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Patent Searching and Data


Title:
ROLLER FOR A ROLLER KILN
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/166957
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a roller for a roller kiln, comprising a main roller part, a cavity and hollow ends (4); the surface at the end (4) of the roller (1) has at least one elevation (5), the elevations (5) being in the form of ribs (5a) and/or knobs (5b).

Inventors:
DORST, Hans-Ulrich (Am Tau 7, Rödental, 96472, DE)
Application Number:
EP2018/056042
Publication Date:
September 20, 2018
Filing Date:
March 12, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SAINT-GOBAIN INDUSTRIEKERAMIK RÖDENTAL GMBH (Oeslauer Straße 35, Rödental, 96472, DE)
International Classes:
F27B9/24; F27D3/02
Domestic Patent References:
WO2011061446A22011-05-26
WO2010094716A12010-08-26
Foreign References:
JP2007153656A2007-06-21
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
LENDVAI, Tomas (Glasstraße 1, Herzogenrath, 52134, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Rolle für einen Rollenofen mit einem Rollengrundkörper (2), Hohlraum (3) und hohlen Enden (4), wobei die Oberfläche am Ende (4) der Rolle (1 ) mindestens eine Erhebung (5) aufweist.

2. Rolle für einen Rollenofen nach Anspruch 1 , wobei die Oberfläche am Ende (4) der Rolle (1 ) mindestens einen Steg (5a) und/oder mindestens eine Noppe (5b) aufweist.

3. Rolle für einen Rollenofen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Oberfläche am Ende (4) der Rolle (1 ) zwei bis zehn, bevorzugt sechs bis acht und besonders bevorzugt vier Stege (5a) und/oder Noppen (5b) aufweist.

4. Rolle für einen Rollenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Oberfläche am Ende (4) der Rolle (1 ) zwei bis drei Reihen von Stegen (5a) und/oder Noppen (5b) aufweist.

5. Rolle für einen Rollenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Stege (5a) eine Länge von 5 mm bis 15 mm, bevorzugt 8 mm bis 12 mm und besonders bevorzugt 6 mm aufweisen.

6. Rolle für einen Rollenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ende (4) der Rolle (1 ) mindestens einen Schlitz 6 aufweist.

7. Rolle für einen Rollenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Ende (4) der Rolle (1 ) 2 bis 6 Schlitze (6), bevorzugt 4 Schlitze (6) aufweist.

8. Rolle für einen Rollenofen nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Schlitz (6) die Länge von etwa einem viertel bis dreiviertel des Radius, bevorzugt etwa halben Radius am Ende (4) der Rolle (1 ) aufweist.

9. Rolle für einen Rollenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, wobei am Ende (4) der Rolle (1 ) eine Hülse (7) angebracht ist und die Hülse (7) einen Abstandshalter (8) in der Öffnung zum Lagerfinger (9) aufweist und wobei der Abstandshalter (8) bevorzugt Yttrium stabilisiertes Zirkonoxid enthält.

10. Rolle für einen Rollenofen nach Anspruch 9, wobei am Ende (4) der Rolle (1 ) neben der Hülse (7) eine Ummantelung (10) aufgebracht ist.

1 1 . Rolle für einen Rollenofen nach Anspruch 10, wobei die Ummantelung (10) die Schlitze (6) in der Rolle (1 ) und die Hülse (7) verdeckt.

12. Rolle für einen Rollenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei die Rolle (1 ) einen Durchmesser von 60 mm bis 80 mm, eine Länge von 2500 mm bis 4000 mm und eine Wanddicke von 6 mm bis 14 mm aufweist.

13. Rolle für einen Rollenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Rolle (1 ) an beiden Enden (4) auf einer Länge von 80 mm bis 100 mm eine Verjüngung aufweist.

14. Verfahren zum Betreiben eines Rollenofens mit Rollen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13.

15. Verwendung einer Rolle für einen Rollenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 zum Warmumformen von Metallteilen, insbesondere von AlSi-beschichteten Blechen.

Description:
Rolle für einen Rollenofen

Die vorliegende Erfindung betrifft einen keramischen Rollengrundkörper, insbesondere zur Verwendung in einem Rollenofen und ein Verfahren zum Betreiben eines Rollenofens mit den erfindungsgemäßen Rollen.

Durch Warmumformung von Karosserieteilen im Automobilbau können bei geringerem Materialeinsatz gleichzeitig besser ausgehärtete Materialien hergestellt werden. Dazu werden vorgeformte Bauteile in einem Ofen auf 900°C bis 1000 °C erhitzt, von einem Industrieroboter in eine Presse gelegt und bei etwa 700 °C in die gewünschte Form gepresst.

