WO2004031671A1 - Verfahren und anordnung zur thermischen behandlung eines werkstücks - Google Patents

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WO2004031671A1
WO2004031671A1 PCT/EP2003/010421 EP0310421W WO2004031671A1 WO 2004031671 A1 WO2004031671 A1 WO 2004031671A1 EP 0310421 W EP0310421 W EP 0310421W WO 2004031671 A1 WO2004031671 A1 WO 2004031671A1
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workpiece
radiation
heating section
conveying speed
thermal treatment
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PCT/EP2003/010421
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Rainer Gaus
Kai K. O. BÄR
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Advanced Photonics Technologies Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/32—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action
    • F26B3/34—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action by using electrical effects
    • F26B3/347—Electromagnetic heating, e.g. induction heating or heating using microwave energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/28—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
    • F26B3/283—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun in combination with convection

Definitions

  • the invention relates to a method for the thermal treatment of a workpiece, in particular for drying and / or crosslinking a coating, according to the preamble of claim 1 and a corresponding arrangement according to the preamble of claim 6.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and an arrangement by means of which significant increases in productivity can be achieved with justifiable outlay in processing methods and systems which are known per se and are realized in practice and which include thermal treatment of a workpiece.
  • the invention encompasses the basic idea of a synergistic combination of a "classic" heating section with an NIR section, this combination being achieved in practice by the compactness of an NIR radiation unit. direction and the resulting relatively easy integration into an otherwise practically unchanged industrial plant is possible.
  • the invention further includes the idea of using the additional NIR radiation in the sense of a “booster” in such a way that the thermal treatment of the workpiece is thereby completed in a pulsed manner.
  • the power density of the radiation in the near infrared wavelength range is between 200 and 1500 kW / m 2 , more particularly between 300 and 800 kW / m 2 .
  • the system-related advantages of NIR radiation as a "heat source" can be used particularly efficiently.
  • the additional heating section is dimensioned such that the differential energy is in the range between V ⁇ and% of the target total energy and thus the conveying speed is essentially 1.3 or 3 times the target conveying speed. It goes without saying that the additional NIR heating section can also be used to enter smaller or even larger portions of the total heat energy required, but the most sensible solutions in practice are likely to be within the specified range. This is, of course, associated with a corresponding design of the transport device for the workpiece - this must then be used to implement one Transport speed of 1.3 to 3 times the normal transport speed may be suitable.
  • a quasi-endless coated metal strip is used as the workpiece, the conventional furnace being formed in particular by an induction heating section.
  • the transport device, the conventional furnace and the additional heating section for conveying a quasi-endless metal strip are designed here.
  • its irradiation device comprises at least one elongated tubular radiation source, in particular halogen filament lamp, which is operated with a lamp temperature of 2900 K or higher and which is assigned a reflector on the side facing away from the workpiece.
  • the irradiation device has a plurality of elongated emitters in association with an actively cooled, in particular liquid or fan-cooled, reflector body.
  • the dimensioning of the NIR heating section takes place in addition to the heat input to be realized, depending on the installation space available in the given production plant. Spatial limitations that lead to the use of a relatively small reflector body can be reduced by using partially compensate for power emitters and a correspondingly powerful cooling of the reflector. On the other hand, a sufficient accommodation space enables a reduction in the NIR radiation output and a smaller dimensioning of the cooling system or the replacement of a liquid cooling system with the flexibly usable air or blower cooling system.
  • the additional heating section comprises an air flow generating device for generating an air flow directed onto the workpiece for cooling it and / or for removing volatile components during the thermal treatment from or downstream of the radiation zone.
  • the additional heating section preferably has measuring and evaluation means for detecting at least one physical parameter of the workpiece, in particular its surface temperature, and control means connected to the measuring and evaluation means for control means for controlling the differential energy input into the workpiece depending on the evaluation result.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a coil coating system in the manner of a longitudinal section
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a painting installation for furniture or housing parts in the manner of a longitudinal sectional illustration.
