WO2013010681A1 - Installation for the surface treatment of workpieces - Google Patents

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WO2013010681A1
WO2013010681A1 PCT/EP2012/053469 EP2012053469W WO2013010681A1 WO 2013010681 A1 WO2013010681 A1 WO 2013010681A1 EP 2012053469 W EP2012053469 W EP 2012053469W WO 2013010681 A1 WO2013010681 A1 WO 2013010681A1
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heat
bath
plant
treatment area
air
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PCT/EP2012/053469
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Jürgen Weschke
Wolfgang Tobisch
Dietmar Wieland
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Dürr Systems GmbH
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
    • C25D13/22—Servicing or operating apparatus or multistep processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/44—Methods of heating in heat-treatment baths
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0062—Heat-treating apparatus with a cooling or quenching zone

Definitions

  • the present invention relates to a plant for surface treatment of workpieces, which comprises at least one heat sink treatment area, to which heat is to be supplied during operation of the plant, and at least one heat source treatment area, from which heat is dissipated during operation of the plant.
  • Such a system for the surface treatment of workpieces can be designed in particular as a system for painting vehicle bodies or parts of vehicle bodies.
  • the priming of vehicle bodies comprises in particular the process stages of a pretreatment and an electrodeposition coating (for example a cathodic dip painting).
  • process steps of degreasing, phosphating and / or passivation are preferably carried out in immersion baths.
  • the electrocoating process step can also be carried out in a dipping bath.
  • heat is generated in the dipping bath, since the Tauchlackierbad represents an ohmic resistance through which a current flows in the course of an electrolytic coating.
  • process temperatures above room temperature are preferred so that these pre-treatment baths are heated.
  • the process temperature in the electrodeposition bath is preferably kept close to room temperature, so that the dip-coating bath is cooled again due to the evolution of heat during an electrolytic paint deposition.
  • hot water from a central heating system with a flow temperature of, for example, about 80 ° C. to 100 ° C. is used as the heating medium.
  • the present invention has for its object to provide a system for the surface treatment of workpieces of the type mentioned, which requires less energy for the heating of the at least one heat sink treatment area and the cooling of the at least one heat source treatment area.
  • system comprises at least one heat pump device, which is coupled to receive heat with at least one heat source treatment area and heat to at least one heat sink treatment area ,
  • the heat-related coupling of at least one heat source treatment area, for example an electrodeposition bath, and at least one heat sink treatment area, for example a treatment bath in the pretreatment area results in a significant energy saving achieved.
  • the units required for the thermal coupling of the heat source treatment area and the heat sink treatment area can be in immediate spatial proximity to the heat source treatment area and to the heat sink treatment area be arranged so that it is no longer necessary to connect the heat source treatment area via long pipes with a central refrigeration system or to connect the heat sink treatment area via long pipes with a central heating system. This contributes to a reduction of the apparatus cost and thus the required investment costs.
  • the temperature levels for the cooling and for the heating process can be optimally determined.
  • the temperature level for cooling may be increased from a common cooling medium temperature of, for example, about 10 ° C to a cooling medium temperature of, for example, about 20 ° C, and / or the temperature level for heating lowered from a common heating medium temperature in the range of, for example, about 80 ° C to 100 ° C to a heating medium temperature of, for example, about 70 ° C.
  • the system for the surface treatment of workpieces as a system for painting workpieces, in particular of Fa h rzeugka rosse rien or parts of vehicle bodies, is formed.
  • At least one heat sink treatment area may comprise a pretreatment bath of the installation, in particular a degreasing bath and / or a phosphating bath.
  • At least one heat source treatment area may comprise a dip paint bath and / or a lock area of the installation.
  • the lock area of the installation may in particular be connected upstream of a pretreatment area of the installation.
  • At least one heat pump device of the system can be connected to receive heat with a cooling circuit in which a Heat transfer medium for receiving heat from a heat source treatment area is circulated, and / or connected to a heating circuit, in which circulates a heat transfer medium for delivering heat to a heat sink treatment area.
  • At least one heat pump device of the system for receiving heat and / or for the release of heat is coupled to an air circuit of the system.
  • Such an air circuit can in particular serve to generate an air curtain in a lock area of the installation.
  • the system comprises a condenser for cooling and / or dehumidifying air in the air circuit.
  • a condenser can in particular serve for evaporating a refrigerant in a refrigerant circuit of a heat pump device coupled to the air circuit.
  • the system comprises a condensate discharge line, by means of which condensate condensed in the condenser from the air can be supplied to a treatment bath of the system, for example a degreasing bath. In this way not only energy from the air circulation but also liquid evaporated from the treatment bath can be returned to the treatment bath.
  • the air circuit comprises a device for producing an air curtain, through which pass the workpieces to be treated during operation of the system.
  • such an air curtain can serve to separate the atmosphere of the area behind the air curtain from the atmosphere of the air curtain area of the installation. In particular, so the escape of moist vapors from one of these areas in the environment and a carryover of impurities through the air curtain are avoided.
  • the device for producing the air curtain comprises a device for dividing the air flow guided in the air circuit into a first air chamber and a second air chamber, wherein the first air chamber has a nozzle for generating a bundled air jet and the second air chamber an air curtain adjacent Outlet opening is connected downstream.
  • the bundled air jet generated by means of the nozzle sucks circulating air from the second air chamber.
  • At least one heat source treatment area of the installation may comprise a rinsing bath, preferably a rinsing bath connected downstream of a treatment bath of the pretreatment area, in particular a phosphating bath. Since the heat introduced into the rinse bath can not normally be used further in subsequent treatment areas, the use of a heat pump is expedient for extracting heat from the rinsing bath (or several rinsing baths) and optionally at a higher temperature level into a heat sink treatment area of the surface treatment facility feed.
  • At least one heat source treatment region of the plant may comprise an activation bath, preferably an activation bath preceding a phosphating bath.
  • an activation bath for example, crystal nuclei are rinsed onto the workpiece surface in order to improve the crystal formation in the subsequent phosphating.
  • the activation bath preferably contains a colloidal dispersion with titanium phosphate nuclei, which decomposes in a time dependent on the temperature of the activation bath and becomes inactive.
  • the temperature in the activation bath is set between about 35 ° C and about 45 ° C. If workpieces to be treated in a treatment station upstream of the activation bath, for example in a degreasing, are heated, heat is introduced into the activation bath, which may at least temporarily require cooling of the activation bath.
  • the use of a heat pump would be useful to extract heat from the activation bath and feed it at a higher temperature level in a heat sink treatment area of the surface treatment plant.
  • heating may also be provided.
  • a heating is provided in particular if, during a production interruption, the activating bath has cooled below the treatment temperature. Cooling is provided, for example, when the bath temperature of the activating bath rises above a predetermined desired value via a heat input of the workpieces.
  • At least one heat-source treatment region of the system may comprise a nano-coating bath, preferably a nano-coating bath connected downstream of a degreasing bath and / or a rinsing bath.
  • the nano-coating bath or thin-film bath may serve to replace phosphating performed in a conventional workpiece coating process.
  • a coating on the chemical basis of silanes or zirconia is carried out, resulting in layer thicknesses in the range of about 20 nm to about 200 nm.
  • the treatment times in the nano-coating bath are adjusted depending on the temperature, for example, between about 30 seconds and about 120 seconds. While phosphating requires tempering of the phosphating bath to a temperature of from about 40 ° C to about 60 ° C, the nano-coating process also proceeds at lower temperatures between about 10 ° C and 50 ° C. higher Temperatures lead to a higher layer thickness and lower temperatures to a smaller layer thickness.
  • a particularly preferred temperature range for the nano-coating bath is in the range of about 20 ° C to about 30 ° C.
  • Exact temperature control of the nano-coating bath not only results in complete layer formation, but also in uniform coating thickness distribution in the nano-coating. If the nano coating is followed by an electrophoretic dip coating, in particular a cataphoretic dip coating, as an electrical deposition method, the dip coating method reacts very sensitively to different electrical resistances of the background material. If the nano-coating has thickness differences, this will also be noticeable in different layer thicknesses of the layer produced by a subsequent dip-coating.
  • heating of the bath is also possible as an alternative or in addition to cooling. Heating is required in particular when, during a production stoppage, the nano-coating bath has cooled below a permissible treatment temperature. Cooling is required in particular when the bath temperature of the nano-coating bath rises above the setpoint value via a heat input. It is particularly advantageous if the heat removed from the nano-coating bath or the activating bath is fed by means of a heat pump at a higher temperature level into a degreasing bath of the surface-treatment plant.
  • the cooling power required for cooling the nano-coating bath or the activating bath can be reduced and the heating power required for heating the degreasing bath can also be reduced.
  • the efficiency of the heat pump device can be increased if at least one heat pump device comprises at least two heat exchangers for supplying heat to the respective heat pump device.
  • At least two of the heat exchangers are flowed through by heat carriers of different temperature on the hot side, wherein in particular the first heat carrier, which flows through a cold side of the first flowed through first heat exchanger warm side, a lower temperature than the second heat carrier, which later cold side flows through the refrigerant second heat exchanger flows through the warm side.
  • the at least two heat exchangers are coupled to two different heat source treatment areas in order to be able to supply heat to the heat pump device from at least two different heat source treatment areas, in particular at different temperature levels. In this way, the lower temperature level T 0 can be increased and thus the efficiency can be increased.
  • the lower temperature level is, for example, about 30 ° C and the upper temperature level, for example, about 60 ° C, resulting in a COP of about 5 , 5 results.
  • the refrigerant in the refrigerant circuit of the heat pump device first through a first heat exchanger in which it absorbs heat from the activation bath or the nano-coating bath, and then passed through a second heat exchanger in which it heat from a rinsing bath, in particular from a degreasing bath downstream rinsing bath,
  • the lower temperature level is raised to approximately 40 ° C or approximately 45 ° C by this cascade guide, thereby increasing the efficiency of the heat pump device COP to approximately 8.3 and approximately 11, respectively, which is a significant improvement.
  • the first and the second heat exchanger in this case together form an evaporator of the heat pump device, wherein the evaporation of the refrigerant in the refrigerant circuit of the heat pump device can be partially in the first evaporator and partially in the second heat exchanger or completely in the first heat exchanger or completely in the second heat exchanger.
  • the surface treatment plant according to the invention comprises at least one heat pump device, which is coupled to at least one heat source treatment area and for the release of heat with at least one heat sink treatment area for receiving heat.
  • the installation comprises two or more heat pump devices which are used to absorb heat with at least two different heat source treatment areas and / or Dissipation of heat coupled to at least two different heat sink treatment areas.
  • the system may comprise a heat pump device, which is coupled to absorb heat with a dip-coating bath and to give off heat with one or more pre-treatment baths, in particular with a degreasing bath and / or a phosphating bath.
  • a heat pump device which is coupled to absorb heat with a dip-coating bath and to give off heat with one or more pre-treatment baths, in particular with a degreasing bath and / or a phosphating bath.
  • the plant may comprise a heat pump device which is coupled to receive heat with a rinsing bath and to give off heat with one or more pre-treatment baths, in particular with a phosphating bath.
  • the system may also include a heat pump device, which is designed to absorb heat with an air circuit of the system, in particular for generating an air curtain in a lock area of the system, and for the release of heat with one or more pre-treatment baths, in particular with a degreasing bath, is coupled.
  • a heat pump device which is designed to absorb heat with an air circuit of the system, in particular for generating an air curtain in a lock area of the system, and for the release of heat with one or more pre-treatment baths, in particular with a degreasing bath, is coupled.
  • the system comprises a cooling device for removing excess heat from at least one heat pump device.
  • a cooling device is preferably arranged in a bypass line of a refrigerant circuit of the heat pump device.
  • a heating device for supplying additional heat to at least one heat sink treatment area comprises.
  • Such a heating device may in particular be arranged in a heating circuit of the relevant heat sink treatment area, which is coupled to the heat pump device.
  • At least one heat pump device comprises a closed refrigerant circuit, which is coupled to absorb a heat to a cooling circuit of a heat source treatment area and for the delivery of heat to a heating circuit of a heat sink treatment area of the system.
  • the present invention further relates to a method for surface treatment of workpieces in a plant for surface treatment of the workpieces.
  • the present invention has the further object of providing such a method in which less energy is required for heating a heat sink treatment area, which is to be supplied with heat during operation of the system. Furthermore, less energy is needed for the cooling of a heat source treatment area from which heat is dissipated during operation of the system.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a plant for the surface treatment of workpieces, in particular of vehicle bodies, wherein the plant has a pre-treatment area with an entrance lock, several pre-treatment baths and a rinsing bath as well as a dip-coating bath adjoining the pretreatment area;
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a cooling circuit of the dip-coating bath, a heating circuit of the pretreatment area and a heat pump device for the heat-related coupling of the cooling circuit and the heating circuit;
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of an air circuit for generating an air curtain in the entrance lock and a heat pump device for thermally coupling the air circuit with a heating circuit of a pretreatment bath of the pretreatment area;
  • Fig. 4 is a schematic block diagram of a part of a system for
  • the system comprising a degreasing area with at least one degreasing bath, a rinsing area with at least one rinsing bath and an activation area with at least one activating bath, and wherein a cooling circuit of an activating bath is thermally coupled to a heating circuit of a degreasing bath by means of a heat pump device;
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram of an alternative embodiment of the system from FIG. 4, in which the heat pump device comprises an additional heat exchanger for coupling a cooling circuit of a rinsing bath;
  • FIG. 6 is a of FIG. 4 corresponding schematic block diagram of a
  • FIGS. 1 to 3 designated as a whole by 100 for the surface treatment of workpieces (not shown), in particular of vehicle bodies or parts of vehicle bodies, is designed, for example, as a system for painting and / or coating the workpieces.
  • a plant 100 comprises (see FIG. 1) a pretreatment area 102 in which a degreasing bath 104, a coating bath 106, optionally a passivation bath (not shown) and one or more rinsing baths 108 follow one another along a conveying direction 110 of the workpieces.
  • the plant components described above are used for example for applying a coating in the form of a primer of the workpieces to be treated.
  • the primer is used in particular for corrosion protection and preferably comprises substances such as zinc phosphate, silicon-organic compounds (silanes) or zirconium complexes on an organic basis.
  • a described phosphating bath or a described phosphating process can be replaced equivalently by a silane or zirconium complex treatment bath.
  • the pre-treatment area 102 is followed by a dip-coating bath 112, which may be formed, for example, as an electrophoretic dip-coating bath, in particular a cataphoretic dip-coating bath (KTL) or an anaphoretic dip-coating bath.
  • a dip-coating bath 112 which may be formed, for example, as an electrophoretic dip-coating bath, in particular a cataphoretic dip-coating bath (KTL) or an anaphoretic dip-coating bath.
  • the dip-coating bath 112 is followed by a plurality of further process stages (not shown), for example a dryer in which the dip-paint is cured, a treatment area for applying underbody protection, a treatment area for performing seam-sealing operations and / or another dryer.
  • a dryer in which the dip-paint is cured for example a dryer in which the dip-paint is cured, a treatment area for applying underbody protection, a treatment area for performing seam-sealing operations and / or another dryer.
  • the workpieces to be treated are conveyed in the conveying direction 110 through the pretreatment area 102 and the subsequent treatment areas, in particular the dip-coating bath 112, by means of a conveying device (not shown).
  • the pretreatment area 102 is preferably arranged in a substantially closed tunnel to separate the atmosphere of the pretreatment area 102 from the surrounding atmosphere.
  • the workpieces Prior to entering the pretreatment area 102, the workpieces pass through an entrance lock 114 in which an air curtain 116 (see FIG. 3) is created in an air circuit 122 to control the atmosphere of the pretreatment area 102 from the atmosphere of the area of the facility ahead of the pretreatment area 102 100 and to avoid the escape of moist vapors from the pre-treatment area 102 in the environment and a carryover of impurities in the pre-treatment area 102.
  • an air curtain 116 see FIG. 3
  • the workpieces in the pretreatment area 102 are first freed in the degreasing bath 104 of anticorrosive agents, deep-drawing oils and other constituents in particulate form, such as abrasive abrasion from the raw construction finish, and welding beads.
  • the subsequent coating bath 106 which in the present case is designed as a phosphating bath, a zinc phosphate layer is applied to the workpieces, for example, and remaining crystal pores of the phosphating are closed in the following passivation bath.
  • the entire surface of the material that is to say the outer skin and also non-visible inner areas such as the sill of a vehicle body, is painted by an electrolytic paint deposit. Since the dip-coating bath 112 is an ohmic resistance through which a current flows, heat is generated by the electrolytic coating of the workpieces, which is to be dissipated from the dip-coating bath 112.
  • the process temperatures in the degreasing bath 104 and the phosphating bath 106 are in the range of about 45 ° C to 65 ° C, and in the dip coating 112, in the range of about 27 ° C to about 34 ° C.
  • the abovementioned pre-treatment baths are therefore heated during the operation of the system 100, and the dip-coating bath 112 is cooled according to the invention.
  • the degreasing bath 104 and the phosphating bath 106 thus constitute heat sink treatment areas 118 to which heat is to be supplied during operation of the installation 100, while the dip-coating bath 112 represents a heat source treatment area 120 from which heat is to be dissipated during operation of the installation 100.
  • the air circuit 122 for producing the air curtain 116 in the entrance lock 114 represents another heat source treatment area, since the recirculated air in the entrance lock 114, which is adjacent to the warm degreasing 104, is heated and loaded with moisture. When leaving the entrance lock 114, the air in the air circuit 122 is almost completely saturated with water.
  • the installation 100 comprises a first heat pump device 124, which will be referred to below as a dip-paint heat pump device 126, and which will include a cooling circuit 128 of the dip-coating bath 112 in thermal terms a heating circuit 130 of the pretreatment area 102 couples.
  • dip-dip heat pump apparatus 126 includes a refrigerant circuit 132 in which an evaporator 134, a compressor 136, a condenser 138, and a throttle valve 140 follow each other in the flow direction of a refrigerant .
  • a refrigerant for example, tetrafluoroethane (trade name: R134a), H 2 O, C0 2 or the like can be used.
  • the evaporator 134 of the dip-coating heat pump device 126 is connected to the warm side of the cooling circuit 128 of the dip-coating bath 112, in which a heat transfer medium circulates to heat from the Discharge dip 112 and transfer to the refrigerant in the evaporator 134.
  • a heat carrier in the cooling circuit 128 can be any heat carrier in the cooling circuit 128.
  • the condenser 138 of the dip-coating heat pump device 126 is cold-side connected to the heating circuit 130 of the pretreatment region 102, which is flowed through by a heat transfer, the heat absorbed by the refrigerant in the condenser 138 to a degreasing bath heating circuit 142 of the degreasing bath 104 and to a phosphating bath -Heiznikank 144 of the phosphating bath 106 emits.
  • the heating circuit 130 of the pretreatment region 102 comprises a circulation pump 146 arranged upstream of the condenser 138 and a heating boiler or burner 148 arranged downstream of the condenser 138, which serves to additionally heat the heat transfer medium circulating in the heating circuit 130 when the heat delivered by the dip coating bath 112 the heat requirement of the pre-treatment area 102 during operation of the system 100 is not completely covered or if an increased heating power is required during a heating phase of the immersion baths of the pre-treatment area 102, which is for example three times the heating power required during operation of the system 100.
  • heat carrier in the heating circuit 130 for example, water, C0 2 , R134a or the like can be used.
  • the heating circuit 130 branches into a degreasing bath heat exchanger 150 in which heat is transferred from the heat carrier of the heating circuit 130 to a heat carrier in the degreasing bath heating circuit 142 and into a phosphating bath heat exchanger 152 connected in parallel to the degreasing bath heat exchanger 150 in which heat is transferred from the heat carrier of the heating circuit 130 to a heat carrier in the phosphatizing bath heating circuit 144.
  • a degreasing bath heat exchanger 150 in which heat is transferred from the heat carrier of the heating circuit 130 to a heat carrier in the degreasing bath heating circuit 142 and into a phosphating bath heat exchanger 152 connected in parallel to the degreasing bath heat exchanger 150 in which heat is transferred from the heat carrier of the heating circuit 130 to a heat carrier in the phosphatizing bath heating circuit 144.
