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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Tunnelofens zum Brennen von Ziegeln, bei dem eine Aufheizzone, eine Brennzone und eine Kühlzone vorgesehen sind, wobei die Kühlzone gemäß einer gewünschten Temperaturkurve in eine Sturzkühlzone, eine Schonkühlzone und eine Endkühlzone unterteilt wird, wobei aus dem Anfangsbereich des Tunnelofens Rauchgas entnommen wird, und wobei in den Endbereich des Tunnelofens Schiebeluft eingegeben wird. Sie bezieht sich auch auf einen Tunnelofen zum Brennen von Ziegeln zur Durchführung des Verfahrens, wobei durch den Tunnelofen Wagen mit Ziegelbesätzen hindurchleitbar sind, wobei vom Eingang ab bis zum Ausgang hin eine Aufheizzone, eine Brennzone und eine Kühlzone vorgesehen sind, wobei die Kühlzone aus einer Sturzkühlzone, einer Schonkühlzone und einer Endkühlzone besteht, wobei in der Sturzkühlzone eine Einlassstelle für kühlende Warmluft vorgesehen ist, und wobei am Ende der Schonkühlzone eine Auslassstelle für Warmluft vorgesehen ist.
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Durch einen solchen Ofen, der z. B. in der
DE 10 2007 011 019 A1 beschrieben ist, werden Wagen mit zu brennenden Ziegelbesätzen hindurch geschoben. Der Tunnelofen besitzt – ausgehend vom Eingang – eine Aufheizzone, danach eine Brennzone und anschließend eine Kühlzone. Konventionell sollen diese drei Zonen einen gewünschten Temperaturverlauf besitzen. Dabei unterteilt man in der Regel die Kühlzone in eine am Anfang gelegene Sturzkühlzone, eine danach gelegene Schonkühlzone und nachfolgend bis zum Ausgang eine Endkühlzone. In der Schonkühlzone findet ein langsames Abkühlen in dem für Ziegel kritischen Temperaturbereich von 573°C statt.
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Etwa in der Mittel des Tunnelofens befindet sich die Brennzone. Hier wird mit Hilfe von mehreren Brennern Brennstoff, z. B. Gas oder Öl, zugeführt. Dieser Brennstoff wird unter Mitwirkung zugegebener Sekundärluft im Ofenraum verbrannt. In der Brennzone kann für den Ziegelbrand eine Temperatur von 900° bis 1200°C erzeugt werden. Die heißen Rauch- oder Brenngase strömen in Richtung Ofen-Eingang (Eingangsschleuse). Vor dort werden sie über einen Rauchgas-Ausgang mit Hilfe eines Gebläses abgesaugt. Die Zone zwischen Ofen-Eingang und Brennzone ist die erwähnte Aufheizzone.
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Vom Ofen-Ausgang her strömt kalte Luft, genannt Schiebeluft, unter Wirkung eines Gebläses in den Tunnelofen ein. Diese Schiebeluft dient zur Abkühlung der aus der Brennzone herausgefahrenen Ziegelbesätze. Die Ziegel sollten dabei in der Kühlzone ein optimales oder gewünschtes Temperaturprofil durchlaufen, das die drei Zonen Sturzkühlzone, Schonkühlzone und Endkühlzone umfasst. Um dieses zu bewerkstelligen, wird im ausgeführten Stand der Technik üblicherweise an den Ort der gewünschten Sturzkühlzone Umgebungsluft, z. B. mit einer Temperatur von 20° bis 30°C, eingeführt. Kurz danach, und zwar am Anfang der Schonkühlzone, wird die nunmehr aufgeheizte Luft aus dem Tunnelofen abgesaugt („obere Direktabsaugung”). Sie wird, um ihren Energiegehalt zu nutzen, konventionell in einer Anlage (Trockner) zum Trocknen der Ziegel verwendet. Die „obere Direktabsaugung” erfolgt z. B. durch eine Einrichtung in Form von Löchern oder Schlitzen. Und am Ende der Schonkühlzone wird nochmals mittels einer „unteren Direktabsaugung”, z. B. mit einer Einrichtung ebenfalls in Form von Löchern oder Schlitzen, Luft entnommen. Auch diese Heißluft wird konventionell zum Trocknen von Ziegeln verwendet. Die „untere Direktabsaugung” dient also gleichfalls der Nutzung des Wärmeenergieinhalts.
