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Alubandheizung(schema).jpg

Durchlaufofen, Heißluft, Aluminiumband, Temperatur

Hallo - erstmal einen herzlichen Gruß an die W W W Gemeinde ; ) Möchte die Temperatur eines Aluminiumblechs (0,2 mm Stark; 22 mm breit) berechnen, dass durch einen Ofen transportiert wird (endlosstrang...liegt nicht auf!) Der Ofen besteht im Prinzip aus zwei kammern und wird mit Heißluft erwärmt (~210°C). Er ist 80 cm lang. Die Luft wird nicht direkt auf das Blech geblasen sondern in eine Kammer. Auf der anderen Seite der Kammer (2. Kammer) befindet sich das Blech, dass sich mit einer Geschwindigkeit von 6 m/min. durch den Ofen bewegt. In der Kammer, in der das Blech durchläuft, ist auch ein Abzug, der die heiße, eingeblasene Luft wieder absaugt um eine Art gleichmäßige Luft- zirkulation zu gewährleisten. Die beiden Kammern sind also nicht voneinander abgeschlossen. Habe das ganze mal skiziert - Vielleicht kann man s sich damit besser vorstellen`? Mir geht es darum, Gleichungen aufzustellen, die mir die Aluminiumblechtemperatur (Beim Austritt der Heizung) in Abhängigkeit von der Ofenlänge darstellen Wärmelehre is nu auch schon n paar Tage her und ich hab nicht wirklich n Ansatz, wie ich das anstellen soll. Bin für jeden produktiven Beitrag dankbar!

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Hallo,

Ich behaupte geraderaus: Das kann man mit den vagen Angaben niemals berechnen, und auch mit sehr viel detaillierteren Angaben nur mit übergrossem Aufwand und mangelhafter Treffsicherheit.
Viel einfacher wäre es, einen grob angenäherten Versuch zu machen:
Nimm eine Heissluftpistole, stelle 210°C ein, und blase aus einem Abstand sodass sich annähernd die Zirkulationsgeschwindigkeit im gedachten Ofen einstellt, 8 Sekunden lang von einer Seite auf ein 0,2mm Alublech.
Beobachte dabei die Erwärmung auf der anderen Seite.
Dann weisst Du schon Einiges...

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mfg - Leo

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Moin Onneraibe,

das ist ein klassisches Thema für eine Strömungssimulation.

Dafür brauchst Du aber ein detailliertes geometrisches Modell und Kennlinien Deiner eingesetzten Lüfter.

Das Thema wird übrigens seit Jahrzehnten beforscht und ist m.W. noch immer Gegenstand aktueller Forschung, denn es ist im Detail keineswegs trivial.

Wenn Dir eine ungefähre Aussage reicht, stellt sich die Frage, ob ein einfaches körperliches Modell für Deine spezielle Fragestellung nicht genauso schnell gebaut ist, wie ein Simulationsprojekt definiert.

Gruß

Ron

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Bei Aluminium ist die Oberfläche noch wichtig. Hochglänzendes Aluminium reflektiert die Wärme ganz gut.

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Klaus           Solid Edge V 20 SP15
Konstruktion mit Kunststoff

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Ist es denn möglich eine Näherungsweise Gleichung aufzustellen, wenn ich die Ausgangstemperatur habe? Sprich die Oberflächentemperatur des Aluminiumblechs kurz nach dem Austritt aus dem Ofen? Wichtig wäre, dass ich etwas zum Einfluss der Ofenlänge sagen kann - sprich wie weit kann ich ihn kürzen, um auf eine Temperatur X zu kommen...

Danke soweit erstmal für die Antworten!

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Ein sehr ähnliches Problem gab es hier: http://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum516/HTML/000042.shtml#000008

Im Dubbel Seite D 28 10.3.3 Temperaturausgleich in einfachen Körper
ist die Sache ausführlich beschrieben. 

Aber wie ich oben schon schrieb ist der Wärmeübergang das schwierigste.

Ohne Versuch zur überprüfung muß das schief gehen.

