[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von beschichteten Werkstücken durch
InfrarotstrahLung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
[0002] Die Erfindung kann besonders vorteilhaft zum AusgeLieren (Trocknen) von pulverbeschichteten
Gußstücken, insbesondere auch von Graugußstücken gerade auch mit unregelmäßiger Gestalt
eingesetzt werden. Die Erfindung kann aber auch vorteilhaft bei dünnwandigen Werkstücken
komplizierter Konfiguration u.a. aus BLech verwendet werden. Die Beschichtung der
Werkstücke kann auch durch einen Elektrotauch-, einen wasserlöslichen oder einen LösungsmitteLhaLtigen
Lack erfolgt sein. Es Lassen sich auch beschichtete Werkstücke aus Keramik oder GLas
trocknen.
[0003] Aus der US-PS 2 419 643 ist ein Ofen bekannt, in dessen Gehäuse im Abstand von den
Gehäusewänden InfrarotstrahLer mit Reflektoren angeordnet sind. Die InfrarotstrahLer
schließen einen BestrahLungsraum ein. Das Gehäuse weist Ein- und Auslaßöffnungen sowie
ein Transportmittel zum Transport der Werkstücke durch das Gehäuse auf. Die Werkstücke
gelangen nach dem Eintritt in das Gehäuse in eine Zone, in der die InfrarotstrahLer
eng beieinander angeordnet sind, so daß durch die intensive direkte Bestrahlung die
Werkstücke schneLL auf die gewünschte Trockentemperatur aufgeheizt werden. Beim weiteren
Durchgang durch den Ofen braucht die erreichte Trockentemperatur nur noch aufrechterhalten
werden, wozu eine geringere AnzahL an StrahLern ausreicht, so daß der Ofen eine zweite
Zone mit in größerem Abstand voneinander angeordneten InfrarotstrahLern aufweist als
dies in der ersten Aufheizzone der FaLL ist.
[0004] Es ist auch vorgesehen, im Gehäuse eine durchziehende Luftströmung zu erzeugen oder
aus dem zentralen Gehäuseteil mittels einer Ansaugvorrichtung, z.B. auch zur Entfernung
von beim Trocknen entstehenden Dämpfen, Luft abzusaugen.
[0005] In derartigen öfen Lassen sich jedoch beschichtete Gußstücke unregelmäßiger Form
nicht trocknen bzw. behandeln, da einerseits Verbrennungen der Beschichtung an vorstehenden
TeiLen und andererseits ungenügende Trocken- bzw. Behandlungsergebnisse bei Hinterschnitten
und an im Schatten der IR-Strahlen Liegenden Partien zu beobachten sind. Der konvektive
Wärmeanteil wird hierbei voLLständig unausgenutzt an die Atmosphäre weitergegeben.
[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem Werkstücke - insbesondere
auch mit PuLver, aber auch mit flüssigen Lacken beschichtete Werkstücke - auch von
unregelmäßiger GestaLt und mit Hinterschnitten durch IR-StrahLung getrocknet werden
können. Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine wirtschaftliche Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens anzugeben.
[0007] Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den MerkmaLen des Anspruchs 1 gelöst.
[0008] In der ersten und dritten Zone werden die Werkstücke durch die StrahLung erhitzt,
wobei durch die umgewälzte Luft vorstehende TeiLe gekühlt - was überhitzungen ausschließt
und Teile, die nur geringer bestrahlt werden und damit weniger Strahlungsenergie aufnehmen
können,erwärmt werden. In der Ruhezone ohne Infrarotstrahlung erfolgt ein Wärmeausgleich
innerhalb der Werkstücke, der durch die auch in dieser Zone die Werkstücke umfließenden
Strömung verstärkt wird. Durch den Wärmeausgleich innerhalb der Werkstücke wird auch
den im StrahLungsschatten Liegenden SteLLen, die weniger Strahlungsenergie aufnehmen,
die erforderliche Wärmeenergie zum Trocknen zugeführt und die eingesetzte Energie
wirtschaftlicher genutzt. Durch die LuftumwäLzung lassen sich auch die Reflektoren
der StrahLer und die Gehäusewände kühlen und deren aufgenommene Wärme zur BehandLung
der Werkstücke ausnutzen, was Energie spart.
[0009] In den Unteransprüchen 2 bis 3 sind besonders vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens
wiedergegeben.
[0010] Die AufrechterhaLtung eines Unterdrucks ermöglicht die Einhaltung der gewünschten
Strömungsverhältnisse zur Umspülung der Werkstücke und verhindert, daß z.B. Staubpartikel
einer PuLverbeschichtung nach außen gelangen können.
