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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Fluidisieren
und/oder thermischen Aushärten
und/oder Trocknen einer Beschichtung nach dem Oberbegriff der Nebenansprüche, welche aus
dem Dokument US-A-4771552 bekannt sind.
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Bei
der Herstellung von Transportfahrzeugen, wie z.B. Personenkraftwagen,
Lastwagen und Bussen, werden Hohlräume in den Fahrzeugkörpern normalerweise
durch das Beschichten der Hohlraumoberfläche vor Korrosion geschützt. Die
zum Beschichten aufgetragenen antikorrosiven Verbindungen sind Wachse
oder wachsähnliche
Substanzen. Diese ‚Wachse’ werden
aus natürlichen
oder halbsynthetischen Verbindungen (beispielsweise pflanzliche
Harze), petrochemischen Fraktionierungsprodukten (z.B. Bitumen)
oder synthetischen Polymeren (z.B. Heißschmelzen) ausgewählt.
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Das
Beschichten erfordert, dass die zum Bilden einer festen Schicht
auf der Hohlrauminnenfläche
bestimmten Wachse in einem fluiden Zustand aufgetragen werden. Das
Wachs kann in einem Flüssigkeitsmedium,
insbesondere in einem Lösungsmittel
(welches später
abgedampft werden kann) gelöst oder
dispergiert, durch Erhitzen fluidisiert oder als ein polymerisationsfähiges Flüssigkeitsgemisch
aufgetragen werden. Alle bekannten Verfahren erfordern das Beheizen
des Hohlraumes entweder während dem
Auftragen der Beschichtung oder unmittelbar nach dem Auftragen der
Beschichtung. Im ersten Fall ist ein plötzliches Festwerden einer thermoplastischen
Verbindung unerwünscht,
welches verhindert, dass die Beschichtung gleichmäßig in Risse
vordringt. Im zweiten Fall erfordert das Festwerden durch das stoffliche
Trocknen oder das thermische Aushärten ei ne Wärmeübertragung zum Beschichtungsmaterial
nach dem Auftragen der Beschichtung im Hohlraum.
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Der
Stand der Technik beschreibt indirekte Verfahren zum Erhöhen der
Temperatur an der Innenfläche
des Hohlraumes durch das Erwärmen
des Fahrzeugkörpers.
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WO
96/30128 beschreibt ein Verfahren zum Bewahren von Hohlräumen in
Werkstücken.
Ein Werkstück,
d.h. ein Fahrzeugkörper,
wird einer Arbeitskammer mit einer im Voraus bestimmbaren Betriebstemperatur
zugeführt.
Das Tauchen des Fahrzeugkörpers
in die Arbeitskammer unterzieht im Voraus den gesamten Fahrzeugkörper vor
dem Auftragen einer Beschichtung einer Wärmebehandlung.
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Der
Nachteil dieses Verfahrens ist, dass das herkömmliche Konvektionsheizen (ein
Ofen) ziemlich viel Platz verbraucht. Das Wärmebehandeln des gesamten Fahrzeugkörpers im
Voraus durch die Übertragung
von Wärme
von sich verbreitender Luft ist aufgrund einer nicht effizienten
Wärmeübertragungsgeschwindigkeit
zeitaufwendig. Umgekehrt ist auch das anschließende Abkühlen des Fahrzeugkörpers zum
Verhindern, dass Arbeiter Verbrennungen erleiden, und zum Ermöglichen
einer weiteren Verarbeitung abwärts
der Linie zeitaufwendig. Durch diesen Umstand erweist sich das Beschichten
von Fahrzeughohlräumen
als ein bedeutendes Hindernis bezüglich der Gesamtproduktivität in einer
Produktionslinie. Da die Arbeitskammer ein Teil einer durchgehend
betriebenen Produktionslinie ist, ist der Kriechverlust und daher
der Energieaufwand beträchtlich und
kostspielig. Andere Bauteile des teilweise verarbeiteten Fahrzeugkörpers (beispielsweise
Lacke, Dichtungen) werden einer unerwünschten thermischen Beanspruchung
ausgesetzt.