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Aus bereits existierenden Tunnelöfen ist es bekannt, die so eben erwähnte Umgebungsluft in einem Prozess der „Sturzkühl-Umwälzung” zunächst mit Heißluft zu mischen und dieses Gemisch dann in die Sturzkühlzone einzugeben. Hierbei wird die Heißluft direkt hinter der Brennzone entnommen und in einem Mischer mit der kalten Umgebungsluft, also mit Frischluft, gemischt, so dass die vom Mischer abgegebene Luft die zum Sturzkühlen benötigte Temperatur von z. B. 400° bis 600°C annimmt und als „abkühlende Warmluft” verwendet werden kann. Es hat sich gezeigt, dass durch eine solche „Sturzkühl-Umwälzung” eine gute Temperatur-Vergleichmäßigung im Tunnelofen erzielt werden kann. Dies verringert die Gefahr von Unterkühlungen am Rand der Ziegelbesätze, so dass die erwähnte kritische Temperatur von 573°C dort nicht unterschritten wird.
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In der Ziegelindustrie gibt es nun neuartige Entwicklungen, nach denen Trockenluft, also die im Zuge der Direktabsaugungen gewonnene Heißluft, nicht im bisher üblichen Ausmaß oder überhaupt nicht benötigt wird. Diese Absaugungen waren – wie erläutert – bisher erforderlich, um das gewünschte Temperaturprofil zu erhalten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und auch einen Tunnelofen der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass die Entnahme von Heißluft für äußere Zwecke, z. B. für das Trocknen, unnötig ist.
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Die Erfindung basiert auf der Überlegung, dass die Entnahme von Heißluft aus der „oberen Direktabsaugung” und/oder aus der „unteren Direktabsaugung” zum Zwecke des Trocknens von Ziegeln prinzipiell unnötig ist, wenn in geschickter Weise die relativ kühle, vom Ende einströmende Schiebeluft verwendet wird, um die gewünschte Temperaturkurve in der Kühlzone (Sturzkühlung, Schonkühlung, Endkühlung) zu erzeugen.
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Die gestellte Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass am Ende der Schonkühlzone an einer Auslassstelle Warmluft aus dem Tunnelofen entnommen und zwecks Sturzkühlens in die Sturzkühlzone über eine Einlassstelle wieder in den Tunnelofen eingeleitet wird.
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Dieses Vorgehen kann man kurz als „Umgehung der Schonkühlzone” bezeichnen.
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Bei diesem Verfahren ist es nicht erforderlich, in der Kühlzone eine „obere Direktabsaugung” durchzuführen. Dies gilt u. U. auch für die „untere Direktabsaugung”. Dennoch wird erreicht, dass die Ziegel beim Durchlaufen der Schonkühlzone langsam abgekühlt werden, und dass die Ziegel beim Verlassen des Tunnelofens gut abgekühlt sind, z. B. auf 50°C. Dies wird allein durch die Schiebeluft und durch die erwähnte Entnahme und Wiederzufuhr der Warmluft an den erwähnten Stellen erzielt. Dennoch ist die Einstellung auf die gewünschte Temperaturkurve mit den drei genannten Zonen erreichbar. Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Zufuhr von Verbrennungsluft für den oder die Brenner aus Gründen der Energieeinsparung am Tunnelofen reduziert werden soll.
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Von Vorteil ist es, wenn der Warmluft nach dem Prinzip der Sturzkühl-Umwälzung an einer Beigabestelle der Warmluft Heißluft beigegeben wird, der gegebenenfalls Frischluft beigemischt ist, wobei die Heißluft aus einer Entnahmestelle im Tunnelofen gewonnen wird, die vor der Einlassstelle in der Sturzkühlzone liegt. Gegebenenfalls kann aber in die Beigabestelle außer der Warmluft auch eine Mischluft geleitet werden, die eine Mischung aus der Heißluft und aus Frischluft ist.
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Es soll aber auch erwähnt werden, dass ein Teil der am Ende der Schonkühlzone an der Auslassstelle entnommenen Warmluft einem Trockner zugeleitet und dort zum Trocknen von Ziegeln verwendet werden kann. Diese Abzweigung des Teils der Warmluft ist geboten, wenn an den Brennern eine relativ große Luftmenge zugegeben werden muss.
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Bei einem Tunnelofen, durch den Wagen mit Ziegelbesätzen leitbar sind, bei dem vom Eingang ab bis zum Ausgang hin eine Aufheizzone, eine Brennzone und eine Kühlzone vorgesehen sind, und bei dem die Kühlzone aus einer Sturzkühlzone, einer Schonkühlzone und einer Endkühlzone besteht, wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Sturzkühlzone eine Einlassstelle für kühlende Warmluft vorgesehen ist, dass am Ende der Schonkühlzone eine Auslassstelle für Warmluft vorgesehen ist, und dass eine Zuleitung vorgesehen ist, über die Warmluft von der Auslassstelle in die Einlassstelle in der Sturzkühlzone einleitbar ist.