Als Schutz gegen Verzunderung und als Legierungsbestandteil sind die Metallbleche mit einer AlSi-Schutzzschicht überzogen. Zum Erwärmen der Bleche werden überwiegend Rollenöfen eingesetzt, wobei die Stahlbleche meistens direkt auf die Rollen aufgelegt werden oder als Alternative in Warenträgern liegend durch den Rollenofen transportiert werden. Beim Erwärmen der AlSi-beschichteten Stahlbleche auf 900 °C bis etwa 1000°C kommt es zum Erweichen der AlSi-Schutzschicht und in Folge bei Kontakt mit dem Rollenwerkstoff zu Kontaktkorrosion.

Für Rollenöfen, die bei Temperaturen > 600°C betrieben werden, sind keramische Rollen aufgrund von Temperaturfestigkeit, Kriechbeständigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit notwendig.

Bei herkömmlichen Rollen heizen die Enden die Gleitlager im Betrieb auf über 135 °C auf. Dieser Effekt tritt insbesondere bei SiC Rollen auf. Bei mullitischen Rollen tritt das Problem seltener auf da deren Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu SiC Rollen geringer ist. Das führt zu einem erhöhten Verschleiß der Gleitlager an beiden Enden der Rolle. Der Verschleiß und die Schädigung der Gleitlager steigen signifikant an, wenn die Rollenenden eine höhere Temperatur als 100 °C aufweisen. Die Kugellager werden geschont, wenn die Rollen im Betrieb an den Enden eine Temperatur von 100°C nicht überschreiten. Die Temperatur muss unter 100 °C gehalten werden, um die Kugellager zu schonen oder um Kugellager aus preiswerten Materialien einsetzen zu können. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Rolle für einen Rollenofen bereitzustellen, die eine deutlich längere Standzeit und eine höhere Lebensdauer als bekannte Rollen aufweist und die insbesondere an den Enden das Gleitlager nicht überheizt.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Rolle für einen Rollenofen mit einem Rollengrundkörper, Hohlraum und hohlen Enden gelöst, wobei die Oberfläche am Ende der Rolle mindestens eine Erhebung aufweist. Durch Erhebungen an den Enden wird die Kontaktfläche zur Innenseite der Hülse verringert. Dadurch wird erreicht, dass das Ende der Rolle das Gleitlager nicht überheizt.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Erhebungen jeweils unabhängig voneinander bevorzugt als Steg oder als Noppe ausgebildet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Rolle, wobei die Erhebungen mindestens einen Steg und/oder mindestens eine Noppe aufweisen. Dadurch werden gute Ergebnisse bei der Verminderung des Kontakts zwischen der Rolle und der Hülse erreicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Rolle, wobei die Oberfläche am Ende der Rolle mindestens einen Steg und/oder mindestens eine Noppe aufweist. Dadurch werden gute Ergebnisse bei der Verminderung des Kontakts zwischen der Rolle und der Hülse erreicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Rolle, wobei die Oberfläche am Ende der Rolle über den Radius zwei bis zehn Stege und/oder Noppen aufweist, bevorzugt sechs bis acht Stege und/oder Noppen und besonders bevorzugt vier Stege und/oder Noppen aufweist. Dadurch werden sehr gute Ergebnisse bei der Verminderung des Kontakts zwischen der Rolle und der Hülse erreicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Rolle, wobei die Oberfläche am Ende der Rolle zwei Reihen von Stegen und/oder drei Reihen von Noppen aufweist. Dadurch werden hervorragende Ergebnisse bei der Verminderung des Kontakts zwischen der Rolle und der Hülse erreicht. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Rolle, wobei die Stege eine Länge von 5 mm bis 15 mm, bevorzugt 8 mm bis 12 mm und besonders bevorzugt 6 mm aufweisen. Mit dieser Länge für die Stege werden sehr gute Ergebnisse bei der Verminderung des Kontakts zwischen der Rolle und der Hülse erreicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Rolle, wobei das Ende der Rolle mindestens einen Schlitz aufweist. Schlitze bewirken vorteilhafterweise zusätzlich, dass der Wärmetransport innerhalb der Rolle vermindert wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Rolle, wobei das Ende der Rolle zwei bis sechs Schlitze, bevorzugt vier Schlitze aufweist. Dadurch werden sehr gute Ergebnisse beim Vermindern des Wärmetransports in der Rolle erreicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Rolle, wobei der Schlitz die Länge von etwa einem viertel bis dreiviertel des Radius, bevorzugt etwa des halben Radius am Ende der Rolle aufweist. Bei diesen Längen der Schlitze werden sehr gute Ergebnisse beim Vermindern des Wärmetransports in der Rolle erreicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Rolle, wobei am Ende der Rolle eine Hülse angebracht ist und die Hülse einen Abstandshalter (Spacer) in der Öffnung zum Lagerfinger aufweist. Durch den Abstandshalter wird erfindungsgemäß verhindert, dass durch die Wanderung der Rolle ein direkter Kontakt mit dem Metall der Hülse zum Lagerfinger und Gleitlager stattfindet. Der Spacer enthält bevorzugt Steatit, der eine schlechte Wärmeleitfähigkeit von 2 bis 4 im Vergleich zu Metallen von 50 aufweist, oder enthält Yttrium stabilisiertes Zirkonoxid. Besonders bevorzugt besteht der Abstandshalter aus Yttrium stabilisiertem Zirkonoxid. Die Temperatur bleibt vorteilhafterweise deutlich unter 100 °C. Der Abstandshalter ist erfindungsgemäß so aufgebracht, dass die Hülse nicht mit dem Metallfinger in Kontakt kommt. Der Metallfinger hat nur Kontakt zu dem Abstandshalter. Zudem verhindert der Abstandhalter den Kontakt der Hülse zum Lagerbock.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Rolle, wobei am Ende der Rolle neben der Hülse eine Ummantelung aufgebracht ist. Die Ummantelung verhindert vorteilhafterweise, dass die Wärme aus dem Ofen von der Außenseite an die Rolle gelangt. Die Wärmeleitung erfolgt nur über die Rolle selbst. Die Rolle ist von innen bevorzugt mit Fasern gefüllt und von außen teilweise mit der Ummantelung isoliert. Die Ummantelung verhindert die Wärmeleitung oder den Wärmeübergang vom Ofen an der Außenseite der Hülse. Die Temperatur von 100°C wird unterschritten. Die Ummantelung ist besonders hilfreich wenn die Rolle im Rollenofen eingebaut ist, da die Rolle vor der Ofentemperatur geschützt wird. Da die Ummantelung die Schlitze in der Rolle verdeckt, werden die Schlitze zusätzlich geschützt.