[0011] Die diffuse Infrarotstrahlenverteilung und der dadurch erzielte "Billiardeffekt"
ermöglicht auch Hinterschnitte und Vertiefungen zu erreichen und Konzentrationen auf
bestimmte vorspringende TeiLe zu verhindern, sie trägt somit zur gleichmäßigeren allseitigen
Erwärmung bei.
[0012] Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
[0013] Vorzugsweise AusgestaLtungen der Vorrichtung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
[0014] Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung
unter Hinweis auf Varianten und unter Angabe weiterer VorteiLe unter Bezug auf Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 in schematischer DarsteLLung einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß
der Erfindung,
Fig. 2 in schematischer DarsteLLung einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig.
1 entlang der Linie II-II.
[0015] ALs AusführungsbeispieL wird eine Vorrichtung zum AusgeLieren von pulverbeschichteten
GußteiLen erläutert.
[0016] Die Vorrichtung weist ein bekanntes, tunnelrohrförmiges Gehäuse 1 auf, das an den
Stirnseiten eine Ein- bzw. AusLaßöffnung 2,3 aufweist. Durch die Ein- und Austaßöffnung
2,3 und das Gehäuse 1 ist ein Transportmittel 4 geführt, mit dem mit einem Lack beschichtete
Werkstücke 5 durch die Vorrichtung transportiert werden können.
[0017] Das Innere des Gehäuses 1 ist in Längserstreckung in drei miteinander verbundene
Zonen 6,7,8, eine Vorwärm-, eine Ruhe- und eine Nachheizzone unterteilt. Die Länge
der Zonen ist prinzipiell beliebig. Die Vorwärmzone 6 kann Länger, da hier das Aufheizen
der Werkstücke auf die Arbeitstemperatur erfolgt, oder auch gleich Lang wie die Nachheizzone
8 ausgeführt werden. Ein VerhäLtnis der Zonen 6,7,8 zueinander wäre z.B. 2:2:1, 2:1:1
oder 2:1:2 oder auch 1:1:1.
[0018] Bei einem äußerst komplizierten Werkstück 5 mit vielen Hinterschnitten und Vertiefungen
kann es auch notwendig sein, mehrere - gegebenenfalls dann kürzere - Ruhe- und Nachheizzonen
7,8 vorzusehen. Diese können innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet sein (nicht dargestellt)
oder in separaten, bedarfsweise an das Gehäuse 1 ankuppelbaren Gehäusen 1' (in Fig.
1 angedeutet) angeordnet werden. Diese Gehäuse 1' können auch verfahrbar gestaltet
sein.
[0019] In der Vorwärmzone 6 und der Nachheizzone 8 sind den Arbeitsquerschnitt, der von
den Abmessungen der jeweiligen Werkstücke 5 abhängt, einhüllende Reflektoren 9 angeordnet,
die sich parallel zur Transportrichtung erstrecken. Die Reflektoren 9 sind mindestens
in ihrem Abstand zum Werkstück 5,vorzugsweise aber auch winkelverstellbar angeordnet
und bilden die Wände der eigentlichen BestrahLungsräume. Mehrere RefLektoren 9 können
zu Reflektorwänden 10,10' verbunden und gemeinsam abstandsverstellbar sein. GrundsätzLich
ist die Form der Reflektoreinhüllung und damit der Querschnitt der Bestrahlungsräume
von der Form der Werkstücke 5 abhängig und soll sich deren UmhüLLenden anpassen. Es
sind rechtwinklige Anordnungen der Reflektorwände 10,10' möglich. Wegen der besseren
AnpassungsmögLichkeiten an verschiedene Werkstücke 5 und hinsichtlich der besseren
diffusen Strahlenverteilung sind Anordnungen in Form eines Sechsecks wie im AusführungsbeispieL,
oder eines Dreiecks, Fünfecks usw.vorzuziehen.
[0020] Beim Ausführungsbeispiel sind die seitlichen RefLektorwände 10 parallel und die oberen
und unteren Reflektorwände 10' um eine Achse 11 bewegbar angeordnet. GegebenenfaLLs
können die Wände 10 auch parallel verstellbar und zugleich verschwenkbar angeordnet
sein, wodurch Anordnungen in Pyramidenform möglich sind. Die RefLektoren 9 sind mit
einem - vorzugsweise einstellbaren - Seitenabstand voneinander, so daß zwischen ihnen
Durchgangsspalte bestehen, zu den Reflektorwänden 10 verbunden, z.B. sind sie auf
Trägern 12 verschieb- und Lös-, arretier- und entfernbar angeordnet. Dadurch kann
Leicht der Seitenabstand und damit der Durchgangsspalt zwischen ihnen vergrößert oder
verkleinert werden und gegebenenfaLLs können weitere RefLektoren an den Trägern 12
befestigt oder von ihnen abgenommen werden, um die durch die RefLektoren 9 umhüllten
BestrahLungsräume an verschiedene Abmessungen von Werkstücken 5 anpassen zu können.
