Oberflächen

B E S C H R E I B U N G

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Trocknung beschichteter Oberflächen und einen Heißluft-Trockner zur Durchführung des Verfahrens nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 4, wie sie beispielsweise zur Trocknung oberflächenbeschichteter Automobilkarossen o. dgl. Verwendung finden.

Auf dem Gebiet der Lackierung von Automobilkarossen werden in erster Linie Flüssiglacke eingesetzt. Dabei werden sowohl Applikationstechniken verwendet, bei denen der flüssige Lack mit Hilfe von Spritzdüsen fein zerstäubt aufgesprüht wird, als auch Tauchlackierungsverfahren. Gemeinsam ist diesen Beschichtungsprozessen, daß bei Verwendung eines Lacksystems ein Teil des bei der Beschichtung im Lack vorhandenen Lösemittels in der aufgebrachten Lackschicht verbleibt, um eine Beschädigung der Lackoberfläche infolge einer mechanischen Beanspruchung zu vermeiden, müssen diese Lösemittel entfernt, bzw. die Lackschicht muß ausgehärtet werden. Zu diesem Zweck werden im Anschluß an die Lackierung Trockner eingesetzt.

Die Trocknung von oberflächenbeschichteten Automobilkarossen

wird in der Automobilindustrie in den meisten Fällen in speziellen Trocknertunneln durchgeführt. Dabei durchläuft die beschichtete Automobilkarosse einen tunnelförmigen Ofen, der Durchlaufrichtung in verschiedene Zonen/Bereiche unterteilt ist.

Im ersten Bereich des Trockners wird die im Trocknerinnenraum auf einer Transporteinrichtung befindliche, beschichtete Karosse aufgeheizt und ein Teil des Lösungsmittels der aufgebrachten Oberflächenεchicht entfernt (Strahlungs- bzw. Aufheizzone). In diesem Bereich darf die aufgebrachte Oberflächenschicht nicht übermäßig mechanisch beansprucht werden, da sie noch nicht vollständig ausgehärtet ist. Aus diesem Grund führt man die für die Aufheizung der Karosse und Aushärtung der aufgebrachten Oberflächenschicht nötige Energie berührungsfrei, in Form von Wärmestrahlung zu.

Eine Möglichkeit, dies technisch zu realisieren, ist der Einsatz von sogenannten Strahltaschen. Diese Strahltaschen lassen sich elektrisch oder mit Hilfe von Heißluftstrom beheizen. Bei beiden Möglichkeiten ist zu beachten, daß die Oberflächentemperatur, der dem Trocknungsobjekt zugewandten Strahltaschenwand, nicht über einen Maximalwert (T _maχ ) steigen darf, da sonst die Temperatur im Lackfilm zu hoch wird, was zur Folge hat, daß die zu trocknende Oberflächenbeschichtung geschädigt wird. Ebenso darf die Oberflächentemperatur der Strahltasche einen Minimalwert (T _nin ) nicht unterschreiten, da sonst die geforderte Trocknungsaufgabe bei vorgegebener Verweilzeit der Karosse im Trocknertunnel von dem Trockner nicht erfüllt werden kann.

Nach in der Strahlzone erfolgter Aufheizung gelangt die zu trocknende Karosse in die zweite Zone, die Konvektions-,

Umluft- oder Haltezone. Innerhalb der Haltezone wird die Karosse auf einem konstanten Temperaturniveau gehalten. Während dieser Zeit findet die vollständige Aushärtung der Lackschicht statt. Um eine Abkühlung der Karosse zu vermeiden, wird Wärmeenergie in Form eines heißen Luftstromes in den Trocknerinnenraum zur Karosse geführt.

