WO2010020266A1 - Anlage für thermische bearbeitungsprozesse - Google Patents

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WO2010020266A1
WO2010020266A1 PCT/EP2008/006855 EP2008006855W WO2010020266A1 WO 2010020266 A1 WO2010020266 A1 WO 2010020266A1 EP 2008006855 W EP2008006855 W EP 2008006855W WO 2010020266 A1 WO2010020266 A1 WO 2010020266A1
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temperature
workpiece
medium
processing section
temperature adjustment
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PCT/EP2008/006855
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Rolf Wirth
Rainer Gaus
Kai K. O. BÄR
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Advanced Photonics Technologies Ag
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    • F27D2009/0002—Cooling of furnaces
    • F27D2009/0005—Cooling of furnaces the cooling medium being a gas

Definitions

  • the invention relates to a system for various types of thermal machining processes having a first processing section for heating a workpiece or medium to be processed to a first process temperature, a temperature adjustment section in which the workpiece or medium assumes a compensation temperature, and a second processing section for transferring the workpiece or medium a second process temperature
  • Furnace plants with T-fitting sections belong to the oldest production plants in the history of technology and have been continuously developed over the centuries.
  • the invention is therefore based on the object, an improved system of the type mentioned, which can be created inexpensively and controlled well, and to provide a corresponding method.
  • the invention includes the essential idea, in the energetic decoupling between the temperature adjustment section and the upstream and downstream sections of the hitherto predominantly practiced principle of thermal insulation and to use the reverberation of the wall in the interior of the temperature adjustment section for T-adjustment of the workpiece. Furthermore, the invention includes the idea to provide this extensive cladding (hereinafter also referred to as lining) of this section with a material having optimized reflection properties.
  • workpiece means any solid article to be processed, that is to say not only individual parts but also a quasi-endless wire or strip-shaped material or a composite of materials. miger machining object or a pourable processing material to be understood.
  • the proposed "thermally light" construction of the post-processing section or the tempering chamber to be assigned thereto is accompanied by a structure which is also light in mechanical terms and thus comparatively low in material and construction costs.
  • the mechanically lightweight design has the further advantage of quick assembly and disassembly, which enables the manufacturer to respond quickly to customer requests. While the conversion of classic furnaces can take weeks or months, the preparation of the post-processing section of a system according to the invention (of course, depending on the size) is possible in principle in a few days.
  • the temperature adaptation section without an active heating device emerges, or in any case, in one preferred embodiment, an active heating device is provided only in a smaller region of the temperature control chamber. In any case, this reduces installation and operating costs in comparison to systems with post-processing or T-fitting sections, in which the heat introduced by the workpieces can be used less efficiently.
  • the proposed furnace system is sensitive to changes in the temperature of the post-processing heat-introducing workpieces or the environment.
  • a control heater is therefore provided in the temperature control chamber small power for performing temperature corrections whose maximum power is smaller by at least an order of magnitude than a required to achieve the compensation temperature or the Aus GmbHstemperatur Symposium Edition
  • control heating device Since the control heating device only has to be dimensioned with regard to expected T fluctuations, it can also be implemented inexpensively. In view of their special function, it is important to have fast response and fine dosing, taking the corresponding user requirements into account. In view of this, it is preferably provided that the o.g. active heating device or the control heating device is associated with a substantially inertia-free temperature control.
  • the first and / or second processing section has a furnace chamber, which is equipped with an active heating device and is also lined in the majority of the inner wall with reflective sheet material.
  • a thermal insulation of the furnace chamber at least predominantly by the reflective material, optionally supported by a sweeping along this stream of cooling gas, can be effected.
  • the "isolation principle" on which the creation of the temperature adaptation section is based is also applied to at least one of the main processing sections or the corresponding oven chamber.
  • the optionally provided air or gas stream cooling can, if necessary, also be applied to the temperature adaptation section. This applies in particular if, due to certain safety requirements, its outer surface must be kept below certain limit temperatures that can be determined solely by the optimized reflectivity. can not realize onseigenschaften the wall.
  • a gas circulation cooling can be provided, which comprises the generation and guidance of a cooling gas flow at the back of the lining material and, after heating of the gas, over a workpiece surface.
  • a heating device of the first and / or second processing section and / or an optionally provided heating device of the temperature adjustment section to have NIR or IR radiation heaters.
