Verfahren und Vorrichtung zum Fördern von aus elektrisch leitendem Werkstoff bestehendem
Gut, z. B. Bändern, Profilen, Rohren u. dgl., vorzugsweise durch einen Durchlaufofen
Bei den bekannten Verfahren zur thermischen Behandlung durchläuft das thermisch zu behandelnde Gut den Wärmeofen in einem kontinuierlichen Arbeitsprozess. Zu diesem Zweck werden die zu behandelnden Teile auf einer Fördervorrichtung, wie Förderband, Rollen, Führungsstücken 0. dgl. durch die Erwärmungskammer hindurchgeführt.
Die zur Anwendung gelangenden hohen Temperaturen erlauben jedoch in vielen Fällen nicht die Verwendung der zur Förderung des Gutes dienenden vorerwähnten Mittel. Darüber hinaus ist es vielfach erwünscht, die zu erwärmenden Teile ohne jegliche Berührung mit den zur Förderung dienenden Mitteln durch die Behandlungszone hindurchzuführen, weil durch eine derartige Berührung eine Beschädigung der Oberflächen der hoch erhitzten Teile eintreten könnte. Insbesondere ist eine Beschädigung dann zu befürchten, wenn die Gegenstände mit einer Lackschicht überzogen sind oder beim Emaillieren. Vielfach sollen auch beide Seiten mit einer Schutzschicht überzogen werden, so dass eine berührungsfreie Durchführung durch die Erwärmungszone unbedingt erforderlich ist.
Da in den meisten Fällen angestrebt wird, den Durchlauf der zu erhitzenden Bänder mit grosser Geschwindigkeit vorzunehmen, ergibt sich eine verhältnismässig lange Wärmebehandlungszone.
Mit dieser Länge ist aber ein Durchhängen, beispielsweise bei Bändern, verbunden.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist schon vorgeschlagen worden, die zu behandelnden Bänder oder Profile mit Luft oder heissen Gasen anzublasen, um sie auf diese Weise in einen Schwebezustand zu versetzen. Die Gegenstände gleiten hierbei gewissermassen auf einem Luftkissen durch die Behandlungszone. Eine derartige Einrichtung ist jedoch sehr kostspielig, weil die Gebläse durch die heisse Luft stark erhitzt werden. Wird Frischluft verwendet, so sinkt der Wirkungsgrad der Anlage beachtlich, da die kalte Luft jeweils auf die Behandlungstemperatur gebracht werden muss. Darüber hinaus führt bei vielen Metallen der Luftstrom zu Oxydationserscheinungen.
Bei Verwendung von Schutzgasen ist es schwierig, die Konzentration dieser Gase aufrechtzuerhalten.
Ausserdem muss der Gas- oder Luftstrom sorgfältig gefiltert werden, um Verunreinigungen auf der Oberfläche, die in vielen Fällen, beispielsweise beim Emaillieren oder Lacktrocknen noch weich und klebrig ist, zu vermeiden. Der Luftstrom neigt aber auch dazu, die gleichmässige Verteilung der auf die Oberfläche aufgesprühten Schicht zu beeinträchtigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei welchen das thermisch zu behandelnde Gut, z.B. in Form von Bändern, Streifen, Profilen, Rohren u. dgl., aus elektrisch leitendem Werkstoff in einfacher Weise im freischwebenden Zustand kontinuierlich durch die Behandlungszone, vorzugsweise eines Duchlaufofens, geführt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass das zu behandelnde Gut während des Durchlaufes dem Einfluss von Magnetfeldern ausgesetzt wird, die relativ zur Bewegungsrichtung des zu fördernden Gutes örtlich gebunden sind und in dem Gut Wirbelströme hervorrufen, die mit den sie erzeugenden Magnetfeldern so zusammenwirken, dass Kräfte das Gut im Schwebezustand halten.
Werden wechselnde Magnetfelder vorgesehen, um den Schwebezustand herbeizuführen, so haben diese das Bestreben, auf die in den Einflussbereich der Kraftlinien gelangten metallisch leitenden Gegenstände eine Kraft auszuüben. Bei einem stehenden Magnetfeld, welches von Wechselstrom erzeugt wird, versucht ein Leiter seinen Abstand senkrecht zu den wechselnden Magnetfeldern zu vergrössern, d. h. er wird über dem wechselnden Magnetfeld schweben, weil in ihm Wirbelströme induziert werden, die wiederum ein Magnetfeld hervorrufen, welches die gleiche Polarität aufweist wie das erzeugende Feld.
