WO2014009053A1 - Oven comprising surface radiator - Google Patents

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WO2014009053A1
WO2014009053A1 PCT/EP2013/061072 EP2013061072W WO2014009053A1 WO 2014009053 A1 WO2014009053 A1 WO 2014009053A1 EP 2013061072 W EP2013061072 W EP 2013061072W WO 2014009053 A1 WO2014009053 A1 WO 2014009053A1
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WO
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boundary
hot gas
plate
workpiece
ribs
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Application number
PCT/EP2013/061072
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German (de)
French (fr)
Inventor
Gerhard Brendel
Original Assignee
SLF Oberflächentechnik GmbH
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B5/00Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated
    • F27B5/06Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B5/14Arrangements of heating devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001Heating elements or systems
    • F27D99/0033Heating elements or systems using burners
    • F27D99/0035Heating indirectly through a radiant surface

Definitions

  • the invention relates to a furnace according to the preamble of claim 1.
  • the oven can also be used to dry the surface of a workpiece on which adhesive water is, or for drying
  • Powder coating is used to apply that to the workpiece melt applied powder and create a so-called burn-in.
  • the invention has for its object to improve a generic oven to the effect that the effect of heat on the surface of the workpiece as evenly as possible.
  • the invention proposes not to guide the hot gas through individual tubes, each of which may be referred to as a line radiator, but rather to heat a larger area with the hot gas, so that the radiator forms a surface radiator.
  • the surface radiator is designed such that it forms three boundary plates, which limit the usable, accessible for the positioning of the workpiece interior of the utility chamber. These boundary plates surround the workpiece on at least three sides, for example in the form of two opposite wall surfaces and a floor or ceiling surface connecting the two wall surfaces.
  • the boundary plates can be designed double-walled, so that the hot gas can be guided within these double-walled boundary plates. This allows a large-scale and direct heat transfer from the hot gas to the plate surface. Compared with z. As the ability to run the hot gas in pipes and to couple them thermally to a boundary plate, there is a better efficiency and the possibility of faster, more precise temperature control.
  • the first boundary plate in the flow direction can also be configured without such heating channels; especially in the then subsequent boundary plates, the heating channels are advantageous.
  • one of the three boundary plates which is referred to as a first boundary plate, have an inlet opening through which the hot gas can flow into this first boundary plate.
  • the three boundary plates are fluidically connected to each other, so are in fluid communication with each other and thus with the inlet opening, so that the hot gas can flow through all three boundary plates.
  • a second of the three boundary plates has an outlet opening through which the meanwhile hotter hot gas can flow out of this second boundary plate.
  • Inlet and outlet openings are not arranged close to each other in such a way that a short-circuit-like short connection between inlet and outlet opening would result, but the two inlet and outlet openings are arranged in such a way, in particular in connection with the mentioned heating channels. that the largest possible possible contacting of the surfaces facing the workpiece with the hot gas is ensured, so that even the most uniform heat distribution within the furnace is ensured by this way.
  • these heating channels may be delimited by ribs, which are located inside the double-walled are arranged boundary plates.
  • the two walls of a double-walled boundary plate may, for example, form two sections of such a heating channel, and two adjacent ribs form two other sections of the same heating channel, so that overall a heating channel with, for example, approximately rectangular cross-section can be created. Also by this measure, a direct contacting of the hot gas is made possible with the boundary plate, without the need for separate pipes within the double-walled boundary plates.
  • the ribs thereby advantageously connect to one of the two walls of a double-walled heat transferring.
  • the ribs can connect the two walls of the double-walled boundary plate with each other.
  • ribs are in contact with only one or both walls of a double-walled delimiting plate, it may in any case be provided that they are always in contact with that wall of the double-walled delimiting plate which is directed towards the workpiece.
  • the contact between the rib and the wall of the boundary plate is designed as a heat-conducting contact, so that the heat energy of the hot gas is passed via the rib on the wall of the boundary plate. In this way, a high efficiency in the heating of the boundary plates is made possible.
  • the hot gas cools down in the course of its flow.
  • Around can therefore be advantageously provided to remove from the first flowing into the boundary plates hot gas initially less heat energy percentage, in the subsequently flowed boundary plate, however, from the hot gas to remove more heat energy percentage and finally in the third of Hot gas flowed through limiting plate percent more heat energy to remove in order to achieve in this way in the three boundary plates as equal as possible energy input and the same surface temperatures as possible.
  • the number of ribs, which are provided in the double-walled boundary plates increase in the flow path of the hot gas. In this way, an increasingly larger heat transfer surface is used to direct heat energy from the hot gas into the workpiece facing surface of the restriction plate.
  • a boundary plate as a whole seen macroscopically, is substantially planar, extending in a plane Plate can be configured, can be considered in detail, the workpiece directed to the surface of the boundary plate advantageously be designed profiled from a completely flat configuration deviating and rather uneven. In this way it is supported that the infrared radiation emitted by this surface is emitted in several directions, so that in this way undercuts, depressions u. Like. Of the workpiece are better achieved by the radiation, whereby the painting result is improved.
  • the profilings in the workpiece surface facing the boundary plate is designed not only in the manner of a vertical offset, but that the surface has inclined surface portions and that obliquely to the plane in which the boundary plate extends.
  • the inclined surface sections can be created by the surface of the boundary plate having a straight or rounded wavy course.
  • the oven also allows convection heating of the workpiece. If the oven is used to burn a powder coating in a workpiece, a combined heating effect can advantageously be used: After the components have been heated at the beginning of the heating exclusively by the radiant energy, is switched to the convection heating after reaching the desired component temperature. For this purpose, a recirculation mode of the furnace is switched on. In this case, air flows down from supply air ducts, which are located above the lateral boundary plates. This air heats up as it flows past the side boundary plates so that the side boundary plates act similar to the surface of a heat exchanger.
  • the two supply air streams which have flowed downwards on the two opposite sides of the working space, collide and are directed upwards to an exhaust air duct, where the air is drawn in and from there to the supply air ducts.
  • the exhaust duct can be located centrally on the ceiling of the work space. In recirculation this air is then fed via fans back to the two supply air ducts.
  • Fig. 1 is a vertical section in the longitudinal direction by a
  • Fig. 2 is a longitudinal section in the horizontal direction through the
  • Fig. 4 is a rear view of the oven
  • Fig. 5 is a vertical cross section through the furnace, with
  • 1 in total denotes a furnace which serves to burn a powder coating on the surface of a workpiece.
  • the furnace 1 has a utility chamber 3, within which a hatched indicated workpiece 2 may be, wherein the hatching illustrates the largest possible dimensions of the workpiece 2 and the workpiece 2 is formed in practice considerably more irregular than the rectangular, in Fig. 3 apparent contour
  • the workpieces to be treated may be machine components or machine assemblies, and the dimensions that the workpiece 2 may have are usually several in length, width, and height Meter.
  • 1, 2 and 4 the workpiece 2 is not shown hatched, but here are each marked with the respective plurality of reference numerals shown in a figure 2, the outer lines of the purely schematically cuboid workpiece 2.
  • the useful chamber 3 is bounded on three sides by limiting plates: a first limiting plate 4 forms a side wall of the useful chamber 3, and on the opposite side a second limiting plate 5 forms the opposite side wall.
  • Simplifying is in each case of a boundary plate 4, 5 or 6, the speech, but in fact the wall and bottom surfaces of the utility chamber 3 are created by modular juxtaposed segments, depending on the length of the useful chamber. 3 In the illustrated embodiment, each five such segments form one of said boundary plates 4, 5 or 6, which deviating from this embodiment, in each case a non-segmented, a continuous boundary plate can be provided.
  • the three boundary plates 4, 5 and 6 are fluidically connected to each other.
  • curve pieces 7 are provided, which are designed as well as the boundary plates 4, 5 and 6 double-walled.
  • the curve pieces 7 form in the illustrated embodiment, a non-divided, continuous interior, while the other hand, not curved, but substantially flat boundary plates 4, 5 and 6 each have a plurality of ribs 8, extending between the two walls of the double-walled boundary plates 4, 5 and 6 extend. In this way, a plurality of heating channels 9 is created within the boundary plates 4, 5 and 6 respectively.
  • the middle boundary plate 6 has a higher number of ribs 8, which are arranged at a comparatively smaller distance from each other, so that in total the heat transferring, in contact with the hot gas surface of the middle boundary plate 6 is larger than in the first limiting plate. 4
  • the boundary plates 4, 5 and 6 are each configured double-walled, with an outer, flat surface 10 and an inner, directed to the workpiece 2 surface 1 1.