  • Furnaces equipped with IR or NIR emitters have been known for some time and are used in industrial applications; In particular, such systems are also developed and offered by the applicant and are the subject of earlier patent applications by the applicant. A more detailed description of this type of heating elements and its integration into a modern thermal processing system is therefore unnecessary here.
  • the material mentioned for cladding or lining of the tempering a highly reflective sheet composite material having a coating on a metal support with a reflectance of 97.5% or more and then a transparent oxide or glassy corrosion protection layer ,
  • the carrier of the highly reflective sheet-like composite material made of aluminum or an aluminum alloy or stainless steel or a ceramic.
  • the coating may consist essentially of silver or ultra-pure aluminum with a purity of 99.99% or more.
  • the rear side of the highly reflective sheet-like composite material be colored dark to improve the heat radiation, in particular blackened.
  • the temperature adjustment section and optionally also a furnace chamber is optically closed substantially on all sides, if this in consideration of the processes for charging and emptying the furnace system is possible.
  • This can also make sense the use of input and / or output-side lock devices.
  • the dimensions of loading and unloading openings are preferably kept to a minimum.
  • the optical sealing means are assigned to prevent radiation leakage.
  • the optical sealing means on an inlet and / or outlet slope or curve, which is at least partially occupied by reflective material.
  • the inlet and / or outlet slope adjustment means may be assigned to adjust their inclination angle, and there may be a plurality of sections with different, optionally separately adjustable inclination angles, the inlet and / or outlet slope.
  • the reflective material causing the re-radiation of the registered heat can in principle form the wall of the tempering chamber alone-without additional heat-storing and / or -isolating outer wall.
  • This can be realized, for example, by forming the reflective material, especially highly reflective composite material, in foil or plate form in accordance with the predetermined outer shape of a temperature-control chamber and suspending or bracing it on a support frame.
  • an alternative embodiment provides that the reflective sheet material of an outer wall of the temperature control chamber and / or an outer wall of the furnace chamber with a predetermined distance, in particular mounted on a support structure, is vorgeblendet.
  • This design is particularly useful when modernized furnace designs using the invention modernized or at least its design principle and proven components should be used.
  • this embodiment is useful if a "massive" outer wall is desired due to the specific nature of the particular application.
  • the system is designed for the thermal treatment and / or drying or crosslinking of a coating of a rolled steel product, in particular of a coil.
  • the system is characterized by the training for thermal treatment and / or drying or crosslinking of a coating of a plastic product or ceramic product.
  • Another important embodiment of the process of the invention is the drying or crosslinking of a lacquer layer on a support.
  • the residence time of the workpiece or a point of a quasi-less material or a point of a medium in the temperature adjustment section to be set is dependent on the relation between the first process temperature and the compensation temperature to be achieved, the transport speed, the heat radiation capability and other factors. In meaningful embodiments of the invention, it is between 0.5 and 10 s, in particular between 1 and 5 s.
  • Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a first embodiment of the system according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic longitudinal sectional view of a second embodiment of the system according to the invention.
  • 1 shows a plant 1 for thermal processing processes, which stands on uprights 3 and has an outer wall 5, which is cooled in the upper region by a gas stream 7, which flows between the outer wall and an inner wall 9.
  • a transport channel 11 is laid, in which a bulk material to be processed 13 is conveyed in the direction of arrow A.
  • the plant 1 comprises a first processing section IA, in which there is a first process temperature PT1, a temperature adjustment section IB, in which the bulk material 13 assumes a compensation temperature TX and holds for a predetermined period of time, and a second processing section IC, in which a second process temperature reaches PT2 and kept.
  • first processing section are below the upper inner wall 9, aligned on the bulk material 13, NIR emitters 15 each provided with reflectors 15a provided in the Temperaturanpassab mustard below the inner wall (ceiling) 9 a planar reflector 17 is disposed, and in the second processing section IC are conventional IR emitter 19 arranged for medium or long-wave infrared.
  • the reflector 17 in the temperature-adjusting section IB has a multi-layered structure, which is not shown to scale for clarity and includes a ceramic support plate 17a, a high-reflection Ag coating 17b, and a glassy corrosion protection layer 17c.
  • two low-power NIR radiators 21 are provided in the temperature adjustment section for fine control of the compensation temperature TX.
  • Fig. 2 shows a system 101 for multi-stage thermal processing of individual workpieces. This system is similar in parts of its construction of Appendix 1 of FIG. 1, in that regard, a reference to Fig. 1 reference numerals are used, and the corresponding parts will not be explained again here.
