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Die Erfindung betrifft eine Trocknungsvorrichtung und ein Verfahren zur Trocknung von Lösemittel aufweisenden Behältereinheiten, insbesondere von Dosen, beispielsweise von Dosen aus Aluminium oder Stahl, die insbesondere zur Bevorratung von Lebensmitteln und Getränken vorgesehen sind.
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Trocknungsvorrichtungen zur Trocknung von Lösemittel aufweisenden Behältereinheiten sind grundsätzlich bekannt. Derartige Trocknungsvorrichtungen werden beispielsweise als Durchlaufofen mit einem Förderband vorgesehen, wobei die Dosen mittels des Förderbandes durch den Ofen bewegt und währenddessen mit heißer Luft beaufschlagt werden. Ferner können solche Trocknungsvorrichtungen Ketten mit Stiften zur Beförderung der Dosen aufweisen. Üblicherweise weist ein solcher Ofen mehrere hintereinander angeordnete Trocknungskammern auf, in denen Wasser verdampft, die Dosen auf eine Zieltemperatur aufgeheizt werden und über eine vordefinierte Zeitspanne die Zieltemperatur aufweisen, um einerseits Wasser von den Dosen zu entfernen und/oder darüber hinaus eine Polymerisation einer Beschichtung zu gewährleisten.
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Ein solcher Ofen wird auch als Lacktrocknungsofen bezeichnet, der insbesondere dafür ausgebildet ist, eine Innenlackierung und/oder eine Außenlackierung einer Dose zu trocknen und/oder zu polymerisieren.
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Der Betrieb derartiger Öfen ist energieaufwendig. Besonders energieaufwendig ist der Betrieb von Abluftventilatoren, die die Luft aus den Trocknungskammern herausbefördern. Da ein solcher Ofen bis zu 6.000 Dosen pro Minute trocknen und polymerisieren kann, ist die erforderliche Abluftmenge hoch. Eine hohe Abluftmenge führt darüber hinaus dazu, dass den Trocknungskammern mehr Frischluft zuzuführen ist. Diese Frischluft wird üblicherweise mittels eines Gasbrenners auf eine vordefinierte Temperatur aufgeheizt, um gemischt mit Umluft der Trocknungskammer zugeführt zu werden.
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Ferner werden derartige Öfen in der Regel auf Grundlage einer Mindestabluftmenge gesteuert, die im laufenden Betrieb nicht unterschritten werden darf. Die Mindestabluftmenge wird für einen Ofen spezifisch bestimmt. Insbesondere wird die Mindestabluftmenge auf Basis einer maximalen Anzahl an Dosen pro Minute und auf Basis einer maximalen Dosengröße bestimmt.
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Die
WO 2016 / 124 673 A1 beschreibt eine Einstellung eines Abluftvolumens bei einem Kaltstart oder bei einer Unterbrechung der Dosenzufuhr auf einen ersten Wert und einen zweiten Wert, wobei der erste Wert für den Trocknungsprozess geeignet ist und wobei der zweite Wert eine Spüleinstellung mit einer Spülzeit von 5-10 Minuten ermöglicht. Die Einstellung eines ersten Wertes und eines zweiten Wertes des Abluftvolumens ermöglicht keine effiziente Steuerung des Abluftvolumens, da das tatsächliche Abluftvolumen nicht präzise an ein optimales Abluftvolumen angleichbar ist.
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Die
WO 2014 / 166 831 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Minimierung der Abluft aus einem Trocknungsraum, wobei hierfür ein Stellelement zur Umstellung zwischen einer Zuluft und einer Umluft vorgesehen ist. Die Steuerung des Stellelements erfolgt auf Basis einer Feuchtigkeit der im Trocknungsraum befindlichen Luft. Die Einstellung eines verbrauchsminimierenden Abluftstroms ist nicht möglich, weil lediglich die Zustände Zuluft und Umluft einstellbar sind.
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Es ist eine Anforderung aus der Industrie, dass derartige Öfen einen möglichst geringen Energieverbrauch aufweisen. Insbesondere durch die steigenden Anforderungen hinsichtlich ökologischer Randbedingungen ist es ein Ziel, derartige Öfen energieeffizienter zu gestalten. Somit wird auch der ökologische Fußabdruck einer jeden Dose verbessert, sodass unter Berücksichtigung von einem jährlichen Dosenvolumen von mehreren hundert Milliarden, das auf weltweit mehr als 600 Linien mit einer Kapazität von mehr als einer Milliarde Dosen pro Jahr hergestellt wird, ein großer Einfluss auf den ökologischen Fußabdruck möglich ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Trocknungsvorrichtung und ein Verfahren zur Trocknung von Lösemittel aufweisenden Behältereinheiten, insbesondere von Dosen, bereitzustellen, die einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindern oder beseitigen. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die eine energieeffiziente Trocknung von Lösemittel aufweisenden Behältereinheiten ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Trocknungsvorrichtung und einem Verfahren nach den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Aspekte sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Trocknungsvorrichtung zur Trocknung von Lösemittel aufweisenden Behältereinheiten, insbesondere von Dosen, umfassend eine Trocknungskammer mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite, in der die Behältereinheiten mit einem Prozessfluid beaufschlagbar sind, eine Fördereinheit, die angeordnet und ausgebildet ist, um die Behältereinheiten von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite durch die Trocknungskammer zu bewegen, eine Fluidstromvorrichtung, die angeordnet und ausgebildet ist, das Prozessfluid bereitzustellen, und die Behältereinheiten innerhalb der Trocknungskammer mit einem Fluidstrom des Prozessfluids zu beaufschlagen und eine Steuerungsvorrichtung, die eingerichtet ist, die Fluidstromvorrichtung basierend auf einem ermittelten Lösemitteleintrag zu steuern.