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Klaus           Solid Edge V 20 SP15
Konstruktion mit Kunststoff

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Hallo zusammen,

Also eine Formel, in die man alle physikalischen Umgebungsvariablen eingibt und ein Ergebniss Ausspuckt gibt es nicht.

Problem: Bestimmte Änderungen an der Umgebung welche unscheinbar wirken, können gravierende Auswirkungen haben. Beispiele gefällig?
- Luftfeuchtigkeit des Heisluftstroms
- Wärmeleitfähigkeit und Reflektionsfähigkeit der Innenseite des Ofens
- Eingangstemparatur des Alublechs
- Maßtoleranz des Alublechs
...

Also von der Theorie weg eine Formel ist m.E. unmöglich.
Mit Erfahrungswerten eine Näherungsformel ableiten ist eventuell möglich:
Ofen aufbauen und Versuche machen...
Und Falls es kein Ofen sein darf mach die Versuche wie Leo sie beschreibt...

Achja und noch so am Rande: Einer meiner vorherigen Arbeitgeber hat Durchlauftrockner verbaut. Zwar größer dimensioniert und ein anderes Material durchgeschickt, aber selbst nach 40 Jahren Erfahrung mit dem Produkt kamen immer wieder neue Erkenntnisse heraus.

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mfg WieTho

"Wer gegen ein Minimum Aluminium Immun ist besitz Minimumaluminiumimmunität."

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Hallo,

Ich beschäftige mich mal wieder mit dem Thema Temperaturen im Durchlaufofen.
Und zwar geht es darum herauszufinden, warum sich bei ca. 10 baugleichen Durchlauföfen bei der selben Heiztemperatur, unterschiedliche Ausgangstemperaturen an den Alubändern (Oberfläche) einstellen.

(Prinzip der Öfen wie oben beschrieben)

Habe die Temperaturen des Alubandes nach dem Ofen bereits gemessen.Es geht um einen Temp.Bereich von 100 - 150°C

Die Alubänder sind gleich (selbe Geometrie, selbe Oberflächenbeschichtung)

Die Heizlüfter sind alle identisch!

Die Abluftlüfter sind ebenfalls dieselben.

Ich gehe mal davon aus, dass die Geometrie der Öfen untereinander ebenfalls identisch ist: Unterschiede in Ofenlänge oder Querschnitt werde ich noch ermitteln! Gehe aber wie gesagt davon aus dass die gleich sind...

Bliebe noch der Einfluss der Umngebungswärme. Da sich der ganze Aufbau in einer Halle befindet gibt es ja im Grunde keine großen Temperaturschwankungen.

Ein nicht zu verachtender Faktor sind allerdings die Nachfolgeeinrichtungen. Unmittelbar nach dem Ofen kommt ein beheiztes Werkzeug.

Das Band wird im Ofen erwärmt (Heizlüfter)... kühlt denke ich mal nach hinten hin (zum Ausgang des Ofens durch angesogene Umgebungsluft von Außen wieder ab), wird zwischen Ofen und Werkzeug weiter abgekühlt und dann wieder erwärmt (Durch die abgestrahlte Wärme des Werkzeuges). Der Abstand zwischen Heizung und Nachfolgewerkzeug unterscheidet sich von Ofen zu Ofen (manche 250 mm, manche 100mm) Sehe aber an den gemessenen Ofenaustrittstemperaturen, dass der Abstand zwischen Ofen und Werkzeug keinen feststellbaren Einfluss auf die Temperatur hat (bei Öfen mit "kurzem Abstand" gibt es sowohl hohe als auch niedrige Austrittstemperaturen, obwohl beide auf dieselbe Temperatur aufheizen...)

Nun meine Frage ; )

Was spielt hier noch eine Rolle? Welche weiteren Einflussfaktoren können zu den Unterschieden in der Ausgangstemperatur führen?

Warum diese Bauweise? Bewirkt die Kombination Heißluftföhn - Absauglüfter wirklich eine kontinuierlichere Wärmeverteilung über die Länge des Ofens?
Warum das "2 Kammernprinzip" (siehe Skizze).

Warum nicht einfach "Rohr, durch das das Band läuft und Heizlüfter, der die Wärme liefert"?