  • FIG. 1 shows, as the first embodiment of the invention, a coil coating installation 1 for coating a quasi-endless steel sheet 3, which is wound onto a coil 5, and for drying the applied coating.
  • the coil 5 is set in rotation by an electric drive 7, as a result of which the sheet metal 3 is moved under a spray coater 9 and over an induction heater 10.
  • the spray coater 9 applies an aqueous solution 13 ′ to the sheet 3 as a starting material for a corrosion protection or primer layer 13. This is first heated by heat conduction from the sheet 3 heated above the induction heater 10 and partially cross-linked or “pre-baked”. Then the steel sheet 3 with the pre-heated and pre-baked corrosion protection layer 13 ”passes through an NIR heating section 11, in which the coating is influenced of NIR radiation with a high power density, in particular above about 200 kW / m 2 , is fully crosslinked.
  • the NIR heating section 11 comprises a solid Al reflector 15 with a plurality of reflector sections 15a which are approximately W-shaped in cross section and which are internally water-cooled and, for this purpose, connected to an external (not shown) cooler via cooling water lines 17.
  • an elongated tubular halogen filament lamp 19 In the center of each W-shaped reflector section 15a is an elongated tubular halogen filament lamp 19.
  • the halogen filament lamps 19 are supplied with current by an irradiation control unit 21 and controlled in such a way that they emit NIR radiation with an intensity maximum in the region above 2900 K Dispense a range between 0.8 ⁇ m and 1.5 ⁇ m.
  • a pyrometer element 23 for detecting the surface temperature of the coating 13 is arranged in a T-detection zone B, which is connected to a signal input of the radiation control unit 21.
  • the radiation is controlled in such a way that an essentially constant temperature is maintained in the coating, which temperature is selected as a function of the physical and chemical properties of the starting material 13 ′ of the corrosion protection or primer layer 13 and is typically around 200 ° C. ,
  • the throughput speed of the steel sheet 13 through the irradiation zone A is adjusted such that a residence time of the aqueous solution 13 ′ in the irradiation zone A of a few seconds is obtained, which is necessary for the solvent component to evaporate completely and for the thermal crosslinking of the layer 13 is sufficient.
  • the use of the NIR heating section 11 enables a substantial increase in the throughput speed of the steel strip without lengthening the induction heating section and - above all - without an increase in the heat output to be provided, which is proportional to the increase in the conveying speed, compared to a system with exclusive induction heating.
  • Fig. 2 shows, also in a schematic representation, a further preferred application of the proposed solution, namely a painting system 1 'for individual painted objects 3'. Substantial parts of this system correspond to parts of the coil coating system according to FIG. 1, and in this respect the same reference numbers are used, and a detailed explanation is given below. •
  • the objects 3 'transported on a conveyor belt 5 with a drive 7 first run again under a spray coater 9, where a water-based liquid lacquer layer 14' is applied here. They then pass through a conventional-type tunnel furnace 10 '(here abbreviated), in which the liquid lacquer layer is preheated and converted into a partially cross-linked lacquer layer 14 ". Subsequently, the objects 3' on the conveyor belt 5 'reach an NIR heating section 11 , which is also structured and functional kidney as in the first embodiment according to FIG. 1. There the partially crosslinked lacquer layer is converted into a through-hardened lacquer 14 and the lacquered objects are led out of the lacquering system.

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Abstract

Verfahren zur thermischen Behandlung eines Werkstücks (3), insbesondere zur Trocknung und/oder Vernetzung einer Beschichtung (13’, 14’), wobei Werkstück (3) einen konventionellen Ofen (10, 10’) mit einer vorbestimmten Fördergeschwindigkeit durchläuft, wobei das Werkstück den Ofen mit einer gegenüber einer Soll-Fördergeschwindigkeit wesentlich erhöhten Fördergeschwindigkeit durchläuft derart, dass die beim Durchlaufen eingetragene Wärmeenergie wesentlich kleiner als eine Soll-Gesamtenergie zur Vollendung der thermischen Behandlung ist, und das Werkstück (3) vor oder nach dem Ofen (10, 10’) eine zusätzliche Erwärmungsstrecke (A) durchläuft, in der es der Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung mit einem Strahlungsdichtemaximum im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot und mit hoher Leistungsdichte, insbesondere von mehr als 100 kW/ M2, unterzogen und in der eine zur Vollendung der thermischen Behandlung erforderliche Differenzenergie eingetragen wird.

