AT401241B - Verfahren zur herstellung eines lackdrahtes und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Description

AT 401 241 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Lackdrahtes durch Aufbringen einer lösemittelhaltigen Lackschicht auf einen in Längsrichtung bewegten Metalldraht, Verdampfen des Lösemittels und Aushärten der auf dem Metalldraht verbleibenden Lackschicht, bei dem zur raschen Verdampfung des Lösemittels und zur Aushärtung der Lackschicht im Kreislauf geführte Heißluft im Gegenstrom zum bewegten Metalldraht eine Trocknungszone durchströmt, in die Frischluft eingespeist wird und bei dem wenigstens eine Teilmenge der Heißluft einer Abgasreinigung unterzogen und gereinigte Heißluft als Abgas nach außen abgegeben wird, bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bestehend aus einem Rohrsystem für den Kreislauf der Heißluft, einer in das Rohrsystem integrierten Retorte zum Durchlauf des Metalldrahtes, einer mit dem Rohrsystem verbundenen Reinigungsvorrichtung für die Heißluft, einem in das Rohrsystem integrierten Gebläse zur Aufrechterhaltung des Heißluftkreislaufs und Öffnungen im Rohrsystem für die Zufuhr von Frischluft und die Abgabe abgasgereinigter Heißluft.

Es ist seit langem bekannt, die bei der Herstellung von Lackdrähten in der Abluft enthaltenen Lösemittel zu verbrennen. Hierzu ist es üblich, das Lösemittel-Abluft-Gemisch zunächst zu erhitzen, beispielsweise mittels Gasflamme oder elektrischer Beheizung. Anschließend wird das Gemisch katalytisch verbrannt. Die dabei freiwerdende Wärme wird wenigstens teilweise für den Trocknungsprozeß der Lackschicht zurückgewonnen (DE-12 18 957B, DE-12 42 511B).

Um den Energieverbrauch bei der Herstellung von Lackdrähten zu verringern, ist es weiterhin bekannt, Heißluft, die zur Verdampfung des in der Lackschicht enthaltenen Lösemittels vorgesehen ist, innerhalb eines Rohrsystems im Kreislauf zu führen. Dabei durchströmt die Heißluft im Gegenstrom zu dem mit einer frischen Lackschicht versehenen Metalldraht eine Trocknungszone. Am Ende der Trocknungszone wird die Heißluft mit Frischluft gemischt und über eine mit elektrischem Strom oder mit Gas betriebene Heizeinrichtung einem Katalysator zugeführt. Die gereinigte Heißluft strömt von dort in einen die Retorte konzentrisch umgebenden Kanal und durchströmt diesen Kanal vom Anfang der Retorte bis zu ihrem Ende. Am Ende der Retorte ist ein Exhauster angeordnet, der die Heißluft aus dem Kanal ansaugt und in die Einbrennretorte drückt. Mit dem Exhauster ist ein Abgasrohr verbunden, über das gereinigte Heißluft in Abhängigkeit von der Temperatur der Einbrennretorte kontinuierlich geregelt nach außen tritt. In Abhängigkeit von der Abgasmenge kann an einem oder an beiden Enden der Einbrennretorte Frischluft in den Heißluftkreislauf eingesaugt werden (DE-29 27 794C).

Zur Steuerung der Einbrenntemperatur eines Einbrennofens für die Lackdrahtherstellung ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei dem die mittels eines Gebläses im Kreislauf geführte Heißluft ebenfalls im Gegenstrom zum Lackdraht eine Trocknungszone durchströmt. An beiden Enden der Trocknungszone wird Frischluft in den Heißluftkreislauf eingespeist. Die Heißluft wird in einem Katalysator gereinigt und ein Teil der gereinigten Heißluft nach außen abgegeben. Im Zuge der Abgasreinigung und der Abgasabführung wird dabei Energie aus der Heißluft in eine Glühe für den zu lackierenden Draht eingekoppelt (DE-31 18 830A4).

Es ist weiterhin bereits vorgeschlagen worden, die für die Erhitzung und die Abgasreinigung der umgewälzten Luft eingesetzte Energie dadurch besser auszunutzen, daß nur ein Teil der umgewälzten Luft der Abgasreinigung unterzogen wird (DE-37 17 166A1).

Aus der AT-287 822B und der AT-298 591B ist eine Einbrenn-Retorte zur Lackdraht-Herstellung bekannt, bei der zum Aushärten einer auf einen Metalldraht aufgebrachten Lackschicht im Kreislauf geführte Heißluft in einem Aushärteschacht im Gegenstrom zur Laufrichtung des Metalldrahtes eine Trocknungszone durchströmt. Am Anfang eines mit beiden Enden des Aushärteschachtes in Verbindung stehenden Umluftkanals ist ein Ansaugstutzen mit Drosselklappe für Frischluft vorgesehen, die zusammen mit einem Heizregister so gesteuert wird, daß die aus einem nachfolgenden Katalytelement austretende, durch Verbrennung der organischen Bestandteile gereinigte und dabei zusätzlich aufgeheizte Umluft auf eine bestimmte Temperatur eingestellt werden kann. Über einen nach dem Katalytelement angeschlossenen, mit einer Drosselklappe versehenen Abfuhrstutzen wird ein Teil dieser Umluft ausgeschieden, während der andere Teil der heißen Umluft in den Aushärteschacht zugeführt wird.