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Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass ein wesentlicher Einflussfaktor zur Steuerung der Fluidstromvorrichtung ein Lösemitteleintrag in die Trocknungskammer ist. Die Erfinder haben herausgefunden, dass es zur effizienten Steuerung der Fluidstromvorrichtung vorteilhaft ist, wenn kein vorgegebener Wert des Lösemitteleintrags, sondern ein ermittelter Lösemitteleintrag zugrunde gelegt wird. Der nach der Europäischen Norm EN 1539 bekannte Ansatz, den Lösemittelanteil in der Trocknungskammer direkt zu messen, stellt zwar die Sicherheit des Ofens her, kann jedoch nicht einen energieeffizienten Betrieb gewährleisten. Die Ermittlung des Lösemitteleintrags stellt unabhängig vom Trocknungsgrad die Sicherheit nach Norm her und behebt somit zusätzlich das Problem, dass der Lösemittelanteil von der Temperatur in der Trocknungskammer abhängig ist.
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Eine solche Trocknungsvorrichtung kann mit einem präzise eingestellten Fluidstrom gesteuert werden, wobei insbesondere ein aus der Trocknungskammer ausströmender Fluidstrom des Prozessfluids anforderungsgerecht einstellbar ist. Infolgedessen ist der Energieverbrauch der Trocknungsvorrichtung zur Trocknung der Behältereinheiten reduziert. Dadurch wird der erforderliche Energieaufwand zur Herstellung einer einzelnen Dose reduziert und diese weist einen verbesserten ökologischen Fußabdruck auf.
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Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass die Mindestabluftmenge bei einer geringeren Anzahl an Dosen pro Minute und/oder bei einer geringeren Dosengröße oftmals überdimensioniert ist. Die Erfinder haben daher herausgefunden, dass die Mindestabluftmenge dynamisch bestimmbar ist.
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Trocknungsvorrichtungen der eingangs genannten Art können auch als Internal Baking Oven ausgebildet sein. Die Trocknungsvorrichtung ist vorzugsweise als ein Durchlaufofen oder als ein Durchlauftrockner ausgebildet. Ferner vorzugsweise kann die Trocknungsvorrichtung als ein Lacktrocknungsofen ausgebildet sein. Ferner kann es bevorzugt sein, dass die Trocknungsvorrichtung als ein Stiftofen ausgebildet ist.
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Die Behältereinheiten sind beispielsweise Dosen, insbesondere zur Bevorratung von Lebensmitteln und/oder Getränken. Derartige Behältereinheiten können beispielsweise aus Stahl oder aus Aluminium hergestellt sein. Solche Behältereinheiten weisen darüber hinaus in der Regel einen Lack auf. Dieser Lack wird in einem vorhergehenden Prozessschritt auf die Außen- und/oder Innenoberflächen der Behältereinheiten aufgetragen, wobei dieser Lack Lösemittel enthält. In der Regel wird ein Lack auf einer Außenoberfläche in einem sogenannten Pin-Ofen und ein Lack auf der Innenoberfläche in einem Internal Baking Oven, auch IBO genannt, getrocknet.
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Innerhalb der Trocknungsvorrichtung wird der Lack getrocknet und polymerisiert, sodass die Lösemittel von den Behältereinheiten entfernt werden. Bei der Steuerung der Trocknungsvorrichtung ist unter anderem zu berücksichtigen, dass der Lösemittelgehalt innerhalb der Trocknungskammer, beispielsweise das in einer Luft der Trocknungskammer gelöste Lösemittel, einen vordefinierten Wert nicht überschreitet. Ab einem bestimmten Wert des Lösemittels besteht Explosionsgefahr, die zu vermeiden ist.
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Die Trocknungsvorrichtung umfasst die Trocknungskammer mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite. Die Trocknungskammer weist vorzugsweise an der Eingangsseite einen Kammereinlass zum Eintreten der Behältereinheiten und an der Ausgangsseite einen Kammerauslass zum Austreten der Behältereinheiten auf.
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Darüber hinaus weist die Trocknungskammer vorzugsweise ein, zwei oder mehrere Fluidzuführungen auf, die insbesondere mit der Fluidstromvorrichtung fluidisch gekoppelt sind. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Trocknungskammer im Wesentlichen fluiddicht ausgebildet ist, beispielsweise durch eine Kammerwandung. Ferner ist die Trocknungskammer derart ausgebildet, dass mittels der Fördereinheit die Behältereinheiten von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite bewegt werden können. Es ist insbesondere bevorzugt, dass sich die Fördereinheit durch die Trocknungskammer hindurch erstreckt.
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Die Fördereinheit kann beispielsweise ein Förderband aufweisen, auf dem die Behältereinheiten anordenbar sind. Die Fördereinheit kann insbesondere als ein Bandförderer ausgebildet sein. Es ist ferner bevorzugt, dass die Fördereinheit die Behältereinheiten mit einer im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Bewegungsrichtung bewegt.
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Darüber hinaus kann die Fördereinheit als eine Kette mit Transportstiften ausgebildet sein, mit denen die Behältereinheiten gehalten werden können. Eine solche Fördereinheit wird insbesondere in einem Stiftofen vorgesehen, in dem die Kette üblicherweise mäanderförmig geführt ist.