Eine erfindungsgemäße Rolle mit sehr guten Ergebnissen liegt vor, wenn die Rolle Stege und/oder Noppen und Schlitze aufweist und die Hülse einen erfindungsgemäßen Abstandshalter enthält und die die Rolle im Betrieb bevorzugt auch eine Ummantelung an den Endstücken trägt.

Die erfindungsgemäße Rolle weist bevorzugt einen Durchmesser von 60 mm bis 80 mm, eine Länge von 2500 mm bis 4000 mm und eine Wanddicke von 6 mm bis 14 mm, bevorzugt 6 mm bis 12 mm, auf.

Es versteht sich, dass die für die Oberfläche am Ende der Rolle beschriebenen Merkmale und Ausgestaltungen bei der erfindungsgemäßen Rolle für beide Enden der erfindungsgemäßen Rolle gelten.

Die erfindungsgemäße Rolle weist bevorzugt an beiden Enden auf einer Länge von 80 mm bis 100 mm eine Verjüngung auf. Die Erhebungen, die bevorzugt als Noppen oder als Stege ausgebildet sind, sind bevorzugt im Bereich der Verjüngung angeordnet.

Eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist das Verfahren zum Betreiben eines Rollenofens mit den erfindungsgemäßen Rollen.

Eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Rollen im Rollenofen zum Warmumformen von Metallteilen, insbesondere von AlSi-beschichteten Blechen. Die vorliegende Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen schränken die Erfindung in keiner Weise ein.

Es zeigen:

Figur 1 : die Seitenansicht einer Rolle für einen Rollenofen,

Figur 2: den längsseitigen Querschnitt einer Rolle mit Antriebshülse,

Figur 3: die längsseitige Draufsicht auf das verjüngte Ende einer Rolle,

Figur 4: die längsseitige Draufsicht auf das verjüngte Ende einer Rolle,

Figur 5: die längsseitige Draufsicht auf das verjüngte Ende einer Rolle,

Figur 6: die längsseitige Draufsicht auf das verjüngte Ende einer Rolle,

Figur 7: die stirnseitige zweidimensionale Draufsicht auf eine Hülse mit Abstandshalter,

Figur 8: die stirnseitige dreidimensionale Draufsicht auf eine Hülse mit Abstandshalter,

Figur 9: den zweidimensionalen Querschnitt einer Hülse mit Abstandshalter entlang der Linie in Figur 7,

Figur 10: zeigt den dreidimensionalen Ausschnitt aus dem verjüngten Ende der Rolle mit Hülse, Abstandshalter und Lagerfinger, und

Figur 1 1 : die Draufsicht auf eine Rolle mit einer Ummantelung neben dem verjüngten Ende der Rolle.