Die Vorrichtung nach der AT-298 591B weist zur Beschleunigung des Trocknungsvorganges im Aushärteschacht der Retorte sich an den Drahteinlauf anschließende Heizelemente, vorzugsweise Strahlungs-Heizkörper auf.

Die DE-11 27 816C betrifft einen Lacktrockner mit Umluftbetrieb für lackierte Drähte, bei dem die Umluft durch eine durch einen Thermostaten gesteuerte elektrische Heizung aufgeheizt wird. Die beim Aushärten der Lackierung freiwerdenden Lösemitteldämpfe werden durch katalytische Einwirkung verbrannt, wobei es zu einem Temperaturanstieg der Umluft kommt. Durch stufenweises Abschalten der Heizung, Abfuhr von katalytisch gereinigter Umluft und Zufuhr von Frischluft kann die Temperatur der Umluft im Umluftkanal gesenkt werden.

Eine Einrichtung zum Lackieren von Draht, die eine Auftragvorrichtung für den Lack und einen Ofen für die Polymerisation des Lackes aufweist, ist aus der DE-16 52 395B bekannt. Am Ausgang der Auftragvor- 2

AT 401 241 B richtung werden die Lösemitteldämpfe abgesaugt und in einem Wärmetauscher vorgewärmt. Die Temperatur der Lösemitteldämpfe wird in einer Brennkammer mit Hilfe von Heizeinrichtungen wie z. B. elektrischen Widerständen erhöht, bevor die Lösemittelkämpfe zur katalytischen Verbrennung geleitet werden. Während ein Teil der verbrannten Gase zur Vorwärmung der Lösemitteldämpfe im Wärmetauscher dient, wird der größere Teil der verbrannten Gase dem mit Strahlung und Konvektion arbeitenden Polymerisierofen zugeführt und kehrt nach dem Durchströmen des Ofens und dem Vermischen mit den vom Wärmetauscher kommenden Lösemitteldämpfen zur Brennkammer zurück.

Bei der aus der FR-1 228 301A bekannten Vorrichtung wird an einem Ende des zur Aushärtung einer auf einen Draht aufgebrachten Lackschicht dienenden Ofens aus einer Heizmanschette heißes Gas abgesaugt. Ein Teil dieses Gases wird nach außen abgeführt, Der Rest des Gases wird einer Katalysekammer zugeführt, dort mit Lösemitteldämpfen vermischt und mittels elektrischer Heizelemente erwärmt. Dieses Gas wird dann katalytisch gereinigt und im durch die Katalyse erhitzten Zustand der den Ofen umgebenden Heizmanschette wieder zugeführt. Die Temperatur des die Heizmanschette durchströmenden Gases wird über die elektrischen Heizelemente geregelt.

Die US-4,255,132A beschreibt einen Aushärteofen für lackierte Gegenstände wie z. B. Kraftfahrzeugkarosserien, durch den die Luft mittels eines Gebläses zirkuliert. Ein Teil der verunreinigten Luft wird aus diesem Kreislauf abgezweigt und vor dem Eintritt in eine Gasbrennkammer in einem Wärmetauscher vorgewärmt. Die in der Gasbrennkammer erhitzte Luft wird durch den Wärmetauscher geleitet und anschließend in Richtung des Aushärteofens geführt. Ein Teil der erhitzten Luft durchströmt einen Wärmetauscher, in dem frische Luft erwärmt wird. Die erwärmte Frischluft wird in den Kreislauf in Richtung des Aushärteofens eingespeist.

