WO2026062155A1 - Stangenvorwärmung aus wärmepool - Google Patents

Stangenvorwärmung aus wärmepool

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WO2026062155A1
WO2026062155A1 PCT/EP2025/076746 EP2025076746W WO2026062155A1 WO 2026062155 A1 WO2026062155 A1 WO 2026062155A1 EP 2025076746 W EP2025076746 W EP 2025076746W WO 2026062155 A1 WO2026062155 A1 WO 2026062155A1
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heating
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    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/12—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity with special arrangements for preheating or cooling the charge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/1213—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for heating or insulating strands
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D13/00—Apparatus for preheating charges; Arrangements for preheating charges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/12—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity with special arrangements for preheating or cooling the charge
    • F27B2009/122—Preheating

Definitions

  • the present invention has demonstrated that, contrary to the prior art, sufficient preheating of the workpiece is achieved even with a heating section that is relatively short compared to the workpiece's length.
  • a heating section length of just 0.7 times the workpiece's length is sufficient for adequate heating without requiring an excessively low conveying speed.
  • a heating section length of two to four times the workpiece's length is particularly advantageous, as this, in combination with a typical and efficient conveying speed, results in a favorable dwell time in the heating section, leading to optimal workpiece heating.
  • Water has proven to be a particularly advantageous heat transfer fluid, both in terms of process handling and ease of availability. Due to its high specific heat capacity compared to other common liquids, water allows for the transfer of large quantities of heat.
  • the heat transfer fluid heater can include a heat exchanger for transferring heat from a first heating fluid, flowing in a first heating fluid line, to the heat transfer fluid.
  • a heat exchanger for transferring heat from a first heating fluid, flowing in a first heating fluid line, to the heat transfer fluid.
  • the boiling point of the heat transfer fluid and/or other process-related boundary conditions can limit the operating temperature of the heat transfer fluid to a maximum value.
  • a first heating fluid has a temperature above the operating temperature, so that a heat exchanger achieves advantageously simple heat transfer from the heating fluid to the heat transfer fluid.
  • a first heating fluid can preferably be heated to a temperature above the operating temperature using waste heat from a manufacturing process and/or a factory facility.
  • waste heat from a combustion process, an electric heating process, and/or a metal melting process can be used.
  • combustion exhaust gas can form a first heating fluid.
  • the heat transfer fluid heater can incorporate a heat pump unit for heat transfer.
  • EXT-P-04597-WP2 - 5 - 18.09.2025 comprises heat transfer from a second heating fluid, flowing in a second heating fluid line, to the heat transfer fluid.
  • the second heating fluid has a temperature below the operating temperature of the heat transfer fluid, and a heat pump enables advantageously energy-efficient heat transfer from the second heating fluid to the heat transfer fluid.
  • a multiple of the expended mechanical work can be utilized as heat for the heat transfer fluid.
  • the second heating fluid can preferably be heated to a temperature below the operating temperature using waste heat from a manufacturing process and/or factory equipment.
  • waste heat from a cooling system for metallic workpieces can be used.
  • a compressed air compressor for metallic workpieces
  • a hydraulic system for a compressed air compressor
  • a refrigeration and/or deep-freeze system for a compressed air compressor
  • a computer system for a compressed air compressor
  • an air conditioning system for a foundry
  • a solar thermal system for example, waste heat from a solar energy source.
  • an anodizing plant for example, waste heat from a cooling system for metallic workpieces, a compressed air compressor, a hydraulic system, a refrigeration and/or deep-freeze system, a computer system, an air conditioning system, a foundry, a solar thermal system, and/or an anodizing plant can be used.
  • the selection of a waste heat source should expressly not be limited to a narrow spatial and/or functional environment of the preheating device.
  • the heat pump unit can be designed such that a heat quantity of 13 to 18 kWh, preferably 15 to 16 kWh, per ton of workpiece mass to be heated can be transferred from the second heating fluid to the heat transfer fluid, wherein the heat pump unit preferably has a
  • the heat pump control unit is designed to regulate the heating output of the heat pump.
  • a heat pump unit achieves a favorable ratio of heat output to energy input and/or costs.
  • the fluid dispensing device can be arranged above the receiving area, wherein the fluid dispensing device has a dispensing opening for supplying the upper surface, and preferably the entire surface, of the workpiece with the heat transfer fluid.
  • the heat transfer fluid preferably water
  • the heat transfer fluid exiting the fluid dispensing device, since, after the heat transfer fluid exits the fluid dispensing device, a surface of the workpiece is wetted by gravity if the fluid applied to the upper surface of the workpiece can spread over the entire surface of cylindrical workpieces solely by gravity.
  • the fluid dispensing device can extend parallel to a longitudinal axis of the receiving area in the preheating chamber, wherein the fluid dispensing device has a series of dispensing openings extending along the longitudinal axis of the receiving area to form a coating, preferably a laminar coating, with the heat transfer fluid on a top surface of the workpiece.
  • a heater bypass line with a valve assembly can be formed in the heating fluid line, whereby the heating fluid can be routed around the heat transfer fluid heater by means of the heater bypass line, thus reducing the heating of the heat transfer fluid.
  • the heat transfer fluid heater and the preheating chamber can be arranged in a heat transfer fluid circuit with a circulation pump device, wherein there is a connection between the heat transfer fluid heater and the EXT-P-04597-WP2 - 8 - 09/18/2025
  • the preheating chamber contains a heat transfer fluid line, and a return line connects the preheating chamber to the heat transfer fluid heater.
  • the heat transfer fluid circuit can include a treatment unit for the chemical treatment of the heat transfer fluid.
  • This unit is designed to maintain a state of the heat transfer fluid in which the formation of deposits in the heat transfer fluid circuit is reduced, preferably prevented.
  • Accompanying substances and/or impurities in the heat transfer fluid can accumulate in the heat transfer fluid circuit.
  • deposits are known, for example, as limescale when water is used as the heat transfer fluid.
  • biological contamination is also possible, particularly in areas of the heat transfer fluid circuit with lower temperatures. Such deposits disrupt the operation of the preheating device and/or increase maintenance requirements, as they can impair the function of and/or damage components of the heat transfer fluid circuit. This applies, for example, to valves, filters, nozzles, and/or pumps.
  • the treatment unit EXT-P-04597-WP2 - 9 - 18.09.2025 can advantageously prevent the maintenance effort for the preheating device by reducing such deposits.
  • the treatment facility can include a demineralization plant.
  • a bypass line can be arranged parallel to the preheating chamber between the heat transfer fluid line and the return line, wherein the bypass line and a supply line section connecting the heat transfer fluid line to the preheating chamber are each equipped with a shut-off valve.
  • the bypass line makes it possible to heat at least a portion of the heat transfer fluid circulating through the bypass line and the heat transfer fluid heater independently of whether a workpiece is supplied with the heat transfer fluid in the preheating chamber, and only after a defined target temperature of the heat transfer fluid has been reached, by appropriately adjusting the shut-off valves, is the workpiece in the preheating chamber supplied with the heat transfer fluid.
  • a heat transfer fluid tank can be arranged between the preheating chamber and the return line, such that the heat transfer fluid discharged from the fluid dispensing device into the receiving area of the preheating chamber flows from the preheating chamber into the heat transfer fluid tank and from the heat transfer fluid tank into the heat transfer fluid heater.
  • the heat transfer fluid tank advantageously ensures continuous operation of the preheating device, and in particular, continuous circulation of the heat transfer fluid within the preheating device.
  • the heat transfer fluid tank can compensate for fluctuating flow rates of the heat transfer fluid through the preheating chamber.
  • EXT-P-04597-WP2 - 10 - 18.09.2025 compensate for differences that arise due to different workpiece shapes and/or due to the advantageous pressureless and/or gravity-induced application of the heat transfer fluid to the workpiece.
  • the heat transfer fluid circuit can include a cleaning device, in particular a high-pressure cleaning device, wherein the cleaning device comprises at least one additional fluid dispensing device for applying heat transfer fluid exiting from the additional fluid dispensing device to a surface of the workpiece.
  • a cleaning device in particular a high-pressure cleaning device
  • the cleaning device comprises at least one additional fluid dispensing device for applying heat transfer fluid exiting from the additional fluid dispensing device to a surface of the workpiece.
  • the heat transfer fluid circuit can be located in the heat transfer fluid line.
  • EXT-P-04597-WP2 - 11 - 18.09.2025 A branch line is provided between the heat transfer fluid heater and the preheating chamber, through which the heat transfer fluid is supplied to the cleaning device.
  • the branch line is designed as a valve, making it switchable and/or adjustable.
  • the cleaning unit can include a high-pressure pump configured to deliver the heat transfer fluid supplied to the cleaning unit under increased pressure to the additional fluid dispensing unit.
  • the increased pressure of the high-pressure pump allows for a particularly intensive cleaning effect.
  • High-pressure cleaning is especially advantageous because it eliminates the need for cleaning agents, such as surfactants. This significantly simplifies the treatment and disposal of the heat transfer fluid.
  • the cleaning unit can include a collection device that collects the heat transfer fluid applied to the workpiece by the cleaning unit and directs it to the heat transfer fluid heater via the return line.
  • a collection device that collects the heat transfer fluid applied to the workpiece by the cleaning unit and directs it to the heat transfer fluid heater via the return line.
  • the collection device is particularly advantageous when designed as a common collection device for the cleaning unit and the fluid dispensing unit and/or the preheating chamber. This simplifies the design of the heat transfer fluid circuit.
  • the common collection device then ensures the return or transfer of the heat transfer fluid to a return line.
  • the common collection device for the cleaning unit and the fluid dispensing unit or preheating chamber facilitates the return or merging of the different fluid paths of the heat transfer fluid circuit.
  • the heat transfer fluid line and/or return line can include filter media for filtering contaminants from the heat transfer fluid circuit.
  • the preheating chamber can be tubular and designed as a flow-through chamber with an inlet seal formed on a first end face and another on an opposite end face.
  • EXT-P-04597-WP2 - 13 - 18.09.2025 designed outlet seal.
  • the preheating device enables continuous operation, with workpieces being conveyed through it. This makes the preheating device particularly easy and functionally advantageous to integrate into a complete system.
