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DE10245004A1 - Method and arrangement for the thermal treatment of a workpiece - Google Patents

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DE10245004A1
DE10245004A1 DE2002145004 DE10245004A DE10245004A1 DE 10245004 A1 DE10245004 A1 DE 10245004A1 DE 2002145004 DE2002145004 DE 2002145004 DE 10245004 A DE10245004 A DE 10245004A DE 10245004 A1 DE10245004 A1 DE 10245004A1
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DE
Germany
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workpiece
conveying speed
radiation
heating section
thermal treatment
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Withdrawn
Application number
DE2002145004
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German (de)
Inventor
Rainer Dr. Gaus
Kai K.O. Dr. Bär
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Adphos Innovative Technologies GmbH
Original Assignee
Advanced Photonics Technologies AG
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Publication date
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Abstract

Verfahren zur thermischen Behandlung eines Werkstücks, insbesondere zur Trocknung und/oder Vernetzung einer Beschichtung, wobei das Werkstück einen konventionellen Ofen mit einer vorbestimmten Fördergeschwindigkeit durchläuft, wobei das Werkstück den Ofen mit einer gegenüber einer Soll-Fördergeschwindigkeit wesentlich erhöhten Fördergeschwindigkeit durchläuft, derart, dass die beim Durchlaufen eingetragene Wärmeenergie wesentlich kleiner als eine Soll-Gesamtenergie zur Vollendung der thermischen Behandlung ist, und das Werkstück vor oder nach dem Ofen eine zusätzliche Erwärmungsstrecke durchläuft, in der es der Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung mit einem Strahlungsdichtemaximum im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot und mit hoher Leistungsdichte, insbesondere von mehr als 100 kW/m·2·, unterzogen und in der eine zur Vollendung der thermischen Behandlung erforderliche Differenzenergie eingetragen wird.Method for the thermal treatment of a workpiece, in particular for drying and / or crosslinking a coating, the workpiece passing through a conventional furnace at a predetermined conveying speed, the workpiece passing through the furnace at a conveying speed substantially higher than a desired conveying speed, such that the thermal energy introduced during the passage is substantially smaller than a target total energy for completing the thermal treatment, and the workpiece passes through an additional heating section before or after the furnace, in which it is exposed to electromagnetic radiation with a radiation density maximum in the near infrared and high wavelength range Power density, in particular of more than 100 kW / m · 2 ·, and in which a differential energy required to complete the thermal treatment is entered.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Werkstücks, insbesondere zur Trocknung und/oder Vernetzung einer Beschichtung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine entsprechende Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.The invention relates to a method for the thermal treatment of a workpiece, in particular for drying and / or crosslinking a coating, according to the preamble of Claim 1 and a corresponding arrangement according to the preamble of claim 6.

Derartige Verfahren und Anordnungen sind in großer Vielgestaltigkeit seit langem bekannt und in verschiedenen Industriezweigen im Einsatz. Wärmebehandlungsverfahren 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.Such methods and arrangements are in great Diversity has long been known and in various branches of industry in use. Heat treatment method belong known to be the historically oldest technical processes and have over Countless over the centuries Experience refinements. However, this has nothing fundamental on the big one Construction volume and high energy consumption of conventional industrial stoves or Can change heat treatment lines.

Da klassische Wärmebehandlungsverfahren, die auf der Einwirkung von Wärmestrahlung im mittel- bis langwelligen Infrarotbereich und/oder Wärmeleitung und/oder Konvektion auf das Werkstück beruhen, mit relativ niedriger Leistungsdichte – Leistungseintrag pro Oberflächeneinheit des Werkstücksarbeiten und zumeist auch auf einer weitgehend vollständigen Durchwärmung des (mehr oder weniger voluminösen) Werkstücks beruhen, ist zur Erreichung des gewünschten Effekts 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.Because classic heat treatment processes that on the effect of thermal radiation in the medium to long-wave infrared range and / or heat conduction and / or convection based on the workpiece, with relatively lower Power density - power input per surface unit of the workpiece work and mostly also on a largely complete warming of the (more or less voluminous) workpiece is usually one to achieve the desired effect relatively long exposure required. This in turn sets either a relatively slow conveying speed of the workpiece or the workpieces the heating section or a big one Length of same ahead.