  • the plant 101 comprises, like the plant 1 of FIG. 1, a first processing section 101A, in which a first process temperature PTl * prevails, a temperature adjustment section 101B, in which a compensation temperature TX * prevails, and a second processing section 101C, in which a two- te process temperature PT ** prevails.
  • a first processing section 101A in which a first process temperature PTl * prevails
  • a temperature adjustment section 101B in which a compensation temperature TX * prevails
  • a second processing section 101C in which a two- te process temperature PT ** prevails.
  • workpieces 113 are conveyed in the direction of arrow A * through the plant and subjected to a two-stage processing with interim temperature compensation.
  • the second processing section 101C is here formed by a cooling line with spray nozzles 118, from which the workpieces 113 with coolant sprayed and cooled down to the second process temperature.
  • each of the sections 101A, 101B and 101C has a separate housing 105A, 105B and 105C, respectively; only the bottom 105a of the system is connected.
  • a reflective coating 117 is provided, which largely reflects the heat radiation of the workpiece 113 coming out of the first processing section 101A and thus the adjustment of the compensation temperature TX * without any additional heating (in contrast to the system 1 of FIG. 1 also without control heating).

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Abstract

Anlage für thermische Bearbeitungsprozesse, mit einem ersten Bearbeitungsabschnitt zur Erwärmung eines Werkstücks oder zu bearbeitenden Mediums auf eine erste Prozesstemperatur, einem Temperaturanpassabschnitt, in dem das Werkstück oder Medium eine Ausgleichstemperatur annimmt, und einem zweiten Bearbeitungsabschnitt zum Überführen des Werkstücks oder Mediums auf eine zweite Prozesstemperatur, wobei der Temperaturanpassabschnitt mindestens überwiegend mit einem Wärmeabstrahlung des Werkstücks oder Mediums reflektierenden Material derart ausgekleidet ist, dass das Werkstück bzw. Medium im Wesentlichen durch Rückreflexion seiner Wäremabstrahlung auf die Ausgleichstemperatur überführt bzw. auf dieser gehalten wird.

Description

Anlage für thermische Bearbeitungsprozesse
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anlage für verschiedenartige thermische Bearbeitungsprozesse mit einem ersten Bearbeitungsabschnitt zur Erwärmung eines Werkstücks oder zu bearbeitenden Mediums auf eine erste Prozesstemperatur, einem Temperaturanpassabschnitt, in dem das Werkstück oder Medium eine Ausgleichstemperatur annimmt, und einem zweiten Bearbeitungsabschnitt zum Überführen des Werkstücks oder Mediums auf eine zweite Prozesstemperatur
Ofenanlagen mit T-Anpassabschnitten gehören zu den ältesten Produktionsanlagen der Technik-Geschichte und sind über Jahrhunderte stetig weiterentwickelt worden. In vielen "klassischen" Produktionsverfahren, etwa bei der Keramik- und Glasproduktion und in der Metallurgie, kommt es darauf an, ein bei hohen Temperaturen erzeugtes oder bearbeitetes Produkt zur Herausbildung bestimmter Eigenschaften - insbesondere eines speziellen Materialgefüges - für eine vorbestimmte Zeitdauer bei einer niedrigeren Temperatur zu halten, bevor es ggf. wieder erwärmt oder schnell weiter abgekühlt wird.
Bei früheren Weiterentwicklungen stand üblicherweise die Steigerung der Produktivität sowie die Anpassung der Parameter an spezielle Qualitätsanforderungen der herzustellenden Produkte im Mittelpunkt. Vor allem in den letzten Jahrzehnten haben aber auch Überlegungen zur Erhöhung der Energieeffizienz Anlass zu vielfältigen Entwicklungen solcher Anlagen und Verfahren gegeben. Zur Vergleichmäßigung des Temperaturprofils, aber auch zur Erhöhung der Energieeffizienz durch Vermeidung wesentlicher Wärmeverluste durch die Wandung des Nachbearbeitungs-Abschnitts einer gattungsgemäßen Ofenanlage wird diese Wandung in der Regel mit großer Dicke ausgeführt, wobei ggf. Konstruktionsmaterialien mit hohem Wärmedurchlasswiderstand und/oder hohem Wärmespeichervermögen zum Einsatz kommen. Es handelt sich mithin um Konstruktionen mit großer "thermischer Masse". Diese sind wegen des hohen Materialeinsatzes und Bauaufwandes kostenintensiv und wegen ihrer hohen thermischen Masse nur mit großen Zeitkonstanten steuerbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anlage der genannten Art, die sich kostengünstig erstellen und gut steuern lässt, sowie ein entsprechendes Verfahren anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken ein, bei der energetischen Entkopplung zwischen dem Temperaturanpassabschnitt und den vor- und nachgelagerten Abschnitten vom bisher vorrangig praktizierten Prinzip der Wärmedämmung abzugehen und die Rückstrahlung von der Wandung in das Innere des Temperaturanpassabschnittes zur T-Anpassung des Werkstückes zu nutzen. Weiter schließt die Erfindung den Gedanken ein, hierzu eine weitgehende Ummantelung (nachfolgend auch bezeichnet als Auskleidung) dieses Abschnittes mit einem Material mit optimierten Reflexionseigenschaften vorzusehen.