  • water, C0 2 , R134a or the like can be used as the heat carrier in the degreasing bath heating circuit 142 and in the phosphatizing bath heating circuit
  • the heat carrier in the degreasing bath heating circuit 142 transfers the heat absorbed in the degreasing bath heat exchanger 150 to the degreasing bath 104, and the heat carrier in the phosphatizing bath heating circuit 144 transfers the heat absorbed in the phosphating bath heat exchanger 152 to the phosphating bath 106.
  • the two branches of the heating circuit 130 are brought together again.
  • the reunited heating circuit 130 returns to the condenser 138 through the circulation pump 146.
  • the dip-coating bath 112 is preferably also cooled during production pauses of the system 100, a pump for circulating the dip-coating bath also being kept in operation in order to prevent the sedimentation of dip paint.
  • This heat can be fed, for example, to maintain the temperature level in the immersion baths of the pretreatment area 102, so that the plant 100 can be run up in a shorter time by a preheating of these baths after a production standstill, for example after a weekend.
  • the dip-paint heat pump device 126 is provided with a bypass passage 154 in which a cooling device 156 for cooling the refrigerant is arranged.
  • the bypass line 154 branches off from the refrigerant circuit 132 between the compressor 136 and the condenser 138 and re-enters the refrigerant circuit 132 between the condenser 138 and the throttle valve 140.
  • the cooling device 156 is preferably designed so that the coolant can be cooled by means of the cooling device 156 by a temperature difference ( ⁇ in FIG. 2) of at least approximately 60 ° C., for example approximately 65 ° C.
  • the dip-coating bath 112 In normal operation of the system 100 and the dip-coating heat pump apparatus 126, the dip-coating bath 112 has a temperature in the range of about 27 ° C to about 34 ° C.
  • the heat carrier in the cooling circuit 128 of the Tauchlack istsbads 112 enters the hot side of the evaporator 134 at a temperature of, for example, about 20 ° C and heats the evaporator 134 cold side flowing refrigerant to a temperature of, for example, about 10 ° C.
  • the heat carrier in the cooling circuit 128 exits the evaporator 134 at a temperature of, for example, about 15 ° C and becomes the
  • the dip-coating bath 112 is deprived of heat (Q a b in FIG. 2) having a cooling power in the range of, for example, about 100 kW to about 1.5 MW.
  • the refrigerant heated in the evaporator 134 is compressed by the compressor 136 from an outlet pressure of, for example, about 4 bar to a final pressure of, for example, about 22 bar and heated to a temperature level of, for example, about 75 ° C.
  • the compressed and heated refrigerant is in the condenser 138 heat (Qzu in Fig. 2) to the heat carrier in the heating circuit 130 of the pretreatment region 102 from.
  • the efficiency COP ( "Coefficient of Performance") of Tauchlack ists- heat pump device 126 depends on the difference between the temperature T of the refrigerant in the condenser 138 and the temperature T 0 of the refrigerant in the evaporator 134 and the efficiency river denser the compaction ⁇ ters 136.
  • (COP T / (TT 0 ) x high-pressure compressor), for example, about two for cooling and about three for heating. With a cooling capacity of, for example, 600 kW, approximately 900 kW can thus be used for heating the pretreatment area 102.
  • the heat transfer medium in the heating circuit 130 of the pretreatment region 102 is heated in the condenser 138 to a temperature of, for example, approximately 70.degree.
  • the heat transfer medium can be further heated by means of the heating boiler 148, for example to a temperature of approximately 80.degree.
  • the heat absorbed in the condenser 138 and possibly in the heating boiler 148 is transferred from the heat carrier of the heating circuit 130 in the degreasing bath heat exchanger 150 to the heat carrier in the degreasing bath heating circuit 142 and in the phosphatizing bath heat exchanger 152 to the phosphating bath heating circuit 144, whereby the heat carrier in the Heating circuit 130 is cooled to a temperature of, for example, about 65 ° C and the heat transfer in the degreasing bath heating circuit 142 and in the phosphating bath heating circuit 144 are heated to a temperature in the range of about 45 ° C to about 65 ° C.
  • the process heat required in addition to the heat output of the dip-coating heat pump device 126, in particular during the heating process of the baths in the pretreatment region 102, is generated locally by means of the heating boiler 148, directly on site.
  • the local boiler 148, the feed of the heat by means of the dip-paint heat pump device 126, the circulation pump 146 and the required pipelines form a localized circulatory system.
  • the workpieces heated in the degreasing bath 104 cool to the phosphating bath 106 up to a temperature in the range of approximately 40 ° C., so that the heat introduced into the workpieces in the degreasing bath 104 can be reused in the phosphating bath 106 and the workpieces are not returned again
  • the ambient temperature must be heated to the process temperature in the phosphating bath 106, as is the case with degreasing.
  • the baths following the phosphating are as follows.
  • the plant 100 preferably comprises a second heat pump device 158, which is referred to below as a rinsing bath heat pump device 160 and couples a phosphating bath additional heating circuit 162 as a heat sink as well as a rinsing bath cooling circuit 164 as a heat source thermally.
  • a rinsing bath heat pump device 160 couples a phosphating bath additional heating circuit 162 as a heat sink as well as a rinsing bath cooling circuit 164 as a heat source thermally.
  • a refrigerant circuit 168 of the rinse heat pump apparatus 160 includes an evaporator 166 through which a heat transfer medium of the rinse cycle 164, for example, water flows, and in which the refrigerant absorbs heat from the heat transfer medium of the rinse cycle 164, downstream of the evaporator 166 arranged compressor 170, a downstream of the compressor 170 arranged capacitor 172, the cold side of a heat transfer medium of Phosphat michsbad- Auxiliary heating circuit 162, for example, water, is flowed through and in which the refrigerant gives off heat to the heat transfer of Phosphatéessbad crizieri mecanicikawanikaviers 162, and a downstream of the condenser 172 arranged throttle valve 174, downstream of which the evaporator 166 is arranged.
  • a heat transfer medium of the rinse cycle 164 for example, water flows
  • the function of the rinse heat pump apparatus 160 basically corresponds to the function of the dip-paint heat pump apparatus 126 described above.
  • the rinsing bath heat pump device 160 removes heat from the heat transfer medium of the rinsing bath cooling circuit 164 at a temperature level of, for example, approximately 25 ° C., to the rinsing bath 108 or the rinsing baths 108. This heat is raised by means of the compressor 170 to a temperature level of, for example, approximately 70 ° C. and delivered to the heat carrier in the phosphating bath auxiliary heating circuit 162 in order to additionally heat the phosphating bath 106.
  • the additional heating power of the phosphatizing bath auxiliary heating circuit 162 is, for example, on the order of about 40 kW to about 200 kW.
  • the installation 100 comprises a third heat pump device 176, which is referred to below as the lock heat pump device 178 and the air circuit 122 of the entrance lock 114 Heat source and a degreaser additional heating circuit 180 of the degreasing 104 as a heat sink thermally coupled together.
  • the air circuit 122 of the entrance lock 114 includes a fan 182, a condenser 184 disposed downstream of the fan 182, and a downstream one Branch 186 disposed on the condenser 184 at which the air circuit 112 branches into two branch lines 188a and 188b.
  • each branch line 188a, 188b an adjustable flap 190 is arranged, so that the volume flow of the circulating air can be distributed in a desired manner to the two branch lines 188a and 188b.
  • the first branch line 188a opens into a first air chamber 192, from which the air exits through a slot nozzle 194, so that the exiting bundled air jet forms the air curtain 116, which from top to bottom a lock chamber 196 through which the workpieces to be treated are conveyed interspersed.
  • the air which is sucked by the fan 182, passes through a suction channel 198 into a suction chamber 200 and from there to the suction side of the fan 182.
  • the second branch line 188b opens into a second air chamber 202.
  • the air from the second air chamber 202 is drawn by the suction effect of the bundled air jet forming the air curtain 116 through an exit opening 204 at the bottom of the second air chamber 202 from the air exiting the slot 194.
  • This suction of circulating air from the second air chamber 202 prevents the bundled air jet from the slot nozzle 194 from sucking in air from the outer space of the inlet lock 114.
  • the air curtain 116 thus brings about a separation of the atmosphere upstream of the entrance lock 114 from the atmosphere of the pretreatment area 102 located behind the entrance lock 114.
  • the sluice heat pump device 178 includes a refrigerant circuit 206 in which a suitable refrigerant, for example, tetrafluoroethane (trade name: R134a) sequentially flows the cold side of the condenser 184, which thus acts as the refrigerant evaporator for the refrigerant Compressor 208, a refrigerant condenser 210 and a throttle valve 212 flows through.
  • a suitable refrigerant for example, tetrafluoroethane (trade name: R134a) sequentially flows the cold side of the condenser 184, which thus acts as the refrigerant evaporator for the refrigerant Compressor 208, a refrigerant condenser 210 and a throttle valve 212 flows through.
  • the refrigerant condenser 210 is flowed through on the cold side by a heat carrier of the degreasing bath auxiliary heating circuit 180, which receives heat from the refrigerant of the lock heat pump device 178 in the refrigerant condenser 210, so that the degreasing bath 104 is additionally heated.
  • the air guided in the air circuit 122 releases heat to the refrigerant of the lock heat pump device 178, thereby cooling the air in the condenser 184 and condensing moisture from the cooled air.
  • the resulting condensate 214 is collected, for example, at the bottom of the condenser 184 and fed to the degreasing bath 104 through a condensate discharge line 216.
  • material recycling also takes place by supplying the condensed water to the degreasing bath 104.
  • refrigerant of the lock heat pump device 178 is vaporized on the inside of the condenser tubes 218 of the condenser 184.
  • the condensed from the air in the condenser 184 water is at least partially evaporated from the degreasing 104 before.
  • the circulating air used to generate the air curtain 116 in the entrance lock 114 with a volume flow of, for example, approximately 15,000 Nm 3 / h, is heated in the air circuit 122, in particular in the lock chamber 196, and becomes saturated with water.
  • the evaporation losses are on the order of, for example, about 0.25 m 3 / h to about 1 m 3 / h and thus (at an enthalpy of vaporization of 2500 kJ / kg) heat losses of about 170 kW to about 700 kW.
  • a refrigerant at a temperature of, for example, about 30 ° C is used to condense the moisture from the lock air.
  • the refrigerant is raised by the compressor 208 to a temperature level of, for example, about 70 ° C. and used for heating the degreasing bath 104 by the degreasing bath auxiliary heating circuit 180.
  • it comprises a pretreatment area 102 in which a degreasing area with at least one degreasing bath 104, a rinsing area with at least one rinsing bath 220 and an activation area with at least one activating bath 222 successively follow one another along a conveying direction 110 of the workpieces.
  • the conveying path of the workpieces is illustrated in FIG. 4 by the arrows 224, which represent that the workpieces are successively immersed in different baths and moved out of the baths again.
  • the pretreatment area 102 of the surface treatment installation 100 may comprise further pretreatment baths, in particular a coating bath following the activation bath 222. In the coating bath, a coating with zinc phosphate or silanes or zirconium complexes is preferably applied.
  • the surface treatment apparatus 100 preferably comprises a dipping bath following the pretreatment area 102, for example, an electrophoretic dipping bath, and a plurality of other process steps (not shown) such as a dipping varnish, a treatment area for applying undercoating, a treatment area for performing seam sealing operations, and / or another dryer.
  • a dipping bath following the pretreatment area 102, for example, an electrophoretic dipping bath, and a plurality of other process steps (not shown) such as a dipping varnish, a treatment area for applying undercoating, a treatment area for performing seam sealing operations, and / or another dryer.
  • crystal nuclei are rinsed onto the surface of the workpieces to improve crystal formation in the subsequent coating.
  • the activation bath 222 preferably contains a colloidal dispersion with titanium phosphate nuclei, which decomposes over time and becomes inactive depending on the temperature. To control this decomposition process, the temperature in the activation bath 222 is maintained between about 35 ° C and about 45 ° C. During operation of the system 100, a cooling of the activation bath 222 is provided if workpieces are heated in the degreasing bath 104 and release heat partly in the rinse bath 220 and partly in the activation bath 222.
  • the heat input through the workpieces into the activation bath can be, for example, in the range of a few kilowatts to over 100 kW.
  • the system 100 When starting the system 100 after a production interruption, however, a heating of the activation bath is providable to heat the activation bath 222 to a desired treatment temperature.
  • the system 100 therefore includes an activation bath temperature control circuit 226, the by a heat transfer medium, such as water, can flow through and comprises a heat transfer pump 228.
  • the activation bath tempering circuit 226 branches into a heating branch 230 with a heating / heat exchanger 232, in which heat generated by a heating device (not shown) can be transferred to the heat transfer medium if the activation bath 222 is to be heated, and into a cooling branch 234 with an activation bath heat exchanger 236, which is flowed through by the heat carrier of the activation bath tempering circuit 226 on the hot side, if cooling of the activation bath is required.
  • the activation bath heat exchanger 236 also forms an evaporator 238 of a heat pump device 240.
  • a refrigerant circuit 242 of the heat pump device 240 includes, in addition to the evaporator 238, which is cold-flowed by a refrigerant of the heat pump device 240 and in which the refrigerant absorbs heat from the heat carrier of the activation bath temperature-controlling circuit 226 when the activation bath 222 is cooled, downstream of the evaporator 238 arranged compressors 244, a downstream of the compressor 244 arranged condenser 246, which is cold-flowed through by a heat carrier of a degreasing bath heating circuit 248, for example water, and in which the refrigerant gives off heat to the heat carrier of the degreasing bath heating circuit 248, and downstream of the Condenser 246 disposed throttle valve 250, downstream of which the evaporator 238 is arranged.
  • the degreasing bath heating circuit 248 serves to heat the degreasing bath 104 and, in addition to the condenser 246, comprises a heat transfer pump 252 arranged upstream of the condenser 246.
  • the degreasing bath 104 forms a heat sink treatment area 118 of the installation 100, and the activation bath 222 forms a heat source. Treatment area 120 of the system 100, at least while the activation bath 222 is cooled.
  • the heat pump device 240 thermally couples the degreasing bath heating circuit 248 as a heat sink and the activation bath tempering circuit 226 as a heat source.
  • the function of the heat pump device 240 is basically in accordance with the function of the above-described dip-paint heat pump device 126 of the first embodiment of a surface treatment apparatus 100.
  • Heat is removed from the heat carrier of the activation bath temperature control circuit 226 at a temperature level of, for example, approximately 30 ° C. by the heat pump device 240. This heat is raised by means of the compressor 244 to a temperature level of, for example, approximately 60 ° C and delivered to the heat transfer medium in the degassing heating circuit 248 in order to heat the degreasing bath 104 (if necessary in addition).
  • the activating bath is maintained in a desired temperature range of about 35 ° C to about 45 ° C.
  • the thermal power supplied to the degreasing bath heating circuit 248 from the refrigerant circuit 242 of the heat pump device 240 is in the range of, for example, about 51 kW to about 204 kW.
  • the efficiency COP of the heat pump device 240 is about 5.5, for example.
  • the activation bath 222 is supplied with water by means of a water supply 254, in particular desalted or fully desalinated water (VEW water), in an amount of approximately 0.5 l to approximately 1 l per square meter to be coated workpiece surface.
  • VEW water desalted or fully desalinated water
  • the surface throughput of the plant 100 in the range of about 3000 square meters to be coated workpiece surface to about 6000 square meters to be coated workpiece surface per hour.
  • Liquid excess resulting from the supply of water to the activating bath 222 is supplied from the activating bath 222 to the rinsing bath 220 via an overflow 256.
  • a further embodiment of a plant 100 for the surface treatment of workpieces illustrated in FIG. 5 differs from the embodiment illustrated in FIG. 4 in that the heat pump device 240 is thermally coupled not only to the activation bath tempering circuit 226 but also to a rinsing bath cooling circuit 258 which serves to cool the rinse bath 220.
  • the rinsing bath cooling circuit 258 comprises a heat transfer pump 260 and a rinsing bath heat exchanger 262 arranged downstream of the heat transfer pump 260, through which a heat carrier of the rinsing bath cooling circuit 258, for example water, flows through on the warm side.
  • the rinsing bath heat exchanger 262 is flowed through by the refrigerant of the heat pump device 240, which receives heat from the heat carrier of the rinsing bath heat exchanger 262 in this case.
  • the rinse heat exchanger 262 is disposed in the refrigerant circuit 242 of the heat pump apparatus 240 downstream of the activation bath heat exchanger 236 and upstream of the compressor 244, and forms the evaporator 238 of the heat pump apparatus 240 together with the activation bath heat exchanger 236.
  • the evaporator 238 of the heat pump device 240 thus comprises a cascade of a plurality of heat exchangers 236 and 262 in this case.
  • the temperature level of the refrigerant which after exiting the activating bath heat exchanger 236 is, for example, about 30 ° C, is raised prior to entry into the compressor 244, for example to a value of about 40 ° C or about 45 ° C.
  • the efficiency of a heat pump is known to depend on the difference in the upper temperature level (after the compressor 244) and the lower temperature level (before the compressor 244) and increases with decreasing difference in temperature levels.
  • the lower temperature level of the refrigerant is increased by cascading the refrigerant through a plurality of heat exchangers.
  • the efficiency COP of the heat pump device 240 thus becomes from a value of, for example, about 5.5 (without cascade control) to a value of, for example, about 8.3 (increasing the lower temperature level to about 40 ° C) or to a value of, for example, about 11 increased (with an increase in the lower temperature level to about 45 ° C).
  • the refrigerant of the heat pump device 240 in the first heat exchanger (activation bath heat exchanger 236) or in the second heat exchanger (Spülbad heat exchanger 262) or partially in the first heat exchanger and partially in the second heat exchanger can be evaporated.
  • FIG. 5 of a system 100 for surface treatment of workpieces with respect to structure and mode of operation coincides with the embodiment shown in FIG. 4, to the above description of which reference is made.
  • a further embodiment of a plant 100 for the surface treatment of workpieces illustrated in FIG. 6 differs from the embodiment illustrated in FIG. 4 in that, instead of an activation region having an activation bath 222 and a subsequent phosphating bath (not shown), a thin-film region or nanocoating region with a conversion bath or nano-coating bath 264 is provided.
  • a nano-coating bath 264 which in particular can replace the hitherto customary phosphating, a coating process is carried out on the chemical basis of silanes or zirconium oxide or on the basis of other substances suitable for the formation of a resistant primer layer.
  • zirconium salts can be converted into a layer of zirconium oxide.
  • the layer thickness of the layer formed on the workpieces in the nano-coating bath 264 is, for example, in the range of about 20 nm to about 200 nm.
  • the treatment times are in the range of, for example, about 30 seconds to about 120 seconds, depending on the temperature.
  • the temperature of the nano-coating bath 264 is preferably in the range of about 10 ° C to about 50 ° C, more preferably in the range of about 20 ° C to about 30 ° C.
  • the nano-coating bath 264 is heated by introduced workpieces that have been heated in the degreasing bath 104 during operation of the system 100, it may be desirable to cool the nano-coating bath 264 during operation of the system 100. Upon start-up of the plant 100 after a stoppage of production, heating of the nano-coating bath 164 may again be required to adjust the temperature of the nano-coating bath 164 within the desired range.
  • the nano-coating bath 264 During cooling of the nano-coating bath 264, it forms a heat source treatment area 120 of the plant 100.
  • the nano-coating bath tempering circuit 266, which basically has the same structure as the activating bath thermostating circuit 226 in the embodiment shown in FIG. 4, can therefore, like the activating bath thermostating circuit 226, be provided by means of a nano-coating bath heat exchanger 268 which has been previously described Activating bath heat exchanger 236, connected to the heat pump device 240 and thus thermally coupled to the degreasing bath heating circuit 248.
  • the overflow 256 provided in the embodiment according to FIG. 4 to the rinsing bath 220 can also be dispensed with in this embodiment.
  • FIG. 6 of a system 100 for surface treatment of workpieces with respect to structure and mode of operation coincides with the embodiment shown in FIG. 4, to the above description of which reference is made.
