Derartige Verfahren und Anordnungen sind in großer Vielgestaltigkeit seit langem bekannt und in verschiedenen Industriezweigen im Einsatz. Wärmebehandlungsver- fahren gehören bekanntlich zu den historisch ältesten technischen Prozessen und haben über Jahrhunderte hinweg unzählige Verfeinerungen erfahren. Das hat indes nichts grundsätzliches an dem großem Bauvolumen und hohen Energieverbrauch herkömmlicher Industrieöfen bzw. Wärmebehandlungsstrecken ändern können.

Da klassische Wärmebehandlungsverfahren, die auf der Einwirkung von Wärme- strahlung im mittel-bis langwelligen Infrarotbereich und/oder Wärmeleitung und/oder Konvektion auf das Werkstück beruhen, mit relativ niedriger Leistungs- dichte-Leistungseintrag pro Oberflächeneinheit des Werkstücks-arbeiten und zumeist auch auf einer weitgehend vollständigen Durchwärmung des (mehr oder weniger voluminösen) Werkstücks beruhen, ist zur Erreichung des gewünschten Ef- fekts zumeist eine relativ lange Einwirkungsdauer erforderlich. Dies wiederum setzt entweder eine relativ geringe Fördergeschwindigkeit des Werkstücks oder der Werkstücke durch die Erwärmungsstrecke oder eine große Länge derselben voraus.

Dies gilt in analoger Weise für alternative Erwärmungsverfahren, beispielsweise die induktive Erwärmung, die zur Trocknung bzw. Vernetzung der Beschichtung eines endlosen Metallbandes (beim sogenannten"Coilcoating") üblich ist.

In jüngerer Zeit sind auch alternative Erwärmungsverfahren für verschiedenartige Werkstücke, insbesondere zur Trocknung bzw. Vernetzung von Beschichtungen, aber auch für Vulkanisier-oder Klebeverfahren oder auch zur Vorbereitung von Umformprozessen-bekannt geworden, die auf dem Einsatz von Strahlung im Be-

reich des nahen Infrarot (NIR) mit hoher Leistungsdichte basieren. Verfahren die- ser Art und hierzu geeigneter Anordnungen sind unter anderem beschrieben in den auf die Anmelderin zurückgehenden Druckschriften WO 99/10160 A1, EP 1 068 062 B1, EP 1 062 053 B1, DE 100 24 706 A1 oder WO 02/32652 A1.

Da bei diesen Verfahren mit sehr hohen Leistungsdichten gearbeitet wird und die einwirkende Bestrahlung in besonders effizienter Weise für den jeweiligen Verfah- renszweck nutzbar gemacht werden kann, lassen sich hiermit die Behandlungsdau- ern und/oder Längen der Erwärmungsstrecken und auch der zur Prozessdurchfüh- rung betriebene Energieaufwand wesentlich senken.

Eine Vielzahl von Industrieanlagen, bei denen thermische Behandlungsschritte rea- lisiert werden, sind jedoch mit herkömmlichen Erwärmungsstrecken bzw. Öfen aus- gerüstet, und eine Umrüstung kommt vielfach aus technologischen oder betriebs- wirtschaftlichen Erwägungen nicht in Betracht. Aus den oben genannten Gründen ist bei diesen Anlagen dann aber auch die Taktzeit und damit die Fördergeschwin- digkeit des Werkstücks oder der Werkstücke nur in engen Grenzen veränderbar.

Wesentliche Produktivitätssteigerungen sind daher aufgrund der Charakteristiken der Erwärmungsstrecke nicht zu erreichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anord- nung anzugeben, mit denen in an sich bekannten und in der Praxis realisierten Be- arbeitungsverfahren und-anlagen, die eine thermische Behandlung eines Werk- stücks einschließen, mit vertretbarem Aufwand wesentliche Produktivitätssteige- rungen erreichbar sind.

Diese Aufgabe wird in Ihrem Verfahrensaspekt durch ein Verfahren mit den Merk- malen des Anspruchs 1 und in ihrem Anordnungsaspekt durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.

Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken einer synergistischen Kombi- nation einer"klassischen"Erwärmungsstrecke mit einer NIR-Strecke ein, wobei diese Kombination in der Praxis durch die Kompaktheit einer NIR-Bestrahlungsein-

richtung und die daraus resultierende relativ problemlose Eingliederbarkeit in eine ansonsten praktisch unveränderte Industrieanlage möglich wird. Weiter schließt die Erfindung den Gedanken ein, die zusätzliche NIR-Bestrahlung im Sinne eines "Booster"derart zu nutzen, dass hierdurch die thermische Behandlung des Werk- stücks impulsartig abgeschlossen wird.