Description

Verfahren und Anordnung zur thermischen Behandlung eines Werkstücks
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Werkstücks, insbesondere zur Trocknung und/oder Vernetzung einer Beschichtung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine entsprechende Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Derartige Verfahren und Anordnungen sind in großer Vielgestaltigkeit seit langem bekannt und in verschiedenen Industriezweigen im Einsatz. Wärmebehandlungsverfahren gehören bekanntlich zu den historisch ältesten technischen Prozessen und haben über Jahrhunderte hinweg unzählige Verfeinerungen erfahren. Das hat indes nichts grundsätzliches an dem großem Bauvolumen und hohen Energieverbrauch herkömmlicher Industrieöfen bzw. Wärmebehandlungsstrecken ändern können.
Da klassische Wärmebehandlungsverfahren, die auf der Einwirkung von Wärmestrahlung im mittel- bis langwelligen Infrarotbereich und/oder Wärmeleitung und/oder Konvektion auf das Werkstück beruhen, mit relativ niedriger Leistungsdichte - Leistungseintrag pro Oberflächeneinheit des Werkstücks - arbeiten und zumeist auch auf einer weitgehend vollständigen Durchwärmung des (mehr oder weniger voluminösen) Werkstücks beruhen, ist zur Erreichung des gewünschten Effekts zumeist eine relativ lange Einwirkungsdauer erforderlich. Dies wiederum setzt entweder eine relativ geringe Fördergeschwindigkeit des Werkstücks oder der Werkstücke durch die Erwärmungsstrecke oder eine große Länge derselben voraus.
Dies gilt in analoger Weise für alternative Erwärmungsverfahren, beispielsweise die induktive Erwärmung, die zur Trocknung bzw. Vernetzung der Beschichtung eines endlosen Metallbandes (beim sogenannten „Coilcoating") üblich ist.
In jüngerer Zeit sind auch alternative Erwärmungsverfahren für verschiedenartige Werkstücke, insbesondere zur Trocknung bzw. Vernetzung von Beschichtungen, aber auch für Vulkanisier- oder Klebeverfahren oder auch zur Vorbereitung von Umformprozessen - bekannt geworden, die auf dem Einsatz von Strahlung im Be- reich des nahen Infrarot (NIR) mit hoher Leistungsdichte basieren. Verfahren dieser Art und hierzu geeigneter Anordnungen sind unter anderem beschrieben in den auf die Anmelderin zurückgehenden Druckschriften WO 99/10160 AI, EP 1 068 062 Bl, EP 1 062 053 Bl, DE 100 24 706 AI oder WO 02/32652 AI.
Da bei diesen Verfahren mit sehr hohen Leistungsdichten gearbeitet wird und die einwirkende Bestrahlung in besonders effizienter Weise für den jeweiligen Verfahrenszweck nutzbar gemacht werden kann, lassen sich hiermit die Behandlungsdauern und/oder Längen der Erwärmungsstrecken und auch der zur Prozessdurchfüh- rung betriebene Energieaufwand wesentlich senken.
Eine Vielzahl von Industrieanlagen, bei denen thermische Behandlungsschritte realisiert werden, sind jedoch mit herkömmlichen Erwärmungsstrecken bzw. Öfen ausgerüstet, und eine Umrüstung kommt vielfach aus technologischen oder betriebs- wirtschaftlichen Erwägungen nicht in Betracht. Aus den oben genannten Gründen ist bei diesen Anlagen dann aber auch die Taktzeit und damit die Fördergeschwindigkeit des Werkstücks oder der Werkstücke nur in engen Grenzen veränderbar. Wesentliche Produktivitätssteigerungen sind daher aufgrund der Charakteristiken der Erwärmungsstrecke nicht zu erreichen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anordnung anzugeben, mit denen in an sich bekannten und in der Praxis realisierten Bearbeitungsverfahren und -anlagen, die eine thermische Behandlung eines Werkstücks einschließen, mit vertretbarem Aufwand wesentliche Produktiyitätssteige- rungen erreichbar sind.