  • the seals, i.e., the inlet and outlet seals can be designed as sliding seals, the opening of which is adapted to the respective cross-section, in particular the diameter, of the workpiece, so that the seal, especially the opening, rubs against the workpiece.
  • a first heating fluid line can be thermally connected to a first waste heat coupling unit, such that a first heating fluid flowing in the first heating fluid line can be heated to a first heating fluid temperature above the operating temperature of the heat transfer fluid by means of the first waste heat coupling unit using waste heat from a first waste heat source.
  • a first waste heat source Any manufacturing process and/or any factory equipment with a waste heat temperature above the operating temperature can be considered a first waste heat source.
  • a coolant of any system and/or device that has a temperature level above the operating temperature can be used as the first heating fluid.
  • the system and/or device with a waste heat temperature above the operating temperature can be connected to the first heating fluid line, such that a primary coolant corresponds to the first heating fluid, or the primary cooling circuit can be thermally connected to the first heating fluid line.
  • the first waste heat source can, for example, be a gas furnace, which is also intended for further heating of the workpieces after preheating.
  • the exhaust gas from such a gas furnace has a temperature significantly above the operating temperature of the heat transfer fluid, so that effective heating of the heat transfer fluid by means of a heat exchanger is possible.
  • a heat exchanger device can be provided for heat transfer directly from the exhaust gas to the heat transfer fluid, so that the exhaust gas can be considered a first heating fluid. This embodiment is particularly advantageous when the preheating device, the heat exchanger device, and the exhaust gas outlet of the gas furnace are located in close proximity as the waste heat source.
  • a second heating fluid line can be thermally connected to a second waste heat coupling unit, such that a second heating fluid flowing in the second heating fluid line can be heated to a second heating fluid temperature below the operating temperature of the heat transfer fluid by means of the second waste heat coupling unit using waste heat from a second waste heat source.
  • a second heating fluid flowing in the second heating fluid line can be heated to a second heating fluid temperature below the operating temperature of the heat transfer fluid by means of the second waste heat coupling unit using waste heat from a second waste heat source.
  • Any manufacturing process and/or any factory equipment with a waste heat temperature below the operating temperature can be considered the second waste heat source.
  • a coolant from any system and/or device that has a temperature level below the operating temperature can be used as the second heating fluid.
  • a primary cooling circuit of a system and/or device with a waste heat temperature below the operating temperature can be connected to the second heating fluid line, so that a primary coolant corresponds to the second heating fluid, or the primary cooling circuit can be thermally connected to the second heating fluid line.
  • the waste heat from such sources can be used to heat the heat transfer fluid by means of a heat pump.
  • a large number of machines and systems in a typical industrial plant generate waste heat at a temperature level below the operating temperature of the heat transfer fluid.
  • Heat transfer fluids This waste heat can be used in the preheating system by means of the heat pump system.
  • a first heating fluid line and/or a second heating fluid line can each absorb waste heat from several waste heat sources and transfer it to the heat transfer fluid in the heat transfer fluid heater.
  • a waste heat network can be configured. EXT-P-04597-WP2 - 16 - 18.09.2025
  • Figure 1 a schematic representation of a device according to the invention
  • Figure 2 a schematic and cut-out representation of a preheating system according to the invention.
  • Fig. 1 shows a preheating device 1 with a preheating chamber 2, which is designed as a continuous flow chamber.
  • a workpiece 50 in this example an aluminum bar, is held in a receiving area 3 of the preheating chamber 2.
  • the workpiece 50 rests on a conveyor 8, which conveys the workpiece 50 along a longitudinal axis L of the receiving area 3 through the preheating chamber 2.
  • a heating section with length E is thus formed in the preheating chamber 2.
  • the length E of the heating section corresponds to three times the length W of the workpiece 50.
  • a fluid dispensing device 5 has a plurality of dispensing openings 6 arranged along the longitudinal axis L of the fluid dispensing device 5.
  • the dispensing of the heat transfer fluid 12 is shown by way of example at individual dispensing openings 6 in Fig. 1.
  • the heat transfer fluid 12 comes into contact with a top surface 51 of the workpiece 50 and subsequently wets the surface of the workpiece 50.
  • a first heating fluid flowing in a first heating fluid line 40a is heated to a temperature above the operating temperature by means of a first waste heat coupling unit 44a.
  • a second heating fluid flowing in a second heating fluid line 40b is heated to a temperature below the operating temperature by means of a second waste heat coupling unit 44b.
  • the heat transfer fluid heater 13 includes a
  • the heat exchanger 14 is thermally connected to the first heating fluid line 40a, so that the heat transfer fluid 12 can be heated by the first heating fluid via the heat exchanger 14.
  • the first heating fluid is heated by waste heat via the first waste heat coupling unit 44a.
  • the waste heat In order for the first heating fluid to reach a temperature above the operating temperature of the heat transfer fluid 12, the waste heat must be generated at a temperature level above the operating temperature of the heat transfer fluid 12.
  • the heat pump unit 15 is thermally connected to a second heating fluid line 40b, so that the heat transfer fluid 12 can be heated by the second heating fluid via the heat pump unit 15.
  • the second heating fluid is heated by waste heat via the second waste heat coupling unit 44b.
  • the heat pump unit 15 makes it possible to use waste heat, which is generated at a temperature level below the operating temperature of the heat transfer fluid 12, to heat the heat transfer fluid 12.
  • a heat pump controller 16 is provided for controlling the heat pump unit 15.
  • the invention is expressly not limited to a specific number of waste heat coupling units 44a, 44b; a plurality of waste heat coupling units 44a, 44b can be provided, such that a waste heat network is formed.
  • a heating fluid line 40a, 40b can be designed as a circuit, so that the heating fluid circulates in the heating fluid line 40a, 40b.
  • a heating fluid line 40a, 40b can be designed as a circuit, so that the heating fluid circulates in the heating fluid line 40a, 40b.
  • Heating fluid lines 40a and 40b should be designed as open lines, allowing the heating fluid to flow freely through the heat transfer fluid heater. This design is particularly advantageous when using exhaust gas as a heating fluid.
  • a collection device 28 is arranged below the conveying device 8. This device collects the heat transfer fluid 12, discharges it from the preheating chamber 2, and returns it to the heat transfer fluid heater 13 via a return line 18. In this way, a heat transfer fluid circuit 10 is formed.
  • the preheating chamber 2 has an inlet seal 33 on one inlet side, through which a workpiece 50 is introduced into the preheating chamber 2.
  • a cleaning unit 24 is connected to the preheating chamber 2.
  • This cleaning unit incorporates a second fluid dispensing unit 25, through which the heat transfer fluid 12 is dispensed under increased pressure, thus cleaning the workpiece 50 by means of high pressure.
  • a high-pressure pump 27 is connected to the heat transfer fluid line 11 via a branch line 26.
  • the collection device 28 is designed to collect the heat transfer fluid 12 dispensed in the cleaning unit 24 and feed it into the return line 18.
  • the workpiece 50 is discharged from the cleaning unit 24 through an outlet seal 34 and out of the preheating unit 1, making it ready for further processing.
  • a circulation pump unit 21 enables continuous circulation of the heat transfer fluid 12 in the heat transfer fluid circuit 10.
  • a heat transfer fluid tank 20 provides a sufficiently large volume of the heat transfer fluid 12 to compensate for fluctuations in the flow rate in the heat transfer fluid line 11 and in the return line 18.
  • a filter medium 23 removes impurities and particles, particularly those that enter the heat transfer fluid 12 in the cleaning unit 34. This protects other components of the heat transfer fluid circuit 10, such as the circulation pump unit 21, from the harmful effects of impurities and particles in the heat transfer fluid 12.
  • the heat transfer fluid circuit 10 includes a treatment unit 19.
  • a fresh water inlet can include the treatment unit.
  • the treatment unit 19 treats the heat transfer fluid 12 in such a way as to prevent deposits from forming in the heat transfer fluid circuit 10. This applies, for example, to limescale deposits and/or so-called "boiler scale,” which could impair or destroy the components of the heat transfer fluid circuit 10.
  • the treatment can, for example, involve a chemical treatment to soften the heat transfer fluid 12.
  • a bypass line 29 runs parallel to the preheating chamber 2, bypassing it.
  • Shut-off valve devices 31, 32 in the bypass line 29 and in a feed line section 30 of the heat transfer fluid line 11 determine the flow path of the heat transfer fluid 12.
  • the chamber bypass line 29 allows the heat transfer fluid 12 to circulate without flowing through the preheating chamber 2. This prevents the heat transfer fluid 12 from being discharged when no workpiece 50 is in the receiving area 3, and also allows for faster heating of the heat transfer fluid 12 when using the chamber bypass line 29.
  • heating fluid can be directed into heater bypass lines 42 by means of valve devices 43.
  • Such overheating could occur, in particular, when more waste heat is transferred to the heat transfer fluid 12 via the heating fluid from a waste heat coupling unit 44a, 44b than from the EXT-P-04597-WP2 - 21 - 09/18/2025
  • Heat transfer fluid is delivered to a workpiece 50.
  • the valve devices 43 are connected to a control unit 7 for control purposes.
  • Fig. 2 shows a schematic and cut-out representation of a preheating system 60 according to the invention with several waste heat sources 61a, 61b.
  • Three second waste heat coupling units 44b are formed as part of the preheating system 60 by means of a second heating fluid line 40b. These second waste heat coupling units 44b transfer waste heat Qb from second waste heat sources 61b to the heating fluid flowing in the second heating fluid line 40b.
  • the waste heat Qb has a temperature level below the operating temperature of the heat transfer fluid 12 of the preheating device 1. This waste heat can, for example, originate from an air conditioning system, a refrigeration unit, a compressed air compressor, or a hydraulic system.
  • the preheating system according to the invention is not limited to a specific type of waste heat source 61b.
  • first heating fluid lines 40a By means of first heating fluid lines 40a, two first waste heat coupling units 44a are formed as part of the preheating system 60.
  • waste heat Qa from first waste heat sources 61a is transferred to the heating fluid flowing in the first heating fluid line 40a.
  • the waste heat Qa has a temperature level above the operating temperature of the heat transfer fluid 12 of the preheating device 1.
  • waste heat from a metal melting furnace can be transferred to the first heating fluid by means of a first waste heat coupling unit 44a and thus supplied to the preheating device 1.
  • a first heating fluid line 40a is designed as the exhaust line of the gas furnace.