[0021] Die Wirkseite der Reflektoren 9 ist auf die Werkstücke 5 gerichtet und besteht aus
einer hochglänzenden Schicht, z.B. eloxiertem Aluminium und ist vorzugsweise räumlich
strukturiert, z.B. durch Pyramiden mit regel- oder unregelmäßiger drei-, vier-, fünf-,
sechseckiger usw. Basis. Die RefLektoren 9 haben die Aufgabe, die StrahLen von IR-StrahLern
13 diffus im BestrahLungsraum zu verteilen, sie solLen sie auf keinen Fall fokussieren.
Die InfrarotstrahLer 13 sind in der ZentraLachse einzelner oder aller RefLektoren
9 angeordnet. Zwichen der Innenwand 14 des Gehäuses 1, den Seitenwänden der Ruhezone
7 und den Rückseiten der RefLektoren 9 bestehen entsprechend der jeweiligen SteLLung
der Reflektorwände 10 KanäLe 15 unterschiedlichen VoLumens.
[0022] Die Wände der KanäLe 15 sind strömungsgünstig geformt, um eine gleichmäßige, möglichst
wirbelfreie Laminare Strömung in den Kanäten 15 zu gewährleisten. Die rechts- und
Linksseitigen KanäLe 15 sind im oberen Bereich durch das Transportmittel 4 umgebende
Trennwände 16 voneinander getrennt. Im unteren Bereich münden sie in einen gemeinsamen
Druckraum 17, der zu den KanäLen 15 hin durch öffnungen aufweisende PLatten 18 oder
Gitter abgedeckt ist. Die KanäLe 15 der rechten und Linken Seite können auch im unteren
Bereich völlig voneinander getrennt sein, wobei der Druckraum 17 integriert ist. Auf
die PLatten 18 oder Gitter kann auch verzichtet werden.
[0023] Am Boden der Ruhekammer 7 sind Ansaugöffnungen 19 eines Ventilators 20 ausgeführt.
Die Druckseite des VentiLators 20 ist mit den Druckräumen 17 der Vorwärmzone 6 und
der Nachheizzone 8 verbunden.
[0024] Die KanäLe 15 weisen im oberen geschlossenen TeiL zwischen der Trennwand 16 und der
Gehäuseseitenwand mit DrosseLn versehene AbLuftstutzen 21 auf, die zur TemperaturregeLung
der Atmosphäre im Innern der Vorrichtung und gegebenenfalls zum Absaugen von Dämpfen
dienen können.
[0025] Durch die dargelegte Anordnung der RefLektoren 9 wird die dahinterliegende Ofeninnenwand
vor einer direkten StrahLung geschützt und durch die erzeugten Strömungsverhältnisse
erfolgt auch deren Kühlung. Durch die erzielten Strömungsverhältnisse im Innern werden
die Reflektoren auch vor der Ablagerung von SpaLt- und Crackprodukten geschützt.
[0026] Vorzugsweise besteht die Wandung des Gehäuses 1 der Ruhezone 7 und auch in der sich
zwischen der Einlaßöffnung 2 und der Vorwärmzone 6 befindenden EinLaßzone 22 sowie
in der sich zwischen der Nachheizzone 8 und der Auslaßöffnung 3 befindenden Auslaßzone
23 aus einem die Infrarotstrahlung praktisch nicht absorbierenden Material. Diese
Wandung kann wie die Reflektoren aus einer hochglänzenden Schicht, z.B. eloxiertem
Aluminium bestehen und ebenso räumlich strukturiert sein. Hierdurch Lassen sich durch
den Billiardeffekt durch das Gehäuse vagabundierende Infrarotstrahlen zurück auf das
Werkstück Lenken und es wird dadurch in Verbindung mit der Luftströmung im Gehäuse
eine nennenswerte Aufheizung der Wandung vermieden, die spezielle IsoLationen unnötig
macht.
