungshöhe gespeichert, und der Gasmengenregler wird entsprechend dieser Funktion gesteuert.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß vom Ofenbauer herstellerseits die jeweilige Ofencharakteristik ermittelt wird, d.h. diejenige Schutzgasmenge ermittelt wird, die notwendig ist, um bei einer bestimmten Türhöhe die optimale Schutzgaswirkung zu erreichen. Die Steuerung des Gasmengenreglers entspricht dann dieser Funktion, so daß ein jeweiliger Ofen unter den besten wirtschaftlichen Bedingungen betrieben werden kann.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen und in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 stark schematisiert einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Durchlaufofens, und
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der zugeführten Schutzgasmenge in Abhängigkeit von der Türhöhe.

Ein in Fig. 1 dargestellter Durchlaufofen oder Schutzgasofen 10 weist ein endloses Förderband 12 auf, das längs einer Richtung bewegbar ist, wie dies durch einen Pfeil 13 in Fig. 1 dargestellt ist. Das Förderband 12 wird durch einen hier nicht dargestellten regelbaren Antrieb bewegt, der dem endlosen Förderband 12 eine bestimmte Umlaufgeschwindigkeit verleiht. Übliche Transportgeschwindigkeiten liegen im Bereich von 100 bis 400 mm pro Minute.
Der Schutzgasofen 10 weist ferner ein Gehäuse 14 auf, durch das das Förderband 12 läuft, wobei in Durchlaufrichtung des Förderbands sich an eine Heizzone 16 eine Kühlzone 18 anschließt.
Das Gehäuse 14 ist mit einer Werkstück-Einlaßöffnung 21 versehen, die durch eine bewegbare Einlaßtür 20 verschlossen bzw. geöffnet werden kann. Am gegenüberliegenden Ende ist das Gehäuse mit einer Werkstück-Auslaßöffnung 23 versehen, die über eine entsprechend ausgebildete Auslaßtür 22 geöffnet oder verschlossen werden kann.
In Förderrichtung des Förderbandes 12 vor der Einlaßtür 20 gelegen ist ein Brennraum 24, der am oberen Ende mit einem Abzug 26 versehen ist.
Entsprechend ist unmittelbar anschließend an die Auslaßtür 22 ein Brennraum 28 angeordnet, dessen oberes Ende ebenfalls mit einem Abzug 30 versehen ist.
In Bewegungsrichtung des Förderbandes 12 gesehen vor dem Brennraum 24 sind Mittel 32 zum Erfassen der Höhe von Werkstücken 60 bis 62 angeordnet, die vom Förderband 12 in Richtung des Pfeiles 13 durch den Schutzgasofen 10 befördert werden.
Die Mittel 32 zum Erfassen der Höhe weisen seitlich des Förderbands 12 angeordnete Fotozellen in Form eines Diodengitters 34 auf. Wird ein Werkstück 60, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, durch das Förderband 12 am Diodengitter 34 vorbeitransportiert, so wird die Höhe des Werkstückes dadurch erfaßt, daß diejenigen Fotozellen, die vom durchlaufenden Werkstück gegenüber einem auf diese auftreffenden Lichtstrahl verdeckt werden, ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugen, das über eine Leitung 36 einem Prozeßrechner 38 zugeführt wird.
Der Prozeßrechner 38 ist über eine Leitung 40 mit einem Stellmotor 42 verbunden, der wiederum über ein Gestänge 44 mit der Einlaßtür 20 verbunden ist.
Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Diodengitter 34 die Hohe "3" registriert, worauf der Prozeßrechner 38 den Stellmotor derart steuert, daß dieser das Gestänge 44 ebenfalls in die Stellung Höhe "3" verstellt. Die Einlaßtür 20 ist dann so angehoben, daß ein Werkstück 61 der Höhe "3" gerade unter der angehobenen Einlaßtür 20 durchtreten kann.
Der Prozeßrechner 38 ist außerdem über eine Leitung 46 mit einem weiteren Stellmotor 48 verbunden, der über ein Gestänge 50 mit der Außlaßtür 22 verbunden ist.
Der Stellmotor 48 ist gleichermaßen wie der Stellmotor 42 ausgebildet und befindet sich ebenfalls in der Stellung Höhe "3", d.h. auch die Auslaßtür 22 ist so weit angehoben, daß ein Werkstück 62 gerade darunter hindurch aus dem Ofen 10 heraustransportiert werden kann.
