CN101934266A - 横向烘箱和烘烤工件的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于烘烤相对于烘箱呈横向取向的工件的制造烘箱以及其烘烤方法，该烘箱包括双重的辐射和对流加热源，其可操作以通过将对流加热空气集中于工件的期望部分来均匀加热工件，并且优选地包括腔室，高辐射率的活动地板，在该地板下的至少一个辐射加热元件，在每个所述元件下并被构造成将辐射热能向所述地板改向的至少一个反射器，用于将加热的新鲜空气引到所述腔室内的新鲜空气加热器，用于从所述腔室去除加热空气和蒸发的涂料溶剂的排气系统，和至少一个可操作以使较轻的热空气从所述腔室的顶板流向工件的吊扇。

Description

横向烘箱和烘烤工件的方法

技术领域

本发明涉及制造烘箱和烘烤工件的方法，更进一步，涉及一种具有适于横向烘烤的尺寸，和/或带有双重热源的更加均匀的加热构造的制造烘箱，以及利用该烘箱烘烤工件的方法。

背景技术

作为许多固化过程的一部分，制造烘箱经常用于将工件烘烤至指定的温度范围。在汽车安装领域，举例来说，新近涂覆的工件经过长时间的输送纵向地进入细长的烘箱中，该细长的烘箱典型地以沿着腔室的外周设置有辐射加热源为特点。虽然其应用广泛，本领域中认识到各种问题。例如，虽然传统烘箱的纵向取向在加热大多数车体类型时工作良好，但是没有有效利用地板空间。当空间有限时，一些传统烘箱采用“U”形设计，这就要求工件之间具有较大空间，以便当纵向取向的工件在通过烘箱转弯处被处理时提供必要的间距。

加热方法也经常受到进一步关注。例如，所属领域的普通技术人员应当理解虽然辐射加热能高速传递热量，但是它只能将热传向沿直线视线暴露的工件区域。对流加热能够以间接方式处理，但为了获得良好的热传递速率需要大量的空气。然而不管加热方式如何，另一个关注点是加热源的径向定位，这经常会导致靠近烘箱横向中心线的工件加热不充分。此外，传统的一成不变的构造不能提供将热集中在最需要加热的部位所需要的灵活性。例如，对于车辆而言，特别关注的区域是车轮开口之间的靠下的较重的金属区域，其被称为“门槛”。应当理解的是由于增大的材料厚度该区域需要更大的热饱和。

发明内容

本发明提供了一种更加紧凑的制造烘箱布局，它便于横向烘烤并解决之前提到的问题。更具体而言，在优选的实施方式中，上述烘箱的尺寸能够在基本上不需要增加烘箱的整体宽度的情况下，使工件的纵向轴线能够与烘箱的纵向轴线(在烘烤过程中)限定出一个最高至九十度的角度。应当理解这样降低了操作成本，以及所需的地板面积/资金成本。

本发明的烘箱利用辐射加热和对流加热的结合来更有效地处理工件。在一实施方式中，通过由高辐射率的活动地板提供辐射热，借助由该地板或该地板上的管道所限定的开口供应加热的新鲜空气，和用于连续对流加热的至少一个吊扇，使沿着本发明烘箱横向中心线处的加热充分。因此，除其他方面以外，本发明因比传统的制造烘箱加热更均匀以及能处理棘手区域而更加有用。

因此，本发明的第一方面涉及一种适合烘烤工件的横向烘箱，其中所述工件具有第一纵向轴线、长度和宽度。上述烘箱包括限定了内部空间、入口、出口以及第二纵向轴线的可封闭的腔室。上述腔室、入口和出口被协调地构造成使得在所述第一和第二轴线限定出一个大于零并高至九十度的角度时，工件能够进入、通过和离开所述空间。最后，多个辐射和对流加热源热连接到所述空间，并被协调地构造成使得工件在所述空间时，能将整个工件加热至目标温度范围。