So ist aus der US-A-4,493, 641 ein Heißluft-Trockner zτir Trocknung beschichteter Oberflächen bekannt, der aus mehreren, in Transportrichtung der Karosse hintereinander angeordneten Bereichs-Modulen zusammengesetzt ist. Diese Module sind Strahlungs- (Aufheiz-) und Konvektions- (Halte-) -Zonen-Module oder Zonen-Module, die durch verschließbare Innenwand-Öffnungen aus Konvektions- in Strahlungsmodule konvertierbar sind. Bei diesen bekannten Trockner- Zonenmodulen ist in den Trockner- bzw. Modul-Innenraum seitlich umgebenden Heißluftkammern jeweils eine Trennwand so angeordnet, daß je eine äußere und eine innere Kammer gebildet werden. Die beiden Kammern sind jeweils an ihrem unteren Ende durch eine Öffnung verbunden, wodurch ein Umlenkraum gebildet wird. Die von oben in die äußere Kammer eingeführte Heißluft strömt in dieser nach unten, wird umgelenkt und fließt in der inneren Kammer nach oben. Beim Strahlungsmodul (Aufheizbereich) strömt die gesamte Heißluft in der inneren Kammer nach oben, bis in einen oberhalb des Innenraumes vorgesehenen Abluftkanal. Im Konvektionsmodul (Haltezone) strömt die Heißluft in der inneren Kammer zumindest teilweise nach oben und zudem im Strömungsverlauf durch Öffnungen in der Innenwand in den Trocknerinnenraum, wo sie an dessen Oberseite abgezogen wird. Bei diesem bekannten Trockner wird die gesamte eingebrachte Heißluft wieder ausgebracht, wodurch ein hoher Heißluftbedarf besteht. Auch strömt die Heißluft zuerst durch die äußere Kammer und danach

durch die innere Kammer, so daß bereits erhebliche Wärmeverluste zu verzeichnen sind, bevor die Heißluft in die innere Kammer gelangt.

Die obere Temperaturgrenze sowie die an das Trocknungsgut zu überbringende Energiemenge bestimmen die der Strahltasche oder dem Trocknerinnenraum zuzuführende Heißluftmenge und ihre Temperatur. Für den Betreiber des Trockners hat dies den Nachteil, daß relativ große Heißluftmengen von einem Wärmetauscher, bei indirekter Beheizung, oder von einem Brennersystem, bei direkter Beheizung, zum Trockner geleitet bzw. vom Trockner abgeführt werden müssen. Günstiger wäre die Möglichkeit, mit einer niedrigeren, aber dafür höher temperierten Heißluftmenge zu arbeiten.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Heißluft-Trockner oben genannter Gattung anzugeben, durch die die dem Trockner zuzuführende Heißluftmenge verringert wird, um so den Materialbedarf für Heißluftkanäle und Gebläse zu vermindern und somit auch die Aufheizzeit des Trockners beim Anfahren der Anlage zu verkürzen.

Diese Aufgabe wird durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Demgemäß wird jeweils ein Teil der im Trockner befindlichen Heißluft kontinuierlich als Sekundärluftstrom in diesem zirkuliert, wobei diesem Sekundärluftεtrom ein über die Trocknungswärme T-. _aχ erhitzter Primärluftstrom zugemischt wird. Dabei kann es gleichzeitig von Vorteil sein, wenn der zugeführte Primärluftstrom volumenmäßig geringer ist als der zirkulierende Sekundärluftεtrom. Hierbei ist es wichtig, daß die MischtemDeratur von Primär- und Sekundärluftstrom

höchstens gleich hoch mit der Trocknungswärme T _maχ ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die dem Trockner zuzuführende Heißluftmenge wesentlich verringert, wodurch zur einen der Materialbedarf für Heißluftkanäle und Gebläse vermindert und zum anderen die Aufheizzeit des Trockners beir Anfahren der Anlagen verkürzt wird. Infolge des geringeren Raumbedarfs der Heißluftka mern kann der Trockner in seiner Breite verkleinert werden, wodurch Platz und Material eingespart werden.

Die Aufgabe wird des weiteren durch einen gattungsgemäßen Heißluft-Trockner zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. In den auf diesen Anspruch rückbezogenen Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausführungsformen beschrieben.