  • the evaporator 238 of the heat pump device 240 can be designed as a cascade and, in particular, comprise a rinse-type heat exchanger 262 in addition to the nano-scale heat exchanger 268, in which the refrigerant of the heat pump device 240 releases heat a rinse cycle cooling circuit 258 receives to increase the lower temperature level of the heat pump device 240, as has been explained above in connection with the embodiment of FIG. 5, the above description of which reference is made.

Abstract

To create an installation for the surface treatment of workpieces which comprises at least one heat sink/treatment zone (118), to which heat is to be supplied during operation of the installation (100), and at least one heat source/treatment zone (120), from which heat is to be dissipated during operation of the installation (100), in which installation less energy is required to heat up the heat sink/treatment zone (118) and to cool the heat source/treatment zone 120, it is proposed that the installation comprise at least one heat pump device (124, 158, 176, 240) which is coupled, for absorbing heat, to at least one heat source/treatment zone (120) and, for dissipating heat, to at least one heat sink/treatment zone (118).

Description

Anlage zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken  Plant for surface treatment of workpieces
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken, welche mindestens einen Wärmesenke-Behandlungsbereich, dem im Betrieb der Anlage Wärme zuzuführen ist, und mindestens einen Wärmequelle-Behandlungsbereich, aus dem im Betrieb der Anlage Wärme abzuführen ist, umfasst. The present invention relates to a plant for surface treatment of workpieces, which comprises at least one heat sink treatment area, to which heat is to be supplied during operation of the plant, and at least one heat source treatment area, from which heat is dissipated during operation of the plant.
Eine solche Anlage zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken kann insbesondere als eine Anlage zur Lackierung von Fahrzeugkarosserien oder von Teilen von Fahrzeugkarosserien ausgebildet sein. Such a system for the surface treatment of workpieces can be designed in particular as a system for painting vehicle bodies or parts of vehicle bodies.
Die Grundierung von Fahrzeugkarosserien umfasst insbesondere die Prozessstufen einer Vorbehandlung und einer Elektrotauchlackierung (beispielsweise einer kathodischen Tauchlackierung). The priming of vehicle bodies comprises in particular the process stages of a pretreatment and an electrodeposition coating (for example a cathodic dip painting).
Im Rahmen der Vorbehandlung werden beispielsweise Prozessschritte einer Entfettung, Phosphatierung und/oder Passivierung vorzugsweise in Tauchbädern durchgeführt. As part of the pretreatment, for example, process steps of degreasing, phosphating and / or passivation are preferably carried out in immersion baths.
Auch der Prozessschritt der Elektrotauchlackierung kann in einem Tauchbad durchgeführt werden. Dabei wird in dem Tauchbad Wärme erzeugt, da das Tauchlackierbad einen ohmschen Widerstand darstellt, durch den im Verlauf einer elektrolytischen Beschichtung ein Strom fließt. The electrocoating process step can also be carried out in a dipping bath. In this case, heat is generated in the dipping bath, since the Tauchlackierbad represents an ohmic resistance through which a current flows in the course of an electrolytic coating.
Bei der Entfettung und der Phosphatierung bevorzugt man Prozesstemperaturen oberhalb der Raumtemperatur, so dass diese Vorbehandlungsbäder beheizt werden . Die Prozesstemperatur im Elektrotauchlackierbad wird bevorzugt nahe Raumtemperatur gehalten, so dass das Tauchlackierbad aufgrund der Wärmeentwicklung bei einer elektrolytischen Lackabscheidung wiederum gekühlt wird. For degreasing and phosphating, process temperatures above room temperature are preferred so that these pre-treatment baths are heated. The process temperature in the electrodeposition bath is preferably kept close to room temperature, so that the dip-coating bath is cooled again due to the evolution of heat during an electrolytic paint deposition.
Bei bekannten Lackieranlagen wird für die Kühlung des Tauchlackierbads eine eigene, separate Kältemaschine oder das Kältemedium einer zentralen Kälteanlage mit Temperaturen von beispielsweise ungefähr 7 °C im Vorlauf und ungefähr 12 °C im Rücklauf verwendet. Die bei der Kältemaschine anfallende Wärme wird ungenutzt über ein Rückkühlungssystem, beispielsweise einen Luft/Flüssig-Wärmetauscher oder einen Kühlturm, an die Umgebung abgegeben. In known painting plants is for cooling the Tauchlackierbads own, separate chiller or the refrigeration medium of a central Refrigeration system used with temperatures of, for example, about 7 ° C in the flow and about 12 ° C in the return. The heat generated by the chiller is released unused via a recooling system, such as an air / liquid heat exchanger or a cooling tower to the environment.
Für eine Beheizung der Behandlungsbäder im Vorbehandlungsbereich wird als Heizmedium Warmwasser aus einer zentralen Heizanlage mit einer Vorlauftemperatur von beispielsweise ungefähr 80 °C bis 100 °C verwendet. For heating the treatment baths in the pretreatment area, hot water from a central heating system with a flow temperature of, for example, about 80 ° C. to 100 ° C. is used as the heating medium.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken der eingangs genannten Art zu schaffen, welche für die Beheizung des mindestens einen Wärmesenke-Behandlungsbereichs und die Kühlung des mindestens einen Wärmequelle-Behandlungsbereichs weniger Energie benötigt. The present invention has for its object to provide a system for the surface treatment of workpieces of the type mentioned, which requires less energy for the heating of the at least one heat sink treatment area and the cooling of the at least one heat source treatment area.
Diese Aufgabe wird bei einer Anlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Anlage mindestens eine Wärmepumpenvorrichtung umfasst, welche zur Aufnahme von Wärme mit mindestens einem Wärmequelle-Behandlungsbereich und zur Abgabe von Wärme mit mindestens einem Wärmesenke-Behandlungsbereich gekoppelt ist. This object is achieved in a system having the features of the preamble of claim 1 according to the invention in that the system comprises at least one heat pump device, which is coupled to receive heat with at least one heat source treatment area and heat to at least one heat sink treatment area ,
Im Vergleich zu einer separaten Beheizung des Wärmesenke-Behandlungsbereichs und einer separaten Kühlung des Wärmequelle-Behandlungsbereichs wird durch die wärmetechnische Kopplung von mindestens einem Wärmequelle-Behandlungsbereich, beispielsweise einem Elektrotauchlackierbad, und mindestens einem Wärmesenke-Behandlungsbereich, beispielsweise einem Behandlungsbad im Vorbehandlungsbereich, eine deutliche Energieeinsparung erzielt. In comparison with a separate heating of the heat sink treatment area and a separate cooling of the heat source treatment area, the heat-related coupling of at least one heat source treatment area, for example an electrodeposition bath, and at least one heat sink treatment area, for example a treatment bath in the pretreatment area, results in a significant energy saving achieved.
Dabei können mehrere oder alle für die wärmetechnische Kopplung des Wärmequelle-Behandlungsbereichs und des Wärmesenke-Behandlungsbereichs erforderlichen Aggregate in unmittelbarer räumlicher Nähe zu dem Wärmequelle-Behandlungsbereich und zu dem Wärmesenke-Behandlungsbereich angeordnet werden, so dass es nicht mehr erforderlich ist, den Wärmequelle- Behandlungsbereich über lange Rohrleitungen mit einer zentralen Kälteanlage zu verbinden oder den Wärmesenke-Behandlungsbereich über lange Rohrleitungen mit einer zentralen Heizanlage zu verbinden. Dies trägt zu einer Reduzierung des apparativen Aufwands und damit der erforderlichen Investitionskosten bei. In this case, several or all of the units required for the thermal coupling of the heat source treatment area and the heat sink treatment area can be in immediate spatial proximity to the heat source treatment area and to the heat sink treatment area be arranged so that it is no longer necessary to connect the heat source treatment area via long pipes with a central refrigeration system or to connect the heat sink treatment area via long pipes with a central heating system. This contributes to a reduction of the apparatus cost and thus the required investment costs.
Durch die Kopplung mittels der Wärmepumpenvorrichtung können die Temperaturniveaus für die Kühlung und für die Heizung prozessbedingt optimal festgelegt werden. Insbesondere kann das Temperaturniveau für die Kühlung angehoben werden, von einer üblichen Kühlmediumtemperatur von beispielsweise ungefähr 10 °C auf eine Kühlmediumtemperatur von beispielsweise ungefähr 20 °C, und/oder das Temperaturniveau für die Heizung abgesenkt werden, von einer üblichen Heizmediumtemperatur im Bereich von beispielsweise ungefähr 80 °C bis 100 °C auf eine Heizmediumtemperatur von beispielsweise ungefähr 70 °C. Due to the coupling by means of the heat pump device, the temperature levels for the cooling and for the heating process can be optimally determined. In particular, the temperature level for cooling may be increased from a common cooling medium temperature of, for example, about 10 ° C to a cooling medium temperature of, for example, about 20 ° C, and / or the temperature level for heating lowered from a common heating medium temperature in the range of, for example, about 80 ° C to 100 ° C to a heating medium temperature of, for example, about 70 ° C.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anlage zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken als eine Anlage zum Lackieren von Werkstücken, insbesondere von Fa h rzeugka rosse rien oder von Teilen von Fahrzeugkarosserien, ausgebildet ist. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the system for the surface treatment of workpieces as a system for painting workpieces, in particular of Fa h rzeugka rosse rien or parts of vehicle bodies, is formed.
Mindestens ein Wärmesenke-Behandlungsbereich kann ein Vorbehandlungsbad der Anlage, insbesondere ein Entfettungsbad und/oder ein Phosphatierungs- bad, umfassen. At least one heat sink treatment area may comprise a pretreatment bath of the installation, in particular a degreasing bath and / or a phosphating bath.
Mindestens ein Wärmequelle-Behandlungsbereich kann ein Tauchlackierungs- bad und/oder einen Schleusenbereich der Anlage umfassen. At least one heat source treatment area may comprise a dip paint bath and / or a lock area of the installation.
Der Schleusenbereich der Anlage kann insbesondere einem Vorbehandlungsbereich der Anlage vorgeschaltet sein. The lock area of the installation may in particular be connected upstream of a pretreatment area of the installation.
Mindestens eine Wärmepumpenvorrichtung der Anlage kann zur Aufnahme von Wärme mit einem Kühlkreislauf verbunden sein, in welchem ein Wärmeträger zur Aufnahme von Wärme aus einem Wärmequelle-Behandlungsbereich zirkuliert, und/oder mit einem Heizkreislauf verbunden sein, in welchem ein Wärmeträger zur Abgabe von Wärme an einen Wärmesenke- Behandlungsbereich zirkuliert. At least one heat pump device of the system can be connected to receive heat with a cooling circuit in which a Heat transfer medium for receiving heat from a heat source treatment area is circulated, and / or connected to a heating circuit, in which circulates a heat transfer medium for delivering heat to a heat sink treatment area.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Wärmepumpenvorrichtung der Anlage zur Aufnahme von Wärme und/oder zur Abgabe von Wärme mit einem Luftkreislauf der Anlage gekoppelt ist. Furthermore, it can be provided that at least one heat pump device of the system for receiving heat and / or for the release of heat is coupled to an air circuit of the system.
Ein solcher Luftkreislauf kann insbesondere dazu dienen, in einem Schleusenbereich der Anlage einen Luftvorhang zu erzeugen. Such an air circuit can in particular serve to generate an air curtain in a lock area of the installation.
Dabei ist es besonders günstig, wenn die Anlage einen Kondensator zum Kühlen und/oder Entfeuchten von Luft in dem Luftkreislauf umfasst. Ein solcher Kondensator kann insbesondere zum Verdampfen eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf einer an den Luftkreislauf angekoppelten Wärmepumpenvorrichtung dienen. It is particularly advantageous if the system comprises a condenser for cooling and / or dehumidifying air in the air circuit. Such a condenser can in particular serve for evaporating a refrigerant in a refrigerant circuit of a heat pump device coupled to the air circuit.
Besonders günstig ist es, wenn die Anlage eine Kondensat-Abführleitung umfasst, mittels welcher in dem Kondensator aus der Luft kondensiertes Kondensat einem Behandlungsbad der Anlage, beispielsweise einem Entfettungsbad, zuführbar ist. Auf diese Weise kann nicht nur Energie aus dem Luftkreislauf, sondern auch aus dem Behandlungsbad verdunstete Flüssigkeit in das Behandlungsbad zurückgeführt werden. It is particularly favorable if the system comprises a condensate discharge line, by means of which condensate condensed in the condenser from the air can be supplied to a treatment bath of the system, for example a degreasing bath. In this way not only energy from the air circulation but also liquid evaporated from the treatment bath can be returned to the treatment bath.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Luftkreislauf eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Luftvorhangs umfasst, durch welchen die zu behandelnden Werkstücke im Betrieb der Anlage hindurchtreten. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the air circuit comprises a device for producing an air curtain, through which pass the workpieces to be treated during operation of the system.
Ein solcher Luftvorhang kann insbesondere dazu dienen, die Atmosphäre des hinter dem Luftvorhang liegenden Bereichs der Anlage von der Atmosphäre des vor dem Luftvorhang liegenden Bereichs der Anlage zu trennen. Insbesondere kann so der Austritt von feuchten Dämpfen aus einem dieser Bereiche in die Umgebung und ein Verschleppen von Verunreinigungen durch den Luftvorhang hindurch vermieden werden. In particular, such an air curtain can serve to separate the atmosphere of the area behind the air curtain from the atmosphere of the air curtain area of the installation. In particular, so the escape of moist vapors from one of these areas in the environment and a carryover of impurities through the air curtain are avoided.
Besonders günstig ist es, wenn die Vorrichtung zur Erzeugung des Luftvorhangs eine Einrichtung zur Aufteilung des im Luftkreislauf geführten Luftstroms auf eine erste Luftkammer und eine zweite Luftkammer umfasst, wobei der ersten Luftkammer eine Düse zur Erzeugung eines gebündelten Luftstrahls und der zweiten Luftkammer eine dem Luftvorhang benachbarte Auslassöffnung nachgeschaltet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung der Vorrichtung zur Erzeugung des Luftvorhangs wird erreicht, dass der mittels der Düse erzeugte gebündelte Luftstrahl Umluft aus der zweiten Luftkammer ansaugt. It is particularly favorable if the device for producing the air curtain comprises a device for dividing the air flow guided in the air circuit into a first air chamber and a second air chamber, wherein the first air chamber has a nozzle for generating a bundled air jet and the second air chamber an air curtain adjacent Outlet opening is connected downstream. In such an embodiment of the device for producing the air curtain, it is achieved that the bundled air jet generated by means of the nozzle sucks circulating air from the second air chamber.
Mindestens ein Wärmequelle-Behandlungsbereich der Anlage kann ein Spülbad umfassen, vorzugsweise ein einem Behandlungsbad des Vorbehandlungsbereichs, insbesondere einem Phosphatierungsbad, nachgeschaltetes Spülbad. Da die in das Spülbad eingetragene Wärme normalerweise nicht sinnvoll in nachfolgenden Behandlungsbereichen weiterverwendet werden kann, ist der Einsatz einer Wärmepumpe sinnvoll, um dem Spülbad (oder mehreren Spülbädern) Wärme zu entziehen und gegebenenfalls auf einem höheren Temperaturniveau in einen Wärmesenke-Behandlungsbereich der Anlage zur Oberflächenbehandlung einzuspeisen. At least one heat source treatment area of the installation may comprise a rinsing bath, preferably a rinsing bath connected downstream of a treatment bath of the pretreatment area, in particular a phosphating bath. Since the heat introduced into the rinse bath can not normally be used further in subsequent treatment areas, the use of a heat pump is expedient for extracting heat from the rinsing bath (or several rinsing baths) and optionally at a higher temperature level into a heat sink treatment area of the surface treatment facility feed.
Ferner kann mindestens ein Wärmequelle-Behandlungsbereich der Anlage ein Aktivierungsbad umfassen, vorzugsweise ein einem Phosphatierungsbad vorgeschaltetes Aktivierungsbad. In einem solchen Aktivierungsbad werden beispielsweise Kristallkeime auf die Werkstückoberfläche aufgespült, um die Kristallbildung in der nachfolgenden Phosphatierung zu verbessern. Furthermore, at least one heat source treatment region of the plant may comprise an activation bath, preferably an activation bath preceding a phosphating bath. In such an activation bath, for example, crystal nuclei are rinsed onto the workpiece surface in order to improve the crystal formation in the subsequent phosphating.
Das Aktivierungsbad enthält vorzugsweise eine kolloidale Dispersion mit Titanphosphatkeimen, die in einer von der Temperatur des Aktivierungsbades abhängigen Zeit zerfällt und inaktiv wird. Um diesen Verfallsprozess günstig zu steuern, wird die Temperatur in dem Aktivierungsbad zwischen ungefähr 35 °C und ungefähr 45 °C eingestellt. Wenn zu behandelnde Werkstücke in einer dem Aktivierungsbad vorgeschalteten Behandlungsstation, beispielsweise in einem Entfettungsbad, aufgeheizt werden, wird Wärme in das Aktivierungsbad eingetragen, die zumindest zeitweise eine Kühlung des Aktivierungsbads erforderlich machen kann. The activation bath preferably contains a colloidal dispersion with titanium phosphate nuclei, which decomposes in a time dependent on the temperature of the activation bath and becomes inactive. In order to conveniently control this decomposition process, the temperature in the activation bath is set between about 35 ° C and about 45 ° C. If workpieces to be treated in a treatment station upstream of the activation bath, for example in a degreasing, are heated, heat is introduced into the activation bath, which may at least temporarily require cooling of the activation bath.
In diesem Fall wäre der Einsatz einer Wärmepumpe sinnvoll, um dem Aktivierungsbad Wärme zu entziehen und auf einem höheren Temperaturniveau in einen Wärmesenke-Behandlungsbereich der Anlage zur Oberflächenbehandlung einzuspeisen. In this case, the use of a heat pump would be useful to extract heat from the activation bath and feed it at a higher temperature level in a heat sink treatment area of the surface treatment plant.
Um eine konstante Temperaturführung im Aktivierungsbad zu gewährleisten, kann neben einer Kühlung des Aktivierungsbads auch eine Beheizung vorgesehen sein. Eine Beheizung ist insbesondere dann vorgesehen, wenn bei einer Produktionsunterbrechung das Aktivierungsbad unter die Behandlungstemperatur abgekühlt ist. Eine Kühlung ist zum Beispiel vorgesehen, wenn über einen Wärmeeintrag der Werkstücke die Badtemperatur des Aktivierungsbads über einen vorbestimmten Sollwert ansteigt. In order to ensure a constant temperature control in the activating bath, in addition to cooling the activating bath, heating may also be provided. A heating is provided in particular if, during a production interruption, the activating bath has cooled below the treatment temperature. Cooling is provided, for example, when the bath temperature of the activating bath rises above a predetermined desired value via a heat input of the workpieces.
Ferner kann mindestens ein Wärmequelle-Behandlungsbereich der Anlage ein Nanobeschichtungsbad umfassen, vorzugsweise ein einem Entfettungsbad und/oder einem Spülbad nachgeschaltetes Nanobeschichtungsbad. Furthermore, at least one heat-source treatment region of the system may comprise a nano-coating bath, preferably a nano-coating bath connected downstream of a degreasing bath and / or a rinsing bath.
Das Nanobeschichtungsbad oder Dünnschichtbad kann dazu dienen, eine in einem herkömmlichen Werkstückbeschichtungsverfahren durchgeführte Phosphatierung zu ersetzen. The nano-coating bath or thin-film bath may serve to replace phosphating performed in a conventional workpiece coating process.