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EP-A1-003
223 beschreibt ein Verfahren zum Auftragen einer Beschichtung aus
einem korrosionshemmenden Material auf Hohlräume eines Fahrzeugkörpers, bei
welchem ein Teil des Fahrzeugkörpers
durch Infrarotstrahlung von der Außenseite erwärmt wird.
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US-4,771,552
offenbart ein Heißlufttrocknungssystem
zum Trocknen von Kraftfahrzeugkörpern.
Das System weist eine Trocknungskammer einschließlich einer Beförderungsvorrichtung
und einer Heißluftzuführvorrichtung
auf. Innerhalb der Trocknungskammer befinden sich feststehende Düsen. Die
Heißluft
wird aus den Düsen
den sich durch die Trocknungskammer bewegenden Fahrzeugkörpern zugeführt.
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Ein
Nachteil dieses Verfahrens ist der noch höhere Energieverbrauch und die
immer noch indirekte Wärmeübertragung
von der Fahrzeugkörperaußenseite
zur Beschichtung auf der Innenfläche
der Hohlräume.
Trotz der lokaleren Wirkung dieses Heizverfahrens, leidet es an
der Wärmeverteilung
zu allen benachbarten Teilen des Fahrzeugkörpers. Hohlräume, bei
welchen nur ein Teil ihrer Wände
direkt zur Fahrzeugkörperaußenseite,
und folglich zur Infrarotstrahlung auf der Außenseite, frei liegt, werden
nicht effizient erhitzt.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Nachteile des Stands
der Technik zu beseitigen und eine einfache Anordnung und ein einfaches
Verfahren zum schnellen, kostengünstigen
und energiesparenden Fluidisieren oder Verfestigen einer antikorrosiven
Beschichtung in einem Fahrzeughohlraum einzubringen. Solche Fahrzeuge
können
Autos, Lastwagen, Busse oder Flugzeuge, Züge, etc. sein.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Nebenansprüche 1 und 12 gelöst. Nach
der vorliegenden Erfindung enthält
eine Anordnung zum Fluidisieren und/oder thermischen Aushärten und/oder Trocknen
einer Beschichtung in einem Hohlraum innerhalb eines Fahrzeugkörpers durch
ein Verfahren eine Vorrichtung zum Richten eines Mediums durch den
Hohlraum. Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung bedeutet das
Richten eines Mediums durch einen Hohlraum jede Art, welche das
Medium dazu treibt, in und/oder innerhalb einem Hohlraum zu strömen. Die
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Führungselement
ausgebildet ist, um an eine Öffnung
des Hohlraumes angepasst zu werden.
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Das
direkte Erwärmen
der auf den Hohlraum in einem Fahrzeugkörper aufgebrachten Beschichtung
hat den Vorteil einer schnellen und effizienten Wärmeübertragung
zur Beschichtung. Die im Voraus eingestellte Temperatur des Mediums
ist die Ist-Reaktionstemperatur der Beschichtung, d.h. die Temperatur,
welche zum Fluidisieren der Verbindung oder zum Einleiten der Polymerisation
(Aushärten)
oder zum effizienten Abdampfen eines Lösungsmittels, folglich zum
Trocknen der Beschichtung erforderlich ist. Beim Abdampfen des Lösungsmittels
von einer auf einem Lösungsmittel
basierenden Beschichtung kann es ausreichend sein, ein nicht erhitztes
Medium durch die Hohlräume
zu richten; die Umgebungs- oder Zimmertemperatur wird genügen, geschweige denn,
dass die Entfernung des Lösemitteldampfes gleichzeitig
erzielt wird.
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Die
thermische Beanspruchung anderer, benachbarter Elemente des Fahrzeugkörpers, z.B. Dichtungen
oder Lacke, ist auf ein Minimum verringert. Der Energieaufwand ist
aufgrund dem Begrenzen der erwärmten
Bereiche auf ein Mi nimum verringert. Das Abkühlen ist, abgesehen von der
Bearbeitung der Hohlräume
selbst, nicht länger
eine Voraussetzung für
weitere Verarbeitungsschritte. Daher sind die Zykluszeiten des Verfahrens
verkürzt
und können zu
einer gesamtverbesserten Produktivität in einer Produktionslinie
führen.