  • This inner surface 1 1, which is directed to the workpiece 2 has in the illustrated embodiment, only surface portions which are obliquely aligned to the plane of the boundary plate 5, namely by this surface 1 1 zigzags, ie has a waveform of exclusively straight lines ,
  • the inclination of the surface portions is shown for illustrative purposes, the actual inclination may be chosen flat.
  • the heat transfer surface of the boundary plate 5 is enlarged on its side facing the workpiece by the zigzag wave pattern of the surface portions in comparison to a flat configuration of this surface.
  • a diffuse radiation distribution of the heat radiation is supported, which also includes the achievement of undercuts, the penetration of the radiation into depressions and the like. Like. Supported on the workpiece 2 and thus improves the burn-in.
  • the first limiting plate 4 is in communication with an inlet opening 12 and at the opposite end of the Begrenzungsplattenan eleven the second limiting plate 5 is in communication with an outlet opening 14.
  • the inlet opening 12 and the outlet opening 14 are each designed as air channels which extend over the entire length of the useful chamber 3, so that the hot gas is distributed over the entire boundary plates 4, 5 and 6 as large as possible over a large area and a uniform temperature distribution to the inner, to the workpiece 2 facing surfaces 1 1 of the boundary plates 4, 5 and 6 is achieved.
  • the hot gas is guided in the heating channels 9.
  • curve pieces 7, which are not characterized by ribs in different dene flow sections are divided, the hot gas can be distributed.
  • the curved pieces 7 can thereby also be made simpler and more economical.
  • the circulating air serves to ensure that thin-walled parts, which have already reached the temperature of the circulating air, do not continue to heat up due to the infrared radiation, but release their excess irradiated energy to the circulating air. Thick-walled parts, which have not yet reached the circulating air temperature, experience even steeper TemperaturanTENsgradienten due to the switched circulating air, because these parts now not only the heat radiation, but additionally acts a heat transfer by forced convection.
  • three hot air blower 15 shown in FIG. 4 are provided in the rear region of the furnace 1, wherein two discharge channels 16 connect to the pressure side of the hot air blower 15, while the hot air blower 15 are in flow connection with a suction channel 17 on the suction side, so that as possible complete flow around the workpiece 2 with the hot air in convection operation of the furnace 1 is made possible.
  • a forced air operation of the furnace is switched on, wherein Fig. 5 illustrates the air flow through flow arrows:
  • a narrow blow-out slot 18 is arranged over the entire length, which can be seen in particular from FIG. 3. From the outflow channels 16, which are located above the lateral boundary plates 4 and 5, circulating air flows at a very high blow-off speed of, for example, 30 m / s downwards.
  • the regulation of the process takes place in such a way that at the beginning of the baking or heating process of the control parameters, the surface temperature of a limiting plate 4, 5 and 6, respectively.
  • the hot gas is thus supplied with the required amount of heat in the recirculation mode in order to keep the desired temperature of the boundary plate 4, 5 and 6 constant.
  • the surface temperature of a boundary plate 4, 5 and 6 is no longer used as a control parameter, but the maximum allowable temperature of the furnace air.
  • the maximum permissible temperature of the furnace air usually corresponds to the desired final temperature of the workpiece or is slightly above it.
  • the temperature of the thinnest wall thickness of the component can either be determined by means of temperature measurement, or the time to reach this temperature can be theoretically calculated beforehand. Usually, databases with times for various combinations of thinnest and thickest component wall thicknesses are stored in the controller for this purpose.
  • the furnace air can already be switched on at the beginning of the heating process, which is the fastest way of heating the component, because in this case the two types of heat transfer radiation and forced convection are superimposed from the beginning.
  • sensitive coatings on the other hand, it can be deliberately planned to switch on the circulating air later.
  • the circulating air zuzulit only after reaching a so-called fishing temperature, namely, when the powder is gelled and in particular is also angeliert on the component.

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Abstract

Disclosed is an oven for surface-treated tools, comprising a usage chamber which accommodates the powder-coated tool, a convection heater which has a heating unit, a bellows and air supply ducts that guide the air that is heated and displaced by the bellows through the usage chamber and past the tool, the usage chamber having a radiation heater, the radiator of which, when functioning as an infrared radiator, optionally emits medium-wave infrared radiation and, when functioning as a dark radiator, emits long-wave infrared-radiation, and is aligned such that its radiation radiates into the interior of the usage chamber, and is arranged in the usage chamber in a three-dimensional arrangement so as to surround the tool, it being proposed in said oven that the radiator be disposed as a surface radiator so as to form three boundary panels in the form of wall, floor or covering surfaces of the usage chamber in a manner that surrounds the tool.

Description

"Ofen mit Flächenstrahler"  "Oven with surface spotlight"
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft einen Ofen nach dem Oberbegriff des An- Spruchs 1 . The invention relates to a furnace according to the preamble of claim 1.
Aus der DE 10 2008 059 81 1 A1 ist ein gattungsgemäßer Ofen bekannt. Die Möglichkeit, gepulverte oder nasslackierte Werkstücke durch die Kombination von Strahlungs- und Konvektionsbe- heizung einbrennlackieren zu können und dabei unterschiedlicheFrom DE 10 2008 059 81 1 A1 a generic oven is known. The possibility of being able to paint-coat powdered or wet-varnished workpieces by combining radiant and convection heating and, at the same time, different
Strahlungsbeheizungen mit einer unterschiedlichen Welligkeit der Heizstrahlen zu nutzen, führt in der Praxis zu hervorragenden Lackierergebnissen. Zur Erzeugung der Infrarotstrahlung wird Heißluft durch Rohrleitungen geführt, wobei die Rohrleitun- gen dann nach außen die Strahlung abgeben. To use radiant heaters with a different waviness of the heat rays, in practice leads to excellent painting results. To generate the infrared radiation, hot air is passed through pipelines, with the pipes then emitting the radiation to the outside.
Abgesehen von der Anwendung eines gattungsgemäßen Ofens zum Einbrennen einer Pulverlackierung kann der Ofen auch zum Trocknen der Oberfläche eines Werkstücks genutzt werden, auf welcher sich Haftwasser befindet, oder zum Trocknen vonApart from the use of a generic oven for baking a powder coating, the oven can also be used to dry the surface of a workpiece on which adhesive water is, or for drying
Werkstücken, deren Oberfläche mittels einer kathodischen Tauchbadlackierung (KTL) beschichtet ist. Rein beispielhaft und ohne den beschriebenen Ofen auf diesen Verwendungszweck einzugrenzen, wird nachfolgend der Ofen beschrieben als ein Einbrennofen für gepulverte Werkstücke, der im Rahmen einerWorkpieces whose surface is coated by means of a cathodic dip coating (KTL). Purely by way of example and without restricting the oven described to this intended use, the oven is described below as a baking oven for powdered workpieces, which is part of a
Pulverlackierung eingesetzt wird, um das auf das Werkstück aufgebrachte Pulver aufzuschmelzen und eine so genannte Ein- brennlackierung zu schaffen. Powder coating is used to apply that to the workpiece melt applied powder and create a so-called burn-in.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Ofen dahingehend zu verbessern, dass die Wärmeeinwirkung auf die Oberfläche des Werkstücks möglichst gleichmäßig erfolgt. The invention has for its object to improve a generic oven to the effect that the effect of heat on the surface of the workpiece as evenly as possible.
Diese Aufgabe wird durch einen Ofen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by a furnace having the features of claim 1.
Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, das Heißgas nicht durch einzelne Rohre zu führen, die jeweils als Linienstrahler bezeichnet werden können, sondern mit dem Heißgas vielmehr eine größere Fläche zu erwärmen, so dass der Strahler einen Flächenstrahler bildet. Der Flächenstrahler ist dabei derart ausgestaltet, dass er drei Begrenzungsplatten bildet, welche den nutzbaren, für die Positionierung des Werkstückes zugänglichen Innenraum der Nutzkammer begrenzen. Diese Begrenzungsplatten umgeben das Werkstück auf wenigstens drei Seiten, beispielsweise in Form von zwei gegenüberliegenden Wandflächen sowie einer die beiden Wandflächen verbindende Bodenoder Deckenfläche. In other words, the invention proposes not to guide the hot gas through individual tubes, each of which may be referred to as a line radiator, but rather to heat a larger area with the hot gas, so that the radiator forms a surface radiator. The surface radiator is designed such that it forms three boundary plates, which limit the usable, accessible for the positioning of the workpiece interior of the utility chamber. These boundary plates surround the workpiece on at least three sides, for example in the form of two opposite wall surfaces and a floor or ceiling surface connecting the two wall surfaces.
