EP2982921A1 - Method and device for heating workpieces - Google Patents

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EP2982921A1
EP2982921A1 EP15179793.3A EP15179793A EP2982921A1 EP 2982921 A1 EP2982921 A1 EP 2982921A1 EP 15179793 A EP15179793 A EP 15179793A EP 2982921 A1 EP2982921 A1 EP 2982921A1
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heating
clamping elements
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housing
cooling
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EP15179793.3A
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Ludger Wahrheit
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Crone Warmetechnik GmbH
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Crone Warmetechnik GmbH
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    • F27D7/02—Supplying steam, vapour, gases, or liquids

Definitions

  • This application relates to an apparatus and method for heating and / or cooling workpieces with a heating or cooling medium.
  • the heating of workpieces is carried out, for example, for drying or curing adhesives, paints and other coatings.
  • adhesive methods are increasingly being used, since these offer various advantages over conventional joining methods.
  • more complex components, including of different materials, can be joined while maintaining very small dimensional tolerances.
  • weight savings, as well as a uniform distribution of mechanical stresses can be mentioned.
  • the adhesives used harden under the influence of temperature.
  • a method is required in which the joined components are heated to the required temperature.
  • so-called continuous dryers have been used for this purpose, which are also used in the drying of painted or coated body components used.
  • the body parts on goods carriers ("skids") are transported by means of elaborate conveyor technology through the heating and the holding zone of the dryer. After the curing of the adhesives, the components must To be cooled down to a low temperature level for further processing. Therefore, the goods carriers are subsequently driven through a cooling zone.
  • the goods carriers In order to ensure the dimensional and dimensional stability of the components, the goods carriers must be equipped with a variety of clamping devices in complex components, which are automatically operated to mechanically clamp the respective components.
  • the workpieces are when closing the lid between the first clamping elements on the housing base part and the second clamping elements on the lid punctiform, linear (about the edge of the workpiece) or (full) clamped flat to comply with dimensional and dimensional tolerances during heating and / or cooling.
  • the clamping elements on the cover or on the housing base part may be spring clamping elements.
  • the clamping elements can be equipped with an external motor actuation.
  • air or other gas such as nitrogen is preferably used.
  • Liquid media can also be used.
  • the heating of the devices can be done by circulating air, which is heated in a Um Kunststoffaggregat of a gas burner heated heat exchanger.
  • the circulating air circulates in a dedicated pipe system and is supplied to the devices after loading with workpieces by the opening of supply and exhaust air valves, which belong to the respective device.
  • the recirculation circuit can constantly fed a certain amount of fresh air and the corresponding amount of exhaust air are removed.
  • the heat energy from the exhaust air can be transferred to a large extent by a Abluftrekuperator to the fresh air.
  • the circulating air, fresh air and exhaust air volume flows can be adjusted as needed, depending on the number of devices used, such as frequency-controlled fans. After heating, the components can be cooled by cooled circulating air.
  • the device, installation and method of the invention are particularly suitable for curing and drying adhesives, coatings, paints and composite materials.
  • Workpieces within the meaning of the invention are, for example, components, assemblies and other objects.
  • FIGS. 1 and 2 show an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows four devices according to the invention, which are referred to in the figure as hardness units, a robot, as described above, and a part of the gas guide for hot gas and refrigerant gas.
  • FIG. 2 shows further parts of the gas guide with the associated devices for the provision of hot gas and cooling gas.

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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.A device for heating and / or cooling of workpieces with a housing having a housing base part and a lid, wherein clamping elements are mounted on both the Gehäusebasisteil and the lid and the clamping elements when closing the lid clamp one or more workpieces and when opening the lid release. Inside the housing, a turbulent flow of a heating or cooling medium can be generated by a Fluidleitvorrichtung. The invention further relates to a system with one or more devices for heating and / or cooling of workpieces and a method for heating and cooling of workpieces in such a device.

Description

Diese Anmeldung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erhitzen und/oder Abkühlen von Werkstücken mit einem Heiz- bzw. Kühlmedium.This application relates to an apparatus and method for heating and / or cooling workpieces with a heating or cooling medium.

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.The heating of workpieces is carried out, for example, for drying or curing adhesives, paints and other coatings. In the production of automobile bodies, adhesive methods are increasingly being used, since these offer various advantages over conventional joining methods. In particular, in this way more complex components, including of different materials, can be joined while maintaining very small dimensional tolerances. Furthermore, the weight savings, as well as a uniform distribution of mechanical stresses can be mentioned.

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.The adhesives used harden under the influence of temperature. Thus, a method is required in which the joined components are heated to the required temperature. So far, so-called continuous dryers have been used for this purpose, which are also used in the drying of painted or coated body components used. Here, the body parts on goods carriers ("skids") are transported by means of elaborate conveyor technology through the heating and the holding zone of the dryer. After the curing of the adhesives, the components must To be cooled down to a low temperature level for further processing. Therefore, the goods carriers are subsequently driven through a cooling zone. In order to ensure the dimensional and dimensional stability of the components, the goods carriers must be equipped with a variety of clamping devices in complex components, which are automatically operated to mechanically clamp the respective components. Also for the purpose of dimensional accuracy, a high degree of rigidity is required of the goods carriers. These thus receive a mass which is above that of the actual component. This mass must be heated and cooled down with each pass, resulting in an energetic inefficiency. The loading and unloading of the goods carriers takes place in each case by an automated robot. For reasons of plant availability, a buffer zone is also required for the empty goods carriers.

