WO2012101200A1 - Oberflächenbehandlungsvorrichtung und verfahren zum betrieb einer oberflächenbehandlungsvorrichtung - Google Patents

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Konrad Ortlieb
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Definitions

  • the present invention relates to a surface treatment apparatus for treating a surface of a workpiece, which comprises a heat source as an energy source and at least one functional unit for performing a function of the surface treatment apparatus.
  • Surface treatment devices are, for example, painting devices for painting workpieces, for example vehicle bodies. Such surface treatment devices require many functional units in order to ensure the reliable function, such as a reliable, error-free painting of the vehicle bodies. In particular, this fans, cleaning devices, heaters, etc. are necessary.
  • the present invention has for its object to provide a surface treatment device of the type mentioned, which is particularly energy efficient operable.
  • This object is achieved in that the heat engine of the surface treatment device is mechanically coupled to at least one functional unit of the surface treatment device, so that energy from the heat engine to at least one functional unit is mechanically transferable.
  • a surface treatment device is to be understood in particular to mean a device by means of which a surface of a workpiece, for example a surface of a vehicle body, for example pretreated, coated, painted, waxed and / or dried. Such a treatment of the surface of the workpiece takes place in an operating mode of the surface treatment device designated as a treatment mode.
  • At least one functional unit mechanically coupled to the heat engine serves to perform a function of the surface treatment apparatus in the treatment operation, in a maintenance operation in which maintenance work is performed on the surface treatment apparatus, and / or in a standby operation of the surface treatment apparatus in which the surface treatment apparatus is ready to start the treatment operation is held.
  • At least one functional unit mechanically coupled to the heat engine as a fan for driving an air flow, as a pump for driving a working fluid, as a conveying device for conveying workpieces, as a cleaning device, as a heating device and / or is formed as a cooling device.
  • a functional unit designed as a ventilator may in particular be used for the ventilation of pretreatment zones for the pretreatment of the workpiece, of cathodic dip painting zones (cathodic paint zones) for painting the workpieces, of paint booths (spray booths) for painting workpieces, of Clean rooms to serve dryers for drying the workpieces, intermediate dryers, cooling zones, locks, workplaces and / or a hall surrounding the surface treatment device.
  • a functional unit designed as a fan can be used to drive an air flow in a cleaning device, for example an exhaust air cleaning device.
  • a functional unit embodied as a pump can be used, for example, for bath circulation of pretreatment baths, cathodic dip coating baths and / or rinsing baths. Furthermore, a functional unit embodied as a pump can be used to supply injection devices, in particular painting devices for fluid paint spraying (wet paint spraying), with fluid paint and / or for driving water in water treatment plants and / or wastewater treatment plants.
  • injection devices in particular painting devices for fluid paint spraying (wet paint spraying), with fluid paint and / or for driving water in water treatment plants and / or wastewater treatment plants.
  • fluid paint refers to a paint having a flowable consistency, from liquid to pasty (for example in the case of a PVC plastisol).
  • Fluid paint includes in particular the terms “liquid paint” and “wet paint”.
  • the heat generated by the combustion of fuel in an energy conversion operation of the heat engine preferably also becomes the operation (treatment operation) of the surface treatment apparatus used.
  • the heat is supplied to a surface treatment device designed as a production plant, in particular as a paint shop, in order to heat it to a desired temperature.
  • the heat is then used in particular for heating pre-treatment baths.
  • painting booths in particular spray booths, can be used to apply different layers, for example paint layers for seam sealing, Layers for underbody protection, layers as fillers, topcoats or wax layers, are heated by means of heat originating from the heat engine.
  • Clean rooms and / or workplaces can also be heated by means of the heat produced in the energy conversion operation of the heat engine.
  • a hall surrounding the surface treatment apparatus can be heated by the heat generated in the energy conversion operation of the heat engine.
  • the heat originating from the heat engine can be used.
  • Such dryers are particularly suitable for drying coatings of the workpiece, for example, coatings for seam sealing, underbody protective layers, filler layers, topcoat layers or wax layers.
  • Refrigeration energy can also be required in surface treatment devices designed as production systems, in particular painting systems, which can be generated, for example, by means of mechanical energy via compression refrigerating machines and / or by means of mechanical energy and heat via absorption refrigerating machines.
  • at least one functional unit designed as a compression refrigerating machine and / or at least one functional unit designed as an absorption refrigerating machine is mechanically and / or thermally coupled to the heat engine.
  • the surface treatment device comprises at least one power generating device for generating electricity, which is mechanically coupled to the heat engine.
  • the surface treatment device comprises at least one power generating device for generating electricity, which is mechanically coupled to the heat engine.
  • the at least one functional unit, the at least one additional power-generating device and the heat engine are then preferably mechanically coupled to one another by means of a common shaft and / or via at least one transmission.
  • the surface treatment device preferably comprises at least one electrolyzer device.
  • electrolysis device By means of such an electrolysis device, electrical energy can be stored in a particularly simple manner, for example by splitting water.
  • the heat engine comprises a gas turbine and / or an internal combustion engine.
  • a gas turbine can be designed in particular as a micro gas turbine.
  • An internal combustion engine is in particular a gas engine, a gasoline engine or a diesel engine.
  • the heat engine and at least one functional unit of the surface treatment device for transmitting the mechanical energy have a common shaft and / or are mechanically coupled to one another via a transmission. In this way, a particularly simple and direct transmission of the mechanical energy from the heat engine to the at least one functional unit is possible.
  • an output shaft of the heat engine is identical to a drive shaft of the at least one functional unit.
  • the surface treatment device comprises at least one heat transfer device for transferring heat, which arises in the energy conversion operation of the heat engine, to a heat storage device and / or to a region of the surface treatment device to be heated. This way you can
  • the surface treatment device comprises at least one absorption chiller, by means of which the heat generated by the heat engine and / or mechanical energy can be used to generate cold.
  • a heat transfer medium in particular water, oil, polyolefins, etc., is preferably used.
  • the surface treatment device pretreated for example primed, at least one pretreatment area in which the workpiece is pretreated, for example to prepare a painting process, at least one main treatment area in which the workpiece is painted, for example, and / or at least one Aftertreatment region, in which the workpiece is dried, reworked and / or controlled, for example, comprises, each comprising at least one functional unit of the surface treatment device mechanically coupled to the heat engine.
  • the at least one pretreatment area which particularly easily conditions at least one main treatment area and / or the at least one after-treatment area, for example, can be cooled, and / or flowed through with air.
  • at least one functional unit mechanically coupled to the heat engine enables heating of the at least one pretreatment area, of the at least one main treatment area and / or of the at least one post-treatment area.
  • At least one functional unit designed as a conveying device which extends for conveying the workpieces through the at least one pretreatment area, the at least one main treatment area and / or the at least one post-treatment area, is mechanically coupled to the heat engine.
  • each area of the surface treatment device for example, the at least one pretreatment area, the at least one main treatment area and / or the at least one aftertreatment area, a separate heat engine assigned.
  • At least two functional units which are assigned to different areas of the surface treatment device, are mechanically coupled to the same heat engine.
  • the surface treatment device comprises at least one treatment area, which is formed as a dipping area for immersing the workpiece to be treated in a fluid.
  • the surface treatment device comprises at least one treatment area, which is designed as a paint booth for painting the workpiece to be treated.
  • the surface treatment device may preferably be associated with at least one clean room and / or at least one workstation area for personnel, wherein the at least one clean room and / or the at least one workstation area by means of the heat engine with mechanical, thermal and / or (in conjunction with a power generating device) electrical energy supplied can be.
  • the clean room and / or the work area comprises at least one functional unit for performing a function of the clean room or the work area, which is mechanically coupled to the heat engine.
  • the surface treatment device is arranged in a building, in particular in a hall, which can be heated, cooled, supplied with air, supplied with power and / or can be supplied with an operating fluid by means of at least one functional unit mechanically coupled to the heat engine.
  • the surface treatment device comprises at least one functional unit designed as a treatment unit and / or at least one functional unit designed as an influencing unit, which is mechanically coupled to the heat engine.
  • a treatment unit in this description and the appended claims is a functional unit by means of which a treatment step in treating a surface of a workpiece can be carried out.
  • a pump for driving a liquid may be a treatment unit when the liquid is supplied to the workpiece by means of the pump for treating a surface of a workpiece.
  • An influencing unit is to be understood in this description and the appended claims as a functional unit by means of which at least one state variable in which a surface of a workpiece is treated, in particular the temperature, the humidity and / or the pressure, can be influenced.
  • An influencing unit can thus be for example a heating device and / or a cooling device, by means of which the temperature at which the surface of the workpiece is treated can be influenced.
  • power generation devices which themselves do not perform a treatment step and do not influence a state quantity of a surface treatment, but only provide the electrical energy for this, are to be distinguished from the treatment units and the influencing units.
  • Another object of the present invention is to provide a method of operating a surface treatment apparatus for treating a surface of a workpiece, which enables a particularly energy-efficient operation of the surface treatment apparatus.
  • the method according to the invention preferably has the features and / or advantages described above in connection with the surface treatment device according to the invention.
  • Operating time of the heat engine at least approximately, in particular with a temporal power fluctuation of at most about 20%, in particular at most about 10%, is kept constant.
  • an excess of mechanical energy obtained during operation of the heat engine is converted into electricity by means of a power generation device. In this way, the energy surplus can be easily fed to another use and / or stored.
  • the heat obtained during operation of the heat engine is not or not exclusively used for the operation of the surface treatment device, but is at least partially converted into electricity in an Organic Rankine Cycle process.
  • the heat obtained during operation of the heat engine is not or not exclusively used for the operation of the surface treatment device, but at least partially consumers of heat, which do not contribute to the function of the surface treatment device, such as spatially and functionally not with the surface treatment device related work areas or living spaces.
  • the mechanical power of the heat engine and / or the heat output of the heat engine are preferably to those for the (Treatment) operation of the surface treatment device needs adjusted for mechanical performance and / or heat.
  • An adaptation can be done by designing the power of the heat engine during their production and / or by controlling and / or regulating the instantaneous power of the heat engine by means of a control device in
  • Additional storage devices for storing the excess energy are thereby preferably dispensable.
  • the heat engine is preferably supplied oil, petroleum, natural gas, landfill gas, sewage gas, mine gas, biogas, hydrogen and / or a mixture of two or more of said fuels.
  • oil in particular, any type of petroleum derivative into consideration, such as gasoline, kerosene, heavy oil or diesel.
  • fuel mixture for use in the heat engine is in particular a mixture of natural gas, landfill gas, sewage gas, mine gas and / or biogas and / or a fuel mixture of said gases with an admixture of about 1% to about 5% hydrogen (based on the total volume or Total mass).
  • the surface treatment device according to the invention and / or the method according to the invention may have the features and / or advantages described below:
  • a combined heat and power By means of serving as an energy source heat engine and at least one functional unit for performing a function of the surface treatment device in particular a combined heat and power (CHP) can be realized, so that an energy-efficient use of the operation of the Heat engine used fuels is possible.
  • CHP combined heat and power
  • the fuel energy supplied may be converted to about 40% mechanical energy and about 60% thermal energy.
  • the combined heat and power generation according to the invention advantageously minimizes losses in generators, line losses and / or losses of electric motors as well as radiation losses.
  • the surface treatment device comprises a functional unit designed as a power generating device (generator)
  • a functional unit designed as a power generating device generator
  • an excess of mechanical energy arising during operation of the heat engine can be used to generate additional power which can be consumed outside the surface treatment device or fed into the public power grid ,
  • the electrical energy can be used by means of an electrolysis device for the production of gaseous hydrogen and thus stored. Due to the direct use of the mechanical energy due to the mechanical coupling of the heat engine with the at least one functional unit of the surface treatment device, a particularly high overall efficiency of the (fuel) energy provided is possible, for example up to 90%.
  • a surface treatment device is, for example, a system for heating in particular metallic workpieces, in particularggyka rossen, with a cabin (paint booth), with a heater for heating supply air for the cabin, as well as with a designed as a consumer of mechanical energy functional unit.
  • EP 1 302 737 B1 describes a painting or coating installation for motor vehicle cars which contains a dryer module with a heating cabin for drying freshly painted or coated vehicle bodies.
  • hot air can be circulated in the dryer module by means of a blower. The circulated hot air is heated in a heat exchanger.
  • the heater includes at least one of the hot exhaust gas of a heat engine, in particular a gas engine or gas turbine, acted upon heat exchanger to extract the hot exhaust gas for heating supply air for the cabin to a drying temperature heat, wherein the heat engine with the motion is coupled to the consumer to transfer mechanical energy from the heat engine to the consumer.
  • a heat engine in particular a gas engine or gas turbine
  • the enthalpy of the exhaust gas of a heat engine in particular an internal combustion engine for the exothermic combustion of a gas-air mixture, which is designed to drive an electric generator with a few megawatts of power, has a considerable amount of heat in the exhaust gas.
  • the heat output of said heat engine is preferably set to a value between 1 MW and 8 MW during rated operation, while the installed electric power of the electric generator (or another load) is set to approximately 2 MW to 10 MW.
  • the said heat output is preferably used for heating 1500 kg steel from ambient temperature to a processing or treatment temperature in the range between 130 ° C and 200 ° C.
  • the said mass of steel corresponds, for example, to a number of about thirty motor vehicle bodies made of sheet steel, each weighing about 500 kg.
  • the motor vehicle bodies can be heated to a (drying) temperature in the range between 130 ° C and 200 ° C using the heat capacity in a cabin, which can be taken from the exhaust gas.
  • a gross heat output is provided which is preferably between approximately 3.6 MW and 6 MW and is transmitted to the bodies with a total efficiency of approximately 0.05 to 0.1.
  • a heat engine preferably a heat engine in the form of a gas engine or a gas turbine.
  • the gas engine is preferably operated with a homogeneous gaseous fuel gas / air mixture, the fuel gas being gaseous hydrocarbons (eg methane, butane, natural gas, etc.), especially at standard conditions, which are mixed with fresh air in an optimum ratio.
  • gaseous hydrocarbons eg methane, butane, natural gas, etc.
  • carbon-containing exhaust gases are withdrawn from corresponding sources of a production plant and enriched with fresh air and / or fuel gas, so as to realize a desired mixture preparation.
  • a gas engine is designed in particular as a four-stroke or two-stroke engine, wherein the combustion process in the engine according to the Otto process, the diesel process or the Sariaer process can be designed.
  • a gas turbine can be operated.
  • the electric power provided by the electric generator namely the electrical consumers can be reliably operated in a designed for about 30 body units drying system, for. B. drives of conveyors and blowers, but also electrical controls. It can be particularly useful that when bodies are moved through the system with low cycle time, correspondingly less electrical power for the consumers must be maintained in the system.
  • the system for drying thus enables the drying of vehicle bodies with extremely high energy efficiency.
  • the generator of the system and other electrical loads in a production operation can be supplied with electrical energy, such. B. controls and drives in a painting or coating plant.
  • a particularly efficient transfer of heat from the exhaust gas of the gas turbine to hot air for the cabin is possible by the heat exchanger is connected to at least one heat transfer fluid circuit in which there is at least one further heat exchanger for heating supply air for the dryer.
  • the heat transfer fluid circuit includes a heater and / or a heat storage for the heating of heat transfer fluid in a start-up phase of the gas turbine.
  • a salt solution or a thermal oil is circulated, wherein the heat transfer fluid can be used in each case at least as a short-term effective heat storage medium.
  • aqueous solutions of potassium carbonate or calcium chloride or diesel, rapeseed or silicone oils are preferred.
  • This further heat transfer fluid circuit is preferably carried out as a water cycle, brine circuit or thermal oil circuit.
  • the (first) heat carrier fluid circuit and the second heat carrier fluid circuit have different heat transfer fluids adapted to the respective conditions. This makes a particularly energy-efficient plant operation possible.
  • Favorable for the energy balance of the plant is also when this is a heat transfer fluid circuit with a Heat exchanger for heating of the dryer cubicle fresh air supplied.
  • the heat can be withdrawn from the hot exhaust gas of the heat engine, in particular also directly in a heat exchanger, which the supply air of the e.g. heated cabin designed as a dryer and the cabin without further treatment feeds. It is advantageous in this case to provide a plurality of heat exchangers, which are flowed through in the manner of a cascade of the hot exhaust gas of the heat engine and transmit the heat to the supply air of the cabin. Moreover, the exhaust gas of the heat engine flowing through the heat exchangers can also be led to one or more further heat exchangers for the heating of fresh air supplied to the cabin. With the heat from the exhaust gas of the gas turbine, heat consumers operating in a low-temperature range can be supplied with heat.
  • the exhaust gas of the gas turbine is guided to one or more further heat exchangers for transferring the heat of the exhaust gas to a heat transfer fluid circuit, for. B. on a heat transfer fluid circuit with water as the heat transfer fluid.
  • the exhaust gas of the heat engine is supplied by a blower.
  • Environmentally friendly and at the same time energy-efficient plant operation can be achieved by connecting the cabin to a purification reactor for the thermal regenerative oxidation of solvent-containing exhaust air.
  • the cleaning reactor receives the exhaust air via an exhaust duct from the cabin.
  • the purification reactor is connected to a heat exchanger for the transfer of heat to a heat carrier fluid circuit which is preferably designed as a hot water ice run.
  • a heat carrier fluid circuit which is preferably designed as a hot water ice run.
  • One or more heat consumers operating in a low-temperature range can then be supplied with heat via this heat transfer fluid circuit, for example one or more a plurality of heat exchangers for heating fresh air supplied from the cabin.
  • this heat accumulator is arranged in a bypass line, which bypasses a line section for the supply of exhaust gas to a heat exchanger in the system.
  • the heat engine By the heat engine, a solvent-containing, enriched with hydrocarbons exhaust air from the cabin is supplied as fuel gas, this exhaust air can be disposed of by burning and at the same time used for energy production.
  • the heat engine can also be operated with exhaust air from a painting station in a paint shop.
  • the system for heating may in particular also contain a plurality of decentralized heat engines that drive one or more consumers of mechanical energy, such as. As blowers, generators or compressors.
  • the system according to the invention is particularly suitable for use in a paint shop for motor vehicles or motor vehicle parts.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a first embodiment of a surface treatment device in the form of a dip painting system, in which a heat engine is mechanically coupled to a functional unit designed as a pump;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of a surface treatment device designed as a dip painting system, in which a heat engine is mechanically coupled to a plurality of functional units designed as a pump;
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a third embodiment of a surface treatment device, which comprises a painting booth, wherein a functional unit designed as a fan is mechanically coupled to a heat engine;
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a fourth embodiment of a surface treatment device, which comprises a painting booth, wherein a heat engine is mechanically coupled to two functional units designed as fans;
  • FIG. 5 is a schematic representation of a fifth embodiment of a surface treatment device, which is designed as a drying device for drying workpieces and a plurality of heat engines, each with a mechanically coupled thereto, designed as a fan functional unit comprises;
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a sixth embodiment of a surface treatment device, which is designed as a dryer for drying workpieces and has a heat engine, which is mechanically coupled to a plurality of functional units designed as fans;
  • Figure 7 shows a first system for drying ofmaika rossen with a heat engine.