Man kann aber auch mittels Elektromagneten, die von Gleichstrom gespeist werden, oder mittels Dau- ermagneten die gleiche Wirkung erzielen, wenn derartige Magnetsysteme, die mehrere Pole wechselnder Polarität aufweisen, rotieren. Zwar besteht dann zunächst das Bestreben des Leiters, der Bewegungsrichtung der Magnete zu folgen; wird er aber hieran gehindert, so versucht er seinen Abstand senkrecht zu den Magneten zu vergrössern.
Diese Erkenntnis wird erfindungsgemäss ausgenutzt, um das zu behandelnde Gut im Schwebezustand, z. B. beim Durchlauf durch den Ofen zu halten. Damit entfallen sämtliche bisher zur Bewegung des Gutes durch die Erhitzungszone benötigten Transportmittel.
Es sind solche Werkstoffe besonders geeignet, die eine elektrische Leitfähigkeit besitzen, aber keine ferromagnetischen Eigenschaften aufweisen.
Ferromagnetische Körper können natürlich auch zum Schweben gebracht werden, wenn sie in einen solchen Zustand versetzt werden, dass ihre Permeabilität nahezu 1 ist. Dies ist bekanntlich der Fall, wenn die Temperatur sich dem Curie-Punkt oder die Induktion im Eisen sich der Sättigung nähert.
Der technische Aufwand ist aber in den meisten Fällen so gross, dass es vorzuziehen ist, derartige Werkstoffe dadurch zum Schweben zu bringen, dass man sowohl auf das ferromagnetische Gut als auch auf eine im unteren Teil der Wärmekammer angebrachte ferromagnetische Platte magnetisierende Felder so einwirken lässt, dass sowohl in dem zu behandelnden ferromagnetischen Gut wäkienld des Durchlaufes als auch in der feststehenden ferromagneti schen Platte sich Pole mit gleichnamiger Polarität gegenüberstehen. Die magnetisierenden Felder können durch Magnetisierungsspulen hervorgerufen werden, die so angebracht werden müssen, dass sie die ferromagnetischen Teile umschliessen.
Das in den Schwebezustand zu versetzende Gut kann bandförmig oder flächig ausgebildet sein; es eignen sich aber auch Rohre und Profile der verschiedensten Gestalt.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das im Schwebezustand befindliche Gut während des Durchlaufes von einer oder von beiden Seiten mit den gewünschten Schichten überzogen und/ oder der erforderlichen Wärmebehandlung ausgesetzt werden kann. So ist es z. B. möglich, ein Alu Band kontinuierlich auf einer oder beiden Seiten im Ofen mit Email zu besprühen und warm zu behandeln.
Besonders vorteilhaft eignet sich das erfindungsgemäss vorgeschlagene Verfahren auch zur Lacktrocknung, bei der während des Durchlaufes das zu behandelnde Gut mit der Lackschicht versehen und anschliessend getrocknet wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Vorrichtungen zur Erzeugung der Magnetfelder ausserhalb der Behandlungszone des Ofens angebracht werden können und die Magnetfelder durch die Ofenwand hindurch auf das im Schwebezustand zu haltende Gut einwirken.
Die den Schwebezustand hervorrufenden Magnetfeld er können auf verschiedene Art und Weise erzeugt werden. In vorteilhafter Weise wird man die Magnetfelder durch mechanisch angetriebene Magnetpolscheiben erzeugen, die aus einer ferromagnetisch gut leitenden Rückschlussplatte bestehen, auf der Elektromagnete oder vorzugsweise Dauermagnete mit wechselnden Polen angeordnet sind. Diese Magnetpolscheiben können zweckmässig unterhalb der Wärmekammer eines Durchlaufofens in Durchlaufrichtung hintereinander angeordnet werden, um den Schwebezustand über eine grosse Länge aufrechtzuerhalten.
Um die Schwebehöhe des zu behandelnden Gutes innerhalb der Wärmekammer des Ofens einregulieren zu können, werden die Magnetpolscheiben zweckmässig unterhalb der Kammer senkrecht zu ihrer Rotationsebene verschiebbar angeordnet. Durch Annäherung oder Entfernung der Magnetpolscheiben kann somit die gewünschte Durchlaufhöhe einreguliert werden.
Eine Einregulierung der Durchlaufhöhe kann aber auch durch eine e Erhöhung oder Verringerung der Umfangsgeschwindigkeit der Magnetpolscheiben oder durch eine Regulierung der Feldstärke erreicht werden. Eine einfache Regulierung der Feldstärke kann dadurch erfolgen, dass man die auf den Magnetpolscheiben angeordneten Dauermagnete zusätzlich mit einer Wicklung geringer Windungszahl versieht. Durch mehr oder weniger starkes Auf- bzw.
Entmagnetisieren der Dauermagnete mittels entsprechender Stromimpulse, die beispielsweise einem Kondensatorentladegerät entnommen werden, kann somit die gewünschte Feldstärke erreicht werden.