Diese Aufgabe wird in Ihrem Verfahrensaspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und in ihrem Anordnungsaspekt durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken einer synergistischen Kombination einer „klassischen" Erwärmungsstrecke mit einer NIR-Strecke ein, wobei diese Kombination in der Praxis durch die Kompaktheit einer NIR-Bestrahlungsein- richtung und die daraus resultierende relativ problemlose Eingliederbarkeit in eine ansonsten praktisch unveränderte Industrieanlage möglich wird. Weiter schließt die Erfindung den Gedanken ein, die zusätzliche NIR-Bestrahlung im Sinne eines „Booster" derart zu nutzen, dass hierdurch die thermische Behandlung des Werk- Stücks impulsartig abgeschlossen wird.
Das wiederum ermöglicht es, den herkömmlichen Teil der Erwärmungsstrecke zur Vorwärmung des Werkstücks zu betreiben, also insbesondere mit geringerer Taktzeit bzw. höherer Fördergeschwindigkeit des Werkstücks. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit wesentlicher Verringerungen der Taktzeiten der Gesamtanlage und entsprechender Produktivitätssteigerungen. Alternativ hierzu oder in Kombination hiermit ist auch eine Modifizierung der herkömmlichen Erwärmungsstrecke in dem Sinne möglich, dass diese einen kleineren Wärmeeintrag in das Werkstück erbringt als er ohne die zusätzliche NIR-Bestrahlungseinrichtung zu erbringen wäre. Dies ermöglich entweder eine Reduzierung der thermischen Leistung des konventionellen Ofens oder eine Verkürzung der konventionellen Erwärmungsstrecke oder beides und gegebenenfalls erhebliche Energieeinsparungen.
In einer bevorzugten Verfahrensführung liegt die Leistungsdichte der Strahlung im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot im Bereich zwischen 200 und 1500 kW/m2, spezieller zwischen 300 und 800 kW/m2. Mit derartigen Leistungsdichten lassen sich die systembedingten Vorteile der NIR-Strahlung als „Wärmequelle" besonders effizient nutzen.
In bevorzugten praktischen Ausführungen wird die zusätzliche Erwärmungsstrecke derart bemessen, dass die Differenzenergie im Bereich zwischen VΛ und % der Soll- Gesamtenergie und somit die Fördergeschwindigkeit im wesentlichen beim 1,3- bzw. 3-fachen der Soll-Fördergeschwindigkeit liegt. Es versteht sich, dass mit der zusätzlichen NIR-Erwärmungsstrecke auch kleinere oder sogar noch größere Anteile der insgesamt benötigten Wärmeenergie eingetragen werden können, im angegebenen Wertebereich dürften aber die in der Praxis sinnvollsten Lösungen liegen. Hiermit verbunden ist natürlich eine entsprechende Ausführung der Transporteinrichtung für das Werkstück - diese muss dann nämlich zur Realisierung einer Transportgeschwindigkeit von 1,3 bis 3-fachen der normalen Transportgeschwindigkeit geeignet sein.
Eine vorteilhafte Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens ist in zahlreichen Anwendungen möglich, wo als Werkstück eine Beschichtung, insbesondere Pulveroder Flüssiglackbeschichtung, von Metall-, Kunststoff- oder Holzwerkstoffträgern, eingesetzt wird, wobei der konventionelle Ofen insbesondere ein mit mittel- bis langwelliger Infrarotstrahlung und/oder Wärmeleitung und/oder Konvektion arbeitender Ofen ist. Es versteht sich, dass bei diesen Anwendungen die Transportein- richtung, der konventionelle Ofen und die zusätzliche Erwärmungsstrecke zum
Durchlauf von einzelnen Metall-, Kunststoff- oder Holzwerkstoffgegenständen ausgebildet sind.