Das wiederum ermöglicht es, den herkömmlichen Teil der Erwärmungsstrecke zur Vorwärmung des Werkstücks zu betreiben, also insbesondere mit geringerer Takt- zeit bzw. höherer Fördergeschwindigkeit des Werkstücks. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit wesentlicher Verringerungen der Taktzeiten der Gesamtanlage und ent- sprechender Produktivitätssteigerungen. Alternativ hierzu oder in Kombination hiermit ist auch eine Modifizierung der herkömmlichen Erwärmungsstrecke in dem Sinne möglich, dass diese einen kleineren Wärmeeintrag in das Werkstück erbringt als er ohne die zusätzliche NIR-Bestrahlungseinrichtung zu erbringen wäre. Dies ermöglich entweder eine Reduzierung der thermischen Leistung des konventionel- len Ofens oder eine Verkürzung der konventionellen Erwärmungsstrecke oder bei- des und gegebenenfalls erhebliche Energieeinsparungen.

In einer bevorzugten Verfahrensführung liegt die Leistungsdichte der Strahlung im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot im Bereich zwischen 200 und 1500 kW/m2, spezieller zwischen 300 und 800 kW/m2. Mit derartigen Leistungsdichten lassen sich die systembedingten Vorteile der NIR-Strahlung als"Wärmequelle"besonders effizient nutzen.

In bevorzugten praktischen Ausführungen wird die zusätzliche Erwärmungsstrecke derart bemessen, dass die Differenzenergie im Bereich zwischen 1/4 und 3/4 der Soll- Gesamtenergie und somit die Fördergeschwindigkeit im wesentlichen beim 1,3- bzw. 3-fachen der Soll-Fördergeschwindigkeit liegt. Es versteht sich, dass mit der zusätzlichen NIR-Erwärmungsstrecke auch kleinere oder sogar noch größere Anteile der insgesamt benötigten Wärmeenergie eingetragen werden können, im angege- benen Wertebereich dürften aber die in der Praxis sinnvollsten Lösungen liegen.

Hiermit verbunden ist natürlich eine entsprechende Ausführung der Transportein- richtung für das Werkstück-diese muss dann nämlich zur Realisierung einer

Transportgeschwindigkeit von 1,3 bis 3-fachen der normalen Transportgeschwin- digkeit geeignet sein.

Eine vorteilhafte Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens ist in zahlreichen Anwendungen möglich, wo als Werkstück eine Beschichtung, insbesondere Pulver- oder Flüssiglackbeschichtung, von Metall-, Kunststoff-oder Holzwerkstoffträgern, eingesetzt wird, wobei der konventionelle Ofen insbesondere ein mit mittel-bis langwelliger Infrarotstrahlung und/oder Wärmeleitung und/oder Konvektion arbei- tender Ofen ist. Es versteht sich, dass bei diesen Anwendungen die Transportein- richtung, der konventionelle Ofen und die zusätzliche Erwärmungsstrecke zum Durchlauf von einzelnen Metall-, Kunststoff-oder Holzwerkstoffgegenständen aus- gebildet sind.

Eine weitere bevorzugte Anwendung sieht vor, dass als Werkstück ein quasi-end- loses beschichtetes Metallband eingesetzt wird, wobei der konventionelle Ofen ins- besondere durch eine Induktionsheizstrecke gebildet ist. Hier sind die Transport- einrichtung, der konventionelle Ofen und die zusätzliche Erwärmungsstrecke zum Hindurchfördern eines quasi-endlosen Metallbandes ausgebildet.

In einer inzwischen praktisch bewährten Ausführung der zusätzlichen Erwärmungs- strecke umfasst deren Bestrahlungseinrichtung mindestens eine langgestreckt röh- renförmige Strahlungsquelle, insbesondere Halogen-Glühfadenlampe, die mit einer Strahlertemperatur von 2900 K oder höher betrieben wird und der auf der vom Werkstück abgewandten Seite ein Reflektor zugeordnet ist. In praktisch sinnvollen Ausführungen hat die Bestrahlungseinrichtung eine Mehrzahl von langgestreckten Strahlern in Zuordnung zu einem aktiv gekühlten, insbesondere flüssigkeits-oder gebläsegekühlten, Reflektorkörper.

