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Verfahren und Vorrichtung zur thermischen
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Beseitigung von Lackrückständen an Geräteteilen Die Erfindung bezieht
sich auf ein thermisches Entlackungsverfahren mittels eines Vorrichtungsprinzips
nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Die Erfindung baut dabei auf dem aus der DE-PS 22 47 861 bekannten
System auf und hat es sich vor allem anderen zur Aufgabe gemacht, absolut saubere
Werkstücke oder ähnliche Teile ohne an-
haftenden Schwelkoks am
Ende des Prozeßablaufs zu erhalten und zudem die Prozeßdauer wesentlich gegenüber
den bekannten Anlagen zu verkürzen.
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Gelöst wird diese Aufgabe im wesentlichen durch eine zeitlich nacheinander
abla.ufende Aufteilung des Entlackungsvorganges in einen sog. Pyrolyse-und Oxydationsprozeß,
wobei letzterer durch die erhöhte Sauerstoffzufuhr eine sichere und zudem schnellere
Verbrennung des Kohlenstoffs erbringt.
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Durch die weitere, erfindungserhebliche, direkte Inertisierung und
zugleich Aufheizung der Schwelkammer (SK) unter ständiger in Uberdruck gehaltener
Heißgasumwälzung innerhalb dieser Kammer (SK), erfolgt ebenfalls eine schnellere
Aufheizung der zu entlackenden Teile auf Pyrolysetemperatur, was somit eine weitere
Komponente der Verheizung der Gesamtprozeßdauer darstellt.
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Sämtliche weiteren Verfahrens- sowie ebenfalls erfindungserheblichen
Vorrichtungsmerkmale, sind den Zeichnungen sowie der Beschreibung derselben zu entnehmen.
Es zeigen:
Bild 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Entlackungsanlage in Vorder- und Seitenansicht, Bild 2 das erfindungsgemäße Funktionsschema
und Bild 3 das Beispiel einer Gaskurve.
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Die Hauptkomponenten der Gesamtanlage bilden zunächst einmal die Schwelkammer
(Sk) sowie die Nachbrennkammer (BKI). Diese und die weiteren zur Verfahrensdurchführung
notwendigen, baulichen Elemente sind dabei wie folgt gestaltet: Schwelkammer (SK)
Die Schwelkammer besteht aus einer gasdichten Kammer, in der die zu entlackenden
Werkstücke abgestellt werden. Eine doppelwandige isolierte Tür verschließt den Innenraum.
Eine automatisch /mechanische Verriegelung verhindert das Öffnen im Störfall, wenn
dieser während der Schwelphase auftritt.
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Das Gehäuse besteht aus einer dickwandigen, dichtgeschweißten Innenhaut
und aufgesetzten Isolierkassetterl m1t Steirlwolle-Isolation.
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Die Beheizung erfolgt über eine angesetzte Brennkammer (BK II), in
der bei stöchiometrischer Fahrweise Rauchgas erzeugt wird. Dieses Rauchgas wird
vor dem Schwelgasventilator (SGV) der Schwelkammer zugeführt und im Schwelraum umgewälzt.
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Zur Kühlung der Anlage ist im Schwelraum ein Luft-/Luft-Wärmetauscher
eingebaut, der über einen Kühlventilator (KLV) mit Frischluft beaufschlagt werden
kann.
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Nachbrennkammer (BK I) Die Nachbrennkammer dient zur Verbrennung der
in der Schwelkammer erzeugten Pyrolysegase. Sie ist ausgeführt als Ganzstahlkammer
mit Flammrohr, Umlenkrohren, mehrlagiger Isolation und gemauertem Brennerstein.
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Ein Gasbrenner (I) dient zur Aufheizung der Schwelgase auf die Verbrennungstemperatur
von ca. 8000C.
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Zur Konstanthaltung der Nachbrennkammertemperatur ist ein Frischluftventilator
(FLV), mit Regelklappe (A8MK) am Außenmantel angeschlossen.
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Die Nachbrennkammer ist schwimmend gelagert und aus den entsprechenden
temperaturbeständigen Materialien gefertigt.