Dies gilt in analoger Weise für alternative Erwärmungsverfahren, beispielsweise die induktive Erwärmung, die zur Trocknung bzw. Vernetzung der Be schichtung eines endlosen Metallbandes (beim sogenannten „Coilcoating") üblich ist.This applies analogously to alternatives Heating methods, for example inductive heating, those for drying or crosslinking the coating of an endless Metal strip (in the so-called "coil coating") is common.

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 Bereich des nahen Infrarot (NIR) mit hoher Leistungsdichte basieren. Verfahren dieser 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.In the recent past, alternative heating processes for various types of workpieces, in particular for drying or crosslinking coatings, but also for vulcanizing or gluing processes or also for the preparation of forming processes, have become known, which are based on the use of radiation in the near infrared range (NIR ) based on high power density. Methods of this type and arrangements suitable for this are described, inter alia, in the publications WO 99/10160 A1 that go back to the applicant, EP 1 068 062 B1 . EP 1 062 053 B1 . DE 100 24 706 A1 or 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 Verfahrenszweck nutzbar gemacht werden kann, lassen sich hiermit die Behandlungsdauern und/oder Längen der Erwärmungsstrecken und auch der zur Prozessdurchführung betriebene Energieaufwand wesentlich senken.Since with these procedures with very high power densities are used and the exposure to radiation in a particularly efficient way for the respective procedural purpose can be made usable the treatment times and / or lengths of the heating sections and also for process execution significantly lower energy consumption.

Eine Vielzahl von Industrieanlagen, bei denen thermische Behandlungsschritte realisiert werden, sind jedoch mit herkömmlichen Erwärmungsstrecken bzw. Öfen ausgerüstet, und eine Umrüstung kommt vielfach aus technologischen oder betriebswirtschaftlichen Erwägungen nicht in Betracht. Aus den oben genannten Gründen ist bei diesen Anlagen dann aber auch die Taktzeit und damit die Fördergeschwindigkeit des Werkstücks oder der Werkstücke nur in engen Grenzen veränderbar. Wesentliche Produktivitätssteigerungen sind daher aufgrund der Charakteristiken der Erwärmungsstrecke nicht zu erreichen.A variety of industrial plants, in which thermal treatment steps are implemented however with conventional warming routes or ovens equipped, and a retrofit is coming often not for technological or business considerations into consideration. For the reasons stated above, these systems are then but also the cycle time and thus the conveying speed of the workpiece or of the workpieces only changeable within narrow limits. Significant increases in productivity can therefore not be reached due to the characteristics of the heating section.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anordnung anzugeben, mit denen in an sich bekannten und in der Praxis realisierten Bearbeitungsverfahren und -anlagen, die eine thermische Behandlung eines Werkstücks einschließen, mit vertretbarem Aufwand wesentliche Produktivitätssteigerungen erreichbar sind.The invention is therefore the object based on specifying a method and an arrangement with which in processing methods known per se and implemented in practice and systems that include thermal treatment of a workpiece with reasonable effort, significant increases in productivity can be achieved.

Diese Aufgabe wird in Ihrem Verfahrensaspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und in ihrem Anordnungsaspekt durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.This task is in your procedural aspect by a method with the features of claim 1 and in it Arrangement aspect by an arrangement with the features of the claim 6 solved.

Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken einer synergistischen Kombination einer „klassischen" Erwärmungsstrecke mit einer NIR-Strecke ein, wobei diese Kombination in der Praxis durch die Kompaktheit einer NIR-Bestrahlungseinrichtung 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 Werkstücks impulsartig abgeschlossen wird.The invention closes the basic idea a synergistic combination of a "classic" heating section with a NIR range, this combination in practice through the compactness of an NIR radiation device and the resulting relatively easy integration into a otherwise practically unchanged Industrial plant possible becomes. Closes further the invention includes the idea of using the additional NIR radiation in the sense of a “booster” in such a way that the thermal treatment of the workpiece is pulsed is completed.