Der Prozeßmesser 38 ist außerdem über eine Leitung 52 mit einem Gasmengenregler 54 verbunden.
Der Gasmengenregler 54 regelt diejenige Menge eines Schutzgases 58, das von einer Gasversorgungsleitung 56 kommend, wie dies durch einen Pfeil 57 angedeutet ist, über den Gasmengenregler 54 und eine Gaszuführleitung 59 der Heizzone 16 des Gehäuses 14 zugeführt wird.
Das in die Heizzone 16 zugeführte Schutzgas 58 strömt teilweise in Richtung Werkstück-Einlaßöffnung 21 und tritt unter der geöffneten Einlaßtür 20 aus dem Gehäuse 14 aus und in den Brennraum 24 ein. Im Brennraum 24 verbrennt das Schutzgas, nämlich Wasserstoff, mit dem Luftsauerstoff und bildet einen Flammenschleier, wie dies in Fig. 1 durch die Flammen 25 angedeutet ist.
Ein weiterer Teilstrom des Schutzgases 58 strömt durch die Kühlzone 18 des Gehäuses 14 in Richtung Werkstück-Auslaßöffnung 23 und tritt unter der geöffneten Auslaßtür 22 aus dem Gehäuse 14 aus und in den Brennraum 28 ein. Auch dort brennt das Wasserstoffgas unter Bildung eines Flammenschleiers 29 ab.
Der Gasmengenregler 24 ist dabei ebenfalls auf das Kriterium Höhe "3" eingestellt und steuert dem Gehäuse 14 so viel Schutzgas 58 zu, wie dies notwendig ist, damit kein Luftsauerstoff in das Gehäuse 14 eintreten kann.
In Fig. 14 ist eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der zugeführten Schutzgasmenge (SG) in Kubikmeter pro Stunde gegenüber der Türhöhe (HT) in mm aufgetragen.
Die in Fig. 2 dargestelite Funktion ist charakteristisch für einen bestimmten Ofentyp, wobei lichte Durchlaufbreite und lichte Durchlaufhöhe einfließen. Die in Fig. 2 dargestellte Abhängigkeit von Schutzgasmenge SG und Türhöhe HT ist im Prozeßrechner 38 eingespeichert, so daß der Schutzgasmengenregler 54 die zugeführte Schutzgasmenge 58 entsprechend dieser in Fig. 2 dargestellten Charakteristik regelt.
Die im Ofen selbstverständlich vorhandenen Heiz- und Umwälzvorrichtungen sind der Deutlichkeit halber nicht dargestellt.
Ändert sich die Höhe der an dem Diodengitter 34 vorbeigeführten Werkstücke, so wird dies dem Prozeßrechner 38 zugespeist, der dann die Stellmotoren 52 bzw. 58 und den Gasmengenregler 54 entsprechend steuert.
Sind die neuen Werkstücke höher als das in Fig. 1 dargestellte Werkstück 60, so wird die Einlaßtür 20 entsprechend angehoben. Es kann dann durch entsprechende Programmierung des Prozeßrechners 38 so verfahren werden, daß gleichzeitig auch die Auslaßtür 22 angehoben wird. Dies ist meist wünschenswert, da ein gleichmäßiges Anheben der Einlaß- und Auslaßtür 20 bzw. 22 die Strömungscharakteristik im Ofen nicht wesentlich verändert.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Auslaßtür 22 so lange in der Stellung Höhe "3" zu belassen, bis auch das Werkstück 60 unter der Auslaßtür 22 durchbewegt wurde und erst dann die Auslaßtür 22 anzuheben.
Im umgekehrten Fall, d.h. daß nachfolgend nach dem Werkstück 60 Werkstücke folgen, die eine geringere Höhe aufweisen, muß selbstverständlich die Steuerung der Auslaßtür 22 derart sein, daß diese so lange in der Höhe "3" verbleibt, bis das letzte der hohen Werkstücke, also das Werkstück 60, den Ofen verlassen hat. Anschließend wird dann die Auslaßtür 22 ebenfalls auf die geringere Höhe der nachfolgenden Werkstücke eingestellt, d.h. abgesenkt. Auch hier kann dann, je nachdem wie die Strömungsverhältnisse im Schutzgasofen durch ungleichmäßig hohe Einlaß- bzw. Auslaßtüren 20 bzw. 22 beeinflußt werden, die Einlaßtür 20 sofort nachdem das erste niedrigere Werkstück, das Diodengitter 34 passiert hat, abgesenkt werden, oder erst nachdem das letzte höhere Werkstück die Auslaßtür 22 passiert hat.