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.With decreasing utilization, conventional dryers are becoming ever more inefficient, as turbulent airflow through a high air flow rate must be maintained for even drying. The conveyor technology in the dryer, such as a chain conveyor or lifter, must be lubricated by a lubrication system that leads to the entry of hydrocarbons into the air in the dryer and ultimately into the exhaust air. The conveyance of the components through the dryer leads to vibrations, which can adversely affect the quality of the components.

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.By the device, the system and the method according to the following claims, these disadvantages can be avoided. According to the invention, no conveying of the workpieces in the device, ie in the hot region, is necessary. so that about the disadvantages of vibration and entry of hydrocarbons omitted. The acceptance of the workpieces, the insertion of the workpieces in the device, the unloading of the device and the delivery of the components can be done by a single conveyor in the cold area, such as a robot. The opening of the lid of the device can be done by hydraulic or pneumatic lifting or unfolding.

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.Instead of a large continuous dryer, several devices can be used for heating or a system with multiple devices, so that, depending on the current production quantity, only the necessary number of devices must be operated so that the necessary air flows and thus the amount of energy consumed as needed can be adjusted. In addition, the failure of a device does not lead to a complete production stop.

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.Proper thermal insulation allows the bulk of the mass of the device to be mounted outside the thermal insulation, so that the masses to be heated and cooled within the device, and thus the corresponding heating and cooling energy requirements, can be kept low, even if the entire clamping device, ie Clamping elements together with the housing parts, designed to be massive for a high degree of rigidity. For this purpose, a thermal insulation may be attached to the insides of the housing of the device. The clamping elements can be thermally separated from the housing by thermal insulation elements.

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.The workpieces are when closing the lid between the first clamping elements on the housing base part and the second clamping elements on the lid punctiform, linear (about the edge of the workpiece) or (full) clamped flat to comply with dimensional and dimensional tolerances during heating and / or cooling. When the lid is opened, the workpieces are released. The clamping elements on the cover or on the housing base part may be spring clamping elements. Optionally, the clamping elements can be equipped with an external motor actuation.

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.As the medium for heating and cooling, air or other gas such as nitrogen is preferably used. Liquid media can also be used. The heating of the devices can be done by circulating air, which is heated in a Umluftaggregat of a gas burner heated heat exchanger. The circulating air circulates in a dedicated pipe system and is supplied to the devices after loading with workpieces by the opening of supply and exhaust air valves, which belong to the respective device. The recirculation circuit can constantly fed a certain amount of fresh air and the corresponding amount of exhaust air are removed. The heat energy from the exhaust air can be transferred to a large extent by a Abluftrekuperator to the fresh air. The circulating air, fresh air and exhaust air volume flows can be adjusted as needed, depending on the number of devices used, such as frequency-controlled fans. After heating, the components can be cooled by cooled circulating air.

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.The device, installation and method of the invention are particularly suitable for curing and drying adhesives, coatings, paints and composite materials. Workpieces within the meaning of the invention are, for example, components, assemblies and other objects.

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.The FIGS. 1 and 2 show an embodiment of the invention. FIG. 1 shows four devices according to the invention, which are referred to in the figure as hardness units, a robot, as described above, and a part of the gas guide for hot gas and refrigerant gas. FIG. 2 shows further parts of the gas guide with the associated devices for the provision of hot gas and cooling gas.

Claims (7)

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.Apparatus for heating and / or cooling workpieces, the apparatus comprising: a housing having a housing base part and a lid which can be opened and closed, one or more first clamping elements, which are attached to the housing base part, one or more second clamping elements mounted on the lid, a fluid guiding device which is designed such that a turbulent flow of a heating or cooling medium can be generated inside the housing, wherein the device is designed so that one or more workpieces are clamped when closing the lid between the first and second clamping elements and released when opening the lid. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Innenseiten des Gehäusebasisteils und/oder des Deckels eine Wärmedämmung aufweisen.Apparatus according to claim 1, wherein the inner sides of the housing base part and / or the lid have a thermal insulation. 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.Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the first and / or second clamping elements are mounted for thermal separation with heat insulating elements on the housing base part or on the lid. 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.Device according to one of the preceding claims, wherein the housing has one or more supply openings and one or more discharge openings for supplying or discharging the heating or cooling medium and the closed housing, except for these openings, in the Is substantially tight with respect to the heating or cooling medium used. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die ersten oder die zweiten Spannelemente Federspannelemente sind.Device according to one of the preceding claims, in which the first or the second clamping elements are spring-loaded elements. 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. Plant comprising one or more devices according to one of the preceding claims and a first conveying device for feeding the heating medium, preferably hot air, a second conveying device for feeding the cooling medium, preferably cold air, - Control flaps for controlling the flow of the heating and cooling medium and for switching between heating and cooling operation. 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. Method for heating and cooling workpieces in a device according to one of claims 1 to 5, comprising the steps: Inserting one or more workpieces into the opened housing so that the workpiece bears against the first clamping elements or the second clamping elements, Closing the cover so that the workpiece is clamped between the first and second clamping elements, Supplying heating medium for heating the workpiece and optionally maintaining the temperature, Switching from supplying the heating medium to supplying cooling medium for cooling the workpiece, - Opening the lid, so that the workpiece is released by the clamping elements.
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