DE3406789C1 - Verfahren zum Trocknen von insbesondere pulverbeschichteten Werkstuecken durch Infrarotstrahlung - Google Patents

Verfahren zum Trocknen von insbesondere pulverbeschichteten Werkstuecken durch Infrarotstrahlung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von insbesondere pulverbeschichteten Werkstücken durch Infrarotstrahlung, wobei die Werkstücke in mehreren Zonen bei einer bestimmten Temperatur getrocknet werden und wobei in den Zonen eine Luftströmung vorgesehen ist und die Luft aus einer Zone abgeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens 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.
Die Erfindung kann besonders vorteilhaft zum Ausgelieren von pulverbeschichteten Gußstücken, insbesondere auch von Graugußstücken — auch mit unregelmäßiger Gestalt — angewendet werden.
Aus der US-PS 24 19 643 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 zu werden, wozu eine geringere Anzahl von Strahlern ausreicht, so daß der Ofen eine zweite Zone mit im größeren Abstand voneinander angeordneten Infrarotstrahlern aufweist, als dies in der ersten Aufheizzone der Fall ist.
Bei diesem Ofen ist es 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 entstandenen Dämpfen, Luft abzusaugen.
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 Infrarotstrahlen liegenden Partien zu beobachten sind. Der konvektive Wärmeanteil wird hierbei vollständig unausgenutzt an die Atmosphäre weitergegeben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem Werkstücke — insbesondere auch pulverbeschichtete Werkstücke — auch von unregelmäßiger Gestalt und mit Hinterschnitten durch Infrarotstrahlung getrocknet werden können. Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine wirtschaftliche Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
In der ersten und dritten Zone werden die Werkstükke durch die Infrarotstrahlung 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 umfließende 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.
In den Unteransprüchen 2 und 3 sind besonders vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens wiedergegeben. 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.
Die diffuse Infrarotstrahlenverteilung und der dadurch erzielte »Billardeffekt« ermöglicht auch Hinterschnitte und Vertiefungen zu erreichen und Konzentrationen auf bestimmte vorspringende Teile zu verhindern, sie trägt somit zur gleichmäßigeren allseitigen Erwärmung bei.
Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
Vorzugsweise Ausgestaltungen der Vorrichtung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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
F i g. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig.2 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß F i g. 1 entlang der Linie H-II.
Als Ausführungsbeispiel wird eine Vorrichtung zum Ausgelieren von pulverbeschichteten Gußteilen erläutert. .
Die Vorrichtung weist ein bekanntes, tunnelrohrförmiges Kassettengehäuse 1 auf, das an den Stirnseiten eine Ein- bzw. Auslaßöffnung 2, 3 aufweist. Durch die Ein- und Auslaßöffnung 2, 3 und das Gehäuse 1 ist ein Transportmittel 4 geführt, mit dem pulverbeschichtete Werkstücke 5 durch die Vorrichtung transportiert werden können.
Das Innere des Gehäuses 1 ist in Längserstreckung in drei miteinander verbundene Zonen 6, 7, 8, eine erste Vorwärm-, eine zweite Ruhe- und eine dritte Nachheizzone unterteilt. Die Länge und damit die Größe der Zonen 6, 7, 8 ist prinzipiell beliebig. Vorzugsweise ist jedoch die Vorwärmzone 6 mit der größten Längserstreckung vorzusehen, da hier das Aufheizen der Werkstücke auf die Arbeitstemperatur erfolgt. Ein, Verhältnis der Zonen 6, 7, 8 zueinander wäre z. B. 2:2:1 oder 2:1 :1. Bei einem äußerst komplizierten Werkstück 5 mit vielen Hinterschnitten und Vertiefungen kann es auch notwendig sein, mehrere 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 Γ (in Fi g. 1 angedeutet) angeordnet werden.
Diese Gehäuse 1' können auch verfahrbar gestaltet sein. 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 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 diffusen Strahlenverteilung sind Anordnungen in Form eines Sechsecks wie im Ausführungsbeispiel, oder eines Dreiecks, Fünfecks usw. vorzuziehen.
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 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 9 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.
