EP2982921A1

EP2982921A1 - Vorrichtung und verfahren zum erhitzen von werkstücken

Info

Publication number: EP2982921A1
Application number: EP15179793.3A
Authority: EP
Inventors: Ludger Wahrheit
Original assignee: Crone Warmetechnik GmbH
Current assignee: Crone Warmetechnik GmbH
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2016-02-10
Also published as: DE102014215447A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Erhitzen und/oder Abkühlen von Werkstücken mit einem Gehäuse, das einen Gehäusebasisteil und einen Deckel aufweist, wobei Spannelemente sowohl am Gehäusebasisteil als auch am Deckel angebracht sind und die Spannelemente beim Schließen des Deckels ein oder mehrere Werkstücke einspannen und beim Öffnen des Deckels freigeben. Im Inneren des Gehäuses kann durch eine Fluidleitvorrichtung ein turbulenter Strom eines Heiz- oder Kühlmediums erzeugt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage mit einer oder mehreren Vorrichtungen zum Erhitzen und/oder Abkühlen von Werkstücken sowie ein Verfahren zum Erhitzen und Abkühlen von Werkstücken in einer solchen Vorrichtung.

Description

Diese Anmeldung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erhitzen und/oder Abkühlen von Werkstücken mit einem Heiz- bzw. Kühlmedium.
Das Erhitzen von Werkstücken wird etwa zum Trocknen oder Aushärten von Klebstoffen, Lacken und anderen Beschichtungen durchgeführt. Bei der Herstellung von Automobilkarosserien wird zunehmend auf Klebeverfahren zurückgegriffen, da diese verschiedene Vorteile gegenüber den konventionellen Fügeverfahren bieten. Insbesondere können auf diese Weise komplexere Bauteile, auch aus unterschiedlichen Werkstoffen, unter Einhaltung sehr geringer maßlicher Toleranzen gefügt werden. Weiterhin sind die Gewichtsersparnis, sowie eine gleichmäßige Verteilung von mechanischen Spannungen zu nennen.
Die eingesetzten Klebstoffe härten unter Temperatureinwirkung aus. Somit wird ein Verfahren erforderlich, in dem die gefügten Bauteile auf die benötigte Temperatur erwärmt werden. Bisher wurden zu diesem Zweck sogenannte Durchlauftrockner verwendet, welche ebenfalls bei der Trocknung von lackierten bzw. beschichteten Karosseriebestandteilen zum Einsatz kommen. Hierbei werden die Karosserieteile auf Warenträgern ("Skids") mittels aufwändiger Fördertechnik durch die Aufheiz- und die Haltezone des Trockners befördert. Nach der Aushärtung der Klebstoffe müssen die Bauteile zur weiteren Bearbeitung auf ein niedriges Temperaturniveau heruntergekühlt werden. Daher werden die Warenträger im Anschluss durch eine Kühlzone gefahren. Um die Form- und Maßhaltigkeit der Bauteile zu gewährleisten, müssen bei komplexen Bauteilen die Warenträger mit einer Vielzahl von Spannvorrichtungen ausgerüstet sein, welche automatisiert betätigt werden, um die jeweiligen Bauteile mechanisch zu verspannen. Ebenfalls zum Zwecke der Maßhaltigkeit wird von den Warenträgern ein hohes Maß an Steifigkeit verlangt. Diese erhalten somit eine Masse, welche über der des eigentlichen Bauteils liegt. Diese Masse muss bei jedem Durchlauf miterwärmt und wieder abgekühlt werden, woraus eine energetische Ineffizienz resultiert. Die Be- und Entladung der Warenträger erfolgt jeweils durch einen automatisierten Roboter. Aus Gründen der Anlagenverfügbarkeit wird des Weiteren eine Pufferzone für die leeren Warenträger erforderlich.
Mit abnehmender Auslastung arbeiten herkömmliche Trockner immer ineffizienter, da für eine gleichmäßige Trocknung eine turbulente Luftströmung durch einen hohen Luftdurchsatz aufrechterhalten werden muss. Die Fördertechnik im Trockner, etwa Tragkettenförderer oder Heber, muss durch ein Schmiersystem geschmiert werden, das zum Eintrag von Kohlenwasserstoffen in die Luft im Trockner und letztlich in die Abluft führt. Die Förderung der Bauteile durch den Trockner führt zu Vibrationen, die sich nachteilig auf die Qualität der Bauteile auswirken können.