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Die Fluidstromvorrichtung ist angeordnet und ausgebildet, das Prozessfluid, insbesondere Luft, bereitzustellen, beispielsweise indem das Prozessfluid aus der Umgebung in die Trocknungskammer befördert wird.
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Ferner ist die Fluidstromvorrichtung angeordnet und ausgebildet, die Behältereinheiten innerhalb der Trocknungskammer mit einem Fluidstrom des Prozessfluids zu beaufschlagen. Der Fluidstrom kann beispielsweise in Kubikmetern pro Stunde angegeben werden. Das Prozessfluid ist insbesondere gasförmig.
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Die Fluidstromvorrichtung weist vorzugsweise drei Funktionalitäten auf, nämlich das Beaufschlagen der Behältereinheiten mit dem Prozessfluid, ein Bewirken eines Ausströmens des Prozessfluids aus der Trocknungskammer und das Bewirken eines Einströmens des Prozessfluids in die Trocknungskammer. Ferner kann die Fluidstromvorrichtung angeordnet und ausgebildet sein, um eine Umluft zu bewirken.
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Die Fluidstromvorrichtung weist vorzugsweise eine erste Fluidstromeinheit auf, die zum Befördern des Prozessfluids aus der Trocknungskammer heraus ausgebildet ist. Ferner vorzugsweise weist die Fluidstromvorrichtung eine zweite Fluidstromeinheit zur Erzeugung einer Umluft des Prozessfluids innerhalb der Trocknungskammer auf. Darüber hinaus kann es bevorzugt sein, dass die Fluidstromvorrichtung eine dritte Fluidstromeinheit aufweist, die ein Einströmen des Prozessfluids in die Trocknungskammer steuert. Die dritte Fluidstromeinheit kann beispielsweise als eine Klappe oder als ein Ventilator ausgebildet sein. Auch die erste und/oder zweite Fluidstromeinheit kann beziehungsweise können als Ventilator ausgebildet sein.
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Die Trocknungsvorrichtung kann auch zwei oder mehr Fluidstromvorrichtungen aufweisen. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Trocknungsvorrichtung zwei oder mehr Trocknungskammern aufweist. Es ist bevorzugt, dass jede der zwei oder mehr Trocknungskammern eine zugeordnete Fluidstromvorrichtung aufweist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine Fluidstromvorrichtung die Fluidströme der zwei oder mehr Trocknungskammern bewirkt.
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Die Trocknungsvorrichtung umfasst ferner die Steuerungsvorrichtung, die eingerichtet ist, die Fluidstromvorrichtung basierend auf einem ermittelten Lösemitteleintrag zu steuern. Der ermittelte Lösemitteleintrag wird ermittelt und nicht vorgegeben oder bereitgestellt, beispielsweise von einer vorgeschalteten Fertigungseinrichtung. Wie im Folgenden noch näher erläutert, kann die Trocknungsvorrichtung hierfür Messeinheiten aufweisen, um Messwerte aufzunehmen, auf Basis derer der Lösemitteleintrag ermittelbar ist. In diesem Zusammenhang ist auch eine indirekte Ermittlung des Lösemitteleintrags möglich, beispielsweise über eine Behältereinheitsdichte, eine Geschwindigkeit der Fördereinheit und/oder über eine Größe der Behältereinheiten.
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Die Steuerungsvorrichtung ist vorzugsweise signaltechnisch mit der Fluidstromvorrichtung gekoppelt. Die Steuerungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, die Fluidstromvorrichtung in Abhängigkeit des ermittelten Lösemitteleintrags im Wesentlichen stufenlos einzustellen, um die Behältereinheiten mit dem Fluidstrom aufweisend eine vordefinierte Fluidstromeigenschaft zu beaufschlagen. Die Fluidstromeigenschaft kann beispielsweise ein Fluiddruck, der beispielsweise in Pascal (Pa) angegeben wird, und/oder ein Fluidvolumenstrom, der beispielsweise in Kubikmeter pro Stunde angegeben werden kann, sein.
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Im Wesentlichen stufenlos bedeutet insbesondere im Wesentlichen kontinuierlich. Im Wesentlichen stufenlos kann darüber hinaus bedeuten, dass die Fluidstromvorrichtung nicht diskret eingestellt wird. Im Wesentlichen stufenlos kann ferner bedeuten, dass ein eingestellter Fluidstrom, beispielsweise gemessen in Volumen pro Zeiteinheit, weniger als 10 %, weniger als 5 % oder weniger als 2,5 % von einem vordefinierten Fluidstrom, beispielsweise angegeben in Volumen pro Zeiteinheit, abweicht. Des Weiteren kann im Wesentlichen stufenlos bedeuten, dass die Fluidstromvorrichtung mit mehr als 10 Stufen, mehr als 20 Stufen oder mehr als 100 Stufen einstellbar ist. Ferner kann im Wesentlichen stufenlos bedeuten, dass ein Stufenabstand zwischen zwei aufeinander folgenden Stufen weniger als 10 % eines Einstellungsbereichs der Fluidstromvorrichtung, weniger als 5 % des Einstellungsbereichs oder weniger als 2,5 % des Einstellungsbereichs beträgt.
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Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Trocknungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, einen Soll-Fluidstrom in Abhängigkeit des Lösemitteleintrags zu bestimmen und die Fluidstromvorrichtung derart zu steuern, dass ein aus der Trocknungskammer ausströmender Fluidstrom zumindest dem Soll-Fluidstrom entspricht.