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Die Sturzkühlzone wird in der Regel nur sehr kurz sein. Sie wird nur 1 bis 3 Ofenwagen-Längen besitzen. Und die Einlassstelle der Warmluft wird etwa in der zweiten Hälfte der Sturzkühlzone liegen.
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In der Zuleitung ist bevorzugt ein Regelglied, bevorzugt ein solches mit Antrieb, angeordnet. Hierbei kann es sich also z. B. um eine Regelklappe oder einen Regelschieber handeln. Die Steuerung kann von Hand oder elektrisch erfolgen.
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Die an der Auslassstelle aufgenommene Warmluft kann eine Temperatur im Bereich von 200° bis 250°C besitzen.
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Man wird in der Regel so vorgehen, dass als Einlassstelle und/oder als die Auslassstelle mindestens ein Schlitz oder mindestens ein Loch in der Ofendecke vorgesehen ist.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass als Einlassstelle und/oder als Auslassstelle mindestens ein Schlitz oder mindestens ein Loch in der Ofen-Seitenwand vorgesehen ist.
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Die Zuleitung kann ein Stahlrohr mit Wärmeisolierung sein. Alternativ ist es möglich, dass die Zuleitung ein Kanal innerhalb der Ofendecke oder innerhalb der Ofen-Seitenwand ist.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn eine Beigabestelle vorgesehen ist, in der der in der Zuleitung fließenden Warmluft eine im Umwälzverfahren gewonnene Heißluft beimischbar ist. Dabei kann der Beigabestelle Heißluft von einer Entnahmestelle, die in der Sturzkühlzone vor der Einlassstelle liegt, zuführbar sein. Die Beigabestelle kann mit einer Mischstelle verbunden sein, der zur Erzeugung von Mischluft einerseits kühle Luft, insbesondere Frischluft, und andererseits Heißluft zuführbar ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von 3 Figuren näher erläutert. Er zeigen:
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1 einen Tunnelofen in prinzipieller Darstellung,
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2 die verschiedenen Temperaturzonen entlang des Tunnelofens und
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3 das gewünschte Temperaturdiagramm entlang des Tunnelofens.
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In 1 ist schematisch ein Tunnelofen 2 zum Brennen von Ziegeln gemäß der Erfindung dargestellt. Darunter sind in 2 die verschiedenen Temperaturzonen und darüber ist in 3 das vom Benutzer gewünschte Temperaturdiagramm T(x) über die Länge l des Tunnelofens x vom Anfang x = 0 bis zum Ende x = l gezeigt.
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Der Tunnelofen 2 umfasst einen Tunnel, durch den eine Vielzahl von Wagen 4, die an einander stoßen, auf Schienen rollen. Sie sind mit Ziegelbesätzen beladen, und sie werden in Schub- oder Bewegungsrichtung x hindurch geschoben. Ein solcher Tunnelofen 2 kann eine große Länge l, z. B. von l = 200 m, haben. Als Temperatur-Zonen unterscheidet man eine Aufheizzone A, eine Brennzone B, in der eine Temperatur von z. B. 1100°C herrscht, und eine Kühlzone K. Die Kühlzone K wird dabei unterteilt in eine am Anfang gelegene Sturzkühlzone K1, in der ein schnelles Abkühlen erfolgt, eine nachfolgende Schonkühlzone K2, in der ein langsames Abkühlen um den für zu brennende Ziegel kritischen Temperaturbereich um 573°C erfolgt, und eine Endkühlzone K3, in der der Ziegelbesatz etwas schneller auf die am Ausgang gewünschte Ausgangstemperatur, z. B. von 50°C, herabgekühlt wird.
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Am Ofeneingang 6 werden die Wagen 4 durch eine weitgehend luftdichte Schleuse in das Innere des Tunnelofens 2 geleitet. Die Schleuse umfasst zwei Tore, die abwechselnd geöffnet werden, um jeweils einen Wagen 4 durchzulassen. Am Anfang der folgenden Aufheizzone A liegt ein Rauchgasausgang 8, über den das im Tunnelofen 2 gebildete Rauchgas r mittels eines Gebläses 10 abgezogen wird.