Eine weitere bevorzugte Anwendung sieht vor, dass als Werkstück ein quasi-end- loses beschichtetes Metallband eingesetzt wird, wobei der konventionelle Ofen insbesondere durch eine Induktionsheizstrecke gebildet ist. Hier sind die Transporteinrichtung, der konventionelle Ofen und die zusätzliche Erwärmungsstrecke zum Hindurchfördern eines quasi-endlosen Metallbandes ausgebildet.
In einer inzwischen praktisch bewährten Ausführung der zusätzlichen Erwärmungsstrecke umfasst deren Bestrahlungseinrichtung mindestens eine langgestreckt röhrenförmige Strahlungsquelle, insbesondere Halogen-Glühfadenlampe, die mit einer Strahlertemperatur von 2900 K oder höher betrieben wird und der auf der vom Werkstück abgewandten Seite ein Reflektor zugeordnet ist. In praktisch sinnvollen Ausführungen hat die Bestrahlungseinrichtung eine Mehrzahl von langgestreckten Strahlern in Zuordnung zu einem aktiv gekühlten, insbesondere flüssigkeits- oder gebläsegekühlten, Reflektorkörper.
Die Bemessung der NIR-Erwärmungsstrecke und damit insbesondere des Reflektor- körpers mit den darin aufgenommenen NIR-Emittern - erfolgt neben dem zu realisierenden Wärmeeintrag - in Abhängigkeit vom in der gegebenen Produktionsanlage verfügbaren Bauraum. Hierbei lassen sich räumliche Limitierungen, die zum Einsatz eines relativ kleinen Reflektorkörpers führen, durch den Einsatz von Hoch- leistungs-Emittern und einer entsprechend leistungsfähigen Kühlung des Reflektors teilweise kompensieren. Auf der anderen Seite ermöglicht ein ausreichender Unterbringungsraum eine Reduzierung der NIR-Strahlungsleistung und eine geringere Dimensionierung des Kühlsystems bzw. den Ersatz einer Flüssigkeitskühlung durch die flexibel einsetzbare Luft- bzw. Gebläsekühlung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung umfasst die zusätzliche Erwärmungsstrecke eine Luftstrom-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines auf das Werkstück gerichteten Luftstromes zu dessen Kühlung und/oder zur Abführung von flüchtigen Bestandteilen während der thermischen Behandlung aus oder stromabwärts der Strahlungszone. Hierdurch lässt sich die Wirkung der zusätzlichen NIR- Erwärmung im Sinne des Prozesszieles unterstützen bzw. ein durch diese Erwärmungsstrecke bewirktes „Erhitzungspeak" auf dem Werkstück vor dessen Übergabe an eine andere Bearbeitungsstation erforderlichenfalls wieder abbauen.
Des weiteren hat die zusätzliche Erwärmungsstrecke bevorzugt Mess- und Auswertungsmittel zur Erfassung mindestens eines physikalischen Parameters des Werkstücks, insbesondere von dessen Oberflächentemperatur, und mit den Mess- und Auswertungsmitteln verbundene Steuermittel zur Steuermittel zur Steuerung des Differenzenergieeintrages in das Werkstück in Abhängigkeit vom Auswertungsergebnis. Hiermit lässt sich in vorteilhafter Weise eine Abstimmung der energetischen Parameter der Teilbereiche der Gesamt-Erwärmungsstrecke erreichen. Es ist hierbei auch denkbar, dass die Mess- und Auswertungsmittel der NIR-Erwärmungs- strecke zugleich mit einer Steuerung der konventionellen Erwärmungsstrecke ver- bunden sind und dieser Eingangssignale bereitstellen, die zu einem effizienten - insbesondere energiesparenden - Betrieb dieses Teils der Erwärmungsstrecke genutzt werden können.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Un- teransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Coilcoating-Beschichtungsanlage in Art eines Längsschnittes und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Lackieranlage für Möbel oder Ge- häuseteile in Art einer Längsschnittdarstellung.