Das wiederum ermöglicht es, den herkömmlichen Teil der Erwärmungsstrecke zur Vorwärmung des Werkstücks zu betreiben, also insbesondere mit geringerer Taktzeit bzw. höherer Fördergeschwindigkeit des Werkstücks. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit wesentlicher Verringerungen der Taktzeiten der Gesamtanlage und entsprechender 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 ermöglicht entweder eine Reduzierung der thermischen Leistung des konventionellen Ofens oder eine Verkürzung der konventionellen Erwärmungsstrecke oder beides und gegebenenfalls erhebliche Energieeinsparungen.This in turn enables the conventional Part of the heating section to preheat the workpiece to operate, in particular with a shorter cycle time or higher conveying speed of the workpiece. This gives rise to the possibility substantial reductions in the cycle times of the overall system and corresponding increases in productivity. As an alternative to this or in combination with this, there is also a modification the conventional heating section possible in the sense that this has a smaller heat input into the workpiece renders than he without the additional NIR radiation device to be provided. This allows either a reduction in the thermal output of the conventional Oven or a shortening the conventional heating section or both and, if necessary, considerable energy savings.

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 a preferred method, the power density of the radiation in the near infrared wavelength range is between 200 and 1500 kW / m 2 , more particularly between 300 and 800 kW / m 2 . With such power densities Use the system-related advantages of NIR radiation as a "heat source" particularly efficiently.

In bevorzugten praktischen Ausführungen wird die zusätzliche Erwärmungsstrecke derart bemessen, dass die Differenzenergie im Bereich zwischen ¼ und ¾ 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 angegebenen Wertebereich dürften aber die in der Praxis sinnvollsten Lösungen liegen. Hiermit verbunden ist natürlich eine entsprechende Ausführung der Transporteinrichtung für das Werkstück – diese muss dann nämlich zur Realisierung einer Transportgeschwindigkeit von 1,3 bis 3-Fachen der normalen Transportgeschwindigkeit geeignet sein.In preferred practical versions the additional heating section dimensioned such that the differential energy in the range between ¼ and ¾ of the target total energy and thus the conveying speed essentially at 1.3 or 3 times the target conveying speed lies. It goes without saying that with the additional NIR heating section even smaller or even larger shares the total needed Thermal energy can be entered in the specified range of values but the most sensible solutions in practice are. Connected to this is of course one corresponding execution the transport device for the workpiece - this then has to to achieve a transport speed of 1.3 to 3 times normal transport speed.

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 arbeitender Ofen ist. Es versteht sich, dass bei diesen Anwendungen die Transporteinrichtung, der konventionelle Ofen und die zusätzliche Erwärmungsstrecke zum Durchlauf von einzelnen Metall-, Kunststoff- oder Holzwerkstoffgegenständen ausgebildet sind.An advantageous application of the proposed The process is possible in numerous applications, where a Coating, especially powder or liquid paint coating, of metal, Plastic or wood material carriers used the conventional furnace, especially one with medium to long-wave infrared radiation and / or heat conduction and / or convection working furnace. It is understood that in these applications the transport device, the conventional furnace and the additional heating section trained for the passage of individual metal, plastic or wood material objects are.

Eine weitere bevorzugte Anwendung sieht vor, dass als Werkstück ein quasiendloses beschichtetes Metallband eingesetzt wird, wobei der konventionelle Ofen insbesondere durch eine Induktionsheizstrecke gebildet ist. Hier sind die Transporteinrichtung, der konventionelle Ofen und die zusätzliche Erwärmungsstrecke zum Hindurchfördern eines quasi-endlosen Metallbandes ausgebildet.Another preferred application provides that as a workpiece a quasi-endless coated metal strip is used, whereby the conventional furnace in particular through an induction heating section is formed. Here is the transport facility, the conventional one Oven and the additional heating section to convey through a quasi-endless metal band.

In einer inzwischen praktisch bewährten Ausführung der zusätzlichen Erwärmungsstrecke umfasst deren Bestrahlungseinrichtung mindestens eine langgestreckt röhrenförmige 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.In a version of the additional Warming stretch includes whose irradiation device has at least one elongated tubular radiation source, in particular Halogen incandescent lamp, operated with a heater temperature of 2900 K or higher and that on the workpiece a reflector is assigned to the opposite side. In practically meaningful versions the irradiation device has a plurality of elongated ones Emitters in association with an actively cooled, especially liquid or fan-cooled, reflector body.