  • a waste heat source 61a, 61b can be connected to an additional, conventional cooling system. This ensures that a waste heat source 61a, 61b is adequately cooled at all times and that the heat transfer fluid 12 and/or a heating fluid does not overheat.
  • an additional exhaust gas line can be provided, which discharges the exhaust gas without heating the heat transfer fluid 12.
  • Figure 2 shows that the preheating system 60 according to the invention is not limited to connecting several waste heat coupling units 44a, 44b via a common first heating fluid line 40a and a common second heating fluid line 40b.
  • a plurality of heating fluid lines 40a, 40b can be formed, in which different fluids can also flow.
  • the preheating system 60 preferably forms a waste heat network, wherein waste heat Qa, Qb from various waste heat sources 61a, 61b is supplied to the preheating device 1 via the heating fluid lines 40a, 40b.
  • waste heat sources 61a, 61b there is no limitation to waste heat sources 61a, 61b in the immediate vicinity of the preheating device 1.
  • the preheating system 60 can be flexibly adapted to a specific application and the waste heat sources 61a, 61b present therein. EXT-P-04597-WP2 - 23 - 09/18/2025
  • Heating fluid line a First heating fluid line b. Second heating fluid line
  • Waste heat coupling unit a First waste heat coupling unit b. Second waste heat coupling unit
  • Waste heat source a First waste heat source b. Second waste heat source

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorwärmvorrichtung zum Vorwärmen stangenförmiger, metallischer Werkstücke, wobei die Vorwärmvorrichtung eine Vorwärmkammer mit einem Aufnahmebereich zur Aufnahme zumindest eines Werkstücks aufweist, wobei die Vorwärmvorrichtung eine Heizfluidleitung aufweist, welche von einem Heizfluid durchströmbar ist, wobei das Heizfluid mittels einer von der Heizfluidleitung umfassten Abwärmeeinkopplungseinheit durch Abwärme, beheizbar ist, wobei die Vorwärmvorrichtung eine Wärmeträgerfluidleitung aufweist, welche von einem Wärmeträgerfluid durchströmbar ist, wobei die Vorwärmvorrichtung einen Wärmeträgerfluidheizer umfasst, welcher die Wärmeträgerfluidleitung wärmeleitend mit der Heizfluidleitung verbindet, sodass das Wärmeträgerfluid durch Wärmeübertragung von dem in der Heizfluidleitung strömenden Heizfluid beheizbar ist, wobei die Wärmeträgerfluidleitung eine Fluidausgabeeinrichtung zur Ausgabe des Wärmeträgerfluids in den Aufnahmebereich aufweist, sodass eine Vorwärmung eines in dem Aufnahmebereich angeordneten Werkstücks mittelbar von dem Heizfluid über das in dem Wärmeträgerfluidheizer aufgeheizte Wärmeträgerfluid erfolgt wobei der Aufnahmebereich eine Erwärmungsstrecke für die Erwärmung des Werkstücks umfasst, wobei über eine Länge der Erwärmungsstrecke, welche wenigstens einer 0,7-fachen des Werkstücks, entspricht, eine Wärmeübertragung auf das Werkstück erfolgt.

Description

EXT-P-04597-WP2 - 1 - 18.09.2025
Stangenvorwärmung aus Wärmepool
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vorwärmen stangenförmiger, metallischer Werkstücke, insbesondere Aluminiumstangen, mittels einer beheizten Fluidströmung, welche insbesondere durch Abwärme eines Fabrikationsvorgangs und/oder einer Fabrikeinrichtung beheizt ist, wobei die Vorrichtung eine Vorwärmkammer zur Aufnahme des Werkstücks aufweist.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise aus der EP 3 857 147 B1 eine Vorrichtung zum Vorwärmen stangenförmiger Werkstücke bekannt. Die dort offenbarte Vorrichtung nutzt Wärme von Abgas eines Gasschnellanwärmofens, um ein Wärmeträgerfluid zu erhitzen und mit diesem das Werkstück vorzuwärmen.
Aus der US 4,373,706 ist eine Vorrichtung zur Vorwärmung von metallischen Werkstücken, insbesondere aus Aluminium oder Magnesium, bekannt, welche einen elektrisch oder mit einem Brennstoff beheizten Vorwärmabschnitt aufweist. Es wird als nachteilig angegeben, dass der Vorwärmabschnitt bei einem kontinuierlichen Betrieb mit einer Förderung eines Werkstücks durch den Vorwärmabschnitt hindurch überproportional lang sein muss, damit über eine ausreichend lange Verweildauer in dem Vorwärmabschnitt eine gewünschte Vorwärmung erfolgt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorwärmvorrichtung vorzuschlagen, welche die Nachteile aus dem Stand der Technik adressiert und insbesondere eine kompakte Ausgestaltung bei gleichzeitig effektiver Vorwärmung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Vorwärmvorrichtung und das
Vorwärmsystem gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. EXT-P-04597-WP2 - 2 - 18.09.2025
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorwärmvorrichtung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und Figurenbeschreibung sowie der Unteransprüche.
Die vorrichtungsmäßig beschriebenen und beanspruchten Merkmale sollen auch als entsprechend verfahrensmäßig offenbart und beanspruchbar gelten.
Die Vorwärmvorrichtung zum Vorwärmen stangenförmiger, metallischer Werkstücke, insbesondere Aluminiumstangen, weist eine Vorwärmkammer mit einem Aufnahmebereich zur Aufnahme zumindest eines Werkstücks auf. Weiter weist sie eine Heizfluidleitung auf, welche von einem Heizfluid durchströmbar ist und wobei das Heizfluid mittels einer von der Heizfluidleitung umfassten Abwärmeeinkopplungseinheit durch Abwärme, bevorzugt eines Fabrikationsvorgangs und/oder einer Fabrikeinrichtung, beheizbar ist. Ferner weist die Vorwärmvorrichtung eine Wärmeträgerfluidleitung, welche von einem Wärmeträgerfluid durchströmbar ist, und einen Wärmeträgerfluidheizer auf, welcher die Wärmeträgerfluidleitung wärmeleitend mit der Heizfluidleitung verbindet, sodass das Wärmeträgerfluid durch Wärmeübertragung von dem in der Heizfluidleitung strömenden Heizfluid beheizbar ist. Dabei weist die Wärmeträgerfluidleitung eine Fluidausgabeeinrichtung zur Ausgabe des Wärmeträgerfluids in den Aufnahmebereich auf, sodass eine Vorwärmung eines in dem Aufnahmebereich angeordneten Werkstücks mittelbar von dem Heizfluid über das in dem Wärmeträgerfluidheizer aufgeheizte Wärmeträgerfluid erfolgt.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Aufnahmebereich eine Erwärmungsstrecke für die Erwärmung des Werkstücks umfasst, wobei über eine Länge der Erwärmungsstrecke, welche wenigstens einer 0,7- fachen, bevorzugt einer zweifachen bis vierfachen, Länge, insbesondere EXT-P-04597-WP2 - 3 - 18.09.2025 einer Maximallänge, des Werkstücks, entspricht, eine Wärmeübertragung auf das Werkstück erfolgt.
Bevorzugt wird ein Werkstück mit einer Fördergeschwindigkeit, welche bevorzugt konstant gehalten wird, und weiter vorteilhaft auf andere, nicht von der Erfindung umfasste, Verarbeitungsvorrichtungen abgestimmt ist, durch eine erfindungsgemäße Vorwärmvorrichtung hindurchbewegt. Die Maximallänge eines Werkstücks kann durch die gesamte Vorwärmvorrichtung und/oder durch nachfolgende oder vorangehende Verarbeitungsvorrichtungen, die nicht von der Erfindung umfasst sind, und/oder von Industriestandards definiert und/oder vorgegeben sein. Beispielsweise kann eine, der Erwärmung eines Werkstücks nachfolgende, Umformvorrichtung eine Maximallänge des Werkstücks vorgeben. In einer beispielhaften und üblichen Umsetzung der Vorwärmvorrichtung beträgt die Maximallänge eines Werkstücks 1 ,5 m.
Die vorliegende Erfindung hat erkannt, dass entgegen des Stands der Technik auch bei einer im Verhältnis zur Länge des Werkstücks kurzen Länge der Erwärmungsstrecke eine ausreichende Vorwärmung des Werkstücks erreicht wird. Bereits eine Länge der Erwärmungsstrecke, die der 0,7-fachen Länge eines Werkstücks entspricht ermöglicht eine ausreichende Erwärmung, ohne eine zu niedrige Fördergeschwindigkeit zu erfordern. Besonders vorteilhaft wirkt eine Länge der Erwärmungsstrecke, die der zweifachen bis vierfachen Länge eines Werkstücks entspricht, da sich damit im Zusammenwirken mit einer üblichen und vorteilhaften Fördergeschwindigkeit eine vorteilhafte Verweildauer in der Erwärmungsstrecke ergibt, die zu einer optimalen Erwärmung des Werkstücks führt.
Vorteilhaft ist das Wärmeträgerfluid aus einer Flüssigkeit gebildet. Hierdurch kann die im Vergleich zu einem Gas bei einer Flüssigkeit EXT-P-04597-WP2 - 4 - 18.09.2025 vorhandene Benetzungsfähigkeit, die eine entsprechende Verweil- oder Kontaktdauer der Flüssigkeit auf dem Werkstück ermöglicht, zu einer erheblichen Steigerung der Effektivität der Wärmeübertragung führen, was eine vorteilhaft kurze Länge der Erwärmungsstrecke erlaubt.