Arbeiter können
den Fahrzeugkörper
zur gleichen Zeit oder in einem anschließenden Verarbeitungsschritt
erreichen ohne durch freiliegende, heiße Teile und folglich eine
mögliche Gefahr
gestört
zu werden.
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Es
ist möglichen
den Fahrzeugkörper
am Ende des Verfahrens durch die gleiche Anordnung abzukühlen. Es
ist auch möglich
eine Steuereinheit zum automatischen Erzeugen von im Voraus bestimmten
Wechseln der Temperatur des Mediums über einen Zeitraum aufzunehmen,
beispielsweise um von einer heizenden in eine abkühlende Betriebsart
zu schalten. Dies trägt
dazu bei ein übermäßiges Heizen
der Hohlräume
und benachbarten, anfälligen Teile
des Fahrzeugkörpers
zu verhindern und ermöglicht
kompliziertere Heizmuster, beispielsweise mit mehreren Intervallen
von unterschiedlicher Temperatur. Das automatisierte Verfahren kann
bestimmten Anforderungen der darin verwendeten Beschichtungsverbindungen
angepasst werden.
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In
einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform
enthält
die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine Einheit zum
Erhitzen des Mediums. Solch eine Einheit kann beispielsweise Heizkörperelemente
enthalten, welche erhitzt werden und im Weg des strömenden Mediums
platziert werden. Die Heizkörperelemente
können
durch elektrischen Widerstand, Verbrennung oder Wärmeaustausch
von einem wärmebehandelten,
diathemischen Medium erhitzt werden. In Bezug auf die vorliegende
Erfindung bezieht sich heiß auf
eine Temperatur zwischen 50 und 150°C, vorzugsweise 70 bis 120°C; funktionell
lässt diese
Temperatur ein chemisches oder physikalisches Aushärten, Abdampfen
des Lösungsmittels
oder Fluidisieren einer thermoplastischen Verbindung zu.
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In
einer weiteren Ausführungsform
enthält die
Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung mindestens ein Führungselement
zum Richten des Mediums durch einen Hohlraum. Das Medium strömt aus dem
Führungselement
in den Hohlraum oder wird aufgesaugt und wird durch das Führungselement
aus dem Hohlraum evakuiert. Solch ein Führungselement wird aus Schläuchen oder
Rohren bestehen, welche entweder aus einem steifen oder flexiblen
Material bestehen oder flexible Verbindungsstücke aufweisen. Folglich richtet
sich das Führungselement
in einer feststehenden oder adaptiven Position auf einen Hohlraum
im Fahrzeugkörper.
Seine Spitze kann zum Hohlraum vorstehen oder kann in einer durch
einen Arbeiter oder eine Hilfseinrichtung übertragene Bewegung in den
Hohlraum eindringen. Ein Führungselement
nach der vorliegenden Erfindung kann in einer großen Öffnung oder
einer Düse enden,
aus welcher beispielsweise ein Luftstrom abgegeben wird.
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Die
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Führungselement
ausgebildet ist, um an eine Öffnung
des Hohlraumes angepasst zu sein. Angepasst im Zusammenhang der
vorliegenden Erfindung bedeutet jede Art des Bildens, Richtens,
Befestigens oder Zuschneidens eines Führungselements auf einen/an
einem Hohlraum in Bezug auf die Position, Erreichbarkeit und Größe des Hohlraumes.
Dieses Merkmal trägt
zur Optimierung der Prozessleistung bei.