Die Bemessung der NIR-Erwärmungsstrecke und damit insbesondere des Reflektorkörpers mit den darin aufgenommenen NIR-Emittern – erfolgt neben dem zu realisierenden Wärmeeintrag – in Abhängigkeit vom in der gegebenen Produktionsanlage verfügbaren Bauraum. Hierbei lassen sich räumliche Limitierungen, die zum Einsatz eines relativ kleinen Reflektorkörpers führen, durch den Einsatz von Hochleistungs-Emittern und einer entsprechend leistungsfähigen Kühlung des Reflektors teilweise kompensieren. Auf der anderen Seite ermöglicht ein ausreichender Unterbringungsraum eine Reduzierung der NIR-Strahlungsleistung und eine geringere Dimensionierung des Kühlsystems bzw. den Ersatz einer Flüssigkeitskühlung durch die flexibel einsetzbare Luft- bzw. Gebläsekühlung.The dimensioning of the NIR heating section and thus in particular of the reflector body with those included therein NIR emitters - done in addition to the heat input to be realized - depending on of the space available in the given production facility. Leave here spatial limitations, which lead to the use of a relatively small reflector body through the use of high-performance emitters and a correspondingly powerful cooling of the reflector partially compensate. On the other hand, it allows sufficient accommodation space a reduction in the NIR radiation power and a smaller dimensioning of the cooling system or the replacement of one Liquid cooling through the flexible use of air or fan cooling.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung umfasst die zusätzliche Erwärmungsstrecke eine Luftstrom-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines auf das Werkstück gerichteten Luftstromes zu dessen Kühlung und/oder zur Abführung von flüchtigen Bestandteilen während der thermischen Behandlung aus oder stromabwärts der Strahlungszone. Hierdurch lässt sich die Wirkung der zusätzlichen NIR-Erwärmung im Sinne des Prozesszieles unterstützen bzw. ein durch diese Erwärmungsstrecke bewirktes „Erhitzungspeak" auf dem Werkstück vor dessen Übergabe an eine andere Bearbeitungsstation erforderlichenfalls wieder abbauen.In a further preferred embodiment comprises the additional heating section an airflow generating device for generating an on the workpiece directed air flow for its cooling and / or for the removal of volatile Ingredients during thermal treatment from or downstream of the radiation zone. hereby let yourself the effect of the additional NIR heating in the Support the purpose of the process goal or one through this heating section caused "heating peak" on the workpiece before transferring it dismantle to another processing station if necessary.

Des weiteren hat die zusätzliche Erwärmungsstrecke bevorzugt Mess- und Auswertungsmittel zur Erfassung mindestens eines physikalischen Parameters des Werkstücks, insbesondere von dessen Oberflächentemperatur, und mit den Mess- und Auswertungsmitteln verbundene Steuermittel zur Steuermittel zur Steuerung des Differenzenergieeintrages in das Werkstück in Abhängigkeit vom Auswertungsergebnis. Hiermit lässt sich in vorteilhafter Weise eine Abstimmung der energetischen Parameter der Teilbereiche der Gesamt-Erwärmungsstrecke erreichen. Es ist hierbei auch denkbar, dass die Mess- und Auswertungsmittel der NIR-Erwärmungsstrecke zugleich mit einer Steuerung der konventionellen Erwärmungsstrecke verbunden sind und dieser Eingangssignale bereitstellen, die zu einem effizienten – insbesondere Energiesparenden – Betrieb dieses Teils der Erwärmungsstrecke genutzt werden können.Furthermore has the additional heating section preferably measuring and evaluation means for recording at least one physical parameters of the workpiece, in particular its Surface temperature, and control means connected to the measuring and evaluation means to control means for controlling the differential energy input in the workpiece depending on Evaluation result. Hereby leaves there is an advantageous coordination of the energetic parameters the sub-areas of the total heating section to reach. It is also conceivable that the measuring and evaluation means the NIR heating section at the same time as controlling the conventional heating section are connected and these provide input signals which are too an efficient - in particular Energy saving - operation this part of the heating section can be used.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen:Advantages and practicalities the invention result in the rest from the subclaims and the following description of two exemplary embodiments based on the Characters. Of these show:

1 eine schematische Darstellung einer Coilcoating-Beschichtungsanlage in Art eines Längsschnittes und 1 a schematic representation of a coil coating system in the manner of a longitudinal section and

2 eine schematische Darstellung einer Lackieranlage für Möbel oder Gehäuseteile in Art einer Längsschnittdarstellung 2 is a schematic representation of a painting system for furniture or housing parts in the manner of a longitudinal section

1 zeigt als erste Ausführungsform der Erfindung eine Coilcoating-Anlage 1 zur Beschichtung eines quasi-endlosen Stahlbleches 3, welches auf einen Coil 5 aufgewickelt 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. 1 shows as the first embodiment of the invention a coil coating system 1 for coating a quasi-endless steel sheet 3 which is on a coil 5 is wound up, and to dry the applied coating. The coil 5 is powered by an electric drive 7 rotated, causing the sheet 3 under a spray coaters 9 through and over an induction heater 10 is moved away.

Durch den Sprühbeschichter 9 wird auf das Blech 3 als Ausgangsstoff für eine Korrosionsschütz- 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 Korrosionsschutzschicht 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.Through the spray coater 9 is on the sheet 3 as a starting material for a corrosion protection or primer layer 13 an aqueous solution 13 ' applied. This is first done by conduction from the above the induction heater 10 heated sheet 3 heated and partially cross-linked or "pre-baked". The steel sheet then runs through 3 with the preheated and pre-baked corrosion protection layer 13 '' a NIR heating section 11 , in which the coating is crosslinked under the influence of NIR radiation with a high power density, in particular above approximately 200 kW / m 2 .

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 Reflektorabschnitts 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 zwischen 0,8 um und 1,5 um abgeben.The NIR heating section 11 includes a solid Al reflector 15 with a plurality of approximately W-shaped reflector sections in cross section 15a which is internally water-cooled and for this purpose via cooling water pipes 17 is connected to an external cooler (not shown). At the center of each W-shaped reflector section 15a sits an elongated tubular halogen filament lamp 19 , The halogen filament lamps 19 are controlled by an irradiation control unit 21 supplied with current and controlled in such a way that they emit NIR radiation with an intensity maximum in the range between 0.8 μm and 1.5 μm with a radiator temperature above 2900 K.

Im Al-Reflektor 15 ist ein Pyrometerelement 23 zur Erfassung der Oberflächentemperatur der Beschichtung 13 in einer T-Erfassungszone B angeordnet, der mit einem Signaleingang der Bestrahlungssteuereinheit 21 verbunden ist. Die Bestrahlung wird derart gesteuert, dass in der Beschichtung eine im wesentlichen konstante 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.In the Al reflector 15 is a pyrometer element 23 for recording the surface temperature of the coating 13 arranged in a T-detection zone B, with a signal input of the radiation control unit 21 connected is. The radiation is controlled in such a way that an essentially constant temperature is maintained in the coating, which depends on the physical and chemical properties of the starting material 13 ' the corrosion protection or primer layer 13 is selected and is typically around 200 ° C.

Durch geeignete Steuerung des Antriebes 7 wird die Durchlaufgeschwindigkeit des Stahlbleches 13 durch die Bestrahlungszone A derart eingestellt, daß eine Verweildauer der wäßrigen Lösung 13' in der Bestrahlungszone A von wenigen Sekunden erhalten wird, welche zum vollständigen Abdampfen der Lösungsmittelkomponente und zur thermischen Vernetzung der Schicht 13 ausreichend ist. Hierbei ermöglicht der Einsatz der NIR-Erwärmungsstrecke 11 gegenüber einer Anlage mit ausschließlicher Induktionsheizung eine wesentliche Erhöhung der Durchlaufgeschwindigkeit des Stahlbandes ohne Verlängerung der Induktionsheizstrecke und – vor allem – ohne eine zur Erhöhung der Fördergeschwindigkeit proportionale Erhöhung der bereitzustellenden Wärmeleistung.By suitable control of the drive 7 is the throughput speed of the steel sheet 13 adjusted by the irradiation zone A such that a residence time of the aqueous solution 13 ' in the irradiation zone A of a few seconds is obtained, which is used to completely evaporate the solvent component and to thermally crosslink the layer 13 is sufficient. The use of the NIR heating section enables this 11 Compared to a system with only induction heating, a significant increase in the throughput speed of the steel strip without extending the induction heating section and - above all - without an increase in the heat output to be provided, which is proportional to the increase in the conveying speed.