本发明的第二方面涉及一种在烘箱中烘烤工件的方法，其中该工件限定有第一纵向轴线，该烘箱限定有第二纵向轴线。该方法优选包括初始步骤，在初始步骤中将该工件旋转到横向取向，此时第一和第二纵向轴线形成最小的角度，并使工件横向取向地进入烘箱中。接着，在升温，均匀化和保温时段用对流加热和辐射加热处理工件，以使工件达到目标温度范围。在这些时段之后，工件横向取向地离开所述烘箱，并且再旋转回纵向取向以继续接下去的处理。

应当认识和理解到，本发明提供的烘箱以及烘烤方法相对于现有技术具有大量的改进和优点。前面提到的本发明的方面，特点和/或样式在下面的“具体实施方式”一节做更加详细的讨论。

附图说明

参考附图，下面对本发明优选的实施方式进行详细描述，其中：图1为在横向烘箱里面被烘烤的输送车体工件的透视图，依据本发明的优选实施方式，所述横向烘箱包括壳体腔室，在该腔室内部的高辐射率的活动地板，定位在活动地板下的具有产生火焰的辐射加热管和低辐射率的反射器，吊扇，以及排气系统，位于腔室外的新鲜空气加热器；图2为图1中所示的工件和烘箱横截面的正视图；图3为正在处理多个工件的图1所示横向烘箱的纵向侧视图；图4为依据本发明的优选实施方式的辐射加热管结构(分叉设计)的平面图；和图5为依据本发明的优选实施方式的烘箱和工件的平面图，其特别图示了工件在进入烘箱前和离开烘箱时进行的旋转。附图标记：10烘箱12工件14输送系统16控制器18滑道20轨道22腔室24内部空间26入口28出口30对流加热源32辐射加热源34活动地板36辐射元件38反射器40辐射管40a辐射管燃烧器40b收集管42加热器44管道46输出口48空气进入口50排气系统52输出口通风调节装置54风扇56管道58吊扇

具体实施方式

同时参考图1-5，本发明涉及横向烘箱10，其适合于均匀烘烤至少一个，并更优选多个横向取向的工件12(图3)至目标温度。本发明描述以及图示了有关汽车工件，例如在图示实施方式中展现的车体；然而，利用烘箱10的优势和特点来烘烤其他物体以及在其他制造中的应用无疑在本发明的范围内。

本发明的烘箱10优选地与输送系统14联合使用，该输送系统14适宜于输送工件12，以使其按控制的速率进入，穿过以及离开烘箱10(图14)。同样的，优选的输送系统14与烘箱10进行操作通讯，并更优选通过控制器16(图3)进行。例如，最好如图1所示，可以利用包括至少一个(升降)滑道18，轨道20，以及驱动机构(未示出)的传统的滑道输送系统14。在该构造中，工件12可以以之前提到的横向取向放置在滑道18上，其中术语“横向取向”的含义为在进入时由烘箱10的纵向轴线和每件工件12的纵向轴线所限定的角度(图1-3)不低于20度，更优选不低于45度，最优选大概等于90度。更加优选地，该输送系统14可操作以使每件工件12在其进入前由纵向取向旋转为横向取向，当其从炉10中离开后再转回纵向取向，从而有利于前后工位间的输送(图5)。

烘箱10包括腔室22，其限定了优选地可封闭的内部空间24，入口26，纵向的长度，和出口28(图2和5)。鉴于每件工件12具有长度和宽度，入口26和出口28的开口都具有比工件的长度更大的宽度，从而工件12可以轻易地以横向位置进入，通过，离开所述腔室22。因此，本发明的另一个方面涉及由入口/出口宽W₁与腔室宽W₂(图5)所限定的比值。应理解的是，加热源和工件12之间大体垂直的关系，可以使腔室22的宽度能够保持与现有技术中以外周加热元件为特点的传统纵向烘箱的相当。所以本发明横向烘箱的上述比值优选大于80％，更优选大于95％。应理解的是入口，出口和腔室的宽度只需要能够适应工件的长度，并通常可以是一致的，从而可以最大化烘箱10可处理的工件长度。最后，腔室22优选地具有大于工件12宽度的纵向长度，以使当至少一个工件12进入内部空间24时，入口26和出口28可以通过例如滑动门(未示出)来关闭。更优选的，如图3所示，腔室的纵向长度能够满足同时加热多个工件12并建立不同的处理区域，如下所述。