Sowohl hinsichtlich der prozesstechnischen Handhabung als auch der einfachen Verfügbarkeit hat sich Wasser als das Wärmeträgerfluid als besonders vorteilhaft erwiesen. Wasser erlaubt aufgrund seiner im Vergleich zu anderen gängigen Flüssigkeiten hohen spezifischen Wärmekapazität das Übertragen großer Wärmemengen.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann der Wärmeträgerfluidheizer eine Wärmetauschereinrichtung zur Übertragung von Wärme von einem ersten Heizfluid, das in einer ersten Heizfluidleitung strömt, an das Wärmeträgerfluid umfassen. Beispielsweise durch den Siedepunkt des Wärmeträgerfluids und/oder andere prozesstechnische Randbedingungen kann eine Arbeitstemperatur des Wärmeträgerfluids auf einen Maximalwert begrenzt sein. Ein erstes Heizfluid weist eine Temperatur oberhalb der Arbeitstemperatur auf, so dass eine Wärmetauschereinrichtung eine vorteilhaft einfache Wärmeübertragung vom Heizfluid auf das Wärmeträgerfluid erreicht. Ein erstes Heizfluid kann bevorzugt mittels Abwärme eines Fabrikationsvorgangs und/oder einer Fabrikeinrichtung auf eine Temperatur oberhalb der Arbeitstemperatur beheizt sein. So ist beispielsweise Abwärme eines Verbrennungsvorgangs, eines elektrischen Heizvorgangs und/oder eines Metallschmelzvorgangs nutzbar. Insbesondere bei Nutzung von Abwärme eines Verbrennungsvorgangs kann Verbrennungsabgas ein erstes Heizfluid ausbilden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann der Wärmeträgerfluidheizer eine Wärmepumpeneinrichtung zur Übertragung EXT-P-04597-WP2 - 5 - 18.09.2025 von Wärme von einem zweiten Heizfluid, das in einer zweiten Heizfluidleitung strömt, an das Wärmeträgerfluid umfassen. Ein zweites Heizfluid weist eine Temperatur unterhalb der Arbeitstemperatur des Wärmeträgerfluids auf, wobei eine Wärmepumpeneinrichtung eine vorteilhaft energieeffiziente Wärmeübertragung von dem zweiten Heizfluid an das Wärmeträgerfluid ermöglicht. Dabei kann ein Vielfaches der aufgewendeten mechanischen Arbeit in Form von Wärme für das Wärmeträgerfluid nutzbar gemacht werden. Ein zweites Heizfluid kann bevorzugt mittels Abwärme eines Fabrikationsvorgangs und/oder einer Fabrikeinrichtung auf eine Temperatur unterhalb der Arbeitstemperatur beheizt sein. So ist beispielsweise Abwärme Kühlanlage für metallische Werkstücke, eines Druckluftkompressors, einer Hydraulikanlage, einer Kühl- und/oder Tiefkühlanlage, eines Rechnersystems, einer Klimaanlage, einer Gießerei, einer Solartherm ieanlage und/oder einer Eloxierungsanlage nutzbar.
Die Auswahl einer Abwärmequelle soll dabei ausdrücklich nicht auf eine enge räumliche und/oder funktionale Umgebung der Vorwärmvorrichtung eingeschränkt sein.
In einer vorteilhaft weiterbildenden Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann die Wärmepumpeneinrichtung so ausgelegt sein, dass eine Wärmemenge von 13 bis 18 kWh, bevorzugt 15 bis 16 kWh, je Tonne zu erwärmender Werkstückmasse von dem zweiten Heizfluid an das Wärmeträgerfluid übertragbar ist, wobei die Wärmepumpeneinrichtung bevorzugt eine
Wärmepumpensteuerungseinrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist die Heizleistung der Wärmepumpeneinrichtung zu steuern. Vorteilhaft erreicht eine derartige Wärmepumpeneinrichtung ein günstiges Verhältnis von abgegebener Wärmemenge zu Aufwand und/oder Kosten für EXT-P-04597-WP2 - 6 - 18.09.2025
Anschaffung und Betrieb, besonders vorteilhaft wird ein, insbesondere betriebswirtschaftliches, Optimum erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann die Fluidausgabeeinrichtung oberhalb des Aufnahmebereichs angeordnet sein, wobei die Fluidausgabeeinrichtung eine Ausgabeöffnung zur Beaufschlagung einer Oberseite und bevorzugt zur Benetzung der gesamten Oberfläche des Werkstücks mit dem Wärmeträgerfluid aufweist. Vorteilhaft sind mit dem aus der Fluidausgabeeinrichtung austretenden Wärmeträgerfluid, vorzugsweise Wasser, besonders gute Ergebnisse bei der Wärmeübertragung in Kombination mit einem besonders wirtschaftlichen Betrieb der Vorwärmvorrichtung erreichbar, da nach Austritt des Wärmeträgerfluids aus der Fluidausgabeeinrichtung eine durch Schwerkraft bewirkte Benetzung einer Oberfläche des Werkstücks erfolgt, wenn die auf die Oberseite des Werkstücks aufgegebene Flüssigkeit bei zylinderförmig ausgebildeten Werkstücken allein durch die Schwerkraft bedingt sich über die gesamte Oberfläche des Werkstücks ausbreiten kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann sich die Fluidausgabeeinrichtung parallel zu einer Längsachse des Aufnahmebereichs in der Vorwärmkammer erstrecken, wobei die Fluidausgabeeinrichtung eine sich entlang der Längsachse des Aufnahmebereichs erstreckende Reihe von Ausgabeöffnungen zur Ausbildung einer Benetzung, vorzugsweise einer laminaren Benetzung, mit dem Wärmeträgerfluid auf einer Oberseite des Werkstücks aufweist. Hierdurch wird eine besonders einfache Ausbildung der Vorwärmvorrichtung mit gleichzeitig möglichst großflächiger Einwirkung auf die Oberfläche des Werkstücks ermöglicht. Weiter vorteilhaft wirkt dabei die sich entlang der Längsachse des Aufnahmebereichs EXT-P-04597-WP2 - 7 - 18.09.2025 erstreckende Reihe von Ausgabeöffnungen, mit welcher sichergestellt ist, dass genügend Wärme abgegeben werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann in der Heizfluidleitung eine Heizerumgehungsleitung mit einer Ventileinrichtung ausgebildet sein, wobei mittels der Heizerumgehungsleitung Heizfluid an dem Wärmeträgerfluidheizer vorbei leitbar ist, sodass eine verminderte Erwärmung des Wärmeträgerfluids erfolgt. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, eine Zufuhr von Wärme in den Wärmeträgerfluidheizer und damit in das Wärmeträgerfluid zu stoppen, wenigstens jedoch zu verringern. So ist vorteilhaft eine Überhitzung des Wärmeträgerfluids über die Arbeitstemperatur oder eine vorgegebene Maximaltemperatur hinaus verhindert.
Vorteilhaft weiterbildend kann die Vorwärmvorrichtung eine Steuerungseinrichtung umfassen, welche zum steuerungstechnischen Zusammenwirken mit der Ventileinrichtung eingerichtet ist, sodass das Heizfluid zu variablen Anteilen in den Wärmeträgerfluidheizer und/oder in die Heizerumgehungsleitung leitbar ist, sodass die Erwärmung des Wärmeträgerfluids bis zu einer vordefinierten Maximaltemperatur erfolgt. Damit ist eine vorteilhaft genaue Steuerung der in dem Wärmeträgerfluidheizer eingebrachten Wärmemenge möglich, wobei der Bedienungsaufwand vorteilhaft gering ist. Die Steuerungseinrichtung kann mit einer übergeordneten Steuerungseinrichtung datentechnisch verbunden sein, beispielsweise mittels eines Feldbussystems, was eine vorteilhaft einfache Integration in eine Gesamtanlage erlaubt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann der Wärmeträgerfluidheizer und die Vorwärmkammer in einem Wärmeträgerfluidkreislauf mit einer Umwälzpumpeneinrichtung angeordnet sein, wobei zwischen dem Wärmeträgerfluidheizer und der EXT-P-04597-WP2 - 8 - 18.09.2025
Vorwärmkammer die Wärmeträgerfluidleitung und zwischen der Vorwärmkammer und dem Wärmeträgerfluidheizer eine Rückführleitung ausgebildet ist. Durch die Nutzung des Wärmeträgerfluids in einem Kreislauf können durch die Nutzung des Wärmeträgerfluids in mehrfachen Aufwärmzyklen die Kosten für die Beschaffung des Wärmeträgerfluids vorteilhaft reduziert werden. Im Fall der Nutzung von Wasser als Wärmeträgerfluid ist es beispielsweise ausreichend den Wasserverlust, insbesondere durch Verdampfung, auszugleichen, was selbst bei den geringen Kosten von Wasser einen deutlichen Kostenvorteil gegenüber einer dauerhaften Verwendung von frischem Wasser mit sich bringt. Auch aus Gründen der Umweltverträglichkeit ist die Ausbildung eines Wärmeträgerfluidkreislaufs vorteilhaft.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann der Wärmeträgerfluidkreislauf eine Behandlungseinrichtung zur chemischen Behandlung des Wärmeträgerfluids umfassen, welche zur Aufrechterhaltung eines Zustands des Wärmeträgerfluids eingerichtet ist, in welchem die Bildung von Ablagerungen in dem Wärmeträgerfluidkreislauf vermindert, bevorzugt verhindert, ist. Begleitstoffe und/oder Verunreinigungen des Wärmeträgerfluids können sich in dem Wärmeträgerfluidkreislauf ablagern. Derartige Ablagerungen sind bei Verwendung von Wasser als Wärmeträgerfluid beispielsweise als sogenannter Kesselstein bekannt. Weiterhin ist auch eine biologische Verunreinigung, insbesondere in Bereichen des Wärmeträgerfluidkreislaufs mit geringeren Temperaturen möglich. Solche Ablagerungen stören den Betrieb der Vorwärmvorrichtung und/oder erhöhen den Wartungsaufwand, da sie Bauteile des Wärmeträgerfluidkreislaufs in ihrer Funktion beeinträchtigen und/oder beschädigen können. Das betrifft beispielswese Ventile, Filter, Düsen und/oder Pumpen. Weiterhin können Ablagerungen blockieren den Strömungswiderstand in Leitungen erhöhen. Die Behandlungseinrichtung EXT-P-04597-WP2 - 9 - 18.09.2025 kann durch das Verringern solcher Ablagerungen den Wartungsaufwand für die Vorwärmvorrichtung vorteilhaft verhindern. Beispielsweise kann die Behandlungseinrichtung eine Demineralisierungsanlage umfassen.
In einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann parallel zur Vorwärmkammer zwischen der Wärmeträgerfluidleitung und der Rückführleitung eine Kammerumgehungsleitung angeordnet sein, wobei die Kammerumgehungsleitung und ein die Wärmeträgerfluidleitung mit der Vorwärmkammer verbindender Zuführleitungsabschnitt jeweils mit einer Absperrventileinrichtung versehen sind. Vorteilhaft ist es mittels der Kammerumgehungsleitung möglich, unabhängig von der Beaufschlagung eines Werkstücks mit dem Wärmeträgerfluid in der Vorwärmkammer zumindest eine durch die Kammerumgehungsleitung und den Wärmeträgerheizer zirkulierende Teilmenge des Wärmeträgerfluids aufzuheizen und erst nach Erreichen einer definierten Solltemperatur des Wärmeträgerfluids durch entsprechende Einstellung der Absperrventileinrichtungen eine Beaufschlagung des in der Aufwärmkammer angeordneten Werkstücks durchzuführen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann zwischen der Vorwärmkammer und der Rückführleitung ein Wärmeträgerfluidtank angeordnet sein, derart, dass das aus der Fluidausgabeeinrichtung in den Aufnahmebereich der Vorwärmkammer abgegebene Wärmeträgerfluid aus der Vorwärmkammer in den Wärmeträgerfluidtank und aus dem Wärmeträgerfluidtank in den Wärmeträgerfluidheizer gelangt. Vorteilhaft ist mittels des Wärmeträgerfluidtanks ein kontinuierlicher Betrieb der Vorwärmvorrichtung, insbesondere ein kontinuierlicher Umlauf des Wärmeträgerfluids in der Vorwärmvorrichtung sichergestellt. Beispielsweise kann der Wärmeträgerfluidtank schwankende Durchlaufzeiten des Wärmeträgerfluids durch die Vorwärmkammer EXT-P-04597-WP2 - 10 - 18.09.2025 ausgleichen, die sich aufgrund unterschiedlicher Werkstückformen und/oder aufgrund des vorteilhaft drucklosen und/oder schwerkraftbedingten Beaufschlagens des Werkstücks mit dem Wärmeträgerfluid ergeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann der Wärmeträgerfluidkreislauf eine Reinigungseinrichtung umfassen, insbesondere eine Hochdruckreinigungseinrichtung, wobei die Reinigungseinrichtung zumindest eine zusätzliche Fluidausgabeeinrichtung zur Beaufschlagung einer Oberfläche des Werkstücks mit aus der zusätzlichen Fluidausgabeeinrichtung austretendem Wärmeträgerfluid umfasst. Durch diese Ausführungsform wird in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht, dass der Wärmeträgerfluidkreislauf und das darin befindliche Wärmeträgerfluid nicht nur zur Vorwärmung des Werkstücks sondern auch zur Reinigung oder Vorreinigung des Werkstücks genutzt werden kann, wobei in besonders vorteilhafter Weise lediglich ein einziger oder gemeinsamer Wärmeträgerfluidkreislauf benötigt wird und dadurch in ebenfalls vorteilhafter Weise der entsprechend aufgewärmte oder vorgewärmte Wärmeträger zur Reinigung oder Vorreinigung des Werkstücks benutzt werden kann, wodurch einerseits die Reinigungsleistung gesteigert wird und wodurch andererseits die Vorwärmung des Werkstücks weiter gesteigert, zumindest aber nicht verschlechtert oder beeinträchtigt wird. Bei den zu entfernenden Verunreinigungen kann es sich beispielsweise um Staub, Sand, Fette, Öle aber auch aggressivere Verunreinigungen, wie beispielsweise Tierexkremente handeln, die durch die Herstellung, Lagerung und/oder den Transport auf der Oberfläche des Werkstücks vorhanden sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann der Wärmeträgerfluidkreislauf in der Wärmeträgerfluidleitung EXT-P-04597-WP2 - 11 - 18.09.2025 zwischen dem Wärmeträgerfluidheizer und der Vorwärmkammer eine Abzweigung aufweisen, wobei mittels der Abzweigung das Wärmeträgerfluid der Reinigungseinrichtung zugeführt wird. Damit ist eine besonders einfache anlagentechnische Integration der Reinigungseinrichtung in die Vorwärmvorrichtung gegeben. Bevorzugt ist die Abzweigung als Ventileinrichtung ausgebildet, sodass die Abzweigung schaltbar und/oder verstellbar ist.
In einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann die Reinigungseinrichtung eine Hochdruckpumpe umfassen, die dazu eingerichtet ist, das der Reinigungseinrichtung zugeführte Wärmeträgerfluid unter erhöhtem Druck zu der zusätzlichen Fluidausgabeeinrichtung zu fördern. Unter dem erhöhten Druck der Hochdruckpumpe kann eine vorteilhaft besonders intensive Reinigungswirkung erreicht werden. Besonders vorteilhaft kann durch eine Reinigung unter Hochdruck auf den Zusatz von Reinigungsmitteln, wie beispielsweise Tensiden, verzichtet werden. Das vereinfacht vorteilhaft die Aufbereitung und die Entsorgung des Wärmeträgerfluids.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann die Reinigungseinrichtung eine Auffangvorrichtung umfassen, welche das mit der Reinigungseinrichtung auf das Werkstück aufgetragene Wärmeträgerfluid auffängt und mittels der Rückführleitung zu dem Wärmeträgerfluidheizer leitet. Besonders vorteilhaft wird dadurch ermöglicht, dass das Wärmeträgerfluid in den Wärmeträgerfluidkreislauf zurückgeführt wird, nachdem es als Reinigungsfluid auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragen wurde. Damit kann der Wärmeträgerfluidkreislauf ohne nennenswerten Verbrauch als tatsächlicher Kreislauf betrieben werden, insbesondere wird durch die Nutzung der Reinigungsvorrichtung nur eine minimale Menge des Wärmeträgerfluids aus dem Wärmeträgerfluidkreislauf entnommen. EXT-P-04597-WP2 - 12 - 18.09.2025
Besonders vorteilhaft ist die Auffangvorrichtung als gemeinsame Auffangvorrichtung der Reinigungseinrichtung und der Fluidausgabeeinrichtung und/oder der Vorwärmkammer ausgebildet. Das vereinfacht den Aufbau des Wärmeträgerfluidkreislaufs. Insbesondere kann dann von der gemeinsamen Auffangvorrichtung eine Rückführung oder Überführung des Wärmeträgerfluids in eine Rückführleitung gewährleistet werden. Dies bedeutet mit anderen Worten ausgedrückt, dass die gemeinsame Auffangvorrichtung von Reinigungseinrichtung und Fluidausgabeeinrichtung oder Vorwärmkammer die Rückführung oder Vereinigung der unterschiedlichen Fluidpfade des Wärmeträgerfluidkreislaufs darstellt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann die Wärmeträgerfluidleitung und/oder Rückführleitung Filtermittel zur Filterung von Verschmutzungen aus dem Wärmeträgerfluidkreislauf umfassen.
Dadurch kann erreicht werden, dass die im Rahmen der Vorreinigung oder Reinigung, welche mit der Reinigungseinrichtung bewerkstelligt wird, von der Oberfläche des Werkstücks gelösten Schmutz- oder Verunreinigungspartikel nicht in den Wärmeträgerfluidkreislauf gelangen oder in dem Wärmeträgerfluidkreislauf verbleiben oder in diesem zu Verschleiß oder Verschmutzung der beteiligten Komponenten sorgen. Stattdessen erfolgt eine Ausfilterung derartiger Partikel aus dem Wärmeträgerfluidkreislauf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorwärmvorrichtung kann die Vorwärmkammer rohrförmig und als Durchlaufkammer ausgebildet sein mit einer an einer ersten Stirnseite ausgebildeten Eintrittsdichtung und einer an einer gegenüberliegenden Stirnseite EXT-P-04597-WP2 - 13 - 18.09.2025 ausgebildeten Austrittsdichtung. Als Durchlaufkammer ermöglicht die Vorwärmvorrichtung einen kontinuierlichen Betrieb, wobei Werkstücke durch die Vorwärmvorrichtung hindurch gefördert werden. So ist die Vorwärmvorrichtung besonders einfach und funktionell vorteilhaft in eine Gesamtanlage einzugliedern. Die Dichtungen, also die Eintritts- und Austrittsdichtung können als Schleifdichtungen ausgeführt sein, deren Öffnung an den jeweiligen Querschnitt, insbesondere Durchmesser, des Werkstücks angepasst ist, sodass eine schleifende Anlage der Dichtung, insbesondere der Öffnung an dem Werkstück, gegeben ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Vorwärmsystem zum Vorwärmen stangenförmiger, metallischer Werkstücke, insbesondere Aluminiumstangen, mittels eines beheizten Wärmeträgerfluids. Das Vorwärmsystem weist zumindest eine erfindungsgemäße Vorwärmvorrichtung, wie vorgehend beschrieben, eine Abwärmequelle und ein stangenförmiges, metallisches Werkstück, insbesondere eine Aluminiumstange, auf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Vorwärmsystems kann eine erste Heizfluidleitung wärmeleitend mit einer ersten Abwärmeeinkopplungseinheit verbunden sein, sodass ein in der ersten Heizfluidleitung strömendes erstes Heizfluid mittels der ersten Abwärmeeinkopplungseinheit mit Abwärme einer ersten Abwärmequelle auf eine erste Heizfluidtemperatur oberhalb der Arbeitstemperatur des Wärmeträgerfluids beheizbar ist. Ein beliebiger Fabrikationsvorgang und/oder eine beliebige Fabrikeinrichtung mit einer Abwärmetemperatur oberhalb der Arbeitstemperatur kann vorliegend als eine erste Abwärmequelle angesehen werden. In anderen Worten ausgedrückt kann ein Kühlmittel einer beliebigen Anlage und/oder Vorrichtung, das ein Temperaturniveau oberhalb der Arbeitstemperatur aufweist, als erstes Heizfluid genutzt werden. Dabei kann ein primärer Kühlkreislauf einer EXT-P-04597-WP2 - 14 - 18.09.2025
Anlage und/oder Vorrichtung mit einer Abwärmetemperatur oberhalb der Arbeitstemperatur mit der ersten Heizfluidleitung verbunden sein, sodass ein primäres Kühlmittel dem ersten Heizfluid entspricht oder der primäre Kühlkreislauf kann wärmeleitend mit der ersten Heizfluidleitung verbunden sein. Bei der ersten Abwärmequelle kann es sich beispielsweise um einen Gasofen handeln, der insbesondere auch zur weiteren Erwärmung der Werkstücke nach der Vorwärmung vorgesehen ist. Ein Abgasstrom eines solchen Gasofens weist in den meisten Fällen eine Temperatur von deutlich oberhalb der Arbeitstemperatur des Wärmeträgerfluids auf, so dass eine effektive Erhitzung des Wärmeträgerfluids mittels eines Wärmetauschers möglich ist. Dabei kann eine Wärmetauschereinrichtung zur Wärmeübertragung direkt von dem Abgas auf das Wärmeträgerfluid vorgesehen sein, sodass das Abgas als ein erstes Heizfluid angesehen werden kann. Besonders vorteilhaft ist diese Ausführungsform bei einer engen räumlichen Nähe der Vorwärmvorrichtung mit der Wärmetauschereinrichtung und dem Abgasauslass des Gasofens als Abwärmequelle.