Will man die zur thermischen Behandlung des Gutes erforderliche Temperatur durch Wirbelströme erzeugen, so können zu beiden Seiten der Wärmekammer rotierende Dauermagnetsysteme angeordnet werden, wobei dann gleichzeitig der Schwebezustand des Gutes erreicht wird.
Man kann aber auch Magnetfelder, die zur Erzeugung des Schwebezustandes vorhanden sein müssen, durch feststehende Elektromagnete erzeugen, die mit Wechselstrom gespeist werden. In vorteilhafter Weise wird man hierbei den innerhalb der Erregerspulen angebrachten Eisenkern aus lamellierten Blechen herstellen, deren Lamellierung in Richtung zu den benachbarten Polen der nächstfolgenden Spule ausgeführt ist.
Verwendet man hohe Frequenzen, so kann auf die Verwendung eines Eisenkernes verzichtet werden.
Diese Magnete sind ebenfalls vorteilhaft unterhalb der Wärmekammer des Ofens in Durchlaufrichtung angeordnet und wirken mit den von ihnen erzeugten wechselnden Magnetfeldern durch die Wärmeisolation des Ofen hindurch auf das zu behandelnde Gut ein.
Um den Streufluss zu den benachbarten Polen geringzuhalten, kann man sowohl bei den auf den rotierenden Magnetpolscheiben angeordneten Magneten als auch bei den feststehenden, mit Wechselstrom erregten Magneten den Abstand zwischen zwei benachbarten Polen entgegengesetzter Polarität gleich oder grösser bemessen als der maximale Abstand des in der Schwebe zu haltenden Gutes zu den Magnetpolen beträgt. Damit wird erreicht, dass der grösste Teil des von den Magneten erzeugten Wech selflusses in dem im Schwebezustand zu haltenden Gut erzeugt wird.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Ofen zur Lackierung und Trocknung von bandförmigem Material im vertikalen Längsschnitt
Fig. 2 einen horizontalen Längsschnitt durch die Wärmekammer des Ofens
Fig. 3 einen vertikalen Querschnitt durch die Wärmekammer des Ofens nach der Linie II-II der Fig. 1
Fig. 4 einen vertikalen Längsschnitt durch die Kühlzone des Ofens mit einer anderen Magnetanordnung
Fig. 5 einen vertikalen Querschnitt durch die Kühlzone des gleichen Ofens nach der Linie III-III der Fig. 4
Fig. 6 einen vertikalen Längsschnitt durch eine Kammer des Ofens, in der ferromagnetisches Gut im Schwebezustand gehalten werden kann.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Ofens zum Lackieren und Trocknen von bandförmigem Gut besteht aus einem Gehäuse 1, welches Durchlauföffnungen 2 zur Durchführung des bandförmigen Gutes 3 aufweist. Das bandförmige Gut läuft hierbei von einer Bandhaspel 4 aber eine Leitrolle 5 durch die Spritzkammer 6, in der Spritzdüsen 7 oberhalb und unterhalb des bandförmigen Gutes angeordnet sind. Mit Hilfe der Düsen 7 wird das Band beiderseitig mit der zu überziehenden Schicht, im vorliegenden Falle mit einem Kunstharzlack besprüht.
An die Spritzkammer schliesst sich die Wärmekammer 8 an, in der die Trocknung des bandförmigen Gutes 3 erfolgt. Die zur Trocknung erforderliche Wärme kann entsprechend der zur Erwärmung benötigten Temperatur auf verschiedene Art und Weise erzeugt werden. Die Wärmekammer ist mit einer Wärmeisolierung 9 umgeben. Unterhalb der Wärmekammer besitzt die Wärmeisolierung Aussparungen 10, in die die Magnetpolscheiben 11 hineinragen, die durch Elektromotoren 12 in rotierende Bewegung versetzt werden.
Die Aussparungen 10 bezwecken, dass das von den Magnetpolscheiben hervorgerufene rotierende magnetische Feld in unmittelbarer Nähe des bandförmigen Gutes 3 erzeugt wird. Diese Magnetpolscheiben können in einer dem gewünschten Schwebezustand des bandförmigen Gutes entsprechenden Länge in Durchlaufrichtung hintereinander angeordnet sein.
Weist das bandförmige Gut eine grosse Breite auf, so können auch zwei oder mehr Magnetpolscheiben in Durchlaufrichtung nebeneinander angeordnet sein.