本发明烘箱10包括双重的对流和辐射加热源30，32，每一个都热连接到腔室22的内部空间(图2)。热源30，32相联合并被协调地构造成能加热工件12至目标温度范围，其可通过可操作来至少一个检测空间24内温度的反馈感应设备来决定。如下更加详细的描述，该目标温度范围依赖于应用和/或工件12的至少一个条件，例如工件12材料的组成和厚度，或者要固化的应用类型(如导电涂层(E-coat)，底涂层，面涂层，粘结剂等)。当一个条件，例如材料厚度，具有不同的工件值时，确定合计值。例如，应当理解车辆门槛区域可以由多层厚度为1mm至2mm的金属层构成，而挡泥板和门的外皮都由单层厚度不超过1mm的金属层形成。

在优选的实施例中，腔室22包括活动地板34，工件12在其上面通过(图1-3)。地板34优选与外腔室地板齐平，以便输送系统14的轨道20能够连续地通过腔室22。腔室22内部工件12的载荷由如图1和2中所示的输送系统14支撑。可选地，活动地板34可以相对于外腔室地板被抬高，并纵向地被分割，以使滑道18，轨道20和其他运输结构通过。

在本发明的另一方面，活动地板34用来提供均匀辐射加热源32，并且同样地，优选由“高辐射率”或热传导材料形成，例如没有涂层的钢，有涂层的钢，钢合金，以及类似材料。此外，类似或者不同材料组成的多层复合结构也可以使用。腔室22的其它结构也由可以经受得住预期温度(例如导电涂层的350°F，底涂层和面涂层的250°F等)下的反复应用的材料构成。

为了加热地板34，将至少一个可操作产生辐射热能的元件36设置在地板34的下面，并且贴近地板34的底部表面(图1和2)。在图示的实施方式中，元件36的位置距离所述底部表面不大于6英寸。与来自元件36的辐射速率相比，通过地板34的热量传递速率能使辐射热能在地板34的整个横向轮廓上均匀地辐射并进入空间24(图1-2)。应当理解通过在工件12之下引入加热源，使得与现有技术的外周加热烘箱相比在腔室22的横向中心线提供更好的处理。

在优选的实施方式中，烘箱10更进一步包括至少一个并更优选多个低辐射率的反射器38，其与地板34相对，并且在元件36之下(图2和4)。反射器38被构造成和可操作以将最初由元件36发射的远离地板34的辐射热能进行改向，使其返回地板34。反射器38的低辐射率可以使大部分偏离方向的辐射能重新返回地板34。每个反射器38通常可以由合适成分的不抛光表面组成，该成分可以经受地板34下面的预期温度和条件。

在图示的实施例中，元件36具有等间隔设置的辐射管40和燃气燃烧器40a(图1-4)。如图1-4所示的优选的实施方式，示出了多个可独立控制的燃烧器40a，其中每一个辐射管燃烧器40a可操作以在管40内产生火焰，从而将管40和在其中循环的空气加热到大约540°。在该实施方式中，地板34优选与腔室22的底部距离18英寸，每一个管40优选具有6英寸的外部直径，并且限定距离腔室底部9英寸的中心轴线，从而使其与底部和地板34等距离。每一个辐射管燃烧器40a与控制器16通讯，控制器16将燃料混合物导入管40(图1-4)。[0019]如图4所示，可以利用一系列背靠背地纵向布置的“U”型管40。每一个管40优选地与两个收集管40b中的一个连接，收集管40b沿着腔室22的下角外侧在空间24外面纵向延伸(图2)。管40b构造为收集并排出管40中的废气。更优选的，每一个管40b接收稀释空气，并使废气与之混合，以便最小化废气的潜在危害性。