Im Nanobeschichtungsbad wird beispielsweise eine Beschichtung auf der chemischen Basis von Silanen oder Zirkoniumoxid durchgeführt, bei der sich Schichtdicken im Bereich von ungefähr 20 nm bis ungefähr 200 nm ergeben. Die Behandlungszeiten im Nanobeschichtungsbad werden in Abhängigkeit von der Temperatur beispielsweise zwischen ungefähr 30 Sekunden und ungefähr 120 Sekunden eingestellt. Während bei der Phosphatierung eine Temperierung des Phosphatierungsbades auf eine Temperatur von ungefähr 40 °C bis ungefähr 60 °C erforderlich ist, läuft das Nanobeschichtungsverfahren auch bei geringeren Temperaturen zwischen ungefähr 10 °C und 50 °C ab. Höhere Temperaturen führen zu einer höheren Schichtdicke und tiefere Temperaturen zu einer geringeren Schichtdicke. Eine besonders bevorzugte Temperaturspanne für das Nanobeschichtungsbad liegt im Bereich von ungefähr 20 °C bis ungefähr 30 °C. In the nano-coating bath, for example, a coating on the chemical basis of silanes or zirconia is carried out, resulting in layer thicknesses in the range of about 20 nm to about 200 nm. The treatment times in the nano-coating bath are adjusted depending on the temperature, for example, between about 30 seconds and about 120 seconds. While phosphating requires tempering of the phosphating bath to a temperature of from about 40 ° C to about 60 ° C, the nano-coating process also proceeds at lower temperatures between about 10 ° C and 50 ° C. higher Temperatures lead to a higher layer thickness and lower temperatures to a smaller layer thickness. A particularly preferred temperature range for the nano-coating bath is in the range of about 20 ° C to about 30 ° C.
Durch eine exakte Temperaturführung des Nanobeschichtungsbades wird neben einer vollständigen Schichtausbildung auch eine möglichst gleichmäßige Schichtdickenverteilung in der Nanobeschichtung erzielt. Wenn der Nanobeschichtung eine elektrophoretische Tauchlackierung, insbesondere eine kata- phoretische Tauchlackierung, als elektrisches Abscheideverfahren folgt, so reagiert das Tauchlackierungsverfahren sehr empfindlich auf unterschiedliche elektrische Widerstände des Untergrundmaterials. Weist die Nanobeschichtung Dickenunterschiede auf, so wird sich dies auch in unterschiedlichen Schichtdicken der durch eine nachfolgende Tauchlackierung erzeugten Schicht bemerkbar machen . Exact temperature control of the nano-coating bath not only results in complete layer formation, but also in uniform coating thickness distribution in the nano-coating. If the nano coating is followed by an electrophoretic dip coating, in particular a cataphoretic dip coating, as an electrical deposition method, the dip coating method reacts very sensitively to different electrical resistances of the background material. If the nano-coating has thickness differences, this will also be noticeable in different layer thicknesses of the layer produced by a subsequent dip-coating.
Falls in einem dem Nanobeschichtungsbad vorgeschalteten Bad Werkstücke auf Temperaturen von mehr als 50 °C aufgeheizt werden, wird über die Werkstücke Wärme in das Aktivierungsbad eingetragen, so dass eine Kühlung des Nanobeschichtungsbads gewünscht werden kann. If, in a bath located upstream of the nano-coating bath, workpieces are heated to temperatures of more than 50 ° C., heat is introduced into the activation bath via the workpieces, so that cooling of the nano-coating bath may be desired.
In einem solchen Fall wäre der Einsatz einer Wärmepumpe sinnvoll, um dem Nanobeschichtungsbad Wärme zu entziehen und auf einem anderen Temperaturniveau in einen Wärmesenke-Behandlungsbereich der Anlage zur Oberflächenbehandlung einzuspeisen. In such a case, the use of a heat pump would make sense to extract heat from the nano-coating bath and feed it at another temperature level in a heat sink treatment area of the surface treatment system.
Um eine besonders gute Temperaturführung im Nanobeschichtungsbad zu gewährleisten, ist alternativ oder zusätzlich zu einer Kühlung auch eine Beheizung des Bads vorsehbar. Eine Beheizung wird insbesondere dann benötigt, wenn bei einer Produktionsunterbrechung das Nanobeschichtungsbad unter eine zulässige Behandlungstemperatur abgekühlt ist. Eine Kühlung wird insbesondere dann benötigt, wenn über einen Wärmeeintrag die Badtemperatur des Nanobeschichtungsbads über den Sollwert ansteigt. Besonders günstig ist es, wenn die dem Nanobeschichtungsbad oder dem Aktivierungsbad entzogene Wärme mittels einer Wärmepumpe auf einem höheren Temperaturniveau in ein Entfettungsbad der Anlage zur Oberflächenbehandlung eingespeist wird. In order to ensure a particularly good temperature control in the nano-coating bath, heating of the bath is also possible as an alternative or in addition to cooling. Heating is required in particular when, during a production stoppage, the nano-coating bath has cooled below a permissible treatment temperature. Cooling is required in particular when the bath temperature of the nano-coating bath rises above the setpoint value via a heat input. It is particularly advantageous if the heat removed from the nano-coating bath or the activating bath is fed by means of a heat pump at a higher temperature level into a degreasing bath of the surface-treatment plant.
Hierdurch wird eine konstante Temperaturführung im Nanobeschichtungsbad bzw. im Aktivierungsbad ermöglicht, was eine bessere Lackierungsqualität einer nachfolgenden Tauchlackierung zur Folge hat. As a result, a constant temperature control in the nano-coating bath or in the activating bath is made possible, which results in a better painting quality of a subsequent dip-coating.
Außerdem kann die für die Kühlung des Nanobeschichtungsbads bzw. des Aktivierungsbads erforderliche Kühlleistung reduziert und die für die Erwärmung des Entfettungsbads benötigte Heizleistung ebenfalls reduziert werden. In addition, the cooling power required for cooling the nano-coating bath or the activating bath can be reduced and the heating power required for heating the degreasing bath can also be reduced.
Da der Wirkungsgrad COP ("Coefficient of Performance") einer Wärmepumpe von der Differenz des oberen Temperaturniveaus T, auf welchem die Wärmepumpe Wärme abgibt, und des unteren Temperaturniveaus T0, auf welchem die Wärmepumpe Wärme aufnimmt, abhängt (COP = T/(T-T0) x riverdichter = übertragene Wärme/elektrische Leistung des Kompressors), lässt sich der Wirkungsgrad der Wärmepumpenvorrichtung steigern, wenn mindestens eine Wärmepumpenvorrichtung mindestens zwei Wärmetauscher zum Zuführen von Wärme zu der betreffenden Wärmepumpenvorrichtung umfasst. Since the coefficient of performance COP of a heat pump depends on the difference of the upper temperature level T at which the heat pump releases heat and the lower temperature level T 0 at which the heat pump absorbs heat (COP = T / (TT 0 ) x flux density = transmitted heat / electric power of the compressor), the efficiency of the heat pump device can be increased if at least one heat pump device comprises at least two heat exchangers for supplying heat to the respective heat pump device.
Günstig ist es, wenn mindestens zwei Wärmetauscher zum Zuführen von Wärme zu der Wärmepumpenvorrichtung in Reihe geschaltet sind, das heißt nacheinander von Kältemittel durchströmt werden. It is advantageous if at least two heat exchangers for supplying heat to the heat pump device are connected in series, that is, flows through successively by refrigerant.
Ferner ist es von Vorteil, wenn zumindest zwei der Wärmetauscher warmseitig von Wärmeträgern unterschiedlicher Temperatur durchströmt werden, wobei insbesondere der erste Wärmeträger, welcher einen kaltseitig vom Kältemittel zuerst durchströmten ersten Wärmetauscher warmseitig durchströmt, eine niedrigere Temperatur aufweist als der zweite Wärmeträger, welcher einen später kaltseitig vom Kältemittel durchströmten zweiten Wärmetauscher warmseitig durchströmt. Vorzugsweise sind die mindestens zwei Wärmetauscher mit zwei verschiedenen Wärmequelle-Behandlungsbereichen gekoppelt, um der Wärmepumpenvorrichtung Wärme aus mindestens zwei verschiedenen Wärmequelle- Behandlungsbereichen, insbesondere auf unterschiedlichen Temperaturniveaus, zuführen zu können. Auf diese Weise kann das untere Temperaturniveau T0 angehoben und damit der Wirkungsgrad erhöht werden. Furthermore, it is advantageous if at least two of the heat exchangers are flowed through by heat carriers of different temperature on the hot side, wherein in particular the first heat carrier, which flows through a cold side of the first flowed through first heat exchanger warm side, a lower temperature than the second heat carrier, which later cold side flows through the refrigerant second heat exchanger flows through the warm side. Preferably, the at least two heat exchangers are coupled to two different heat source treatment areas in order to be able to supply heat to the heat pump device from at least two different heat source treatment areas, in particular at different temperature levels. In this way, the lower temperature level T 0 can be increased and thus the efficiency can be increased.
Nimmt eine Wärmepumpenvorrichtung beispielsweise Wärme aus einem Aktivierungsbad oder einem Nanobeschichtungsbad auf und gibt diese Wärme an ein Entfettungsbad ab, so liegt das untere Temperaturniveau beispielsweise bei ungefähr 30 °C und das obere Temperaturniveau beispielsweise bei ungefähr 60 °C, woraus sich ein COP von ungefähr 5,5 ergibt. For example, if a heat pump device receives heat from an activation bath or nano-scale bath and releases this heat to a degreasing bath, the lower temperature level is, for example, about 30 ° C and the upper temperature level, for example, about 60 ° C, resulting in a COP of about 5 , 5 results.
Wird das Kältemittel im Kältemittelkreislauf der Wärmepumpenvorrichtung aber zuerst durch einen ersten Wärmetauscher, in dem es Wärme aus dem Aktivierungsbad oder dem Nanobeschichtungsbad aufnimmt, und dann durch einen zweiten Wärmetauscher geführt, in dem es Wärme aus einem Spülbad, insbesondere aus einem einem Entfettungsbad nachgeschalteten Spülbad, aufnimmt, so wird das untere Temperaturniveau durch diese Kaskadenführung beispielsweise auf ungefähr 40 °C oder ungefähr 45 °C angehoben, wodurch sich der Wirkungsgrad der Wärmepumpenvorrichtung COP auf ungefähr 8,3 bzw. auf ungefähr 11 erhöht, was eine deutliche Verbesserung darstellt. However, if the refrigerant in the refrigerant circuit of the heat pump device first through a first heat exchanger in which it absorbs heat from the activation bath or the nano-coating bath, and then passed through a second heat exchanger in which it heat from a rinsing bath, in particular from a degreasing bath downstream rinsing bath, For example, the lower temperature level is raised to approximately 40 ° C or approximately 45 ° C by this cascade guide, thereby increasing the efficiency of the heat pump device COP to approximately 8.3 and approximately 11, respectively, which is a significant improvement.
Der erste und der zweite Wärmetauscher bilden in diesem Fall zusammen einen Verdampfer der Wärmepumpenvorrichtung, wobei die Verdampfung des Kältemittels im Kältemittelkreislauf der Wärmepumpenvorrichtung teilweise im ersten Verdampfer und teilweise im zweiten Wärmetauscher oder vollständig im ersten Wärmetauscher oder vollständig im zweiten Wärmetauscher erfolgen kann. The first and the second heat exchanger in this case together form an evaporator of the heat pump device, wherein the evaporation of the refrigerant in the refrigerant circuit of the heat pump device can be partially in the first evaporator and partially in the second heat exchanger or completely in the first heat exchanger or completely in the second heat exchanger.
Die erfindungsgemäße Anlage zur Oberflächenbehandlung umfasst mindestens eine Wärmepumpenvorrichtung, welche zur Aufnahme von Wärme mit mindestens einem Wärmequelle-Behandlungsbereich und zur Abgabe von Wärme mit mindestens einem Wärmesenke-Behandlungsbereich gekoppelt ist. Um möglichst viele Energieeinsparpotentiale durch Kopplung von Wärmequelle-Behandlungsbereichen und Wärmesenke-Behandlungsbereichen der Anlage nutzen zu können, ist es von Vorteil, wenn die Anlage zwei oder mehr Wärmepumpenvorrichtungen umfasst, welche zur Aufnahme von Wärme mit mindestens zwei verschiedenen Wärmequelle-Behandlungsbereichen und/oder zur Abgabe von Wärme mit mindestens zwei verschiedenen Wärmesenke-Behandlungsbereichen gekoppelt sind. The surface treatment plant according to the invention comprises at least one heat pump device, which is coupled to at least one heat source treatment area and for the release of heat with at least one heat sink treatment area for receiving heat. In order to be able to use as many energy-saving potentials as possible by coupling heat-source treatment areas and heat-sink treatment areas of the installation, it is advantageous if the installation comprises two or more heat pump devices which are used to absorb heat with at least two different heat source treatment areas and / or Dissipation of heat coupled to at least two different heat sink treatment areas.
Beispielsweise kann die Anlage eine Wärmepumpenvorrichtung umfassen, welche zur Aufnahme von Wärme mit einem Tauchlackierungsbad und zur Abgabe von Wärme mit einem oder mehreren Vorbehandlungsbädern, insbesondere mit einem Entfettungsbad und/oder einem Phosphatierungsbad, gekoppelt ist. For example, the system may comprise a heat pump device, which is coupled to absorb heat with a dip-coating bath and to give off heat with one or more pre-treatment baths, in particular with a degreasing bath and / or a phosphating bath.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Anlage eine Wärmepumpenvorrichtung umfassen, welche zur Aufnahme von Wärme mit einem Spülbad und zur Abgabe von Wärme mit einem oder mehreren Vorbehandlungsbädern, insbesondere mit einem Phosphatierungsbad, gekoppelt ist. Alternatively or additionally, the plant may comprise a heat pump device which is coupled to receive heat with a rinsing bath and to give off heat with one or more pre-treatment baths, in particular with a phosphating bath.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Anlage auch eine Wärmepumpenvorrichtung umfassen, welche zur Aufnahme von Wärme mit einem Luftkreislauf der Anlage, insbesondere zur Erzeugung eines Luftvorhangs in einem Schleusenbereich der Anlage, und zur Abgabe von Wärme mit einem oder mehreren Vorbehandlungsbädern, insbesondere mit einem Entfettungsbad, gekoppelt ist. Alternatively or additionally, the system may also include a heat pump device, which is designed to absorb heat with an air circuit of the system, in particular for generating an air curtain in a lock area of the system, and for the release of heat with one or more pre-treatment baths, in particular with a degreasing bath, is coupled.
Da möglicherweise nicht die gesamte Wärme, die aus einem Wärmequelle-Behandlungsbereich abzuführen ist, von einem mittels einer Wärmepumpenvorrichtung mit dem betreffenden Wärmequelle-Behandlungsbereich gekoppelten Wärmesenke-Behandlungsbereich aufgenommen werden kann, insbesondere während einer Betriebspause des Wärmesenke-Behandlungsbereichs, ist es von Vorteil, wenn die Anlage eine Kühlvorrichtung zum Abführen überschüssiger Wärme aus mindestens einer Wärmepumpenvorrichtung umfasst. Eine solche Kühlvorrichtung ist vorzugsweise in einer Bypassleitung eines Kältemittelkreislaufs der Wärmepumpenvorrichtung angeordnet. Since all the heat to be dissipated from a heat source treatment area may not be accommodated by a heat sink treatment area coupled to the heat source treatment area by means of a heat pump device, in particular during a break in operation of the heat sink treatment area, it is advantageous the system comprises a cooling device for removing excess heat from at least one heat pump device. Such a cooling device is preferably arranged in a bypass line of a refrigerant circuit of the heat pump device.
Da der Wärmebedarf eines Wärmesenke-Behandlungsbereichs der Anlage die Wärmeabgabe eines Wärmequelle-Behandlungsbereichs, welcher mittels einer Wärmepumpenvorrichtung mit dem betreffenden Wärmesenke-Behandlungsbereich gekoppelt ist, übersteigen kann, insbesondere während einer Aufheizphase des Wärmesenke-Behandlungsbereichs, ist es von Vorteil, wenn die Anlage eine Heizvorrichtung zum Zuführen zusätzlicher Wärme zu mindestens einem Wärmesenke-Behandlungsbereich umfasst. Since the heat requirement of a heat sink treatment area of the system, the heat output of a heat source treatment area, which is coupled by means of a heat pump device with the respective heat sink treatment area may exceed, in particular during a heating phase of the heat sink treatment area, it is advantageous if the system A heating device for supplying additional heat to at least one heat sink treatment area comprises.
Eine solche Heizvorrichtung kann insbesondere in einem Heizkreislauf des betreffenden Wärmesenke-Behandlungsbereichs angeordnet sein, welcher mit der Wärmepumpenvorrichtung gekoppelt ist. Such a heating device may in particular be arranged in a heating circuit of the relevant heat sink treatment area, which is coupled to the heat pump device.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Wärmepumpenvorrichtung einen geschlossenen Kältemittelkreislauf umfasst, der zur Aufnahme von Wärme an einen Kühlkreislauf eines Wärmequelle-Behandlungsbereichs und zur Abgabe von Wärme an einen Heizkreislauf eines Wärmesenke-Behandlungsbereichs der Anlage gekoppelt ist. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that at least one heat pump device comprises a closed refrigerant circuit, which is coupled to absorb a heat to a cooling circuit of a heat source treatment area and for the delivery of heat to a heating circuit of a heat sink treatment area of the system.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken in einer Anlage zur Oberflächenbehandlung der Werkstücke. The present invention further relates to a method for surface treatment of workpieces in a plant for surface treatment of the workpieces.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zu schaffen, bei welchem weniger Energie benötigt wird für die Beheizung eines Wärmesenke-Behandlungsbereichs, dem im Betrieb der Anlage Wärme zuzuführen ist. Des Weiteren soll weniger Energie benötigt werden für die Kühlung eines Wärmequelle-Behandlungsbereichs, aus dem im Betrieb der Anlage Wärme abzuführen ist. Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken in einer Anlage zur Oberflächenbehandlung der Werkstücke gelöst, welches folgende Verfahrensschritte umfasst: The present invention has the further object of providing such a method in which less energy is required for heating a heat sink treatment area, which is to be supplied with heat during operation of the system. Furthermore, less energy is needed for the cooling of a heat source treatment area from which heat is dissipated during operation of the system. These objects are achieved according to the invention by a method for the surface treatment of workpieces in a plant for the surface treatment of the workpieces, which comprises the following method steps:
Fördern der Werkstücke durch mindestens einen Wärmesenke-Behandlungsbereich, dem im Betrieb der Anlage Wärme zuzuführen ist, und mindestens einen Wärmequelle-Behandlungsbereich, aus dem im Betrieb der Anlage Wärme abzuführen ist; und Conveying the workpieces through at least one heat sink treatment area, which is to be supplied with heat during operation of the installation, and at least one heat source treatment area from which heat is to be dissipated during operation of the installation; and
Koppeln mindestens einer Wärmepumpenvorrichtung zur Aufnahme von Wärme an mindestens einen Wärmequelle-Behandlungsbereich und zur Abgabe von Wärme an mindestens einen Wärmesenke-Behandlungsbereich. Coupling at least one heat pump device to receive heat to at least one heat source treatment area and to deliver heat to at least one heat sink treatment area.
Durch die wärmetechnische Kopplung mindestens eines Wärmesenke-Behandlungsbereichs und mindestens eines Wärmequelle-Behandlungsbereichs der Anlage mittels mindestens einer Wärmepumpenvorrichtung wird eine deutliche Energieeinsparung gegenüber einem Verfahren erzielt, bei welchem der Wärmesenke-Behandlungsbereich mittels einer separaten Heizvorrichtung beheizt wird und der Wärmequelle-Behandlungsbereich mittels einer separaten Kühlvorrichtung gekühlt wird, ohne dass diese Behandlungsbereiche wärmetechnisch miteinander gekoppelt sind. By thermally coupling at least one heat sink treatment area and at least one heat source treatment area of the installation by means of at least one heat pump device, a significant energy saving compared to a method is achieved in which the heat sink treatment area is heated by a separate heater and the heat source treatment area by means of a separate Cooling device is cooled without these treatment areas are thermally coupled with each other.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels. Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of an embodiment.