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Luftleitsystem Hierunter sind die verbindenden Rohrleitungen zwischen
der Schwelkammer und der Nachbrennkammer sowie die Zuluft- und Abgasleitungen einschließlich
Ventilatoren und Regel- bzw. Absperrklappen zu verstehen. Die Rohrleitungen sind
entsprechend den ermittelten Volumenströmungen in den notwendigen Nennweiten ausgelegt
und gemäß den auftretenden Temperaturen aus den entsprechenden Materialien gefertigt.
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Die in der Anlage installierten Absperr- und Regelarmaturen sind in
Anlage A aufgelistet.
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Elektrische Schalt- und Steueranlage Die elektrische Schalt- und Steueranlage
dient als zentraler Steuerstand, in dem alle notwendigen Schalt- und Steuerelemente
untergebracht sind.
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Der Schrank ist ausgeführt nach VDE 0100 bzw.
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DIN 57100 als Stahlblechgehäuse in Schutzart IP 54
mit
Kabeleinführung unter den schwenkbaren Fronttüren.
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Meß-, Steuer- und Regeltechnik Zur Regelung und Steuerung der Gesamtanlage
ist eine PC-Steuerung mit den zugehörigen Regel- und Überwachungselementen eingesetzt
für: - Brennersteuerung I + II mit Flammenüberwachung, Gasdruck- und Verbrennungsluftdruckwächter
- Drucküberwachung aller Gebläse - Druckregelung und -überwachung in der Schwelkammer
- Temperaturüberwachung und -regelung von Schwelkammer, Nachbrennkammer und Abgas
über Thermoelemente und Regler - Übertemperatursicherungen - Drucküberwachung von
Preßluft und Stickstoff - vollautomatisches Anfahren mit Dichtigkeitsprüfung
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vollautomatisches Anlagenabfahren bei Störabschaltung.
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Zur Registrierung der wesentlichen Temperaturwerte (oder z.B. Gasverbrauchswerte)
steht ein Schreiber mit 6 Farben (Meßstellen) zur Verfügung.
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Eine Auflistung der Meß- und Regeleinrichtungen mit Kennzeichnungen
ist in Anlage 8 enthalten.
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Sicherheitseinrichtungen Sie dienen dazu, bei allen Störungen, unzulässig
hohe Drücke, zu hohe Temperaturen oder Unterdruck mit Sauerstoffeinbruch zu verhindern.
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Dazu werden gasdicht schließende Absperrklappen mit Rückstellfedern
und Pneumatikantrieb, eine Wasservorlage als zweite Drucksicherung mit N6tableitung
sowie eine Inertisierung mit Stickstoff vorgesehen.
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Isolierung Neben der dickwandig isolierten Pyrolysekammer und der
Hochtemperaturisolierung an der 8renn-
kammer ist das gesamte außenliegende
Luftleitsystem und die Abgsleitung zum Kamin entsprechend der anstehenden Temperaturen
mit Isoliermaterial und einem Abdeckblech verkleidet.
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Wärmerückgewinnungsanlage Diese Einrichtung kann zusätzlich (auch
noch nachträglich) zur Nutzung der Abwärme in die Reingasleitung zwischen Brennkammer
und Kamin installiert werden.
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Dieses Abhitzeteil wird den betrieblichen Verhältnissen angepaßt und
kann zur Erzeugung von Warmwasser ein Luft-/Wasser-Wärmetauscher, zur Dampferzeugung
ein Dampfkessel mit/ohne Speisewasservorwärmung oder z.B. ein Luft-/Luft-Wärmetauscher
zur Hallenheizung sein.
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Die zuvor beschriebene Anlage ermöglicht nun folgenden erfindungsgemäßen
Prozeßablauf: Die zu entlackenden Werkstücke werden chargenweise in z.B. Gitterbox-Paletten
außerhalb des Ofens gestapelt und mit einem Gabelstapler in die Schwelkammer gebracht.
Anschließend wird die Beschickungs-
tür mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels
gleichmäßig geschlossen.
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Durch Knopfdruck am Steuerschrank wird der automatische Prozeßablauf
in Gang gesetzt. Der Gesamtprozeß läßt sich dabei in die folgenden Hauptphasen aufteilen:
- Prüfzyklus - Aufheizphase - Schwelphase - Oxidationsphase - Kühlphase.