Die Bemessung der NIR-Erwärmungsstrecke und damit insbesondere des Reflektor- körpers mit den darin aufgenommenen NIR-Emittern-erfolgt neben dem zu reali- sierenden Wärmeeintrag-in Abhängigkeit vom in der gegebenen Produktionsanla- ge verfügbaren Bauraum. Hierbei lassen sich räumliche Limitierungen, die zum Ein- satz eines relativ kleinen Reflektorkörpers führen, durch den Einsatz von Hoch-

leistungs-Emittern und einer entsprechend leistungsfähigen Kühlung des Reflektors teilweise kompensieren. Auf der anderen Seite ermöglicht ein ausreichender Unter- bringungsraum eine Reduzierung der NIR-Strahlungsleistung und eine geringere Dimensionierung des Kühlsystems bzw. den Ersatz einer Flüssigkeitskühlung durch die flexibel einsetzbare Luft-bzw. Gebläsekühlung.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung umfasst die zusätzliche Erwärmungs- strecke eine Luftstrom-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines auf das Werk- stück gerichteten Luftstromes zu dessen Kühlung und/oder zur Abführung von flüchtigen Bestandteilen während der thermischen Behandlung aus oder stromab- wärts der Strahlungszone. Hierdurch lässt sich die Wirkung der zusätzlichen NIR- Erwärmung im Sinne des Prozesszieles unterstützen bzw. ein durch diese Erwär- mungsstrecke bewirktes"Erhitzungspeak"auf dem Werkstück vor dessen Übergabe an eine andere Bearbeitungsstation erforderlichenfalls wieder abbauen.

Des weiteren hat die zusätzliche Erwärmungsstrecke bevorzugt Mess-und Auswer- tungsmittel zur Erfassung mindestens eines physikalischen Parameters des Werk- stücks, insbesondere von dessen Oberflächentemperatur, und mit den Mess-und Auswertungsmitteln verbundene Steuermittel zur Steuermittel zur Steuerung des Differenzenergieeintrages in das Werkstück in Abhängigkeit vom Auswertungser- gebnis. Hiermit lässt sich in vorteilhafter Weise eine Abstimmung der energeti- schen Parameter der Teilbereiche der Gesamt-Erwärmungsstrecke erreichen. Es ist hierbei auch denkbar, dass die Mess-und Auswertungsmittel der NIR-Erwärmungs- strecke zugleich mit einer Steuerung der konventionellen Erwärmungsstrecke ver- bunden sind und dieser Eingangssignale bereitstellen, die zu einem effizienten- insbesondere energiesparenden-Betrieb dieses Teils der Erwärmungsstrecke ge- nutzt werden können.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Un- teransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen :

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Coilcoating-Beschichtungsanlage in Art eines Längsschnittes und Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Lackieranlage für Möbel oder Ge- häuseteile in Art einer Längsschnittdarstellung.

Fig. 1 zeigt als erste Ausführungsform der Erfindung eine Coilcoating-Anlage 1 zur Beschichtung eines quasi-endlosen Stahlbleches 3, welches auf einen Coil 5 aufge- wickelt wird, und zum Trocknen der aufgebrachten Beschichtung. Der Coil 5 wird durch einen elektrischen Antrieb 7 in Drehung versetzt, wodurch das Blech 3 unter einem Sprühbeschichter 9 hindurch und über einen Induktionsheizer 10 hinweg bewegt wird.

Durch den Sprühbeschichter 9 wird auf das Blech 3 als Ausgangsstoff für eine Kor- rosionsschütz-oder Grundierungsschicht 13 eine wässrige Lösung 13'aufgebracht.

Diese wird zunächst durch Wärmeleitung aus dem über dem Induktionsheizer 10 erwärmten Blech 3 erhitzt und partiell vernetzt bzw."vorgebacken". Anschließend durchläuft das Stahlblech 3 mit der vorgewärmten und vorgebackenen Korrosions- schutzschicht 13"eine NIR-Erwärmungsstrecke 11, in der die Beschichtung unter dem Einfluss von NIR-Strahlung mit hoher Leistungsdichte, insbesondere oberhalb von ca. 200 kW/m2, fertig vernetzt wird.

Die NIR-Erwärmungsstrecke 11 umfasst einen massiven Al-Reflektor 15 mit einer Mehrzahl von im Querschnitt annähernd W-förmigen Reflektorabschnitten 15a, der intern wassergekühlt und hierzu über Kühlwasserleitungen 17 mit einem externen (nicht dargestellten) Kühler verbunden ist. Im Zentrum jedes W-förmigen Reflek- torabschnitts 15a sitzt eine langgestreckt röhrenförmige Halogen-Glühfadenlampe 19. Die Halogen-Glühfadenlampen 19 werden durch eine Bestrahlungssteuereinheit 21 mit Strom versorgt und derart gesteuert, dass sie mit einer Strahlertemperatur oberhalb von 2900 K NIR-Strahlung mit einem Intensitätsmaximum im Bereich zwi- schen 0, 8 um und 1, 5 um abgeben.