Bin über jeglichen Beitrag zu dieser Thematik dankbar.

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Hallo nochmal,

wie ich lese macht die "Forscherei" fortschritte... 

Also wichtiger Faktor: Baugleiche Durchlauferhitzer sind nicht identisch. Da bei der Fertigung von Geräten immer Abweichungen von Gerät zu Gerät entstehen (Bedingt durch Fertigungstoleranzen) gibt es natürlich unterschiedliche Messergebnisse. Auch baugleiche Lüfter haben dieses Problem, was in Leistungsschwankungen resultieren kann... Und die Meßtoleranz vom Thermometer sollte man auch beachten...

Wenn Du die Möglichkeit hast tausche einen Lüfter eines "heißeren" Ofens mal mit dem eines "kälteren" Ofens und messe ob es danach Unterschiede gibt oder nicht. Auch der Vergleich der Isolationsmaterialen der Öfen könnte diesbezüglich Ergebnisse liefern.

Ohne Abluft entweicht die warme Luft in die Umgebung (Halle). Und zwar in undefinierten Mengen an Ein- und Austrittsöffnungen des Alubandes. Die definierte Abluft sorgt dafür, das der Volumenstrom im Ofen identisch bleibt und eine fixe Menge an Wärme transportiert wird...

Und weil Du es schon erwähnst: Ist die Ansaugstelle für die Zuluft immer gleich temperiert? Und sind die Lüfter auch gleich sauber und gewartet?

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mfg WieTho

"Wer gegen ein Minimum Aluminium Immun ist besitz Minimumaluminiumimmunität."

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Wow – danke für die schnelle Antwort.
Die Begründung mit dem definierten Abluftvolumenstrom leuchtet ein! Aber warum das Band dann nicht direkt durch die erste Kammer (die beheizt wird) laufen lassen? Dadurch würde ich doch eine wesentlich höhere Temperatur erreichen und kann den Volumenstrom drosseln (Energieeinsparung).
Die Heißlüfterposition kann ebenfalls verändert werden. Z.B. um 90° an der Heizung nach rechts oder links. Dann würde die Luft direkt seitlich auf das Aluband auftreffen.
Oder gibt es einen anderen sinnvollen Grund, warum das Band im „Abzugsvolumenstrom“ läuft?

Gruß

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Tja, für das Laufen im Abluftstrom hat's soweit ich weis folgenden Grund:
Moderne Durchlauföfen haben 3 Zonen "Vorwärmen", "Temperieren" und "Kühlen" - Der Ofenhersteller kann diese entweder separat beheizen oder durch eine Abfolge generieren. Um z.B. Materialverzug vorzubeugen wird das Delta T zwischen Temperiergut und Heißluftstrom möglichst gleich gehalten. Das heißt der gezeigten Zweikammerversion trifft die Heiße Luft ~200° auf das vorgewärmte Alu ~80° und gibt seine Energie teilweise ab. Der abgekühlte Luftstrom ~140° trifft am Ofeneingang auf das kalte Alu mit ~20°.
Das Delta beträgt ~120° und ist für die ganze Dauer der Ofenzeit gleich.
Die einzige Art wie dies zu verbessern wäre, wenn der Heislufteinlass näher am Ofenausgang sitzen würde. Allerdings bezweifle ich, dass sich ein signifikanter Nutzen daraus ziehen läßt.

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mfg WieTho

"Wer gegen ein Minimum Aluminium Immun ist besitz Minimumaluminiumimmunität."

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Servus,

recht interessante Beiträge, die sich hier ergeben. Ich denke Du solltest über die Wärmetransportmechanismen noch einmal genauer nachdenken und was genau diese beeinflusst. Dann sollten einige Erkenntnisse von selbst kommen. Konvektion ist ja was ganz anderes als Wärmeleitung im Festkörper an sich. Du solltest Dir mal überlegen, dass es ja einen Temperaturgradienten im Material und natürlich auch im Ofen gibt. Was diese beeinflusst und was die Folgen
davon sind. Dein Material war ja glaube ich Alu =gut el. Leiter-->guter Wärmeleiter.
Ist deine Vorwärmtemperatur z.Bsp. zu niedrig, kann es sein, dass der Temperaturgradient im Material so groß ist, dass beim Wärmeeintrag mittels Konvektion ein Großteil der thermischen Energie in Richtung Vorwärmzone "fließt". Von solchen Überlegungen habe ich hier noch nix gelesen, deshalb der Hinweis, das es sowas auch gibt

Stochern im Dunkeln bringt bei solch komplexen Problemstellungen meist nix außer Kommissar Zufall hilft mit.