Fig. 1 zeigt als erste Ausführungsform der Erfindung eine Coilcoating-Anlage 1 zur Beschichtung eines quasi-endlosen Stahlbleches 3, welches auf einen Coil 5 aufgewickelt wird, und zum Trocknen der aufgebrachten Beschichtung. Der Coil 5 wird durch einen elektrischen Antrieb 7 in Drehung versetzt, wodurch das Blech 3 unter einem Sprühbeschichter 9 hindurch und über einen Induktionsheizer 10 hinweg bewegt wird.
Durch den Sprühbeschichter 9 wird auf das Blech 3 als Ausgangsstoff für eine Kor- rosionsschütz- oder Grundierungsschicht 13 eine wässrige Lösung 13' aufgebracht. Diese wird zunächst durch Wärmeleitung aus dem über dem Induktionsheizer 10 erwärmten Blech 3 erhitzt und partiell vernetzt bzw. „vorgebacken". Anschließend durchläuft das Stahlblech 3 mit der vorgewärmten und vorgebackenen Korrosionsschutzschicht 13" eine NIR-Erwärmungsstrecke 11, in der die Beschichtung unter dem Einfluss von NIR-Strahlung mit hoher Leistungsdichte, insbesondere oberhalb von ca. 200 kW/m2, fertig vernetzt wird.
Die NIR-Erwärmungsstrecke 11 umfasst einen massiven AI-Reflektor 15 mit einer Mehrzahl von im Querschnitt annähernd W-förmigen Reflektorabschnitten 15a, der intern wassergekühlt und hierzu über Kühlwasserleitungen 17 mit einem externen (nicht dargestellten) Kühler verbunden ist. Im Zentrum jedes W-förmigen Reflektorabschnitts 15a sitzt eine langgestreckt röhrenförmige Halogen-Glühfadenlampe 19. Die Halogen-Glühfadenlampen 19 werden durch eine Bestrahlungssteuereinheit 21 mit Strom versorgt und derart gesteuert, dass sie mit einer Strahlertemperatur oberhalb von 2900 K NIR-Strahlung mit einem Intensitätsmaximum im Bereich zwischen 0,8 μm und 1,5 μm abgeben. Im AI-Reflektor 15 ist ein Pyrometerelement 23 zur Erfassung der Oberflächentemperatur der Beschichtung 13 in einer T-Erfassungszone B angeordnet, der mit einem Signaleingang der Bestrahlungssteuereinheit 21 verbunden ist. Die Bestrahlung wird derart gesteuert, dass in der Beschichtung eine im wesentlichen konstan- te Temperatur eingehalten wird, die in Abhängigkeit von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Ausgangsstoffs 13' der Korrosionsschutz- oder Grundierungsschicht 13 gewählt wird und typischerweise bei ca. 200°C liegt.
Durch geeignete Steuerung des Antriebes 7 wird die Durchlaufgeschwindigkeit des Stahlbleches 13 durch die Bestrahlungszone A derart eingestellt, dass eine Verweildauer der wässrigen Lösung 13' in der Bestrahlungszone A von wenigen Sekunden erhalten wird, welche zum vollständigen Abdampfen der Lösungsmittelkomponente und zur thermischen Vernetzung der Schicht 13 ausreichend ist. Hierbei ermöglicht der Einsatz der NIR-Erwärmungsstrecke 11 gegenüber einer Anlage mit ausschließlicher Induktionsheizung eine wesentliche Erhöhung der Durchlaufgeschwindigkeit des Stahlbandes ohne Verlängerung der Induktionsheizstrecke und - vor allem - ohne eine zur Erhöhung der Fördergeschwindigkeit proportionale Erhöhung der bereitzustellenden Wärmeleistung.