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In
einer anderen, bevorzugten Ausführungsform
ist mindes tens ein Führungselement
ausgebildet, um in den Hohlraum eingeführt zu werden. Das Führungselement
ist beispielsweise ein hohler Schlauch oder Injektor, welcher in
einen Hohlraum eingeführt
ist. Folglich wird das Medium aus dem Hohlraum abgegeben oder evakuiert,
und schafft dadurch das Steuern des Strömungsverhaltens oder Strömungsbildes
des Mediums durch den Hohlraum. Es ist möglich, dass das Medium verdichtet
oder aufgrund des Anlegens eines reduzierten Drucks an das Führungselement
evakuiert wird. Eine Bewegung des Führungselements im Hohlraum
kann durch einen Arbeiter oder eine mechanische Hilfseinrichtung übertragen
werden.
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Beispielsweise
wird das Medium in der unmittelbaren Nähe der Ecken des Hohlraumes
des unbenutzten Endes eingespritzt und strömt zur Öffnung des Hohlraumes und kommt
folglich mit der ganzen Mantelfläche
in Kontakt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
enthält die
Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zum
Beschleunigen des Mediums, wobei die Einrichtung vorzugsweise ein
Gebläse
oder eine Pumpe beinhaltet. Sie dient zum Bewegen des Mediums aus
der Vorrichtung in einen Hohlraum in einem Fahrzeugkörper durch
das Erzeugen einer Strömung.
Es ist auch möglich,
dass die Strömung
des Mediums, beispielsweise Luft, durch unterschiedliche Einrichtungen
erzeugt wird, beispielsweise durch das Ablassen von Druckluft aus
einem Behälter
oder ähnlichem.
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In
einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform
ist das Medium nach der vorliegenden Erfindung ein Gas, vorzugsweise
Luft. Dieses Medium hat den Vorteil einer leichten Handhabung, weist
eine gute Wärmeübertragungsfähigkeit
auf und muss nicht entsorgt werden. Ausgenommen von den Dämpfen des Lösungsmittels,
kann es nicht durch die Zusammensetzung der Beschichtung verunreinigt
werden. Vor allem Luft ist kostenlos und für den Menschen ungiftig.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist das Medium nach der vorliegenden Erfindung eine Flüssigkeit.
Für bestimmte
Beschichtungen weist die Flüssigkeit
im Gegensatz zu einem Gas den Vorteil einer größeren Wärmeübertragungsfähigkeit
auf. Die Flüssigkeit
muss jedoch an die chemische Verbindung der Beschichtung angepasst
werden, um Auswirkungen des Lösemittels
zu verhindern.
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In
einer weiteren Ausführungsform
enthält die
Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Führungselementen,
vorzugsweise zum gleichzeitigen Richten des Mediums in eine Vielzahl an
Hohlräumen
im Fahrzeugkörper.
Dies verkürzt
zudem die Zykluszeiten des Verfahrens.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung nach der Erfindung
ein Teil einer Produktionslinie für Fahrzeuge, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge.
Es ist möglich, dass
die Vorrichtung unterhalb der Produktionslinie befestigt wird und
folglich ein Erreichen der Fahrzeughohlräume von unten zulässt, vorzugsweise durch
das Führungselement
oder eine Vielzahl von Führungselementen.
Der Fahrzeugkörper
kann dann immer noch von den Seiten erreicht werden, beispielsweise
durch Arbeiter oder Fertigungsmaschinen, welche vorzugsweise automatisch
arbeiten. Diese Anordnung ist zeitsparend, leicht einzubauen und
zur Automatisierung geeignet.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren oder
Prozess nach dem oben Erwähnten
zum Flui disieren und/oder thermischen Aushärten und/oder Trocknen einer
Beschichtung in einem Hohlraum innerhalb eines Fahrzeugkörpers, wobei
ein Gas- oder Flüssigkeitsstrom
durch den Hohlraum gerichtet ist, auf welchem eine Beschichtung
aufgetragen wurde, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,
dass mindestens ein Führungselement
an eine Öffnung
des Hohlraumes angepasst ist.
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Für eine der
bevorzugten Ausführungsformen
bedeutet ,Verbinden von mindestens einem Führungselement mit dem Hohlraum’ jede
Art des Bildens, Richtens, Befestigens oder Zuschneidens eines Führungselements
auf einen/an einem Hohlraum in Bezug auf die Position, Erreichbarkeit
und Größe des Hohlraumes
und den Verfahrensanforderungen.