Vorteilhaft können die Begrenzungsplatten doppelwandig ausgestaltet sein, so dass das Heißgas innerhalb dieser doppel- wandigen Begrenzungsplatten geführt werden kann. Dies ermöglicht eine großflächige und direkte Wärmeübertragung vom Heißgas auf die Plattenoberfläche. Verglichen mit z. B. der Möglichkeit, das Heißgas in Rohren zu führen und diese thermisch an eine Begrenzungsplatte anzukoppeln, ergibt sich ein besserer Wirkungsgrad und die Möglichkeit einer schnelleren, präziseren Temperatursteuerung. Advantageously, the boundary plates can be designed double-walled, so that the hot gas can be guided within these double-walled boundary plates. This allows a large-scale and direct heat transfer from the hot gas to the plate surface. Compared with z. As the ability to run the hot gas in pipes and to couple them thermally to a boundary plate, there is a better efficiency and the possibility of faster, more precise temperature control.
Dabei ist vorgesehen, keine freie Verteilung des Heißgases zwischen den beiden Oberflächen der doppelwandigen Begren- zungsplatte zuzulassen, sondern den Zwischenraum der dop- pelwandigen Begrenzungsplatte in mehrere Heizkanäle zu unterteilen, so dass das Heißgas innerhalb der Heizkanäle geführt wird. Auf diese Weise können strömungsberuhigte Bereiche innerhalb einer doppelwandigen Begrenzungsplatte vermieden werden, die aufgrund des dort verringerten Heißgasdurchsatzes zu einer vergleichsweise kühleren Zone und dementsprechend ungleicher Temperaturverteilung führen könnten. Die in Strömungsrichtung erste Begrenzungsplatte kann auch ohne derartige Heizkanäle ausgestaltet sein; insbesondere bei den dann nachfolgenden Begrenzungsplatten sind die Heizkanäle vorteilhaft. It is provided that no free distribution of the hot gas between the two surfaces of the double-walled Begren- but to divide the space between the double-walled boundary plate in several heating channels, so that the hot gas is guided within the heating channels. In this way, flow-calmed areas within a double-walled boundary plate can be avoided, which could lead to a comparatively cooler zone and accordingly unequal temperature distribution due to the reduced there hot gas flow. The first boundary plate in the flow direction can also be configured without such heating channels; especially in the then subsequent boundary plates, the heating channels are advantageous.
Vorteilhaft kann eine der drei Begrenzungsplatten, die als erste Begrenzungsplatte bezeichnet wird, eine Einlassöffnung aufweisen, durch welche das Heißgas in diese erste Begrenzungsplatte einströmen kann. Die drei Begrenzungsplatten sind strömungstechnisch miteinander verbunden, stehen also in Strömungsverbindung miteinander und somit mit der Einlassöffnung, so dass das Heißgas durch sämtliche drei Begrenzungsplatten strömen kann. Eine zweite der drei Begrenzungsplatten weist eine Aus- lassöffnung auf, durch welche das mittlerweile kühler gewordene Heißgas aus dieser zweiten Begrenzungsplatte ausströmen kann. Einlass- und Auslassöffnungen sind dabei nicht in der Weise nah nebeneinander angeordnet, dass sich eine kurzschlussartige kurze Verbindung zwischen Ein- und Auslassöff- nung ergeben würde, sondern die beiden Ein- und Auslassöffnungen sind, insbesondere in Verbindung mit den erwähnten Heizkanälen, derart angeordnet, dass eine möglichst großflächige Kontaktierung der zum Werkstück gerichteten Oberflächen mit dem Heißgas gewährleistet ist, so dass auch durch diese Weise eine möglichst gleichmäßige Wärmeverteilung innerhalb des Ofens gewährleistet ist. Advantageously, one of the three boundary plates, which is referred to as a first boundary plate, have an inlet opening through which the hot gas can flow into this first boundary plate. The three boundary plates are fluidically connected to each other, so are in fluid communication with each other and thus with the inlet opening, so that the hot gas can flow through all three boundary plates. A second of the three boundary plates has an outlet opening through which the meanwhile hotter hot gas can flow out of this second boundary plate. Inlet and outlet openings are not arranged close to each other in such a way that a short-circuit-like short connection between inlet and outlet opening would result, but the two inlet and outlet openings are arranged in such a way, in particular in connection with the mentioned heating channels. that the largest possible possible contacting of the surfaces facing the workpiece with the hot gas is ensured, so that even the most uniform heat distribution within the furnace is ensured by this way.
In vorteilhafter Ausgestaltung können diese Heizkanäle durch Rippen begrenzt sein, die im Inneren der doppelwandigen Be- grenzungsplatten angeordnet sind. Die beiden Wände einer doppelwandigen Begrenzungsplatte können beispielsweise zwei Abschnitte eines solchen Heizkanals bilden, und zwei benachbarte Rippen bilden zwei andere Abschnitte desselben Heizkanals, so dass insgesamt ein Heizkanal mit beispielsweise etwa rechteckigem Querschnitt geschaffen werden kann. Auch durch diese Maßnahme wird eine direkte Kontaktierung des Heißgases mit der Begrenzungsplatte ermöglicht, ohne dass es separater Rohrleitungen innerhalb der doppelwandigen Begrenzungsplatten bedarf. Die Rippen schließen dabei vorteilhaft an eine der beiden Wände einer doppelwandigen Wärme übertragend an. Selbst wenn sie an der gegenüberliegenden Wand der doppelwandigen Begrenzungsplatte nicht luftdicht anliegen, wird dennoch eine Kanalisation des Heißgases bewirkt und damit eine definierte Luftverteilung des Heißgases innerhalb der doppelflächigen Begrenzungsplatten mittels der Rippen ermöglicht, um die gewünschte, möglichst gleichmäßige Oberflächentemperatur der auf das Werkstück abstrahlenden Wand der Begrenzungsplatte zu erreichen. Vorteilhaft jedoch können die Rippen die beiden Wände der doppelwandigen Begrenzungsplatte miteinander verbinden. In an advantageous embodiment, these heating channels may be delimited by ribs, which are located inside the double-walled are arranged boundary plates. The two walls of a double-walled boundary plate may, for example, form two sections of such a heating channel, and two adjacent ribs form two other sections of the same heating channel, so that overall a heating channel with, for example, approximately rectangular cross-section can be created. Also by this measure, a direct contacting of the hot gas is made possible with the boundary plate, without the need for separate pipes within the double-walled boundary plates. The ribs thereby advantageously connect to one of the two walls of a double-walled heat transferring. Even if they are not airtight on the opposite wall of the double-walled boundary plate, nevertheless a sewerage of the hot gas is effected and thus enables a defined air distribution of the hot gas within the double-surface boundary plates by means of the ribs to the desired uniform surface temperature of the radiating onto the workpiece wall to reach the boundary plate. Advantageously, however, the ribs can connect the two walls of the double-walled boundary plate with each other.
Unabhängig davon, ob die Rippen mit nur einer oder mit beiden Wänden einer doppelwandigen Begrenzungsplatte in Kontakt stehen, kann jedenfalls vorgesehen sein, dass sie stets mit derjenigen Wand der doppelwandigen Begrenzungsplatte in Kontakt stehen, welche zum Werkstück gerichtet ist. Der Kontakt zwischen Rippe und Wand der Begrenzungsplatte ist dabei als Wärme leitender Kontakt ausgestaltet, so dass die Wärmeenergie des Heißgases über die Rippe auf die Wand der Begrenzungsplatte geleitet wird. Auf diese Weise wird ein hoher Wirkungsgrad bei der Beheizung der Begrenzungsplatten ermöglicht. Regardless of whether the ribs are in contact with only one or both walls of a double-walled delimiting plate, it may in any case be provided that they are always in contact with that wall of the double-walled delimiting plate which is directed towards the workpiece. The contact between the rib and the wall of the boundary plate is designed as a heat-conducting contact, so that the heat energy of the hot gas is passed via the rib on the wall of the boundary plate. In this way, a high efficiency in the heating of the boundary plates is made possible.