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Zitat:

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Original erstellt von der exot:

...Stochern im Dunkeln bringt bei solch komplexen Problemstellungen meist nix außer Kommissar Zufall hilft mit...

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So wie ich das sehe, existieren bereits 10 solche Anlagen und liefern unterschiedliche Ergebnisse, obwohl sie alle geich sind. Nun ist die Suche nach "dem" Faktor ausgebrochen. Soweit ich das beurteilen kann und mir bekannt ist, gibt es halt sehr viele Einflussfaktoren. Nachdem das Ergebniss um +/-25°C schwankt, muss es ein großer Faktor sein oder eben mehrere Kleine. Letztendlich wird jegliche theoretisch erdenklicher Faktor eine Rolle spielen. Aber die Gewichtung der einzenlnen wird sich nur durch systematische Versuche herausfinden lassen... 

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mfg WieTho

"Wer gegen ein Minimum Aluminium Immun ist besitz Minimumaluminiumimmunität."

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Zitat:

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Original erstellt von onneraibe:
...die Kombination Heißluftföhn - Absauglüfter...

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...ist IMHO unüberlegter Billigmurks.
Alleine der Einsatz eines "Heissluftfönes" zeigt dies.
Ein "richtiger" Durchlaufofen hat eine Heizquelle (egal welcher Bauweise), einen Umluftventilator mit möglichst perfekter Luftführung in der Ofenkammer (darin liegt das meiste knowhow) und eine fein dosierbare Abluftführung. Bei so dünnem Material wird die Abluftmenge (und damit korrelierend die nachgesaugte Frischluftmenge) das entscheidende Kriterium sein.

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mfg - Leo

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Würde denn ein anderes „Durchlaufofenprinzip“ mehr sinn machen?
Das Problem ist, wie erwähnt das dünne sich bewegende Aluband definiert kontinuierlich auf eine SOLL- Austrittstemperatur zu bekommen.  Hab auch überlegt, von dem verwendeten Verfahren komplett wegzukommen und auf Induktions- oder IR Wärmequellen umzusteigen…
Nichtsdestotrotz stellt sich die Frage nach Verbesserung des eingesetzten Verfahrens.
Dass mit der fein dosierbaren Abluftmenge leuchtet ein! Das Problem was ich dabei noch sehe ist die Umgebungsluft. Sprich die „Frischluft“ die vom Ofenaustritt und vor allem vom Eintritt eingesaugt wird. Idealerweise müsste der Querschnitt von Ofenein- und Austritt verringert werden.. Was sich aber aufgrund des vorgeschalteten Prozesses als schwierig erweist – je nach Vorbehandlungsart des Bandes (Profilierung) verläuft das Band an einer anderen Position im Ofenquerschnitt. – Mal weiter am Ofenrand – mal weiter in der Mitte – mal oben, mal unten…
Müsste so eine art flexiblen Vorhang haben, der den Ofeneintritt und Austritt bestmöglich verschließt. Erst dann ist ja eine „dosierbare Abluftführung“ erst möglich…
Der Umluftventilator dient dazu, dass sich die erwärmte Luft noch definierter durch den Ofen hin zur Absaugung bewegt ? Nehm ich mal an.
Welche Verbesserung bringt denn ein Versetzen der Lüfterheizung zum Ofenaustritt mit sich?
Oder ein Verkürzen der Kammern? Sprich der inneren Röhre…?