In den Zeichnungen zeigen : In the drawings show:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Anlage zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugkarosserien, wobei die Anlage einen Vorbehandlungsbereich mit einer Eingangsschleuse, mehreren Vorbehandlungsbädern und einem Spülbad sowie ein sich an den Vorbehandlungsbereich anschließendes Tauchlackierungsbad umfasst; 1 is a schematic block diagram of a plant for the surface treatment of workpieces, in particular of vehicle bodies, wherein the plant has a pre-treatment area with an entrance lock, several pre-treatment baths and a rinsing bath as well as a dip-coating bath adjoining the pretreatment area;
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Kühlkreislaufs des Tauchlackierbads, eines Heizkreislaufs des Vorbehandlungsbereichs und einer Wärmepumpenvorrichtung zur wärmetechnischen Kopplung des Kühlkreislaufs und des Heizkreislaufs; FIG. 2 shows a schematic block diagram of a cooling circuit of the dip-coating bath, a heating circuit of the pretreatment area and a heat pump device for the heat-related coupling of the cooling circuit and the heating circuit; FIG.
Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines Luftkreislaufs zur Erzeugung eines Luftvorhangs in der Eingangsschleuse sowie einer Wärmepumpenvorrichtung zur wärmetechnischen Kopplung des Luftkreislaufs mit einem Heizkreislauf eines Vorbehandlungsbads des Vorbehandlungsbereichs; 3 shows a schematic block diagram of an air circuit for generating an air curtain in the entrance lock and a heat pump device for thermally coupling the air circuit with a heating circuit of a pretreatment bath of the pretreatment area;
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild eines Teils einer Anlage zur Fig. 4 is a schematic block diagram of a part of a system for
Oberflächenbehandlung von Werkstücken, wobei die Anlage einen Entfettungsbereich mit mindestens einem Entfettungsbad, einen Spülbereich mit mindestens einem Spülbad und einen Aktivierungsbereich mit mindestens einem Aktivierungsbad umfasst und wobei ein Kühlkreislauf eines Aktivierungsbads mit einem Heizkreislauf eines Entfettungsbads mittels einer Wärmepumpenvorrichtung wärmetechnisch gekoppelt ist;  Surface treatment of workpieces, the system comprising a degreasing area with at least one degreasing bath, a rinsing area with at least one rinsing bath and an activation area with at least one activating bath, and wherein a cooling circuit of an activating bath is thermally coupled to a heating circuit of a degreasing bath by means of a heat pump device;
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild einer alternativen Ausführungsform der Anlage aus Fig. 4, bei welcher die Wärmepumpenvorrichtung einen zusätzlichen Wärmetauscher zu Ankopplung eines Kühlkreislaufs eines Spülbades umfasst; und 5 shows a schematic block diagram of an alternative embodiment of the system from FIG. 4, in which the heat pump device comprises an additional heat exchanger for coupling a cooling circuit of a rinsing bath; and
Fig. 6 ein der Fig. 4 entsprechendes schematisches Blockschaltbild einer Fig. 6 is a of FIG. 4 corresponding schematic block diagram of a
Anlage, bei welcher das Aktivierungsbad der Anlage aus Fig. 4 durch ein Nanobeschichtungsbad ersetzt ist.  Plant in which the activation bath of the plant of Fig. 4 is replaced by a nano-coating bath.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Eine in den Fig. 1 bis 3 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Anlage zur Oberflächenbehandlung von (nicht dargestellten) Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugkarosserien oder von Teilen von Fahrzeugkarosserien, ist beispielsweise als eine Anlage zur Lackierung und/oder Beschichtung der Werkstücke ausgebildet. Eine solche Anlage 100 umfasst (siehe Fig. 1) einen Vorbehandlungsbereich 102, in welchem nacheinander ein Entfettungsbad 104, ein Beschichtungsbad 106, gegebenenfalls ein (nicht dargestelltes) Passi- vierungsbad und ein oder mehrere Spülbäder 108 längs einer Förderrichtung 110 der Werkstücke aufeinanderfolgen. Identical or functionally equivalent elements are denoted by the same reference numerals in all figures. A system shown in FIGS. 1 to 3, designated as a whole by 100 for the surface treatment of workpieces (not shown), in particular of vehicle bodies or parts of vehicle bodies, is designed, for example, as a system for painting and / or coating the workpieces. Such a plant 100 comprises (see FIG. 1) a pretreatment area 102 in which a degreasing bath 104, a coating bath 106, optionally a passivation bath (not shown) and one or more rinsing baths 108 follow one another along a conveying direction 110 of the workpieces.
Die vorstehend beschriebenen Anlagenteile werden beispielsweise zur Aufbringung einer Beschichtung in Form einer Grundierung der zu behandelnden Werkstücke genutzt. Die Grundierung dient insbesondere dem Korrosionsschutz und umfasst bevorzugt Substanzen wie Zinkphosphat, Silizium-organische Verbindungen (Silane) oder Zirkonium-Komplexe auf organischer Basis. Im Weiteren kann jeweils ein beschriebenes Phosphatierungsbad bzw. ein beschriebener Phosphatierungsvorgang äquivalent ersetzt werden durch ein Silan- oder Zirkonium-Komplex-Behandlungsbad. The plant components described above are used for example for applying a coating in the form of a primer of the workpieces to be treated. The primer is used in particular for corrosion protection and preferably comprises substances such as zinc phosphate, silicon-organic compounds (silanes) or zirconium complexes on an organic basis. Furthermore, a described phosphating bath or a described phosphating process can be replaced equivalently by a silane or zirconium complex treatment bath.
Auf den Vorbehandlungsbereich 102 folgt ein Tauchlackierungsbad 112, das beispielsweise als ein elektrophoretisches Tauchlackierungsbad, insbesondere ein kataphoretisches Tauchlackierungsbad (KTL) oder ein anaphoretisches Tauchlackierungsbad, ausgebildet sein kann. The pre-treatment area 102 is followed by a dip-coating bath 112, which may be formed, for example, as an electrophoretic dip-coating bath, in particular a cataphoretic dip-coating bath (KTL) or an anaphoretic dip-coating bath.
Auf das Tauchlackierungsbad 112 folgen mehrere weitere (nicht dargestellte) Prozessstufen, beispielsweise ein Trockner, in dem der Tauchlackierungslack ausgehärtet wird, ein Behandlungsbereich zum Aufbringen eines Unterbodenschutzes, ein Behandlungsbereich zum Durchführen von Nahtabdichtoperationen und/oder ein weiterer Trockner. The dip-coating bath 112 is followed by a plurality of further process stages (not shown), for example a dryer in which the dip-paint is cured, a treatment area for applying underbody protection, a treatment area for performing seam-sealing operations and / or another dryer.
Die zu behandelnden Werkstücke, insbesondere Fahrzeugkarosserien, werden mittels einer (nicht dargestellten) Fördervorrichtung in der Förderrichtung 110 durch den Vorbehandlungsbereich 102 und die nachfolgenden Behandlungsbereiche, insbesondere das Tauchlackierungsbad 112, gefördert. Der Vorbehandlungsbereich 102 ist vorzugsweise in einem weitgehend geschlossenen Tunnel angeordnet, um die Atmosphäre des Vorbehandlungsbereichs 102 von der umgebenden Atmosphäre zu trennen. The workpieces to be treated, in particular vehicle bodies, are conveyed in the conveying direction 110 through the pretreatment area 102 and the subsequent treatment areas, in particular the dip-coating bath 112, by means of a conveying device (not shown). The pretreatment area 102 is preferably arranged in a substantially closed tunnel to separate the atmosphere of the pretreatment area 102 from the surrounding atmosphere.
Vor dem Eintreten in den Vorbehandlungsbereich 102 durchlaufen die Werkstücke eine Eingangsschleuse 114, in welcher in einem Luftkreislauf 122 ein Luftvorhang 116 (siehe Fig. 3) erzeugt wird, um die Atmosphäre des Vorbehandlungsbereichs 102 von der Atmosphäre der vor dem Vorbehandlungsbereich 102 liegenden Bereiche der Anlage 100 zu trennen und den Austritt von feuchten Dämpfen aus dem Vorbehandlungsbereich 102 in die Umgebung sowie ein Verschleppen von Verunreinigungen in den Vorbehandlungsbereich 102 zu vermeiden. Prior to entering the pretreatment area 102, the workpieces pass through an entrance lock 114 in which an air curtain 116 (see FIG. 3) is created in an air circuit 122 to control the atmosphere of the pretreatment area 102 from the atmosphere of the area of the facility ahead of the pretreatment area 102 100 and to avoid the escape of moist vapors from the pre-treatment area 102 in the environment and a carryover of impurities in the pre-treatment area 102.
Nach dem Durchlaufen der Eingangsschleuse 114 werden die Werkstücke im Vorbehandlungsbereich 102 zunächst im Entfettungsbad 104 von Korrosionsschutzmitteln, Tiefziehölen und von weiteren Bestandteilen in Partikelform, wie Schleifabrieb vom Rohbaufinish, und von Schweißperlen befreit. After passing through the entrance lock 114, the workpieces in the pretreatment area 102 are first freed in the degreasing bath 104 of anticorrosive agents, deep-drawing oils and other constituents in particulate form, such as abrasive abrasion from the raw construction finish, and welding beads.
Im anschließenden Beschichtungsbad 106, welches vorliegend als Phospha- tierungsbad gestaltet ist, wird beispielsweise eine Zinkphosphatschicht auf die Werkstücke aufgetragen, und im folgenden Passivierungsbad werden verbliebene Kristallporen der Phosphatierung geschlossen. In the subsequent coating bath 106, which in the present case is designed as a phosphating bath, a zinc phosphate layer is applied to the workpieces, for example, and remaining crystal pores of the phosphating are closed in the following passivation bath.
In dem sich an den Vorbehandlungsbereich 102 anschließenden Tauchlackie- rungsbad 112 wird durch eine elektrolytische Lackabscheidung die gesamte Werkstoffoberfläche, das heißt die Außenhaut und auch nicht sichtbare Innenbereiche wie der Schweller einer Fahrzeugkarosserie, lackiert. Da das Tauch- lackierungsbad 112 einen ohmschen Widerstand darstellt, durch den ein Strom fließt, wird durch die elektrolytische Beschichtung der Werkstücke Wärme erzeugt, die aus dem Tauchlackierungsbad 112 abgeführt werden soll. In the dip-coating bath 112 adjoining the pretreatment area 102, the entire surface of the material, that is to say the outer skin and also non-visible inner areas such as the sill of a vehicle body, is painted by an electrolytic paint deposit. Since the dip-coating bath 112 is an ohmic resistance through which a current flows, heat is generated by the electrolytic coating of the workpieces, which is to be dissipated from the dip-coating bath 112.
Die Prozesstemperaturen im Entfettungsbad 104 und im Phosphatierungs- bad 106 liegen im Bereich von ungefähr 45 °C bis 65 °C und im Tauchlackierungsbad 112 in einem Bereich von ungefähr 27 °C bis ungefähr 34 °C. Die genannten Vorbehandlungsbäder werden daher während des Betriebs der Anlage 100 beheizt, und das Tauchlackierungsbad 112 wird erfindungsgemäß gekühlt. The process temperatures in the degreasing bath 104 and the phosphating bath 106 are in the range of about 45 ° C to 65 ° C, and in the dip coating 112, in the range of about 27 ° C to about 34 ° C. The abovementioned pre-treatment baths are therefore heated during the operation of the system 100, and the dip-coating bath 112 is cooled according to the invention.
Das Entfettungsbad 104 und das Phosphatierungsbad 106 stellen somit Wärmesenke-Behandlungsbereiche 118 dar, denen im Betrieb der Anlage 100 Wärme zuzuführen ist, während das Tauchlackierungsbad 112 einen Wärmequelle-Behandlungsbereich 120 darstellt, aus dem im Betrieb der Anlage 100 Wärme abzuführen ist. The degreasing bath 104 and the phosphating bath 106 thus constitute heat sink treatment areas 118 to which heat is to be supplied during operation of the installation 100, while the dip-coating bath 112 represents a heat source treatment area 120 from which heat is to be dissipated during operation of the installation 100.
Der Luftkreislauf 122 zur Erzeugung des Luftvorhangs 116 in der Eingangsschleuse 114 stellt einen weiteren Wärmequelle-Behandlungsbereich dar, da die im Kreislauf geführte Luft in der Eingangsschleuse 114, welche an das warme Entfettungsbad 104 angrenzt, aufgeheizt wird und mit Feuchtigkeit beladen wird. Beim Verlassen der Eingangsschleuse 114 ist die Luft im Luftkreislauf 122 fast vollständig mit Wasser gesättigt. The air circuit 122 for producing the air curtain 116 in the entrance lock 114 represents another heat source treatment area, since the recirculated air in the entrance lock 114, which is adjacent to the warm degreasing 104, is heated and loaded with moisture. When leaving the entrance lock 114, the air in the air circuit 122 is almost completely saturated with water.
Um die aus dem Tauchlackierungsbad 112 abzuführende Wärme für die Wärmezufuhr zu den Tauchbädern des Vorbehandlungsbereiches 102 nutzen zu können, umfasst die Anlage 100 eine erste Wärmepumpenvorrichtung 124, welche im Folgenden als Tauchlackierungs-Wärmepumpenvorrichtung 126 bezeichnet wird und welche einen Kühlkreislauf 128 des Tauchlackierungsbades 112 wärmetechnisch mit einem Heizkreislauf 130 des Vorbehandlungsbereichs 102 koppelt. In order to be able to use the heat to be dissipated from the dip-coating bath 112 for supplying heat to the dip baths of the pre-treatment area 102, the installation 100 comprises a first heat pump device 124, which will be referred to below as a dip-paint heat pump device 126, and which will include a cooling circuit 128 of the dip-coating bath 112 in thermal terms a heating circuit 130 of the pretreatment area 102 couples.
Wie am besten aus den Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, umfasst die Tauchlackie- rungs-Wärmepumpenvorrichtung 126 einen Kältemittelkreislauf 132, in welchem ein Verdampfer 134, ein Verdichter 136, ein Kondensator 138 und ein Drosselventil 140 in der Strömungsrichtung eines Kältemittels aufeinander folgen. Als Kältemittel können beispielsweise Tetrafluorethan (Handelsname : R134a), H20, C02 oder dergleichen verwendet werden. As best seen in FIGS. 1 and 2, dip-dip heat pump apparatus 126 includes a refrigerant circuit 132 in which an evaporator 134, a compressor 136, a condenser 138, and a throttle valve 140 follow each other in the flow direction of a refrigerant , As the refrigerant, for example, tetrafluoroethane (trade name: R134a), H 2 O, C0 2 or the like can be used.
Der Verdampfer 134 der Tauchlackierungs-Wärmepumpenvorrichtung 126 ist warmseitig an den Kühlkreislauf 128 des Tauchlackierungsbades 112 angeschlossen, in welchem ein Wärmeträger umläuft, um Wärme aus dem Tauchlackierungsbad 112 abzuführen und auf das Kältemittel im Verdampfer 134 zu übertragen. Als Wärmeträger im Kühlkreislauf 128 können The evaporator 134 of the dip-coating heat pump device 126 is connected to the warm side of the cooling circuit 128 of the dip-coating bath 112, in which a heat transfer medium circulates to heat from the Discharge dip 112 and transfer to the refrigerant in the evaporator 134. As a heat carrier in the cooling circuit 128 can
insbesondere Wasser, C02, R134a oder dergleichen verwendet werden. in particular water, C0 2 , R134a or the like can be used.
Der Kondensator 138 der Tauchlackierungs-Wärmepumpenvorrichtung 126 ist kaltseitig an den Heizkreislauf 130 des Vorbehandlungsbereiches 102 angeschlossen, welcher von einem Wärmeträger durchströmt wird, der von dem Kältemittel im Kondensator 138 aufgenommene Wärme an einen Entfettungsbad-Heizkreislauf 142 des Entfettungsbades 104 und an einen Phospha- tierungsbad-Heizkreislauf 144 des Phosphatierungsbades 106 abgibt. The condenser 138 of the dip-coating heat pump device 126 is cold-side connected to the heating circuit 130 of the pretreatment region 102, which is flowed through by a heat transfer, the heat absorbed by the refrigerant in the condenser 138 to a degreasing bath heating circuit 142 of the degreasing bath 104 and to a phosphating bath -Heizkreislauf 144 of the phosphating bath 106 emits.
Der Heizkreislauf 130 des Vorbehandlungsbereichs 102 umfasst eine stromaufwärts von dem Kondensator 138 angeordnete Kreislaufpumpe 146 und einen stromabwärts von dem Kondensator 138 angeordneten Heizkessel oder Brenner 148, welcher dazu dient, den im Heizkreislauf 130 umlaufenden Wärmeträger zusätzlich zu erwärmen, wenn die vom Tauchlackierungsbad 112 gelieferte Wärme den Wärmebedarf des Vorbehandlungsbereichs 102 im laufenden Betrieb der Anlage 100 nicht vollständig deckt oder wenn während einer Aufheizphase der Tauchbäder des Vorbehandlungsbereichs 102 eine erhöhte Heizleistung benötigt wird, welche beispielsweise das Dreifache der im laufenden Betrieb der Anlage 100 benötigten Heizleistung beträgt. The heating circuit 130 of the pretreatment region 102 comprises a circulation pump 146 arranged upstream of the condenser 138 and a heating boiler or burner 148 arranged downstream of the condenser 138, which serves to additionally heat the heat transfer medium circulating in the heating circuit 130 when the heat delivered by the dip coating bath 112 the heat requirement of the pre-treatment area 102 during operation of the system 100 is not completely covered or if an increased heating power is required during a heating phase of the immersion baths of the pre-treatment area 102, which is for example three times the heating power required during operation of the system 100.
Als Wärmeträger im Heizkreislauf 130 können beispielsweise Wasser, C02, R134a oder dergleichen verwendet werden. As the heat carrier in the heating circuit 130, for example, water, C0 2 , R134a or the like can be used.
Stromabwärts von dem Heizkessel 148 verzweigt der Heizkreislauf 130 in einen Entfettungsbad-Wärmetauscher 150, in welchem Wärme aus dem Wärmeträger des Heizkreislaufs 130 an einen Wärmeträger im Entfettungsbad- Heizkreislauf 142 übertragen wird, und in einen parallel zum Entfettungsbad- Wärmetauscher 150 geschalteten Phosphatierungsbad-Wärmetauscher 152, in welchem Wärme von dem Wärmeträger des Heizkreislaufs 130 an einen Wärmeträger im Phosphatierungsbad-Heizkreislauf 144 übertragen wird. Als Wärmeträger im Entfettungsbad-Heizkreislauf 142 und im Phosphatie- rungsbad-Heizkreislauf 144 können beispielsweise Wasser, C02, R134a oder dergleichen verwendet werden. Downstream of the boiler 148, the heating circuit 130 branches into a degreasing bath heat exchanger 150 in which heat is transferred from the heat carrier of the heating circuit 130 to a heat carrier in the degreasing bath heating circuit 142 and into a phosphating bath heat exchanger 152 connected in parallel to the degreasing bath heat exchanger 150 in which heat is transferred from the heat carrier of the heating circuit 130 to a heat carrier in the phosphatizing bath heating circuit 144. For example, water, C0 2 , R134a or the like can be used as the heat carrier in the degreasing bath heating circuit 142 and in the phosphatizing bath heating circuit 144.
Der Wärmeträger im Entfettungsbad-Heizkreislauf 142 überträgt die im Entfettungsbad-Wärmetauscher 150 aufgenommene Wärme an das Entfettungsbad 104, und der Wärmeträger im Phosphatierungsbad-Heizkreislauf 144 überträgt die im Phosphatierungsbad-Wärmetauscher 152 aufgenommene Wärme an das Phosphatierungsbad 106. The heat carrier in the degreasing bath heating circuit 142 transfers the heat absorbed in the degreasing bath heat exchanger 150 to the degreasing bath 104, and the heat carrier in the phosphatizing bath heating circuit 144 transfers the heat absorbed in the phosphating bath heat exchanger 152 to the phosphating bath 106.
Stromabwärts von dem Entfettungsbad-Wärmetauscher 150 und dem Phos- phatierungsbad-Wärmetauscher 152 werden die beiden Zweige des Heizkreislaufs 130 wieder zusammengeführt. Der wiedervereinigte Heizkreislauf 130 führt durch die Kreislaufpumpe 146 zum Kondensator 138 zurück. Downstream of the degreasing bath heat exchanger 150 and the phosphating bath heat exchanger 152, the two branches of the heating circuit 130 are brought together again. The reunited heating circuit 130 returns to the condenser 138 through the circulation pump 146.
