In der Luft- und Raumfahrtindustrie sind Industrieöfen ein wichtiger Bestandteil bei der Herstellung und Überholung von Teilen. Ganz gleich, ob es sich um das Glühen von Metall zur Verstärkung des Teils und zum Stressabbau, das Trocknen von Farben und das Aushärten von Verbundwerkstoffen oder das Verspröden von Teilen zur Erweichung und Sanierung von Komponenten bei Wartung und Reparatur handelt, die richtigen Fragen können der Schlüssel zu einem effizienten und kostengünstigen Betrieb von Industrieöfen für die Luft- und Raumfahrt sein.
1. Was muss ich über den Energieverbrauch von Industrieöfen wissen?
Seit etwa 100 Jahren wird Erdgas zum Heizen von Industrieöfen verwendet. Traditionell wurde Luft in einen Brenner gegeben und mit Ventilatoren oder Gebläsen zum anderen Ende des Ofens geblasen. Die heiße Luft umgab das Produkt unabhängig von seiner Größe oder Form, das schließlich auf die durchschnittliche Ofentemperatur erhitzt wurde. Im Allgemeinen können industrielle Öfen Produkt bis zu ungefähr 1.000 F, mit typischen Betriebstemperaturen im Bereich von ungefähr 180 F, 450 F und 500 F erhitzen.
Gas mit erhitzter, umgewälzter Luft, bekannt als Konvektion, eignet sich gut zum schnellen Erhitzen eines ganzen Ofens und zum Erhitzen unregelmäßig geformter Produkte, insbesondere in Chargen, da die Luft in ihre Ecken und Winkel gelangt. Viel Energie geht jedoch verloren, wenn der gesamte Ofen erhitzt wird, wenn erwärmte Luft aus der Vorder- oder Rückseite des Ofens austritt und wenn die Lüfter oder Gebläse mit Strom versorgt werden. Selbst bei modulierenden Brennern ist das Heizen mit Gas im Wesentlichen ein All-On- oder All-Off-Prozess, der ineffizient ist, da das Heizen des gesamten Ofens auch für kleine Teile erforderlich ist.
2. Was ist die effizienteste Form der industriellen Ofenheizung?
Während man davon ausgeht, dass gasbetriebene Industrieöfen weniger kosten als elektrische, können elektrische Öfen tatsächlich billiger und effizienter sein. Heute ist eine der effizientesten Möglichkeiten, einen Industrieofen zu heizen, mit unsichtbarer elektrischer Infrarotenergie, die keine Heizung des gesamten Ofens erfordert und keine Lüfter, Gebläse oder beweglichen Teile hat, so dass er völlig geräuschlos ist. Infrarotenergie tritt innerhalb des elektromagnetischen Spektrums auf und vermittelt Wärme, wenn das Produkt das Licht absorbiert, das unsichtbar ist, da es sich unterhalb des sichtbaren Lichtspektrums befindet.
„Gas ist wie ein feuerspeiender Drache; Es wird gerade heiß, aber es fehlt die Energieeffizienz, Finesse und Kontrolle von elektrischem Infrarot“, sagt Jesse Stricker, Präsident der Intek Corp., einem in Union, MO, ansässigen Designer und Hersteller von Industrieöfen, Heizgeräten, Heizelementen, Prozesssteuerungssystemen und Materialhandhabungsgeräten. „Elektrisches Infrarot ist besonders effektiv auf exponierten Oberflächen wie dem Trocknen von Farben und dem Aushärten von Verbundwerkstoffen sowie für kontinuierliche industrielle Inline-Wärmeprozessanlagen wie Band- oder Einschienenbahnen.“
Aufgrund der Energieeffizienz von Electric Infrared wurde es auch für Raumheizungsanwendungen eingesetzt. Zum Beispiel können einige unserer elektrischen Infrarot-Raumheizungen nur mit 700 Watt betrieben werden, liefern aber die gleiche nutzbare Wärme wie ein herkömmliches Gerät mit 1500 Watt, das einen Ventilator, ein Gebläse und Heizschlangen verwendet. 700 Watt sind etwa die Hälfte der erforderlichen Leistung eines Standard-Haartrockners. Da die niedrige Wattzahl weniger Strom zieht, ist es weniger wahrscheinlich, dass das Anschließen mehrerer Heizungen elektrische Leistungsschalter auslöst, was ein häufiges Problem bei weniger effizienten Heizungen ist.
Eine der einfachsten Möglichkeiten, den Energiebedarf von Industrieöfen zu senken, die Wärme zu bündeln und die Leistung zu optimieren, sind modulare elektrische Infrarotstrahler in Zonen. Wie Legosteine werden diese elektrischen Infrarotheizungsmodule, typischerweise in den Größen 12 „x 24“, 12 „x 36 “ oder 12 „x 48“, zu Strukturelementen des Ofens. Da einige integrierte Kleiderbügel, Montagehalterungen und Drahtverbindungen enthalten, können sie so konzipiert werden, dass sie für kleine Bereiche einzeln arbeiten, für größere Bereiche zusammengefügt werden und für eine effektive Heizung an der Decke oder an der Wand montiert werden können.
Die in der Luft- und Raumfahrt häufig verwendeten Bandförderöfen oder Einschienenförderöfen können auch ein weiteres Steuerungselement bereitstellen. Einzelne Heizzonen können mit separaten Steuerungen versehen werden, die eine größere, gleichmäßigere Erwärmung des Produkts auf einer automatisierten, freihändigen Basis ermöglichen.