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Nach Einschalten der Anlage werden die verschiedenen Klappen, falls
nicht bereits aus früheren Chargen noch der Fall, in Grundstellung gefahren und
die Tür automatisch über einen Schließbolzen verriegelt.
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Nach Freigabe erfolgt zunächst die Dichtigkeitsprüfung der Anlage.
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- Prüfzyklus Über die Inertisierungseinrichtung wird zur über prüfung
des korrekten Türschließens oder von Undichtigkeiten die Schwelkammer mit Stickstoff
abgedrückt.
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Liegt in der N2-Station ein Mindestdruck an (PZA 320), wird zunächst
über das stromlos offene Notventil A19MV ein Druck von ca. 3mbar (PS+305) aufgebaut,
anschließend über das Inertisierungsventil A20MV der Prüfdruck von 5 mbar (PS+304)
erreicht. Zur Vermeidung einer Stickstoff-Entleerung bei Abschaltung der Anlage
über den Hauptschalter, wird in dieser Leitung ein Handventil installiert.
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Dies ist vor Anfahren zu öffnen und nach Abschalten der Anlage wieder
zu schließen.
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Wird das Öffnen vergessen, kann die Anlage entsprechend oben beschriebener
Druckabfrage nicht gestartet werden.
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Ist nach einer einstellbaren Prüfzeit von z.B.
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2 min der Druck nicht unter den Mindestdruck von 1 mbar (PZA-307)
abgesunken, wird die Anlage freigegeben. Damit laufen die Brennerluftgebläse I und
II, der Schwelgasventilator (SGV) und der Frischluftventilator (FLV) an. Gleichzeitig
wird als Startbedingung ein ausreichender Stickstoff-Vorrat über PZ-A-320 abgefragt.
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- Aufheizphase Der Brenner I der Nachbrennkammer wird unabhängig vom
Schwelkammerbetrieb gestartet und die Nachbrennkammer auf eine konstante Temperatur
von ca. 8000C aufgeheizt. Liegt die Schwelkammertemperatur beim Anfahren bereits
über 300 C (TS +314) (wenn beispielsweise kurz vorher eine Charge beendet wurde),
wird die Schwelkammer zunächst mit Stickstoff vorgespült.
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Anschließend wird der Gasbrenner II gezündet. Zur Überprüfung der
Funktionstüchtigkeit der Wasservorlage wird die Klappe A17Pk erst geöffnet, wenn
in der Zuleitung zur Wasservorlage ein Überströmdruck von 1,5 mbar erreicht wird
(PS+ 402).
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Über Brenner II wird die Schwelkammer inertisiert und auf ca. 450°C
direkt aufgeheizt. Die Wärme wird dabei direkt auf die Werkstücke übertragen.
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Damit wird die Innenkammer mit sauerstoffarmem Rauchgas (ca. 2 - 3
°Ó 02) gespült und das Abgas zur Nachbrennkammer transportiert.
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Die Schwelkammertemperatur wird in den ersten 10 Minuten des Aufheizbetriebs
über IS +315 auf unter 1000C gehalten, um eine vollständige Inertisierung des Schwelgasraumes
sicherzustellen. Sollte durch die Brennerleistung oder
durch hohe
Restwärme der Kammer die Temperatur überschritten werden, wird der Kühler in Betrieb
genommen.
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Nach Ablauf der Inertisierungszeit wird die Temperaturregelung auf
ca. 4500C freigegeben (TICS 313).
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Zur guten Durchströmung der Schwelkammer - besonders wichtig zur 02-Verteilung
in der Oxidationsphase -wird das Gasvolumen in der Schwelkammer über den Schwelgasventilator
umgewälzt, wobei der Schwelkammerdruck durch eine Druckregelung in Verbindung mit
der Regelklappe A 16 MK auf 6 mbar konstant gehalten wird, unabhängig von der durchgesetzten
Abgas- bzw. Pyrolysegasmenge.
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- Schwelphase Mit ansteigender Schwelkammertemperatur (ab ca. 200
- 250°C) setzt der Pyrolyseprozeß ein. Die Gasbildung erreicht je nach Lackart oder
Einsatzstoff bei Temperaturen um 4000C ihren Höhepunkt.