Unter „Werkstück" wird hier ein beliebiger fester Bearbeitungsgegenstand, also neben einzelnen Teilen etwa auch ein quasi-endloses draht- oder bandförmiges Material oder ein Materialverbund, verstanden. Unter einem „Medium" soll nachfolgend insbesondere ein pastöser oder flüssiger, gegebenenfalls aber auch gasför- miger Bearbeitungsgegenstand oder ein schüttfähiges Bearbeitungsgut, verstanden werden.
Mit der vorgeschlagenen Lösung lassen sich gegenüber hergebrachten Ofenkonstruktionen erhebliche technische und wirtschaftliche Vorteile erzielen: Zunächst ist hinzuweisen auf die direkte technische Folge des mit der vorgeschlagenen Lösung möglichen Verzichts auf große thermische Massen, nämlich die schnelle Steuerbarkeit der Temperatur in der Temperierkammer. Für den Fachmann versteht es sich, dass diesem Vorteil allerdings auch ein Nachteil gegenübersteht: Die geringe thermische Masse hat eine geringe Temperaturstabilität bei sich ändernden Werkstück- oder Umgebungstemperaturen zur Folge, so dass eine schnell ansprechende Steuerung nicht nur möglich, sondern bei hohen Anforderungen an die Temperaturstabilität auch nötig ist. Derartige Steuerungsaufgaben stellen heute allerdings für moderne Prozesssteuersysteme mit schnell ansprechenden Sensoren und Aktoren kein Problem dar und sind auch kostenseitig leicht zu bewältigen.
Die vorgeschlagene "thermisch leichte" Konstruktion des Nachbearbeitungs- Abschnitts bzw. der diesem zuzuordnenden Temperierkammer geht einher mit einem auch mechanisch leichten Aufbau und somit vergleichsweise geringem Material- und Bauaufwand. Die mechanisch leichte Ausführung hat den weiteren Vorteil der schnellen Montier- und Demontierbarkeit, was den Hersteller zur schnellen Reaktion auf entsprechende Kundenwünsche befähigt. Während der Umbau klassischer Ofenanlagen Wochen oder Monate in Anspruch nehmen kann, ist die Erstellung des Nachbearbeitungs-Abschnitts einer erfindungsgemäßen Anlage (natürlich in Abhängigkeit von der Größe) prinzipiell in wenigen Tagen möglich.
Grundsätzlich kommt bei der vorgeschlagenen Anlage des Temperaturanpassabschnitt ohne aktive Heizeinrichtung aus, oder jedenfalls ist in einer bevorzugten Ausführung eine aktive Heizeinrichtung nur in einem kleineren Bereich der Temperierkammer vorgesehen. Dies senkt, jedenfalls gegenüber Anlagen mit Nachbear- beitungs- bzw. T-Anpassabschnitten, in denen die durch die Werkstücke eingetragene Wärme weniger effizient genutzt werden kann, die Erstellungs- und Betriebskosten weiter. Wie oben erwähnt, reagiert die vorgeschlagene Ofenanlage sensibel auf Temperaturänderungen der die Nachbearbeitungs-Wärme eintragenden Werkstücke oder der Umgebung. In einer bevorzugten Ausführung ist daher in der Temperierkammer eine Steuer-Heizeinrichtung kleiner Leistung zur Ausführung von Temperaturkorrekturen vorgesehen, deren Maximalleistung um mindestens eine Größenordnung kleiner ist als eine zur Erreichung der Ausgleichstemperatur bzw. des Ausgleichstemperaturbereiches erforderliche Heizleistung.