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Am Ausgang 12 des Tunnelofens 2 ist ein einzelnes Tor vorgesehen. Aber auch hier kann eine Ausfahrschleuse vorgesehen sein. Kurz vor dem Ausgang 12 liegt ein Lufteingang 14, durch den mit Hilfe eines Gebläses 16 Schiebeluft s in den Endbereich des Tunnelofens 2 eingegeben wird. Diese strömt entgegen der Bewegungsrichtung x der Wagen 4 durch das Innere des Tunnelofens 2.
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Im genannten Bereich der Brennzone B sind mit Erdgas, mit Öl oder mit festen Brennstoffen betriebene Brenner 18 untergebracht. Hierbei handelt es sich um Deckenbrenner. Zusätzlich oder alternativ können auch Seitenbrenner 22 vorgesehen sein. Die Brenner 18, 22 werden zusätzlich über ein Gebläse 20 mit Sekundärluft t betrieben.
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Von Bedeutung ist nun, dass am Ende der Schonkühlzone K2 über eine Auslassstelle 24 Warmluft w aus dem Tunnelofen 2 entnommen wird. Die Warmluft w hat hier eine Temperatur von z. B. 200° bis 250°C. Diese Warmluft w wird über eine Zuleitung 26, ein Regelglied 28 mit Antrieb 30 und ein Gebläse 32 zu einer Einlassstelle 34 gefördert und von dort wieder in das Innere des Tunnelofens 2 geleitet. Die Einlassstelle 34 liegt in der Sturzkühlzone K1. Die eingeleitetet Menge an Warmluft w bestimmt den sich einstellenden Temperaturgradienten in der Schonkühlzone K2.
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Die Zuleitung 26 kann im einfachsten Fall ein Stahlrohr sein, das mit einer Wärmeisolierung versehen ist. Alternativ kann aber auch als Zuleitung 26 ein Kanal verwendet werden, der in der Ofendecke oder innerhalb einer Seitenwand des Tunnelofens 2 angeordnet ist. Und natürlich kann innerhalb eines solchen Kanals auch ein Stahlrohr zur Leitung der kühlenden Warmluft w verwendet werden.
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Im Bedarfsfall kann gemäß 1 auch ein Teil w1 der am Ende der Schonkühlzone K2 entnommenen Warmluft w für andere Zwecke verwendet werden, also in einer Abzweigleitung 35 über ein Regelglied 36 mit Antrieb 38 weitergeleitet und z. B. einem (nicht gezeigten) Trockner zugeführt werden. Dieser Teil w1 kann dort zum Trocknen von Ziegeln verwendet werden. Er dient zur Herausnahme von thermischer Energie aus dem Tunnelofen 2. Es soll aber betont werden, dass eine solche Ableitung von Trockenluft entsprechend der eingangs erwähnten „oberen Direktabsaugung” vorliegend für die Funktion nicht erforderlich ist. Ebenso wird vorliegend von einer „oberen Direktabsaugung” kein oder nur geringer Gebrauch gemacht.
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Im Ausführungsbeispiel nach 1 wird zusätzlich – was gleichfalls prinzipiell nicht erforderlich ist – vom Prinzip der Sturzkühl-Umwälzung Gebrauch gemacht. Danach wird an einer Misch- oder Beigabestelle 40 der Warmluft w, die der Einlassstelle 34 zugeleitet wird, Mischluft m beigegeben. Diese Mischluft m ist eine Mischung aus Umgebungs- oder Frischluft f und aus Heißluft p, die in einer Mischstelle 42 hergestellt wird, wobei die Mischstelle 42 mit der Beigabestelle 40 verbunden ist. Dabei wird die Frischluft f überein Regelglied 44 mit Regelantrieb 46 der Mischstelle 42 zugeleitet. Und die Heißluft p wird von einer Entnahmestelle 48 im Tunnelofen 2 her ebenfalls über ein Regelglied 50 mit Regelantrieb 52 der Mischstelle 42 zugeleitet. Die Entnahmestelle 48 liegt – in Bewegungsrichtung x der Wagen 4 gesehen – vor der Einlassstelle 34 in der Sturzkühlzone K1.
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Prinzipiell kann die Zugabe von Frischluft f an der Mischstelle 42 entfallen.