2 zeigt, ebenfalls in schematischer Darstellung, eine weitere bevorzugte Anwendung der vorgeschlagenen Lösung, nämlich eine Lackieranlage 1' für einzelne lackierte Gegenstände 3'. Wesentliche Teile dieser Anlage stimmen mit Teilen der Coilcoating-Anlage nach 1 überein, und insoweit werden auch die gleichen Bezugsziffern verwendet, und auf eine detaillierte Erläuterung wird nachfolgend verzichtet. 2 shows, also in a schematic representation, a further preferred application of the proposed solution, namely a painting system 1' for individual painted objects 3 ' , Significant parts of this system match with parts of the coil coating system 1 the same reference numerals are used in this respect, and a detailed explanation is omitted below.

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 anschließend 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 Transportband 5' in eine NIR-Erwärmungsstrecke 11, die ebenso aufgebaut ist und funktioniert wie bei der ersten Ausführungsform nach 1. Dort wird die partiell vernetzte Lackschicht in eine durchgehärtete Lackierung 14 umgewandelt und die lackierten Gegenstände werden aus der Lackieranlage herausgeführt.The one on a conveyor belt 5 with a drive 7 transported objects 3 ' run again under a spray coater 9 through where there is a layer of liquid paint 14 ' is applied on a water basis. You then go through a tunnel kiln (here briefly outlined) 10 ' conventional design, in which the liquid lacquer layer is preheated and in a partially cross-linked lacquer layer 14 '' is converted. Then the objects arrive 3 ' on the conveyor belt 5 ' into a NIR heating section 11 which is constructed and functions in the same way as in the first embodiment 1 , There the partially cross-linked lacquer layer is hardened into a lacquer 14 converted and the painted objects are led out of the painting system.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf diese Beispiele und die oben hervorgehobenen 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 eingesetzten NIR-Strahlungsquelle sowie des Reflektors von der im Beispiel angegebenen Ausführung abweichen, und eine geregelte Prozeßführung ist nicht in jedem Fall erforderlich.The implementation of the invention is not limited to these examples and the aspects highlighted above, but also possible in a variety of modifications, as part of professional action lie. A coating of the type mentioned above can be used instead of a spray coater also with a roller or brush coater be applied. Furthermore, the type of NIR radiation source used as well as the reflector differ from the version given in the example, and is regulated litigation not always necessary.

11
Coilcoating-AnlageCoil coating plant
1'1'
Lackieranlagepaint shop
33
Stahlblechsheet steel
3'3 '
LackiergegenstandLackiergegenstand
55
Coilcoil
5'5 '
Transportbandconveyor belt
77
Antriebdrive
99
Sprühbeschichterspray coater
1010
Induktionsheizerinduction heater
10'10 '
Tunnelofentunnel kiln
1111
NIR-ErwärmungsstreckeNIR heating section
1313
Korrosionsschutz- oder Grundierungsschichtanticorrosive or primer layer
13'13 '
Ausgangsstoff (wässrige Lösung)starting material (aqueous Solution)
13''13 ''
vorgebackene Korrosionsschutzschichtprebaked Corrosion protection layer
1414
Lackierungpaintwork
14'14 '
FlüssiglackschichtLiquid paint layer
14''14 ''
partiell vernetzte Lackschichtpartial cross-linked lacquer layer
1515
Al-ReflektorAl-reflector
1717
KühlwasserleitungCooling water pipe
1919
Halogen-GlühfadenlampeHalogen incandescent lamp
2121
BestrahlungssteuereinheitIrradiation control unit
2323
PyrometerelementPyrometerelement
AA
Bestrahlungszoneirradiation zone
BB
T-ErfassungszoneT-sensing zone