Bei einer weiteren Entfernung zwischen der Vorwärmvorrichtung und einer Abwärmequelle ist die Verwendung eines eigenen Heizfluids, insbesondere einer Flüssigkeit, vorteilhaft, da es eine vereinfachte Leitungsführung ermöglicht. Insbesondere Abgasleitungen sind sehr großvolumig, weshalb lange Leitungslängen nachteilig sind. Es ist offensichtlich, dass neben einem Gasofen auch andere Abwärmequellen nutzbar sind, beispielsweise kann ein Kühlmittel eines Induktionsofens und/oder eines Metallschmelzofens und/oder einer Wärmebehandlungsanlage ein ausreichend hohes Temperaturniveau aufweisen. Technische und wirtschaftliche Grenzen sind dabei insbesondere durch einen Wärmeverlust entlang einer Heizfluidleitung und durch deren Kosten und/oder Komplexität gesetzt. EXT-P-04597-WP2 - 15 - 18.09.2025
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Vorwärmsystems kann eine zweite Heizfluidleitung wärmeleitend mit einer zweiten Abwärmeeinkopplungseinheit verbunden sein, sodass ein in der zweiten Heizfluidleitung strömendes zweites Heizfluid mittels der zweiten Abwärmeeinkopplungseinheit mit Abwärme einer zweiten Abwärmequelle auf eine zweite Heizfluidtemperatur unterhalb der Arbeitstemperatur des Wärmeträgerfluids beheizbar ist. Ein beliebiger Fabrikationsvorgang und/oder eine beliebige Fabrikeinrichtung mit einer Abwärmetemperatur unterhalb der Arbeitstemperatur kann vorliegend als zweite Abwärmequelle angesehen werden. In anderen Worten ausgedrückt kann ein Kühlmittel einer beliebigen Anlage und/oder Vorrichtung, das ein Temperaturniveau unterhalb der Arbeitstemperatur aufweist, als zweites Heizfluid genutzt werden. Dabei kann ein primärer Kühlkreislauf einer Anlage und/oder Vorrichtung mit einer Abwärmetemperatur unterhalb der Arbeitstemperatur mit der zweiten Heizfluidleitung verbunden sein, sodass ein primäres Kühlmittel dem zweiten Heizfluid entspricht oder der primäre Kühlkreislauf kann mit der zweiten Heizfluidleitung wärmeleitend verbunden sein. Die Abwärme derartiger Abwärmequellen kann mittels einer Wärmepumpeneinrichtung für das Erhitzen des Wärmeträgerfluids nutzbar gemacht werden. Eine Vielzahl an Maschinen und Anlagen in einem üblichen Industriebetrieb erzeugt Abwärme auf einem Temperaturniveau unterhalb der Arbeitstemperatur des
Wärmeträgerfluids. Diese Abwärme kann mittels der Wärmepumpeneinrichtung einer Nutzung in dem Vorwärmsystem zugeführt werden.
Eine erste Heizfluidleitung und/oder eine zweite Heizfluidleitung kann jeweils Abwärme mehrerer Abwärmequellen aufnehmen und in dem Wärmeträgerfluidheizer an das Wärmeträgerfluid abgeben. Es kann ein Abwärmenetz ausgebildet sein. EXT-P-04597-WP2 - 16 - 18.09.2025
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand der schematischen Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in:
Figur 1 : eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorwärmvorrichtung,
Figur 2: eine schematische und ausgeschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Vorwärmsystems.
Die Fig. 1 zeigt eine Vorwärmvorrichtung 1 mit einer Vorwärmkammer 2, welche als Durchlaufkammer ausgeführt ist. In einem Aufnahmebereich 3 der Vorwärmkammer 2 ist ein Werkstück 50, im dargestellten Beispiel eine Aluminiumstange, aufgenommen. Dabei lagert das Werkstück 50 auf einer Fördereinrichtung 8, welche das Werkstück 50 entlang einer Längsachse L des Aufnahmebereichs 3 durch die Vorwärmkammer 2 fördert. In der Vorwärmkammer 2 ist damit eine Erwärmungsstrecke mit der Länge E ausgebildet. Im dargestellten Beispiel entspricht die Länge E der Erwärmungsstrecke einer dreifachen Länge W des Werkstücks 50.
Oberhalb des Werkstücks 50 verläuft parallel zur Längsachse L eine
Fluidausgabeeinrichtung 5 mit einer Vielzahl an Ausgabeöffnungen 6, welche entlang der Längsachse L an der Fluidausgabeeinrichtung 5 angeordnet sind. Aus den Ausgabeöffnungen 6 tritt ein Wärmeträgerfluid 12 aus, wobei es sich in der beispielhaften Ausführungsform um Wasser handelt. Die Ausgabe des Wärmeträgerfluids 12 ist in Fig. 1 beispielhaft an einzelnen Ausgabeöffnungen 6 dargestellt. Das Wärmeträgerfluid 12 trifft auf eine Oberseite 51 des Werkstücks 50 und benetzt in der Folge die Oberfläche des Werkstücks 50. EXT-P-04597-WP2 - 17 - 18.09.2025
Die Fluidausgabeeinrichtung 5 ist mit einer Wärmeträgerfluidleitung 11 fluidleitend verbunden, wobei das Wärmeträgerfluid 12 mittels der Wärmeträgerfluidleitung 11 von einem Wärmeträgerfluidheizer 13, in welchem es auf eine Arbeitstemperatur erhitzt wird zu der Vorwärmkammer 2 geleitet wird. Der Wärmeträgerfluidheizer 13 verbindet die Wärmeträgerfluidleitung 11 wärmeleitend mit einer Heizfluidleitung, in welcher ein Heizfluid strömt. Das Heizfluid ist durch Abwärme mittels einer Abwärmeeinkopplungseinheit beheizt. Im dargestellten Beispiel verbindet der Wärmeträgerfluidheizer 13 eine erste Heizfluidleitung 40a und eine zweite Heizfluidleitung 40b wärmeleitend mit der Wärmeträgerfluidleitung 11 .
In der dargestellten Ausführungsform ist ein erstes Heizfluid, das in einer ersten Heizfluidleitung 40a strömt, mittels einer ersten Abwärmeeinkopplungseinheit 44a auf eine Temperatur oberhalb der Arbeitstemperatur erhitzt. Ein zweites Heizfluid, das in einer zweiten Heizfluidleitung 40b strömt, ist mittels einer zweiten Abwärmeeinkopplungseinheit 44b auf eine Temperatur unterhalb der Arbeitstemperatur erhitzt.
Der Wärmeträgerfluidheizer 13 umfasst eine
Wärmetauschereinrichtung 14 und eine Wärmepumpeneinrichtung 15.
Die Wärmetauschereinrichtung 14 ist wärmeleitend mit der ersten Heizfluidleitung 40a verbunden, sodass das Wärmeträgerfluid 12 mittels der Wärmetauschereinrichtung 14 von dem ersten Heizfluid beheizbar ist. Das erste Heizfluid wird durch Abwärme mittels der ersten Abwärmeeinkopplungseinheit 44a beheizt. Damit das erste Heizfluid eine Temperatur oberhalb der Arbeitstemperatur des Wärmeträgerfluids 12 erreicht, muss die Abwärme auf einem Temperaturniveau oberhalb der Arbeitstemperatur des Wärmeträgerfluids 12 anfallen. EXT-P-04597-WP2 - 18 - 18.09.2025
Die Wärmepumpeneinrichtung 15 ist wärmeleitend mit einer zweiten Heizfluidleitung 40b verbunden, sodass das Wärmeträgerfluid 12 mittels der Wärmepumpeneinrichtung 15 von dem zweiten Heizfluid beheizbar ist. Das zweite Heizfluid wird durch Abwärme mittels der zweiten Abwärmeeinkopplungseinheit 44b beheizt. Mittels der Wärmepumpenvorrichtung 15 ist es möglich Abwärme, die auf einem Temperaturniveau unterhalb der Arbeitstemperatur des Wärmeträgerfluids 12 anfällt, zur Erhitzung des Wärmeträgerfluids 12 zu nutzen. Zur Steuerung der Wärmepumpeneinrichtung 15 ist eine Wärmepumpensteuerung 16 vorgesehen.
Die Erfindung soll ausdrücklich nicht auf eine bestimmte Anzahl an Abwärmeeinkopplungseinheiten 44a, 44b beschränkt sein, es kann eine Vielzahl an Abwärmeeinkopplungseinheiten 44a, 44b vorgesehen sein, sodass ein Abwärmenetz ausgebildet ist. Dieses kann spezifisch auf einen individuellen Anwendungsfall angepasst werden, wobei unterschiedlichste Abwärmequellen nutzbar sind. Eine Heizfluidleitung 40a, 40b kann als Kreislauf ausgebildet sein, sodass das Heizfluid in der Heizfluidleitung 40a, 40b zirkuliert. Alternativ kann eine
Heizfluidleitung 40a, 40b als offene Leitung ausgebildet sein, so dass das Heizfluid den Wärmeträgerfluidheizer einfach durchströmt. Insbesondere für die Nutzung eines Abgases als ein Heizfluid ist eine solche Ausführung vorteilhaft.