Da die Steuer-Heizeinrichtung lediglich im Hinblick auf zu erwartende T-Schwan- kungen dimensioniert werden muss, ist auch sie kostengünstig ausführbar. Wichtig ist im Hinblick auf ihre besondere Funktion schnelles Ansprechen und feine Dosier- barkeit, unter Beachtung der entsprechenden Nutzer-Anforderungen. Im Hinblick hierauf ist bevorzugt vorgesehen, dass der o.g. aktiven Heizeinrichtung bzw. der Steuer-Heizeinrichtung eine im Wesentlichen trägheitslose Temperatursteuerung zugeordnet ist.
In einer zweckmäßigen Fortbildung des Erfindungsdankens ist weiter vorgesehen, dass der erste und/oder zweite Bearbeitungsabschnitt eine Ofenkammer aufweist, die mit einer aktiven Heizeinrichtung ausgestattet und im überwiegenden Teil der Innenwandung ebenfalls mit reflektierendem flächigen Material ausgekleidet ist. Hierbei kann insbesondere eine thermische Isolation der Ofenkammer mindestens überwiegend durch das reflektierende Material, optional unterstützt durch einen an diesem entlangstreichenden Kühlgasstrom, bewirkt werden. Dies bedeutet, dass das der Erstellung des Temperaturanpassabschnittes zugrunde liegende "Isolationsprinzip" auch für mindestens einen der Haupt-Bearbeitungsabschnitte bzw. die entsprechende Ofenkammer angewandt wird.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die optional vorgesehene Luft- bzw. Gasstromkühlung bedarfsweise auch beim Temperaturanpassabschnitt angewandt werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn aufgrund bestimmter Sicherheitsanforderungen dessen Außenoberfläche unterhalb bestimmter Grenztemperaturen gehalten werden muss, die sich allein durch die optimierten Reflexi- onseigenschaften der Wandung nicht realisieren lassen. Insbesondere kann eine Gasumlaufkühlung vorgesehen sein, die die Erzeugung und Führung eines Kühlgasstromes an der Rückseite des auskleidenden Materials und, nach Erwärmung des Gases, über eine Werkstückoberfläche umfasst.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Heizeinrichtung des ersten und/oder zweiten Bearbeitungsabschnittes und/oder eine wahlweise vorgesehene Heizeinrichtung des Temperaturanpassabschnittes NIR- oder IR-Strahlungsheizer aufweist. Mit IR- bzw. NIR-Emittern ausgestattete Ofenanlagen sind seit längerem bekannt und im industriellen Einsatz; derartige Anlagen werden insbesondere auch von der Anmelderin entwickelt und angeboten und sind Gegenstand früherer Schutzrechtsanmeldungen der Anmelderin. Eine genauere Beschreibung dieses Typs von Heizelementen und seiner Einbindung in eine moderne thermische Bearbeitungsanlage ist daher hier verzichtbar.
In einer Ausführung der Erfindung ist als das erwähnte Material zur Ummantelung bzw. Auskleidung der Temperierkammer ein hochreflektierendes flächiges Verbundmaterial vorgesehen, welches auf einem Metallblech-Träger eine Beschichtung mit einem Reflexionsgrad von 97,5% oder mehr und hierauf eine transparente oxidische oder glasartige Korrosionsschutzschicht aufweist. Im Übrigen kann insbesondere der Träger des hochreflektierenden flächigen Verbundmaterials aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder auch aus Edelstahl oder einer Keramik bestehen. Die Beschichtung kann im Wesentlichen aus Silber oder Reinst- Aluminium mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr bestehen. Um, speziell beim Einsatz der vorgeschlagenen Lösung in ausgesprochenen Hochtemperaturprozessen, eine Überhitzung und hierdurch mögliche Deformation der Temperierkammer- Außenhaut bzw. -Auskleidung zu verhindern, ist in einer Ausführung vorgesehen, dass die Rückseite des hochreflektierenden flächigen Verbundmaterials zur Verbesserung der Wärmeabstrahlung dunkel gefärbt, insbesondere geschwärzt ist.
Bei der Ausführung der Erfindung ist des weiteren von Vorteil, wenn der Temperaturanpassabschnitt und optional auch eine Ofenkammer optisch im Wesentlichen allseitig geschlossen ist, sofern dies unter Beachtung der Abläufe zur Beschickung und Entleerung der Ofenanlage möglich ist. Dies kann auch den Einsatz von ein- und/oder ausgangsseitigen Schleuseneinrichtungen sinnvoll machen. Hierzu werden die Dimensionen von Beschickungs- und Entladeöffnungen bevorzugt minimal gehalten.