  • Fig. 9 is a heat engine with a generator and a power and heat storage in a plant for dryingzhouka rossen;
  • Fig. 11 shows a further plant for drying ofmaika rossen containing a plurality of heat engines.
  • a surface treatment device designated as a whole by 100 in FIG. 1, is embodied, for example, as a dip-coating installation 102 for painting workpieces 104, for example vehicle bodies.
  • the dip-coating installation 102 comprises a dip tank 106, which is filled with an operating fluid 108 of the surface treatment device 100, for example a treatment fluid 110 of the dip-coating installation 102.
  • the dip-coating installation 102 is, for example, a pretreatment installation for pretreating workpieces 104 or a cathodic dip-painting installation (KTL installation) for applying paint to the workpieces 104.
  • the treatment fluid 110 must have a certain temperature, in particular it must be heated or cooled to a certain temperature.
  • the surface treatment device 100 embodied as a dip painting system 102 comprises a heat engine 112, a heat transfer device 114 forming a heater 115 and a functional unit 118 of the surface treatment device 100 designed as a pump 116.
  • the heat transfer device 114 can alternatively also serve as a cooling device 117.
  • the heat engine 112 is mechanically coupled to the functional unit 118 embodied as a pump 116 via a common shaft 120, which represents a mechanical coupling 122, so that mechanical energy from the heat engine 112 can be transferred to the functional unit 118 designed as a pump 116 essentially without any loss ,
  • a gear 123 may be provided in order to be able to set a desired speed difference between a shaft of the heat engine 112 and a shaft of the functional unit 118.
  • the mechanical energy transmitted by the heat engine 112 to the functional unit 118 embodied as a pump 116 is used to drive a fluid, in the present case the operating fluid 108, in particular the treatment fluid 110 of the dip-coating system 102.
  • a fluid in the present case the operating fluid 108, in particular the treatment fluid 110 of the dip-coating system 102.
  • treatment fluid 110 can be removed from the dip tank 106 of the dip paint system 102, passed through the heat transfer device 114, and finally returned to the dip tank 106 of the dip paint system 102.
  • the dip tank 106, the pump 116 and the heat transfer device 114 with treatment fluid lines 124 are interconnected.
  • the heat engine 112 is further connected to the heat transfer device 114 by means of heat transfer fluid lines 126, so that a heat transfer fluid can be delivered from the heat engine 112 to the heat transfer device 114 and back.
  • the heat contained in the heat transfer fluid can be transferred to the treatment fluid 110 carried in the treatment fluid conduits 124 and thus used to heat the treatment fluid 110 disposed in the plunge pool 106.
  • the heat transfer fluid lines 126 are provided with branches 128 so that not only the heat transfer device 114, but also, especially optionally, a heat storage device 130 for storing heat which is supplied in the heat engine 112 heat can be supplied.
  • the heat engine 112 is configured, for example, as a gas turbine 132 (or as an internal combustion engine 133) and includes an oxidizer supply device 134 for supplying oxidizer, in particular air, to one (Not shown) combustion chamber of the gas turbine 132 and also a fuel supply device 136 for supplying fuel, in particular natural gas or oil, to the combustion chamber of the gas turbine 132nd
  • the energy stored in the fuel can be converted by the heat engine 112, so that the heat engine 112 serves as the power source 138 for the surface treatment apparatus 100.
  • the heat engine 112 when the heat engine 112 produces more mechanical energy than is necessary for the operation of the functional unit 118 designed as a pump 116, it may be provided that the heat engine 112 is mechanically coupled to a functional unit 118 designed as a power generation device 140. In particular, it may be provided that the power generating device 140, the pump 116 and the heat engine 112 use the common shaft 120 for common mechanical coupling.
  • the mechanical energy generated by the heat engine 112 can be converted into electricity.
  • the power generating device 140 can also be used as a replacement drive of the pump 116.
  • the power generated by the power generation device 140 may be supplied to other functional units 118 of the surface treatment device 100 that are powered by electricity.
  • the surface treatment apparatus 100 comprises an electrolyzer 142 which may be used to store the stream of gaseous hydrogen generated by the power generator 140.
  • the surface treatment apparatus 100 described above functions as follows.
  • the heat engine 112 serving as the energy source 138 for the surface treatment apparatus 100, energy stored in a fuel is converted into thermal and mechanical energy.
  • the thermal energy is supplied to a heat transfer device 114 via heat transfer fluid lines 126 by means of a heat transfer fluid.
  • the thermal energy (heat) generated during operation of the heat engine 112 may thus be used to heat an operating fluid 108 of the surface treatment apparatus 100.
  • the heat generated during operation of the heat engine 112 may be stored by means of a heat storage device 130.
  • the mechanical energy generated during operation of the heat engine 112 is transmitted to the power generator 140 and the pump 116 via the common shaft 120.
  • the mechanical energy is then utilized by the power generation device 140 to generate power.
  • the generated stream can then be stored in particular in the form of gaseous hydrogen by means of the electrolysis device 142 and stored for later use, for example for combustion by the heat engine 112.
  • the pump 116 uses the mechanical energy generated by the heat engine 112 to drive the operating fluid 108, in this case in particular to remove treatment fluid 110 from the dip tank 106 of the dip painting system 102, for supplying the treatment fluid 110 to the heat transfer device 114 and finally for returning the treatment fluid 110 Due to the passage of the treatment fluid 110 through the heat transfer device 114, the heat generated in the heat engine 112 can be at least partially supplied to the treatment fluid 110, so that in this way the treatment fluid 110 arranged in the dip tank 106 can be heated.
  • the treatment fluid 110 thus brought to a certain temperature can then be used when dipping the workpiece 104 into the treatment fluid 110 for treating the workpiece 104.
  • the pump 116 is thus both a treatment unit 143 and an influencing unit 145, because by means of the pump 116 by supplying the heated treatment fluid 110 to the dip tank 106, a treatment of a surface of the workpiece 104 takes place and at the same time the temperature in the dip tank 106 and thus the Temperature during the treatment of the workpiece 104 is affected.
  • a second embodiment of a surface treatment device 100 shown in FIG. 2 essentially differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a plurality of dip tanks 106 of a dip painting system 102 are provided and a plurality of functional units 118 designed as pumps 116 are connected by means of a common shaft 120 the heat engine 112 are mechanically coupled.
  • the surface treatment apparatus 100 embodied as a dip-coating installation 102 shown in FIG. 2 comprises three dip tanks 106, which form different treatment areas 144 of the surface treatment apparatus 100.
  • a first plunge pool 106 forms a pretreatment area 146.
  • a second plunge pool 106 forms a main treatment area 148, for example.
  • a third plunge pool 106 forms an aftertreatment area 150.
  • a workpiece 104 may be pretreated, for example primed.
  • the workpiece 104 is preferably painted.
  • the aftertreatment area 150 serves for the aftertreatment of the workpiece 104, for example the sealing of the surface of the workpiece 104.
  • three functional units 118 designed as pumps 116 are provided for respectively supplying the treatment fluid 110 from the respective immersion tanks 106 to a heat transfer device 114.
  • the heat transfer devices 114 are in fluid communication with the heat engine 112 by means of heat transfer fluid lines 126, so that the treatment fluid 110 pumped by the heat transfer devices 114 via the pumps 116 can absorb the heat generated in the heat engine 112 and thus the treatment fluid 110 respectively disposed in the dip tank 106 can be heated.
  • Another functional unit 118 embodied as a pump 116 forms an injection device 152 in the embodiment of the surface treatment device 100 shown in FIG. 2.
  • the spray device 152 comprises a spray ring 154, which is arranged between the main treatment area 148 and the aftertreatment area 150 and which serves for spraying the workpieces 104 above the main treatment area 148 with treatment fluid 110 from the second dip basin 106.
  • the spray ring 154 has a multiplicity of nozzles 156, by means of which the treatment fluid 110 conveyed by means of the functional unit 118 of the spray device 152 embodied as a pump 116 can be dispensed from the second dip tank 106 onto the workpieces 104.
  • the second embodiment of the surface treatment device 100 may also have further dip basins 106 and thus further treatment areas 144, which then adjoin the post-treatment area 150 shown as further after-treatment areas 150.
  • a plurality of pretreatment areas 146 and / or a plurality of main treatment areas 148 may also be provided.
  • a third embodiment of a surface treatment device 100 shown in FIG. 3 is designed as a painting installation 158 and as such comprises a painting booth 160, which represents a treatment area 144 of the surface treatment device 100 and in which a workpiece 104 designed, for example, as a vehicle body 162 can be painted by means of painting robots (not shown) is.
  • the workpieces 104 can be conveyed by means of a conveying device 164 in a conveying direction 184 through the painting cabin 160.
  • the painting installation 158 further comprises a plenum 166 arranged above the painting booth 160, through which air can be supplied to the treatment area 144, that is to say to the painting booth 160 of the painting installation 158.
  • a cleaning device 167 Arranged below the painting booth 160 is a cleaning device 167 designed as a separating device 168 of the painting installation 158, by means of which fluid paint overspray arising in the painting operation of the painting installation 158 can be separated from the air carried through the painting booth 160.
  • the paint shop 158 further includes a heat engine 112, which is formed according to the above-described embodiments of the surface treatment device 100, for example, as a gas turbine engine 132 or gas engine.
  • the mechanical energy generated by the heat engine 112 is transmitted in the illustrated in Fig. 3 embodiment of the surface treatment device 100 by means of the common shaft 120 to a trained as a fan 170 functional unit 118 of the surface treatment device 100 and thus used to drive an air flow through the paint shop 158. Further, the heat generated in the heat engine 112 is used to heat the air to be passed through the paint shop 158.
  • a heat transfer device 114 is provided which is connected to the heat engine 112 by means of heat transfer fluid lines 126.
  • a supply air line 172 of the paint shop 158 fresh air can be sucked in by means of the fan 170, which can be heated in the heat transfer device 114 and fed through the plenum 166 of the paint booth 160.
  • the air After flowing through the separation device 168 for cleaning the guided through the paint booth 160 air, which is contaminated in (paint) operation of the paint shop 158 with fluid paint overspray, the air is discharged via an exhaust pipe 174 of the paint shop 158.
  • Oxidatorzu operationsvoriques 134 of the formed as a gas turbine 132 heat engine 112 oxidizer is supplied. Fuel is supplied to the gas turbine 132 via the fuel supply device 136.
  • the heat engine 112 designed as a gas turbine 132
  • the energy stored in the fuel is converted into mechanical energy and heat.
  • the mechanical energy is transmitted to the fan 170 via the common shaft 120.
  • the heat is transferred by means of the heat transfer device 114 to the air to be supplied to the paint booth 160 of the paint shop 158.
  • the entire air supply of the paint shop 158 is thus preferably operated solely by means of energy from the heat engine 112. As a result, an energy-efficient operation of the painting 158 is possible.
  • the third embodiment shown in FIG. 3 is identical in construction and function to the first embodiment shown in FIG. 1, so that reference is made to the above description thereof.
  • a fourth embodiment of the surface treatment device 100 shown in FIG. 4 essentially differs from the third embodiment shown in FIG. 3 in that the air guided through the paint booth 160 can optionally be reused completely or at least partially by means of a circulating air guide device 176.
  • the painting installation 158 according to the fourth embodiment of the surface treatment device 100 comprises a further functional unit 118 designed as a fan 170, which is arranged on the common shaft 120 and thus drivable together with the fan 170 for supplying fresh air to the plenum 166 of the heat engine 112.
  • the air guided in the circulating air guide device 176 is also heated or cooled
  • Heat transfer device 114 is provided.
  • the fourth embodiment of the surface treatment device 100 shown in FIG. 4 functions as follows:
  • the guided through the treatment area 144 of the surface treatment device 100 air is cleaned by means of the separation device 168 of the painting 158 and then at least not completely discharged through the exhaust pipe 174, but rather via a recirculation line 178 of the circulating air guide device 176 by means of a fan 170 of the circulating air guide device 176 of a heat transfer device 114 of Umluft Equipmentsvoriques 176 and finally the plenum 166 of the paint shop 158 supplied.
  • the fourth embodiment of the surface treatment apparatus 100 shown in FIG. 4 is identical in structure and function to the third embodiment shown in FIG. 3, so that reference is made to the above description thereof.
  • a fifth embodiment of a surface treatment device 100 illustrated in FIG. 5 is designed as a dryer 180 for drying workpieces 104, in particular vehicle bodies 162.
  • the dryer 180 comprises an elongated drying tunnel 182, which is provided with a conveying device 164 extending over the entire length of the drying tunnel 182.
  • a conveying device 164 By means of the conveying device 164, the workpieces 104 can be conveyed in the conveying direction 184 through the drying tunnel 182.
  • the workpieces 104 are thereby guided through different treatment areas 144 of the surface treatment device 100 designed as a dryer 180, wherein each treatment area 144 is supplied with heated air for drying the workpiece 104.
  • Each treatment area 144 is assigned a heat engine 112, a heat transfer device 114 and a functional unit 118 designed as a fan 170, mechanical energy being transferable to the functional unit 118 designed as a fan 170 by means of the heat engine 112 and the air driven by the fan 170 by means of the heat transfer device 114 is heated.
  • the combination of a heat transfer device 114, a functional unit 118 designed as a fan 170, and preferably also a heat engine 112, may be designed as a module 186, for example.
  • each module 186 comprising a heat engine 112, for example a gas turbine 132 or a gas engine.
  • the surface treatment device 100 illustrated in FIG. 5 comprises an exhaust air line 174 for discharging laden air, for example with solvents which evaporate on drying of the workpieces 104.
  • the Dryer 180 a designed as exhaust air purification device 188 cleaning device 167, which includes, for example, a regenerative thermal oxidation device and by means of which the pollutants contained in the air to be discharged can be oxidized and thus rendered harmless.
  • the surface treatment apparatus 100 embodied as a dryer 180, as shown in FIG. 5, optionally comprises a further air line 190, by means of which the exhaust air from the treatment areas 144, which is loaded with solvents, can be supplied to the heat engine 112, which is designed, for example, as a gas turbine 132. In this way, the pollutants contained in the exhaust air can also be made harmless.
  • a separate exhaust air purification device 188 is then preferably dispensable.
  • the exhaust air line 174 may be provided with a heat transfer device 114 in order to be able to transfer the heat contained in the exhaust air from the treatment areas 144, for example, to fresh air for the supply to the treatment areas 144.
  • the fifth embodiment of the surface treatment apparatus 100 shown in FIG. 5 coincides in structure and function with the fourth embodiment shown in FIG. 4, so that reference is made to the above description thereof.
  • a sixth embodiment of a surface treatment device 100 shown in FIG. 6 essentially differs from the fifth embodiment shown in FIG. 5 in that the modules 186 each have only one heat transfer device 114 and one functional unit 118 designed as a fan 170. All functional units 118 designed as fans 170 are mechanically coupled by means of a common shaft 120 to a single heat engine 112 for all modules 186.
  • all the heat transfer devices 114 are also thermally coupled by means of heat transfer fluid lines 126 to the single heat engine 112.
  • the sixth embodiment of the surface treatment apparatus 100 shown in FIG. 6 is identical in construction and function to the embodiment shown in FIG. 5, so that reference is made to the above description thereof.
  • At least one functional unit 118 is mechanically coupled to the heat engine 112, mechanical energy from the heat engine 112 is particularly easily mechanically transmitted to the at least one functional unit 118, so that energy-efficient operation of the surface treatment apparatus 100 is possible is.
  • a surface treatment device 100 comprises a dip-coating system 102, a (spraying) painting installation 158 and / or a dryer 180 together with the corresponding functional units 118 and heat engines 112 required for operating the same.
  • the surface treatment device 100 shown in FIG. 7, designed as an installation 1 for drying workpieces, is designed in particular for vehicle bodies 3 (or parts thereof) and has a cabin designed as a dryer tunnel 5 or a dryer cabin.
  • the drying tunnel 5 has a considerable heat demand, so that the dryer tunnel sensitive heat from the outside must be supplied to a certain, compared to environmental conditions significantly elevated temperature level.
  • a system for drying motor vehicle bodies is described.
  • a system for tempering, drying, curing and / or irradiation, but in particular for heating larger metal components is provided.
  • components in addition to motor vehicle bodies (or parts thereof) other large-volume systems with relatively large heat capacity in question, which are subjected to a treatment, which has an increased heat demand. Accordingly, the so-called dryer, the so-called dryer cabin or the dryer tunnel can take over any tasks with heat demand.
  • the dryer tunnel 5 Through the dryer tunnel 5, thewortka can rossen 3, which are mounted on skids 7, are moved by means of a conveyor 9. This mechanical energy is consumed.
  • the conveyor device 9 has an electric drive 10.
  • the drive 10 is an electrical energy consumer in the system 1.
  • the dryer tunnel 5 has an inlet lock 11 and an outlet lock 13.
  • the dryer tunnel 5 comprises a drying section 15 which is located between the inlet lock 11 and the outlet lock 13 lies.
  • the drying section 15 is preferably designed such that approximately fifteen freshly coated substrates containing a paint and / or a solvent-containing vehicle body 3 can be dried more or less simultaneously. For this purpose, the drying section 15 z. B.
  • a temperature T in the range between 130 ° C. ⁇ T ⁇ 200 ° C is usually in a temperature range between 140 ° C ⁇ T ⁇ 175 ° C, dried.
  • the drying temperature for a cathodic dip coating is z. B. 180 ° C, for a filler coating 160 ° C and for thick paint 140 ° C.
  • the amount of heat required for drying a vehicle body is determined by the amount of heat that must be entered into the steel sheet of ayedka rosette during a heating time of 15 min, so that it heats up to the drying temperature. Since the weight of the steel sheet processed in a vehicle body is usually on the order of 500 kg, the
  • Drying of paint or substrate on a freshly coated vehicle body requires an amount of heat that is about 36 MJ.
  • a period of 15 minutes residence at drying temperature T is preferably provided subsequent to the mentioned heating time.
  • the vehicle bodies 3 are moved through a gas atmosphere containing heated fresh air.
  • the vehicle bodies 3 are in the drying section 15 of the dryer tunnel 5 in a hot air atmosphere with circulated hot air.
  • the temperature of the hot air corresponds here to the required drying temperature for paint and / or substrate to a vehicle body 3.
  • the hot air atmosphere in the dryer tunnel 5 with a defined Flow circulated.
  • the dryer tunnel 5 inlet and outlet openings 16, 17 for supply air in the form of hot air, which are connected to a heat exchanger 19.
  • the inlet openings 16 in the dryer tunnel are preferably designed with nozzles in a heating area. Further preferably, inlet openings without nozzles are provided in a subsequent holding area.
  • the heat exchanger 19 is associated with a fan 21, which sucks in cooled hot air through one or more outlet openings 17 through the heat exchanger 21 and feeds back into the dryer tunnel 5 via one or more nozzles 16 in the dryer tunnel 5.