Demgemäß ist am unteren Ende der inneren Kammer eine Vorrichtung zum Einleiten eines über die Temperatur T _|nax erhitzten Primärluftstromes mit erhöhter

Strömungsgeschwindigkeit angeordnet. Des weiteren ist die in der Trennwand befindliche untere Verbindungsöffnung zwischen den beiden Kammern, als Einsaugöffnung so ausgebildet, daß zumindest ein Teil des in der äußeren Kammer nach unten fließenden Heißluftstromes als Sekundärluftstrom angesaugt und mit dem Primärluftstrom vermischt wird.

Dabei ist von Vorteil, wenn die Einsaugöffnung für den Sekundärluftstrom und die Einleitungsvorrichtung für den Primärstrom so ausgelegt sind, daß eine nur verhältnismäßig geringe Menge des übererhitzten Primärluftstromes dem stetig zirkulierenden Sekundärluftstrom zugemischt wird.

Ξrfindungεgemäß kann als Einleitungs-Vorrichtung für den Primärluftstro entweder eine Düsenvorrichtung oder eine Querstromventilator-Vorrichtung angeordnet sein, wobei diese jeweils im wesentlichen horizontal entlang der inneren Heißluftkaramer verlaufen.

Bei Anordnung einer Düsenvorrichtung ist von Vorteil, diese so vorzusehen, daß der eingedüste Primärluftstrom in Art einer Strahlpumpe Sekundärluft ansaugt, mitfördert und sich gleichzeitig mit dieser vermischt. Dabei kann die Düsenvorrichtung eine oder mehrere Spaltdüsen aufweisen oder Düsen mit kreisrunden, ovalen oder eckigen Austrittsguerschnitten.

Bei Anordnung als Einleitungs-Vorrichtung einer Querstromventilator-Vorrichtung ist von Vorteil, daß diese gleichzeitig die Primärluft und die Sekundärluft ansaugt und beide vermischt. Zur Regulierung des Mengenverhältnisses der angesaugten Primär- und Sekundärluft können einstellbare Jalousieklappen für die Abluft vorgesehen sein.

Da die aufeinanderfolgenden Zonen des Trockners, die Strahlungs- bzw. Haltezone (Strahlungstrockner) und die Konvektionszone (Umlufttrockner), eine unterschiedliche Luftführung aufweisen, ist von Vorteil, wenn bei ersterer die Innenwände durchgehend geschlossen, d.h. luftundurchlässig sind, während bei der zweiten diese an der Unterseite für den Lufteintritt und an der Oberseite für den Luftaustritt in den bzw. aus dem Trocknerinnenraum ausgelegt sind. Die Art der Sekundärluft-Zirkulation, mit Beimischung überhitzter Primärluft geringeren Umfangs, bleibt jedoch prinzipiell deich.

In der Strahlungszone werden die Heißluftkammern durch die luftundurchlässigen Innenwände als Strahlungstaschen ausgebildet, wobei die jeweiligen Trennwände im wesentlichen die ganzen Strahltaschen vertikal durchziehen bis auf einen oberen Umlenkraum und die untere Einsaugöffnung. Hierdurch werden eine innere und eine äußere Strahltaschenkammer gebildet, die durch die oberen und unteren Umlenkräume bzw. - Öffnungen einen Kreislauf der Heißluft als ständig zirkulierenden Sekundärstrom ermöglichen. Dabei wird der vom Umfang her geringere Primärluftstrom an der Unterseite der inneren Strahltaschenkammer eingeleitet und der Strahltaschenabluftstrom am unteren Ende der äußeren Strahltaschenkammer abgesaugt. Somit bewegt sich ein ständig in vertikaler Ebene zirkulierender Sekundärluftstrom durch die Kammern, dem in bestimmtem Mengenverhältnis überhitzte Primärluft in der inneren Kammer hinzugefügt und im selben Verhältnis in der äußeren Kammer abgekühlte Luft abgezogen wird.

Die Strahleigenschaft der Strahltaschen wird noch dadurch erhöht, daß die Innenwand an ihrer dem Innenraum zugekehrten Fläche eine an sich bekannte Beschichtung aufweist, deren Strahlungskoeffizient größer ist als der des unbeschichteten Strahltaschenmaterials. Hierdurch wird die Effizienz noch zusätzlich erhöht.