In diesem Zusammenhang kann es weiterhin sinnvoll sein, dass die Temperierkammer zur Bearbeitung eines durchlaufenden Werkstücks oder durchströmenden Mediums einen Ein- und Auslaufbereich aufweist, dem optische Dichtmittel zur Verhinderung von Strahlungslecks zugeordnet sind. Hierbei weisen insbesondere die optischen Dichtmittel eine Ein- und/oder Auslaufschräge oder -kurve auf, die mindestens abschnittsweise mit reflektierendem Material belegt ist. Noch spezieller können der Ein- und/oder Auslaufschräge Einstellmittel zur Einstellung ihres Neigungswinkels zugeordnet sein, und es können die Ein- und/oder Auslaufschräge mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen, wahlweise separat einstellbaren Neigungswinkeln aufweisen.
Weiter oben wurde angesprochen, dass das die Rückstrahlung der eingetragenen Wärme bewirkende reflektierende Material grundsätzlich die Wandung der Temperierkammer allein - ohne zusätzliche wärmespeichernde und/oder -isolierende Außenwand - bilden kann. Dies kann etwa dadurch realisiert werden, dass das reflektierende Material, speziell hochreflektierendes Verbundmaterial, in Folien- bzw. Plattenform gemäß der vorbestimmten Außengestalt einer Temperierkammer geformt und an einem Traggerüst aufgehängt bzw. verspannt wird.
Eine hierzu alternative Ausführung sieht jedoch vor, dass das reflektierende flächige Material einer Außenwand der Temperierkammer und/oder einer Außenwand der Ofenkammer mit vorbestimmten Abstand, insbesondere auf einer Tragkonstruktion montiert, vorgeblendet ist. Diese Ausführung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn bewährte Ofenkonstruktionen unter Anwendung der Erfindung modernisiert oder jedenfalls auf ihr Bauprinzip und bewährte Bauelemente zurückgegriffen werden soll. Weiterhin ist diese Ausführung dann sinnvoll, wenn aufgrund der Spezifik der jeweiligen Applikation eine "massive" Außenwand gewünscht wird. In einer ersten praktisch bedeutsamen Applikation ist vorgesehen, dass die Anlage zur thermischen Behandlung und/oder Trocknung bzw. Vernetzung einer Beschich- tung eines Walzstahlproduktes, insbesondere eines Coils, ausgebildet ist. Für eine weitere praktisch bedeutsame Applikation zeichnet sich die Anlage aus durch die Ausbildung zur thermischen Vergütung und/oder Trocknung bzw. Vernetzung einer Beschichtung eines Kunststoffproduktes oder keramischen Produktes.
Eine weitere wichtige Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Anlage ist die Trocknung bzw. Vernetzung einer Lackschicht auf einem Träger. Schließlich sei noch - ohne mit den genannten Beispielen Anspruch auf Vollständigkeit erheben zu wollen - genannt die Ausführung eines thermisch induzierten oder thermisch unterstützten chemischen Reaktionsprozesses in dem Werkstück oder Medium, insbesondere in einem durch die Ofenanlage hindurchströmenden Fluid.
Die einzustellende Verweildauer des Werkstücks bzw. eines Punktes eines quasiendlosen Materials oder eines Punktes eines Mediums im Temperaturanpassabschnitt ist natürlich abhängig von der Relation zwischen der ersten Prozesstemperatur und der zu erreichenden Ausgleichstemperatur, der Transportgeschwindigkeit, dem Wärmeabstrahlvermögen und weiteren Faktoren. In sinnvollen Ausführungen der Erfindung liegt sie zwischen 0,5 und 10 s, insbesondere zwischen 1 und 5 s.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden skizzenartigen Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage und
Fig. 2 eine schematische Längsschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage. Fig. 1 zeigt eine Anlage 1 für thermische Bearbeitungsprozesse, die auf Ständern 3 steht und eine Aussenwandung 5 hat, die im oberen Bereich durch einen Gasstrom 7 gekühlt ist, der zwischen der Aussenwandung und einer Innenwandung 9 strömt. Über einem Boden 5a der Anlage ist mit Abstand ein Transportkanal 11 verlegt, in dem ein zu bearbeitendes Schüttgut 13 in Richtung des Pfeils A gefördert wird.