  • the heat exchanger 19 is connected to the
  • the heat engine 25 is a gas turbine, e.g. the gas turbine type SGT-400 from Siemens or the gas turbine type LM 1600 from General Electric. Instead of a gas turbine, however, it is also possible to use in the system 1 gas engines or other internal combustion engine. Suitable for use in Appendix 1 are e.g. also the gas engines of the type J616 GS of the series 6 from the house Jenbacher gas engines.
  • the heat engine 25 burns a fuel gas, which is supplied to it via a line 47.
  • the resulting exhaust gas of the heat engine 25 is thereby at a temperature TEG, which is between 300 ° C and 600 ° C, and a mass flow IMEG, which flows with 17 kg / s ⁇ IMEG ⁇ 21 kg / s in the exhaust pipe 23.
  • the exhaust pipe 23 is preferably designed as a hot tube with a pipe diameter of nominal size DN 800.
  • heat is released from the exhaust gas of the heat engine 25 to the hot air for the dryer tunnel 5 moved by means of the blower 21 through the heat exchanger 19.
  • the exhaust gas of the heat engine 25 is guided to a corresponding to the heat exchanger 19 formed further heat exchanger 27.
  • the heat exchanger 27 is also by means of a blower 29 in heated hot air circulated to the drying section of the dryer tunnel 5 to a drying temperature.
  • the exhaust gas of the gas turbine 25 reaches a heat exchanger 31 for fresh air.
  • a heat exchanger 31 for fresh air fresh air is sucked in via a fan 33.
  • This heated fresh air is guided to the entrance lock 11 and the exit lock 13 of the dryer tunnel.
  • On the output side of the heat exchanger 31 for fresh air there is a further blower 35.
  • the already cooled exhaust gas of the heat engine 25 is blown with pressure into a hot gas line 37 in a designed as a waste heat boiler 39 heat exchanger.
  • the residual heat of the exhaust gas is then discharged to a hot water circuit 41.
  • the hot water circuit 41 serves to provide additional heat consumers with heat, such as a so-called pre-treatment station in a paint shop, a heating system for a hall with workstations or a heating system for supply and exhaust air.
  • a chimney 43 is associated with this. Through the chimney 43, the cooled exhaust gas of the heat engine 25 is released to the environment.
  • the dryer tunnel 5 is connected via an exhaust air line 52 to a purification reactor 54 for the thermally regenerative oxidation of solvent-containing dryer exhaust air from the dryer tunnel 5.
  • the purification reactor 54 is connected via a gas line 56 to a heat exchanger 58 designed as a heat exchanger.
  • Waste heat boiler 58 the heat of the cleaned in the purification reactor 54 exhaust air is discharged to a hot water circuit 60.
  • This hot water circuit 60 serves to provide heat to other heat consumers who work at low temperature.
  • the purified waste air flowing through the waste heat boiler 58 from the purification reactor 54 is discharged through a chimney 62 to the environment. This measure ensures a good flow behavior for the exhaust air in the waste heat boiler 58th
  • a preferably be fired with fossil fuel heater 64 is provided in the exhaust pipe 23 between the heat engine 25 and the heat exchanger 19.
  • the heat engine 25 is supplied via a port 50 with fresh air. It works in a good approximation according to the thermodynamic Joule-Thomson process.
  • the mechanical power of the heat engine 25 is designed so that with the enthalpy of the exhaust gas preferably up to 30 or more vehicle bodies per hour at a drying temperature between 130 ° C and 200 ° C in the dryer tunnel 5 can be dried.
  • Such a heat engine can provide a mechanical power of about 12 MW.
  • the heat engine 25 is associated with a generator 45.
  • the heat engine 25 is coupled to the generator 45 motion.
  • a torque supplied to a drive train of the heat engine is transmitted to the generator 45 by means of a rotatable shaft 46.
  • the generator 45 When operating the heat engine 25, the generator 45 generates electrical energy.
  • the introduced with the rotatable shaft 46 in the generator 25 mechanical energy is consumed in the generator 45.
  • the generator 45 is a consumer of mechanical energy in the system 1.
  • the generator 45 is connected to a supply module 49. About the supply module 49, the generator 45 supplies the electrical load of the system 1 as the electric drive 10 of the conveyor 9 and the blower 21, 29, 33, 35 and corresponding
  • FIG. 8 shows a surface treatment device 100 embodied as a plant 901 for drying vehicle bodies 903, having a drying tunnel 905, which, like the drying tunnel 5 of the plant 1 from FIG. 7, is designed. Also, the structure of the conveyor 909 for moving the vehicle bodies 903 to truck carriages 907 is the same as in the unit 1.
  • the unit 901 For heating the hot air circulated in the drying section 915 of the dryer tunnel 905, the unit 901 has a heat exchanger 919 and a heat exchanger 927.
  • the heat exchangers 919 , 927 corresponding blowers 921, 929 are assigned to move the hot air through inlet and outlet openings 916, 917 in the dryer tunnel 905.
  • the heat exchangers 919, 927 are not directly connected to the exhaust pipe 923 of the heat engine 925, but arranged in a circuit 940 with heat transfer fluid in the form of hot water or thermal oil.
  • this measure makes it possible to install less hot pipe with a large pipe diameter in order to heat the hot air for the dryer tunnel 905 with heat from the exhaust gas of the heat engine 45.
  • the heat transfer fluid in the circuit 940 transports the heat, which was extracted from the exhaust gas of the heat engine 925, to the heat exchangers 919, 927, where it is discharged to the hot air circulated in the dryer 905.
  • the exhaust pipe 923 is connected to a heat exchanger designed as a waste heat boiler 939.
  • the waste heat boiler 939 is assigned a chimney 943. In the waste heat boiler 939, the heat from the exhaust gas of
  • Heat engine 925 transferred to the circuit 940 for hot water. To allow a quick start-up of the plant 901 is in one
  • Section 942 of the circuit 940 provided a fossil fuel-firing heater 964.
  • conduit section 946 of the circuit provided a fossil fuel-firing heater 964.
  • heat storage 965 there is a heat storage 965.
  • heat is stored in the heat storage 965. With this stored heat, the fresh air flowing through the heat exchanger 931 can be heated when the heat engine 925 is operated at low power or stands still.
  • the circuit 940 includes a leg 944, through which the heat of the exhaust gas of the heat engine 925 can be transported to a heat exchanger 931.
  • This heat exchanger 931 serves as the heat exchanger 31 in the system 1 to heat fresh air, via a
  • Blower 933 to the entrance lock 911 and the exit lock 913 of the dryer tunnel 905 is performed.
  • the waste heat boiler 939 is also combined with a circuit 941 for hot water, which, like the circuit 41 in the system 1, serves to supply further heat consumers with heat in a low-temperature region which has been removed from the exhaust gas of the gas turbine 25.
  • the dryer tunnel 905 is combined in the system 901 with a cleaning reactor 954 for the purification of exhaust air to which a waste heat boiler 958 with a hot water circuit 960 and a chimney 962 is assigned as in the purification reactor 54 of Appendix 1 of FIG.
  • the heat engine 925 in the plant 901 drives an electric generator 945.
  • About a supply module 949 are connected to the generator
  • the heat engine 225 may be designed in particular as a gas turbine or gas engine or as a diesel engine.
  • the heat engine 225 is also coupled by a shaft 226 to a generator 245.
  • the heat engine 225 in the plant 301 is associated with an accumulator designed as memory 320 for electrical energy and a memory 310 for heat.
  • the heat accumulator 310 is located in a bypass line 312 which can be shut off by means of controllable valves 314, 316.
  • the bypass line 312 is connected to a section of the exhaust line 223 of the heat engine 225, in which a controllable shut-off valve 318 is arranged.
  • the storage 320 for electrical energy is connected in an electrical bypass line 322.
  • the electrical energy store 320 allows the energy to be stored from electrical current I generated by the generator 245 as it exceeds the demand of the system consumers powered by the supply module 249. Accordingly, by driving the valves 314, 316, 318 with the accumulator 310, heat from the exhaust gas of the gas turbine 225 may be stored when the amount of heat available in the exhaust gas over time exceeds the heat range for operating the drier booth.
  • the structure of the system 301 corresponds to the structure of the system 1 or 901 from FIG. 7 or FIG. 8.
  • the painting system 400 shown in FIG. 10 includes a system 401 for the
  • the system 401 includes an exhaust duct 471 through which exhaust air enriched with hydrocarbons from the dryer tunnel 405 of the heat engine 425 can be supplied as fuel gas.
  • a gas reservoir 473 is preferably arranged in the exhaust duct 471.
  • the exhaust air from the dryer tunnel 405 can be fed by means of a compressor 475.
  • the paint shop 400 includes a paint booth 483.
  • the paint booth 483 is a paint booth.
  • vehicle skirts 485 may be sprayed with a paint robot 487.
  • the spray booth 483 has an exhaust system 489 for air with a blower 491.
  • the extracted from the spray booth 483 air can be introduced via a line system 493 with valves 495, 497 in the mixing chamber 477.
  • This arrangement allows the heat engine 425 optionally to be operated with exhaust air from the dryer tunnel 405, with hydrocarbon-containing exhaust air from the paint booth 483 or with fuel gas supplied from outside the plant 401, or with a gas mixture.
  • the heat engine 425 can therefore be supplied to the paint shop here loaded with hydrocarbons exhaust gases. In the heat engine 425, these exhaust gases may be burned.
  • the system 501 for drying vehicle bodies 503 shown in FIG. 11 contains a plurality of heat engines in the form of gas engines 571, 573, 575.
  • gas engines 571, 573, 575 it may, for.
  • gas engines 571, 573, 575 it may, for.
  • these include, for example, the gas engine type E 2842 LE 322 or the gas engine type E 2876 TE 302 made by MAN.
  • elements in FIG. 11 which correspond to elements shown in FIG. 7 are increased by the number 500 compared with FIG Numbers identified as reference numerals.
  • the heat engines 571, 573 are arranged in separate hot box modules 572, 574.
  • the heat engines 571, 573 are mechanically coupled in the respective hot box module 572, 574 via drive shafts 577, 579 each with a generator 581, 583 and with a fan 587, 589.
  • the fans 587, 589 serve to circulate air in the dryer tunnel 505.
  • the fans 587, 589 move the air out of the dryer tunnel 505 in the hot box modules 572, 574 through a heat exchanger 591, 593 located there respectively in the Near the heat engine 571, 573 is arranged.
  • Each hot box module 572, 574 includes two control valves 595, 597.
  • the exhaust gas from the heat engines can optionally pass through a conduit section 599 through the heat exchanger 591, 593 are guided to thereby heat the circulating air from the dryer tunnel 505, or via a
  • Line section 601 are passed directly into the dryer tunnel 505.
  • the heat engine 575 is disposed in a module 603 for heating fresh air, which may be supplied to the dryer tunnel 505 via a piping system 605.
  • a generator 585 and a fan 592 are arranged.
  • the fan 592 and generator 585 are motion coupled to the heat engine 575 by drive shafts 594, 596.
  • the blower 591 fresh air can be sucked in to supply them to the dryer tunnel 505.
  • the blower 592 is connected to a heat exchanger 607.
  • the heat exchanger 607 in turn is connected via a line section 609 to the heat engine 575.
  • the exhaust of the heat engine 575 can be routed via the line section 609 through the heat exchanger 607 to the outside. As a result, heat is transferred from the exhaust gas of the heat engine 575 to the fresh air supplied to the dryer tunnel 505.
  • the heat engines 571, 573, 575 in the system 501 each have a cooling circuit, which is not shown in FIG. 11. This cooling circuit is used for the cooling of the combustion chambers in the heat engine 571, 573, 575. With the released over the cooling circuit heat of the heat engines 571, 573, 575 heat consumers can be supplied in a low temperature range with heat, which are not shown in Fig. 11 ,
  • the generators 581, 583, 585 arranged in the hot-box modules 572, 574 and the module 603 for the heating of fresh air generate electrical energy, which is supplied via electrical lines 611 to the supply module 549 in the system 505.
  • An installation 1 for heating and / or drying vehicle bodies 3 comprises a cabin 5. It has a heating device 19, 27 for heating supply air for the cabin 5.
  • the heater includes at least one heat exchanger 19, 27.
  • the heat exchanger 19, 27 can be acted upon by the hot exhaust gas of a heat engine 25.
  • the heat engine 25 is motion coupled to the load of mechanical energy 45. Due to this movement coupling can be transmitted from the heat engine 25 mechanical energy to the load 45.
  • Particular embodiments of the invention are the following:
  • Heat exchanger for the hot exhaust heat for the heating of supply air for the cabin (5, 905, 405, 505) is withdrawn, and wherein the heat engine (25, 925, 425, 571, 575) with the consumer (45, 945, 445, 587, 592) is coupled to transmit mechanical energy to the consumer (45, 945, 445, 587, 592) from the heat engine (25, 925, 425, 571, 575).
  • Heating of réelleierifiuid in a start-up phase of the heat engine (25, 925) by a heater (964) and / or a heat storage (965) is guided.
  • the heat transfer fluid preferably water, an aqueous salt solution or a thermal oil is selected.
  • Heat transfer fluid circuit (940), a further heat exchanger (931) for the heating of a cabin (905) supplied fresh air is arranged.
  • a booth (5, 905) is connected via an exhaust duct (52, 952) to a purification reactor (54, 954) for the thermally regenerative oxidation of solvent-containing dryer exhaust air, to the one Heat exchanger (58, 958) for the transfer of heat to a particular formed as a water circuit (60, 960) or thermal oil circuit heat transfer fluid circuit is connected to at least one operating in a low temperature region heat consumer, in particular a heat exchanger for heating the cabin supplied fresh air with heat to supply.
  • Generating electrical energy for an electrical load (10, 21, 29, 33, 910, 921, 929, 933) is formed.
  • Plant according to one of embodiments 1 to 13, wherein the consumer of mechanical energy as a fan (587, 589, 592) for moving supply air through the cabin (505) is formed.
  • Painting system according to embodiment 17 with a painting station (483), which is connected via an exhaust air line (493) with a heat engine (450) to supply the heat engine (450) fuel gas in the form of enriched with hydrocarbons exhaust air from a painting station (483).

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Abstract

Um eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) zum Behandeln einer Oberfläche eines Werkstücks (104), umfassend eine als Energiequelle (138) dienende Wärmekraftmaschine (112) und mindestens eine Funktionseinheit (118) zum Durchführen einer Funktion der Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100), zu schaffen, welche besonders energieeffizient betreibbar ist, wird vorgeschlagen, dass die Wärmekraftmaschine (112) mit mindestens einer Funktionseinheit (118) der Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) mechanisch gekoppelt ist, so dass Energie von der Wärmekraftmaschine (112) auf mindestens eine Funktionseinheit (118) mechanisch übertragbar ist.

Description

Oberflächenbehandlungsvorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung zum Behandeln einer Oberfläche eines Werkstücks, welche eine als Energiequelle dienende Wärmekraftmaschine und mindestens eine Funktionseinheit zum Durchführen einer Funktion der Oberflächenbehandlungsvorrichtung umfasst.
Oberflächenbehandlungsvorrichtungen sind beispielsweise Lackiervorrichtungen zum Lackieren von Werkstücken, beispielsweise von Fahrzeugkarosserien. Solche Oberflächenbehandlungsvorrichtungen benötigen viele Funktionseinheiten, um die zuverlässige Funktion, beispielsweise ein zuverlässiges, fehlerfreies Lackieren der Fahrzeugkarosserien, gewährleisten zu können. Insbesondere sind hierzu Ventilatoren, Reinigungsvorrichtungen, Heizvorrichtungen, etc. notwendig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche besonders energieeffizient betreibbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Wärmekraftmaschine der Oberflächenbehandlungsvorrichtung mit mindestens einer Funktionseinheit der Oberflächenbehandlungsvorrichtung mechanisch gekoppelt ist, so dass Energie von der Wärmekraftmaschine auf mindestens eine Funktionseinheit mechanisch übertragbar ist.
Dadurch, dass Energie von der Wärmekraftmaschine auf mindestens eine Funktionseinheit mechanisch übertragbar ist, kann die im Betrieb der Wärmekraftmaschine erzeugte mechanische Energie im Wesentlichen ohne Umwandlungsverlust direkt auf die mindestens eine Funktionseinheit der Oberflächenbehandlungsvorrichtung übertragen werden. Hierdurch erhöht sich die Energieeffizienz der Wärmekraftmaschine und somit der gesamten Oberflächenbehandlungsvorrichtung.
Unter einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere eine Vorrichtung zu verstehen, mittels derer eine Oberfläche eines Werkstücks, beispielsweise eine Oberfläche einer Fahrzeugkarosserie, beispielsweise vorbehandelt, beschichtet, lackiert, gewachst und/oder getrocknet werden kann. Eine solche Behandlung der Oberfläche des Werkstücks erfolgt in einem als Behandlungsbetrieb bezeichneten Betriebsmodus der Oberflächenbehandlungsvorrichtung.
Mindestens eine mit der Wärmekraftmaschine mechanisch gekoppelte Funktionseinheit dient der Durchführung einer Funktion der Oberflächenbehandlungsvorrichtung im Behandlungsbetrieb, in einem Wartungsbetrieb, in welchem Wartungsarbeiten an der Oberflächenbehandlungsvorrichtung durchgeführt werden und/oder in einem Stand-by-Betrieb der Oberflächenbehandlungsvorrichtung, in welchem die Oberflächenbehandlungsvorrichtung betriebsbereit zum Beginnen des Behandlungsbetriebs gehalten wird.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine mit der Wärmekraftmaschine mechanisch gekoppelte Funktionseinheit als ein Ventilator zum Antreiben einer Luftströmung, als eine Pumpe zum Antreiben einer Betriebsflüssigkeit, als eine Fördervorrichtung zum Fördern von Werkstücken, als eine Reinigungsvorrichtung, als eine Heizvorrichtung und/oder als eine Kühlvorrichtung ausgebildet ist.
Eine als Ventilator ausgebildete Funktionseinheit kann dabei insbesondere der Belüftung von Vorbehandlungszonen zur Vorbehandlung des Werkstücks, von kathodischen Tauchlackierzonen (KTL-Zonen) zum Lackieren der Werkstücke, von Lackierkabinen (Spritzkabinen) zum Lackieren von Werkstücken, von Reinräumen, von Trocknern zum Trocknen der Werkstücke, von Zwischentrocknern, von Kühlzonen, von Schleusen, von Arbeitsplätzen und/oder einer die Oberflächenbehandlungsvorrichtung umgebenden Halle dienen. Ferner kann eine als Ventilator ausgebildete Funktionseinheit zum Antreiben einer Luftströmung in einer Reinigungsvorrichtung, beispielsweise einer Abluftreinigungsvorrichtung, dienen.
Eine als Pumpe ausgebildete Funktionseinheit kann beispielsweise zur Badumwälzung von Vorbehandlungsbädern, kathodischen Tauchlackierbädern und/oder Spülbädern dienen. Ferner kann eine als Pumpe ausgebildete Funktionseinheit zur Versorgung von Spritzeinrichtungen, insbesondere Lackiereinrichtungen zum Fluidlackspritzen (Nasslackspritzen), mit Fluidlack und/oder zum Antreiben von Wasser in Wasseraufbereitungsanlagen und/oder Abwasseranlagen dienen.