Die Wirkseite der Reflektoren 9 ist auf die Werkstükke 5 gerichtet. Sie 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. In der Zentralachse einzelner oder aller Reflektoren 9 sind die Infrarotstrahler 13 angeordnet. Zwischen 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. Die Wände der Kanäle 15 sind strömungsgünstig geformt, um eine gleichmäßige, möglichst wirbelfreie laminare Strömung in den Kanälen 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.
Am Boden der Ruhezone 7 sind Ansaugöffnungen 19 einer Ansaugvorrichtung 20 in Form eines Ventilators
5 6
ausgeführt. Die Druckseite des Ventilators ist mit den nicht oder nur in geringem Maße die Oberfläche errei-
Druckräumen 17 der Vorwärmzone 6 und der Nach- chen konnte, so daß auch die Qualität der Behandlung
heizzone 8 verbunden. verbessert wird. In der Nachheizzone 8 erfolgt dann
Die Kanäle 15 weisen im oberen geschlossenen Teil eine der in der Vorwärmzone 6 durchgeführten Behand-
zwischen der Trennwand 16 und der Gehäuseseiten- 5 lung entsprechende Endbehandlung. Bei Verlassen der
wand mit Drosseln versehene Abluftstutzen 21 auf, die Nachheizzone 8 sind die Werkstücke 5 fertig behandelt,
zur Temperaturregelung der Atmosphäre im Innern der d. h. die Beschichtung ist vollständig und hochwertig
Vorrichtung dienen. ausgehärtet. Bei sehr komplizierten Werkstücken 5 kön-
Durch die dargelegte Anordnung der Reflektoren 9 nen gegebenenfalls mehrere Ruhe- und Nachheizbe-
wird die innere Ofenhaut vor einer direkten Strahlung io handlungen, die gegegebenenfalls zeitlich verkürzt sind,
geschützt und durch die erzeugten Strömungsverhält- durchgeführt werden,
nisse erfolgt auch eine »Kühlung«.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft in der be- Beispiel
schriebenen Vorrichtung wie folgt ab:
Vor der Inbetriebnahme werden der Abstand der Re- 15 Eine Vorrichtung der beschriebenen Art wurde mit flektoren 9 bzw. der Reflektorwände 10, 10' entspre- mittelwelligen Zwillingsrohr IR-Quarz-Strahlern mit chend der Größe des zu behandelnden Werkstücks 5 achtförmigem Querschnitt und durch eine Goldschicht und dem optimalen Wirkabstand der verwendeten IR- abgedeckter Rückseite und mit Reflektoren mit einer Strahler 13 eingestellt. Entsprechend der Gestalt und räumlich strukturierten Reflektorfläche aus hochglän-Beschaffenheit des Werkstücks 5 und der Beschichtung 20 zendem eloxiertem Aluminium bestückt,
sowie der davon abhängigen benötigten Wärmemenge Der Seitenabstand zwischen den benachbarten Rewerden die Anzahl, die Verteilung und die Art der Infra- flektoren betrug 15 mm, der zwischen den Zentralachrotstrahler 13 gewählt und entsprechend auch der Ab- sen der IR-Strahler 65 mm. Die Flächenleistung der stand der Reflektoren 9 voneinander. Werden immer Strahler lag zwischen 30 und 36 kW/m2. Die Leerlaufleigleiche oder gleichartige Gegenstände der Behandlung 25 stung betrug 10% der installierten Leistung. Durch die unterzogen, wird diese Einstellung nur einmal bei der Vorrichtung wurden pulverbeschichtete Gußwerkstük-Inbetriebnahme vorgenommen. ke (z. B. aus Grauguß), zum Teil mit komplizierten For-
Sodann wird ein Teil der vorgesehenen IR-Strahler 13 men, mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min ohne Dre-
oder alle — mit reduzierter Leistung — sowie die An- hung der Werkstücke durchgeschleust. Beim konkreten
saugvorrichtung 20 — der Ventilator — eingeschaltet. 30 Beispiel verblieben die Werkstücke 2 Minuten in der
Hierdurch wird im Vorrichtungsinnern die jeweils benö- Vorwärmzone, 1 Minute in der Ruhezone und 1 bis
tigte Leerlauftemperatur eingestellt. Durch die be- 1,5 Minuten in der Nachheizzone. Nach 2 Minuten war
schriebene Anordnung des Ventilators stellt sich in der ein Anschmelzen des Pulvers auf den direkt den Strah-