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Dass ein aus der Trocknungskammer ausströmender Fluidstrom zumindest dem Soll-Fluidstrom entspricht, bedeutet insbesondere, dass eine Differenz zwischen dem ausströmenden Fluidstrom und dem Soll-Fluidstrom weniger als 30 %, weniger als 20 %, weniger als 10 % oder weniger als 5 % beträgt.
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Eine derart eingerichtete Steuerungsvorrichtung hat den Vorteil, dass der ausströmende Fluidstrom lediglich einen solchen Wert annimmt, der unter Berücksichtigung des tatsächlichen Lösemitteleintrags erforderlich ist. Somit ist der Energieverbrauch der Fluidstromvorrichtung nicht höher als prozessual erforderlich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Trocknungsvorrichtung ist vorgesehen, dass der Soll-Fluidstrom derart gewählt ist, dass ein Lösemittelgehalt in der Trocknungskammer einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet. Das Lösemittel liegt in der Trocknungskammer insbesondere gasförmig vor. Das Lösemittel kann insbesondere in dem in der Trocknungskammer befindlichen Fluid, insbesondere Luft, gelöst sein. Der Lösemittelgehalt kann beispielsweise in Gramm Lösemittel je Kubikmeter Luft angegeben werden. Der Lösemittelgehalt kann beispielsweise auch in Prozent angegeben werden. Der Soll-Fluidstrom kann auch als ein Mindestfluidstrom bezeichnet werden.
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Es ist bevorzugt, dass der vorbestimmte Wert eine Explosionsgrenze repräsentiert. Ab einem bestimmten Lösemittelgehalt in der Trocknungskammer besteht das Risiko, dass eine Explosion stattfindet. Es ist in der Regel zwingend zu vermeiden, dass der Lösemittelgehalt diese Grenze erreicht. Insofern wird eine energieeffiziente Trocknungsvorrichtung ermöglicht, wobei zugleich eine hohe Sicherheit gegen Explosionen gewährleistet wird.
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Eine weitere bevorzugte Ausbildung der Trocknungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerungsvorrichtung eine Sicherheitseinheit aufweist, die eingerichtet ist, dass der aus der Trocknungskammer ausströmende Fluidstrom im bestimmungsgemäßen Betrieb nicht von einem Bediener einstellbar ist. Die Funktion der Sicherheitseinheit wird auch als Verriegelung bezeichnet. Nicht von einem Bediener einstellbar bedeutet insbesondere, dass der ausströmende Fluidstrom um nicht mehr als 10 %, nicht mehr als 5 % oder nicht mehr als 2,5 % verstellbar ist. Im bestimmungsgemäßen Betrieb bedeutet insbesondere, dass ein Bediener nicht ohne spezielle Befähigungen den ausströmenden Fluidstrom verändern kann. Spezielle Befähigungen können beispielsweise die Kenntnis eines Passworts oder der Besitz eines Schlüssels sein. Eine solche Sicherheitseinheit hat den Vorteil, dass die Trocknungsvorrichtung stets an einem energetischen Optimum betrieben werden kann und keine wesentlichen manuellen Manipulationen im bestimmungsgemäßen Betrieb möglich sind. Ferner kann somit die Sicherheit der Trocknungsvorrichtung verbessert werden, da ein Bediener die Fluidstromvorrichtung nicht derart einstellen kann, dass ein explosionsfähiges Gemisch in der Trocknungskammer entsteht.
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Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, die Fluidstromvorrichtung derart zu steuern, dass der aus der Trocknungskammer ausströmende Fluidstrom im Wesentlichen einem in die Trocknungskammer einströmendem Fluidstrom entspricht. Dies kann beispielsweise durch eine Ansteuerung eines Abluftventilators und/oder einer Zuluftklappe oder eines Zuluftventilators erfolgen. Dass der einströmende Fluidstrom im Wesentlichen dem ausströmenden Fluidstrom entspricht, bedeutet insbesondere, dass die Differenz des einströmenden Fluidstroms und des ausströmenden Fluidstroms weniger als 30 %, weniger als 20 %, weniger als 10 % oder weniger als 5 % beträgt. Durch eine solche Steuerung wird im Wesentlichen vermieden, dass das Prozessfluid in die Trocknungskammer durch Eingänge oder Ausgänge der Behältereinheiten einströmt oder ausströmt.
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Eine bevorzugte Fortbildung der Trocknungsvorrichtung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, den Lösemitteleintrag basierend auf einer Behältereinheitsdichte, beschreibend eine in die Trocknungskammer eintretende Behältereinheitsanzahl je Zeiteinheit und/oder basierend auf einer Lösemittelmenge je Behältereinheit zu ermitteln.
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Die Behältereinheitsdichte kann beispielsweise in Behältern je Minute, beispielsweise 2500 Dosen pro Minute, angegeben werden. Die Lösemittelmenge je Behältereinheit ist abhängig von verschiedenen Parametern der Behältereinheiten. Beispielsweise kann die Lösemittelmenge von der Größe der Behältereinheit, der Lackart der Behältereinheit und einer Lackdicke bestimmt sein. Die Lösemittelmenge je Behältereinheit kann beispielsweise in Gramm angegeben werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Trocknungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass diese eine Dichtemesseinheit umfasst, die eingerichtet zum Erfassen der Behältereinheitsdichte ist. Die Dichtemesseinheit ist insbesondere signaltechnisch mit der Steuerungsvorrichtung gekoppelt.