Mit dem Begriff "Fluidlack" wird dabei - im Unterschied zum Begriff "Pulverlack" - ein Lack mit einer fließfähigen Konsistenz, von flüssig bis pastös (beispielsweise im Falle eines PVC-Plastisols), bezeichnet. Der Begriff
"Fluidlack" umfasst insbesondere die Begriffe "Flüssiglack" und "Nasslack".
Die in einem Energieumwandlungsbetrieb der Wärmekraftmaschine, das heißt in einem Betriebsmodus der Wärmekraftmaschine, in welchem chemische Energie in mechanische Energie und/oder thermische Energie (Wärme) umgewandelt wird, durch die Verbrennung von Brennstoff erzeugte Wärme wird vorzugsweise ebenfalls zum Betrieb (Behandlungsbetrieb) der Oberflächenbehandlungsvorrichtung verwendet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Wärme einer als Fertigungsanlage, insbesondere als Lackiererei, ausgebildeten Oberflächenbehandlungsvorrichtung zugeführt wird, um diese auf eine gewünschte Temperatur zu erwärmen. Die Wärme wird dann insbesondere zur Beheizung von Vorbehandlungsbädern verwendet. Ferner können Lackierkabinen, insbesondere Spritzkabinen, zum Aufbringen von verschiedenen Schichten, beispielsweise von Lackschichten zur Nahtabdichtung, Schichten für den Unterbodenschutz, Schichten als Füller, Decklackschichten oder Wachsschichten, mittels der aus der Wärmekraftmaschine stammenden Wärme beheizt werden.
Auch Reinräume und/oder Arbeitsplätze können mittels der im Energieumwandlungsbetrieb der Wärmekraftmaschine entstehenden Wärme beheizt werden. Auch eine die Oberflächenbehandlungsvorrichtung umgebende Halle kann mittels der im Energieumwandlungsbetrieb der Wärmekraftmaschine entstehenden Wärme beheizt werden.
Insbesondere in einer als Trockner zum Trocknen von Werkstücken ausgebildeten Oberflächenbehandlungsvorrichtung kann die aus der Wärmekraftmaschine stammende Wärme verwendet werden. Solche Trockner sind insbesondere zum Trocknen von Beschichtungen des Werkstücks, beispielsweise Beschichtungen zum Nahtabdichten, Unterbodenschutzschichten, Füllerschichten, Decklackschichten oder Wachsschichten, geeignet.
In als Fertigungsanlagen, insbesondere Lackieranlagen, ausgebildeten Oberflächenbehandlungsvorrichtungen kann ferner Kälteenergie benötigt werden, welche beispielsweise mittels mechanischer Energie über Kompressionskältemaschinen und/oder mittels mechanischer Energie und Wärme über Absorptionskältemaschinen erzeugbar ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens eine als Kompressionskältemaschine und/oder mindestens eine als Absorptionskältemaschine ausgebildete Funktionseinheit mechanisch und/oder thermisch mit der Wärmekraftmaschine gekoppelt ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberflächenbehandlungsvorrichtung mindestens eine Stromerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von Strom umfasst, welche mit der Wärmekraftmaschine mechanisch gekoppelt ist. Auf diese Weise kann ein Überschuss an mechanischer Energie besonders einfach in zum Betrieb (Behandlungsbetrieb) der Oberflächenbehandlungsvorrichtung benötigten Strom umgewandelt werden. Günstig kann es sein, wenn die Oberflächenbehandlungsvorrichtung zusätzlich zu mindestens einer Funktionseinheit mindestens eine Stromerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von Strom umfasst, welche mit der Wärmekraftmaschine mechanisch gekoppelt ist. Die mindestens eine Funktionseinheit, die mindestens eine zusätzliche Stromerzeugungsvorrichtung und die Wärmekraftmaschine sind dann vorzugsweise mittels einer gemeinsamen Welle und/oder über mindestens ein Getriebe mechanisch miteinander gekoppelt.
Die Oberflächenbehandlungsvorrichtung umfasst vorzugsweise mindestens eine Elektrolysevorrichtung. Mittels einer solchen Elektrolysevorrichtung kann beispielsweise durch Aufspaltung von Wasser besonders einfach elektrische Energie gespeichert werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Wärmekraftmaschine eine Gasturbine und/oder einen Verbrennungsmotor umfasst. Eine Gasturbine kann dabei insbesondere als Mikro-Gasturbine ausgebildet sein. Ein Verbrennungsmotor ist insbesondere ein Gasmotor, ein Ottomotor oder ein Dieselmotor. Mittels der Wärmekraftmaschine ist in einem Energieumwandlungsbetrieb chemische Energie in mechanische und thermische Energie (Wärme) umwandelbar.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wärmekraftmaschine und mindestens eine Funktionseinheit der Oberflächenbehandlungsvorrichtung zur Übertragung der mechanischen Energie eine gemeinsame Welle aufweisen und/oder über ein Getriebe mechanisch miteinander gekoppelt sind. Auf diese Weise ist eine besonders einfache und direkte Übertragung der mechanischen Energie von der Wärmekraftmaschine auf die mindestens eine Funktionseinheit möglich.
Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass eine Abtriebswelle der Wärmekraftmaschine mit einer Antriebswelle der mindestens einen Funktionseinheit identisch ist. Einerseits kann vorgesehen sein, dass die Oberflächenbehandlungsvorrichtung mindestens eine Wärmeübertragungsvorrichtung zur Übertragung von Wärme, welche im Energieumwandlungsbetrieb der Wärmekraftmaschine entsteht, auf eine Wärmespeichervorrichtung und/oder auf einen zu erwärmenden Bereich der Oberflächenbehandlungsvorrichtung umfasst. Auf diese Weise kann
Wärme besonders einfach gespeichert und/oder auf einen zu erwärmenden Bereich übertragen werden.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Oberflächenbehandlungsvorrichtung mindestens eine Absorptionskältemaschine umfasst, mittels welcher die von der Wärmekraftmaschine erzeugte Wärme und/oder mechanische Energie zur Erzeugung von Kälte genutzt werden kann.
Zur Übertragung von Wärme wird vorzugsweise ein Wärmeträger, insbesondere Wasser, Öl, Polyolefine, etc., verwendet.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberflächenbehandlungsvorrichtung mindestens einen Vorbehandlungsbereich, in welchem das Werkstück, beispielsweise zur Vorbereitung eines Lackiervorganges, vorbehandelt, beispielsweise grundiert, wird, mindestens einen Hauptbehandlungsbereich, in welchem das Werkstück beispielsweise lackiert wird, und/oder mindestens einen Nachbehandlungsbereich, in welchem das Werkstück beispielsweise getrocknet, nachbearbeitet und/oder kontrolliert wird, umfasst, welche jeweils mindestens eine mit der Wärmekraftmaschine mechanisch gekoppelte Funktionseinheit der Oberflächenbehandlungsvorrichtung umfassen. Auf diese Weise kann der mindestens eine Vorbehandlungsbereich, der mindestens eine Hauptbehandlungsbereich und/oder der mindestens eine Nachbehandlungsbereich besonders einfach konditioniert, beispielsweise gekühlt, und/oder mit Luft durchströmt werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass mindestens eine mit der Wärmekraftmaschine mechanisch gekoppelte Funktionseinheit eine Beheizung des mindestens einen Vorbehandlungsbereichs, des mindestens einen Hauptbehandlungsbereichs und/oder des mindestens einen Nachbehandlungsbereichs ermöglicht.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mindestens eine als Fördervorrichtung ausgebildete Funktionseinheit, welche sich zum Fördern der Werkstücke durch den mindestens einen Vorbehandlungsbereich, den mindestens einen Hauptbehandlungsbereich und/oder den mindestens einen Nachbehandlungsbereich hindurch erstreckt, mit der Wärmekraftmaschine mechanisch gekoppelt ist.
Vorzugsweise ist jedem Bereich der Oberflächenbehandlungsvorrichtung, beispielsweise dem mindestens einen Vorbehandlungsbereich, dem mindestens einen Hauptbehandlungsbereich und/oder dem mindestens einen Nachbehandlungsbereich, eine separate Wärmekraftmaschine zugeordnet.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mindestens zwei Funktionseinheiten, welche unterschiedlichen Bereichen der Oberflächenbehandlungsvorrichtung zugeordnet sind, mit derselben Wärmekraftmaschine mechanisch gekoppelt sind.
Günstig kann es sein, wenn die Oberflächenbehandlungsvorrichtung mindestens einen Behandlungsbereich umfasst, welcher als Tauchbereich zum Eintauchen des zu behandelnden Werkstücks in ein Fluid ausgebildet ist.
Ferner kann es günstig sein, wenn die Oberflächenbehandlungsvorrichtung mindestens einen Behandlungsbereich umfasst, welcher als Lackierkabine zum Lackieren des zu behandelnden Werkstücks ausgebildet ist. Der Oberflächenbehandlungsvorrichtung kann vorzugsweise mindestens ein Reinraum und/oder mindestens ein Arbeitsplatzbereich für Personal zugeordnet sein, wobei der mindestens eine Reinraum und/oder der mindestens eine Arbeitsplatzbereich mittels der Wärmekraftmaschine mit mechanischer, thermischer und/oder (in Verbindung mit einer Stromerzeugungsvorrichtung) elektrischer Energie versorgt werden kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Reinraum und/oder der Arbeitsplatzbereich mindestens eine Funktionseinheit zum Durchführen einer Funktion des Reinraums bzw. des Arbeitsplatzbereichs umfasst, welche mechanisch mit der Wärmekraftmaschine gekoppelt ist.
Günstig kann es sein, wenn die Oberflächenbehandlungsvorrichtung in einem Gebäude, insbesondere in einer Halle, angeordnet ist, welche mittels mindestens einer mechanisch mit der Wärmekraftmaschine gekoppelten Funktionseinheit beheizbar, kühlbar, mit Luft versorgbar, mit Strom versorgbar und/oder mit einem Betriebsfluid versorgbar ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Oberflächenbehandlungsvorrichtung mindestens eine als Behandlungseinheit und/oder mindestens eine als Beeinflussungseinheit ausgebildete Funktionseinheit umfasst, welche mit der Wärmekraftmaschine mechanisch gekoppelt ist.
Unter einer Behandlungseinheit ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen eine Funktionseinheit zu verstehen, mittels welcher ein Behandlungsschritt beim Behandeln einer Oberfläche eines Werkstücks durchführbar ist. Beispielsweise kann eine Pumpe zum Antreiben einer Flüssigkeit eine Behandlungseinheit sein, wenn die Flüssigkeit mittels der Pumpe zum Behandeln einer Oberfläche eines Werkstücks dem Werkstück zuführbar ist.
Unter einer Beeinflussungseinheit ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen eine Funktionseinheit zu verstehen, mittels welcher mindestens eine Zustandsgröße, bei welcher eine Oberfläche eines Werkstücks behandelt wird, insbesondere die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und/oder der Druck, beeinflussbar ist. Eine Beeinflussungseinheit kann somit beispielsweise eine Heizvorrichtung und/oder eine Kühlvorrichtung sein, mittels welcher die Temperatur, bei welcher die Oberfläche des Werkstücks behandelt wird, beeinflusst werden kann.
Von den Behandlungseinheiten und den Beeinflussungseinheiten zu unterscheiden sind insbesondere Stromerzeugungsvorrichtungen, die selbst keinen Behandlungsschritt durchführen und keine Zustandsgröße einer Oberflächenbehandlung beeinflussen, sondern lediglich die elektrische Energie hierfür bereitstellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung zum Behandeln einer Oberfläche eines Werkstücks bereitzustellen, welches einen besonders energieeffizienten Betrieb der Oberflächenbehandlungsvorrichtung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei dem Verfahren mechanische Energie mittels einer als Energiequelle dienenden Wärmekraftmaschine erzeugt und zumindest ein Teil der mechanischen Energie von der Wärmekraftmaschine auf mindestens eine Funktionseinheit zum Durchführen einer Funktion der Oberflächenbehandlungsvorrichtung mittels einer mechanischen Kopplung übertragen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Oberflächenbehandlungsvorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die mechanische Leistung der Wärmekraftmaschine und/oder die Wärmeabgabeleistung der Wärmekraftmaschine über eine (Energieumwandlungs-) Betriebszeit der Wärmekraftmaschine hinweg zumindest näherungsweise, insbesondere mit einer zeitlichen Leistungsschwankung von höchstens ungefähr 20%, insbesondere höchstens ungefähr 10%, konstant gehalten wird.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein im Betrieb der Wärmekraftmaschine erhaltener Überschuss von mechanischer Energie mittels einer Stromerzeugungsvorrichtung in Strom umgewandelt wird. Auf diese Weise kann der Energieüberschuss besonders einfach einer anderweitigen Verwendung zugeführt und/oder gespeichert werden.
Günstig kann es sein, wenn ein im Betrieb der Wärmekraftmaschine erhaltener Überschuss von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung gespeichert wird. Auf diese Weise kann die im Betrieb der Wärmekraftmaschine erhaltene Wärme besonders einfach zu einem späteren Zeitpunkt einem Verbraucher zugeführt werden.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die im Betrieb der Wärmekraftmaschine erhaltene Wärme nicht oder nicht ausschließlich zum Betrieb der Oberflächenbehandlungsvorrichtung verwendet wird, sondern zumindest teilweise in einem Organic Rankine Cycle-Prozess in Strom umgewandelt wird.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die im Betrieb der Wärmekraftmaschine erhaltene Wärme nicht oder nicht ausschließlich zum Betrieb der Oberflächenbehandlungsvorrichtung verwendet wird, sondern zumindest teilweise Verbrauchern von Wärme, welche nicht zur Funktion der Oberflächenbehandlungsvorrichtung beitragen, beispielsweise räumlich und funktionell nicht mit der Oberflächenbehandlungsvorrichtung in Verbindung stehenden Arbeitsbereichen oder Wohnräumen, zuführbar ist.
Die mechanische Leistung der Wärmekraftmaschine und/oder die Wärmeabgabeleistung der Wärmekraftmaschine werden vorzugsweise an den für den (Behandlungs-)Betrieb der Oberflächenbehandlungsvorrichtung benötigten Bedarf an mechanischer Leistung und/oder Wärme angepasst. Eine Anpassung kann dabei durch Auslegung der Leistung der Wärmekraftmaschine bei deren Herstellung und/oder durch Steuerung und/oder Regelung der momentanen Leistung der Wärmekraftmaschine mittels einer Steuervorrichtung in
Abhängigkeit von dem aktuellen Leistungsbedarf der Oberflächenbehandlungsvorrichtung erfolgen. Zusätzliche Speichervorrichtungen zum Speichern der überschüssigen Energie sind hierdurch vorzugsweise entbehrlich.
Als Brennstoff wird der Wärmekraftmaschine vorzugsweise Öl, Erdöl, Erdgas, Deponiegas, Klärgas, Grubengas, Biogas, Wasserstoff und/oder eine Mischung aus zwei oder mehreren der genannten Brennstoffe zugeführt.
Als Öl kommt insbesondere jede Art von Erdölderivat in Betracht, beispielsweise Benzin, Kerosin, Schweröl oder Diesel.
Als Brennstoffgemisch zur Verwendung in der Wärmekraftmaschine kommt insbesondere eine Mischung von Erdgas, Deponiegas, Klärgas, Grubengas und/oder Biogas und/oder ein Brennstoffgemisch der genannten Gase mit einer Beimischung von ungefähr 1% bis ungefähr 5% Wasserstoff (bezogen auf das Gesamtvolumen oder die Gesamtmasse) in Betracht.
Ferner können die erfindungsgemäße Oberflächenbehandlungsvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren die nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen :
Mittels einer als Energiequelle dienenden Wärmekraftmaschine und mindestens einer Funktionseinheit zum Durchführen einer Funktion der Oberflächenbehandlungsvorrichtung ist insbesondere eine Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) realisierbar, so dass eine energieeffiziente Nutzung der zum Betrieb der Wärmekraftmaschine verwendeten Brennstoffe möglich ist. Mittels der Kraft- Wärme-Kopplung ist insbesondere ein zuverlässiger Betrieb einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung in Gegenden mit häufigen Stromausfällen möglich, da die zum Betrieb der Oberflächenbehandlungsvorrichtung benötigte thermische, mechanische und/oder elektrische Energie vorzugsweise vollständig mittels der Wärmekraftmaschine bereitgestellt wird.
Insbesondere kann mittels einer Wärmekraftmaschine die zugeführte Brennstoffenergie zu etwa 40% in mechanische Energie und ungefähr 60% in thermische Energie umgewandelt werden.
Durch die erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplung werden Verluste in Generatoren, Leitungsverluste und/oder Elektromotorenverluste sowie Strahlungsverluste günstigerweise minimiert.
Insbesondere dann, wenn die Oberflächenbehandlungsvorrichtung eine als Stromerzeugungsvorrichtung (Generator) ausgebildete Funktionseinheit um- fasst, kann ein im Betrieb der Wärmekraftmaschine entstehender Überschuss an mechanischer Energie zur Erzeugung von zusätzlichem Strom verwendet werden, welcher außerhalb der Oberflächenbehandlungsvorrichtung verbraucht oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann.
Bei der Auslegung einer Fabrik mit einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung ist vorzugsweise darauf zu achten, dass mittels der Wärmekraftmaschine ein Überschuss an mechanischer Energie erzeugt wird, da dieser besonders einfach in Strom umgewandelt und anderen Verbrauchern zugeführt werden kann.
Insbesondere dann, wenn eine Einspeisung von Strom in das öffentliche Stromnetz nicht gewünscht ist, kann die elektrische Energie mittels einer Elektrolyseeinrichtung zur Herstellung von gasförmigem Wasserstoff verwendet und somit gespeichert werden. Durch die direkte Nutzung der mechanischen Energie aufgrund der mechanischen Kopplung der Wärmekraftmaschine mit der mindestens einen Funktionseinheit der Oberflächenbehandlungsvorrichtung ist ein besonders hoher Gesamtnutzungsgrad der zur Verfügung gestellten (Brennstoff-)Energie von beispielsweise bis zu 90% möglich.
Eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung ist beispielsweise eine Anlage zum Aufheizen von insbesondere metallischen Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugka rossen, mit einer Kabine (Lackierkabine), mit einer Heizeinrichtung zum Erhitzen von Zuluft für die Kabine, sowie mit einer als Verbraucher von mechanischer Energie ausgebildeten Funktionseinheit.
In der EP 1 302 737 Bl ist eine Lackier- bzw. Beschichtungsanlage für Kraft- fahrzeugka rossen beschrieben, die ein Trocknermodul mit einer Aufheizkabine für das Trocknen von frisch lackierten oder beschichteten Fahrzeugkarossen enthält. Hierzu kann in dem Trocknermodul mittels eines Gebläses Heißluft umgewälzt werden. Die umgewälzte Heißluft wird in einem Wärmetauscher erwärmt.