In der Vorwärmkammer 2 ist unterhalb der Fördereinrichtung 8 eine Auffangvorrichtung 28 angeordnet, welche das Wärmeträgerfluid 12 auffängt und aus der Vorwärmkammer 2 ausleitet und mittels einer Rückführleitung 18 zurück zu dem Wärmeträgerfluidheizer 13 leitet. Auf diese Weise ist ein Wärmeträgerfluidkreislauf 10 ausgebildet. EXT-P-04597-WP2 - 19 - 18.09.2025
Die Vorwärmkammer 2 weist an einer Einlassseite eine Eintrittsdichtung 33 auf, durch welche ein Werkstück 50 in die Vorwärmkammer 2 eingeführt wird.
An die Vorwärmkammer 2 schließt eine Reinigungseinrichtung 24 an, in welcher eine zweite Fluidausgabeeinrichtung 25 ausgebildet ist, wobei durch diese das Wärmeträgerfluid 12 unter erhöhtem Druck abgegeben wird, sodass das Werkstück 50 mittels Hochdruck gereinigt wird. Dazu ist eine Hochdruckpumpe 27 fluidleitend mittels einer Abzweigung 26 mit der Wärmeträgerfluidleitung 11 verbunden. Die Auffangvorrichtung 28 ist dabei so ausgebildet, dass auch das Wärmeträgerfluid 12, das in der Reinigungseinrichtung 24 ausgegeben wird, aufgefangen und in die Rückführleitung 18 eingeleitet wird. Aus der Reinigungseinrichtung 24 wird das Werkstück 50 durch eine Austrittsdichtung 34 hindurch aus der Vorwärmvorrichtung 1 ausgegeben, sodass es für eine weitere Verarbeitung bereitsteht.
Eine Umwälzpumpeneinrichtung 21 ermöglicht ein kontinuierliches Zirkulieren des Wärmeträgerfluids 12 in dem Wärmeträgerfluidkreislauf 10. Ein Wärmeträgerfluidtank 20 stellt ein ausreichend großes Volumen des Wärmeträgerfluids12 bereit, sodass beispielsweise Schwankungen im Volumenstrom in der Wärmeträgerfluidleitung 11 und in der Rückführleitung 18 ausgeglichen werden können. Mittels eines Filtermittels 23 können Verunreinigungen und Partikel, welche insbesondere in der Reinigungseinrichtung 34 in das Wärmeträgerfluid 12 gelangen, aus dem Wärmeträgerfluid 12 entfernt werden. Damit werden andere Baugruppen des Wärmeträgerfluidkreislaufs 10, wie beispielsweise die Umwälzpumpeneinrichtung 21 , vor einer schädlichen Wirkung von Verunreinigungen und Partikeln im Wärmeträgerfluid 12 geschützt. EXT-P-04597-WP2 - 20 - 18.09.2025
Weiterhin umfasst der Wärmeträgerfluidkreislauf 10 eine Behandlungseinrichtung 19. In einer alternativen Ausführungsform kann ein Frischwasserzulauf die Behandlungseinrichtung umfassen. Die Behandlungseinrichtung 19 behandelt das Wärmeträgerfluid 12 derart, dass Ablagerungen im Wärmeträgerfluidkreislauf 10 verhindert werden. Das betrifft beispielsweise Kalkablagerungen und/oder sogenannten „Kesselstein“, welche die Bauteile des Wärmeträgerfluidkreislaufs 10 in ihrer Funktion beeinträchtigen oder zerstören könnten. Bei der Behandlung kann es sich beispielsweise um eine chemische Behandlung zur Enthärtung des Wärmeträgerfluids 12 handeln.
Eine Kammerumgehungsleitung 29 verläuft unter Umgehung der Vorwärmkammer 2 parallel zu dieser. Absperrventileinrichtungen 31 , 32 in der Kammerumgehungsleitung 29 und in einem Zuführleitungsabschnitt 30 der Wärmeträgerfluidleitung 11 bestimmen den Strömungspfad des Wärmeträgerfluids 12. Die
Kammerumgehungsleitung 29 ermöglicht ein Zirkulieren des Wärmeträgerfluids 12, ohne dass es die Vorwärmkammer 2 durchströmt. Damit kann einerseits eine Ausgabe des Wärmeträgerfluids 12 verhindert werden, während kein Werkstück 50 in dem Aufnahmebereich 3 aufgenommen ist und andererseits ist bei Nutzung der Kammerumgehungsleitung 29 eine schnellere Aufheizung des Wärmeträgerfluids 12 möglich.
Zur Begrenzung der Erhitzung des Wärmeträgerfluids 12, insbesondere um eine Überhitzung des Wärmeträgerfluids 12 in dem Wärmeträgerfluidheizer 13 zu vermeiden, kann Heizfluid mittels Ventileinrichtungen 43 in Heizerumgehungsleitungen 42 geleitet werden. Eine solche Überhitzung könnte insbesondere eintreten, während mehr Abwärme über das Heizfluid von einer Abwärmeeinkopplungseinheit 44a, 44b an das Wärmeträgerfluid 12 übertragen wird, als von dem EXT-P-04597-WP2 - 21 - 18.09.2025
Wärmeträgerfluid an ein Werkstück 50 abgegeben wird. Zur Steuerung der Ventileinrichtungen 43 sind diese steuerungstechnisch mit einer Steuerungseinrichtung 7 verbunden.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische und ausgeschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Vorwärmsystems 60 mit mehreren Abwärmequellen 61a, 61 b.
Mittels einer zweiten Heizfluidleitung 40b sind drei zweite Abwärmeeinkopplungseinheiten 44b als Teil des Vorwärmsystems 60 ausgebildet. Mittels dieser zweiten Abwärmeeinkopplungseinheiten 44b wird Abwärme Qb von zweiten Abwärmequellen 61 b an das in der zweiten Heizfluidleitung 40b strömende Heizfluid übertragen. Die Abwärme Qb weist ein Temperaturniveau unterhalb der Arbeitstemperatur des Wärmeträgerfluids 12 der Vorwärmvorrichtung 1 auf. Es kann sich dabei beispielsweise um Abwärme einer Klimaanlage, einer Kältemaschine, eines Druckluftkompressors oder einer Hydraulikanlage handeln. Das erfindungsgemäße Vorwärmsystem ist nicht auf eine spezifische Art von Abwärmequellen 61b eingeschränkt.
Mittels ersten Heizfluidleitungen 40a sind zwei erste Abwärmeeinkopplungseinheiten 44a als Teil des Vorwärmsystems 60 ausgebildet. Mittels dieser ersten Abwärmeeinkopplungseinheiten 44a wird Abwärme Qa von ersten Abwärmequellen 61a an das in der ersten Heizfluidleitung 40a strömende Heizfluid übertragen. Die Abwärme Qa weist ein Temperaturniveau oberhalb der Arbeitstemperatur des Wärmeträgerfluids 12 der Vorwärmvorrichtung 1 auf. Beispielsweise kann Abwärme eines Metallschmelzofens mittels einer ersten Abwärmeeinkopplungseinheit 44a an das erste Heizfluid übertragen werden und damit der Vorwärmvorrichtung 1 zugeführt werden. Es ist ebenfalls möglich in bekannter Weise einen Abgasstrom eines Gasofens, EXT-P-04597-WP2 - 22 - 18.09.2025 insbesondere eines Gasofens zur weiteren Erwärmung des Werkstücks 50 nach der Vorwärmung, als erstes Heizfluid zu nutzen. Dabei ist eine erste Heizfluidleitung 40a als Abgasleitung des Gasofens ausgebildet.
Für Betriebszustände des Vorwärmsystems 60, in welchen das Wärmeträgerfluid 12 eine Maximaltemperatur erreicht hat, sodass keine weitere Abwärme Qa, Qb von dem Wärmeträgerfluid 12 aufgenommen werden kann, kann eine Abwärmequelle 61a, 61 b an eine zusätzliche, herkömmliche Kühlanlage angebunden sein. Damit ist sichergestellt, dass eine Abwärmequelle 61 a, 61 b jederzeit ausreichend gekühlt wird und dass das Wärmeträgerfluid 12 und/oder ein Heizfluid nicht überhitzt. In einer Ausführung mit einem Gasofen und einer direkten Wärmeübertragung von einem Abgasstrom an das Wärmeträgerfluid 12 kann eine zusätzliche Abgasleitung vorgesehen sein, welche das Abgas ohne Erhitzung des Wärmeträgerfluids 12 ableitet.
Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Vorwärmsystem 60 nicht darauf eingeschränkt ist mit jeweils einer gemeinsamen ersten Heizfluidleitung 40a und einer gemeinsamen zweiten Heizfluidleitung 40b mehrere Abwärmeeinkopplungseinheiten 44a, 44b zu verbinden. Es kann eine Mehrzahl Heizfluidleitungen 40a, 40b ausgebildet sein, in welchen auch unterschiedlichen Fluide strömen können.