与图4中所示的“U”形构造相一致(除去弯曲部)，每一个管40优选地限定一与烘箱10的纵向轴线基本相平行的纵向轴线。

还如示意性实施方式所示，对流热能源30优选地包括新鲜空气加热器42和输出口46，新鲜空气加热器42通过至少一个管道44或更优选多个管道44(图1和2)流体相通地与外界空间和内部空间24结合在一起。加热器42被构造成使空气从外界空间流入，通过其中心(在中心被加热)，并进入内部空间24。更优选的，输出口46由腔室22限定在活动地板34之下，从而空气可以被辐射元件34进一步加热。例如，如图2和5所示，输出口46可以位于腔室22的底部，且低于元件36和反射器38。地板34因此限定了至少一个空气进入口48(图1)，允许经过两次加热的空气进入空间24。更优选的，空气进入口48被策略地相对于工件12布置，以确保合适的加热。例如，多个空气进入口48可以限定为在车辆12的门槛区域将对流加热空气导入。空气进入口48可以为多个小直径(如1英寸)的开口(图1)。可选择的，可认识到新鲜的加热空气也可以通过柔性管(未示出)在地板34的上方导入。

地板34具有大体上的一体结构(图1)，除去输送系统14所要求的分割部分。然而可选的，地板34可以为由可分离的或可拆卸地相互连接的面板的组件。在该构造中，面板可以位于地板桁架(未示出)之上，并可重新构造，从而进入口48可以重新定位以提供处理多个不同工件结构的灵活性，或者改变空气运动模式。

优选的烘箱10更进一步包括与内部空间24流体相通地结合的排气系统50，其构造成使加热空气从内部空间24流出，并进入消除系统(未示出)，以便收集在固化工艺中蒸发的涂料溶剂和/或在加工工艺中释放的颗粒物质。排气系统50包括至少一个并且更优选多个输出口通风调节装置52，其优选位于空间24上部的角落里(图1-3)。排气扇54流体相通地与每一个通风调节装置52连接，并构造成在每个输出口通风调节装置52处产生负压。可以提供至少一个排气管道56使一组输出口通风调节装置52与排气扇54相互连接，从而在每个通风调节装置52处输送空气负压。风扇54优选位于腔室22的顶部中间，以使与每个通风调节装置52的距离最小，并且使每个通风调节装置处的气压相等。如图所示，管道56可以位于顶部，或者更优选的，升高到腔室22的上面(图1-3)。

在优选的实施方式中，烘箱10更进一步包括至少一个，更优选多个吊扇58，其定位并构造成搅动空间24内的空气，从而加速加热(图1-3，5)。因为应当理解热空气通过自然对流而上升，所以吊扇58构造成使较轻的热空气从腔室22的顶板流向工件12。这样可以促进对流加热过程以及进一步均匀化空间24内部的温度。吊扇58优选确定尺寸为在每分钟内使该空间或区域内的空气循环6次以上的单元。为了提供更大的灵活性，每个吊扇58优选单独控制(例如开/关，速度，持续时间等)，以获得一定范围内的搅动和多个空气运动模式。

最后，应当理解的是控制器16与加热源30，32(包括吊扇58)通信地结合。优选的控制器16可编程地构造成起动加热源30，32达预定的时间段，或者在提供感应器输入的情况下，直到事件的发生(例如，在目标温度范围内的温度计读数)。控制器16优选提供用户界面，从而操作者可以输入和考虑与工件条件和/或应用相关的信息，如之前所述。应当理解的是，控制器16的合适的软件，处理，存储以及通信能力可以由所属领域的普通技术人员无需过度试验很容易就能确定，这里就不再进一步的描述。