Um einen zuverlässigen Betrieb von industriellen Anlagen und Fertigungsstrassen, insbesondere in der Automobilproduktion zu gewährleisten, müssen darin vorgesehene Steuerungen und Antriebe ununterbrochen mit elektrischer Energie versorgt werden. U. a. in den sogenannten Entwicklungs- und Schwellenländern ist dies nicht ohne weiteres sichergestellt. Dort kommt es bisweilen zu einem Ausfall von Versorgungseinrichtungen oder Verteilungsnetzen für elektrische Energie. Hier werden deshalb in den Stromversorgungseinrichtungen von Produktionsanlagen Notstromaggregate oder Systeme für das Speichern von elektrischer Energie vorgehalten, damit auch bei einem Zusammenbruch der Netzspannung der Produktionsbetrieb aufrechterhalten werden kann. Vorteilhafterweise kann eine Anlage zum Aufheizen von Bauteilen auch bei vorübergehender Trennung der Anlage von einem öffentlichen Stromversorgungsnetz zuverlässig und kostengünstig betrieben werden und/oder ein Gesamtwirkungsgrad der Anlage erhöht bzw. optimiert werden.
Bei der Anlage der genannten Art enthält die Heizeinrichtung wenigstens einen mit dem heißen Abgas einer Wärmekraftmaschine, insbesondere einem Gasmotor oder Gasturbine, beaufschlagten Wärmetauscher, um dem heißen Abgas für das Erhitzen von Zuluft für die Kabine auf eine Trocknungstemperatur Wärme zu entziehen, wobei die Wärmekraftmaschine mit dem Verbraucher bewegungsgekoppelt ist, um mechanische Energie von der Wärmekraftmaschine auf den Verbraucher zu übertragen.
Die Enthalpie des Abgases einer Wärmekraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine zur exothermen Verbrennung eines Gas-Luft-Gemisches, die für den Antrieb eines elektrischen Generators mit einigen Megawatt an Leistung ausgelegt ist, weist eine beachtliche Wärmemenge im Abgas auf. Die Wärmeleistung der genannten Wärmekraftmaschine ist im Nennbetrieb bevorzugt auf einen Wert zwischen 1 MW und 8 MW eingestellt, während die installierte elektrische Leistung des elektrischen Generators (oder eines anderen Verbrauchers) auf ca. 2 MW bis 10 MW eingestellt wird. Die genannte Wärmeleistung wird bevorzugt zu einer Aufheizung von 1500 kg Stahl von Umgebungstemperatur auf eine Bearbeitungs- oder Behandlungstemperatur im Bereich zwischen 130 °C und 200 °C genutzt. Die genannte Masse an Stahl entspricht beispielsweise einer Anzahl von ca. dreißig Kraftfahrzeugkarossen aus Stahlblech mit einem Gewicht von jeweils etwa 500 kg. Bei einer Taktzeit von ungefähr dreißig Einheiten pro Stunde können die Kraftfahrzeugkarossen unter Verwendung der aus dem Abgas entnehmbaren Wärmeleistung in einer Kabine auf eine (Trocknungs-) Temperatur im Bereich zwischen 130 °C und 200 °C erwärmt werden. Für das Trocknen der genannten Fahrzeugka rossen wird eine Brutto-Wärme- leistung vorgehalten, die bevorzugt etwa zwischen 3,6 MW und 6 MW liegt und mit einem Gesamt-Wirkungsgrad von ca. 0,05 bis 0,1 auf die Karossen übertragen wird.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Idee darin, als Heizeinrichtung für Heißluft in einer Anlage zum Trocknen und/oder Temperieren von metallischen Werkstücken, insbesondere Karossen, eine Wärmekraftmaschine einzusetzen, vorzugsweise eine Wärmekraftmaschine in Form eines Gasmotors oder einer Gasturbine. Der Gasmotor wird vorzugsweise mit einem homogen gasförmigen Brenngas-Luft-Gemisch betrieben, wobei das Brenngas insbesondere bei Normbedingungen gasförmige Kohlenwasserstoffe (z. B. Methan, Butan, Erdgas usw.) sind, die mit Frischluft in einem optimalen Verhältnis gemischt werden. Alternativ werden kohlen Wasserstoff haltige Abgase aus entsprechenden Quellen einer Produktionsanlage abgezogen und mit Frischluft und/oder mit Brenngas angereichert, um so eine gewünschte Gemischaufbereitung zu realisieren. Des weiteren ist ein Gasmotor insbesondere als Viertakt- oder Zweitakt-Motor ausgeführt, wobei der Verbrennungsprozess im Motor nach dem Otto-Verfahren, dem Diesel-Verfahren oder dem Seiliger-Verfahren gestaltet sein kann. In analoger Weise kann eine Gasturbine betrieben werden.
Mit der von dem elektrischen Generator bereitgestellten elektrischen Leistung können dann nämlich die elektrischen Verbraucher in einer für ungefähr 30 Karosseneinheiten ausgelegten Trocknungsanlage zuverlässig betrieben werden, z. B. Antriebe von Fördervorrichtungen und Gebläse, aber auch elektrische Steuerungen. Es lässt sich insbesondere ausnützen, dass wenn Karossen durch die Anlage mit niedriger Taktzeit bewegt werden, entsprechend weniger elektrische Leistung für die Verbraucher in der Anlage vorgehalten werden muss. Die Anlage zum Trocknen ermöglicht somit das Trocknen von Fahrzeugka rossen mit ungemein hoher Energieeffizienz. Darüber hinaus können mit dem Generator der Anlage auch weitere elektrische Verbraucher in einem Produktionsbetrieb mit elektrischer Energie versorgt werden, wie z. B. Steuerungen und Antriebe in einer Lackier- bzw. Beschich- tungsanlage.
Eine besonders effiziente Übertragung von Wärme aus dem Abgas der Gasturbine auf Heißluft für die Kabine ist möglich, indem der Wärmetauscher mit wenigstens einem Wärmeträgerfluidkreislauf verbunden ist, in dem sich wenigstens ein weiterer Wärmetauscher zum Erhitzen von Zuluft für die Trocknerkabine befindet.
Bevorzugt enthält der Wärmeträgerfluidkreislauf eine Heizeinrichtung und/oder einen Wärmespeicher für das Erhitzen von Wärmeträgerfluid in einer Anlaufphase der Gasturbine. Damit wird ein schnelles Anfahren der Anlage ermöglicht. Im Wärmeträgerfluidkreislauf wird erfindungsgemäß insbesondere Wasser, eine Salzlösung oder ein Thermoöl umgewälzt, wobei das Wärmeträgerfluid jeweils zumindest als kurzzeitig wirksames Wärmespeichermedium verwendet werden kann. Bevorzugt werden beispielsweise wässrige Lösungen von Kaliumcarbonat oder Kalziumchlorid oder Diesel-, Raps- oder Silikonöle (z. B. polymere Phenylsiloxane).
Es ist auch günstig, wenn der Wärmetauscher zusätzlich mit einem weiteren Wärmeträgerfluidkreislauf verbunden ist, um wenigstens einen in einem
Niedertemperaturbereich arbeitenden Wärmeverbraucher mit Wärme zu versorgen. Auch dieser weitere Wärmeträgerfluidkreislauf wird bevorzugt als Wasserkreislauf, Salzsolen-Kreislauf oder Thermoöl-Kreislauf ausgeführt. In einer optimierten Ausführungsform weisen der (erste) Wärmeträgerfluidkreislauf und der zweite Wärmeträgerfluidkreislauf unterschiedliche, an die jeweiligen Bedingungen angepasste Wärmeträgerfluide auf. Damit wird ein besonders energieeffizienter Anlagebetrieb möglich. Günstig für die Energiebilanz der Anlage ist auch, wenn diese einen Wärmeträgerfluidkreislauf mit einem Wärmetauscher für das Erhitzen von der Trocknerkabine zugeführter Frischluft aufweist.
In einer Anlage kann dem heißen Abgas der Wärmekraftmaschine die Wärme insbesondere auch direkt in einem Wärmetauscher entzogen werden, der die Zuluft der z.B. als Trocknerkabine ausgebildeten Kabine erwärmt und der Kabine ohne weitere Behandlung zuführt. Günstig ist es in diesem Fall, mehrere Wärmetauscher vorzusehen, die nach Art einer Kaskade von dem heißen Abgas der Wärmekraftmaschine durchströmt werden und die Wärme auf die Zuluft der Kabine übertragen. Das durch die Wärmetauscher strömende Abgas der Wärmekraftmaschine kann darüber hinaus auch zu einem oder mehreren weiteren Wärmetauschern für das Erhitzen von der Kabine zugeführter Frischluft geführt werden. Mit der Wärme aus dem Abgas der Gasturbine lassen sich auch in einem Niedertemperaturbereich arbeitende Wärmeverbraucher mit Wärme versorgen. Hierzu wird das Abgas der Gasturbine zu einem oder mehreren weiteren Wärmetauschern für das Übertragen der Wärme des Abgases auf einen Wärmeträgerfluidkreislauf geführt, z. B. auf einen Wärmeträgerfluidkreislauf mit Wasser als Wärmeträgerfluid. Um hier eine ausreichende Abgasströmung zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn diesem wenigstens einen weiteren Wärmetauscher das Abgas der Wärmekraftmaschine durch ein Gebläse zugeführt wird.
Ein umweltfreundlicher und gleichzeitig energieeffizienter Anlagenbetrieb lässt sich durch eine Verbindung der Kabine mit einem Reinigungsreaktor für das thermisch regenerative Oxidieren von Lösemittel enthaltender Abluft erreichen. Der Reinigungsreaktor erhält die Abluft über eine Abluftleitung aus der Kabine. Gleichzeitig ist der Reinigungsreaktor an einen Wärmetauscher für das Übertragen von Wärme auf einen bevorzugt als Heißwasserkeislauf ausgebildeten Wärmeträgerfluidkreislauf angeschlossen. Über diesen Wärmeträgerfluidkreislauf lassen sich dann eine oder mehrere in einem Niedertemperaturbereich arbeitende Wärmeverbraucher mit Wärme versorgen, etwa ein oder mehrere Wärmetauscher für das Erhitzen von der Kabine zugeführter Frischluft.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Anlage gibt es einen die Wärme des Abgases der Wärmekraftmaschine aufnehmenden Wärmespeicher. Bevorzugt ist dieser Wärmespeicher in einer Bypassleitung angeordnet, die einen Leitungsabschnitt für das Zuführen von Abgas zu einem Wärmetauscher in der Anlage umgeht. Außerdem ist es günstig, dem Generator in der Anlage einen Pufferspeicher (Akkumulator o.ä.) für das Puffern von elektrischer Energie zuzuordnen. Dann können insbesondere Steuerungen und Antriebe der Anlage ohne gleichzeitiges Aufheizen von Heißluft für die Trocknerkabine mit Strom versorgt werden.
Indem der Wärmekraftmaschine eine lösemittelhaltige, mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Abluft aus der Kabine als Brenngas zugeführt wird, kann diese Abluft durch Verbrennen entsorgt und dabei gleichzeitig zur Energieerzeugung eingesetzt werden. Grundsätzlich kann die Wärmekraftmaschine auch mit Abluft aus einer Lackierstation in einer Lackieranlage betrieben werden. Die Anlage zum Aufheizen kann insbesondere auch mehrere dezentral angeordnete Wärmekraftmaschinen enthalten, die einen oder mehrere Verbraucher von mechanischer Energie antreiben, wie z. B. Gebläse, Generatoren oder auch Kompressoren. Die erfindungsgemäße Anlage ist insbesondere zum Einsatz in einer Lackieranlage für Kraftfahrzeuge oder Kraftfahrzeugteile geeignet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Figuren zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung einer als Tauchlackieranlage ausgebildeten ersten Ausführungsform einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung, bei welcher eine Wärmekraftmaschine mechanisch mit einer als Pumpe ausgebildeten Funktionseinheit gekoppelt ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer als Tauchlackieranlage ausgebildeten Oberflächenbehandlungsvorrichtung, bei welcher eine Wärmekraftmaschine mit mehreren als Pumpe ausgebildeten Funktionseinheiten mechanisch gekoppelt ist;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung, welche eine Lackierkabine um- fasst, wobei eine als Ventilator ausgebildete Funktionseinheit mit einer Wärmekraftmaschine mechanisch gekoppelt ist;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung, welche eine Lackierkabine um- fasst, wobei eine Wärmekraftmaschine mit zwei als Ventilatoren ausgebildeten Funktionseinheiten mechanisch gekoppelt ist;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung, welche als Trocknervorrichtung zum Trocknen von Werkstücken ausgebildet ist und mehrere Wärmekraftmaschinen mit jeweils einer mechanisch daran gekoppelten, als Ventilator ausgebildeten Funktionseinheit umfasst;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung, welche als Trockner zum Trocknen von Werkstücken ausgebildet ist und eine Wärmekraftmaschine aufweist, welche mechanisch mit mehreren als Ventilatoren ausgebildeten Funktionseinheiten gekoppelt ist; Fig. 7 eine erste Anlage zum Trocknen von Fahrzeugka rossen mit einer Wärmekraftmaschine;
Fig. 8 eine zweite Anlage zum Trocknen von Fahrzeugkarossen;
Fig. 9 eine Wärmekraftmaschine mit einem Generator und einem Strom- und Wärmespeicher in einer Anlage zum Trocknen von Fahrzeugka rossen;
Fig. 10 eine Lackieranlage mit einer Anlage zum Trocknen von Fahrzeugkarossen; und
Fig. 11 eine weitere Anlage zum Trocknen von Fahrzeugka rossen, die mehrere Wärmekraftmaschinen enthält.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine in Fig. 1 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Oberflächenbehandlungsvorrichtung ist beispielsweise als eine Tauchlackieranlage 102 zum Lackieren von Werkstücken 104, beispielsweise von Fahrzeugkarosserien, ausgebildet.
Die Tauchlackieranlage 102 umfasst hierzu ein Tauchbecken 106, welches mit einer Betriebsflüssigkeit 108 der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100, beispielsweise einem Behandlungsfluid 110 der Tauchlackieranlage 102, gefüllt ist.
Die Tauchlackieranlage 102 ist beispielsweise eine Vorbehandlungsanlage zum Vorbehandeln von Werkstücken 104 oder eine kathodische Tauchlackieranlage (KTL-Anlage) zum Aufbringen von Lack auf die Werkstücke 104. Für einen optimalen Betrieb der Tauchlackieranlage 102 muss das Behand- lungsfluid 110 eine bestimmte Temperatur aufweisen, insbesondere muss es auf eine bestimmte Temperatur erwärmt oder gekühlt werden.
Die als Tauchlackieranlage 102 ausgebildete Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 umfasst hierzu eine Wärmekraftmaschine 112, eine eine Heizvorrichtung 115 bildende Wärmeübertragungsvorrichtung 114 und eine als Pumpe 116 ausgebildete Funktionseinheit 118 der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100.
Mit geeigneten Zusatzkomponenten (beispielsweise einem Kältekompressor) kann die Wärmeübertragungsvorrichtung 114 aber alternativ auch als Kühlvorrichtung 117 dienen.
Die Wärmekraftmaschine 112 ist über eine gemeinsame Welle 120, welche eine mechanische Kopplung 122 darstellt, mechanisch mit der als Pumpe 116 ausgebildeten Funktionseinheit 118 gekoppelt, so dass mechanische Energie von der Wärmekraftmaschine 112 im Wesentlichen verlustfrei auf die als Pumpe 116 ausgebildete Funktionseinheit 118 übertragen werden kann.
Ergänzend hierzu kann ein Getriebe 123 vorgesehen sein, um eine gewünschte Drehzahldifferenz zwischen einer Welle der Wärmekraftmaschine 112 und einer Welle der Funktionseinheit 118 einstellen zu können.
Die von der Wärmekraftmaschine 112 auf die als Pumpe 116 ausgebildete Funktionseinheit 118 übertragene mechanische Energie wird zum Antreiben einer Flüssigkeit, im vorliegend Fall der Betriebsflüssigkeit 108, insbesondere des Behandlungsfluids 110 der Tauchlackieranlage 102, verwendet. Mittels der Pumpe 116 kann Behandlungsfluid 110 aus dem Tauchbecken 106 der Tauchlackieranlage 102 entnommen, durch die Wärmeübertragungsvorrichtung 114 hindurchgeleitet und schließlich wieder dem Tauchbecken 106 der Tauchlackieranlage 102 zugeführt werden.
Hierzu sind das Tauchbecken 106, die Pumpe 116 und die Wärmeübertragungsvorrichtung 114 mit Behandlungsfluidleitungen 124 miteinander verbunden.
Die Wärmekraftmaschine 112 ist ferner mittels Wärmeübertragungsfluid- leitungen 126 mit der Wärmeübertragungsvorrichtung 114 verbunden, so dass ein Wärmeübertragungsfluid von der Wärmekraftmaschine 112 zu der Wärmeübertragungsvorrichtung 114 und zurück gefördert werden kann.
Mittels der Wärmeübertragungsvorrichtung 114 kann die in dem Wärmeübertragungsfluid enthaltene Wärme auf das in den Behandlungsfluidleitungen 124 geführte Behandlungsfluid 110 übertragen und so zum Heizen des in dem Tauchbecken 106 angeordneten Behandlungsfluids 110 verwendet werden.
Insbesondere dann, wenn die Wärmekraftmaschine 112 mehr Wärme produziert, als zum Heizen des Tauchbeckens 106 notwendig ist, kann vorgesehen sein, dass die Wärmeübertragungsfluidleitungen 126 mit Abzweigungen 128 versehen sind, so dass nicht nur der Wärmeübertragungsvorrichtung 114, sondern, insbesondere wahlweise, auch einer Wärmespeichervorrichtung 130 zum Speichern von Wärme die in der Wärmekraftmaschine 112 entstehende Wärme zuführbar ist.
Die Wärmekraftmaschine 112 ist beispielsweise als Gasturbine 132 (oder als Verbrennungsmotor 133) ausgebildet und umfasst eine Oxidatorzuführungs- vorrichtung 134 zum Zuführen von Oxidator, insbesondere Luft, zu einer (nicht dargestellten) Brennkammer der Gasturbine 132 und ferner eine Brennstoffzuführungsvorrichtung 136 zum Zuführen von Brennstoff, insbesondere von Erdgas oder Öl, zu der Brennkammer der Gasturbine 132.
Durch die Verbrennung des Brennstoffs mittels der Gasturbine 132 kann die in dem Brennstoff gespeicherte Energie mittels der Wärmekraftmaschine 112 umgewandelt werden, so dass die Wärmekraftmaschine 112 als Energiequelle 138 für die Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 dient.
Insbesondere dann, wenn die Wärmekraftmaschine 112 mehr mechanische Energie produziert, als für den Betrieb der als Pumpe 116 ausgebildeten Funktionseinheit 118 notwendig ist, kann vorgesehen sein, dass die Wärmekraftmaschine 112 mechanisch mit einer als Stromerzeugungsvorrichtung 140 ausgebildeten Funktionseinheit 118 gekoppelt ist. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass die Stromerzeugungsvorrichtung 140, die Pumpe 116 und die Wärmekraftmaschine 112 die gemeinsame Welle 120 zur gemeinsamen mechanischen Kopplung nutzen.