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Die Dichtemesseinheit kann beispielsweise eine Zähleinheit sein. Die Dichtemesseinheit umfasst vorzugsweise einen, zwei oder mehrere optische Sensoren, beispielsweise Lichtschranken, Induktivitätssensoren, Farbsensoren und/oder Infrarotsensoren. Ferner kann die Dichtemesseinheit Induktivitätssensoren, Kapazitätssensoren, magnetische Sensoren und/oder Annäherungssensoren, beispielsweise Ultraschallsensoren, aufweisen. Ferner können die Dichtemesssensoren als solche ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann die Dichtemesseinheit eine Kamera oder eine Linienkontrolle aufweisen.
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Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Dichtemesseinheit zwei oder mehr Dichtemesssensoren zum redundanten Erfassen der Behältereinheitsdichte aufweist. Zwei oder mehr Dichtemesssensoren ermöglichen eine sichere Erfassung der Behältereinheitsdichte, sodass der mittels der Behältereinheitsdichte ermittelte Lösemitteleintrag mit einer hohen Sicherheit ermittelt ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Trocknungsvorrichtung ist vorgesehen, dass diese eine Beschaffenheitsmesseinheit umfasst, die angeordnet und ausgebildet ist, eine Behälterbeschaffenheit zu erfassen, und wobei die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, eine Lösemittelmenge je Behältereinheit, basierend auf der erfassten Behälterbeschaffenheit, zu ermitteln. Die Beschaffenheitsmesseinheit ist insbesondere mit der Steuerungsvorrichtung signaltechnisch gekoppelt.
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Die Lösemittelmenge je Behältereinheit kann beispielsweise basierend auf einer Größe der Behältereinheiten, insbesondere einer Mantelfläche und/oder einer Höhe, einer Lackart und/oder einer Farbe der Behältereinheit ermittelt werden. Die Beschaffenheitsmesseinheit kann beispielsweise eine Lichtschranke zur Ermittlung einer Größe der Behältereinheiten sein.
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Darüber hinaus kann die Beschaffenheitsmesseinheit eine Kamera zur Erfassung der Behälterbeschaffenheit sein. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Beschaffenheitsmesseinheit zwei oder mehr Beschaffenheitsmesssensoren aufweist, sodass mittels einer redundanten Messung eine hohe Ermittlungsgenauigkeit implementierbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Trocknungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Behälterbeschaffenheit eine Mantelfläche, eine Höhe und/oder eine Farbe der Behältereinheiten ist. Die Mantelfläche einer Behältereinheit betrifft insbesondere eine Umfangsfläche der Behältereinheit. Die Höhe einer Behältereinheit beschreibt insbesondere die von einem Boden ausgehende Länge der Behältereinheit.
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Eine weitere bevorzugte Fortbildung der Trocknungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass diese eine Fluidstrommesseinheit zur Erfassung des aus der Trocknungskammer ausströmenden Fluidstroms und/oder eines in die Trocknungskammer einströmenden Fluidstroms umfasst.
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Die Fluidstrommesseinheit weist vorzugsweise zwei oder mehr Fluidstrommesssensoren zum redundanten Erfassen des Fluidstroms auf. Die Trocknungsvorrichtung kann beispielsweise einen Fluidauslass aufweisen, der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass durch diesen der Fluidstrom aus der Trocknungskammer ausströmen kann. Es ist bevorzugt, dass die Fluidstrommesseinheit, insbesondere die zwei oder mehr Fluidstrommesssensoren, innerhalb des Fluidauslasses wirken, sodass eine hohe Ermittlungsgenauigkeit implementierbar ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Trocknungsvorrichtung umfasst eine Heizvorrichtung zur Erwärmung des in die Trocknungskammer einströmenden Prozessfluids, wobei vorzugsweise die Heizvorrichtung eine Brenneinheit, insbesondere einen Gasbrenner, und einen die Brenneinheit zumindest abschnittsweise umgebendes Rohrelement aufweist, wobei das Rohrelement an einer Innenumfangsseite derartig angeordnete Fluidleitelemente aufweist, dass das in das Rohrelement einströmende Prozessfluid innerhalb des Rohrelements einen Drall aufweist.
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Durch ein derartiges Rohrelement kann eine Verbrennung optimiert werden. Die mittels des Rohrelements manipulierte Flamme weist eine Schraubenform auf. Das durch den Flammenimpuls mitgenommene Prozessfluid wird hierbei ebenfalls in eine Drehung versetzt, die eine höhere Stabilität der Energieübertragung ermöglicht. Infolgedessen lässt sich die Gleichmäßigkeit der Erwärmung in der Trocknungskammer optimieren.
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In einer weiteren bevorzugten Fortbildung der Trocknungsvorrichtung ist vorgesehen, dass diese eine zu der Eingangsseite benachbart angeordnete Führungsvorrichtung zur Führung der Behältereinheiten auf einen Seitenabschnitt der Fördereinheit umfasst. Die Fördereinheit kann beispielsweise einen linken Seitenabschnitt und einen rechten Seitenabschnitt aufweisen. Der Seitenabschnitt kann eine beliebige Erstreckung der Breite der Fördereinheit einnehmen, beispielsweise 50 % der Breite. Die Führungsvorrichtung kann beispielsweise ein über der Fördereinheit angeordneter Balken sein, dessen lichte Höhe über der Fördereinheit geringer ist als eine Höhe der Behältereinheiten.