Die Anlage 1 umfasst einen ersten Bearbeitungsabschnitt IA, in dem eine erste Prozesstemperatur PTl vorliegt, einen Temperaturanpassabschnitt IB, in dem das Schüttgut 13 eine Ausgleichstemperatur TX annimmt und für eine vorbestimmte Zeitdauer hält, und einen zweiten Bearbeitungsabschnitt IC, in dem eine zweite Prozesstemperatur PT2 erreicht und gehalten wird. Im ersten Bearbeitungsabschnitt sind unterhalb der oberen Innenwandung 9, auf das Schüttgut 13 ausgerichtet, NIR-Strahler 15 mit jeweils zugeordneten Reflektoren 15a vorgesehen, im Temperaturanpassabschnitt ist unterhalb der Innenwandung (Decke) 9 ein ebener Reflektor 17 angeordnet, und im zweiten Bearbeitungsabschnitt IC sind konventionelle IR-Strahler 19 für mittel- bzw. langwelliges Infrarot angeordnet.
Der Reflektor 17 im Temperaturanpassabschnitt IB hat einen mehrschichtigen Aufbau, der zur Verdeutlichung nicht-maßstäblich dargestellt ist und eine Keramik- Trägerplatte 17a, eine hochreflektierende Ag-Beschichtung 17b und eine glasartige Korrosionsschutzschicht 17c umfasst. Neben diesem Reflektor 17 sind im Temperaturanpassabschnitt zwei leistungsschwache NIR-Strahler 21 zur Feinsteuerung der Ausgleichstemperatur TX vorgesehen.
Fig. 2 zeigt eine Anlage 101 zur mehrstufigen thermischen Bearbeitung einzelner Werkstücke. Diese Anlage ähnelt in Teilen ihres Aufbaus der Anlage 1 nach Fig. 1, insoweit sind an Fig. 1 angelehnte Bezugsziffern verwendet, und die entsprechenden Teile werden hier nicht nochmals erläutert.
Die Anlage 101 umfasst, wie die Anlage 1 aus Fig. 1, einen ersten Bearbeitungsabschnitt 101A, in dem eine erste Prozesstemperatur PTl* herrscht, einen Temperaturanpassabschnitt 101B, in dem eine Ausgleichstemperatur TX* herrscht bzw. eingestellt wird, und einen zweiten Bearbeitungsabschnitt 101C, in dem eine zwei- te Prozesstemperatur PT** herrscht. Auf einem Förderband 111 werden Werkstücke 113 in Richtung des Pfeils A* durch die Anlage gefördert und einer zweistufigen Bearbeitung mit zwischengelagertem Temperaturausgleich unterzogen. Während im ersten Bearbeitungsabschnitt 101A wiederum NIR-Strahler 115 mit zugeordneten Reflektoren 115a zur schnellen oberflächlichen Erhitzung des Werkzeugs und zur Ausführung eines thermischen Bearbeitungsvorgangs angeordnet sind, ist der zweite Bearbeitungsabschnitt 101C hier durch eine Kühlstrecke mit Sprühdüsen 118 gebildet, aus denen die Werkstücke 113 mit Kühlflüssigkeit besprüht und auf die zweite Prozesstemperatur heruntergekühlt werden.
Bei der Anlage 101 hat jeder der Abschnitte 101A, 101B und 101C ein separates Gehäuse 105A, 105B bzw. 105C; lediglich der Boden 105a der Anlage ist zusammenhängend ausgeführt. Auf der Innenseite des mittleren Gehäuses 105B ist eine reflektierende Beschichtung 117 vorgesehen, die die Wärmeabstrahlung des aus dem ersten Bearbeitungsabschnitt 101A kommenden Werkstücks 113 jeweils weitgehend zurückwirft und somit die Einstellung der Ausgleichstemperatur TX* ohne jede zusätzliche Heizung (im Unterschied zur Anlage 1 nach Fig. 1 auch ohne Steuerheizung) ermöglicht.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben hervorgehobenen Aspekte und Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. Insbesondere sollen sämtliche technisch möglichen Kombinationen der Merkmale der verschiedenen Ansprüche als im Schutzbereich der Erfindung liegend angesehen werden.