Das Vorwärmsystem 60 bildet vorzugsweise ein Abwärmenetz aus, wobei mittels der Heizfluidleitungen 40a, 40b Abwärme Qa, Qb verschiedener Abwärmequellen 61 a, 61 b der Vorwärmvorrichtung 1 zugeführt wird. Dabei besteht keine Begrenzung auf Abwärmequellen 61 a, 61 b in der direkten Umgebung der Vorwärmvorrichtung 1 . Das Vorwärmsystem 60 kann flexibel an einen spezifischen Anwendungsfall und die dabei vorhandenen Abwärmequellen 61a, 61 b angepasst werden. EXT-P-04597-WP2 - 23 - 18.09.2025
Bezugszeichen
1 Vorwärmvorrichtung
2 Vorwärmkammer
3 Aufnahmebereich
5 Fluidausgabeeinrichtung
6 Ausgabeöffnung
7 Steuerungseinrichtung
8 Fördereinrichtung
10 Wärmeträgerfluidkreislauf
11 Wärmeträgerfluidleitung
12 Wärmeträgerfluid
13 Wärmeträgerfluidheizer
14 Wärmetauschereinrichtung
15 Wärmepumpeneinrichtung
16 Wärmepumpensteuerungseinrichtung
18 Rückführleitung
19 Behandlungseinrichtung
20 Wärmeträgerfluidtank
21 Umwälzpumpeneinrichtung
23 Filtermittel
24 Reinigungseinrichtung
25 Zusätzliche Fluidausgabeeinrichtung
26 Abzweigung
27 Hochdruckpumpe
28 Auffangvorrichtung
29 Kammerumgehungsleitung
30 Zuführleitungsabschnitt
31 Absperrventileinrichtung
32 Absperrventileinrichtung EXT-P-04597-WP2 - 24 - 18.09.2025
33 Eintrittsdichtung
34 Austrittsdichtung
40 Heizfluidleitung a. Erste Heizfluidleitung b. Zweite Heizfluidleitung
42 Heizerumgehungsleitung
43 Ventileinrichtung
44 Abwärmeeinkopplungseinheit a. Erste Abwärmeeinkopplungseinheit b. Zweite Abwärmeeinkopplungseinheit
50 Werkstück
51 Oberseite
60 Vorwärmsystem
61 Abwärmequelle a. Erste Abwärmequelle b. Zweite Abwärmequelle
L Längsachse des Aufnahmebereichs
E Länge der Erwärmungsstrecke
W Länge des Werkstücks
Qa Abwärme
Qb Abwärme

Claims

EXT-P-04597-WP2 18.09.2025 Patentansprüche
1. Vorwärmvorrichtung (1) zum Vorwärmen stangenförmiger, metallischer Werkstücke (50), insbesondere Aluminiumstangen, wobei die Vorwärmvorrichtung (1) eine Vorwärmkammer (2) mit einem Aufnahmebereich (3) zur Aufnahme zumindest eines Werkstücks (50) aufweist, wobei die Vorwärmvorrichtung (1) eine Heizfluidleitung (40a, 40b) aufweist, welche von einem Heizfluid durchströmbar ist, wobei das Heizfluid mittels einer von der
Heizfluidleitung (40a, 40b) umfassten Abwärmeeinkopplungseinheit (44a, 44b) durch Abwärme (Qa, Qb), bevorzugt eines Fabrikationsvorgangs und/oder einer Fabrikeinrichtung, beheizbar ist, wobei die Vorwärmvorrichtung (1 ) eine Wärmeträgerfluidleitung
(11 ) aufweist, welche von einem Wärmeträgerfluid (12) durchströmbar ist, wobei die Vorwärmvorrichtung (1 ) einen
Wärmeträgerfluidheizer (13) umfasst, welcher die
Wärmeträgerfluidleitung (11 ) wärmeleitend mit der
Heizfluidleitung (40a, 40b) verbindet, sodass das
Wärmeträgerfluid (12) durch Wärmeübertragung von dem in der
Heizfluidleitung (40a, 40b) strömenden Heizfluid beheizbar ist, wobei die Wärmeträgerfluidleitung (11 ) eine
Fluidausgabeeinrichtung (5) zur Ausgabe des Wärmeträgerfluids (12) in den Aufnahmebereich (3) aufweist, sodass eine Vorwärmung eines in dem Aufnahmebereich (3) angeordneten Werkstücks (50) mittelbar von dem Heizfluid über das in dem Wärmeträgerfluidheizer (13) aufgeheizte
Wärmeträgerfluid (12) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, EXT-P-04597-WP2 18.09.2025 dass der Aufnahmebereich (3) eine Erwärmungsstrecke für die Erwärmung des Werkstücks (50) umfasst, wobei über eine Länge (E) der Erwärmungsstrecke, welche wenigstens einer 0,7- fachen, bevorzugt einer zweifachen bis vierfachen, Länge (W), insbesondere einer Maximallänge (Wmax), des Werkstücks (50), entspricht, eine Wärmeübertragung auf das Werkstück (50) erfolgt.
2. Vorwärmvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgerfluidheizer (13) eine Wärmetauschereinrichtung (14) zur Übertragung von Wärme von einem ersten Heizfluid an das Wärmeträgerfluid (12) umfasst.
3. Vorwärmvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgerfluidheizer (13) eine Wärmepumpeneinrichtung (15) zur Übertragung von Wärme von einem zweiten Heizfluid an das Wärmeträgerfluid (12) umfasst.
4. Vorwärmvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidausgabeeinrichtung (5) oberhalb des Aufnahmebereichs (3) angeordnet ist, wobei die Fluidausgabeeinrichtung (5) eine Ausgabeöffnung (6) zur Beaufschlagung einer Oberseite (52) und bevorzugt zur Benetzung der gesamten Oberfläche des Werkstücks (50) mit dem Wärmeträgerfluid (12) aufweist.
5. Vorwärmvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, EXT-P-04597-WP2 - 3 - 18.09.2025 dass sich die Fluidausgabeeinrichtung (5) parallel zu einer Längsachse (L) des Aufnahmebereichs (3) in der Vorwärmkammer (2) erstreckt, wobei die Fluidausgabeeinrichtung (5) eine sich entlang der Längsachse (L) des Aufnahmebereichs (3) erstreckende Reihe von Ausgabeöffnungen (6) zur Ausbildung einer Benetzung, vorzugsweise einer laminaren Benetzung, mit dem Wärmeträgerfluid (12) auf einer Oberseite (52) des Werkstücks (50) aufweist.
6. Vorwärmvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Heizfluidleitung (40a, 40b) eine
Heizerumgehungsleitung (42) mit einer Ventileinrichtung (43) ausgebildet ist, wobei mittels der Heizerumgehungsleitung (42) Heizfluid an dem Wärmeträgerfluidheizer (13) vorbei leitbar ist, sodass eine verminderte Erwärmung des Wärmeträgerfluids (12) erfolgt.
7. Vorwärmvorrichtung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmvorrichtung (1) eine Steuerungseinrichtung (7) umfasst, welche zum steuerungstechnischen Zusammenwirken mit der Ventileinrichtung (43) eingerichtet ist, sodass das Heizfluid zu variablen Anteilen in den Wärmeträgerfluidheizer (13) und/oder in die Heizerumgehungsleitung (42) leitbar ist, sodass die Erwärmung des Wärmeträgerfluids (12) bis zu einer vordefinierten Maximaltemperatur erfolgt.
8. Vorwärmvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, EXT-P-04597-WP2 - 4 - 18.09.2025 dass der Wärmeträgerfluidheizer (13) und die Vorwärmkammer (2) in einem Wärmeträgerfluidkreislauf (10) mit einer Umwälzpumpeneinrichtung (21) angeordnet sind, wobei zwischen dem Wärmeträgerfluidheizer (13) und der Vorwärmkammer (2) die Wärmeträgerfluidleitung (11 ) und zwischen der Vorwärmkammer (2) und dem Wärmeträgerfluidheizer (13) eine Rückführleitung (18) ausgebildet ist.
9. Vorwärmvorrichtung (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgerfluidkreislauf (10) eine Behandlungseinrichtung (19) zur chemischen Behandlung des Wärmeträgerfluids (12) umfasst, welche zur Aufrechterhaltung eines Zustands des Wärmeträgerfluids (12) eingerichtet ist, in welchem die Bildung von Ablagerungen in dem Wärmeträgerfluidkreislauf (10) vermindert, bevorzugt verhindert, ist.
10. Vorwärmvorrichtung (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Vorwärmkammer (2) zwischen der Wärmeträgerfluidleitung (11 ) und der Rückführleitung (18) eine Kammerumgehungsleitung (29) angeordnet ist, wobei die Kammerumgehungsleitung (29) und ein die Wärmeträgerfluidleitung (11 ) mit der Vorwärmkammer (2) verbindender Zuführleitungsabschnitt (30) jeweils mit einer Absperrventileinrichtung (31 , 32) versehen sind.
11 .Vorwärmvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorwärmkammer (2) und der Rückführleitung (18) ein Wärmeträgerfluidtank (20) angeordnet ist, derart, dass das EXT-P-04597-WP2 - 5 - 18.09.2025 aus der Fluidausgabeeinrichtung (5) in den Aufnahmebereich (3) der Vorwärmkammer (2) abgegebene Wärmeträgerfluid (12) aus der Vorwärmkammer (2) in den Wärmeträgerfluidtank (20) und aus dem Wärmeträgerfluidtank (20) in den Wärmeträgerfluidheizer (13) gelangt.
12. Vorwärmvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgerfluidkreislauf (10) eine Reinigungseinrichtung (24) umfasst, insbesondere eine Hochdruckreinigungseinrichtung, wobei die Reinigungseinrichtung (24) zumindest eine zusätzliche Fluidausgabeeinrichtung (25) zur Beaufschlagung einer Oberfläche (52) des Werkstücks (50) mit aus der zusätzlichen Fluidausgabeeinrichtung (25) austretendem Wärmeträgerfluid (12) umfasst.
13. Vorwärmvorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgerfluidkreislauf (10) in der Wärmeträgerfluidleitung (11 ) zwischen dem Wärmeträgerfluidheizer (13) und der Vorwärmkammer (2) eine Abzweigung (26) aufweist, wobei mittels der Abzweigung (26) das Wärmeträgerfluid (12) der Reinigungseinrichtung (24) zugeführt wird.
14. Vorwärmvorrichtung (1 ) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (24) eine Hochdruckpumpe (27) umfasst, die dazu eingerichtet ist, das der Reinigungseinrichtung (24) zugeführte Wärmeträgerfluid (12) unter erhöhtem Druck zu der zusätzlichen Fluidausgabeeinrichtung (25) zu fördern. EXT-P-04597-WP2 - 6 - 18.09.2025
15. Vorwärmvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (24) eine Auffangvorrichtung (28) umfasst, welche das mit der Reinigungseinrichtung (24) auf das Werkstück (50) aufgetragene Wärmeträgerfluid (12) auffängt und mittels der Rückführleitung (18) zu dem Wärmeträgerfluidheizer (13) leitet.
16. Vorwärmvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerfluidleitung (11 ) und/oder Rückführleitung (18) Filtermittel (23) zur Filterung von Verschmutzungen aus dem Wärmeträgerfluidkreislauf (10) umfasst.
17. Vorwärmvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmkammer (2) rohrförmig und als Durchlaufkammer ausgebildet ist mit einer an einer ersten Stirnseite ausgebildeten Eintrittsdichtung (33) und einer an einer gegenüberliegenden Stirnseite ausgebildeten Austrittsdichtung (34).
18. Vorwärmsystem (60) zum Vorwärmen stangenförmiger, metallischer Werkstücke, insbesondere Aluminiumstangen, mittels eines beheizten Wärmeträgerfluids (12), zumindest umfassend eine Vorwärmvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, eine Abwärmequelle (61 ) und ein stangenförmiges, metallisches Werkstück (50), insbesondere eine Aluminiumstange (51 ).
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