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Die
Ausführungsformen
der Erfindung werden im Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen
gezeigt.
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1 zeigt
eine schematische Anordnung nach der Erfindung in Zusammenhang mit
einer Fertigungsstraße
von Kraftfahrzeugen.
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Die 2 und 3 zeigen
schematische Querschnitte durch einen Hohlraum.
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Die 4, 5 und 6 zeigen
verschiedene Arten des Einspritzens/Evakuierens eines erhitzten
Mediums in/aus einem Hohlraum.
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Wie
in 1 gezeigt, ist ein Fahrzeugkörper 2 über einem
Heizgerät 1 positioniert,
welches ein Teil der Produktionslinie 11 ist. Der Fahrzeugkörper 2 wird
mittels einem herkömmlichen,
hängenden Transportträger 10 bewegt
und getragen.
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Das
Heizgerät 1 enthält Gebläse 5,
welche die Luftströme
A und B erzeugen, welche durch zwei elektrische Heizeinheiten 4 erhitzt
werden. Die Heißluft
wird zur Mitte 1a des Heizgeräts 1 getrieben und schließlich durch
die Führungselemente 3 verteilt. Die
Führungselemente 3 werden
zu den Hohlräumen 21 im
Fahrzeugkörper
geleitet bzw. gerichtet. Die Heißluft wird in die Hohlräume 21 eingespritzt,
um die Beschichtung 22, 23 zu erhitzen (2 und 3).
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Die
Hohlräume 21, 22 sind
normalerweise am besten von unten zu erreichen. Durch das Einspritzen
von Heißluft
in die Hohlräume 21 wird
das Erhitzen des gesamten Fahrzeugkörpers 2 verhindert.
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Die
Beschichtung der Hohlräume 21 kann entweder über herkömmliche
Injektoren unmittelbar vor dem Heizverfahren oder wahlweise während dem Verlauf
des Verfahrens aufgetragen werden. In einem ersten Schritt kann
die Heißluft
durch die Hohlräume 21 geblasen
werden, um die Oberfläche
des unbeschichteten Hohlraumes 21 zu erhitzen, dann kann
die Beschichtung durch herkömmliche
Injektoren (nicht gezeigt) eingespritzt werden und danach kann zum
Aushärten
oder Trocknen der Beschichtung 22, 23 erneut Heißluft in
die Hohlräume 21 geblasen
werden (2 und 3).
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2 zeigt
in einer Perspektivansicht einen schematischen Schnitt durch einen
Teil des Fahrzeugkörpers 2,
welcher einen Hohlraum 21 aufweist.
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Die
Oberfläche
des Hohlraumes 21 ist mit einer Beschichtung 22 bedeckt.
Die Beschichtung besteht aus einem auf einem Lösungsmittel basierenden Antikorrosionswachs;
an dere Beschichtungsmaterialien, wie z.B. Korrosionswachse auf Wasserbasis
oder Nullemissionswachse (wie in ‚Protection against Stone-Chip
Damage and Corrosion’ von D.Symietz,
Verlag Moderne Industrie, Landsberg/Lech, 1998 beschrieben), können auch
aufgetragen werden. Ein Heizgerät 1,
welches eine elektrische Heizeinheit 4 und ein Gebläse 5 enthält, ist
mit einer Öffnung 24 des
Hohlraumes 21 verbunden. Heißluft wird durch den Hohlraum 21 geblasen
und verlässt
diesen bei C. Die Temperatur der Heißluft entspricht der Temperatur
des Verfahrens der Beschichtung 22. Temperatur des Verfahrens
bedeutet in diesem Zusammenhang eine Temperatur von ca. 180°C-220°C, welche
zum Erhitzen der Beschichtung 22 aus einem Beschichtungsmaterial
auf Wasserbasis in einer ausreichend kurzen Zeitdauer ausreicht,
welche das Aushärten