Claims

Anlage für thermische BearbeitungsprozesseAnsprüche
1. Anlage für thermische Bearbeitungsprozesse, mit einem ersten Bearbeitungsabschnitt zur Erwärmung eines Werkstücks oder zu bearbeitenden Mediums auf eine erste Prozesstemperatur, einem Temperaturanpassabschnitt, in dem das Werkstück oder Medium eine Ausgleichstemperatur annimmt, und einem zweiten Bearbeitungsabschnitt zum Überführen des Werkstücks oder Mediums auf eine zweite Prozesstemperatur, wobei der Temperaturanpassabschnitt mindestens überwiegend mit einem Wärme- abstrahlung des Werkstücks oder Mediums reflektierenden Material derart ausgekleidet ist, dass das Werkstück bzw. Medium im Wesentlichen durch Rückreflexion seiner Wäremabstrahlung auf die Ausgleichstemperatur überführt bzw. auf dieser gehalten wird.
2. Anlage nach Anspruch 1, wobei der Temperaturanpassabschnitt im Wesentlichen ohne zusätzliche thermische Isolation und/oder ohne ein Material mit Wärmespeichervermögen ausgeführt ist, derart, dass eine thermische Isolation überwiegend durch das reflektierende Material bewirkt wird.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei das reflektierende Material einer Außenwand des Temperaturanpassabschnitts, auf einer Tragkonstruktion montiert, mit vorbestimmtem Abstand vorgeblendet ist.
4. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das reflektierende Material ein Aluminium- oder Edelstahlblech oder eine Keramikplatte aufweist.
5. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das reflektierende Material eine Beschichtung mit einem Reflexionsgrad von 97,5 % oder mehr auf einem Metallblech- oder Keramik-Träger und hierauf eine transparente oxidische oder glasartige Korrosionsschutzschicht aufweist.
6. Anlage nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei im Temperaturanpassabschnitt eine aktive Heizeinrichtung nur in einem kleineren Bereich desselben und/oder eine Steuer-Heizeinrichtung mit kleiner Leistung nur zur Ausführung von Temperaturkorrekturen vorgesehen ist.
7. Anlage nach Anspruch 6, wobei die Heizeinrichtung IR- oder NIR- Strahlungsheizer aufweist.
8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, wobei der aktiven Heizeinrichtung eine im Wesentlichen trägheitslose Temperatursteuerung zugeordnet ist.
9. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Temperaturanpassabschnitt einen Ein- und Auslaufbereich aufweist, dem optische Dichtmittel zur Verhinderung von Strahlungslecks, insbesondere eine Ein- und/oder Auslaufschräge oder -kurve, die mit dem reflektierenden Material belegt ist, zugeordnet sind.
10. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Temperaturanpassabschnitt und wahlweise der erste und/oder zweite Bearbeitungsabschnitt eine Gasumlaufkühlung aufweist, die die Erzeugung und Führung eines Kühlgasstromes an der Außenseite des Temperaturanpassabschnittes und wahlweise des ersten und/oder zweiten Bearbeitungsabschnitts und optional, nach Erwärmung des Kühlgases, über eine Oberfläche des Werkstücks oder Mediums, umfasst.
11. Verfahren zur thermischen Bearbeitung eines Werkstücks oder Mediums, wobei dieses in einem ersten Bearbeitungsabschnitt auf eine erste Prozesstemperatur erwärmt, in einem Temperaturanpassabschnitt auf eine Ausgleichstemperatur gebracht und in einem zweiten Bearbeitungsabschnitt auf eine zweite Prozesstemperatur überführt und bei dieser weiter bearbeitet wird, wobei die Überführung und gegebenenfalls ein Halten des Werkstücks oder Mediums auf Ausgleichstemperatur im Wesentlichen allein durch Rückreflexion von Eigenstrahlung durch eine reflektierende Wandlung eines Temperaturanpassab- Schnittes, der zwischen einem ersten und zweiten Bearbeitungsabschnitt angeordnet ist, ausgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, ausgebildet als Verfahren zur thermischen Vergütung und/oder Trocknung bzw. Vernetzung einer Beschichtung eines Kunststoffproduktes oder keramischen Produktes.
13. Verfahren nach Anspruch 11, ausgebildet als Verfahren zur Trocknung bzw. Vernetzung einer Primer- bzw. Lackschicht auf einem metallischen Träger.
14. Verfahren nach Anspruch 11, ausgebildet als Verfahren zur Ausführung eines thermisch induzierten oder thermisch unterstützten chemischen Reaktionsprozesses in dem Werkstück oder Medium.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Werkstück oder Medium für eine Dauer zwischen 0,5 und 10 s, insbesondere zwischen 1 und 5 s, in dem Temperaturanpassabschnitt verweilt.
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