Durch die Wärmeabgabe vom Heißgas auf die Begrenzungsplatten kühlt sich das Heißgas im Verlauf seiner Strömung ab. Um eine möglichst gleichmäßige Oberflächentemperatur der drei Begrenzungsplatten sicherzustellen, kann daher vorteilhaft vorgesehen sein, von dem zunächst in die Begrenzungsplatten einströmenden Heißgas anfänglich prozentual weniger Wärmeenergie zu entnehmen, bei der anschließend durchströmten Begrenzungsplatte hingegen aus dem Heißgas prozentual mehr Wärmeenergie zu entnehmen und schließlich in der dritten vom Heißgas durchströmten Begrenzungsplatte prozentual noch mehr Wärmeenergie zu entnehmen, um auf diese Weise in den drei Begrenzungsplatten einen möglichst gleichen Energieeintrag und möglichst gleiche Oberflächentemperaturen zu erreichen. Zu diesem Zweck kann vorteilhaft die Anzahl der Rippen, die in den doppelwandigen Begrenzungsplatten vorgesehen sind, im Strömungsverlauf des Heißgases zunehmen. Auf diese Weise wird eine zunehmend größere Wärmeübertragungsfläche genutzt, um Wärmeenergie aus dem Heißgas in die zum Werkstück gerichtete Oberfläche der Begrenzungsplatte zu leiten. Due to the heat transfer from the hot gas to the boundary plates, the hot gas cools down in the course of its flow. Around To ensure the most uniform possible surface temperature of the three boundary plates, can therefore be advantageously provided to remove from the first flowing into the boundary plates hot gas initially less heat energy percentage, in the subsequently flowed boundary plate, however, from the hot gas to remove more heat energy percentage and finally in the third of Hot gas flowed through limiting plate percent more heat energy to remove in order to achieve in this way in the three boundary plates as equal as possible energy input and the same surface temperatures as possible. For this purpose, advantageously, the number of ribs, which are provided in the double-walled boundary plates, increase in the flow path of the hot gas. In this way, an increasingly larger heat transfer surface is used to direct heat energy from the hot gas into the workpiece facing surface of the restriction plate.
Alternativ kann man eine möglichst gleichmäßige Oberflächentemperatur erreichen, wenn man, statt die erwähnten Rippen vorzusehen, den durchströmbaren Querschnitt einer Begrenzungsplatte kleiner wählt als den Querschnitt der in Strömungsrichtung vorgeschalteten Begrenzungsplatte, so dass sich nach und nach, von einer zur nächstfolgenden Begrenzungsplatte, immer geringere freie Strömungsquerschnitte ergeben. Durch die Querschnittsverringerung im Vergleich zu der vorgeschalteten Begrenzungsplatte erreicht man eine höhere Strömungsgeschwindigkeit des Heißgases, was einen höheren Wärmeübergangskoeffizienten und somit eine höhere Wärmeübertragung zur Folge hat. Im Vergleich zur Ausgestaltung der Begrenzungsplatten mit den erwähnten Rippen ergibt sich allerdings ein erhöhter Strömungswiderstand, so dass z. B. eine höhere Antriebsleistung eines Heißgasventilators erforderlich wird. Alternatively, one can achieve a uniform surface temperature as possible, provided instead of the mentioned ribs, the flow-through cross-section of a boundary plate smaller than the cross section of upstream boundary plate, so that gradually, from one to the next boundary plate, always lower free Flow cross sections result. By reducing the cross-section compared to the upstream boundary plate to achieve a higher flow rate of the hot gas, which has a higher heat transfer coefficient and thus a higher heat transfer result. Compared to the design of the boundary plates with the mentioned ribs, however, results in an increased flow resistance, so that z. B. a higher drive power of a hot gas fan is required.
Während eine Begrenzungsplatte insgesamt, makroskopisch gesehen, als im Wesentlichen plane, in einer Ebene verlaufende Platte ausgestaltet sein kann, kann, im Detail betrachtet, die zum Werkstück gerichtete Oberfläche der Begrenzungsplatte vorteilhaft von einer vollständig ebenen Ausgestaltung abweichend und vielmehr uneben profiliert ausgestaltet sein. Auf diese Weise wird unterstützt, dass die von dieser Oberfläche ausgesandte Infrarotstrahlung in mehreren Richtungen ausgestrahlt wird, so dass auf diese Weise Hinterschneidungen, Vertiefungen u. dgl. des Werkstücks besser von der Strahlung erreicht werden, wodurch das Lackierergebnis verbessert wird. Whilst a boundary plate as a whole, seen macroscopically, is substantially planar, extending in a plane Plate can be configured, can be considered in detail, the workpiece directed to the surface of the boundary plate advantageously be designed profiled from a completely flat configuration deviating and rather uneven. In this way it is supported that the infrared radiation emitted by this surface is emitted in several directions, so that in this way undercuts, depressions u. Like. Of the workpiece are better achieved by the radiation, whereby the painting result is improved.
Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Profilierungen in der zum Werkstück gerichteten Oberfläche der Begrenzungsplatte nicht nur in Art eines Höhenversatzes ausgestaltet ist, sondern dass die Oberfläche schräg verlaufende Flächenanteile aufweist und zwar schräg zu der Ebene, in welcher sich die Begrenzungsplatte erstreckt. Durch diese schrägen Flächenabschnitte wird eine schräg gerichtete Abstrahlung der Wärmeenergie unterstützt. Beispielsweise können die schrägen Oberflächenabschnitte dadurch geschaffen werden, dass die Oberfläche der Begrenzungsplatte einen geradlinig oder gerundet wellenförmigen Verlauf aufweist. It can be advantageously provided that the profilings in the workpiece surface facing the boundary plate is designed not only in the manner of a vertical offset, but that the surface has inclined surface portions and that obliquely to the plane in which the boundary plate extends. By means of these inclined surface sections, an obliquely directed radiation of the thermal energy is supported. For example, the inclined surface sections can be created by the surface of the boundary plate having a straight or rounded wavy course.
Abgesehen von der Strahlungsbeheizung ermöglicht der Ofen auch eine Konvektionsbeheizung des Werkstücks. Falls der Ofen zum Einbrennen einer Pulverlackierung in ein Werkstück genutzt wird, kann vorteilhaft eine kombinierte Heizwirkung genutzt werden: Nachdem die Bauteile zu Beginn des Aufheizprozesses ausschließlich über die Strahlungsenergie aufgeheizt worden sind, wird nach Erreichen der gewünschten Bauteiltemperatur auf die Konvektionsbeheizung umgeschaltet. Hierfür wird ein Umluftbetrieb des Ofens zugeschaltet. Dabei strömt aus Zuluftkanälen, welche sich über den seitlichen Begrenzungsplatten befinden, Luft nach unten. Diese Luft heizt sich auf, während sie an den seitlichen Begrenzungsplatten vorbei strömt, so dass die seitlichen Begrenzungsplatten ähnlich wie die Oberfläche eines Wärmetauschers wirken. Im unteren Bereich des Nutzraums stoßen die beiden Zuluftströme, die an den beiden gegenüberliegenden Seiten des Nutzraums nach unten geströmt sind, aufeinander und werden nach oben zu einem Abluftkanal gelenkt, wo die Luft angesaugt und von dort zu den Zuluftkanälen geführt wird. Beispielsweise kann sich der Abluftkanal mittig an der Decke des Nutzraums befinden. Im Umluftverfahren wird diese Luft dann über Ventilatoren wieder zu den beiden Zuluftkanälen geführt. Apart from radiant heating, the oven also allows convection heating of the workpiece. If the oven is used to burn a powder coating in a workpiece, a combined heating effect can advantageously be used: After the components have been heated at the beginning of the heating exclusively by the radiant energy, is switched to the convection heating after reaching the desired component temperature. For this purpose, a recirculation mode of the furnace is switched on. In this case, air flows down from supply air ducts, which are located above the lateral boundary plates. This air heats up as it flows past the side boundary plates so that the side boundary plates act similar to the surface of a heat exchanger. In the lower area of the utility room the two supply air streams, which have flowed downwards on the two opposite sides of the working space, collide and are directed upwards to an exhaust air duct, where the air is drawn in and from there to the supply air ducts. For example, the exhaust duct can be located centrally on the ceiling of the work space. In recirculation this air is then fed via fans back to the two supply air ducts.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt An embodiment of the invention will be explained in more detail below with reference to the purely schematic representations. It shows
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt in Längsrichtung durch einen Fig. 1 is a vertical section in the longitudinal direction by a
Ofen, der zum Einbrennen einer Pulverlackierung in ein Werkstück dient,  Furnace used to burn a powder coating into a workpiece,
Fig. 2 einen Längsschnitt in horizontaler Richtung durch den Fig. 2 is a longitudinal section in the horizontal direction through the
Ofen von Fig. 1 ,  Oven of Fig. 1,
Fig. 3 einen vertikalen Querschnitt durch den Ofen, 3 shows a vertical cross section through the furnace,
Fig. 4 eine Ansicht von hinten auf den Ofen, und Fig. 4 is a rear view of the oven, and
Fig. 5 einen vertikalen Querschnitt durch den Ofen, mit Fig. 5 is a vertical cross section through the furnace, with
Strömungspfeilen für die Luftführung im Konvektions- betrieb des Ofens.  Flow arrows for the air duct in convection operation of the furnace.