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Die Steuerungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, die Führungsvorrichtung in Abhängigkeit der Behältereinheitsdichte derart zu steuern, dass die Behältereinheiten mit einem vorgegebenen Abstand durch die Trocknungskammer bewegt werden. Mittels einer derartig eingerichteten Steuerungsvorrichtung können die Behältereinheiten kompakt, insbesondere mit geringen oder keinen Abständen, durch die Trocknungskammer bewegt werden.
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Es ist ferner bevorzugt, dass die Fluidstromvorrichtung angeordnet und ausgebildet ist, den Fluidstrom auf den Seitenabschnitt auszurichten. Durch das kompakte Hindurchführen der Behältereinheiten durch die Trocknungskammer und das gezielte Richten des Fluidstroms auf den die Behältereinheiten aufweisenden Seitenabschnitt, kann der Energiebedarf der Trocknungsvorrichtung reduziert werden.
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Insbesondere wird somit der Abschnitt der Fördereinheit, in dem keine Behältereinheiten bewegt werden, im Wesentlichen nicht mit dem Fluidstrom beaufschlagt. Die Fluidstromvorrichtung kann hierfür beispielsweise abschaltbar und/oder bewegbar, insbesondere schwenkbare, angeordnete Fluidstromdüsen aufweisen. Insbesondere ist die Steuerungsvorrichtung eingerichtet, die Fluidstromvorrichtung derart anzusteuern, dass der Fluidstrom auf den Seitenabschnitt ausgerichtet wird.
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Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die zwei oder mehr Trocknungskammern fluidisch miteinander derart gekoppelt sind, dass ein Prozessfluid einer Trocknungskammer in eine prozessual vorherige Trocknungskammer geführt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Fortbildung der Trocknungsvorrichtung ist vorgesehen, dass diese eine Fluidbarrierevorrichtung an einem Behältereinheitseintritt und/oder an einem Behältereinheitsaustritt umfasst, wobei die Fluidbarrierevorrichtung einen höhenverstellbaren Fluidauslass zur Einstellung einer lichten Höhe über der Fördereinheit aufweist, und vorzugsweise die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, die lichte Höhe in Abhängigkeit in der Höhe der Behältereinheiten einzustellen. Somit kann eine bessere Trocknungswirkung bei einem geringeren Abluftbedarf erzeugt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Trocknung von Lösemittel aufweisenden Behältereinheiten, insbesondere von Dosen, umfassend die Schritte: Bewegen der Behältereinheiten durch eine Trocknungskammer, Ermitteln eines von den Behältereinheiten bewirkten Lösemitteleintrags in die Trocknungskammer, Beaufschlagen der Behältereinheiten mit einem Fluidstrom eines Prozessfluids und Einstellen eines aus der Trocknungskammer ausströmenden Fluidstroms, basierend auf dem ermittelten Lösemitteleintrag.
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Das Verfahren und seine möglichen Fortbildungen weisen Merkmale beziehungsweise Verfahrensschritte auf, die sie insbesondere dafür geeignet machen, für eine Trocknungsvorrichtung und ihre Fortbildungen verwendet zu werden.
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Für weitere Vorteile, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails des Verfahrens und möglicher Fortbildungen wird auch auf die zuvor erfolgte Beschreibung zu den entsprechenden Merkmalen und Fortbildungen der Trocknungsvorrichtung verwiesen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden exemplarisch anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Trocknungsvorrichtung;
- 2: eine schematische, zweidimensionale Draufsicht auf die in 1 gezeigte Trocknungsvorrichtung;
- 3: eine schematische, zweidimensionale Detailansicht der in 1 gezeigten Trocknungsvorrichtung mit einem Behältereinheitseintritt; und
- 4: eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens.
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In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen funktionsgleiche beziehungsweise -ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt eine Trocknungsvorrichtung 100 mit einer ersten Trocknungskammer 102, einer zweiten Trocknungskammer 104 und einer dritten Trocknungskammer 106. Ferner umfasst die Trocknungsvorrichtung 100 einen Kühlabschnitt 142. Eine Fördereinheit 112 erstreckt sich durch die Trocknungskammern 102, 104, 106 und den Kühlabschnitt 142. Mittels der Fördereinheit 112 werden Behältereinheiten 1 durch die Trocknungsvorrichtung 100 hindurchbewegt.
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Die Trocknungskammern 102, 104, 106 weisen einen ähnlichen Aufbau aus, sodass im Folgenden lediglich die Trocknungskammer 102 im Detail beschrieben wird, wobei diese Ausführungen mit den erforderlichen Änderungen auch für die Trocknungskammer 104 und die Trocknungskammer 106 gelten. Die Trocknungskammer 102 erstreckt sich in einer horizontalen Richtung von einer Eingangsseite 108, an der die Behältereinheiten in die Trocknungskammer 102 eintreten, hin zu einer Ausgangsseite 110, an der die Behältereinheiten 1 die Trocknungskammer 102 wieder verlassen.
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Ferner weist die Trocknungsvorrichtung 100 eine Fluidstromvorrichtung 114 auf, die fluidisch mit der Trocknungskammer 102 gekoppelt ist. Ferner weist die Trocknungsvorrichtung 100 eine zweite Fluidstromvorrichtung 168, die mit der Trocknungskammer 104 fluidisch gekoppelt ist, und eine dritte Fluidstromvorrichtung 170 auf, die mit der Trocknungskammer 106 fluidisch gekoppelt ist.