Fig. 2 zeigt, ebenfalls in schematischer Darstellung, eine weitere bevorzugte Anwendung der vorgeschlagenen Lösung, nämlich eine Lackieranlage 1' für einzelne lackierte Gegenstände 3'. Wesentliche Teile dieser Anlage stimmen mit Teilen der Coilcoating-Anlage nach Fig. 1 überein, und insoweit werden auch die gleichen Bezugsziffern verwendet, und auf eine detaillierte Erläuterung wird nachfolgend ver- ziehtet. •
Die auf einem Transportband 5 mit einem Antrieb 7 transportierten Gegenstände 3' laufen zunächst wieder unter einem Sprühbeschichter 9 hindurch, wo hier eine Flüssiglackschicht 14' auf Wasserbasis aufgebracht wird. Sie durchlaufen anschlie- ßend einen (hier verkürzt skizzierten) Tunnelofen 10' konventioneller Bauart, in dem die Flüssiglackschicht vorgeheizt und in eine partiell vernetzte Lackschicht 14" umgewandelt wird. Anschließend gelangen die Gegenstände 3' auf dem Transportband 5' in eine NIR-Erwärmungsstrecke 11, die ebenso aufgebaut ist und funktio- niert wie bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 1. Dort wird die partiell vernetzte Lackschicht in eine durchgehärtete Lackierung 14 umgewandelt und die lackierten Gegenstände werden aus der Lackieranlage herausgeführt.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf diese Beispiele und die oben hervorgehobenen Aspekte beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. So kann eine Beschichtung der oben erwähnten Art anstelle eines Sprühbeschichters auch mit einem Walzenoder Bürstenbeschichter aufgebracht werden. Weiterhin kann die Art der eingesetz- ten NIR-Strahlungsquelle sowie des Reflektors von der im Beispiel angegebenen Ausführung abweichen, und eine geregelte Prozessführung ist nicht in jedem Fall erforderlich.
Bezuqszeichenliste
I Coilcoating-Anlage 1' Lackieranlage
3 Stahlblech
3' Lackiergegenstand 5 Coil
5' Transportband
7 Antrieb
9 Sprühbeschichter
10 Induktionsheizer 10' Tunnelofen
II NIR-Erwärmungsstrecke
13 Korrosionsschutz- oder Grundierungsschicht
13' Ausgangsstoff (wässrige Lösung)
13" vorgebackene Korrosionsschutzschicht 14 Lackierung
14' Flüssiglackschicht
14" partiell vernetzte Lackschicht
15 AI-Reflektor 17 Kühlwasserleitung
19 Halogen-Glühfadenlampe
21 ' Bestrahlungssteuereinheit
23 Pyrometerelement
A Bestrahlungszone
B T-Erfassungszone

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur thermischen Behandlung eines Werkstücks, insbesondere zur Trocknung und/oder Vernetzung einer Beschichtung, wobei das Werkstück einen konventionellen Ofen mit einer vorbestimmten Fördergeschwindigkeit durchläuft, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass das Werkstück den Ofen mit einer gegenüber einer Soll-Fördergeschwindigkeit wesentlich erhöhten Fördergeschwindigkeit durchläuft derart, dass die beim Durchlaufen eingetragene Wärmeenergie wesentlich kleiner als eine
Soll-Gesamtenergie zur Vollendung der thermischen Behandlung ist, und das Werkstück vor oder nach dem Ofen eine zusätzliche Erwärmungsstrecke durchläuft, in der es der Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung mit einem Strahlungsdichtemaximum im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot und mit hoher Leistungsdichte, insbesondere von mehr als 100 kW/m2, unterzogen und in der eine zur Vollendung der thermischen Behandlung erforderliche Differenzenergie eingetragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u rch g e ke n nzeich n et, dass die Leistungsdichte der Strahlung im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot im Bereich zwischen 200 und 1500 kW/m2, spezieller zwischen 300 und 800 kW/m2, liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u rch g e ke n nze i ch net, dass die zusätzliche Erwärmungsstrecke derart bemessen ist, dass die Differenzenergie im Bereich zwischen VA und % der Soll-Gesamtenergie und somit die Fördergeschwindigkeit im wesentlichen beim 1,3- bzw.3-fachen der Soll-För- dergeschwindigkeit liegt.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u rc h g e ke n n z e i c h n et, dass als Werkstück eine Beschichtung, insbesondere Pulver- oder Flüssiglackbe- schichtung, von Metall-, Kunststoff- oder Holzwerkstoffträgern, eingesetzt wird, wobei der konventionelle Ofen insbesondere ein mit mittel- bis langwelliger Infrarotstrahlung und/oder Wärmeleitung und/oder Konvektion ar- beitender Ofen ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u rch g e ken nzei ch n et, dass als Werkstück ein quasi-endloses beschichtetes Metallband eingesetzt wird, wobei der konventionelle Ofen insbesondere durch eine Induktionsheizstrecke gebildet ist.