In den Zeichnungen ist jeweils mit 1 insgesamt ein Ofen bezeichnet, der zum Einbrennen einer Pulverlackierung auf der Oberfläche eines Werkstücks dient. Der Ofen 1 weist eine Nutzkammer 3 auf, innerhalb der ein schraffiert angedeutetes Werkstück 2 stehen kann, wobei die Schraffur die größtmöglichen Abmessungen des Werkstücks 2 verdeutlicht und das Werkstück 2 in der Praxis erheblich unregelmäßiger geformt ist als die rechteckige, in Fig. 3 ersichtliche Kontur des Werkstücks 2. Beispielsweise kann es sich bei den zu behandelnden Werkstücken um Maschinenbauteile oder Maschinenbaugruppen handeln, und die Abmessungen, die das Werkstück 2 aufweisen kann, betragen üblicherweise in Länge, Breite und Höhe jeweils mehrere Meter. In den Fig. 1 , 2 und 4 ist das Werkstück 2 nicht schraffiert dargestellt, sondern hier sind mit den jeweils mehreren in einer Figur dargestellten Bezugszeichen 2 jeweils die Außenlinien des rein schematisch quaderförmig dargestellten Werkstücks 2 gekennzeichnet. In the drawings, 1 in total denotes a furnace which serves to burn a powder coating on the surface of a workpiece. The furnace 1 has a utility chamber 3, within which a hatched indicated workpiece 2 may be, wherein the hatching illustrates the largest possible dimensions of the workpiece 2 and the workpiece 2 is formed in practice considerably more irregular than the rectangular, in Fig. 3 apparent contour For example, the workpieces to be treated may be machine components or machine assemblies, and the dimensions that the workpiece 2 may have are usually several in length, width, and height Meter. 1, 2 and 4, the workpiece 2 is not shown hatched, but here are each marked with the respective plurality of reference numerals shown in a figure 2, the outer lines of the purely schematically cuboid workpiece 2.
Die Nutzkammer 3 ist auf drei Seiten von Begrenzungsplatten begrenzt: Eine erste Begrenzungsplatte 4 bildet eine Seitenwand der Nutzkammer 3, und auf der gegenüberliegende Seite bildet eine zweite Begrenzungsplatte 5 die gegenüberliegende Seitenwand. Den Boden der Nutzkammer 3 bildet eine mittlere Begrenzungsplatte 6. Vereinfachend ist jeweils von einer Begrenzungsplatte 4, 5 oder 6 die Rede, tatsächlich werden jedoch die Wand- und Bodenflächen der Nutzkammer 3 durch modulartig aneinander gereihte Segmente geschaffen, je nach Länge der Nutzkammer 3. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bilden jeweils fünf derartige Segmente eine der genannten Begrenzungsplatten 4, 5 oder 6, wobei abweichend von diesem Ausführungsbeispiel auch jeweils eine nicht segmentierte, eine durchgehende Begrenzungsplatte vorgesehen sein kann. The useful chamber 3 is bounded on three sides by limiting plates: a first limiting plate 4 forms a side wall of the useful chamber 3, and on the opposite side a second limiting plate 5 forms the opposite side wall. Simplifying is in each case of a boundary plate 4, 5 or 6, the speech, but in fact the wall and bottom surfaces of the utility chamber 3 are created by modular juxtaposed segments, depending on the length of the useful chamber. 3 In the illustrated embodiment, each five such segments form one of said boundary plates 4, 5 or 6, which deviating from this embodiment, in each case a non-segmented, a continuous boundary plate can be provided.
Die drei Begrenzungsplatten 4, 5 und 6 sind strömungstechnisch miteinander verbunden. Hierzu sind Kurvenstücke 7 vorgesehen, die ebenso wie die Begrenzungsplatten 4, 5 und 6 doppelwandig ausgestaltet sind. Die Kurvenstücke 7 bilden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen nicht unterteilten, durchgängigen Innenraum, während die demgegenüber nicht gebogenen, sondern im Wesentlichen ebenen Begrenzungsplatten 4, 5 und 6 jeweils eine Vielzahl von Rippen 8 aufweisen, die sich zwischen den beiden Wänden der doppelwandigen Begrenzungsplatten 4, 5 und 6 erstrecken. Auf diese Weise wird innerhalb der Begrenzungsplatten 4, 5 und 6 jeweils eine Vielzahl von Heizkanälen 9 geschaffen. The three boundary plates 4, 5 and 6 are fluidically connected to each other. For this purpose, curve pieces 7 are provided, which are designed as well as the boundary plates 4, 5 and 6 double-walled. The curve pieces 7 form in the illustrated embodiment, a non-divided, continuous interior, while the other hand, not curved, but substantially flat boundary plates 4, 5 and 6 each have a plurality of ribs 8, extending between the two walls of the double-walled boundary plates 4, 5 and 6 extend. In this way, a plurality of heating channels 9 is created within the boundary plates 4, 5 and 6 respectively.