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Die Sturzkühlzone K1 ist im Vergleich zur Länge l des Tunnelofens 2 nur recht kurz. Sie kann z. B. 1 bis 3 Wagenlängen, häufig nur 2 Wagenlängen, umfassen. Man wird dann die Entnahmestelle 48 im ersten Drittel und die Einlassstelle 34 im zweiten Drittel der Sturzkühlzone 34 anordnen. Durch die dargestellte Sturzkühl-Umwälzung mit Hilfe der Bauglieder 48, 50, 42, 44, 40 wird eine Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung im Tunnelofen 2 erzielt. Eine Unterkühlung des Randes der Ziegelbesätze und damit eine Qualitätseinbuße bei den gebrannten Ziegeln wird dadurch vermieden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die zur Erreichung des gewünschten Temperaturgradienten in der Schonkühlzone K2 erforderliche Menge an Warmluft w relativ groß sein muß.
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Die Luft-Ableitungsstellen 8, 48, 24 können in Form von einem oder mehreren Schlitzen oder Löchern in Ofendecke und/oder Ofenwand ausgebildet sein. Entsprechend können die Einlassstellen 14, 34 in Form von einem oder mehreren Schlitzen oder Löchern in Ofendecke und/oder Ofenwand ausgebildet sein. In den jeweiligen Schlitzen kann dabei – je nach Temperaturanforderung – ein Stahlkasten eingesetzt sein. Und in das jeweilige Loch an der Einlassstelle 34 kann ein Düsenrohr eingesetzt sein.
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Zum Temperaturverlauf T(x) sei noch erwähnt, dass in einem Tunnelofen 2 nach diesseitigen Überlegungen mit folgenden Ziegel-Temperaturen T gearbeitet werden kann, sofern vom Prinzip der Sturzkühl-Umwälzung Gebrauch gemacht wird: Die Temperatur T beträgt in der Aufheizzone A am Ofeneingang 6 etwa 20°–30°C und am Ende der Aufheizzone etwa 600°–700°C. Sie steigt dann im Verlauf der Brennzone B auf 900°–1200°C, je nach verwendetem Tonmaterial. In der Sturzkühlzone K1 fällt sie relativ rasch auf etwa 650°C Im Bereich der Schonkühlzone K2 ergibt sich dann ein langsamer Abfall im Bereich um den für Ziegel kritischen Temperaturpunkt, bei 573°C. Die an der Entnahmestelle 48 entnommene Heißluft p hat eine Temperatur von ca. 900°C. Am Ende der Schonkühlzone K2, wo die Auslassstelle 24 gelegen ist, ist eine Warmluft-Temperatur von ca. 250°C und eine Ziegel-Temperatur von z. B. 450°C erreicht. Mit dieser Temperatur wird die Warmluft w mit der Mischluft m gemischt. Wie erwähnt, die Warmluft w hat hier eine Temperatur von z. B. 250°C. Die Frischluft f hat eine Temperatur von 20°–30°C, und die Heißluft p hat eine Temperatur von ca. 900 Grad Celsius, so dass die an die Einlassstelle 34 abgegebene Warmluftmischung w, m eine Temperatur von 500°–600°C. annimmt. In der Endkühlzone K3 nimmt die Temperatur T sodann wieder rasch ab. Sie erreicht am Ofen-Ausgang 12 eine Temperatur T von etwa 50°C. Die Ziegelbesätze werden sodann außerhalb des Tunnelofens 2 durch die Umgebungsluft auf z. B. 20°C abgekühlt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Tunnelofen
- 4
- Wagen
- 6
- Ofeneingang
- 8
- Rauchgasausgang
- 10
- Gebläse
- 12
- Ausgang des Tunnelofens 2
- 14
- Lufteingang
- 16
- Gebläse
- 18
- Brenner
- 20
- Gebläse
- 22
- Seitenbrenner
- 24
- Auslassstelle
- 26
- Zuleitung
- 28
- Regelglied
- 30
- Antrieb
- 32
- Gebläse
- 34
- Einlassstelle
- 35
- Abzweigleitung
- 36
- Regelglied
- 38
- Antrieb
- 40
- Misch- oder Beigabestelle
- 42
- Mischstelle
- 44
- Regelglied
- 46
- Regelantrieb
- 48
- Entnahmestelle
- 50
- Regelglied
- 52
- Regelantrieb
- A
- Aufheizzone
- B
- Brennzone
- K
- Kühlzone
- K1
- Sturzkühlzone
- K2
- Schonkühlzone
- K3
- Endkühlzone
- T
- Temperatur
- T(x)
- Temperaturkurve
- f
- Umgebungs- oder Frischluft
- l
- Länge des Tunnelofens 2
- m
- Mischluft
- p
- Heißluft
- r
- Rauchgas
- s
- Schiebeluft
- t
- Sekundärluft
- w
- Warmluft
- w1
- abgeleitete Warmluft
- x
- Bewegungsrichtung der Wagen 4
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007011019 A1 [0002]