Durch die Vorrichtung, die Anlage und das Verfahren gemäß den nachfolgenden Patentansprüchen lassen sich diese Nachteile vermeiden. Erfindungsgemäß ist keine Förderung der Werkstücke in der Vorrichtung, d.h. im Heißbereich, nötig, so dass etwa die Nachteile durch Vibration und Eintrag von Kohlenwasserstoffen entfallen. Die Annahme der Werkstücke, das Einlegen der Werkstücke in die Vorrichtung, das Entladen der Vorrichtung sowie die Abgabe der Bauteile können durch eine einzige Fördereinrichtung im kalten Bereich, etwa einen Roboter erfolgen. Das Öffnen des Deckels der Vorrichtung kann etwa per Hydraulik oder Pneumatik durch Anheben oder Aufklappen erfolgen.
An Stelle eines großen Durchlauftrockners können mehrere Vorrichtungen zum Erhitzen bzw. eine Anlage mit mehreren Vorrichtungen verwendet werden, so dass, abhängig von der aktuellen Produktionsmenge, nur die notwendige Zahl an Vorrichtungen betrieben werden muss, so dass die notwendigen Luftströme und somit die verbrauchte Energiemenge bedarfsgerecht angepasst werden können. Darüber hinaus führt der Ausfall einer Vorrichtung nicht zu einem kompletten Produktionsstop.
Eine geeignete Wärmedämmung erlaubt es, den Großteil der Masse der Vorrichtung außerhalb der Wärmedämmung anzubringen, so dass die aufzuheizenden und abzukühlenden Massen innerhalb der Vorrichtung, und damit der entsprechende Aufheiz- und Abkühlungsenergiebedarf, gering gehalten werden können, auch wenn die gesamte Spannvorrichtung, d.h. die Spannelemente gemeinsam mit den Gehäuseteilen, für ein hohes Maß an Steifigkeit massiv ausgeführt sind. Dazu kann eine Wärmedämmung an den Innenseiten des Gehäuses der Vorrichtung angebracht sein. Die Spannelemente können durch Wärmedämmelemente vom Gehäuse thermisch getrennt werden.
Die Werkstücke werden beim Schließen des Deckels zwischen den ersten Spannelementen am Gehäusebasisteil und den zweiten Spannelementen am Deckel punktuell, linienförmig (etwa am Rand des Werkstücks) oder (voll)flächig eingespannt, um Form- und Maßtoleranzen beim Erhitzen und/oder Abkühlen einzuhalten. Beim Öffnen des Deckels erfolgt die Freigabe der Werkstücke. Die Spannelemente am Deckel oder am Gehäusebasisteil können Federspannelemente sein. Optional können die Spannelemente mit einer externen motorischen Betätigung ausgerüstet sein.
Als Medium zum Heizen und Kühlen wird bevorzugt Luft oder ein anderes Gas, etwa Stickstoff, verwendet. Flüssige Medien können ebenfalls verwendet werden. Die Beheizung der Vorrichtungen kann durch Umluft erfolgen, die in einem Umluftaggregat von einem gasbrennerbeheizten Wärmetauscher erhitzt wird. Die Umluft zirkuliert in einem dafür vorgesehenen Rohrsystem und wird den Vorrichtungen nach der Beladung mit Werkstücken durch das Öffnen von Zu- und Abluftklappen, die zu der jeweiligen Vorrichtung gehören, zugeführt. Dem Umluftkreislauf kann ständig eine bestimmte Menge an Frischluft zugeführt und die entsprechende Abluftmenge abgeführt werden. Die Wärmeenergie aus der Abluft lässt sich dabei zu einem großen Teil durch einen Abluftrekuperator auf die Frischluft übertragen. Die Umluft-, Frischluft- und Abluftvolumenströme lassen sich bedarfsgerecht, je nach Anzahl der genutzten Vorrichtungen, etwa durch frequenzgeregelte Ventilatoren anpassen. Nach dem Erhitzen kann eine Abkühlung der Bauteile durch gekühlte Umluft stattfinden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, Anlage und das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich besonders zum Aushärten und Trocknen von Klebstoffen, Beschichtungen, Lacken und Verbundmaterialien. Werkstücke im Sinne der Erfindung sind etwa Bauteile, Baugruppen und andere Gegenstände.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung. Figur 1 zeigt vier erfindungsgemäße Vorrichtungen, die in der Figur als Härteeinheiten bezeichnet werden, einen Roboter, wie oben beschrieben, sowie einen Teil der Gasführung für Heißgas und Kühlgas. Figur 2 zeigt weitere Teile der Gasführung mit den zugehörigen Vorrichtungen zur Bereitstellung von Heißgas und Kühlgas.