Aus Fig. 2 ist dabei ersichtlich, dass die Anzahl von Rippen 8 in den einzelnen Begrenzungsplatten 4, 5 und 6 unterschiedlich ist. Da die Zeichnungen rein schematisch sind, soll lediglich die Unterschiedlichkeit der Anzahl von Rippen 8 dargestellt werden, während die tatsächlichen Verhältnisse, also die Anordnungsdichte der Rippen 8, von den dargestellten Verhältnissen abweichen kann: In die erste Begrenzungsplatte 4 strömt Heißgas ein, welches dann zwischen den relativ weit voneinander beabstan- deten Rippen 8 durch Heizkanäle 9 mit entsprechend großformatigem Querschnitt strömt. Aus der ersten Begrenzungsplatte 4 gelangt das Heißgas dann durch ein Kurvenstück 7 in die mittlere Begrenzungsplatte 6, die den Boden der Nutzkammer 3 bildet. Aufgrund der bis hierhin erfolgten Wärmeabgabe vom Heißgas an die erste Begrenzungsplatte 4 weist das Heißgas bereits eine etwas geringere Temperatur auf. Um annähernd die gleiche Heizleistung aus dem Heißgas zu entnehmen, weist die mittlere Begrenzungsplatte 6 eine höhere Anzahl von Rippen 8 auf, die in einem vergleichsweise geringeren Abstand zueinander angeordnet sind, so dass insgesamt die Wärme übertragende, im Kontakt zum Heißgas stehende Fläche der mittleren Begrenzungsplatte 6 größer ist als bei der ersten Begrenzungsplatte 4. From Fig. 2 it can be seen that the number of ribs 8 in the individual boundary plates 4, 5 and 6 is different. Since the drawings are purely schematic, only the difference in the number of ribs 8 is shown, while the actual conditions, ie the arrangement density of the ribs 8, may differ from the illustrated conditions: In the first limiting plate 4 hot gas flows, which then between the relatively far apart spaced ribs 8 by heating channels 9 flows with a correspondingly großformatigem cross section. From the first boundary plate 4, the hot gas then passes through a curve piece 7 in the middle boundary plate 6, which forms the bottom of the utility chamber 3. Due to the hitherto performed heat release from the hot gas to the first limiting plate 4, the hot gas already has a slightly lower temperature. In order to remove approximately the same heat output from the hot gas, the middle boundary plate 6 has a higher number of ribs 8, which are arranged at a comparatively smaller distance from each other, so that in total the heat transferring, in contact with the hot gas surface of the middle boundary plate 6 is larger than in the first limiting plate. 4
Durch ein weiteres Kurvenstück 7 gelangt dann das noch weiter abgekühlte Heißgas in den Zwischenraum der zweiten Begrenzungsplatte 5, welche die der ersten Begrenzungsplatte 4 gegenüberliegende Wandfläche der Nutzkammer 3 bildet. Innerhalb dieser zweiten Begrenzungsplatte 5 ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Rippen 8 nochmals geringer und dementsprechend die Wärmeübertragungsfläche zwischen Heißgas und Begrenzungsplatte 5 nochmals größer, um auch angesichts dieses nochmals niedrigeren Temperaturniveaus des Heißgases eine ausreichende Beheizung der zweiten Begrenzungsplatte 5 zu gewährleisten, so dass um das Werkstück 2 herum die drei Begrenzungsplatten 4, 5 und 6 eine möglichst gleichmäßige Heizleistung zum Einbrennen der Pulverlackierung bereitstellen bzw. bei anderen Verwendungen des Ofens eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Werkstücks sicherzustellen. Wie insbesondere aus dem vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Begrenzungsplatten 4, 5 und 6 jeweils doppelwandig ausgestaltet, mit einer äußeren, ebenen Oberfläche 10 und einer inneren, zum Werkstück 2 gerichteten Oberfläche 1 1 . Diese innere Oberfläche 1 1 , die zum Werkstück 2 gerichtet ist, weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ausschließlich Flächenanteile auf, die zur Ebene der Begrenzungsplatte 5 schräg ausgerichtet sind, indem nämlich diese Oberfläche 1 1 im Zickzack verläuft, also einen Wellenverlauf aus ausschließlich geraden Linien aufweist. In der Zeichnung ist die Schrägstellung der Flächenanteile zu Veranschaulichungszwe- cken dargestellt, die tatsächliche Schrägstellung kann flacher gewählt sein. Durch den zickzackförmigen Wellenverlauf der Flächenanteile wird erstens die Wärmeübertragungsfläche der Begrenzungsplatte 5 auf deren zum Werkstück gerichteten Seite vergrößert im Vergleich zu einer planen Ausgestaltung dieser Oberfläche. Zweitens wird eine diffuse Strahlungsverteilung der Wärmestrahlung unterstützt, die auch das Erreichen von Hinter- schneidungen, das Eindringen der Strahlung in Vertiefungen u. dgl. am Werkstück 2 unterstützt und somit das Einbrennergebnis verbessert. By a further curve piece 7 then passes the still further cooled hot gas into the space of the second boundary plate 5, which forms the first boundary plate 4 opposite wall surface of the Nutzkammer 3. Within this second boundary plate 5, the distance between two adjacent ribs 8 is again lower and accordingly the heat transfer surface between hot gas and boundary plate 5 again larger, in order to ensure sufficient heating of the second boundary plate 5, also in view of this even lower temperature levels of the hot gas, so that the Workpiece 2 around the three boundary plates 4, 5 and 6 provide the most uniform heating power for baking the powder coating or to ensure the most uniform heating of the workpiece in other uses of the furnace. As can be seen in particular from the enlarged detail of FIG. 2, the boundary plates 4, 5 and 6 are each configured double-walled, with an outer, flat surface 10 and an inner, directed to the workpiece 2 surface 1 1. This inner surface 1 1, which is directed to the workpiece 2, has in the illustrated embodiment, only surface portions which are obliquely aligned to the plane of the boundary plate 5, namely by this surface 1 1 zigzags, ie has a waveform of exclusively straight lines , In the drawing, the inclination of the surface portions is shown for illustrative purposes, the actual inclination may be chosen flat. First, the heat transfer surface of the boundary plate 5 is enlarged on its side facing the workpiece by the zigzag wave pattern of the surface portions in comparison to a flat configuration of this surface. Secondly, a diffuse radiation distribution of the heat radiation is supported, which also includes the achievement of undercuts, the penetration of the radiation into depressions and the like. Like. Supported on the workpiece 2 and thus improves the burn-in.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die erste Begrenzungsplatte 4 mit einer Einlassöffnung 12 in Verbindung steht und am gegenüberliegenden Ende der Begrenzungsplattenanordnung die zweite Begrenzungsplatte 5 mit einer Auslassöffnung 14 in Verbindung steht. Die Einlassöffnung 12 und die Auslassöffnung 14 sind jeweils als Luftkanäle ausgestaltet, die sich über die gesamte Länge der Nutzkammer 3 erstrecken, so dass das Heißgas durch die gesamten Begrenzungsplatten 4, 5 und 6 möglichst großflächig verteilt geführt wird und eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf den inneren, zum Werkstück 2 gerichteten Oberflächen 1 1 der Begrenzungsplatten 4, 5 und 6 erreicht wird. Innerhalb der jeweils im Wesentlichen ebenen Begrenzungsplatten 4, 5 und 6 wird das Heißgas in den Heizkanälen 9 geführt. In den Kurvenstücken 7 hingegen, die nicht durch Rippen in verschie- dene Strömungsabschnitte unterteilt sind, kann sich das Heißgas verteilen. Die Kurvenstücke 7 können dadurch auch einfacher und wirtschaftlicher hergestellt werden. From Fig. 3 it can be seen that the first limiting plate 4 is in communication with an inlet opening 12 and at the opposite end of the Begrenzungsplattenanordnung the second limiting plate 5 is in communication with an outlet opening 14. The inlet opening 12 and the outlet opening 14 are each designed as air channels which extend over the entire length of the useful chamber 3, so that the hot gas is distributed over the entire boundary plates 4, 5 and 6 as large as possible over a large area and a uniform temperature distribution to the inner, to the workpiece 2 facing surfaces 1 1 of the boundary plates 4, 5 and 6 is achieved. Within each substantially flat boundary plates 4, 5 and 6, the hot gas is guided in the heating channels 9. On the other hand, in curve pieces 7, which are not characterized by ribs in different dene flow sections are divided, the hot gas can be distributed. The curved pieces 7 can thereby also be made simpler and more economical.
Werkstücke, die Bereiche mit verschiedenen Dicken aufweisen, heizen sich bei einer Beheizung mit Infrarotstrahlung bereichsweise unterschiedlich schnell auf. Daher wird nach einer zuvor berechneten Zeit, oder anhand einer Temperaturmessung des dünnsten Teiles, in dem Einbrennofen 1 eine Umluft zur Konvek- tionsbeheizung des Werkstücks 2 zugeschaltet. Gleichzeitig mit dem Zuschalten der Umluft wird die Strahlwandtemperatur, also die an den Begrenzungsplatten 4, 5 und / oder 6 gemessene Temperatur, soweit verringert, bis die Umluft eine vorher eingestellte Temperatur von z. B. 200°C konstant hält. Die Umluft dient dazu, dass sich dünnwandige Teile, welche bereits die Temperatur der Umluft erreicht haben, durch die Infrarotstrahlung nicht weiter erwärmen, sondern ihre überschüssige eingestrahlte Energie an die Umluft abgeben. Dickwandige Teile, die die Umlufttemperatur noch nicht erreicht haben, erfahren durch die zugeschaltete Umluft sogar einen steileren Temperaturanstiegsgradienten, weil auf diese Teile nun nicht nur die Wärmestrahlung, sondern zusätzlich noch eine Wärmeübertragung durch erzwungene Konvektion einwirkt. Workpieces that have areas with different thicknesses heat up at different speeds when heated with infrared radiation. Therefore, after a previously calculated time, or based on a temperature measurement of the thinnest part, in the baking oven 1, a circulating air for Konvek- tion heating of the workpiece 2 is switched on. Simultaneously with the connection of the circulating air, the beam wall temperature, ie the temperature measured at the boundary plates 4, 5 and / or 6, so far reduced until the circulating air reaches a previously set temperature of z. B. 200 ° C holds constant. The circulating air serves to ensure that thin-walled parts, which have already reached the temperature of the circulating air, do not continue to heat up due to the infrared radiation, but release their excess irradiated energy to the circulating air. Thick-walled parts, which have not yet reached the circulating air temperature, experience even steeper Temperaturanstiegsgradienten due to the switched circulating air, because these parts now not only the heat radiation, but additionally acts a heat transfer by forced convection.