Eine bessere Durchmischung und gleichzeitig erhöhte Wärmeabgabe des in der Innenkammer hochsteigenden, aus Primär- und Sekundärluft gebildeten Heißluftstroms wird erzielt, wenn an der dem Innenraum des Trockners abgekehrten Seite der Innenwand Turbulenzbleche angeordnet sind.

In der Konvektions∑one (Umlufttrocknerkammer) sind, wie

vorher erwähnt, im unteren und oberen Höhenabscr.nitt der Innenwand Vorkehrungen zum Durchtritt von Heißluftströmen vorgesehen. Die Keißluftkammer in eine innere und eine äußere Kammer teilende Trennwand ist in dieser Zone lediglich bis über den unteren Durchtrittsabschnitt gezogen, so daß der in dieser inneren Kammer hochströmende Mischluftstrom durch den unteren Durchtrittsabschnitt in den Innenraum des Trockners strömt und seine Wärme durch Konvektion direkt an den darin befindlichen beschichteten Gegenstand abgibt. Der hierdurch abgekühlte Luftstrom tritt dann am oberen

Durchtrittεabschnitt wieder in die Keißluftkammer ein. Am oberen Ende der äußeren Kammer ist ein Trocknerabluftkanal vorgesehen, durch den ein Teil der in den Kanal einfließenden, abgekühlten Heißluft abgeführt wird, während ein weiterer Teil in der äußeren Kammer abwärts und am unteren Ende durch die Einsaugöffnung in die innere Kammer strömt und sich hier mit der einströmenden Primärluft vermischt, wonach ein neuer Kreislauf beginnt.

Von Vorteil ist des weiteren, wenn in der äußeren Kammer ein Heizregister angeordnet ist, der den angesaugten, abgekühlten Sekundärluftstrom wieder aufheizt. Hierdurch muß der zugemischte Primärluftstrom nicht so hoch überhitzt werden oder von nur geringem Volumen sein, um gemeinsam mit dem Sekundärluftstrom die richtige Auf ärm- bzw. Trocknungstemepratur zu ergeben.

Als Temperaturgrenze für den Primärluftstrom gilt die Bedingung, daß die Mischtemperatur von Primär- und Sekundärluftstrom den Wert T _maχ nicht überschreiten darf.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher

erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1: einen Querschnitt durch einen Strahlungstrockner eines Heißluft-Trockners, mit integrierter Luftführung über Induktionεdüsen,

Fig. 2: einen Querschnitt durch einen Umlufttrockner eines Heißluft-Trockners, mit integrierter Luftführung über Induktionεdüsen,

Fig. 3: einen Querschnitt durch einen Strahlungstrockner, wie in Fig. 1, mit integrierter Luftführung über QuerStromventilatoren,

Fig. 4: einen Querschnitt durch einen Umlufttrockner wie in Fig. 2, mit integrierter Luftführung über Querstromventilatoren, und

Fig. 5: eine räumliche Darstellung eines Strahlungstrockners nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Trocknerquerschnitt mit integrierter Luftführung in den Strahltaschen der Strahlzone abgebildet. Die Strahltaschen bestehen jeweils aus zwei Kammern: der Kammer A (7) und der Kammer B (8). Zwischen den beiden Kammern befindet sich eine Trennwand 22. Verbunden sind beide Kammern über einen oberen Umlenkraum 24 und eine untere Einsaugöffnung 9 für die Sekundärluft 18. Ein Primärluftstrom 17 wird über einen Luftkanal 13 zu der Strahltasche A (7) geführt und über eine Düsenvorrichtung 10 in einen Injektormischraum 11 eingeblasen. Die Düsenvorrichtung