Claims (14)

Verfahren zur thermischen Behandlung eines Werkstücks, insbesondere zur Trocknung und/oder Vernetzung einer Beschichtung, wobei das Werkstück einen konventionellen Ofen mit einer vorbestimmten Fördergeschwindigkeit durchläuft, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück den Ofen mit einer gegenüber einer Soll-Fördergeschwindigkeit wesentlich erhöhten Fördergeschwindigkeit durchläuft derart, dass die beim Durchlaufen eingetragene Wärmeenergie wesentlich kleiner als eine Soll-Gesamtenergie zur Vollendung der thermischen Behandlung ist, und das Werkstück vor oder nach dem Ofen eine zusätzliche Erwärmungsstrecke durchläuft, in der es der Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung mit einem Strahlungsdichtemaximum im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot und mit hoher Leistungsdichte, insbesondere von mehr als 100 kW/m2, unterzogen und in der eine zur Vollendung der thermischen Behandlung erforderliche Differenzenergie eingetragen wird.Method for the thermal treatment of a workpiece, in particular for drying and / or crosslinking a coating, the workpiece passing through a conventional furnace at a predetermined conveying speed, characterized in that the workpiece passes through the furnace at a conveying speed which is substantially higher than a target conveying speed, that the heat energy entered during the passage is significantly smaller than a target total energy to complete the thermal treatment, and the workpiece passes through an additional heating section before or after the furnace, in which it is exposed to electromagnetic radiation with a radiation density maximum in the near infrared and with high power density, in particular of more than 100 kW / m 2 , and in which a differential energy required to complete the thermal treatment is entered. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsdichte der Strahlung im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot im Bereich zwischen 200 und 1500 kW/m2, spezieller zwischen 300 und 800 kW/m2, liegt.A method according to claim 1, characterized in that the power density of the radiation in the near infrared wavelength range is in the range between 200 and 1500 kW / m 2 , more particularly between 300 and 800 kW / m 2 . Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Erwärmungsstrecke derart bemessen ist, dass die Diffe renzenergie im Bereich zwischen ¼ und ¾ der Soll-Gesamtenergie und somit die Fördergeschwindigkeit im wesentlichen beim 1,3- bzw. 3-fachen der Soll-Fördergeschwindigkeit liegt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that the additional heating section is dimensioned such that the difference energy in the range between ¼ and ¾ of the target total energy and thus the conveying speed essentially at 1.3 or 3 times the target conveying speed lies. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 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 arbeitender Ofen ist.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that as a workpiece a coating, in particular powder or liquid paint coating, of metal, Plastic or wood material carriers, is used, the conventional furnace in particular a with medium to long-wave infrared radiation and / or heat conduction and / or convection oven. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstück ein quasi-endloses beschichtetes Metallband eingesetzt wird, wobei der konventionelle Ofen insbesondere durch eine Induktionsheizstrecke gebildet ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that that as a workpiece a quasi-endless coated metal strip is used, whereby the conventional furnace in particular through an induction heating section is formed. Anordnung zur thermischen Behandlung eines Werkstücks, insbesondere zur Trocknung und/oder Vernetzung einer Beschichtung, mit einem konventionellen Ofen und einer Transporteinrichtung zum Hindurchfördern des Werkstücks mit einer vorbestimmten Fördergeschwindigkeit durch den Ofen, gekennzeichnet durch eine vor oder nach dem Ofen angeordnete zusätzliche Erwärmungsstrecke mit einer Bestrahlungseinrichtung zur Erzeugung einer Strahlungszone elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot mit hoher Leistungsdichte, insbesondere von mehr als 100 kW/m2, und eine Einstellung der Transportvorrichtung zur Realisierung einer Fördergeschwindigkeit, die wesentlich über einer Soll-Fördergeschwindigkeit liegt, welche zum Eintrag einer vorgegebenen Soll-Gesamtenergie in das Werkstück beim Durchlaufen des konventionellen Ofens erforderlich ist.Arrangement for the thermal treatment of a workpiece, in particular for drying and / or crosslinking a coating, with a conventional oven and a transport device for conveying the workpiece through the oven at a predetermined conveying speed, characterized by an additional heating section with an irradiation device arranged before or after the oven to generate a radiation zone of electromagnetic radiation in the wavelength range of the near infrared with a high power density, in particular of more than 100 kW / m 2 , and an adjustment of the transport device for realizing a conveying speed which is substantially above a target conveying speed which is used to enter a predetermined target - Total energy is required in the workpiece when passing through the conventional furnace. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung zur Erzeugung von Strahlung im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot und im Leistungsbereich zwischen 200 und 1500 kW/m2 speziell zwischen 300 und 800 kW/m2 ausgebildet ist.Arrangement according to claim 6, characterized in that the irradiation device is designed to generate radiation in the near infrared wavelength range and in the power range between 200 and 1500 kW / m 2, especially between 300 and 800 kW / m 2 . Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung zur Realisierung einer Fördergeschwindigkeit vom 1,3 bis 3-Fachen der Soll-Fördergeschwindigkeit ausgebildet ist.Arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that that the transport device to realize a conveying speed from 1.3 to 3 times the nominal conveying speed is trained. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung, der konventionelle Ofen und die zusätzliche Erwärmungsstrecke zum Durchlauf von einzelnen Metall-, Kunststoff- oder Holzwerkstoffgegenständen ausgebildet sind.Arrangement according to one of claims 6 to 8, characterized in that that the transport device, the conventional furnace and the additional heating section trained for the passage of individual metal, plastic or wood material objects are. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung, der konventionelle Ofen und die zusätzliche Erwärmungsstrecke zum Hindurchfördern eines quasi-endlosen Metallbandes ausgebildet sind.Arrangement according to one of claims 6 to 8, characterized in that that the transport device, the conventional furnace and the additional heating section to convey through a quasi-endless metal band are formed. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung mindestens eine langgestreckt röhrenförmige Strahlungsquelle, insbesondere Halogen-Glühfadenlampe, umfasst, die mit einer Strahlertemperatur von 2900 K oder höher betrieben wird und der auf der vom Werkstück abgewandten Seite ein Reflektor zugeordnet ist.Arrangement according to one of claims 6 to 10, characterized in that that the irradiation device has at least one elongated tubular radiation source, especially halogen filament lamp, includes that operated with a heater temperature of 2900 K or higher and that on the workpiece a reflector is assigned to the opposite side. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung eine Mehrzahl von langgestreckten Strah lern in Zuordnung zu einem aktiv gekühlten, insbesondere flüssigkeits- oder gebläsegekühlten, Reflektorkörper umfasst.Arrangement according to claim 11, characterized in that the irradiation device has a plurality of elongated Radiation in association with an actively cooled, in particular liquid or fan-cooled, reflector body comprises. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Erwärmungsstrecke eine Luftstrom-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines auf das Werkstück gerichteten Luftstromes zu dessen Kühlung und/oder zur Abführung von flüchtigen Bestandteilen während der thermischen Behandlung aus oder stromabwärts der Strahlungszone aufweist.Arrangement according to one of claims 6 to 12, characterized in that the additional heating section an air flow generating device for generating an air flow directed to the workpiece for cooling and / or for the removal of volatile components during the thermal treatment from or downstream of the radiation zone. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Erwärmungsstrecke Mess- und Auswertungsmittel zur Erfassung mindestens eines physikalischen Parameters des Werkstücks, insbesondere von dessen Oberflächentemperatur, und mit den Mess- und Auswertungsmitteln verbundene Steuermittel zur Steuermittel zur Steuerung des Differenzenergieeintrages in das Werkstück in Abhängigkeit vom Auswertungsergebnis aufweist.Arrangement according to one of claims 6 to 13, characterized in that that the additional heating route Measuring and evaluation means for recording at least one physical Workpiece parameters, especially its surface temperature, and with the measuring and Evaluation means connected control means to control means for Control of the differential energy input in the workpiece depending of the evaluation result.
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