6. Anordnung zur thermischen Behandlung eines Werkstücks, insbesondere zur Trocknung und/oder Vernetzung einer Beschichtung, mit einem konventio- nellen Ofen und einer Transporteinrichtung zum Hindurchfördern des Werkstücks mit einer vorbestimmten Fördergeschwindigkeit durch den Ofen, g e ke n nzei ch n et d u rc h eine vor oder nach dem Ofen angeordnete zusätzliche Erwärmungsstrecke mit einer Bestrahlungseinrichtung zur Erzeugung einer Strahlungszone elekt- romagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot mit hoher Leistungsdichte, insbesondere von mehr als 100 kW/m2, und eine Einstellung der Transportvorrichtung zur Realisierung einer Fördergeschwindigkeit, die wesentlich über einer Soll-Fördergeschwindigkeit liegt, welche zum Eintrag einer vorgegebenen Soll-Gesamtenergie in das Werk- stück beim Durchlaufen des konventionellen Ofens erforderlich ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass die Bestrahlungseinrichtung zur Erzeugung von Strahlung im Wellenlängen- bereich des nahen Infrarot und im Leistungsbereich zwischen 200 und
1500 kW/m2 speziell zwischen 300 und 800 kW/m2 ausgebildet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass die Transporteinrichtung zur Realisierung einer Fördergeschwindigkeit vom 1,3 bis 3-fachen der Soll-Fördergeschwindigkeit ausgebildet ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass die Transporteinrichtung, der konventionelle Ofen und die zusätzliche Erwärmungsstrecke zum Durchlauf von einzelnen Metall-, Kunststoff- oder Holzwerkstoffgegenständen ausgebildet sind.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass die Transporteinrichtung, der konventionelle Ofen und die zusätzliche Er- wärmungsstrecke zum Hindurchfördern eines quasi-endlosen Metallbandes ausgebildet sind.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass die Bestrahlungseinrichtung mindestens eine langgestreckt röhrenförmige
Strahlungsquelle, insbesondere Halogen-Glühfadenlampe, umfasst, die mit einer Strahlertemperatur von 2900 K oder höher betrieben wird und der auf der vom Werkstück abgewandten Seite ein Reflektor zugeordnet ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass die Bestrahlungseinrichtung eine Mehrzahl von langgestreckten Strahlern in Zuordnung zu einem aktiv gekühlten, insbesondere flüssigkeits- oder gebläsegekühlten, Reflektorkörper umfasst.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, d a d u rc h g e ke n n z ei ch n e , dass die zusätzliche Erwärmungsstrecke eine Luftstrom-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines auf das Werkstück gerichteten Luftstromes zu dessen Kühlung und/oder zur Abführung von flüchtigen Bestandteilen während der thermischen Behandlung aus oder stromabwärts der Strahlungszone aufweist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass die zusätzliche Erwärmungsstrecke Mess- und Auswertungsmittel zur Erfassung mindestens eines physikalischen Parameters des Werkstücks, insbeson- dere von dessen Oberflächentemperatur, und mit den Mess- und Auswertungsmitteln verbundene Steuermittel zur Steuermittel zur Steuerung des Differenzenergieeintrages in das Werkstück in Abhängigkeit vom Auswertungsergebnis aufweist.
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