„Wenn ein Luft- und Raumfahrtunternehmen ein kleineres Bauteil heizt, ist es nicht notwendig, den gesamten Ofen zu heizen“, sagt Stricker. „Stattdessen ist es effizienter, nur die notwendigen Wärmezonen des Ofens zu heizen.“
„Für höchste Effizienz und Flexibilität des Ofens können elektrische Infrarotstrahler nahezu unbegrenzte Heizzonen bereitstellen, die je nach Bedarf ein- oder ausgeschaltet werden können“, erklärt er. „Von oben nach unten, von vorne nach hinten, kann jeder Fuß in einem Förderofenweg für maximale, kontinuierliche Prozessheizungseffizienz in Zonen unterteilt werden, die von einem Thermoelement in jeder Zone überwacht werden. Um sich an einzelne Teile anzupassen, die stündlich durch den Ofen laufen, können intelligente Steuerungen verwendet werden, um auch Temperaturtoleranz und Konsistenz sicherzustellen.“
Ein weiterer Vorteil der elektrischen Infrarotheizung besteht darin, dass sie sehr präzise und einstellbar ist, was dazu beitragen kann, die in der Luft- und Raumfahrt häufig erforderlichen engen Temperaturtoleranzen zu gewährleisten. Da die Infrarotwellenlänge mit der Temperatur korreliert und die Energie bei bestimmten Wellenlängen in jedes Produkt absorbiert wird, können Hersteller die Wärme an die Wellenlänge eines Substrats im Ofen anpassen, um eine höhere Energieeffizienz und Ofenleistung zu erzielen.
3. Wie kann ich das Ofendesign für meinen industriellen Prozess optimieren?
Käufer betrachten oft „Standard“ -Industrieöfen, aber die meisten erhalten eine Art kundenspezifische Lösung, die ihren spezifischen Anforderungen entspricht, sei es für eine höhere oder breitere Abdeckung oder Heizelemente mit speziellen Spannungs- oder Leistungswerten. Glücklicherweise können solche Designverbesserungen oft mit elektrischem Infrarot für wenig oder keine zusätzlichen Kosten erreicht werden.
Kundenspezifische Heizelemente können verwendet werden, um die Leistung von Industrieöfen zu verbessern. Zum Beispiel können Glas- oder keramikbeschichtete Heizelemente für Anwendungen mit hoher Hitze, flexibler Silikonkautschuk für niedrigere Temperaturen, eine erhöhte Gehäusetiefe für zusätzliche Isolierung oder eine doppelwandige Gehäuseisolierung für die Wandinstallation verwendet werden.
In der Luft- und Raumfahrtindustrie können einige kundenspezifische Ofendesigner und -bauherren sogar Ofentypen wie Gaskonvektion und elektrisches Infrarot gut kombinieren. Da die Wärme steigt, sind typische Öfen oben heißer als unten, was in der Luft- und Raumfahrtindustrie ein Problem sein kann, wo konstant enge Toleranzen erforderlich sind.
„Während viele Luft- und Raumfahrtunternehmen immer noch Gaskonvektionsöfen spezifizieren, fügen mehr elektrische Infrarot hinzu, um die Temperaturzonen ihres Ofens unabhängig voneinander zu steuern“, sagt Stricker. „Um beispielsweise alle Bereiche des Ofens innerhalb von ein oder zwei Grad temperaturausgleich zu halten, können sie verwendet werden, um den Boden des Ofens stärker zu erwärmen als den oberen.“
4. Muss ich einen neuen Ofen kaufen, wenn mein Ofen ineffizient oder leistungsschwach ist?
Sobald ein Industrieofen seine Nutzungsdauer überschritten hat, verliert er an Effizienz, was die Kosten erhöhen, die Produktion verzögern oder die Produktqualität beeinträchtigen kann. Bevor Sie jedoch den gesamten Ofen durch ein neues Gerät ersetzen, überlegen Sie zunächst, ob eine Nachrüstung oder ein Upgrade des Ofens funktioniert.
Manchmal können Reparaturen so einfach sein wie die Installation erforderlicher Ersatzteile wie Hochtemperaturisolierung, Porzellanklemmen, Wärmesteuerungen oder Heizelemente.
Selbst wenn die Reparatur umfangreicher ist, kann die Lösung erheblich günstiger sein als der Kauf eines neuen Ofens.
„Die Aktualisierung von industriellen Ofenheizungen oder Heizelementen kann die Ofenleistung oft auf die ursprünglichen Spezifikationen bringen oder sogar verbessern“, sagt Stricker. „Einige Ofenhersteller entwickeln Module, die ein Leistungsproblem beheben, aber dennoch einfach genug für die Selbstinstallation sind. Ein Upgrade von einer älteren Technologie wie Gaskonvektion auf eine moderne wie elektrisches Infrarot ist ebenfalls möglich.“
Wenn die Reparatur, Nachrüstung oder Aktualisierung eines Industrieofens keine kostengünstige Möglichkeit mehr ist, seine Leistung zu verbessern, ist es an der Zeit, einen neuen Ofen zu kaufen.
Intek Corp. befindet sich in Union, MO. Für weitere Informationen visi www.intekcorp.com .
Del Williams ist ein technischer Redakteur mit Sitz in Torrance, CA.