Das Tauchlackierungsbad 112 wird bevorzugt auch in Produktionspausen der Anlage 100 gekühlt, wobei eine Pumpe zur Umwälzung des Tauchlackierungs- bades ebenfalls in Betrieb gehalten wird, um die Sedimentation von Tauchlack zu verhindern. The dip-coating bath 112 is preferably also cooled during production pauses of the system 100, a pump for circulating the dip-coating bath also being kept in operation in order to prevent the sedimentation of dip paint.
Diese Wärme kann beispielsweise zur Konstanthaltung des Temperaturniveaus in die Tauchbäder des Vorbehandlungsbereichs 102 eingespeist werden, so dass durch die Vorwärmung dieser Bäder die Anlage 100 nach einem Produktionsstillstand, beispielsweise nach einem Wochenende, in kürzerer Zeit hochgefahren werden kann. This heat can be fed, for example, to maintain the temperature level in the immersion baths of the pretreatment area 102, so that the plant 100 can be run up in a shorter time by a preheating of these baths after a production standstill, for example after a weekend.
Für den Fall, dass die Wärmebilanz zwischen Kühlung des Tauchlackierungsba- des 112 einerseits und Heizung der Bäder des Vorbehandlungsbereichs 102 andererseits nicht ausgeglichen sein sollte und der Vorbehandlungsbereich 102 nicht ausreichend Wärme von der Tauchlackierungs-Wärmepumpenvorrichtung 126 abnehmen kann, insbesondere im Falle von Wartungsarbeiten, ist die Tauchlackierungs-Wärmepumpenvorrichtung 126 mit einer Bypassleitung 154 versehen, in der eine Kühlvorrichtung 156 zum Kühlen des Kältemittels angeordnet ist. Die Bypassleitung 154 zweigt zwischen dem Verdichter 136 und dem Kondensator 138 von dem Kältemittelkreislauf 132 ab und mündet zwischen dem Kondensator 138 und dem Drosselventil 140 wieder in den Kältemittelkreislauf 132 ein. On the other hand, in the event that the heat balance between cooling the dip paint base 112 on the one hand and heating the baths of the pretreatment area 102 on the other hand should not be balanced and the pretreatment area 102 can not remove enough heat from the dip paint heat pump device 126, especially in the case of maintenance the dip-paint heat pump device 126 is provided with a bypass passage 154 in which a cooling device 156 for cooling the refrigerant is arranged. The bypass line 154 branches off from the refrigerant circuit 132 between the compressor 136 and the condenser 138 and re-enters the refrigerant circuit 132 between the condenser 138 and the throttle valve 140.
Die Kühlvorrichtung 156 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass das Kältemittel mittels der Kühlvorrichtung 156 um eine Temperaturdifferenz (ΔΤ in Fig. 2) von mindestens ungefähr 60 °C, beispielsweise von ungefähr 65 °C, abgekühlt werden kann. The cooling device 156 is preferably designed so that the coolant can be cooled by means of the cooling device 156 by a temperature difference (ΔΤ in FIG. 2) of at least approximately 60 ° C., for example approximately 65 ° C.
Im Normalbetrieb der Anlage 100 und der Tauchlackierungs-Wärmepumpen- vorrichtung 126 weist das Tauchlackierungsbad 112 eine Temperatur im Bereich von ungefähr 27 °C bis ungefähr 34 °C auf. In normal operation of the system 100 and the dip-coating heat pump apparatus 126, the dip-coating bath 112 has a temperature in the range of about 27 ° C to about 34 ° C.
Der Wärmeträger im Kühlkreislauf 128 des Tauchlackierungsbads 112 tritt mit einer Temperatur von beispielsweise ungefähr 20 °C in die Warmseite des Verdampfers 134 ein und erwärmt das den Verdampfer 134 kaltseitig durchströmende Kältemittel auf eine Temperatur von beispielsweise ungefähr 10 °C. The heat carrier in the cooling circuit 128 of the Tauchlackierungsbads 112 enters the hot side of the evaporator 134 at a temperature of, for example, about 20 ° C and heats the evaporator 134 cold side flowing refrigerant to a temperature of, for example, about 10 ° C.
Der Wärmeträger im Kühlkreislauf 128 tritt mit einer Temperatur von beispielsweise ungefähr 15 °C aus dem Verdampfer 134 aus und wird zum The heat carrier in the cooling circuit 128 exits the evaporator 134 at a temperature of, for example, about 15 ° C and becomes the
Tauchlackierungsbad 112 zurückgeführt. Dipping paint 112 returned.
Hierdurch wird dem Tauchlackierungsbad 112 Wärme (Qab in Fig. 2) mit einer Kühlleistung im Bereich von beispielsweise ungefähr 100 kW bis ungefähr 1,5 MW entzogen. As a result, the dip-coating bath 112 is deprived of heat (Q a b in FIG. 2) having a cooling power in the range of, for example, about 100 kW to about 1.5 MW.
Im Kältemittelkreislauf 132 der Tauchlackierungs-Wärmepumpenvorrichtung 126 wird das im Verdampfer 134 erwärmte Kältemittel mittels des Verdichters 136 von einem Ausgangsdruck von beispielsweise ungefähr 4 bar auf einen Enddruck von beispielsweise ungefähr 22 bar verdichtet und auf ein Temperaturniveau von beispielsweise ungefähr 75 °C erwärmt. Das verdichtete und erwärmte Kältemittel gibt im Kondensator 138 Wärme (Qzu in Fig. 2) an den Wärmeträger im Heizkreislauf 130 des Vorbehandlungsbereiches 102 ab. In the refrigerant circuit 132 of the dip-coating heat pump device 126, the refrigerant heated in the evaporator 134 is compressed by the compressor 136 from an outlet pressure of, for example, about 4 bar to a final pressure of, for example, about 22 bar and heated to a temperature level of, for example, about 75 ° C. The compressed and heated refrigerant is in the condenser 138 heat (Qzu in Fig. 2) to the heat carrier in the heating circuit 130 of the pretreatment region 102 from.
Der Wirkungsgrad COP ("Coefficient of Performance") der Tauchlackierungs- Wärmepumpenvorrichtung 126 hängt von der Differenz zwischen der Temperatur T des Kältemittels im Kondensator 138 und der Temperatur T0 des Kältemittels im Verdampfer 134 sowie vom Wirkungsgrad riverdichter des Verdich¬ ters 136 ab (COP = T/(T-T0)x Hverdichter) und beträgt beispielsweise für das Kühlen ungefähr zwei und für das Heizen ungefähr drei. Bei einer Kühlleistung von beispielsweise 600 kW können somit ungefähr 900 kW für die Beheizung des Vorbehandlungsbereiches 102 verwendet werden. The efficiency COP ( "Coefficient of Performance") of Tauchlackierungs- heat pump device 126 depends on the difference between the temperature T of the refrigerant in the condenser 138 and the temperature T 0 of the refrigerant in the evaporator 134 and the efficiency river denser the compaction ¬ ters 136. (COP = T / (TT 0 ) x high-pressure compressor), for example, about two for cooling and about three for heating. With a cooling capacity of, for example, 600 kW, approximately 900 kW can thus be used for heating the pretreatment area 102.
Der Wärmeträger im Heizkreislauf 130 des Vorbehandlungsbereichs 102 wird im Kondensator 138 auf eine Temperatur von beispielsweise ungefähr 70 °C erwärmt. The heat transfer medium in the heating circuit 130 of the pretreatment region 102 is heated in the condenser 138 to a temperature of, for example, approximately 70.degree.
Bei Bedarf, insbesondere in der Aufheizphase der Bäder des Vorbehandlungsbereichs 102, kann der Wärmeträger mittels des Heizkessels 148 weiter erwärmt werden, beispielsweise auf eine Temperatur von ungefähr 80 °C . If required, in particular in the heating phase of the baths of the pretreatment area 102, the heat transfer medium can be further heated by means of the heating boiler 148, for example to a temperature of approximately 80.degree.
Die im Kondensator 138 und gegebenenfalls im Heizkessel 148 aufgenommene Wärme gibt der Wärmeträger des Heizkreislaufs 130 im Entfettungsbad-Wärmetauscher 150 an den Wärmeträger im Entfettungsbad-Heizkreislauf 142 und im Phosphatierungsbad-Wärmetauscher 152 an den Phosphatierungsbad-Heiz- kreislauf 144 ab, wodurch der Wärmeträger im Heizkreislauf 130 auf eine Temperatur von beispielsweise ungefähr 65 °C abgekühlt wird und die Wärmeträger im Entfettungsbad-Heizkreislauf 142 bzw. im Phosphatierungsbad-Heiz- kreislauf 144 auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 45 °C bis ungefähr 65 °C erwärmt werden. The heat absorbed in the condenser 138 and possibly in the heating boiler 148 is transferred from the heat carrier of the heating circuit 130 in the degreasing bath heat exchanger 150 to the heat carrier in the degreasing bath heating circuit 142 and in the phosphatizing bath heat exchanger 152 to the phosphating bath heating circuit 144, whereby the heat carrier in the Heating circuit 130 is cooled to a temperature of, for example, about 65 ° C and the heat transfer in the degreasing bath heating circuit 142 and in the phosphating bath heating circuit 144 are heated to a temperature in the range of about 45 ° C to about 65 ° C.
Durch die Nutzung der dem Tauchlackierungsbad 1 12 entzogenen Wärme für die Erwärmung der Bäder im Vorbehandlungsbereich 102, durch die unmittelbare Nähe von Vorbehandlungsbereich 102 und Tauchlackierungsbad 1 12 und die Erzeugung der Prozesswärme für den Vorbehandlungsbereich 102 vor Ort kann auf eine Anbindung des Vorbehandlungsbereichs 102 an einen zentralen Heizkessel verzichtet werden. By the use of the Tauchlackierungsbad 1 12 withdrawn heat for the heating of the baths in the pre-treatment area 102, by the immediate vicinity of pre-treatment area 102 and Tauchlackierungsbad 1 12 and the generation of the process heat for the pretreatment area 102 on site can be dispensed with a connection of the pretreatment area 102 to a central heating boiler.
Die gegebenenfalls zusätzlich zur Heizleistung der Tauchlackierungs-Wärme- pumpenvorrichtung 126 erforderliche Prozesswärme, insbesondere beim Aufheizvorgang der Bäder im Vorbehandlungsbereich 102, wird mittels des Heizkessels 148 lokal, direkt vor Ort, erzeugt. Der lokale Heizkessel 148, die Ein- speisung der Wärme mittels der Tauchlackierungs-Wärmepumpenvorrichtung 126, die Kreislaufpumpe 146 und die erforderlichen Rohrleitungen bilden ein lokal begrenztes Kreislaufsystem. The process heat required in addition to the heat output of the dip-coating heat pump device 126, in particular during the heating process of the baths in the pretreatment region 102, is generated locally by means of the heating boiler 148, directly on site. The local boiler 148, the feed of the heat by means of the dip-paint heat pump device 126, the circulation pump 146 and the required pipelines form a localized circulatory system.
Die im Entfettungsbad 104 aufgewärmten Werkstücke kühlen bis zum Phos- phatierungsbad 106 bis auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 40 °C ab, so dass die im Entfettungsbad 104 in die Werkstücke eingetragene Wärme im Phosphatierungsbad 106 wieder genutzt werden kann und die Werkstücke nicht wieder von der Umgebungstemperatur auf die Prozesstemperatur im Phosphatierungsbad 106 aufgeheizt werden müssen, wie dies bei der Entfettung der Fall ist. The workpieces heated in the degreasing bath 104 cool to the phosphating bath 106 up to a temperature in the range of approximately 40 ° C., so that the heat introduced into the workpieces in the degreasing bath 104 can be reused in the phosphating bath 106 and the workpieces are not returned again The ambient temperature must be heated to the process temperature in the phosphating bath 106, as is the case with degreasing.
In den auf die Phosphatierung folgenden Bädern verhält es sich wie folgt. The baths following the phosphating are as follows.
Die Anlage 100 umfasst bevorzugt eine zweite Wärmepumpenvorrichtung 158, welche im Folgenden als Spülbad-Wärmepumpenvorrichtung 160 bezeichnet wird und einen Phosphatierungsbad-Zusatzheizkreislauf 162 als Wärmesenke sowie einen Spülbad-Kühlkreislauf 164 als Wärmequelle wärmetechnisch miteinander koppelt. The plant 100 preferably comprises a second heat pump device 158, which is referred to below as a rinsing bath heat pump device 160 and couples a phosphating bath additional heating circuit 162 as a heat sink as well as a rinsing bath cooling circuit 164 as a heat source thermally.
Ein Kältemittelkreislauf 168 der Spülbad-Wärmepumpenvorrichtung 160 umfasst einen Verdampfer 166, der warmseitig von einem Wärmeträger des Spülbad-Kühlkreislaufs 164, beispielsweise Wasser, durchströmt wird und in welchem das Kältemittel Wärme aus dem Wärmeträger des Spülbad-Kühlkreislaufs 164 aufnimmt, einen stromabwärts vom Verdampfer 166 angeordneten Verdichter 170, einen stromabwärts vom Verdichter 170 angeordneten Kondensator 172, der kaltseitig von einem Wärmeträger des Phosphatierungsbad- Zusatzheizkreislaufs 162, beispielsweise Wasser, durchströmt wird und in welchem das Kältemittel Wärme an den Wärmeträger des Phosphatierungs- bad-Zusatzheizkreislaufs 162 abgibt, und ein stromabwärts von dem Kondensator 172 angeordnetes Drosselventil 174, stromabwärts von welchem der Verdampfer 166 angeordnet ist. A refrigerant circuit 168 of the rinse heat pump apparatus 160 includes an evaporator 166 through which a heat transfer medium of the rinse cycle 164, for example, water flows, and in which the refrigerant absorbs heat from the heat transfer medium of the rinse cycle 164, downstream of the evaporator 166 arranged compressor 170, a downstream of the compressor 170 arranged capacitor 172, the cold side of a heat transfer medium of Phosphatierungsbad- Auxiliary heating circuit 162, for example, water, is flowed through and in which the refrigerant gives off heat to the heat transfer of Phosphatierungsbad Zusatzheizkreislaufs 162, and a downstream of the condenser 172 arranged throttle valve 174, downstream of which the evaporator 166 is arranged.
Die Funktion der Spülbad-Wärmepumpenvorrichtung 160 stimmt grundsätzlich mit der Funktion der vorstehend beschriebenen Tauchlackierungs-Wärmepum- penvorrichtung 126 überein. The function of the rinse heat pump apparatus 160 basically corresponds to the function of the dip-paint heat pump apparatus 126 described above.
Durch die Spülbad-Wärmepumpenvorrichtung 160 wird dem Spülbad 108 oder den Spülbädern 108 Wärme aus dem Wärmeträger des Spülbad-Kühlkreislaufs 164 auf einem Temperaturniveau von beispielsweise ungefähr 25 °C entzogen. Diese Wärme wird mittels des Verdichters 170 auf ein Temperaturniveau von beispielsweise ungefähr 70 °C angehoben und an den Wärmeträger im Phos- phatierungsbad-Zusatzheizkreislauf 162 abgegeben, um das Phosphatierungs- bad 106 zusätzlich zu erwärmen. The rinsing bath heat pump device 160 removes heat from the heat transfer medium of the rinsing bath cooling circuit 164 at a temperature level of, for example, approximately 25 ° C., to the rinsing bath 108 or the rinsing baths 108. This heat is raised by means of the compressor 170 to a temperature level of, for example, approximately 70 ° C. and delivered to the heat carrier in the phosphating bath auxiliary heating circuit 162 in order to additionally heat the phosphating bath 106.
Die zusätzliche Heizleistung des Phosphatierungsbad-Zusatzheizkreislaufes 162 liegt beispielsweise in der Größenordnung von ungefähr 40 kW bis ungefähr 200 kW. The additional heating power of the phosphatizing bath auxiliary heating circuit 162 is, for example, on the order of about 40 kW to about 200 kW.
Um ferner Wärme aus dem Luftkreislauf 122 der Eingangsschleuse 114 des Vorbehandlungsbereichs 102 dem Entfettungsbad 104 des Vorbehandlungsbereichs 102 zuführen zu können, umfasst die Anlage 100 eine dritte Wärmepumpenvorrichtung 176, welche im Folgenden als Schleusen-Wärmepumpenvorrichtung 178 bezeichnet wird und den Luftkreislauf 122 der Eingangsschleuse 114 als Wärmequelle und einen Entfettungsbad-Zusatzheizkreislauf 180 des Entfettungsbades 104 als Wärmesenke wärmetechnisch miteinander koppelt. In order to be able to further supply heat from the air circuit 122 of the entrance lock 114 of the pretreatment area 102 to the degreasing bath 104 of the pretreatment area 102, the installation 100 comprises a third heat pump device 176, which is referred to below as the lock heat pump device 178 and the air circuit 122 of the entrance lock 114 Heat source and a degreaser additional heating circuit 180 of the degreasing 104 as a heat sink thermally coupled together.
Wie am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, umfasst der Luftkreislauf 122 der Eingangsschleuse 114 einen Ventilator 182, einen stromabwärts von dem Ventilator 182 angeordneten Kondensator 184 und eine stromabwärts von dem Kondensator 184 angeordnete Verzweigung 186, an welcher der Luftkreislauf 112 in zwei Zweigleitungen 188a und 188b verzweigt. As best seen in FIG. 3, the air circuit 122 of the entrance lock 114 includes a fan 182, a condenser 184 disposed downstream of the fan 182, and a downstream one Branch 186 disposed on the condenser 184 at which the air circuit 112 branches into two branch lines 188a and 188b.
In jeder Zweigleitung 188a, 188b ist eine einstellbare Klappe 190 angeordnet, so dass der Volumenstrom der Umluft in gewünschter Weise auf die beiden Zweigleitungen 188a und 188b verteilt werden kann. In each branch line 188a, 188b, an adjustable flap 190 is arranged, so that the volume flow of the circulating air can be distributed in a desired manner to the two branch lines 188a and 188b.
Die erste Zweigleitung 188a mündet in eine erste Luftkammer 192, aus welcher die Luft durch eine Schlitzdüse 194 austritt, so dass der austretende gebündelte Luftfreistrahl den Luftvorhang 116 bildet, welcher eine Schleusenkammer 196, durch welche die zu behandelnden Werkstücke hindurchgefördert werden, von oben nach unten durchsetzt. The first branch line 188a opens into a first air chamber 192, from which the air exits through a slot nozzle 194, so that the exiting bundled air jet forms the air curtain 116, which from top to bottom a lock chamber 196 through which the workpieces to be treated are conveyed interspersed.
Am Boden der Schleusenkammer 196 gelangt die Luft, welche von dem Ventilator 182 angesaugt wird, durch einen Absaugkanal 198 in eine Absaugkammer 200 und von dort auf die Saugseite des Ventilators 182. At the bottom of the lock chamber 196, the air, which is sucked by the fan 182, passes through a suction channel 198 into a suction chamber 200 and from there to the suction side of the fan 182.
Die zweite Zweigleitung 188b mündet in eine zweite Luftkammer 202. Die Luft aus der zweiten Luftkammer 202 wird aufgrund der Sogwirkung des den Luftvorhang 116 bildenden gebündelten Luftfreistrahls durch eine Austrittsöffnung 204 am Boden der zweiten Luftkammer 202 von der aus der Schlitzdüse 194 austretenden Luft angesaugt. The second branch line 188b opens into a second air chamber 202. The air from the second air chamber 202 is drawn by the suction effect of the bundled air jet forming the air curtain 116 through an exit opening 204 at the bottom of the second air chamber 202 from the air exiting the slot 194.