Die Figur 1 zeigt die Seitenansicht einer Rolle 1 für einen Rollenofen nach dem Stand der Technik. Die Rolle 1 besteht aus einem Grundkörper 2. Die Rolle 1 ist ein hohles Rohr mit einem Hohlraum 3. Die Rolle 1 weist an beiden Enden eine Verjüngung 4 auf, zur Befestigung der Antriebshülse 7. Die Rolle 1 enthält als Werkstoff bevorzugt N- Durance®. Ebenso möglich sind sonstige SiC oder Mull it Werkstoffe. Die Rolle 1 weist beispielhaft einen Durchmesser von 60 mm bis 80 mm und eine Länge von 2700 mm bis 3500 mm auf. Die Rolle 1 ist an beiden Enden auf einer Länge von etwa 80 mm um etwa 1 mm verjüngt.

Figur 2 zeigt den längsseitigen Querschnitt einer Rolle 1 mit einer Antriebshülse 7 an beiden verjüngten Enden 4 der Rolle 1 und mit Erhebungen 5 an beiden verjüngten Enden 4 der Rolle 1 .

Figur 3 zeigt die längsseitige Draufsicht auf das verjüngte Ende 4 einer Rolle 1 mit Stegen 5a, Figur 4 mit Ringen 5c und Figur 5 mit Noppen 5b. Die Erhebungen 5 können sein, mindestens ein Steg 5a, mindestens eine Noppe 5b oder mindestens ein Ring 5c. Durch die Erhebungen 5 wird die Kontaktfläche zur Innenseite der Hülse 7 verringert. Dadurch wird verhindert, dass die Enden der Rolle 1 die Hülse 7 und damit das Gleitlager nicht überhitzen. Werden Ringe 5c benutzt dann werden vorzugsweise zwei Ringe 5c auf dem Endstück 4 angebracht. Bei Stegen 5a und Noppen 5b weist das Endstück 4 über den Radius vier Stege 5a und/oder vier Noppen 5b auf. Besonders bevorzugt weist das Endstück 4 zwei Reihen von Stegen 5a und/oder drei Reihen von Noppen 5b auf.

Eine Kombination aus Stegen 5a und Noppen 5b ist ebenfalls möglich. In den Figur 3 werden jeweils zwei Reihen von jeweils 4 Stegen 5a und in Figur 5 werden drei Reihen von Noppen 5b dargestellt. Die Stege 5a weisen eine Länge von 6 mm auf.

Figur 6 zeigt die längsseitige Draufsicht auf das verjüngte Ende 4 einer Rolle 1 mit Schlitzen. Die Schlitze 6 bewirken zusätzlich, dass der Wärmetransport innerhalb der Rolle 1 vermindert wird. Das Endstück weist 2 bis 6 Schlitze 6, bevorzugt 4 Schlitze 6 auf. Die Schlitze 6 weisen die Länge von etwa einem halben Radius des Endstücks 4 auf. Eine sehr gute Kombination ergibt sich bei Endstücken 4 mit Erhebungen 5, bevorzugt mit Stegen 5a und/oder Noppen 5b und jeweils mit Schlitzen 6. Durch die Kombination werden sehr gute Ergebnisse bei der Verringerung des Wärmetransports und Wärmeleitung ausgehend von der Rollenmitte zum Rollenende 4 erzielt. Die Messergebnisse zeigen, dass die Wandstärke der Rollen einen vergleichsweise geringen Einfluss auf die Überhitzung hat. Wesentlich ist die Kombination aus Noppen 5a und/oder Stegen 5b jeweils mit Schlitzen 6, da die Noppen 5a und Stegen 5b den Kontakt zur Hülse 7 verringern und die Schlitze 6 den Wärmetransport innerhalb der Rolle 1 vermindern.