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Die Fluidstromvorrichtung 114 weist einen Fluideinlass 116 auf, durch den ein Prozessfluid, hier Luft, in die Fluidstromvorrichtung 114 eintreten kann. In einer Fluidstromrichtung stromabwärts vom Fluideinlass 116 ist ein Zuluftventilator 118 angeordnet, der die in die Fluidstromvorrichtung 114 einströmende Luft zu einer Heizeinrichtung 120 führt. Alternativ kann der Zuluftventilator 118 auch als Klappe ausgebildet sein. Die Heizeinrichtung 120 kann beispielsweise ein Gasbrenner sein.
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Stromabwärts von der Heizeinrichtung 120 ist ein Umluftventilator 122 angeordnet, der einen Fluidstrom in die Trocknungskammer 102 bewirkt. Hierfür ist der Umluftventilator 122 mit einer Fluidführung 124 mit der Trocknungskammer 102 fluidisch gekoppelt.
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Innerhalb von Trocknungsvorrichtungen treten oftmals Uniformitätsprobleme bei der Luftführung auf, wobei es ein Ziel ist, die Luft möglichst gleichmäßig auf die Behältereinheiten 1 zu richten. Hierfür weist die Fluidstromvorrichtung 114 eine erste Fluidverteileinheit 126 auf, die vorliegend als V-Blende ausgebildet ist. Stromabwärts ist eine zweite Fluidverteileinheit 128 vorgesehen, die eine weitere optimierte Verteilung des Prozessfluids gewährleistet. Die zweite Fluidverteileinheit 128 ist als ein Lochblech ausgebildet. Von diesem aus gelangt die Luft auf die Behältereinheiten 1, die unter der Fluidstromeinheit 114 mittels der Fördereinheit 112 hindurchbewegt werden.
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Die Fördereinheit 112 ist vorzugsweise luftdurchlässig ausgebildet. Dadurch gelangt die Luft, nachdem diese die Behältereinheiten 1 passiert hat, unter die Fördereinheit 112, wo diese auf einen Fluidsammelkanal 138 trifft. Der Fluidsammelkanal 138 führt das Prozessfluid mittels einer Umluftführung 131 zurück zu der Heizeinrichtung 120. Die Nutzung von einer solchen Umluft reduziert den Energiebedarf der Fluidstromvorrichtung 114.
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Um einen Maximalwert eines Lösemittelgehalts in der Trocknungskammer 102 nicht zu überschreiten, sollte ein Teil des Prozessfluids aus der Trocknungskammer 102 auszuströmen. Hierfür weist die Fluidstromvorrichtung 114 einen Fluidauslass 132 auf, der mit einem Abluftventilator 134 fluidisch gekoppelt ist. Am Fluidauslass 132 ist darüber hinaus eine Fluidstrommesseinheit 136 angeordnet, die angeordnet und ausgebildet ist, einen aus der Trocknungskammer 102 ausströmenden Fluidstrom zu messen, beispielsweise in Kubikmetern pro Stunde.
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Darüber hinaus weist die Trocknungsvorrichtung 100 eine Dichtemesseinheit 130 zur Ermittlung der in die Trocknungskammer 102 eintretenden Behälter pro Zeiteinheit auf. Des Weiteren ist eine Beschaffenheitsmesseinheit 133 vorgesehen, mittels derer mindestens eine Behältereinheitsbeschaffenheit ermittelbar ist.
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Eine Steuerungsvorrichtung 140 ist eingerichtet, um die Fluidstromvorrichtung 114 basierend auf einem ermittelten Lösemitteleintrag zu steuern. Die Steuerungsvorrichtung 140 ist insbesondere eingerichtet, einen aus der Trocknungskammer 102 auszuströmenden Soll-Fluidstrom in Abhängigkeit des Lösemitteileintrags zu bestimmen und die Fluidstromvorrichtung 114 derart zu steuern, dass ein aus der Trocknungskammer 102 ausströmender Fluidstrom zumindest dem Soll-Fluidstrom entspricht. Der Soll-Fluidstrom kann beispielsweise ein Mindestfluidstrom sein, der so gewählt ist, dass ein Lösemittelgehalt in der Trocknungskammer 102 einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet, wobei vorzugsweise der vorbestimmte Wert eine Explosionsgrenze repräsentiert.
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Die Steuerungsvorrichtung 140 ist insbesondere eingerichtet, den Lösemitteleintrag basierend auf einer Behältereinheitsdichte, beschreibend die in die Trocknungskammer 102 eintretenden Behältereinheiten 1 je Zeiteinheit und/oder basierend auf einer Lösemittelmenge je Behältereinheit 1 zu ermitteln. Die Behältereinheitsdichte kann auch als Wert der Steuerungsvorrichtung 140 bereitgestellt werden, insbesondere von einer vor der Trocknungsvorrichtung 100 angeordneten Vorrichtung, beispielsweise einer Lackieranlage. Die Steuerungsvorrichtung 140 ist insbesondere mit der Dichtemesseinheit 130 und der Beschaffenheitsmesseinheit 133 signaltechnisch gekoppelt, sodass die Steuerungsvorrichtung 140 auf Basis von Messwerten der Dichtemesseinheit 130 und der Beschaffenheitsmesseinheit 133 den Lösemitteleintrag ermitteln kann. Darüber hinaus kann auch der Messwert der Dichtemesseinheit 130 und der im Vorherigen beschriebene bereitgestellte Wert der Behältereinheitsdichte berücksichtigt werden, um mittels Redundanz eine hohe Sicherheit zu gewährleisten.