einleitet. Die Temperatur des Mediums C kann leicht an die Beschichtungszusammensetzung
und seine bestimmten Anforderungen für eine Temperatur angepasst
werden, welche ein Trocknen, Aushärten oder Fluidisieren und vollständiges Bedecken
des Hohlraumes 21 zulässt. Der
Begriff „Fluidisieren" bedeutet in diesem
Zusammenhang, dass aufgrund der Anwendung von Heißluft die
Beschichtung 22 aufweicht, flüssig wird und in kleine Spalte
eindringt und die Oberfläche
des Hohlraumes 21 in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Schicht
bedeckt.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
in einem schematischen Schnitt durch einen Teil des Fahrzeugkörpers, bei
welcher ein Heizgerät 1 einen
durch Rohre 25, 26 am Hohlraum 21 des
Fahrzeugkörpers 2 angeschlossenen
Flüssigkeitsbehälter 1b enthält. Der
Behälter 1b enthält eine
elektrische Heizeinheit 4. Im Rohr 25 befindet
sich eine Pumpe 27, welche durch einen Motor 28 angetrieben
wird. Wenn die Pumpe 27 aktiviert wird, fließt die Flüssigkeit
D durch das Rohr 25, den Hohlraum 21 und zurück durch
das Rohr 26 zum Behälter 1b.
Ein Verbindungsstück 29 dient
zum Abdichten des Rohres 26 gegen ein Ausströmen der
Flüssigkeit
D. Wenn die Beschichtung 23 beispielsweise ein synthetisches
Wachs ist, kann die Flüssigkeit
D Wasser sein. Als Alternative kann eine wässerige Lösung als Heizflüssigkeit
D verwendet werden.
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In
den Ausführungsformen
der 2 kann nach einer Zeitdauer, welche zum Aushärten oder Trocknen
der Beschichtung 22 ausreicht, eine Heizeinheit 4 ausgeschaltet
werden und die Beschichtung 22 und der Hohlraum 21 können durch
das Blasen von kalter Luft durch den Hohlraum 21 gekühlt werden.
Wenn das Kühlverfahren
schneller verlaufen soll, können
herkömmliche
Kühleinheiten
verwendet werden, um den Luftstrom vor dem Richten desselben durch
den Hohlraum 21 zu kühlen.
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Die 4-6 zeigen
unterschiedliche Ausführungsformen
der Erfindung in einem schematischen Querschnitt durch einen Hohlraum 21.
Sie alle haben gemein, dass ein Führungselement 3b,
c, d in den Hohlraum eingeführt
wird und entweder das Medium E aus einem Hohlraum 21 evakuiert
oder das (fakultativ verdichtete) Medium F, G in den Hohlraum 21 richtet.
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4 zeigt
ein Führungselement 3a,
welches an einem Heizgerät 4 und
einem Gebläse 5 angeschlossen
ist. Das Medium E wird in den Hohlraum 21 getrieben und
anschließend
durch das Führungselement 3b entfernt,
an welchem ein reduzierter Druck durch eine Pumpe oder einen Kompressor 27c angelegt
wird.
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5 zeigt
ein Führungselement 3c,
aus welchem ein verdichtetes Medium F durch eine Querschnittsöffnung 33 und
zusätzliche
seitliche Öffnungen 32 in
den Hohlraum 21 ausströmt.
Aufgrund des angelegten Drucks strömt das Medium F zur Öffnung 24 des
Hohlraumes 21. Der Vorteil eines perforierten Führungselements 3c ist,
dass kein Temperaturgradient durch die Abgabe des erhitzten Mediums
F aus einer einzigen Stelle innerhalb des Hohlraumes erzeugt wird.
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6 zeigt
eine Ausführungsform,
in welcher ein Führungselement 3d verwendet
wird, um das erhitzte Medium G aus dem Inneren des Hohlraumes 21 abzugeben.
Um eine ausgeglichene, bidirektionale Strömung zu erzeugen, entfernen
die Gebläse 5 das
gasförmige
Medium G von beiden Seiten des Hohlraumes 21 mittels der
Führungselemente 3e.