Figur 7 bis Figur 9 zeigen die Hülse 7 mit Abstandshalter 8. Es wurde gefunden, dass die Rollen 1 , die waagerecht eingespannt sind, zu einer Richtung hinwandern. Durch die Bewegung trifft die metallische Hülse 7 auf das metallische Gleitlager beziehungsweise auf den Lagerbock. Bei Kontakt der metallischen Teile ist die Wärmeleitfähigkeit groß.

Figur 10 zeigt wie verhindert wird, dass die Rolle 1 zum Gleitlager wandert. Das wird erreicht, indem ein Abstandshalter 8 (Spacer, Insert) eingefügt wird. Der Spacer 8 enthält bevorzugt Steatit und hat eine schlechte Wärmeleitfähigkeit von 2 bis 4 anstatt von 50 bei Metallen oder enthält Yttrium stabilisiertes Zirkonoxid. Es wird verhindert, dass die Temperatur von 100°C überschritten wird. Die Temperatur bleibt deutlich unter 100 °C. Der Abstandshalter 8 ist so aufgebracht, dass die Hülse 7 nicht mit dem Metallfinger 9 in Kontakt kommt. Der Metallfinger 9 hat nur Kontakt zu dem Spacer 8. Durch den Spacer 8 wird verhindert, dass die Rolle zum Rand wandern kann und dabei den metallischen Lagerbock oder mit dem Lager in direkten Kontakt kommt.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Rolle 1 mit Endstücken 4, die Stege 5a und/oder Noppen 5b und Schlitze 6 enthalten und wo gleichzeitig die Hülsen 7 jeweils einen Spacer 8 enthalten. Eine Alternative zum Spacer 8 ist eine keramische Scheibe. Die Wirkung ist wie beim Abstandshalter 8. Die keramische Scheibe wird auf den Lagerbock aufgebracht.

Figur 1 1 zeigt die Draufsicht auf eine Rolle 1 mit einer Ummantelung 10 neben dem Endstück 4 mit Hülse 7 und Spacer 8. Die Rollen 1 erhalten Anbackungen nach längerer Benutzung im Ofen. Die Rollen 1 müssen teilweise mehrmals ausgebaut und ersetzt werden. Die Anbackungen erhöhen den Außendurchmesser der Rollen. Dadurch wird beim Wechsel die Ofenisolierung verletzt und der Spalt zwischen Rolle und Isolierung erhöht. Je größer der Spalt wird, umso höher wird der Wärmetransport zum Gleitlager. Daher ist es vorteilhaft auf der Rolle 1 eine Ummantelung 10 (Kappe oder Manschette) aus einem Material mit geringer Dichte und Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Fasermaterial, aufzubringen. Unter der Manschette 10 sitzen die Schlitze 6 im Rohr 1 . Die Manschette 10 hat eine Breite von 5 cm bis 15 cm, bevorzugt von 8 cm bis 12 cm. Die Manschette 10 verhindert, dass Wärme vom Ofen an die Außenseite der Rolle kommt, so dass die Wärmeleitung nur über die Rolle 1 selbst erfolgt. Die Rolle 1 ist von innen bevorzugt mit Fasern gestopft und von außen isoliert mit der Manschette 10. Die Manschette 10 verhindert die Wärmeleitung oder den Wärmeübergang vom Ofen zur Hülse 7 von der Außenseite. Die Manschette 10 ist besonders hilfreich wenn die Rolle 1 eingebaut ist, da die Rolle 1 vor der Offentemperatur geschützt wird. Die Manschette 10 ist vorteilhaft.

Eine sehr gute erfindungsgemäße Rolle liegt vor mit Stegen und/oder Noppen und mit Schlitzen, mit einem Abstandshalter in der Hülse und mit einer Manschette an den Endstücken. Die Temperatur von 100°C wird durch die erfindungsgemäße Rolle vorteilhaft unterschritten und die Lebensdauer der Gleitlager wird verlängert.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Rolle ist, dass Wärmetransport nach außen zum Lager und dadurch an die Umgebung verringert wird. Die Energieverluste werden dadurch vorteilhaft verringert.

Das vorteilhafte Ergebnis der Erfindung war für den Fachmann unerwartet und überraschend.

Referenzzeichen

1 Rolle

2 Rollengrundkörper

3 Hohlraum der Rolle

4 Enden der Rolle / Endstücke Verjüngung

5 Erhebungen auf den verjüngten Enden der Rolle 5a Stege

5b Noppen

5c Ringe

6 Spalten / Schlitze

7 Hülse, Antriebshülse

8 Einsatz, Insert, Abstandshalter, Spacer

9 Finger, Lagerfinger, Metallfinger

10 Ummantelung, Hülle, Manschette