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2 zeigt eine Draufsicht auf die im Vorherigen beschriebene Trocknungsvorrichtung 100. Insbesondere ist hier ersichtlich, dass die Trocknungsvorrichtung 100 eine Führungsvorrichtung 156 zur Führung der Behältereinheiten 1 auf einen Seitenabschnitt 158 der Fördereinheit 112 aufweist. Die gestrichelte Linie stellt die Abgrenzung des Seitenabschnitts 158 dar. Es ist ersichtlich, dass der Abschnitt der Fördereinheit 112 neben dem Seitenabschnitt 158 keine Behältereinheiten 1 aufweist.
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Infolgedessen kann die Fluidstromvorrichtung 114 derart von der Steuerungsvorrichtung 140 angesteuert werden, dass lediglich der Seitenabschnitt 158 mit dem Prozessfluid beaufschlagt wird und nicht oder vermindert der Bereich, in dem sich keine Behältereinheiten 1 befinden. Im vorliegenden Fall ist ausschließlich der erste Fluidauslass 160 aktiv, sodass lediglich die unter dem ersten Fluidauslass 160 befindlichen Behältereinheiten 1 mit dem Prozessfluid beaufschlagt werden. Der zweite Fluidauslass 162 ist deaktiviert, sodass hier nicht unnötigerweise Prozessfluid entweicht.
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3 zeigt eine Detailansicht der Eingangsseite 108 der Trocknungskammer 102. Die Trocknungsvorrichtung 100 umfasst eine Fluidbarrierevorrichtung 164 an dem Behältereinheitseintritt, wobei die Fluidbarrierevorrichtung 164 einen höhenverstellbaren Fluidauslass 166 zur Einstellung einer lichten Höhe über der Fördereinheit 112 aufweist. Die Steuerungsvorrichtung 140 ist insbesondere eingerichtet, die lichte Höhe in Abhängigkeit der Höhe der Behältereinheiten 1 einzustellen. Die lichte Höhe wird vorzugsweise so eingestellt, dass diese geringfügig größer ist als die Höhe der Behältereinheiten 1, sodass möglichst wenig Prozessfluid aus dem Inneren der Trocknungskammer nach außen strömen oder im Falle eines Unterdrucks von außen in die Trocknungskammer 102 eintreten kann.
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4 zeigt ein Verfahren zur Trocknung von Lösemittel aufweisenden Behältereinheiten 1, insbesondere von Dosen. In Schritt 200 werden Behältereinheiten 1 durch eine Trocknungskammer 102, 104, 106 bewegt. In Schritt 202 wird ein von den Behältereinheiten 1 bewirkter Lösemitteleintrag in die Trocknungskammer 102, 104, 106 ermittelt. In Schritt 204 werden die Behältereinheiten 1 mit einem Fluidstrom eines Prozessfluids beaufschlagt. Ferner wird in Schritt 206 ein aus der Trocknungskammer 102, 104, 106 ausströmender Fluidstrom basierend auf dem ermittelten Lösemitteleintrag eingestellt.
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Mit einer im Vorherigen beschriebenen Trocknungsvorrichtung 100 ist ein effizienterer Betrieb dieser möglich. Insbesondere durch die Optimierung der Fluidstromvorrichtung 114, 168, 170 der Trocknungsvorrichtung 100 kann signifikant Energie eingespart werden, da die Fluidstromvorrichtung 114, 168, 170, insbesondere die einzelnen Ventilatoren, einen hohen Energieverbrauch aufweisen. Darüber hinaus kann auf Grundlage des Lösemitteleintrags eine gezielte Steuerung der Fluidstromvorrichtung 114 erfolgen, sodass einerseits energetisch optimal gefahren wird, und andererseits ein ausreichender Luftaustausch generiert wird, sodass der Lösemittelgehalt einen vorzugsweise vordefinierten Maximalwert nicht überschreitet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behältereinheiten
- 100
- Trocknungsvorrichtung
- 102
- erste Trocknungskammer
- 104
- zweite Trocknungskammer
- 106
- dritte Trocknungskammer
- 108
- Eingangsseite
- 110
- Ausgangsseite
- 112
- Fördereinheit
- 114
- Fluidstromvorrichtung
- 116
- Fluideinlass
- 118
- Zuluftventilator
- 120
- Heizeinrichtung
- 122
- Umluftventilator
- 124
- Fluidführung
- 126
- erste Fluidverteileinheit
- 128
- zweite Fluidverteileinheit
- 130
- Dichtemesseinheit
- 131
- Umluftführung
- 132
- Fluidauslass
- 133
- Beschaffenheitsmesseinheit
- 134
- Abluftventilator
- 136
- Fluidstrommesseinheit
- 138
- Fluidsammelkanal
- 140
- Steuerungsvorrichtung
- 142
- Kühlabschnitt
- 154
- Fluidrückführungseinheit
- 156
- Führungsvorrichtung
- 158
- Seitenabschnitt
- 160
- erster Fluidauslass
- 162
- zweiter Fluidauslass
- 164
- Fluidbarrierevorrichtung
- 166
- Fluidauslass
- 168
- zweite Fluidstromvorrichtung
- 170
- dritte Fluidstromvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2016124673 A1 [0006]
- WO 2014166831 A1 [0007]