所以描述利用本发明烘箱10烘烤工件12的示范性方法，其开始于就在工件12进入腔室22之前将其旋转为横向取向。在开始的“升温”时段，依据应用，起动辐射板34，新空气加热器42和/或至少一个吊扇58。例如，在10分钟的升温时段，为了合适地固化导电涂层，优选起动所有的部件；而对于底涂层和面涂层，只优选起动加热器42和地板34(从而阻止最终的产品中因搅动而产生异常物)。在上述例子中，对于上述每种应用，紧随升温时段，所有部件优选地再多开启3到5分钟，作为“均匀化”时段；并最后，紧随均匀化时段，所有部件再优选地开启20分钟，作为“保持”时段。所述升温，均匀化和保持时段在预定了目标温度范围后确定，该目标温度范围的预定基于工件的至少一个条件。然后均匀烘烤过的工件12横向取向地从烘箱离开，优选再旋转回纵向取向以继续输运。

更优选地，烘箱10限定了多个区域从而同时处理多个工件12。例如，优选的烘箱10可以纵向构造为依次限定出升温，均匀化和保持区域。在图3中，展示了底涂层和/或面涂层的固化构造，其中当工件穿过烘箱长度的三分之一时遇到吊扇58。在此位置，在升温时段的末尾提供搅动，并逐渐向均匀化时段的峰值搅动增大。当工件继续穿过烘箱10时，吊扇的效果逐渐消失。加热源30，32(包括吊扇58)持续起动，同时具体的工件12首先通过升温区域，接着通过均匀化区域，并最终通过保持区域时。可选择的，上述区域在工件12输运时可被单独开启(例如在同一时间只点燃一组燃烧器40a)，从而追踪工件12。

如之前所描述的本发明的优选形式只用于说明，不应用于以限制方式解释总体发明概念的范围。对在此提出的典型实施方式和操作方法的显而易见的改变，可以由所属领域的普通技术人员在不脱离本发明的思想的情况下很容易地获得。本发明人在此声明其意图，即依据等同原则确定和评估本发明适当而公平的范围应包括：虽不在如所附权利要求陈述的本发明字面范围之内但在本质上不脱离该范围的任何系统和方法。

Claims (20)

1.一种适用于烘烤工件的横向烘箱，其中该工件具有第一纵向轴线、长度和宽度，所述烘箱包括：

限定内部空间、入口、出口和第二纵向轴线的可封闭的腔室，其中所述腔室、入口和出口被协调地构造成当所述第一和第二纵向轴线限定出不小于二十度的角度时使所述工件能够进入、通过以及离开所述空间；和

热连接到所述空间的多个辐射和对流加热源，所述辐射和对流加热源被协调地构造成当所述工件在所述空间中时，加热整个工件到目标温度范围。

2.如权利要求1所述的烘箱，其中所述腔室包括高辐射率的活动地板，当所述工件通过时在所述地板之上输运，所述加热源包括位于该地板下面的辐射元件，该辐射元件可操作以产生辐射热能，辐射热能传递通过所述地板到所述空间中。

3.如权利要求2所述的烘箱，其中所述地板由高辐射率的钢制成。

4.如权利要求2所述的烘箱，其中该加热源包括等间距地设置的辐射管和燃烧器，所述燃烧器被构造成加热在所述管中循环的流体。

5.如权利要求2所述的烘箱，其中所述加热源包括等间距地设置的辐射管和燃烧器，所述燃烧器被构造成在所述管中产生火焰。

6.如权利要求2所述的烘箱，还进一步包括：

定位于所述元件下面的多个低辐射率反射器，所述反射器被构造成向所述地板反射部分能量。

7.如权利要求1所述的烘箱，进一步包括：

与所述内部空间和外界空间流体相通地结合的新鲜空气加热器，所述新鲜空气加热器被构造成使空气从外界空间流入，经过所述新鲜空气加热器，并进入所述内部空间，并且进一步被构造成当空气流经所述新鲜空气加热器时加热所述空气。

8.如权利要求7所述的烘箱，其中所述腔室包括高辐射率的活动地板，当所述工件通过时在所述地板之上输运，所述地板限定了至少一个空气进入口，所述加热源包括定位于该地板下面的等间距设置的辐射元件，该辐射元件可操作地产生辐射热能，所述辐射热能传递通过所述地板到所述空间中，并且所述空气加热器在所述地板下面与腔室相连，从而使所述空气在所述元件附近流动并被该元件进一步加热，然后通过所述进入口进入所述内部空间。