erstreckt sich dabei in Karossen-Förderrichtung über die gesamte Strahltaschenlänge, so daß eine gleichmäßige Zufuhr der Primärluft, bzw. eine gleichförmige Verteilung der Strahltaschentemperatur über die gesamte Strahltaschenlänge gewährleistet ist, wie auch aus Fig. 5 erkennbar ist. Der über die Düsenvorrichtung 10 in die Kammer A (7) eingedüste Primärluftstrom 17 breitet sich dabei nach den Gesetzen des Freistrahls aus und saugt in Art einer Strahlpumpe Sekundärluft aus der Strahltaschen-Kammer B (8) über die Einsaugöffnung 9 ein. Die Menge der eingesaugten Luft hängt vom Strömungsimpuls der eingedüsten Heißluft ab. Die kinetische Energie der eingedüsten Luft muß so groß sein, daß ein ausreichender Umluftbetrieb in den Strahltaschen gewährleistet wird. Primärluftstrom 17 und Sekundärluftstrom 18 mischen sich im Injektormischraum 11 zu einem Geεamtluftstrom und werden durch die kontinuierlich über die Düsenvorrichtung 10 eingeblasene Primärluft 17 nach oben und durch die Strahltasche in Richtung des Strahltaschenabluftkanals 12 gefördert.

Der Heißluftstrom erwärmt die Strahltaschenwand 23, welche eine Beεchichtung besitzt, deren Strahlungskoeffizient größer als der des unbeschichteten Strahltaschenmaterials ist. Bei diesem Vorgang kühlt sich der Gesamtluftstrom ab. An der Einsaugöffnung 9 wird die Sekundärluft 18 aufgrund der Injektorwirkung des Primärluftstrahls 17 wieder eingesaugt. So wird ein in der Strahltaεche zirkulierender Sekundärluftεtrom 18, bzw. ein in der Strahltasche integrierter Luftstrom geschaffen. Der Primärluftstrom 17 übernimmt dabei sowohl den Transport der für den Aufheiz- und Trocknungsprozeß nötigen Wärmemenge (Temperatur des Primärluftstromes entscheidend), als auch den Transport der für die Schaffung des integrierten Luftstroraes nötige

Energiemenge (Vordruck der Primärluft an der Düsenvorrichtung). Die Düsenvorrichtung 10 ist dabei in verschiedenen Modifikationen baubar. So ist der Einsatz einer oder mehrerer ebenen Spaltdüsen ebenso möglich wie der Einsatz von Düsen mit kreisrunden, ovalen oder eckigen Austrittsguerschnitten.

Wie aus Fig. 1 des weiteren erεichtlich ist, kann zusätzlich in den Innenraum 6 des Trockners aus einem oberen Trocknerzuluftkanal 2 über einen Expansionsraum 3 und einen Filter 5 Trocknerzuluft direkt von oben her als Trocknerzuluftstrom 19 eingeleitet und an der Unterseite, d.h. unter der Fördervorrichtung 14 für die Automobilkarossen 1, als Trocknerabluftstrom 20 durch einen Trocknerabluftkanal 15 abgeleitet werden.

In dem in Fig. 2 dargestellten Auεführungsbeispiel ist die integrierte Luftführung mit Querstromventilatoren 25 realisiert. Die in horizontaler Richtung eingebauten Querstromventilatoren 25 saugen sowohl Primär- als auch Sekundärluft an und fördern das Gemisch aus beiden Luftströmen in die Strahltaschenkammer A (7). Für die Zuführung der Primärlufrmenge ist unterhalb der Querstromventilatoren ein Luftkanal 13 vorgesehen, der einen gleichmäßigen Primärluftstrom über die Querstromventilatoren der Strahltaschenkammer A (7) gewährleistet. Das Mengenverhältnis zwischen den beiden Luftströmen ist durch verstellbare Jalousieklappen 26 regulierbar.