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Das erzeugte Pyrolysegas wird dabei zur Nachbrennkammer geführt und
dort verbrannt, wobei der Druck in der Schwelkammer weiterhin konstant gehalten
wird (PC 303).
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Mit dem Pyrolysegas wird der Nachbrennkammer Energie zugeführt. Zur
Konstanthaltung der Brennkammertemperatur regelt zunächst (über TICSA 122) der Brenner
I die Brenngasmenge zurück und durch die Regelklappe A8MK wird die zugeführte Frischluftmenge
geregelt.
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Zur Konstanthaltung der Schwelkammertemperatur bleibt Brenner II in
Kleinstellung in Betrieb.
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Bei eventl. Übertemperatur wird der Kühler in Betrieb genommen.
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Die Schwelphase erstreckt sich je nach Art und Menge des Einsatzgutes
über ca. 2 - 4 h. Das Ende der Schwelphase (Ausbleiben von Pyrolysegas) wird nach
einer festen Grundzeit während einer variablen Sicherheitszeit durch die 3 Kriterien
angezeigt: - Druckabnahme in der Schwelkammer, d.h. Kleinstellung der Regelklappe
A16MK (GO + 103) - kleinste Frischluftmenge, Kleinstellung der Regelklappe A8MK
(GO +133).
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Sind diese Bedingungen erfüllt, läuft eine Nachschwelzeit von ca.
30 min ab. Ist eine dieser Bedingungen
nicht erfüllt, läuft die
Nachlaufzeit nicht ab. Fällt eine der Bedingungen während der Nachlaufzeit ab, wird
die Nachlaufzeit gelöscht. Sie läuft bei Null wieder an. Damit wird eine zu kurze
Schwelzeit einerseits und andererseits eine unnötig lange Schwelzeit mit hohen Betriebskosten
vermieden.
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- Oxidationsphase Die Rückstände des bei der Pyrolyse verschwelten
organischen Materials verbleiben zunächst als Kohlenstoff-Gerüst und Asche auf der
Werkstückoberfläche.
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Zur Oxidation wird nach Ablauf o.g. Nachlaufzeit Abgas mit höherem
Sauerstoffgehalt mit ca. 13 - 14 °Ó 02 in die Schwelkammer eingebracht. Dieser sorgt
für eine Oxidation des Kohlenstoffs, so daß nach Prozeßende ein heller Aschebelag
übrig bleibt, der leicht entfernt werden kann.
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Der höhere Sauerstoffgehalt wird über zusätzliche Luftzufuhr im Brenner
II erreicht, der auch während der Oxidationszeit in Betrieb bleibt.
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Die Dauer des Oxidationsprozesses hängt von der Menge des zu oxidierenden
Materials ab und liegt zwischen 3 und 6 Stunden.
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Die bei diesem exothermen Prozeß entstehende Wärme wird über das Abgas
zur Nachbrennkammer und über den in der Schwelkammer liegenden Wärmetauscher mit
Kühlluftventilator abgeführt, sofern die Schwelkammertemperatur den zulässigen Wert
übersteigt.
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- Kühlphase Das Ende der Oxidationsphase wird über Zeitschaltwerk
eingestellt. Nach Erreichen dieses Punktes wird die Brennkammer II abgefahren und
die Schwelkammer auf Kühlbetrieb geschaltet.
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Dazu wird der Brenner 1 in der Nachbrennkammer und der Frischluftventilator
abgeschaltet. Der Brennerluftventilator (BLV I) bleibt zur Nachkühlung noch ca.
15 min in Betrieb.
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Nach Unterschreiten einer Schwelkammertemperatur von ca. 3000C wird
Brenner II abgeschaltet und über den Brennerluftventilator II ausschließlich Kühlluft
eingeblasen.
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Nachdem in der Innenkammer eine Mindesttemperatur (TS 311) (z.B. kleiner
1500C) unterschritten ist, werden
alle Gebläse abgeschaltet. Es
erfolgt die Freigabe (Lampe im Schaltschrank), daß die Kammer geöffnet, entleert
und neu gefüllt werden kann.