Durch diese Ansaugung von Umluft aus der zweiten Luftkammer 202 wird verhindert, dass der gebündelte Luftfreistrahl aus der Schlitzdüse 194 Luft aus dem Außenraum der Eingangsschleuse 114 ansaugt. Durch den Luftvorhang 116 wird somit eine Trennung der Atmosphäre vor der Eingangsschleuse 114 von der Atmosphäre des hinter der Eingangsschleuse 114 liegenden Vorbehandlungsbereichs 102 herbeigeführt. This suction of circulating air from the second air chamber 202 prevents the bundled air jet from the slot nozzle 194 from sucking in air from the outer space of the inlet lock 114. The air curtain 116 thus brings about a separation of the atmosphere upstream of the entrance lock 114 from the atmosphere of the pretreatment area 102 located behind the entrance lock 114.
Die Schleusen-Wärmepumpenvorrichtung 178 umfasst einen Kältemittelkreislauf 206, in welchem ein geeignetes Kältemittel, beispielsweise Tetrafluorethan (Handelsname : R134a), nacheinander die Kaltseite des Kondensators 184, welcher somit für das Kältemittel als Kältemittel-Verdampfer wirkt, einen Verdichter 208, einen Kältemittel-Kondensator 210 und ein Drosselventil 212 durchströmt. The sluice heat pump device 178 includes a refrigerant circuit 206 in which a suitable refrigerant, for example, tetrafluoroethane (trade name: R134a) sequentially flows the cold side of the condenser 184, which thus acts as the refrigerant evaporator for the refrigerant Compressor 208, a refrigerant condenser 210 and a throttle valve 212 flows through.
Der Kältemittel-Kondensator 210 wird kaltseitig von einem Wärmeträger des Entfettungsbad-Zusatzheizkreislaufs 180 durchströmt, welches im Kältemittel- Kondensator 210 Wärme aus dem Kältemittel der Schleusen-Wärmepumpenvorrichtung 178 aufnimmt, so dass das Entfettungsbad 104 zusätzlich beheizt wird. The refrigerant condenser 210 is flowed through on the cold side by a heat carrier of the degreasing bath auxiliary heating circuit 180, which receives heat from the refrigerant of the lock heat pump device 178 in the refrigerant condenser 210, so that the degreasing bath 104 is additionally heated.
In dem Kondensator 184 gibt die im Luftkreislauf 122 geführte Luft Wärme an das Kältemittel der Schleusen-Wärmepumpenvorrichtung 178 ab, wodurch die Luft im Kondensator 184 abgekühlt wird und Feuchtigkeit aus der abgekühlten Luft kondensiert. Das entstehende Kondensat 214 wird, beispielsweise am Boden des Kondensators 184, gesammelt und durch eine Kondensat-Abführleitung 216 dem Entfettungsbad 104 zugeführt. In the condenser 184, the air guided in the air circuit 122 releases heat to the refrigerant of the lock heat pump device 178, thereby cooling the air in the condenser 184 and condensing moisture from the cooled air. The resulting condensate 214 is collected, for example, at the bottom of the condenser 184 and fed to the degreasing bath 104 through a condensate discharge line 216.
Es findet so neben dem wärmetechnischen Recycling auch ein stoffliches Recycling durch Zufuhr des kondensierten Wassers zu dem Entfettungsbad 104 statt. In addition to thermal recycling, material recycling also takes place by supplying the condensed water to the degreasing bath 104.
Zum Abkühlen der Schleusenluft im Kondensator 184 wird auf der Innenseite der Kondensatorrohre 218 des Kondensators 184 Kältemittel der Schleusen- Wärmepumpenvorrichtung 178 verdampft. For cooling the lock air in the condenser 184, refrigerant of the lock heat pump device 178 is vaporized on the inside of the condenser tubes 218 of the condenser 184.
Das aus der Luft im Kondensator 184 kondensierte Wasser ist zumindest zum Teil zuvor aus dem Entfettungsbad 104 verdampft. The condensed from the air in the condenser 184 water is at least partially evaporated from the degreasing 104 before.
Die zur Erzeugung des Luftvorhangs 116 in der Eingangsschleuse 114 verwendete Umluft, mit einem Volumenstrom von beispielsweise ungefähr 15000 Nm3/h, wird im Luftkreislauf 122, insbesondere in der Schleusenkammer 196, erwärmt und sättigt sich mit Wasser. Die Verdunstungsverluste bewegen sich in der Größenordnung von beispielsweise ungefähr 0,25 m3/h bis ungefähr 1 m3/h und entsprechen so (bei einer Verdampfungsenthalpie von 2500 kJ/kg) Wärmeverlusten von ungefähr 170 kW bis ungefähr 700 kW. Bei einer Schleusentemperatur von ungefähr 40 °C bis ungefähr 50 °C wird auf der Kältemittelseite des Kondensators 184 ein Kältemittel bei einer Temperatur von beispielsweise ungefähr 30 °C zur Kondensation der Feuchtigkeit aus der Schleusenluft verwendet. Das Kältemittel wird mittels des Verdichters 208 auf ein Temperaturniveau von beispielsweise ungefähr 70 °C angehoben und für die Beheizung des Entfettungsbades 104 mittels des Entfettungsbad- Zusatzheizkreislaufs 180 verwendet. The circulating air used to generate the air curtain 116 in the entrance lock 114, with a volume flow of, for example, approximately 15,000 Nm 3 / h, is heated in the air circuit 122, in particular in the lock chamber 196, and becomes saturated with water. The evaporation losses are on the order of, for example, about 0.25 m 3 / h to about 1 m 3 / h and thus (at an enthalpy of vaporization of 2500 kJ / kg) heat losses of about 170 kW to about 700 kW. At a lock temperature of about 40 ° C to about 50 ° C, on the refrigerant side of the condenser 184, a refrigerant at a temperature of, for example, about 30 ° C is used to condense the moisture from the lock air. The refrigerant is raised by the compressor 208 to a temperature level of, for example, about 70 ° C. and used for heating the degreasing bath 104 by the degreasing bath auxiliary heating circuit 180.
Durch die Verwendung der Wärmepumpenvorrichtungen 126, 160 und 178 wird im Vorbehandlungsbereich 102 und im Tauchlackierungsbad 112 der Anlage 100 zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken eine deutliche Energieeinsparung erzielt. By using the heat pump devices 126, 160 and 178, a significant energy saving is achieved in the pre-treatment area 102 and in the dip-coating bath 112 of the surface treatment plant 100.
Durch eine bevorzugte räumliche Nähe vieler dabei benötigter Aggregate ist der erforderliche räumliche und apparative Aufwand sowie der Investitionsaufwand gering. By a preferred spatial proximity of many required aggregates of the required space and equipment expense and investment costs is low.
Eine in Fig. 4 ausschnittsweise dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete weitere Ausführungsform einer Anlage zur Oberflächenbehandlung von (nicht dargestellten) Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugkarosserien oder von Teilen von Fahrzeugkarosserien, ist beispielsweise als eine Anlage zur Lackierung und/oder Beschichtung der Werkstücke ausgebildet. Sie umfasst insbesondere einen Vorbehandlungsbereich 102, in welchem nacheinander ein Entfettungsbereich mit mindestens einem Entfettungsbad 104, ein Spülbereich mit mindestens einem Spülbad 220 und ein Aktivierungsbereich mit mindestens einem Aktivierungsbad 222 längs einer Förderrichtung 110 der Werkstücke aufeinanderfolgen. A detail shown in Fig. 4, denoted as a whole with 100 further embodiment of a system for surface treatment of (not shown) workpieces, in particular of vehicle bodies or parts of vehicle bodies, for example, is designed as a facility for painting and / or coating of the workpieces. In particular, it comprises a pretreatment area 102 in which a degreasing area with at least one degreasing bath 104, a rinsing area with at least one rinsing bath 220 and an activation area with at least one activating bath 222 successively follow one another along a conveying direction 110 of the workpieces.
Der Förderweg der Werkstücke ist in Fig. 4 durch die Pfeile 224 veranschaulicht, welche darstellen, dass die Werkstücke nacheinander in verschiedene Bäder eingetaucht und aus den Bädern wieder herausbewegt werden. Der Vorbehandlungsbereich 102 der Anlage 100 zur Oberflächenbehandlung kann weitere Vorbehandlungsbäder umfassen, insbesondere ein auf das Aktivierungsbad 222 folgendes Beschichtungsbad. In dem Beschichtungsbad wird bevorzugt eine Beschichtung mit Zinkphosphat oder Silanen oder Zirkonium- Komplexen aufgebracht. The conveying path of the workpieces is illustrated in FIG. 4 by the arrows 224, which represent that the workpieces are successively immersed in different baths and moved out of the baths again. The pretreatment area 102 of the surface treatment installation 100 may comprise further pretreatment baths, in particular a coating bath following the activation bath 222. In the coating bath, a coating with zinc phosphate or silanes or zirconium complexes is preferably applied.
Ferner umfasst die Anlage 100 zur Oberflächenbehandlung vorzugsweise ein auf den Vorbehandlungsbereich 102 folgendes Tauchiackierungsbad, beispielsweise ein eiektrophoretisches Tauchiackierungsbad, und mehrere weitere (nicht dargestellte) Prozessstufen, beispielsweise einen Tauchlackierungs- trockner, einen Behandlungsbereich zum Aufbringen eines Unterbodenschutzes, einen Behandlungsbereich zum Durchführen von Nahtabdichtoperationen und/oder einen weiteren Trockner. Further, the surface treatment apparatus 100 preferably comprises a dipping bath following the pretreatment area 102, for example, an electrophoretic dipping bath, and a plurality of other process steps (not shown) such as a dipping varnish, a treatment area for applying undercoating, a treatment area for performing seam sealing operations, and / or another dryer.
Im Aktivierungsbad 222 werden zur Verbesserung der Kristallbildung in der nachfolgenden Beschichtung Kristallkeime auf die Oberfläche der Werkstücke aufgespült. In the activation bath 222, crystal nuclei are rinsed onto the surface of the workpieces to improve crystal formation in the subsequent coating.
Das Aktivierungsbad 222 enthält vorzugsweise eine kolloidale Dispersion mit Titanphosphatkeimen, die je nach Temperatur mit der Zeit zerfällt und inaktiv wird. Um diesen Zerfallsprozess zu steuern, wird die Temperatur im Aktivierungsbad 222 zwischen ungefähr 35 °C und ungefähr 45 °C gehalten. Im Betrieb der Anlage 100 ist eine Kühlung des Aktivierungsbads 222 vorgesehen, falls Werkstücke im Entfettungsbad 104 aufgeheizt werden und Wärme teilweise im Spülbad 220 und teilweise im Aktivierungsbad 222 abgeben. The activation bath 222 preferably contains a colloidal dispersion with titanium phosphate nuclei, which decomposes over time and becomes inactive depending on the temperature. To control this decomposition process, the temperature in the activation bath 222 is maintained between about 35 ° C and about 45 ° C. During operation of the system 100, a cooling of the activation bath 222 is provided if workpieces are heated in the degreasing bath 104 and release heat partly in the rinse bath 220 and partly in the activation bath 222.
Der Wärmeeintrag durch die Werkstücke in das Aktivierungsbad kann beispielsweise im Bereich von einigen Kilowatt bis über 100 kW liegen. The heat input through the workpieces into the activation bath can be, for example, in the range of a few kilowatts to over 100 kW.
Beim Anfahren der Anlage 100 nach einer Produktionsunterbrechung ist hingegen eine Beheizung des Aktivierungsbads vorsehbar, um das Aktivierungsbad 222 auf eine gewünschte Behandlungstemperatur zu erwärmen . Die Anlage 100 umfasst daher einen Aktivierungsbad-Temperierkreislauf 226, der von einem Wärmeträger, beispielsweise Wasser, durchströmbar ist und eine Wärmeträgerpumpe 228 umfasst. When starting the system 100 after a production interruption, however, a heating of the activation bath is providable to heat the activation bath 222 to a desired treatment temperature. The system 100 therefore includes an activation bath temperature control circuit 226, the by a heat transfer medium, such as water, can flow through and comprises a heat transfer pump 228.
Stromabwärts von der Wärmeträgerpumpe 228 verzweigt der Aktivierungsbad-Temperierkreislauf 226 in einen Heizzweig 230 mit einem Heiz-Wärme- tauscher 232, in welchem mittels einer (nicht dargestellten) Heizvorrichtung erzeugte Wärme auf den Wärmeträger übertragbar ist, wenn das Aktivierungsbad 222 beheizt werden soll, und in einen Kühlzweig 234 mit einem Aktivierungsbad-Wärmetauscher 236, der warmseitig von dem Wärmeträger des Aktivierungsbad-Temperierkreislaufs 226 durchströmt wird, wenn eine Kühlung des Aktivierungsbads erforderlich ist. Downstream of the heat transfer pump 228, the activation bath tempering circuit 226 branches into a heating branch 230 with a heating / heat exchanger 232, in which heat generated by a heating device (not shown) can be transferred to the heat transfer medium if the activation bath 222 is to be heated, and into a cooling branch 234 with an activation bath heat exchanger 236, which is flowed through by the heat carrier of the activation bath tempering circuit 226 on the hot side, if cooling of the activation bath is required.
Der Aktivierungsbad-Wärmetauscher 236 bildet zugleich einen Verdampfer 238 einer Wärmepumpenvorrichtung 240. The activation bath heat exchanger 236 also forms an evaporator 238 of a heat pump device 240.
Ein Kältemittelkreislauf 242 der Wärmepumpenvorrichtung 240 umfasst neben dem Verdampfer 238, der kaltseitig von einem Kältemittel der Wärmepumpenvorrichtung 240 durchströmt wird und in welchem das Kältemittel Wärme aus dem Wärmeträger des Aktivierungsbad-Temperierkreislaufs 226 aufnimmt, wenn das Aktivierungsbad 222 gekühlt wird, einen stromabwärts vom Verdampfer 238 angeordneten Verdichter 244, einen stromabwärts vom Verdichter 244 angeordneten Kondensator 246, der kaltseitig von einem Wärmeträger eines Entfettungsbad-Heizkreislaufs 248, beispielsweise Wasser, durchströmt wird und in welchem das Kältemittel Wärme an den Wärmeträger des Entfettungsbad-Heizkreislaufs 248 abgibt, und ein stromabwärts von dem Kondensator 246 angeordnetes Drosselventil 250, stromabwärts von welchem der Verdampfer 238 angeordnet ist. A refrigerant circuit 242 of the heat pump device 240 includes, in addition to the evaporator 238, which is cold-flowed by a refrigerant of the heat pump device 240 and in which the refrigerant absorbs heat from the heat carrier of the activation bath temperature-controlling circuit 226 when the activation bath 222 is cooled, downstream of the evaporator 238 arranged compressors 244, a downstream of the compressor 244 arranged condenser 246, which is cold-flowed through by a heat carrier of a degreasing bath heating circuit 248, for example water, and in which the refrigerant gives off heat to the heat carrier of the degreasing bath heating circuit 248, and downstream of the Condenser 246 disposed throttle valve 250, downstream of which the evaporator 238 is arranged.
Der Entfettungsbad-Heizkreislauf 248 dient zum Beheizen des Entfettungsbads 104 und umfasst neben dem Kondensator 246 eine stromaufwärts von dem Kondensator 246 angeordnete Wärmeträgerpumpe 252. The degreasing bath heating circuit 248 serves to heat the degreasing bath 104 and, in addition to the condenser 246, comprises a heat transfer pump 252 arranged upstream of the condenser 246.
Das Entfettungsbad 104 bildet einen Wärmesenke-Behandlungsbereich 118 der Anlage 100, und das Aktivierungsbad 222 bildet einen Wärmequelle- Behandlungsbereich 120 der Anlage 100, zumindest während das Aktivierungsbad 222 gekühlt wird. The degreasing bath 104 forms a heat sink treatment area 118 of the installation 100, and the activation bath 222 forms a heat source. Treatment area 120 of the system 100, at least while the activation bath 222 is cooled.
Durch die Wärmepumpenvorrichtung 240 sind der Entfettungsbad-Heizkreislauf 248 als Wärmesenke und der Aktivierungsbad-Temperierkreislauf 226 als Wärmequelle wärmetechnisch miteinander gekoppelt. The heat pump device 240 thermally couples the degreasing bath heating circuit 248 as a heat sink and the activation bath tempering circuit 226 as a heat source.
Die Funktion der Wärmepumpenvorrichtung 240 stimmt grundsätzlich mit der Funktion der vorstehend beschriebenen Tauchlackierungs-Wärmepumpenvor- richtung 126 der ersten Ausführungsform einer Anlage 100 zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken überein. The function of the heat pump device 240 is basically in accordance with the function of the above-described dip-paint heat pump device 126 of the first embodiment of a surface treatment apparatus 100.
Durch die Wärmepumpenvorrichtung 240 wird dem Aktivierungsbad 222 Wärme aus dem Wärmeträger des Aktivierungsbad-Temperierkreislaufs 226 auf einem Temperaturniveau von beispielsweise ungefähr 30 °C entzogen. Diese Wärme wird mittels des Verdichters 244 auf ein Temperaturniveau von beispielsweise ungefähr 60 °C angehoben und an den Wärmeträger im Ent- fettungs-Heizkreislauf 248 abgegeben, um das Entfettungsbad 104 (gegebenenfalls zusätzlich) zu erwärmen . Heat is removed from the heat carrier of the activation bath temperature control circuit 226 at a temperature level of, for example, approximately 30 ° C. by the heat pump device 240. This heat is raised by means of the compressor 244 to a temperature level of, for example, approximately 60 ° C and delivered to the heat transfer medium in the degassing heating circuit 248 in order to heat the degreasing bath 104 (if necessary in addition).
Durch abwechselndes Kühlen oder Heizen des Aktivierungsbads 222, indem abwechselnd der Kühlzweig 234 oder der Heizzweig 230 des Aktivierungsbad- Temperierkreislaufs 226 geöffnet werden, wird das Aktivierungsbad in einem angestrebten Temperaturbereich von ungefähr 35 °C bis ungefähr 45 °C gehalten. By alternately cooling or heating the activation bath 222 by alternately opening the cooling branch 234 or the heating branch 230 of the activation bath tempering circuit 226, the activating bath is maintained in a desired temperature range of about 35 ° C to about 45 ° C.
Die dem Entfettungsbad-Heizkreislauf 248 aus dem Kältemittelkreislauf 242 der Wärmepumpenvorrichtung 240 zugeführte Wärmeleistung liegt im Bereich von beispielsweise ungefähr 51 kW bis ungefähr 204 kW. Der Wirkungsgrad COP der Wärmepumpenvorrichtung 240 liegt beispielsweise bei ungefähr 5,5. The thermal power supplied to the degreasing bath heating circuit 248 from the refrigerant circuit 242 of the heat pump device 240 is in the range of, for example, about 51 kW to about 204 kW. The efficiency COP of the heat pump device 240 is about 5.5, for example.
Während des Betriebs der Anlage 100 wird dem Aktivierungsbad 222 mittels einer Wasserzufuhr 254 Wasser, insbesondere entsalztes oder voll entsalztes Wasser (VEW-Wasser), in einer Menge von ungefähr 0,5 I bis ungefähr 1 I pro Quadratmeter zu beschichtender Werkstückoberfläche zugeführt. Dabei kann der Oberflächendurchsatz der Anlage 100 im Bereich von ungefähr 3000 Quadratmeter zu beschichtender Werkstückoberfläche bis ungefähr 6000 Quadratmeter zu beschichtender Werkstückoberfläche pro Stunde liegen. During operation of the plant 100, the activation bath 222 is supplied with water by means of a water supply 254, in particular desalted or fully desalinated water (VEW water), in an amount of approximately 0.5 l to approximately 1 l per square meter to be coated workpiece surface. In this case, the surface throughput of the plant 100 in the range of about 3000 square meters to be coated workpiece surface to about 6000 square meters to be coated workpiece surface per hour.
Durch die Wasserzufuhr zum Aktivierungsbad 222 entstehender Flüssigkeits- überschuss wird aus dem Aktivierungsbad 222 über einen Überlauf 256 dem Spülbad 220 zugeführt. Liquid excess resulting from the supply of water to the activating bath 222 is supplied from the activating bath 222 to the rinsing bath 220 via an overflow 256.