Mittels der Stromerzeugungsvorrichtung 140 kann die von der Wärmekraftmaschine 112 erzeugte mechanische Energie in Strom umgewandelt werden.
Bei Ausfall oder Defekt der Wärmekraftmaschine 112 kann die Stromerzeugungsvorrichtung 140 auch als Ersatzantrieb der Pumpe 116 genutzt werden.
Der mittels der Stromerzeugungsvorrichtung 140 erzeugte Strom kann anderen Funktionseinheiten 118 der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100, welche mit Strom betrieben werden, zugeführt werden.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 eine Elektrolysevorrichtung 142 umfasst, welche zur Speicherung des mittels der Stromerzeugungsvorrichtung 140 erzeugten Stroms in Form von gasförmigem Wasserstoff verwendet werden kann. Die vorstehend beschriebene Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 funktioniert wie folgt:
Mittels der als Energiequelle 138 für die Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 dienenden Wärmekraftmaschine 112 wird in einem Brennstoff gespeicherte Energie in thermische und mechanische Energie umgewandelt.
Die thermische Energie wird mittels eines Wärmeübertragungsfluids über Wärmeübertragungsfluidleitungen 126 einer Wärmeübertragungsvorrichtung 114 zugeführt. Die im Betrieb der Wärmekraftmaschine 112 erzeugte thermische Energie (Wärme) kann so zum Erwärmen einer Betriebsflüssigkeit 108 der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 verwendet werden.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann die im Betrieb der Wärmekraftmaschine 112 erzeugte Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung 130 gespeichert werden.
Die im Betrieb der Wärmekraftmaschine 112 erzeugte mechanische Energie wird mittels der gemeinsamen Welle 120 auf die Stromerzeugungsvorrichtung 140 und die Pumpe 116 übertragen.
Die mechanische Energie wird dann von der Stromerzeugungsvorrichtung 140 zur Erzeugung von Strom genutzt.
Der erzeugte Strom kann dann insbesondere mittels der Elektrolysevorrichtung 142 in Form von gasförmigem Wasserstoff gespeichert und zur späteren Verwendung, beispielsweise zur Verbrennung mittels der Wärmekraftmaschine 112, gespeichert werden. Die Pumpe 116 nutzt die von der Wärmekraftmaschine 112 erzeugte mechanische Energie zum Antreiben der Betriebsflüssigkeit 108, vorliegend insbesondere zum Entnehmen von Behandlungsfluid 110 aus dem Tauchbecken 106 der Tauchlackieranlage 102, zum Zuführen des Behandlungsfluids 110 zu der Wärmeübertragungsvorrichtung 114 und schließlich zum Zurückführen des Behandlungsfluids 110 zu dem Tauchbecken 106. Aufgrund der Durchleitung des Behandlungsfluids 110 durch die Wärmeübertragungsvorrichtung 114 kann dem Behandlungsfluid 110 die in der Wärmekraftmaschine 112 entstehende Wärme zumindest teilweise zugeführt werden, so dass auf diese Weise das in dem Tauchbecken 106 angeordnete Behandlungsfluid 110 erwärmt werden kann.
Das so auf eine bestimmte Temperatur gebrachte Behandlungsfluid 110 kann dann beim Eintauchen des Werkstücks 104 in das Behandlungsfluid 110 zum Behandeln des Werkstücks 104 verwendet werden.
Die Pumpe 116 ist somit sowohl eine Behandlungseinheit 143 als auch eine Beeinflussungseinheit 145, weil mittels der Pumpe 116 durch das Zuführen des erwärmten Behandlungsfluids 110 zu dem Tauchbecken 106 eine Behandlung einer Oberfläche des Werkstücks 104 erfolgt und zugleich die Temperatur in dem Tauchbecken 106 und somit die Temperatur beim Behandeln des Werkstücks 104 beeinflusst wird.
Eine in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass mehrere Tauchbecken 106 einer Tauchlackieranlage 102 vorgesehen sind und dass mehrere als Pumpen 116 ausgebildete Funktionseinheiten 118 mittels einer gemeinsamen Welle 120 mit der Wärmekraftmaschine 112 mechanisch gekoppelt sind. Die in Fig. 2 dargestellte, als Tauchlackieranlage 102 ausgebildete Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 umfasst drei Tauchbecken 106, welche unterschiedliche Behandlungsbereiche 144 der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 bilden.
Ein erstes Tauchbecken 106 bildet dabei beispielsweise einen Vorbehandlungsbereich 146. Ein zweites Tauchbecken 106 bildet beispielsweise einen Hauptbehandlungsbereich 148. Ein drittes Tauchbecken 106 bildet beispielsweise einen Nachbehandlungsbereich 150.
In dem Vorbehandlungsbereich 146 kann ein Werkstück 104 vorbehandelt, beispielsweise grundiert, werden.
In dem Hauptbehandlungsbereich 148 wird das Werkstück 104 vorzugsweise lackiert.
Der Nachbehandlungsbereich 150 dient der Nachbehandlung des Werkstücks 104, beispielsweise der Versiegelung der Oberfläche des Werkstücks 104.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 sind drei als Pumpen 116 ausgebildete Funktionseinheiten 118 dafür vorgesehen, das Behandlungsfluid 110 aus den jeweiligen Tauchbecken 106 jeweils einer Wärmeübertragungsvorrichtung 114 zuzuführen.
Die Wärmeübertragungsvorrichtungen 114 stehen mittels Wärmeübertra- gungsfluidleitungen 126 mit der Wärmekraftmaschine 112 in Fluidverbindung, so dass das mittels der Pumpen 116 durch die Wärmeübertragungsvorrichtungen 114 gepumpte Behandlungsfluid 110 die in der Wärmekraftmaschine 112 erzeugte Wärme aufnehmen kann und so das jeweils in den Tauchbecken 106 angeordnete Behandlungsfluid 110 erwärmt werden kann. Eine weitere als Pumpe 116 ausgebildete Funktionseinheit 118 bildet bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 eine Spritzvorrichtung 152.
Die Spritzvorrichtung 152 umfasst einen Spritzring 154, welcher zwischen dem Hauptbehandlungsbereich 148 und dem Nachbehandlungsbereich 150 angeordnet ist und welcher dem Besprühen der Werkstücke 104 oberhalb des Hauptbehandlungsbereichs 148 mit Behandlungsfluid 110 aus dem zweiten Tauchbecken 106 dient.
Der Spritzring 154 weist hierzu eine Vielzahl von Düsen 156 auf, durch welche das mittels der als Pumpe 116 ausgebildeten Funktionseinheit 118 der Spritzvorrichtung 152 geförderte Behandlungsfluid 110 aus dem zweiten Tauchbecken 106 auf die Werkstücke 104 abgebbar ist.
Wie in Fig. 2 ferner durch eine gestrichelte Darstellung angedeutet ist, kann die zweite Ausführungsform der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 auch noch weitere Tauchbecken 106 und somit weitere Behandlungsbereiche 144 aufweisen, welche dann als weitere Nachbehandlungsbereiche 150 an den dargestellten Nachbehandlungsbereich 150 angrenzen.
Alternativ oder ergänzend hierzu können aber auch mehrere Vorbehandlungsbereiche 146 und/oder mehrere Hauptbehandlungsbereiche 148 vorgesehen sein.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Eine in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsform einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 ist als Lackieranlage 158 ausgebildet und umfasst als solche eine Lackierkabine 160, welche einen Behandlungsbereich 144 der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 darstellt und in welchem ein beispielsweise als Fahrzeugkarosserie 162 ausgebildetes Werkstück 104 mittels (nicht dargestellten) Lackierrobotern lackierbar ist.
Die Werkstücke 104 sind hierzu mittels einer Fördervorrichtung 164 in einer Förderrichtung 184 durch die Lackierkabine 160 förderbar.
Die Lackieranlage 158 umfasst ferner ein über der Lackierkabine 160 angeordnetes Plenum 166, durch welches dem Behandlungsbereich 144, das heißt der Lackierkabine 160 der Lackieranlage 158, Luft zuführbar ist.
Unter der Lackierkabine 160 ist eine als Abscheidevorrichtung 168 der Lackieranlage 158 ausgebildete Reinigungsvorrichtung 167 angeordnet, mittels welcher im Lackierbetrieb der Lackieranlage 158 entstehender Fluidlack-Over- spray aus der durch die Lackierkabine 160 durchgeführten Luft abgeschieden werden kann.
Die Lackieranlage 158 umfasst ferner eine Wärmekraftmaschine 112, welche gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 beispielsweise als Gasturbine 132 oder Gasmotor ausgebildet ist.
Die mittels der Wärmekraftmaschine 112 erzeugte mechanische Energie wird bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 mittels der gemeinsamen Welle 120 auf eine als Ventilator 170 ausgebildete Funktionseinheit 118 der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 übertragen und somit zum Antreiben einer Luftströmung durch die Lackieranlage 158 genutzt. Ferner wird die in der Wärmekraftmaschine 112 entstehende Wärme zum Erwärmen der durch die Lackieranlage 158 durchzuführenden Luft genutzt. Hierzu ist eine Wärmeübertragungsvorrichtung 114 vorgesehen, welche mittels Wärmeübertragungsfluidleitungen 126 mit der Wärmekraftmaschine 112 verbunden ist.
Über eine Zuluftleitung 172 der Lackieranlage 158 kann mittels des Ventilators 170 Frischluft angesaugt werden, welche in der Wärmeübertragungsvorrichtung 114 erwärmbar und durch das Plenum 166 der Lackierkabine 160 zuführbar ist.
Nach Durchströmen der Abscheidevorrichtung 168 zur Reinigung der durch die Lackierkabine 160 geführten Luft, welche im (Lackier-)Betrieb der Lackieranlage 158 mit Fluidlack-Overspray verunreinigt wird, wird die Luft über eine Abluftleitung 174 der Lackieranlage 158 abgeführt.
Die in Fig. 3 dargestellte, als Lackieranlage 158 ausgebildete Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 funktioniert wie folgt:
Über die Oxidatorzuführungsvorrichtung 134 wird der als Gasturbine 132 ausgebildeten Wärmekraftmaschine 112 Oxidator zugeführt. Über die Brennstoffzuführungsvorrichtung 136 wird der Gasturbine 132 Brennstoff zugeführt.
Mittels der als Gasturbine 132 ausgebildeten Wärmekraftmaschine 112 wird die in dem Brennstoff gespeicherte Energie in mechanische Energie und in Wärme umgewandelt.
Die mechanische Energie wird über die gemeinsame Welle 120 auf den Ventilator 170 übertragen. Die Wärme wird mittels der Wärmeübertragungsvorrichtung 114 auf die der Lackierkabine 160 der Lackieranlage 158 zuzuführende Luft übertragen.
Die gesamte Luftversorgung der Lackieranlage 158 ist somit vorzugsweise ausschließlich mittels Energie aus der Wärmekraftmaschine 112 betreibbar. Hierdurch ist ein energieeffizienter Betrieb der Lackieranlage 158 möglich.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 4 dargestellte vierte Ausführungsform der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die durch die Lackierkabine 160 geführte Luft wahlweise vollständig oder zumindest teilweise mittels einer Umluftführungsvorrichtung 176 wiederverwendet werden kann.
Die Lackieranlage 158 gemäß der vierten Ausführungsform der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 umfasst hierzu eine weitere als Ventilator 170 ausgebildete Funktionseinheit 118, welche auf der gemeinsamen Welle 120 angeordnet und somit zusammen mit dem Ventilator 170 zur Zuführung von Frischluft zu dem Plenum 166 von der Wärmekraftmaschine 112 antreibbar ist.
Entsprechend der Wärmeübertragungsvorrichtung 114 zur Übertragung von Wärme oder umgewandelter Kälte von der Wärmekraftmaschine 112 auf die dem Plenum 166 zuzuführende Frischluft ist auch für die Erwärmung oder Kühlung der in der Umluftführungsvorrichtung 176 geführten Luft eine
Wärmeübertragungsvorrichtung 114 vorgesehen. Die in Fig. 4 dargestellte vierte Ausführungsform der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 funktioniert wie folgt:
Die durch den Behandlungsbereich 144 der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 geführte Luft wird mittels der Abscheidevorrichtung 168 der Lackieranlage 158 gereinigt und anschließend zumindest nicht vollständig über die Abluftleitung 174 abgeführt, sondern vielmehr über eine Umluftleitung 178 der Umluftführungsvorrichtung 176 mittels eines Ventilators 170 der Umluftführungsvorrichtung 176 einer Wärmeübertragungsvorrichtung 114 der Umluftführungsvorrichtung 176 und schließlich erneut dem Plenum 166 der Lackieranlage 158 zugeführt.
Auf diese Weise kann eine erneute Nutzung der durch die Lackierkabine 160 geführten Luft erfolgen und somit ein besonders energieeffizienter Betrieb der als Lackieranlage 158 ausgebildeten Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 ermöglicht werden.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 4 dargestellte vierte Ausführungsform der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 5 dargestellte fünfte Ausführungsform einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 ist als Trockner 180 zum Trocknen von Werkstücken 104, insbesondere von Fahrzeugkarosserien 162, ausgebildet.
Der Trockner 180 umfasst einen länglichen Trocknertunnel 182, welcher mit einer sich über die gesamte Länge des Trocknertunnels 182 erstreckenden Fördervorrichtung 164 versehen ist. Mittels der Fördervorrichtung 164 können die Werkstücke 104 in der Förderrichtung 184 durch den Trocknertunnel 182 gefördert werden.
Die Werkstücke 104 werden dabei durch verschiedene Behandlungsbereiche 144 der als Trockner 180 ausgebildeten Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 geführt, wobei jeder Behandlungsbereich 144 mit erwärmter Luft zum Trocknen des Werkstücks 104 versorgt wird.
Jedem Behandlungsbereich 144 ist dabei eine Wärmekraftmaschine 112, eine Wärmeübertragungsvorrichtung 114 und eine als Ventilator 170 ausgebildete Funktionseinheit 118 zugeordnet, wobei mittels der Wärmekraftmaschine 112 mechanische Energie auf die als Ventilator 170 ausgebildete Funktionseinheit 118 übertragbar ist und die mittels des Ventilators 170 angetriebene Luft mittels der Wärmeübertragungsvorrichtung 114 erwärmbar ist.
Die Kombination aus einer Wärmeübertragungsvorrichtung 114, einer als Ventilator 170 ausgebildeten Funktionseinheit 118 und vorzugsweise auch einer Wärmekraftmaschine 112 kann beispielsweise als ein Modul 186 ausgebildet sein.
Bei der in Fig. 5 dargestellten fünften Ausführungsform sind zwei Module 186 vorgesehen, wobei jedes Modul 186 eine Wärmekraftmaschine 112, beispielsweise eine Gasturbine 132 oder einen Gasmotor umfasst.
Ferner umfasst die in Fig. 5 dargestellte Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 eine Abluftleitung 174 zum Abführen von beispielsweise mit Lösungsmitteln, welche beim Trocknen der Werkstücke 104 abdampfen, beladener Luft.
Da die mittels der Abluftleitung 174 aus den Behandlungsbereichen 144 abgeführte Luft leicht flüchtige, brennbare Stoffe enthalten kann, umfasst der Trockner 180 eine als Abluftreinigungsvorrichtung 188 ausgebildete Reinigungsvorrichtung 167, welche beispielsweise eine regenerative thermische Oxidationsvorrichtung umfasst und mittels welcher die in der abzuführenden Luft enthaltenden Schadstoffe oxidiert und somit unschädlich gemacht werden können.
Ferner umfasst die in Fig. 5 dargestellte, als Trockner 180 ausgebildete Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 optional eine weitere Luftleitung 190, mittels welcher die aus den Behandlungsbereichen 144 stammende, mit Lösemitteln beladene Abluft der beispielsweise als Gasturbine 132 ausgebildeten Wärmekraftmaschine 112 zuführbar ist. Auf diese Weise können die in der Abluft enthaltenen Schadstoffe ebenfalls unschädlich gemacht werden. Eine separate Abluftreinigungsvorrichtung 188 ist dann vorzugsweise entbehrlich.
Schließlich kann die Abluftleitung 174 mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung 114 versehen sein, um die in der Abluft aus den Behandlungsbereichen 144 enthaltene Wärme beispielsweise auf Frischluft für die Zuführung zu den Behandlungsbereichen 144 übertragen zu können.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 5 dargestellte fünfte Ausführungsform der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 6 dargestellte sechste Ausführungsform einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 5 dargestellten fünften Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Module 186 lediglich jeweils eine Wärmeübertragungsvorrichtung 114 und eine als Ventilator 170 ausgebildete Funktionseinheit 118 aufweisen. Sämtliche als Ventilatoren 170 ausgebildete Funktionseinheiten 118 sind dabei mittels einer gemeinsamen Welle 120 mechanisch mit einer einzigen Wärmekraftmaschine 112 für sämtliche Module 186 gekoppelt.
Ferner sind auch sämtliche Wärmeübertragungsvorrichtungen 114 mittels Wärmeübertragungsfluidleitungen 126 mit der einzigen Wärmekraftmaschine 112 thermisch gekoppelt.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 6 dargestellte sechste Ausführungsform der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Dadurch, dass bei den beschriebenen Ausführungsformen von Oberflächenbehandlungsvorrichtungen 100 jeweils mindestens eine Funktionseinheit 118 mechanisch mit der Wärmekraftmaschine 112 gekoppelt ist, ist mechanische Energie von der Wärmekraftmaschine 112 besonders einfach auf die mindestens eine Funktionseinheit 118 mechanisch übertragbar, so dass ein energieeffizienter Betrieb der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 möglich ist.
Die beschriebenen Ausführungsformen von Oberflächenbehandlungsvorrichtungen 100 sind nicht ausschließlich als separate Vorrichtungen zu sehen. Vielmehr können auch beliebige Kombinationen aus den beschriebenen Oberflächenbehandlungsvorrichtungen 100 gebildet werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 eine Tauchlackieranlage 102, eine (Spritz-)Lackieranlage 158 und/oder einen Trockner 180 samt den entsprechenden Funktionseinheiten 118 und zum Betrieb derselben benötigten Wärmekraftmaschinen 112 umfasst. Die in Fig. 7 gezeigte, als Anlage 1 zum Trocknen von Werkstücken ausgebildete Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 ist insbesondere für Fahrzeugkarossen 3 (oder Teilen davon) ausgelegt und weist eine als Trocknertunnel 5 bzw. Trocknerkabine ausgebildete Kabine auf. Der Trocknertunnel 5 weist einen erheblichen Wärmebedarf auf, so dass dem Trocknertunnel sensible Wärme von außen auf einem bestimmten, gegenüber Umgebungsbedingungen deutlich erhöhten Temperaturniveau zugeführt werden muss. Beispielhaft wird eine Anlage zum Trocknen von Kfz-Karossen beschrieben. In modifizierten Ausführungsbeispielen ist eine Anlage zum Temperieren, Trocknen, Härten und/oder Bestrahlen, insbesondere aber zum Aufheizen von größeren metallischen Bauelementen, vorgesehen. Als Bauelemente kommen neben Kraftfahrzeugkarosserien (oder Teilen davon) andere großvolumige Systeme mit vergleichsweise großer Wärmekapazität in Frage, die einer Behandlung unterzogen werden, welche einen gesteigerten Wärmebedarf aufweist. Entsprechend können auch der sogenannte Trockner, die sogenannte Trocknerkabine bzw. der Trocknertunnel beliebige Aufgaben mit Wärmebedarf übernehmen.