Claims

Vorrichtung zum Erhitzen und/oder Abkühlen von Werkstücken, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
- ein Gehäuse, das einen Gehäusebasisteil und einen Deckel aufweist, der sich öffnen und schließen lässt,

- ein oder mehrere erste Spannelemente, die am Gehäusebasisteil angebracht sind,

- ein oder mehrere zweite Spannelemente, die am Deckel angebracht sind,

- eine Fluidleitvorrichtung, die so gestaltet ist, dass im Inneren des Gehäuses ein turbulenter Strom eines Heiz- oder Kühlmediums erzeugt werden kann,
wobei die Vorrichtung so gestaltet ist, dass ein oder mehrere Werkstücke beim Schließen des Deckels zwischen den ersten und zweiten Spannelementen eingespannt und beim Öffnen des Deckels freigegeben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Innenseiten des Gehäusebasisteils und/oder des Deckels eine Wärmedämmung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die ersten und/oder zweiten Spannelemente zur thermischen Trennung mit Wärmedämmelementen am Gehäusebasisteil bzw. am Deckel angebracht sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Gehäuse eine oder mehrere Zufuhröffnungen und eine oder mehrere Abfuhröffnungen zum Zuführen bzw. Abführen des Heiz- oder Kühlmediums aufweist und das geschlossene Gehäuse, bis auf diese Öffnungen, im Wesentlichen dicht bezüglich des eingesetzten Heiz- oder Kühlmediums ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die ersten oder die zweiten Spannelemente Federspannelemente sind.
Anlage, die eine oder mehrere Vorrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst sowie
- eine erste Fördervorrichtung zum Zuführen des Heizmediums, bevorzugt Heißluft,

- eine zweite Fördervorrichtung zum Zuführen des Kühlmediums, bevorzugt Kaltluft,

- Steuerklappen zur Regelung der Ströme des Heiz- und Kühlmediums und zum Umschalten zwischen Heiz- und Kühlbetrieb.
Verfahren zum Erhitzen und Abkühlen von Werkstücken in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit den Schritten:
- Einlegen eines, oder mehrerer, Werkstücke in das geöffnete Gehäuse, sodass das Werkstück an den ersten Spannelementen oder den zweiten Spannelementen anliegt,

- Schließen des Deckels, sodass das Werkstück zwischen den ersten und zweiten Spannelementen eingespannt wird,

- Zuführen von Heizmedium zum Erhitzen des Werkstücks und gegebenenfalls Halten der Temperatur,

- Umschalten von Zuführen des Heizmediums auf Zuführen von Kühlmedium zum Abkühlen des Werkstücks,

- Öffnen des Deckels, sodass das Werkstück von den Spannelementen freigegeben wird.