Zur Erzeugung der Umluft sind drei insbesondere aus Fig. 4 ersichtliche Heißluftgebläse 15 im hinteren Bereich des Ofens 1 vorgesehen, wobei druckseitig an die Heißluftgebläse 15 zwei Ausströmkanäle 16 anschließen, während saugseitig die Heißluftgebläse 15 mit einem Ansaugkanal 17 in Strömungsverbindung stehen, so dass eine möglichst vollständige Umströmung des Werkstücks 2 mit der Heißluft im Konvektionsbetrieb des Ofens 1 ermöglicht ist. Nachdem die Bauteile zu Beginn des Aufheizprozesses ausschließlich über die Strahlungsenergie aufgeheizt worden sind, wird nach Erreichen der gewünschten Bauteiltemperatur auf die Konvektionsbeheizung umgeschaltet. Hierfür wird ein Um luftbetrieb des Ofens zugeschaltet, wobei Fig. 5 die Luftführung durch Strömungspfeile veranschaulicht: To produce the circulating air three hot air blower 15 shown in FIG. 4 are provided in the rear region of the furnace 1, wherein two discharge channels 16 connect to the pressure side of the hot air blower 15, while the hot air blower 15 are in flow connection with a suction channel 17 on the suction side, so that as possible complete flow around the workpiece 2 with the hot air in convection operation of the furnace 1 is made possible. After the components have been heated at the beginning of the heating exclusively by the radiant energy, is switched to the convection heating after reaching the desired component temperature. For this purpose, a forced air operation of the furnace is switched on, wherein Fig. 5 illustrates the air flow through flow arrows:
In den Ausströmkanälen 16 ist über die gesamte Länge jeweils ein schmaler Ausblasschlitz 18 angeordnet, der insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist. Aus den Ausströmkanälen 16, welche sich über den seitlichen Begrenzungsplatten 4 und 5 befinden, strömt Umluft mit einer sehr hohen Ausblasgeschwindigkeit von beispielsweise 30 m/s nach unten. Dass in den Ausströmkanälen 16 ein Überdruck herrscht, ist durch die eingezeichneten und in Klammern gesetzten , +"-Zeichen angedeutet. Diese nach unten ausströmende Luft legt sich als ebener Freistrahl an die Begrenzungsplatten 4, 5 und 6 an und heizt sich auf, während sie an den Begrenzungsplatten 4, 5 und 6 vorbei strömt. Dadurch fungieren die Begrenzungsplatten 4, 5 und 6 nicht nur als Infrarotstrahler, sondern auch als Wärmetauscher, indem sie Wärmeenergie aufgrund erzwungener Konvektion an die Umluft abgeben. Hierdurch kann auf einen separaten Wärmetauscher für die Beheizung der Umluft verzichtet werden. Im unteren Bereich der Nutzkammer 3 stoßen die beiden Zuluftströme, die an den beiden gegenüberliegenden Seiten der Nutzkammer 3 nach unten geströmt sind, aufeinander und werden nach oben zu dem Ansaugkanal 17 gelenkt, wo die Luft angesaugt und von dort im Umluftverfahren wieder zu den Ausströmkanälen 16 geführt wird. Dass in dem Ansaugkanal 17 ein Unterdruck herrscht, ist durch das eingezeichnete„-"-Zeichen angedeutet. In the outflow channels 16, a narrow blow-out slot 18 is arranged over the entire length, which can be seen in particular from FIG. 3. From the outflow channels 16, which are located above the lateral boundary plates 4 and 5, circulating air flows at a very high blow-off speed of, for example, 30 m / s downwards. The fact that overpressure prevails in the outflow channels 16 is indicated by the "+" signs drawn in parenthesis and this downwardly flowing air impinges on the boundary plates 4, 5 and 6 as a plane free jet and heats up as it does so As a result, the boundary plates 4, 5 and 6 function not only as infrared radiators but also as heat exchangers by releasing thermal energy due to forced convection to the circulating air In the lower region of the useful chamber 3, the two supply air streams, which have flowed downwards on the two opposite sides of the utility chamber 3, collide and are directed upwards to the intake channel 17, where the air is sucked in and from there in the circulating air process is again conducted to the outflow channels 16. That in the intake passage 17 a negative pressure ago is indicated by the "-" sign.
Wegen der hohen Luftaustrittsgeschwindigkeit aus den Ausblasschlitzen 18 wird zusätzlich etwa die 6-fache Luftmenge des Freistrahls aus dem Nutzraum 3 induziert. Wie Fig. 5 verdeutlicht, prallen die an den linken und rechten Begrenzungsplatten 4 und 5 anliegenden ebenen Freistrahlen in der Mitte des Bodens aufeinander und werden nach oben abgelenkt, sodass man im Nutzraum 3 eine turbulente Vertikalströmung erhält. Hierdurch kann etwa die doppelte Luftsteiggeschwindigkeit als in normalen Umluftöfen erreicht werden, wobei die elektrische Antriebsleis- tung der Ventilatoren nur 50% der Antriebsleistung der Ventilatoren eines herkömmlichen Umluftofens beträgt. Because of the high air outlet velocity from the blow-out slots 18 in addition about 6 times the amount of air of the free jet from the work space 3 is induced. As illustrated in FIG. 5, the plane free jets resting against the left and right boundary plates 4 and 5 collide in the middle of the floor and are deflected upwards, so that a turbulent vertical flow is obtained in the work space 3. As a result, it is possible to achieve twice the speed of the ascent in normal circulating air ovens, whereby the electric drive train ventilation of fans only 50% of the drive power of the fans of a conventional convection oven.
Aufgrund der Überlagerung der Infrarotstrahlung mit der Konvek- tion erreicht man sehr kurze Werkstück-Aufheizzeiten ohne Gefahr zu laufen, das Werkstück zu überbrennen. Due to the superimposition of the infrared radiation with the convection, very short workpiece heating times are achieved without the risk of overburning the workpiece.
Die Regelung des Prozesses erfolgt in der Art, dass zu Beginn des Einbrenn- bzw. Aufheizprozesses der Regelparameter die Oberflächentemperatur einer Begrenzungsplatte 4, 5 bzw. 6 ist. In einer Brennkammer wird im Umluftbetrieb dem Heißgas folglich die benötigte Wärmemenge zugeführt, um die gewünschte Temperatur der Begrenzungsplatte 4, 5 bzw. 6 konstant zu halten. The regulation of the process takes place in such a way that at the beginning of the baking or heating process of the control parameters, the surface temperature of a limiting plate 4, 5 and 6, respectively. In a combustion chamber, the hot gas is thus supplied with the required amount of heat in the recirculation mode in order to keep the desired temperature of the boundary plate 4, 5 and 6 constant.
Nach einer gewissen Zeit, wenn die maximal zulässige Temperatur der dünnsten Wandstärke des Bauteils erreicht ist, wird als Regelparameter nicht mehr die Oberflächentemperatur einer Begrenzungsplatte 4, 5 bzw. 6 verwendet, sondern die maximal zulässige Temperatur der Ofenumluft. Die maximal zulässige Temperatur der Ofenumluft entspricht üblicherweise der gewünschten Endtemperatur des Werkstücks oder liegt geringfügig darüber. Die Temperatur der dünnsten Wandstärke des Bauteils kann entweder mittels Temperaturmessung ermittelt, oder die Zeit zum Erreichen dieser Temperatur kann vorher theoretisch berechnet werden. Üblicherweise sind hierfür Datenbanken mit Zeiten für verschiedene Kombinationen von dünnster und dickster Bauteilewandstärken in der Steuerung hinterlegt. After a certain time, when the maximum allowable temperature of the thinnest wall thickness of the component is reached, the surface temperature of a boundary plate 4, 5 and 6 is no longer used as a control parameter, but the maximum allowable temperature of the furnace air. The maximum permissible temperature of the furnace air usually corresponds to the desired final temperature of the workpiece or is slightly above it. The temperature of the thinnest wall thickness of the component can either be determined by means of temperature measurement, or the time to reach this temperature can be theoretically calculated beforehand. Usually, databases with times for various combinations of thinnest and thickest component wall thicknesses are stored in the controller for this purpose.