Eine in Fig. 5 dargestellte weitere Ausführungsform einer Anlage 100 zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken unterscheidet sich von der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass die Wärmepumpenvorrichtung 240 wärmetechnisch nicht nur mit dem Aktivierungsbad-Temperierkreislauf 226, sondern auch mit einem Spülbad-Kühlkreislauf 258 gekoppelt ist, welcher der Kühlung des Spülbads 220 dient. A further embodiment of a plant 100 for the surface treatment of workpieces illustrated in FIG. 5 differs from the embodiment illustrated in FIG. 4 in that the heat pump device 240 is thermally coupled not only to the activation bath tempering circuit 226 but also to a rinsing bath cooling circuit 258 which serves to cool the rinse bath 220.
Der Spülbad-Kühlkreislauf 258 umfasst eine Wärmeträgerpumpe 260 und einen stromabwärts von der Wärmeträgerpumpe 260 angeordneten Spülbad- Wärmetauscher 262, welcher warmseitig von einem Wärmeträger des Spülbad-Kühlkreislaufs 258, beispielsweise Wasser, durchströmt wird. The rinsing bath cooling circuit 258 comprises a heat transfer pump 260 and a rinsing bath heat exchanger 262 arranged downstream of the heat transfer pump 260, through which a heat carrier of the rinsing bath cooling circuit 258, for example water, flows through on the warm side.
Kaltseitig wird der Spülbad-Wärmetauscher 262 von dem Kältemittel der Wärmepumpenvorrichtung 240 durchströmt, welches hierbei Wärme aus dem Wärmeträger des Spülbad-Wärmetauschers 262 aufnimmt. On the cold side, the rinsing bath heat exchanger 262 is flowed through by the refrigerant of the heat pump device 240, which receives heat from the heat carrier of the rinsing bath heat exchanger 262 in this case.
Der Spülbad-Wärmetauscher 262 ist im Kältemittelkreislauf 242 der Wärmepumpenvorrichtung 240 stromabwärts von dem Aktivierungsbad-Wärmetauscher 236 und stromaufwärts von dem Verdichter 244 angeordnet und bildet zusammen mit dem Aktivierungsbad-Wärmetauscher 236 den Verdampfer 238 der Wärmepumpenvorrichtung 240. The rinse heat exchanger 262 is disposed in the refrigerant circuit 242 of the heat pump apparatus 240 downstream of the activation bath heat exchanger 236 and upstream of the compressor 244, and forms the evaporator 238 of the heat pump apparatus 240 together with the activation bath heat exchanger 236.
Der Verdampfer 238 der Wärmepumpenvorrichtung 240 umfasst in diesem Fall also eine Kaskade aus mehreren Wärmetauschern 236 und 262. Hierdurch wird das Temperaturniveau des Kältemittels, welches nach dem Verlassen des Aktivierungsbad-Wärmetauschers 236 bei beispielsweise ungefähr 30 °C liegt, vor dem Eintritt in den Verdichter 244 angehoben, beispielsweise auf einen Wert von ungefähr 40 °C oder ungefähr 45 °C. The evaporator 238 of the heat pump device 240 thus comprises a cascade of a plurality of heat exchangers 236 and 262 in this case. As a result, the temperature level of the refrigerant, which after exiting the activating bath heat exchanger 236 is, for example, about 30 ° C, is raised prior to entry into the compressor 244, for example to a value of about 40 ° C or about 45 ° C.
Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe hängt bekanntlich von der Differenz des oberen Temperaturniveaus (nach dem Verdichter 244) und dem unteren Temperaturniveau (vor dem Verdichter 244) ab und steigt mit sinkender Differenz der Temperaturniveaus an. Erfindungsgemäß wird durch eine Kaskadenführung des Kältemittels durch mehrere Wärmetauscher das untere Temperaturniveau des Kältemittels erhöht. Der Wirkungsgrad COP der Wärmepumpenvorrichtung 240 wird so von einem Wert von beispielsweise ungefähr 5,5 (ohne Kaskadenführung) auf einen Wert von beispielsweise ungefähr 8,3 (bei Erhöhung des unteren Temperaturniveaus auf ungefähr 40 °C) oder auf einen Wert von beispielsweise ungefähr 11 (bei einer Erhöhung des unteren Temperaturniveaus auf ungefähr 45 °C) erhöht. The efficiency of a heat pump is known to depend on the difference in the upper temperature level (after the compressor 244) and the lower temperature level (before the compressor 244) and increases with decreasing difference in temperature levels. According to the invention, the lower temperature level of the refrigerant is increased by cascading the refrigerant through a plurality of heat exchangers. The efficiency COP of the heat pump device 240 thus becomes from a value of, for example, about 5.5 (without cascade control) to a value of, for example, about 8.3 (increasing the lower temperature level to about 40 ° C) or to a value of, for example, about 11 increased (with an increase in the lower temperature level to about 45 ° C).
Dabei kann das Kältemittel der Wärmepumpenvorrichtung 240 im ersten Wärmetauscher (Aktivierungsbad-Wärmetauscher 236) oder im zweiten Wärmetauscher (Spülbad-Wärmetauscher 262) oder teilweise im ersten Wärmetauscher und teilweise im zweiten Wärmetauscher verdampft werden. In this case, the refrigerant of the heat pump device 240 in the first heat exchanger (activation bath heat exchanger 236) or in the second heat exchanger (Spülbad heat exchanger 262) or partially in the first heat exchanger and partially in the second heat exchanger can be evaporated.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 5 dargestellte weitere Ausführungsform einer Anlage 100 zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise mit der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Otherwise, the further embodiment shown in FIG. 5 of a system 100 for surface treatment of workpieces with respect to structure and mode of operation coincides with the embodiment shown in FIG. 4, to the above description of which reference is made.
Eine in Fig. 6 dargestellte weitere Ausführungsform einer Anlage 100 zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken unterscheidet sich von der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass statt eines Aktivierungsbereichs mit einem Aktivierungsbad 222 und einem (nicht dargestellten) nachfolgenden Phosphatierungsbad ein Dünnschichtbereich oder Nanobe- schichtungsbereich mit einem Konversionsbad oder Nanobeschichtungsbad 264 vorgesehen ist. In einem solchen Nanobeschichtungsbad 264, welches insbesondere die bisher übliche Phosphatierung ersetzen kann, wird ein Beschichtungsverfahren auf der chemischen Basis von Silanen oder Zirkoniumoxid oder auf der Basis anderer für die Ausbildung einer beständigen Grundierungsschicht geeigneter Substanzen durchgeführt. A further embodiment of a plant 100 for the surface treatment of workpieces illustrated in FIG. 6 differs from the embodiment illustrated in FIG. 4 in that, instead of an activation region having an activation bath 222 and a subsequent phosphating bath (not shown), a thin-film region or nanocoating region with a conversion bath or nano-coating bath 264 is provided. In such a nano-coating bath 264, which in particular can replace the hitherto customary phosphating, a coating process is carried out on the chemical basis of silanes or zirconium oxide or on the basis of other substances suitable for the formation of a resistant primer layer.
Dabei können insbesondere Zirkoniumsalze in eine Schicht aus Zirkoniumoxid konvertiert werden. In particular, zirconium salts can be converted into a layer of zirconium oxide.
Die Schichtdicke der auf den Werkstücken im Nanobeschichtungsbad 264 erzeugten Schicht liegt beispielsweise im Bereich von ungefähr 20 nm bis ungefähr 200 nm . Die Behandlungszeiten liegen je nach Temperatur im Bereich von beispielsweise ungefähr 30 Sekunden bis ungefähr 120 Sekunden. The layer thickness of the layer formed on the workpieces in the nano-coating bath 264 is, for example, in the range of about 20 nm to about 200 nm. The treatment times are in the range of, for example, about 30 seconds to about 120 seconds, depending on the temperature.
Die Temperatur des Nanobeschichtungsbads 264 liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 10 °C bis ungefähr 50 °C, insbesondere im Bereich von ungefähr 20 °C bis ungefähr 30 °C. The temperature of the nano-coating bath 264 is preferably in the range of about 10 ° C to about 50 ° C, more preferably in the range of about 20 ° C to about 30 ° C.
Für den Fall, dass das Nanobeschichtungsbad 264 durch eingebrachte Werkstücke, welche im Entfettungsbad 104 aufgeheizt worden sind, im Betrieb der Anlage 100 erwärmt wird, ist es gegebenenfalls wünschenswert, das Nanobeschichtungsbad 264 im Betrieb der Anlage 100 zu kühlen. Beim Anfahren der Anlage 100 nach einer Produktionsunterbrechung kann wiederum eine Beheizung des Nanobeschichtungsbads 164 erforderlich sein, um die Temperatur des Nanobeschichtungsbads 164 in dem gewünschten Bereich einzustellen. In the event that the nano-coating bath 264 is heated by introduced workpieces that have been heated in the degreasing bath 104 during operation of the system 100, it may be desirable to cool the nano-coating bath 264 during operation of the system 100. Upon start-up of the plant 100 after a stoppage of production, heating of the nano-coating bath 164 may again be required to adjust the temperature of the nano-coating bath 164 within the desired range.
Während des Kühlens des Nanobeschichtungsbads 264 bildet dasselbe einen Wärmequelle-Behandlungsbereich 120 der Anlage 100. During cooling of the nano-coating bath 264, it forms a heat source treatment area 120 of the plant 100.
Der Nanobeschichtungsbad-Temperierkreislauf 266, welcher grundsätzlich genauso aufgebaut sein kann wie der Aktivierungsbad-Temperierkreislauf 226 bei der in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsform, kann daher ebenso wie der Aktivierungsbad-Temperierkreislauf 226 mittels eines Nanobeschich- tungsbad-Wärmetauschers 268, welcher dem vorher beschriebenen Aktivierungsbad-Wärmetauscher 236 entspricht, an die Wärmepumpenvorrichtung 240 angeschlossen und somit thermisch mit dem Entfettungsbad- Heizkreislauf 248 gekoppelt werden. The nano-coating bath tempering circuit 266, which basically has the same structure as the activating bath thermostating circuit 226 in the embodiment shown in FIG. 4, can therefore, like the activating bath thermostating circuit 226, be provided by means of a nano-coating bath heat exchanger 268 which has been previously described Activating bath heat exchanger 236, connected to the heat pump device 240 and thus thermally coupled to the degreasing bath heating circuit 248.
Falls auf eine Zufuhr von Wasser zu dem Nanobeschichtungsbad 264 während des Betriebs der Anlage 100 verzichtet wird, kann auch der bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 vorgesehene Überlauf 256 zum Spülbad 220 bei dieser Ausführungsform entfallen. If a supply of water to the nano-coating bath 264 during the operation of the system 100 is dispensed with, the overflow 256 provided in the embodiment according to FIG. 4 to the rinsing bath 220 can also be dispensed with in this embodiment.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform einer Anlage 100 zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise mit der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Incidentally, the embodiment shown in FIG. 6 of a system 100 for surface treatment of workpieces with respect to structure and mode of operation coincides with the embodiment shown in FIG. 4, to the above description of which reference is made.
Auch bei Ersetzung des Aktivierungsbads 222 durch ein Nanobeschichtungsbad 264 kann der Verdampfer 238 der Wärmepumpenvorrichtung 240 mehrteilig, als Kaskade, ausgebildet sein und insbesondere neben dem Nanobeschich- tungsbad-Wärmetauscher 268 einen Spülbad-Wärmetauscher 262 umfassen, in welchem das Kältemittel der Wärmepumpenvorrichtung 240 Wärme aus einem Spülbad-Kühlkreislauf 258 aufnimmt, um das untere Temperaturniveau der Wärmepumpenvorrichtung 240 zu erhöhen, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig. 5 erläutert worden ist, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Even if the activation bath 222 is replaced by a nano-coating bath 264, the evaporator 238 of the heat pump device 240 can be designed as a cascade and, in particular, comprise a rinse-type heat exchanger 262 in addition to the nano-scale heat exchanger 268, in which the refrigerant of the heat pump device 240 releases heat a rinse cycle cooling circuit 258 receives to increase the lower temperature level of the heat pump device 240, as has been explained above in connection with the embodiment of FIG. 5, the above description of which reference is made.

Claims

Patentansprüche claims
1. Anlage zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken, umfassend 1. Plant for surface treatment of workpieces, comprising
mindestens einen Wärmesenke-Behandlungsbereich (118), dem im Betrieb der Anlage (100) Wärme zuzuführen ist, und  at least one heat sink treatment area (118) to which heat is to be supplied during operation of the system (100), and
mindestens einen Wärmequelle-Behandlungsbereich (120), aus dem im Betrieb der Anlage (100) Wärme abzuführen ist,  at least one heat source treatment area (120) from which heat is dissipated during operation of the plant (100),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,  characterized,
dass die Anlage (100) mindestens eine Wärmepumpenvorrichtung (124, 158, 176; 240) umfasst, welche zur Aufnahme von Wärme mit mindestens einem Wärmequelle-Behandlungsbereich (120) und zur Abgabe von Wärme mit mindestens einem Wärmesenke-Behandlungsbereich (118) gekoppelt ist.  in that the plant (100) comprises at least one heat pump device (124, 158, 176; 240) which is coupled to at least one heat source treatment area (120) for receiving heat and to at least one heat sink treatment area (118) for dissipating heat ,
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (100) als eine Anlage zum Lackieren von Werkstücken ausgebildet ist. 2. Plant according to claim 1, characterized in that the system (100) is designed as a system for painting workpieces.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wärmesenke-Behandlungsbereich (118) ein Vorbehandlungsbad der Anlage (100) umfasst. 3. Plant according to claim 2, characterized in that at least one heat sink treatment area (118) comprises a pretreatment bath of the plant (100).
4. Anlage nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wärmequelle-Behandlungsbereich (120) ein Tauch- lackierungsbad (112) und/oder einen Schleusenbereich der Anlage (100) umfasst. 4. Installation according to one of claims 2 or 3, characterized in that at least one heat source treatment area (120) comprises a dip-coating bath (112) and / or a lock area of the plant (100).
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wärmepumpenvorrichtung (176) mit einem Luftkreislauf (122) der Anlage (100) gekoppelt ist. 5. Installation according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one heat pump device (176) with an air circuit (122) of the system (100) is coupled.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (100) einen Kondensator (184) zum Kühlen und/oder Entfeuchten von Luft in dem Luftkreislauf (122) umfasst. 6. Plant according to claim 5, characterized in that the plant (100) comprises a condenser (184) for cooling and / or dehumidifying air in the air circuit (122).
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (100) eine Kondensat-Abführleitung (216) umfasst, mittels welcher in dem Kondensator (184) aus der Luft kondensiertes Kondensat einem Behandlungsbad der Anlage (100) zuführbar ist. 7. Plant according to claim 6, characterized in that the plant (100) comprises a condensate discharge line (216), by means of which in the condenser (184) from the condensed condensate condensate a treatment bath of the plant (100) can be fed.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkreislauf (122) eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Luftvorhangs (116) umfasst, durch welchen die zu behandelnden Werkstücke im Betrieb der Anlage (100) hindurchtreten. 8. Installation according to one of claims 5 to 7, characterized in that the air circuit (122) comprises a device for producing an air curtain (116) through which pass the workpieces to be treated during operation of the system (100).
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung des Luftvorhangs (116) eine Einrichtung zur Aufteilung des im Luftkreislauf (122) geführten Luftstroms auf eine erste Luftkammer (192) und eine zweite Luftkammer (202) umfasst, wobei der ersten Luftkammer (192) eine Düse zur Erzeugung eines gebündelten Luftstrahls und der zweiten Luftkammer (202) eine dem Luftvorhang (116) benachbarte Auslassöffnung (204) nachgeschaltet ist. 9. Plant according to claim 8, characterized in that the device for generating the air curtain (116) comprises means for dividing the air flow in the air circuit (122) guided air flow to a first air chamber (192) and a second air chamber (202), wherein the first air chamber (192) is followed by a nozzle for generating a bundled air jet and the second air chamber (202) an air curtain (116) adjacent to the outlet opening (204).
10. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wärmequelle-Behandlungsbereich (120) der Anlage (100) ein Spülbad (108) und/oder ein Aktivierungsbad (222) und/oder ein Nanobeschichtungsbad (264) umfasst. 10. Plant according to one of claims 2 to 9, characterized in that at least one heat source treatment area (120) of the plant (100) comprises a rinsing bath (108) and / or an activating bath (222) and / or a nano-coating bath (264) ,
11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wärmepumpenvorrichtung (240) mindestens zwei Wärmetauscher (236, 262; 268, 262) zum Zuführen von Wärme zu der betreffenden Wärmepumpenvorrichtung (240) umfasst. An installation according to any one of claims 1 to 10, characterized in that at least one heat pump device (240) comprises at least two heat exchangers (236, 262; 268, 262) for supplying heat to the respective heat pump device (240).
12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (100) mindestens zwei Wärmepumpenvorrichtungen (124, 158, 176) umfasst, welche zur Aufnahme von Wärme mit mindestens zwei verschiedenen Wärmequelle-Behandlungsbereichen (120) und/oder zur Abgabe von Wärme mit mindestens zwei verschiedenen Wärmesenke-Behandlungsbereichen (118) gekoppelt sind. 12. Plant according to one of claims 1 to 11, characterized in that the plant (100) comprises at least two heat pump devices (124, 158, 176), which for receiving heat with at least two different heat source treatment areas (120) and / or for delivering heat to at least two different heat sink treatment areas (118).
13. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (100) eine Kühlvorrichtung (156) zum Abführen überschüssiger Wärme aus mindestens einer Wärmepumpenvorrichtung (124) umfasst. 13. Plant according to one of claims 1 to 12, characterized in that the plant (100) comprises a cooling device (156) for removing excess heat from at least one heat pump device (124).
14. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (100) eine Heizvorrichtung zum Zuführen zusätzlicher Wärme zu mindestens einem Wärmesenke-Behandlungsbereich (118) umfasst. 14. Plant according to one of claims 1 to 13, characterized in that the plant (100) comprises a heating device for supplying additional heat to at least one heat sink treatment area (118).
15. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wärmepumpenvorrichtung (124, 158, 176; 240) einen geschlossenen Kältemittelkreislauf (132, 168, 206; 242) umfasst, der zur Aufnahme von Wärme an einen Kühlkreislauf (128, 164, 122; 226; 258) eines Wärmequelle-Behandlungsbereichs (120) und zur Abgabe von Wärme an einen Heizkreislauf (130, 162, 180; 248) eines Wärmesenke-Behandlungsbereichs (118) der Anlage (100) gekoppelt ist. 15. An installation according to any one of claims 1 to 14, characterized in that at least one heat pump device (124, 158, 176; 240) comprises a closed refrigerant circuit (132, 168, 206; 242) which is designed to absorb heat to a cooling circuit ( 128, 164, 122, 226, 258) of a heat source treatment area (120) and for delivering heat to a heating circuit (130, 162, 180, 248) of a heat sink treatment area (118) of the plant (100).
16. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken in einer Anlage (100) zur Oberflächenbehandlung der Werkstücke, umfassend folgende Ve rf a h re n ssch ri tte : 16. A process for the surface treatment of workpieces in a plant (100) for the surface treatment of workpieces, comprising the following method:
Fördern der Werkstücke durch mindestens einen Wärmesenke- Behandlungsbereich (118), dem im Betrieb der Anlage (100) Wärme zuzuführen ist, und mindestens einen Wärmequelle- Behandlungsbereich (120), aus dem im Betrieb der Anlage (100) Wärme abzuführen ist; und Conveying the workpieces through at least one heat sink treatment area (118) to which heat is to be supplied during operation of the installation (100) and at least one heat source treatment area (120) from which heat is to be dissipated during operation of the installation (100); and
Koppeln mindestens einer Wärmepumpenvorrichtung (124, 158, 176) zur Aufnahme von Wärme an mindestens einen Wärmequelle- Behandlungsbereich (120) und zur Abgabe von Wärme an mindestens einen Wärmesenke-Behandlungsbereich (118). Coupling at least one heat pump device (124, 158, 176) for receiving heat to at least one heat source treatment area (120) and for delivering heat to at least one heat sink treatment area (118).
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