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die durch Elektromotoren angetriebenen Magnetpol ; scheiben auch unterhalb der Kühlzone 13 des Ofens vorgesehen. Die von den auf den Magnetpolscheiben angebrachten Dauermagnete mit von Pol zu Pol wechselnder Polarität erzeugten rotierenden Magnetfelder durchsetzen das bandförmige Gut und halten es im Schwebezustand, so dass es ohne jegliche Stützrollen oder sonstige Beförderungsmittel durch den Ofen hindurchgeführt werden kann. Am Auslaufende des Ofens ist wiederum eine Leitrolle 14 angeordnet, über die das Band geführt ist und mit Hilfe der Bandhaspel 15 aufgerollt wird.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, wie das bandförmige Gut 3 innerhalb der Wärmeisolation 9 über die rotierenden Magnetpolscheiben 11 läuft. Die in der Figur eingezeichneten Pfeile geben die Drehrichtung der Magnetpolscheiben an. Auf diesen Magnetpolscheiben sind die in dem Ausführungsbeispiel scheibenförmig ausgebildeten Dauermagnete 16 vorzugsweise auf einer Weicheisenrückschlussplatte befestigt. Der Pol abstand von zwei benachbarten Polen dieser Magnete entgegengesetzter Polarität soll gleich oder grösser bemessen sein als der maximale Abstand des in der Schwebe zu haltenden bandförmigen Gutes 3 zu diesen Magnetpolen.
Der Schwebezustand des bandförmigen Gutes 3 und die im Unterteil des Ofens angeordneten Magnetpolscheiben 11, die in die Aussparung 10 der Wärmeisolation hineinragen, sind aus Fig. 3 ersichtlich. Die Schwebehöhe des bandförmigen Gutes kann entweder dadurch eingestellt werden, dass man die Magnetpolscheiben senkrecht zu ihrer Rotationsebene verschiebbar anordnet oder dass man die Regulierung durch eine Veränderung der Umfangsgeschwindigkeit der Magnetpolscheiben vornimmt.
Fig. 4 zeigt eine Ausfühurng, bei der feststehende, durch Wechselstrom betriebene Magnete 17, die mit einer Spulenwicklung 18 versehen sind, unterhalb der Wärmekammer 8 angeordnet sind. Der innerhalb der Spulenwicklung angebrachte Eisenkern dieser Magnete besteht vorzugsweise aus lamellierten Blechen. Die Lamellierung ist in Richtung zu den benachbarten Spulen ausgeführt, so dass in dieser Richtung ein möglichst kleiner Streufluss auftritt.
Aus Fig. 5 ist der Schwebezustand des bandförmigen Gutes 3 über den mit Wechselstrom betriebenen Magneten 17, die unterhalb der Behandlungs zone im Ofengestell 19 angeordnet sind, ersichtlich.
Die von den Magneten 17 hervorgerufenen Wechselfelder erzeugen in dem bandförmigen Gut Wirbelströme, die wiederum Magnetfelder hervorrufen, welche die gleiche Polarität aufweisen wie die erzeugenden Felder und somit durch ihre abstossenden Kräfte das bandförmige Gut im Schwebezustand halten.
Die bisher behandelten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Verwendung eines im Schwebezustand zu haltenden Werkstoffes, der eine elektrische Leitfähigkeit besitzt, aber keine ferromagnetischen Eigenschaften aufweisen darf. Soll dagegen ein ferromagnetischer Körper im Schwebezustand durch den Ofen geführt werden, so wird man eine Vorrichtung wählen, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist.
Unterhalb der Behandlungszone 20, vorzugsweise ausserhalb der Wärmeisolation 9, ist ein Hilfspol- schuh 21 aus ferromagnetischem Werkstoff in einer dem gewünschten Schwebezustand entsprechenden Länge angebracht. Fernerhin ist die Behandlungszone mit Magnetisierungsspulen 22 umgeben. Der Abstand dieser Magnetisierungsspulen zueinander richtet sich nach der Dicke des im Schwebezustand zu haltenden ferromagnetischen Gutes.
Die Magnetisierungsspulen 22 sind so an eine Gleich- oder Wechselstromquelle geschaltet, dass die von benachbarten Spulen erzeugten Felder entgegengesetzte Richtung aufweisen. Es bilden sich auf diese Weise innerhalb des Hilfsschuhes und des im Schwebezustand zu haltenden Gutes Magnetpole aus, die gleichnamige Polarität aufweisen, wie es aus der Fig. 6 ersichtlich ist.
Durch die von den sich gegenüberstehenden Polen gleichnamiger Polarität hervorgerufenen Abstossungskräfte wird das ferromagnetische Gut im Schwebezustand gehalten.
Man kann auch oberhalb der Behandlungszone einen zweiten Hilfspolschuh anbringen. Auf diese Weise wird besser erreicht, dass das bandförmige Gut etwa in der Mitte der Behandlungszone schwebt.