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Zitat:

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Original erstellt von onneraibe:
... Was sich aber aufgrund des vorgeschalteten Prozesses als schwierig erweist – je nach Vorbehandlungsart des Bandes (Profilierung) verläuft das Band an einer anderen Position im Ofenquerschnitt. – Mal weiter am Ofenrand – mal weiter in der Mitte – mal oben, mal unten…...

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Äh da ist gerade ein weiterer Faktor aufgetaucht "Profilierung": Wenn der Querschnitt ein anderer ist ändert sich ja auch die Oberflächengröße und damit die Absorptionsmenge der Umgebenden Strahlungswärme.

Und die Position innerhalb des Durchlaufofens ist auch wichtig. Je höher desto wärmer.

Zum "Abdichten" fällt mir gerade nur eine Bürstenleiste ein. Ich weiß aber nicht ob sowas in deinem Fall funktioniert.

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mfg WieTho

"Wer gegen ein Minimum Aluminium Immun ist besitz Minimumaluminiumimmunität."

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Ich glaube nicht, dass es eine prinzipiell bessere Bau- oder Funktionsweise für so einen Durchlaufofen gibt als das was ich (und Andere) schon oben beschrieben habe(n).
Aber das was Du anscheinend vorhanden hast, ist Murks.

Für Deinen Fall wirds zwei Hauptkriterien geben:
1.) die "perfekte" innere Umluftführung
2.) die möglichst gute Abdichtung an Ein- und Auslauf, damit die notwendige Abluftmenge möglichst gering ist
(Die Abluftmenge könnte aber auch von anderen Faktoren mitbestimmt werden, z.B. Schwelgase/Stäube/Explosionsgefährdung usw. - dazu hast Du aber noch keine Andeutung gemacht)

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mfg - Leo

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Zu der Profilierung: Da die mehr oder weniger identisch ist, denke ich nicht, dass sich die angestrahlten Oberflächen unterschieden!

eine Bürstenführun wäre zu überlegen - ja.. zudem man es durch Konstruktive Änderungen des heizungsgestells schon hinkriegen sollte, dass das Alublech konstant in derselben Position innerhalb der Heizung geführt werden kann.

Was Schwelgase; Explosionsgefahr usw. anbelangt - dazu kann ich nichts sagen. es handelt sich ja im Grunde nur um heiße luft ; )

Was ich mit "anderes Durchlaufprinzip" meine ist: Eine andere Variante der Erwärmung ; ) Sprich Induktion.. oder.. Infrarotstrahlerplatten o.ä. Das müsste doch für meine Anforderungen (~100°C Austrittstemperatur d. Bleches) hinsichtlich der Energiekosten günstiger sein???

Wie genau meinst du das mit der Umluftführung? Hast du eine Schemadarstellung o.ä. die sowas erklärt?

Danke nochmal für alle weiterführenden Hinweise!! 

[Diese Nachricht wurde von onneraibe am 16. Nov. 2011 editiert.]

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Naja, ich kann hier nicht on-the-fly den ganzen Ofen durchkonstruieren <G>
Zunächst mal das mit Schwelgasen usw. abklären.
Wenn sich daraus keine min. geforderte Abluftmenge ergibt, dann schauen dass die Zuluftöffnungen so gut abschliessen wie möglich - und vor allem für alle Werkstücke gleich.
Sodann die Abluftmenge genau dosierbar machen.
Aber genau da stehen Dir die Heizgebläse im Weg: Die erzeugen zwangsweise eine Frischluftzufuhr, die Du auch in derselben Menge (genauer: Masse) wieder abführen musst.
Besser wäre es, einen Umluftquirl im Ofen zu haben der die heisse Luft in möglichst idealer Luftführung gleichmässig rund ums Werkstück umspülen lässt.
Wenn es dann gelingt, die Werkstücke ideal gleichmässig erwärmt direkt am Ofenaustritt zu haben, musst Du nur noch dafür sorgen, dass die Werkstücke nicht ungleichmässig abkühlen auf der kurzen Strecke zur Verarbeitung. Bei so massearmen Blechstreifen kann da schon die Zugluft einer nahegelegenen Tür die grad offensteht einen wesentlichen Einfluss haben.