In Fig. 3 ist ein Trocknerquerschnitt mit integrierter Luftzuführung in der Haltezone (Umlufttrockner, Konvektionszone) abgebildet. Dieses Trocknermodul für die Haltezone besteht aus einem im Außengehäuse 4 vorgesehenen

Trocknerinnenraum 6 und zwei seitlich angeordneten Umluftkammern 28. Der Primärluftstrom 17 wird über einen Luftkanal 2 zu der Düsenvorrichtung 10 geführt und dort in den Injektormischraum 11 eingeblasen. Die Düsenvorrichtung erεtreckt εich dabei in Karossen-Förderrichtung über die gesamte Haltezonenlänge, so daß eine gleichmäßige Zufuhr der Primärluft, bzw. eine gleichförmige Verteilung der Temperatur über die gesamte Haltezone gewährleistet: ist. Der über die Düsenvorrichtung 10 in den Injektormischraum 11 eingedüste Primärluftstrom 17 breitet sich dabei nach den Gesetzen des Freistrahls aus und saugt Sekundärluft 18 über die Einsaugöffnung 9 ein. Die Menge des eingesaugten Sekundärluftstroms 18 hängt vom Strömungsimpuls der eingedüsten Heißluft 17 ab. Die kinetische Energie der eingedüsten Luft 17 muß so groß sein, daß ein ausreichender Umluftbetrieb in der Haltezone gewährleistet wird. Primärluftεtrom 17 und Sekundärluftstrom 18 mischen sich im Injektormischraum 11 zu einem Gesamtluftstrom und werden nach oben durch die Trocknerzuluftfilter 5 in Richtung auf die Karosse 1 gefördert. Dort gibt der Heißluftεtrom seine Wärmeenergie durch Konvektion ab.

Bei diesem Vorgang kühlt sich der Gesamtluftstrom ab. Die abgekühlte Luft wird im oberen Bereich der Halte∑one abgesaugt, wobei ein Teil der Luft über einen oberen Abluftkanal 15 abgezogen wird. Ein weiterer Teil der Abluft wird unterhalb der Karossenfördervorrichtung 14 abgesaugt. Der restliche Luftstrom wird aufgrund der Injektorwirkung des Primärluftstrahls 17 angesaugt. So wird ein in der Haltezone zirkulierender Sekundärluftstrom 18, bzw. ein in der Haltezone integrierter Luftstrom geschaffen. Der Primärluftstrom 17 übernimmt dabei sowohl die Zufuhr der für den Ausgleich von Wärmeverlusten und für den Trocknungsprozeß benötigten Wärmemenge (bestimmt die Temperatur des

Primärluftstroms) als auch den Transport der für die Schaffung des integrierten Luftstromes nötigen Energiemenge (Vordruck der Primärluft an der Düsenvorrichtung) .

Wie aus Fig. 4 erkennbar ist, besteht auch die Möglichkeit, die integrierte Luftführung in der Haltezone mit Querstromventilatoren 25 zu realisieren. Die in horizontaler Richtung eingebauten Querstromventilatoren saugen sowohl Primär- als auch Sekundärluft an und fördern das Gemisch aus beiden Luftströmen in den Innenraum 6 der Haltezone.

Zusätzlich ist auch ein Heizregister 27 innerhalb der Umluftkaπuner 28 einbaubar, um die Wärmeverluste des Sekundärstromes 18 auszugleichen.

B E Z U G S Z E I C H S N L I S T Ξ

1. Werkstück/Automobilkarosse

2. Trocknerzuluftkanal

3. Expansionsraum für Trocknerzuluft

4. Außengehäuεe deε Trockners

5. Filter für Trocknerzuluft

6. Trocknerinnenraum

7. Strahltasche, innere Kammer

8. Strahltasche, äußere Kammer

9. Einsaugöffnung für Sekundärluft

10. Düsenvorrichtung für Primärluftzuf hr

11. Injektormischraum

12. Strahltaschenabluftkanal

13. Strahltaschenzuluftkanal

14. Fördervorrichtung für Automobilkarosse

15. Trocknerabluftkanal

16. Strahltaschenabluftstrom

17. Primärluftstrom

18. Sekundärluftstrom

19. Trocknerzuluftstrom

20. Trocknerabluftstrom

21. Turbulenzbleche

22. Trennwand

23. plasmabeschichtete Strahltaεchenaußenwand

24. Umlenkraum

25. Querstromventilator

26. Jalousieklappen

27. Heizregister

28. Umluftkammern