Claims

1. Durchlaufofen zum Wärmebehandeln von Werkstücken (60 bis 62) unter einem laufend zugeführten Schutzgas (58), das an einer Werkstück-Einlaßöffnung (21) und an einer Werkstück-Auslaßöffnung (23) des Ofens (10) austritt, mit einer Fördervorrichtung (12) zum Transportieren der Werkstücke (60 bis 62) durch den Ofen (10) und mit bewegbaren Türen (20 bzw. 22) an der Werkstück-Einlaßöffnung (21) bzw. an der Werkstück-Auslaßöffnung (23), dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (32) zum Erfassen der Höhe der in den Ofen (10) einzubringenden Werkstücke (60 bis 62) vorgesehen sind, daß Mittel (42, 44, 48, 50) zum Einstellen der Türöffnungshöhe in Abhängigkeit von den erfaßten Höhenwerten der Werkstücke (60 bis 62) vorgesehen sind, und daß ein Gasmengenregler (54) vorgesehen ist, der die dem Ofen (10) zugeführte Schutzgasmenge (SG) in Abhängigkeit von der Türöffnungshöhe (HT) regelt.

2. Durchlaufofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (32) zum Erfassen der Höhe der Werkstücke (60 bis 62) mit einem Prozeßrechner (38) verbunden sind, der den erfaßten Höhenwert in Steuersignale für die Mittel (22, 44, 48, 50) zum Einstellen der Türöffnungshöhe und zugleich in ein Steuersignal für den Gasmengenregler (54) umwandelt.

3. Durchlaufofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (32) zum Erfassen der Höhe der Werkstücke (60 bis 62) eine seitlich der Fördervorrichtung (12) angeordnete Fotozellenanordnung (34) aufweisen, die die Höhe der daran vorbeitransportierten Werkstücke (60 bis 62) erfaßt und das Meßsignal als elektrischen Impuls dem Prozeßrechner (38) übermittelt.

4. Durchlaufofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßrechner (38) bei einer Änderung der Höhe der zugeführten Werkstücke (60 bis 62) die Steuerung (48, 50) der Auslaßtür (22) so lange in der vorherigen Stellungshöhe hält, bis die Werkstücke (60, 62) der vorherigen Höhe die Auslaßtür (22) passiert haben.

5. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (42, 44, 48, 50) zum Einstellen der Türöffnungshöhe einen vom Prozeßrechner (38) steuerbaren Stellmotor (42, 48) aufweisen, der über ein Gestänge (44, 50) die Tür (20, 22) in die entsprechende Öffnungshöhe (HT) bewegt.

6. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßrechner (38) eine der jeweiligen Ofencharakteristik entsprechende Funktion der Schutzgaszufuhrmengenabhängigkeit von der Türöffnungshöhe (HT) gespeichert enthält und den Gasmengenregler (54) entsprechend dieser Funktion steuert.