[0027] Das erfindungsgemäße Verfahren Läuft in der beschriebenen Vorrichtung wie folgt ab:
Vor der Inbetriebnahme werden der Abstand der RefLektoren 9 bzw. der Reflektorwände
10,10' entsprechend der Größe des zu behandelnden Werkstücks 5 und dem optimalen Wirkabstand
der verwendeten IR-Strahler 13 eingestellt. Entsprechend der GestaLt und Beschaffenheit
des Werkstücks 5 und der Beschichtung sowie der davon abhängigen benötigten Wärmemenge
werden die AnzahL, die VerteiLung und die Art der InfrarotstrahLer 13 gewählt und
entsprechend auch der Abstand der RefLektoren 9 voneinander. Werden immer gleiche
oder gleichartige Gegenstände der Behandlung unterzogen, wird diese Einstellung nur
einmal bei der Inbetriebnahme vorgenommen. Mittelwellige InfrarotstrahLer mit einer
Wellenlänge von λ 2 bis 3 haben sich besonders bewährt.
[0028] Sodann wird ein TeiL der vorgesehenen IR-Strahler 13 oder alle - mit reduzierter
Leistung - sowie der Ventilator 20 eingeschaltet. Hierdurch wird im Vorrichtungsinnern
die jeweils benötigte LeerLauftemperatur eingestellt. Durch die beschriebene Anordnung
des VentiLators 20 stellt sich in der Ruhezone 7 und auch in den Bestrahlungsräumen
der Vorwärm- und Nachheizzonen 6,8 ein Unterdruck ein, während sich in den KanäLen
15 ein überdruck aufbaut. Hierdurch bildet sich eine Strömung aus den KanäLen 15,
die die Reflektoren 9 umfließend in die Bestrahlungsräume hinein und um die Werkstücke
5 herum in die Ruhezone 7 aus. Durch diese Strömung werden die RefLektoren 9 gekühlt
und Anteile der konvektiven Wärme für die BehandLung der Werkstücke 5 gewonnen. Die
Strömungsbewegung ist mit PfeiLen in den Figuren angedeutet.
[0029] Wird durch einen MeLder ein Werkstück 5 avisiert, werden die IR-StrahLer 13, gesteuert
durch einen Pilotstrahler, hochgefahren und erreichen beim Eintritt des Werkstücks
5 in den Bestrahtungsraum der Vorwärmzone 6 ihre normale Leistung. Durch die Art und
Anordnung der RefLektoren 9 wird die StrahLung der IR-StrahLer 13 im Bestrahlungsraum
diffus verteilt und somit auch teilweise von anderen Reflektoren 9 reftektiert, bevor
sie das Werkstück 5 erreichen. Durch diese Reflektionen können auch Hinterschnitte
und Vertiefungen erreicht werden, die bei einem geradlinigen StrahLengang im Schatten
Liegen würden. Hierdurch und durch das oben erwähnte Umströmen wird eine gleichmäßigere
Erwärmung erzielt. Das Werkstück 5 gelangt dann in die Ruhezone 7 ohne IR-StrahLer.
Hier erfolgt nicht nur keine Wärmezufuhr, sondern durch die Strömung eine geringe
KühLung der Oberfläche, so daß die vom OberfLächenbereich aufgenommene Wärme ins Innere
abfließen kann und im Sinne eines Temperaturausgleichs innerhalb des Werkstücks zwischen
dick- und dünnwandigen Teilen wirkt. IrgendweLchen möglichen Verbrennungen durch Temperaturstaus
wird somit wirksam vorgebaut. Außerdem erfolgt von innen heraus ein Temperaturfluß
in die Zonen, wo die Strahlung nicht oder nur in geringem Maße die OberfLäche erreichen
konnte, so daß auch die Qualität der Behandlung verbessert wird. In der Nachheizzone
8 erfolgt dann eine der in der Vorwärmzone 6 durchgeführten Behandlung entsprechende
EndbehandLung. Bei VerLassen der Nachheizone 8 sind die Werkstücke 5 fertig behandelt,
d.h. die Beschichtung ist vollständig und hochwertig ausgehärtet. Bei sehr komplizierten
Werkstücken 5 können gegebenenfalls mehrere Ruhe- und Nachheizbehandlungen, die gegebenenfalls
zeitlich verkürzt sind, durchgeführt werden.
B e i s p i e l
[0030] Eine Vorrichtung der beschriebenen Art wurde mit mittelwelligen Zwillingsrohr IR-Quarz-Strahlern
mit achtförmigem Querschnitt und durch eine GoLdschicht abgedeckter Rückseite und
mit RefLektoren mit einer räumlich strukturierten Reflektorfläche aus hochglänzendem
eloxiertem Aluminium bestückt.
[0031] Der Seitenabstand zwischen den benachbarten Reflektoren betrug 1.5 mm, der zwischen
den Zentralachsen der IR-Strahler 65 mm. Die Flächenleistung der StrahLer lag zwischen
30 und 36 kW/m
2. Die Leerlaufleistung betrug 10% der installierten Leistung. Durch die Vorrichtung
wurden pulverbeschichtete Gußwerkstücke (z.B. aus Grauguß), zum Teil mit komplizierten
Formen, mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min ohne Drehung der Werkstücke durchgeschleust.