Durch den Trocknertunnel 5 können die Fahrzeugka rossen 3, die auf Skids 7 montiert sind, mittels einer Fördervorrichtung 9 bewegt werden. Dabei wird mechanische Energie verbraucht. Die Fördervorrichtung 9 hat einen elektrischen Antrieb 10. Der Antrieb 10 ist ein elektrischer Energieverbraucher in der Anlage 1. Der Trocknertunnel 5 hat eine Eingangsschleuse 11 und eine Ausgangsschleuse 13. Der Trocknertunnel 5 umfasst einen Trocknungsabschnitt 15, der zwischen der Eingangsschleuse 11 und der Ausgangsschleuse 13 liegt. Der Trocknungsabschnitt 15 ist bevorzugt so ausgelegt, dass darin etwa fünfzehn frisch mit einem Lack und/oder einem Lösemittel enthaltenden Substrat beschichtete Fahrzeugka rossen 3 mehr oder weniger gleichzeitig getrocknet werden können. Hierzu wird der Trocknungsabschnitt 15 z. B. mit der Länge L = 40 m, einer lichten Breite b mit 1,40 m < b < 1,60 m und einer lichten Höhe h mit 2,60 m < h < 2,00 m ausgelegt. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ergibt sich bei einem Taktabstand von 5,2 m, dreißig Einheiten pro Std. und 0,5 Std. Verweilzeit eine Tunnellänge von 78 m (Breite b außen : 3 m bis 4,6 m, Höhe h außen : 2,8 m bis 3,3 m).
Um eine Fahrzeugka rosse zu trocknen, die mit einem Lack und/oder einem Substrat frisch überzogen ist, muss diese je nach Art des Lacks oder des Substrats etwa 30 min bei einer Temperatur T, die im Bereich zwischen 130 °C < T < 200 °C liegt, üblicherweise in einem Temperaturbereich zwischen 140 °C < T < 175 °C, getrocknet werden. Die Trocknungstemperatur für eine kathodische Tauchlackierung beträgt z. B. 180 °C, für eine Füller-Lackierung 160 °C und für Dicklack 140 °C. Die für das Trocknen einer Fahrzeugkarosse erforderliche Wärmemenge ist dabei durch die Wärmemenge bestimmt, die in das Stahlblech einer Fahrzeugka rosse während einer Aufheizzeit von 15 min eingetragen werden muss, damit sich diese auf die Trocknungstemperatur erwärmt. Da das Gewicht des in einer Fahrzeugkarosse verarbeiteten Stahlblechs üblicherweise in der Größenordnung von 500 kg liegt, wird zum
Trocknen von Lack oder Substrat an einer frisch beschichteten Fahrzeugkarosse eine Wärmemenge benötigt, die etwa 36 MJ beträgt. Zur Trocknung und/oder Vernetzung für gängige Lacke ist anschließend an die erwähnte Aufheizzeit bevorzugt eine Zeitspanne von 15 min Aufenthalt bei Trocknungstemperatur T vorgesehen.
In der Eingangsschleuse 11 und der Ausgangsschleuse 13 werden die Fahrzeugkarossen 3 durch eine Gasatmosphäre bewegt, die erwärmte Frischluft enthält. Demgegenüber befinden sich die Fahrzeugkarossen 3 in dem Trocknungsabschnitt 15 des Trocknertunnels 5 in einer Heißluftatmosphäre mit umgewälzter Heißluft. Die Temperatur der Heißluft entspricht hier der erforderlichen Trocknungstemperatur für Lack und/oder Substrat an einer Fahrzeugkarosse 3. Um eine gleichmäßige Trocknungstemperatur für den Lack oder das Substrat an der Oberfläche einer Fahrzeugkarosse 3 zu gewährleisten, wird die Heißluftatmosphäre im Trocknertunnel 5 mit einer definierten Strömung umgewälzt. Hierfür hat der Trocknertunnel 5 Ein- und Auslassöffnungen 16, 17 für Zuluft in Form von Heißluft, die mit einem Wärmetauscher 19 verbunden sind. Die Einlassöffnungen 16 im Trocknertunnel sind in einem Aufheizbereich bevorzugt mit Düsen gestaltet. Weiter bevorzugt sind in einem anschließenden Haltebereich Einlassöffnungen ohne Düsen vorgesehen.
Dem Wärmetauscher 19 ist ein Gebläse 21 zugeordnet, das abgekühlte Heißluft über eine oder mehrere Auslassöffnungen 17 durch den Wärmetauscher 21 ansaugt und über eine oder mehrere Düsen 16 in den Trocknertunnel 5 wieder dem Trocknertunnel 5 zuführt. Der Wärmetauscher 19 ist an die
Abgasleitung 23 einer Wärmekraftmaschine 25 angeschlossen. Die Wärmekraftmaschine 25 ist eine Gasturbine, z.B. die Gasturbine Typ SGT-400 aus dem Hause Siemens oder die Gasturbine Typ LM 1600 aus dem Hause General Electric. Anstelle einer Gasturbine ist es jedoch auch möglich, in der Anlage 1 Gasmotoren oder auch eine andere Brennkraftmaschine einzusetzen. Für den Einsatz in der Anlage 1 geeignet sind z.B. auch die Gasmotoren des Typs J616 GS der Baureihe 6 aus dem Hause Jenbacher Gasmotoren.
Die Wärmekraftmaschine 25 verbrennt ein Brenngas, das ihr über eine Leitung 47 zugeführt wird. Das dabei entstehende Abgas der Wärmekraftmaschine 25 wird dabei mit einer Temperatur TEG, die zwischen 300 °C und 600 °C liegt, und einem Massestrom IMEG, der mit 17 kg/s < IMEG < 21 kg/s in die Abgasleitung 23 eingeströmt. Um ein gutes Strömungsverhalten für das Abgas in der Abgasleitung 23 zu gewährleisten, ist die Abgasleitung 23 bevorzugt als Heißrohr mit einem Rohrdurchmesser der Nennweite DN 800 ausgeführt.
In dem Wärmetauscher 19 wird Wärme aus dem Abgas der Wärmekraftmaschine 25 an die mittels des Gebläses 21 durch den Wärmetauscher 19 bewegte Heißluft für den Trocknertunnel 5 abgegeben. Aus dem Wärmetauscher 19 wird das Abgas der Wärmekraftmaschine 25 zu einem entsprechend dem Wärmetauscher 19 ausgebildeten weiteren Wärmetauscher 27 geführt. In dem Wärmetauscher 27 wird ebenfalls mittels eines Gebläses 29 in dem Trocknungsabschnitt des Trocknertunnels 5 umgewälzte Heißluft auf eine Trocknungstemperatur erwärmt.
Es ist natürlich möglich, für das Erwärmen von im Trocknertunnel 5 umgewälzter Heißluft auch eine Vielzahl von Wärmetauschern vorzusehen, durch die Abgas aus der Wärmekraftmaschine 25 geführt wird.
Aus dem Wärmetauscher 27 gelangt das Abgas der Gasturbine 25 zu einem Wärmetauscher 31 für Frischluft. Durch diesen Wärmetauscher 31 wird über ein Gebläse 33 Frischluft angesaugt. Diese erwärmte Frischluft ist zur Eingangsschleuse 11 und zur Ausgangsschleuse 13 des Trocknertunnels geführt. Ausgangsseitig des Wärmetauschers 31 für Frischluft gibt es ein weiteres Gebläse 35. Mit diesem Gebläse wird das bereits abgekühlte Abgas der Wärmekraftmaschine 25 mit Druck in eine Heißgasleitung 37 in einen als Abhitzekessel 39 ausgebildeten Wärmetauscher geblasen. In diesen Abhitzekessel 39 wird dann die Restwärme des Abgases an einen Heißwasserkreislauf 41 abgegeben. Der Heißwasserkreislauf 41 dient dazu, weitere Wärmeverbraucher mit Wärme zu versorgen, etwa eine sogenannte Vorbehandlungsstation in einer Lackieranlage, ein Heizungssystem für eine Halle mit Arbeitsplätzen oder ein Heizungssystem für Zu- bzw. Abluft.
Um eine günstige Strömung des Abgases der Wärmekraftmaschine 25 durch den Abhitzekessel 39 zu gewährleisten, ist diesem ein Kamin 43 zugeordnet. Durch den Kamin 43 wird das abgekühlte Abgas der Wärmekraftmaschine 25 an die Umgebung freigesetzt.
Der Trocknertunnel 5 ist über eine Abluft-Leitung 52 mit einem Reinigungsreaktor 54 für das thermisch regenerative Oxidieren von Lösemittel enthaltender Trockner-Abluft aus dem Trocknertunnel 5 verbunden. Bei diesem Reini- gungsprozess wird die dem Reinigungsreaktor 54 zugeführte Trockner Abluft erwärmt. Der Reinigungsreaktor 54 ist über eine Gasleitung 56 an einen als Abhitzekessel 58 ausgebildeten Wärmetauscher angeschlossen. In dem Abhitzekessel 58 wird die Wärme der im Reinigungsreaktor 54 gereinigten Abluft an einen Heißwasserkreislauf 60 abgegeben. Dieser Heißwasserkreislauf 60 dient dazu, weitere Wärmeverbraucher, die bei Niedertemperatur arbeiten, mit Wärme zu versorgen. Die durch den Abhitzekessel 58 strömende gereinigte Abluft aus dem Reinigungsreaktor 54 wird durch einen Kamin 62 an die Umwelt abgegeben. Diese Maßnahme gewährleistet ein gutes Strömungsverhalten für die Abluft in dem Abhitzekessel 58.
Um ein schnelles Anfahren der Anlage 1 zum Trocknen zu ermöglichen, ist in der Abgasleitung 23 zwischen der Wärmekraftmaschine 25 und dem Wärmetauscher 19 eine vorzugsweise mit fossilem Brennstoff befeuerbare Heizeinrichtung 64 vorgesehen.
Die Wärmekraftmaschine 25 ist über einen Anschluss 50 mit Frischluft versorgt. Sie arbeitet in guter Näherung entsprechend dem thermodynamischen Joule-Thomson-Prozess. Die mechanische Leistung der Wärmekraftmaschine 25 ist so ausgelegt, dass mit der Enthalpie des Abgases vorzugsweise bis zu 30 oder auch mehr Fahrzeugkarossen pro Stunde bei einer Trocknungstemperatur zwischen 130 °C und 200 °C in dem Trocknertunnel 5 getrocknet werden können. Eine solche Wärmekraftmaschine kann eine mechanische Leistung von etwa 12 MW bereitstellen.
Der Wärmekraftmaschine 25 ist ein Generator 45 zugeordnet. Hierzu ist die Wärmekraftmaschine 25 mit dem Generator 45 bewegungsgekoppelt. Ein an einem Antriebsstrang der Wärmekraftmaschine bereitgestelltes Drehmoment wird mittels einer drehbaren Welle 46 auf den Generator 45 übertragen. Bei Betrieb der Wärmekraftmaschine 25 erzeugt der Generator 45 elektrische Energie. Die mit der drehbaren Welle 46 in den Generator 25 eingeleitete mechanische Energie wird in dem Generator 45 verbraucht. Wie die Fördervorrichtung 9 ist der Generator 45 ein Verbraucher von mechanischer Energie in der Anlage 1. Der Generator 45 ist an ein Versorgungsmodul 49 angeschlossen. Über das Versorgungsmodul 49 versorgt der Generator 45 die elektrischen Verbraucher der Anlage 1 wie den elektrischen Antrieb 10 der Fördervorrichtung 9 und die Gebläse 21, 29, 33, 35 und entsprechende
Steuereinrichtungen mit elektrischer Energie.
Die Fig. 8 zeigt eine als Anlage 901 zum Trocknen von Fahrzeugkarossen 903 ausgebildete Oberflächenbehandlungsvorrichtung 100 mit einem Trocknertunnel 905, der wie der Trocknertunnel 5 der Anlage 1 aus Fig. 7 ausgeführt ist. Auch der Aufbau der Fördereinrichtung 909 für das Bewegen der Fahrzeugkarossen 903 auf Fahrträgergerüsten 907 entspricht demjenigen in der Anlage 1. Für das Erwärmen der in dem Trocknungsabschnitt 915 des Trocknertunnels 905 umgewälzten Heißluft hat die Anlage 901 einen Wärmetauscher 919 und einen Wärmetauscher 927. Den Wärmetauschern 919, 927 sind entsprechende Gebläse 921, 929 zugeordnet, um die Heißluft durch Ein- und Auslassöffnungen 916, 917 in den Trocknertunnel 905 zu bewegen.
Anders als bei dem Wärmetauscher 919, 927 der Anlage 1 aus Fig. 7 sind jedoch die Wärmetauscher 919, 927 nicht direkt an die Abgasleitung 923 der Wärmekraftmaschine 925 angeschlossen, sondern in einem Kreislauf 940 mit Wärmeträgerfluid in Form von Heißwasser oder Thermoöl angeordnet. Im Vergleich zu der Anlage 1 aus Fig. 7 ermöglicht diese Maßnahme, dass weniger Heißrohr mit großem Rohrdurchmesser verbaut werden muss, um die Heißluft für den Trocknertunnel 905 mit Wärme aus dem Abgas der Wärmekraftmaschine 45 zu erwärmen. Das Wärmeträgerfluid in dem Kreislauf 940 transportiert hierzu die Wärme, die dem Abgas der Wärmekraftmaschine 925 entzogen wurde, zu den Wärmetauschern 919, 927, wo diese an die in dem Trockner 905 umgewälzte Heißluft abgegeben wird.
Um dem Abgas der Wärmekraftmaschine 925 Wärme zu entziehen, ist die Abgasleitung 923 an einen als Abhitzekessel 939 ausgebildeten Wärmetauscher angeschlossen. Dem Abhitzekessel 939 ist ein Kamin 943 zugeordnet. In dem Abhitzekessel 939 wird die Wärme aus dem Abgas der
Wärmekraftmaschine 925 auf den Kreislauf 940 für Heißwasser übertragen. Um ein schnelles Anfahren der Anlage 901 zu ermöglichen, ist in einem
Abschnitt 942 des Kreislaufs 940 eine mit fossilem Brennstoff befeuerbare Heizeinrichtung 964 vorgesehen. In dem Leitungsabschnitt 946 des Kreislaufs
944 gibt es einen Wärmespeicher 965. Bei einem Betrieb der Wärmekraftmaschine 925 wird in den Wärmespeicher 965 Wärme eingespeichert. Mit dieser eingespeicherten Wärme kann die durch den Wärmetauscher 931 strömende Frischluft erwärmt werden, wenn die Wärmekraftmaschine 925 bei lediglich geringer Leistung betrieben wird oder still steht.
Der Kreislauf 940 umfasst einen Leitungszweig 944, durch den die Wärme des Abgases der Wärmekraftmaschine 925 zu einem Wärmetauscher 931 transportiert werden kann. Dieser Wärmetauscher 931 dient wie der Wärmetauscher 31 in der Anlage 1 dazu, Frischluft zu erwärmen, die über ein
Gebläse 933 zu der Eingangsschleuse 911 und der Ausgangsschleuse 913 des Trocknertunnels 905 geführt wird.
Der Abhitzekessel 939 ist darüber hinaus mit einem Kreislauf 941 für Heißwasser kombiniert, der wie der Kreislauf 41 in der Anlage 1 dazu dient, weitere Wärmeverbraucher in einem Niedertemperaturbereich mit Wärme zu versorgen, die dem Abgas der Gasturbine 25 entzogen wurde.
Außerdem ist der Trocknertunnel 905 in der Anlage 901 mit einem Reinigungsreaktor 954 für das Reinigen von Abluft kombiniert, dem wie bei dem Reinigungsreaktor 54 der Anlage 1 aus Fig. 7 ein Abhitzekessel 958 mit einem Heißwasserkreislauf 960 und einem Kamin 962 zugeordnet ist.
Die Wärmekraftmaschine 925 in der Anlage 901 treibt einen elektrischen Generator 945 an. Über ein Versorgungsmodul 949 werden mit dem Generator
945 wie bei der Anlage 1 aus Fig. 7 die elektrischen Verbraucher in der Anlage 901 mit elektrischer Energie versorgt. Die Fig. 9 zeigt eine Wärmekraftmaschine 225 in einer Anlage 301 zum
Trocknen von Fahrzeugkarossen. Die Wärmekraftmaschine 225 kann insbesondere als Gasturbine oder Gasmotor oder auch als Dieselmotor ausgebildet sein. Auch die Wärmekraftmaschine 225 ist durch eine Welle 226 mit einem Generator 245 bewegungsgekoppelt. Der Wärmekraftmaschine 225 in der Anlage 301 ist ein als Pufferspeicher ausgebildeter Speicher 320 für elektrische Energie und ein Speicher 310 für Wärme zugeordnet. Der Speicher 310 für Wärme befindet sich in einer mittels steuerbaren Ventilen 314, 316 absperrbaren Bypassleitung 312. Die Bypassleitung 312 ist an einen Abschnitt der Abgasleitung 223 der Wärmekraftmaschine 225 angeschlossen, in dem ein steuerbares Absperrventil 318 angeordnet ist. Der Speicher 320 für elektrische Energie ist in eine elektrische Bypassleitung 322 geschaltet. Der Speicher 320 für elektrische Energie ermöglicht, die Energie aus mittels des Generators 245 erzeugten elektrischen Strom I zu speichern, wenn dieser den Bedarf der über das Versorgungsmodul 249 gespeisten Verbraucher in der Anlage überschreitet. Entsprechend kann durch Ansteuern der Ventile 314, 316, 318 mit dem Speicher 310 Wärme aus dem Abgas der Gasturbine 225 gespeichert werden, wenn in dem Abgas zur Verfügung stehende Wärmemenge per Zeit den Wärmebereich für das Betreiben der Trocknerkabine überschreitet. Im Übrigen entspricht der Aufbau der Anlage 301 dem Aufbau der Anlage 1 oder 901 aus Fig. 7 bzw. Fig. 8.
Die in Fig. 9 erläuterte Kombination eines Speichers 310 für Wärme und eines Speichers 320 für elektrische Energie mit der Gasturbine 225 ermöglicht, dass eine Anlage zum Trocknen von Fahrzeugen, wie sie in Fig. 7 oder Fig. 8 gezeigt ist, mit Wärme und elektrischer Energie versorgt werden kann, auch wenn die darin angeordnete Wärmekraftmaschine nicht arbeitet.
Die in Fig. 10 gezeigte Lackieranlage 400 enthält eine Anlage 401 zum
Trocknen von Fahrzeugkarossen 403. In der Anlage 401 zum Trocknen von Fahrzeugka rossen gibt es eine Wärmekraftmaschine 425, die mit der Abluft eines Trocknertunnels 405 als Brenngas betrieben werden kann. Soweit der Aufbau der Anlage 401 dem Aufbau der anhand der Fig. 7 beschriebenen Anlage 1 entspricht, sind Elemente in der Fig. 10, die in der Fig. 7 gezeigten Elementen entsprechen, mit im Vergleich zu der Fig. 7 um die Zahl 400 erhöhten Zahlen als Bezugszeichen kenntlich gemacht.