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mfg - Leo

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Ich dachte mit den Bürsten nicht an eine Führung sondern an den Verschluss des Ofens. Quasi zum Abdichten der Ein- und Auslassöffnung. Die Borsten sind weich genug um das Aluband passieren zu lassen aber Strömungsluft abzuhalten.

Zum Thema Profil: Ein Aluband von 22 mm Breite mit einer Toleranz von theoretisch +/- 0,2 (Allgemeintoleranz mittel) einer Dicke von 0,2 (Toleranz +/-0,01 geschätzt) und einer Geschwindigkeit von 6000mm/min (+/- 10mm/min) variiert dies nicht unerheblich. -->

Der Durchsatz im Ofen beträgt nach obigen Beispiel mindestens 1,12g/sekunde und maximal 1,26g/sekunde.

Bei einer spezifischen Wärmekapazität von Alu 0,94 J/g°K ergibt das bei einem Delta T von 130° etwa 17 Joule je Sekunde unterschied vom Profil.

Dein Ausgangsmaterial kommt je nach Fall mal mit 100° mal mit 150° heraus. Gerechnet mit diesem Delta T = 50°K ergibt das mit obigen Werten im Sollmaß des Alubandes ein Delta von etwa 56 Joule je Sekunde.

--> Das Profil beinflusst die Endtemperatur um schlappe 31% nach obigen Beispiel.

Um auch den "Murks" Gedanken von Leo nochmal aufzugreifen: Das Heizgebläse hat für einen Ofen mit 80 cm Länge geschätzt 4,5 Kilowatt Heizleistung macht 4500 Joule Wärme je Sekunde davon gehen in das Alublech etwa 145 Joule (bei einer Endtemperatur von 150°C) und die restlichen 4355 Watt gehen ungenutzt durch den Abluftauslass...     

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mfg WieTho

"Wer gegen ein Minimum Aluminium Immun ist besitz Minimumaluminiumimmunität."

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Hallo - ich wünsche euch auf diesem Wege alles Gute für das neue Jahr ; )

Bin wieder mal mit meinem Durchlaufofen beschäftigt.

Kann man eine Aussage darüber machen, welchen Einfluss die Luftzufuhr und die Temperatur zueinander haben? Sprich: Weniger Zuluft (=Gebläse drosseln) --> höhere Temperatur? oder umgekehrt? oder muss man das für den Einzelfall ausprobieren - gibt es eine Idealeinstellung...?

Bin wie immer über jeden Beitrag dankbar!

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Das wird über das Energiegleichgewicht funktionieren:
Du bringst eine gewisse Menge Wärme ein (über die Heizung) und die geht zur Gänze "verloren": In die Werkstücke, in die Abluft, und per Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung aussenrum an der Kammer an die Umgebung.
Also muss es zwingend so sein, dass Du bei mehr Abluft mehr Heizleistung einbringen musst, um die Energiebalance zu erhalten (oder es wird weniger warm im Ofen, was sich auch auf die Werkstücke auswirken wird).
Je "empfindlicher" ein Werkstück ist, desto besser ist es meist, möglichst wenig Zu-/Abluft zu haben.

Es gibt eine "Idealeinstellung", die zu erreichen ist ja Deine Aufgabe (bzw. die des Ofenbetreibers).

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mfg - Leo

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Hey - ich schon wieder ; )

ich würde gern die Temperatur berechnen, die ich mit einem Heißluftföhn einbringen muss, um ein Blech (50x0,5)mm² auf eine best. Temperatur (100°)zu bringen:

Prinzip: Vierkantofen: 90mmx120mm; 800 mm lang durch den das Alublech läuft (6 m/min) Hinten am EIntritt soll ein Heißluftföhn installiert werden - diesen gilt es auszulegen -  vorne eine Absaugung, um einen kont. Luftstrom zu gewährleisten

T (eintritt Blech)= 20°
T (Austritt Blech)= 100°
Volumenstrom d. Luft, die das Blech erwärmen soll = 150 l/min (wobei ich da auch höher gehen kann!)
gesucht: Temperatur d. Heißluftföns

Wie immer bin ich dankbar über jedweden Beitrag ; )

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