Beim konkreten Beispiel verblieben die Werkstücke 2 Minuten in der Vorwärmzone, 1
Minute in der Ruhezone und 1 bis 1,5 Minuten in der Nachheizzone. Nach 2 Minuten war
ein Anschmelzen des PuLvers auf den direkt den Strahlern zugekehrten Seiten zu beobachten.
In diesem Augenblick sollte die Ruhezone erreicht werden. Die Temperatur in der Vorwärmzone
und der Nachheizzone wurde auf 200°C begrenzt.
[0032] Zur kurzzeitigen RegeLung kann auch durch den Abluftstutzen 21 Luft abgeführt werden,
was ein stärkeres Ansaugen von UmgebungsLuft durch die Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen
2,3 bedingt. In den Bestrahlun*gsräumen und in der Ruhezone 7 wurde ein geringer Unterdruck
von ca. 10 Pa und in den KanäLen 15 ein geringer überdruck von 500 Pa aufrechterhalten.
Durch die erzielte Strömung und das WegLassen der IR-Strahler ergab sich in der Ruhezone
7 eine um ca. 30
0C niedrigere Temperatur.
[0033] Die beschichteten Werkstücke 5 wiesen nach dem Austritt aus der Vorrichtung und dem
Abkühlen gleichmäßig ausge-Lierte hochwertige Beschichtungen auf.
[0034] Bei bekannten Trockenverfahren, die für Werkstücke aus Grauguß mit unregelmäßiger
GestaLt geeignet sind, ist für gleiche Werkstücke eine Gesamtverweilzeit von 40 bis
45 Minuten erforderlich.
1. Verfahren zum Trocknen von beschichteten Werkstücken - insbesondere von unregelmäßiger
GestaLt - durch IR-StrahLung, wobei die Werkstücke in mehreren Zonen bei einer bestimmten
Temperatur getrocknet werden und wobei in den Zonen eine Lufströmung vorgesehen ist
und die Luft aus einer Zone abgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Werkstücke in der ersten Zone (Vorwärmzone) vorgewärmt werden, in der zweiten
Zone (Ruhezone) die IR-Strahlung unterbrochen wird, so daß sich die Temperatur der
Werkstücke leicht absenkt, und in der dritten Zone (Nachheizzone) durch erneute IR-Strahlung
fertiggetrocknet werden, wobei die Luft umgewälzt wird und zusätzlich Wärme durch
Konvektion an die Werkstücke abgibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zonen ein geringer
Unterdruck herrscht.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlung
diffus ist.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit
einem Gehäuse, in dem in mehreren Zonen im Abstand von den Gehäusewänden Infrarotstrahler
mit Reflektoren angeordnet sind, die einen BestrahLungsraum einschließen, mit Ein-
und Auslaßöffnungen sowie einem TransportmitteL zum Transport der Werkstücke durch
das Gehäuse und mit einer Ansaugvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
zwei Zonen (Vorwärmzone (6) und Nachheizzone (8)) eine Zone (Ruhezone (7)) ohne Infrarotstrahler
(13) angeordnet ist und in der Ruhezone (7) die Ansaugvorrichtung (20) so angeordnet
ist, daß die Luft innerhalb des Gehäuses (1) umgewälzt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die BestrahLungsräume
einen der Form der Werkstücke (5) anpaßbaren veränderbaren Querschnitt aufweisen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die parallel
zu den Seitenwänden des Gehäuses (1) angeordneten Reflektoren (9) winkel- und/ oder
abstandsverstellbar bezüglich der jeweils benachbarten Gehäuseseitenwand angeordnet
sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte
RefLektoren (9) mit einem größenänderbaren Seitenzwischenraum zueinander angeordnet
sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände
des Gehäuses (1) mindestens teilweise aus einem die InfrarotstrahLer nicht absorbierenden
Material bestehen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die RefLektoren
(9) und die Innenwände des Gehäuses (1) eine hochglänzende und räumlich strukturierte
Wirkfläche aufweisen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
der Gehäuseinnenwandung und der Rückseite der Reflektoren (9) ein KanaL (15) besteht,
mit dem der Druckstutzen der Ansaugvorrichtung (20) verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kanal (15) begrenzenden
Rückseiten der Reflektoren (9) und die Gehäusewandung strömungsgünstig gestaltet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal(15)
druckseitig einen durch eine Drossel verschließbaren Abluftstutzen (21) aufweist.