Die Ofenumluft kann bereits zu Beginn des Aufheizprozesses zugeschaltet sein, was die schnellste Art der Aufheizung des Bauteiles darstellt, weil in diesem Fall von Beginn an die beiden Wärmeübertragungsarten Strahlung und erzwungene Konvekti- on überlagert vorliegen. Bei sensiblen Beschichtungen hingegen kann bewusst vorgesehen sein, die Umluft erst später zuzuschalten. Bei einer Pulverbeschichtung kann beispielsweise die Gefahr bestehen, dass noch nicht geliertes Pulver durch die Umluft vom Bauteil gebla- sen wird. Daher kann in diesem Fall vorgesehen sein, die Umluft erst nach Erreichen einer so genannten Angeliertemperatur zuzuschalten, wenn nämlich das Pulver geliert ist und insbesondere auch am Bauteil angeliert ist. The furnace air can already be switched on at the beginning of the heating process, which is the fastest way of heating the component, because in this case the two types of heat transfer radiation and forced convection are superimposed from the beginning. In the case of sensitive coatings, on the other hand, it can be deliberately planned to switch on the circulating air later. In the case of a powder coating, for example, there is the danger that powder not yet gelled will be blown from the component by the circulating air. Therefore, it can be provided in this case, the circulating air zuzuschalten only after reaching a so-called fishing temperature, namely, when the powder is gelled and in particular is also angeliert on the component.

Claims

Ofen (1 ) für oberflächenbehandelte Werkstücke (2), mit einer Nutzkammer (3), welche das pulverbeschichteteFurnace (1) for surface-treated workpieces (2), having a utility chamber (3) containing the powder-coated
Werkstück (2) aufnimmt, Picking up workpiece (2),
einer Konvektionsheizeinrichtung, welche ein Heizaggregat, ein Gebläse sowie die aufgeheizte und vom Gebläse bewegte Luft durch die Nutzkammer (3) und am Werkstück (2) entlangströmend führende Luftführungskanäle aufweist, wobei die Nutzkammer (3) eine Strahlungsheizung aufweist, deren Strahler als Infrarotstrahler wahlweise eine mittelwellige Infrarot-Strahlung und als so genannter Dunkelstrahler eine langwellige Infrarot-Strahlung aussendet, und derart ausgerichtet ist, dass seine Strahlung in das Innere der Nutzkammer (3) einstrahlt, a Konvektionsheizeinrichtung, which has a heating unit, a fan and the heated and blown by the fan air through the Nutzkammer (3) and on the workpiece (2) along leading air ducts, wherein the Nutzkammer (3) has a radiant heater whose radiator as infrared radiator either one medium-wave infrared radiation and as a so-called dark radiator emits a long-wave infrared radiation, and is oriented such that its radiation radiates into the interior of the useful chamber (3),
und in einer dreidimensionalen Anordnung, das Werkstück (2) umgebend, in der Nutzkammer (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, and in a three-dimensional arrangement, the workpiece (2) surrounding, in the Nutzkammer (3) is arranged, characterized
dass der Strahler als Flächenstrahler ausgestaltet ist, derart, dass er drei das Werkstück (2) umgebende Begrenzungsplatten (4, 5, 6) als Wand-, Boden- oder Deckenflächen der Nutzkammer (3) bildet. the emitter is configured as a surface emitter, such that it forms three boundary plates (4, 5, 6) surrounding the workpiece (2) as wall, floor or ceiling surfaces of the utility chamber (3).
Ofen nach Anspruch 1 , Oven according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Begrenzungsplatten (4, 5, 6) als doppelwandige Wand-, Boden- oder Deckenflächen der Nutzkammer (3) ausgestaltet sind, the boundary plates (4, 5, 6) are designed as double-walled wall, floor or ceiling surfaces of the utility chamber (3),
wobei innerhalb der doppelwandigen Wand-, Boden- oder Deckenflächen Heißgas führende Heizkanäle (9) verlaufen. wherein inside the double-walled wall, floor or ceiling surfaces hot gas leading heating channels (9) extend.
Ofen nach Anspruch 2, Oven according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine erste Begrenzungsplatte (4) eine Einlassöffnung (12) für das Heißgas aufweist, und die drei Begrenzungsplatten (4, 5, 6) in Strömungsver- bindung mit der Einlassöffnung (12) stehen, a first boundary plate (4) has an inlet opening (12) for the hot gas, and the three boundary plates (4, 5, 6) are in flow communication with the inlet opening (12),
und dass eine zweite Begrenzungsplatte (5) eine Auslassöffnung (14) für das Heißgas aufweist, and that a second boundary plate (5) has an outlet opening (14) for the hot gas,
wobei die Einlassöffnung (12), die Heizkanäle (9) und die Auslassöffnung (14) derart angeordnet sind, dass das Heißgas großflächig in Kontakt mit den zum Werkstück (2) gerichteten Oberflächen (1 1 ) der Begrenzungsplatten (4, 5, 6) geführt ist. wherein the inlet opening (12), the heating channels (9) and the outlet opening (14) are arranged such that the hot gas over a large area in contact with the workpiece (2) facing surfaces (1 1) of the boundary plates (4, 5, 6) is guided.
Ofen nach Anspruch 2 oder 3, Oven according to claim 2 or 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Heizkanäle (9) durch Rippen (8) begrenzt sind, die im Inneren der doppelwandigen Begrenzungsplatten (4, 5, 6) angeordnet sind. in that the heating channels (9) are delimited by ribs (8) which are arranged inside the double-walled boundary plates (4, 5, 6).
Ofen nach Anspruch 4, Oven according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Rippen (8) Wärme leitend an die zum Werkstück (2) gerichteten Oberflächen (1 1 ) der Begrenzungsplatten (4, 5, 6) anschließen. the ribs (8) connect heat-conducting to the surfaces (1 1) of the boundary plates (4, 5, 6) facing the workpiece (2).
Ofen nach den Ansprüchen 3 und 4, Furnace according to claims 3 and 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die erste Begrenzungsplatte (4), welche die Auslassöffnung (12) für das Heißgas aufweist, eine erste Anzahl von Rippen (8) pro Flächeneinheit aufweist, in that the first limiting plate (4), which has the hot gas outlet opening (12), has a first number of ribs (8) per unit area,
die zweite Begrenzungsplatte (5), welche die Auslassöff- nung (14) für das Heißgas aufweist, eine zweite Anzahl von Rippen (8) pro Flächeneinheit aufweist, the second restriction plate (5) having the hot gas outlet port (14) has a second number of ribs (8) per unit area,
und die dritte Begrenzungsplatte (6), welche zwischen der ersten Begrenzungsplatte (4) und der zweiten Begrenzungsplatte (5) angeordnet ist, eine dritte Anzahl von Rippen (8) pro Flächeneinheit aufweist, and the third restricting plate (6) disposed between the first restricting plate (4) and the second restricting plate (5) has a third number of ribs (8) per unit area,
wobei die erste Anzahl kleiner ist als die dritte Anzahl, und die dritte Anzahl kleiner ist als die zweite Anzahl von Rip- pen (8) pro Flächeneinheit der jeweiligen Begrenzungsplatte (4, 5, 6). wherein the first number is smaller than the third number, and the third number is smaller than the second number of ribs. pen (8) per unit area of the respective limiting plate (4, 5, 6).
Ofen nach Anspruch 2, Oven according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Begrenzungsplatten (5, 6) jeweils einen geringeren freien, vom Heißgas durchströmbaren Strömungsquer- schnitt aufweisen als die in Strömungs chtung des Heißgases jeweils vorgeschaltete Begrenzungsplatte (4, 6), derart, dass sich von einer zur nächstfolgenden Begrenzungsplatte (4, 5, 6) jeweils ein geringer werdender freier Strö- mungsquerschnitt ergibt. in that the boundary plates (5, 6) each have a smaller free flow cross-section through which the hot gas can flow than the boundary plate (4, 6) upstream of the hot gas in such a way that from one to the next boundary plate (4, 5, 6) each results in a decreasing free flow cross section.
Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Oven according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die zum Werkstück (2) gerichtete Oberfläche (1 1 ) einer Begrenzungsplatte (4, 5, 6) uneben profiliert ausgestaltet ist. that the workpiece (2) directed surface (1 1) of a boundary plate (4, 5, 6) is profiled uneven profiled.
Ofen nach Anspruch 8, Oven according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die profilierte Oberfläche (1 1 ) überwiegend Flächenanteile aufweist, die schräg zu der Ebene ausgerichtet sind, in welcher sich die Begrenzungsplatte (4, 5, 6) erstreckt. in that the profiled surface (11) comprises predominantly surface portions which are oriented obliquely to the plane in which the boundary plate (4, 5, 6) extends.
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