Im Al-Reflektor 15 ist ein Pyrometerelement 23 zur Erfassung der Oberflächentem- peratur der Beschichtung 13 in einer T-Erfassungszone B angeordnet, der mit ei- nem Signaleingang der Bestrahlungssteuereinheit 21 verbunden ist. Die Bestrah- lung wird derart gesteuert, dass in der Beschichtung eine im wesentlichen konstan- te Temperatur eingehalten wird, die in Abhängigkeit von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Ausgangsstoffs 13'der Korrosionsschutz-oder Grundierungsschicht 13 gewählt wird und typischerweise bei ca. 200°C liegt.

Durch geeignete Steuerung des Antriebes 7 wird die Durchlaufgeschwindigkeit des Stahlbleches 13 durch die Bestrahlungszone A derart eingestellt, dass eine Ver- weildauer der wässrigen Lösung 13'in der Bestrahlungszone A von wenigen Se- kunden erhalten wird, welche zum vollständigen Abdampfen der Lösungsmittel- komponente und zur thermischen Vernetzung der Schicht 13 ausreichend ist. Hier- bei ermöglicht der Einsatz der NIR-Erwärmungsstrecke 11 gegenüber einer Anlage mit ausschließlicher Induktionsheizung eine wesentliche Erhöhung der Durchlauf- geschwindigkeit des Stahlbandes ohne Verlängerung der Induktionsheizstrecke und - vor allem-ohne eine zur Erhöhung der Fördergeschwindigkeit proportionale Er- höhung der bereitzustellenden Wärmeleistung.

Fig. 2 zeigt, ebenfalls in schematischer Darstellung, eine weitere bevorzugte An- wendung der vorgeschlagenen Lösung, nämlich eine Lackieranlage 1'für einzelne lackierte Gegenstände 3'. Wesentliche Teile dieser Anlage stimmen mit Teilen der Coilcoating-Anlage nach Fig. 1 überein, und insoweit werden auch die gleichen Be- zugsziffern verwendet, und auf eine detaillierte Erläuterung wird nachfolgend ver- zichtet.

Die auf einem Transportband 5 mit einem Antrieb 7 transportierten Gegenstände 3' laufen zunächst wieder unter einem Sprühbeschichter 9 hindurch, wo hier eine Flüssiglackschicht 14'auf Wasserbasis aufgebracht wird. Sie durchlaufen anschlie- ßend einen (hier verkürzt skizzierten) Tunnelofen 10'konventioneller Bauart, in dem die Flüssiglackschicht vorgeheizt und in eine partiell vernetzte Lackschicht 14" umgewandelt wird. Anschließend gelangen die Gegenstände 3'auf dem Transport- band 5'in eine NIR-Erwärmungsstrecke 11, die ebenso aufgebaut ist und funktio-

niert wie bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 1. Dort wird die partiell ver- netzte Lackschicht in eine durchgehärtete Lackierung 14 umgewandelt und die la- ckierten Gegenstände werden aus der Lackieranlage herausgeführt.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf diese Beispiele und die oben hervorge- hobenen Aspekte beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. So kann eine Beschichtung der oben erwähnten Art anstelle eines Sprühbeschichters auch mit einem Walzen- oder Bürstenbeschichter aufgebracht werden. Weiterhin kann die Art der eingesetz- ten NIR-Strahlungsquelle sowie des Reflektors von der im Beispiel angegebenen Ausführung abweichen, und eine geregelte Prozessführung ist nicht in jedem Fall erforderlich.

Bezugszeichenliste 1 Coilcoating-Anlage 1'Lackieranlage 3 Stahlblech 3'Lackiergegenstand 5 Coil 5'Transportband 7 Antrieb 9 Sprühbeschichter 10 Induktionsheizer 10'Tunnelofen 11 NIR-Erwärmungsstrecke 13 Korrosionsschutz-oder Grundierungsschicht 13'Ausgangsstoff (wässrige Lösung) 13"vorgebackene Korrosionsschutzschicht 14 Lackierung 14'Flüssiglackschicht 14"partiell vernetzte Lackschicht 15 Al-Reflektor

17 Kühlwasserleitung 19 Halogen-Glühfadenlampe <BR> <BR> 21 ~ Bestrahlungssteuereinheit 23 Pyrometerelement A Bestrahlungszone B T-Erfassungszone