Die Anlage 401 einhält eine Abluftleitung 471, durch die mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Abluft aus dem Trocknertunnel 405 der Wärmekraftmaschine 425 als Brenngas zugeführt werden kann. In der Abluftleitung 471 ist vorzugsweise ein Gasspeicher 473 angeordnet. In den Gasspeicher 473 kann die Abluft aus dem Trocknertunnel 405 mittels eines Kompressors 475 eingespeist werden. In der Anlage 401 gibt es eine Mischkammer 477, in der durch Einstellen von steuerbaren Ventilen 479, 481 der Wärmekraftmaschine 425 fossiles Brenngas mit der Abluft aus dem Trocknertunnel 405 vermischt werden kann.
Die Lackieranlage 400 enthält eine Lackierkabine 483. Die Lackierkabine 483 ist eine Lackierstation. In der Lackierkabine 483 können Fahrzeugka rossen 485 mit einem Lackierroboter 487 mit Sprühlack beaufschlagt werden. Die Lackierkabine 483 hat ein Absaugsystem 489 für Luft mit einem Gebläse 491. Die aus der Lackierkabine 483 abgesaugte Luft kann über ein Leitungssystem 493 mit Ventilen 495, 497 in die Mischkammer 477 eingeleitet werden. Diese Anordnung ermöglicht, dass die Wärmekraftmaschine 425 wahlweise mit Abluft aus dem Trocknertunnel 405, mit kohlenwasserstoffhaltiger Abluft aus der Lackierkabine 483 oder mit von außerhalb der Anlage 401 zugeführtem Brenngas oder mit einem Gasgemisch betrieben werden kann. Der Wärmekraftmaschine 425 können hier also die mit Kohlenwasserstoffen belasteten Abgase der Lackieranlage zugeführt werden. In der Wärmekraftmaschine 425 können diese Abgase verbrannt werden.
Die in Fig. 11 gezeigte Anlage 501 zum Trocknen von Fahrzeugkarossen 503 enthält mehrere Wärmekraftmaschinen in Form von Gasmotoren 571, 573, 575. Bei den Gasmotoren 571, 573, 575 kann es sich z. B. um den Gasmotor Typ E 2842 LE 322 oder den Gasmotor Typ E 2876 TE 302 aus dem Hause MAN handeln. Soweit der Aufbau der Anlage 501 dem Aufbau der anhand der Fig. 7 beschriebenen Anlage 1 entspricht, sind Elemente in der Fig. 11, die in der Fig. 7 gezeigten Elementen entsprechen, mit im Vergleich zu der Fig. 7 um die Zahl 500 erhöhten Zahlen als Bezugszeichen kenntlich gemacht.
Die Wärmekraftmaschinen 571, 573 sind in getrennten Hot-Box-Modulen 572, 574 angeordnet. Die Wärmekraftmaschinen 571, 573 sind in dem betreffenden Hot-Box-Modul 572, 574 über Antriebswellen 577, 579 jeweils mit einem Generator 581, 583 und mit einem Gebläse 587, 589 mechanisch gekoppelt. Die Gebläse 587, 589 dienen für das Umwälzen von Luft in dem Trocknertunnel 505. Die Gebläse 587, 589 bewegen die Luft aus dem Trocknertunnel 505 in den Hot-Box-Modulen 572, 574 durch einen Wärmetauscher 591, 593, der dort jeweils in der Nähe der Wärmekraftmaschine 571, 573 angeordnet ist. Ein jedes Hot-Box-Modul 572, 574 enthält zwei Steuerventile 595, 597. Durch einstellen der Steuerventile 595, 597 in den Hot-Box-Modulen 572, 574 kann das Abgas aus den Wärmekraftmaschinen wahlweise über einen Leitungsabschnitt 599 durch den Wärmetauscher 591, 593 geführt werden, um hierdurch die Umluft aus dem Trocknertunnel 505 zu erwärmen, oder über einen
Leitungsabschnitt 601 direkt in den Trocknertunnel 505 geleitet werden.
Die Wärmekraftmaschine 575 ist in einem Modul 603 für das Erwärmen von Frischluft angeordnet, die dem Trocknertunnel 505 über ein Leitungssystem 605 zugeführt werden kann. In dem Modul 605 ist ein Generator 585 und ein Gebläse 592 angeordnet. Das Gebläse 592 und der Generator 585 sind mit der Wärmekraftmaschine 575 durch Antriebswellen 594, 596 bewegungsgekoppelt. Mit dem Gebläse 591 kann Frischluft angesaugt werden, um diese dem Trocknertunnel 505 zuzuführen. Für das Erwärmen der angesaugten Frischluft ist das Gebläse 592 an einen Wärmetauscher 607 angeschlossen. Der Wärmetauscher 607 wiederum ist über einen Leitungsabschnitt 609 mit der Wärmekraftmaschine 575 verbunden. Das Abgas der Wärmekraftmaschine 575 kann so über den Leitungsabschnitt 609 durch den Wärmetauscher 607 ins Freie geleitet werden. Hierdurch wird Wärme aus dem Abgas der Wärmekraftmaschine 575 auf die dem Trocknertunnel 505 zugeführte Frischluft übertragen.
Die Wärmekraftmaschinen 571, 573, 575 in der Anlage 501 haben jeweils einen Kühlkreislauf, der in der Fig. 11 nicht gezeigt ist. Dieser Kühlkreislauf dient für das Kühlen der Brennkammern in der Wärmekraftmaschine 571, 573, 575. Mit der über den Kühlkreislauf freigesetzten Wärme der Wärmekraftmaschinen 571, 573, 575 können Wärmeverbraucher in einem Niedertemperaturbereich mit Wärme versorgt werden, die in der Fig. 11 nicht gezeigt sind.
Die in den Hot-Box-Modulen 572, 574 und dem Modul 603 für das Erwärmen von Frischluft angeordneten Generatoren 581, 583, 585 erzeugen elektrische Energie, die über elektrische Leitungen 611 dem Versorgungsmodul 549 in der Anlage 505 zugeführt wird.
Zusammenfassend sind insbesondere die folgenden bevorzugten Merkmale festzuhalten : Eine Anlage 1 zum Aufheizen und/oder Trocknen von Fahrzeugkarossen 3 umfasst eine Kabine 5. Sie hat eine Heizeinrichtung 19, 27 zum Erhitzen von Zuluft für die Kabine 5. In der Anlage 1 gibt es einen Verbraucher von mechanischer Energie, z. B. einen Generator 25 oder ein Gebläse 21, 29. Die Heizeinrichtung enthält wenigstens einen Wärmetauscher 19, 27. Der Wärmetauscher 19, 27 kann mit dem heißen Abgas einer Wärmekraftmaschine 25 beaufschlagt werden. Die Wärmekraftmaschine 25 ist mit dem Verbraucher von mechanischer Energie 45 bewegungsgekoppelt. Aufgrund dieser Bewegungskopplung kann von der Wärmekraftmaschine 25 mechanische Energie auf den Verbraucher 45 übertragen werden. Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind die folgenden :
1. Anlage (1, 901, 401, 501) zum Aufheizen von Werkstücken, insbesondere Fahrzeugka rossen (3, 903, 403, 503), mit einer temperierbaren Kabine, insbesondere in Form einer Trocknerkabine (5, 905, 405, 505), mit einer Heizeinrichtung zum Erhitzen von Zuluft für die Kabine (5, 905, 405, 505), und mit einem Verbraucher von mechanischer Energie, wobei die Heizeinrichtung wenigstens einen mit dem heißen Abgas einer Wärmekraftmaschine (25, 925, 425, 571, 575) beaufschlagten Wärmetauscher (19, 27, 939, 419, 591, 607) enthält, wobei mithilfe des
Wärmetauschers dem heißen Abgas Wärme für das Erhitzen von Zuluft für die Kabine (5, 905, 405, 505) entzogen wird, und wobei die Wärmekraftmaschine (25, 925, 425, 571, 575) mit dem Verbraucher (45, 945, 445, 587, 592) bewegungsgekoppelt ist, um von der Wärmekraftmaschine (25, 925, 425, 571, 575) mechanische Energie auf den Verbraucher (45, 945, 445, 587, 592) zu übertragen.
2. Anlage nach Ausführungsform 1, wobei durch einen ersten Wärmetauscher (939) wenigstens ein Wärmeträgerfiuid strömt, das die Wärme des heißen Abgases der Wärmekraftmaschine (925) aufnimmt und in einem Wärmeträgerfluid-Kreislauf (940) geführt ist, in dem sich wenigstens ein weiterer Wärmetauscher (919, 939) zum Erhitzen von Zuluft für eine Kabine (905) befindet, wobei als Wärmeträgerfiuid vorzugsweise Wasser, eine wässrige Salzlösung oder ein Thermoöl gewählt ist.
3. Anlage nach Ausführungsform 2, wobei der Kreislauf (940) für das
Erhitzen von Wärmeträgerfiuid in einer Anlaufphase der Wärmekraftmaschine (25, 925) durch eine Heizeinrichtung (964) und/oder einen Wärmespeicher (965) geführt ist. Anlage nach einer der Ausführungsformen 1 bis 3, wobei durch einen ersten Wärmetauscher (939) ein weiterer Kreislauf (941) mit einem Wärmeträgerfluid geführt ist, der die in dem ersten Wärmetauscher (939) aufgenommene Wärme auf einen in einem Niedertemperaturbereich arbeitenden Wärmeverbraucher überträgt, wobei als Wärmeträgerfluid vorzugsweise Wasser, eine wässrige Salzlösung oder ein Thermoöl gewählt ist. Anlage nach einer der Ausführungsformen 3 oder 4, wobei in dem
Wärmeträgerfluidkreislauf (940) ein weiterer Wärmetauscher (931) für das Erhitzen von einer Kabine (905) zugeführter Frischluft angeordnet ist. Anlage nach Ausführungsform 1, wobei in einem Wärmetauscher (19, 27) die Wärme des durch eine Leitung zugeführten heißen Abgases der Wärmekraftmaschine (25) auf Zuluft für eine Kabine (5) übertragen wird. Anlage nach Ausführungsform 6, wobei das durch einen Wärmetauscher (19) strömende Abgas der Wärmekraftmaschine (25) zu wenigstens einem weiteren Wärmetauscher (27) geführt ist, der die Wärme des heißen Abgases der Wärmekraftmaschine (25) auf Heißluft für die Kabine (5) überträgt. Anlage nach einer der Ausführungsformen 6 oder 7, wobei das durch den Wärmetauscher (19, 27) strömende Abgas der Wärmekraftmaschine (25) wenigstens zu einem weiteren Wärmetauscher (31) für das Erhitzen von der Kabine (5) zugeführter Frischluft geführt ist. Anlage nach einer der Ausführungsformen 6 bis 8, wobei das durch den Wärmetauscher (19, 27) strömende Abgas der Wärmekraftmaschine (25) zu wenigstens einem weiteren Wärmetauscher (39) geführt ist, an den wenigstens ein die Wärme des heißen Abgases der Wärmekraftmaschine (25) aufnehmender, insbesondere als Heißwasserkreislauf (41) oder Thermoölkreislauf ausgebildeter Wärmeträgerfluidkreislauf angeschlossen ist, um wenigstens einen in einem Niedertemperaturbereich arbeitenden Wärmeverbraucher mit Wärme zu versorgen. Anlage nach einer der Ausführungsformen 1 bis 9, wobei eine Kabine (5, 905) über eine Abluftleitung (52, 952) mit einem Reinigungsreaktor (54, 954) für das thermisch regenerative Oxidieren von Lösemittel enthaltender Trockner-Abluft verbunden ist, an den ein Wärmetauscher (58, 958) für das Übertragen von Wärme auf einen insbesondere als Wasserkreislauf (60, 960) oder Thermoölkreislauf ausgebildeten Wärmeträgerfluidkreislauf angeschlossen ist, um wenigstens einen in einem Niedertemperaturbereich arbeitenden Wärmeverbraucher, insbesondere einen Wärmetauscher für das Erhitzen von der Kabine zugeführter Frischluft mit Wärme zu versorgen. Anlage nach einer der Ausführungsformen 1 bis 10, wobei die Wärmekraftmaschine als Gasturbine oder Gasmotor (425) ausgebildet ist und eine Trocknerkabine (405) über eine Abluftleitung (471) mit der Wärmekraftmaschine (425) verbunden ist, um der Wärmekraftmaschine (425) Brenngas in Form von mit Kohlenwasserstoffen angereicherter Abluft aus der Kabine (405) zuzuführen. Anlage nach einer der Ausführungsformen 1 bis 11, wobei das Abgas der Wärmekraftmaschine (225) zu dem Wärmetauscher durch ein Leitungssystem geführt ist, das einen Wärmespeicher (310) für das Entziehen von Wärme aus dem Abgas der Wärmekraftmaschine (225) und das Zuführen von Wärme in das Abgas der Wärmekraftmaschine (225) enthält. Anlage nach Ausführungsform 12, wobei der Wärmespeicher (310) in einer Bypassleitung (312) angeordnet ist, die ein Ventil (314) für das Einstellen eines dem Wärmespeicher (310) zugeführten Abgasstroms aus der Wärmekraftmaschine (225) enthält. Anlage nach einer der Ausführungsformen 1 bis 13, wobei der Verbraucher von mechanischer Energie als Generator (45, 945) zum
Erzeugen von elektrischer Energie für einen elektrischen Verbraucher (10, 21, 29, 33, 910, 921, 929, 933) ausgebildet ist. Anlage nach Ausführungsform 14, wobei der Generator (245) mit einem Pufferspeicher (320) für das Puffern von elektrischer Energie verbunden ist. Anlage nach einer der Ausführungsformen 1 bis 13, wobei der Verbraucher von mechanischer Energie als Gebläse (587, 589, 592) für das Bewegen von Zuluft durch die Kabine (505) ausgebildet ist. Lackieranlage (400) mit einer nach einer der Ausführungsformen 1 bis 16 ausgebildeten Anlage (401) zum Aufheizen und/oder zum Trocknen von Werkstücken (403). Lackieranlage nach Ausführungsform 17 mit einer Lackierstation (483), die über eine Abluftleitung (493) mit einer Wärmekraftmaschine (450) verbunden ist, um der Wärmekraftmaschine (450) Brenngas in Form von mit Kohlenwasserstoffen angereicherter Abluft aus einer Lackierstation (483) zuzuführen.

Claims

Patentansprüche
1. Oberflächenbehandlungsvorrichtung zum Behandeln einer Oberfläche eines Werkstücks (104), umfassend eine als Energiequelle (138) dienende Wärmekraftmaschine (112) und mindestens eine Funktionseinheit (118) zum Durchführen einer Funktion der Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Wärmekraftmaschine (112) mit mindestens einer Funktionseinheit (118) der Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) mechanisch gekoppelt ist, so dass Energie von der Wärmekraftmaschine (112) auf mindestens eine Funktionseinheit (118) mechanisch übertragbar ist.
2. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine mit der Wärmekraftmaschine (112) mechanisch gekoppelte Funktionseinheit (118) als ein Ventilator (170) zum Antreiben einer Luftströmung, als eine Pumpe (116) zum Antreiben einer Betriebsflüssigkeit (108), als eine Fördervorrichtung (164) zum Fördern von Werkstücken (104), als eine Reinigungsvorrichtung (167), als eine Heizvorrichtung (115) und/oder als eine Kühlvorrichtung (117) ausgebildet ist.
3. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) zusätzlich zu mindestens einer Funktionseinheit (118) mindestens eine Stromerzeugungsvorrichtung (140) zur Erzeugung von Strom umfasst, welche mit der Wärmekraftmaschine (112) mechanisch gekoppelt ist.
4. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) mindestens eine Elektrolysevorrichtung (142) umfasst.
5. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekraftmaschine (112) eine Gasturbine (132) und/oder einen Verbrennungsmotor (133) umfasst.
6. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekraftmaschine (112) und mindestens eine Funktionseinheit (118) der Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) zur Übertragung der mechanischen Energie eine gemeinsame Welle (120) aufweisen und/oder über ein Getriebe (123) mechanisch miteinander gekoppelt sind.
7. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) mindestens eine Wärmeübertragungsvorrichtung (114) zur Übertragung von Wärme, welche in einem Energieumwandlungsbetrieb der Wärmekraftmaschine (112) entsteht, auf eine Wärmespeichervorrichtung (130) und/oder auf einen zu erwärmenden Bereich der Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) umfasst.
8. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) mindestens einen Vorbehandlungsbereich (146), mindestens einen Hauptbehandlungsbereich (148) und/oder mindestens einen Nachbehandlungsbereich (150) umfasst, welche jeweils mindestens eine mit der Wärmekraftmaschine (112) mechanisch gekoppelte Funktionseinheit (118) der Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) umfassen.
9. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) mindestens einen Behandlungsbereich (144) umfasst, welcher als Tauchbereich zum Eintauchen des zu behandelnden Werkstücks (104) in ein Fluid ausgebildet ist.
10. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) mindestens einen Behandlungsbereich (144) umfasst, welcher als Lackierkabine (160) zum Lackieren des zu behandelnden Werkstücks (104) ausgebildet ist.
11. Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) mindestens eine als Behandlungseinheit (143) und/oder mindestens eine als Beeinflussungseinheit (145) ausgebildete Funktionseinheit (118) umfasst, welche mit der Wärmekraftmaschine (112) mechanisch gekoppelt ist.
12. Verfahren zum Betrieb einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) zum Behandeln einer Oberfläche eines Werkstücks (104), umfassend :
Erzeugen von mechanischer Energie mittels einer als Energiequelle (138) dienenden Wärmekraftmaschine (112);
Übertragen zumindest eines Teils der mechanischen Energie von der Wärmekraftmaschine (112) auf mindestens eine Funktionseinheit (118) zum Durchführen einer Funktion der Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) mittels einer mechanischen
Kopplung (122).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einem Energieumwandlungsbetrieb der Wärmekraftmaschine (112) erhaltener Überschuss von mechanischer Energie mittels einer
Stromerzeugungsvorrichtung (140) in Strom umgewandelt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, dass ein in einem Energieumwandlungsbetrieb der Wärmekraftmaschine (112) erhaltener Überschuss von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung (130) gespeichert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die mechanische Leistung der
Wärmekraftmaschine (112) und/oder die Wärmeabgabeleistung der Wärmekraftmaschine (112) an den für einen Behandlungsbetrieb der Oberflächenbehandlungsvorrichtung (100) benötigten Bedarf an mechanischer Leistung und/oder Wärme angepasst wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass der Wärmekraftmaschine (112) als Brennstoff Öl, Erdöl, Erdgas, Deponiegas, Klärgas, Grubengas, Biogas, Wasserstoff und/oder eine Mischung aus zwei oder mehreren der genannten
Brennstoffe zugeführt wird.
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