Ruhezone 7 und auch in den Bestrahlungsräumen der lern zugekehrten Seiten zu beobachten. In diesem Au-
Vorwärme- und Nachheizzonen 6,8 ein Unterdruck ein, 35 genblick sollte die Ruhezone erreicht werden. Die Tem-
während sich in den Kanälen 15 ein Überdruck aufbaut. peratur in der Vorheizzone und der Nachheizzone wur-
Hierdurch bildet sich eine Strömung aus den Kanälen 15 de auf 2000C begrenzt. Zur Regelung wurde durch die
die Reflektoren 9 umfließend in die Bestrahlungsräume Abluftstutzen 21 erwärmte Luft abgeführt, was ein stär-
hinein und um die Werkstücke 5 herum in die Ruhezone keres Ansaugen von Umgebungsluft durch die Eintritts-
7 aus. Durch diese Strömung werden die Reflektoren 9 40 bzw. Austrittsöffnungen 2, 3 bedingt. In den Bestrah-
gekühlt und Anteile der konvektiven Wärme für die lungsräumen und in der Ruhezone 7 wurde ein geringer
Behandlung der Werkstücke 5 gewonnen. Die Strö- Unterdruck von ca. 10 Pa und in den Kanälen 15 ein
mungsbewegung ist mit Pfeilen in den Figuren angedeu- geringer Überdruck von 500 Pa aufrechterhalten,
tet. Durch die erzielte Strömung und das Weglassen der
Wird durch einen Melder ein Werkstück 5 avisiert, 45 IR-Strahler ergab sich in der Ruhezone 7 eine um ca.
werden die IR-Strahler 13, gesteuert durch einen Pilot- 30° C niedrigere Temperatur.
strahler, hochgefahren und erreichen beim Eintritt des Die beschichteten Werkstücke 5 wiesen nach dem
Werkstücks 5 in den Bestrahlungsraum der Vorwärm- Austritt aus der Vorrichtung und dem Abkühlen gleich-
zone 6 ihre normale Leistung. Durch die Art und Anord- mäßig ausgelierte hochwertige Beschichtungen auf.
nung der Reflektoren 9 wird die Strahlung der IR-Strah- 50 Bei einer konventionellen Trocknung ist für gleiche
ler 13 im Bestrahlungsraum diffus verteilt und somit Werkstücke eine Gesamtverweilzeit von 40 bis 45 Mi-
auch teilweise von anderen Reflektoren 9 reflektiert, nuten erforderlich.
bevor sie das Werkstück 5 erreichen. Durch diese Re-
flektionen können auch Hinterschnitte und Vertiefun- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
gen erreicht werden, die bei einem geradlinigen Strah- 55 ■—
lengang im Schatten liegen würden. Hierdurch und
durch das obenerwähnte 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 Strö- 60
mung eine geringe Kühlung der Oberfläche, so daß die
vom Oberflächenbereich aufgenommene Wärme ins Innere abfließen kann und im Sinne eines Temperaturausgleichs innerhalb des Werkstücks 5 zwischen dick- und
dünnwandigen Teilen wirkt. Irgendwelchen möglichen 65
Verbrennungen durch Temperaturstaus wird somit
wirksam vorgebaut. Außerdem erfolgt von innen heraus
ein Temperaturfluß in die Bereiche, wo die Strahlung

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Trocknen von insbesondere pulverbeschichteten Werkstücken durch IR-Strahlung, wobei die Werkstücke in mehreren Zonen bei einer bestimmten Temperatur getrocknet werden und wobei in den Zonen eine Luftströmung 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 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 I1 dadurch gekennzeichnet, daß in den Zonen ein geringer Unterdruck herrscht.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 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 Reflektoren (9) eine hochglänzende und räumlich strukturierte Wirkfläche aufweisen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, 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.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kanal (15) begrenzenden Rückseiten der Reflektoren (9) und die Gehäusewandung strömungsgünstig gestaltet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (15) druckseitig einen durch eine Drossel verschließbaren Abluftstutzen (21) aufweist.
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