9.如权利要求8所述的烘箱，其中所述地板是可分离的面板的组件，并可重构以对所述至少一个进入口重新定位。

10.如权利要求1所述的烘箱，其进一步包括：

与内部空间和消除系统流体相通地连接的排气系统，其构造成使空气从内部空间运送到该消除系统。

11.如权利要求1所述的烘箱，其进一步包括：

至少一个对流空气吊扇，其定位并构造为用于搅动该空间内的空气。

12.如权利要求1所述的烘箱，其进一步包括：

构造成控制辐射和对流加热源的控制器，其中所述辐射加热源包括地板，且所述对流加热源包括新鲜空气加热器，并且所述控制器构造为控制所述地板和加热器的温度。

13.如权利要求12所述的烘箱，其进一步包括：

构造成接收至少一个工件条件的输入的控制器，所述控制器与所述加热源通信地连接，并可编程地构造为使所述加热源基于所述工件条件来加热该工件，其中所述至少一个条件为工件的材料组成，厚度，和被应用的涂层。

14.一种适合于烘烤工件的制造烘箱，其中该工件具有第一纵向轴线、长度和宽度，所述烘箱包括：

限定内部空间、入口、出口和第二纵向轴线的可封闭的腔室，其中所述腔室、入口和出口被协调地构造成当所述第一和第二纵向轴线限定出零到九十度之间的角度时所述工件能进入、通过以及离开所述空间，所述腔室包括高辐射率的活动地板，当工件通过时在所述地板之上输运；

热连接到所述内部空间的多个辐射和对流加热源，所述加热源被协调地构造成当工件在所述空间中时，将整个工件加热到目标温度范围，其中所述加热源包括位于所述地板下面的辐射元件，该辐射元件可操作以产生辐射热能，所述辐射热能传递通过所述地板到所述内部空间中；

流体相通地连接到所述内部空间和外界空间的新鲜空气加热器，其被构造为使空气从外界空间流经该加热器并进入到所述内部空间，并且被进一步构造为当空气通过时加热该空气；

位于腔室内的吊扇，其被构造为搅动腔室内的空气，并将加热的空气引导向工件；以及

与所述加热源和吊扇通信地连接的控制器，其可操作以接收与至少一个工件条件相关的输入，并可编程地构造为使所述加热源和吊扇基于所述至少一个工件条件来加热该工件。

15.一种在烘箱中烘烤工件的方法，其中该工件限定有第一纵向轴线，该烘箱限定有第二纵向轴线，所述方法包括以下步骤：

a、旋转工件至横向取向，其中所述第一和第二纵向轴线形成最小的角度，并使工件以横向取向进入所述烘箱；

b、在一个时间段期间用对流加热处理工件，以使工件达到目标温度范围；

c、在上述时间段期间用辐射加热处理所工件，以使工件达到目标温度范围；和

d、在所述时间段后，使所述工件以横向取向离开所述烘箱。

16.如权利要求15所述的方法，其中步骤b)进一步包括基于工件的至少一个条件预定目标温度范围的步骤。

17.如权利要求15所述的方法，其中步骤b)进一步包括使加热的新鲜空气通过开口流向该工件的步骤，所述开口相对于所述工件定位。

18.如权利要求17所述的方法，其中步骤b)进一步包括用吊扇搅动空气的步骤；并且步骤c)进一步包括通过发射辐射能穿过高辐射率的地板来均匀加热工件的步骤。

19.如权利要求15所述的方法，其中步骤b)和c)进一步包括基于工件的至少一个条件，使辐射加热源、对流加热源和吊扇中的至少一个起动达最初的升温时段，接下来的均匀化时段和最终的保持时段的步骤。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述腔室被纵向地构造成处理多个工件，并同时限定了独立的升温、均匀化和保持区域，并且每个工件依次通过上述区域。

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