Der Erfindung liegt ausgehend von dem Stand der Technik nach der AT-287822B die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zur Herstellung eines Lackdrahtes die Maßnahme der Abgasreinigung qualitativ weiter zu verbessern und eine hierfür geeignete Vorrichtung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst. Gemäß dem Verfahren nach dem Patentanspruch 1 ist vorgesehen, daß bei der Abgasreinigung die aus einem Gas-/Luftgemisch bestehende Heißluft mittels elektrischer Energie durch Konvektion und Strahlung auf eine Temperatur von mehr als 600 * C erhitzt und anschließend der Durchmischungsgrad des Gas-/Luftgemisches bis zur nahezu molekularen Verteilung gesteigert und die in der gereinigten Heißluft enthaltene Wärme in den Heißluftkreislauf eingekoppelt wird. Bei der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 2 sind in der Reinigungsvorrichtung elektrische Heizelemente und eine nachgeschaltete Durchmischungseinrichtung mit einer Vielzahl sich kreuzender feiner Strömungskanäle angeordnet und ein Wärmetauscher in das Rohrsystem eingeschaltet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die Aufnahme von thermischer Energie in das zu reinigende Gas/Luft-Gemisch durch Wärmeübergang von den heißen Oberflächen der elektrischen Heizelemente. Durch diesen Wärmeübergang werden die Moleküle der organischen Verbindungen des Gas/Luft-Gemisches, meist Kohlenwasserstoffe, und der Luftsauerstoff soweit angeregt, daß teilweise Oxidationsreaktionen beginnen. Da diese Reaktionen exotherm ablaufen, nimmt in dem Gas/Luft-Gemisch und den durch den beginnenden Oxidationsprozeß gebildeten Oxidations-bzw. Verbrennungsprodukten die Temperatur bis auf über 600 *C zu. In diesem Zustand durchläuft das Gas/Luft-Gemisch anschließend eine Durchmischungseinrichtung, in der der Durchmischungsgrad des Gas/Luft-Gemisches weiter bis zur nahezu molekularen Verteilung zunimmt. Über die Durchflußlänge der hierzu vorgesehenen Durchmischungseinrichtung steigt dann die Temperatur infolge der thermischen Verbrennung des Gas/Luft-Gemisches bis auf etwa 800 *C an. Auf diese Weise werden die in dem Gas/Luft-Gemisch enthaltenen organischen Verbindungen fast vollständig verbrannt. Messungen haben ergeben, daß die in dem Gemisch zunächst vorhandenen Konzentrationen von mehreren 100 bis zu einigen 1000 mg Kohlenwasserstoff pro Nm3 auf Werte von etwa 1 bis 5 mg Kohlenwasserstoff pro Nm3 reduziert werden. Auch die NOx-Konzentrationen lassen sich weit unter den zugelassenen Grenzwert reduzieren.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens bzw. dieser Vorrichtung ist darin zu sehen, daß bei der Erhitzung des Gas/Luft-Gemisches auf eine Temperatur von mehr als 600 *C die Temperatur des Gemisches durch die indirekte Aufheizung mittels elektrischer Heizelemente nicht sprunghaft, sondern kontinuierlich zunimmt. Dies führt zu einer besseren Energieausnutzung. Weiterhin entfällt die Bildung von zusätzlichen Flammga-sen im Abluftstrom, wie es bei der bisher mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen der Fall ist. Auch entfällt der Einsatz katalytisch wirkender Elemente.

Durch die in den Patentansprüchen 3 bis 8 aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.

Um die erwünschten Oxidationsreaktionen herbeizuführen, empfiehlt es sich, zur Aufheizung des Gas/Luft-Gemisches elektrische Heizelemente zu verwenden, die auf eine Oberflächentemperatur von 750 3

AT 401 241 B bis 800* C aulheizbar sind.

Als Durchmischungseinrichtung für das Gas/Luft-Gemisch kann beispielsweise eine Schüttung von Keramikkörpern mit einer Korngröße kleiner/gleich 10 mm verwendet werden. Als besonders vorteilhaft hat sich aber eine Einrichtung erwiesen, die aus einem unbeschichteten Metallgewölle aus einer Legierung mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1100*C besteht. Eingesetzt werden kann beispielsweise ein Metallgewölle aus einem Nickel-Chrom-Band. Es kommen aber auch andere Legierungen mit den Legierungselementen Nickel, Chrom, Eisen oder Aluminium in Betracht. Derartige Legierungen haben eine gute Warmfestigkeit, so daß eine Verwendung im Dauerbetrieb bei 800”C ohne weiteres möglich ist.

Das erfindungsgemäß einzusetzende Metallgewölle kann aus einem Flachdraht- oder einem Runddraht-Gewebe bestehen. Wesentlich ist eine gleichmäßige Verteilung des Gewebes über den Querschnitt der entsprechenden Packung, so daß sich beim Durchströmen des Metallgewölles ein gleichmäßiger Druckabfall einstellt. Dieser Druckabfall beträgt etwa 2 bis 14 mm Wassersäule. Für die Ausgestaltung der Durchmischungseinrichtung ist weiterhin wesentlich, daß die Oberfläche des Metallgewölles möglichst groß ist. Hierzu empfiehlt es sich, Flachdrähte mit den Querschnittsabmessungen beispielsweise 1,45 x 0,135 mm oder Runddrähte im Durchmesserbereich von 1,0 bis 2,0 mm zu verwenden. Die spezifische Oberfläche des Metallgewölles sollte bei etwa 0,7 mm2 pro mm3 liegen. Dem entspricht eine mittlere spezifische Dichte des Metallgewölles von etwa 0,1 bis 0,5 mg pro mm3.

Wie bereits erwähnt, steigt die Temperatur des Gas/Luft-Gemisches beim Durchströmen der Durchmischungseinrichtung auf etwa 800’C an. Die Durchflußtiefe der Durchmischungseinrichtung muß dabei der Strömungsgeschwindigkeit des Gas/Luft-Gemisches angepaßt sein, um die Verbrennungszone zu halten. Bei üblichen Durchströmungsgeschwindigkeiten von etwa 3 bis 11 m pro Minute empfiehlt es sich, die Tiefe bzw. Länge der Durchmischungseinrichtung mit 0,2 bis 0,6 m zu bemessen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt. Die Figur zeigt den schematischen Aufbau einer Drahtlackieranlage, die im Umluftbetrieb arbeitet.

Zur Herstellung eines Lackdrahtes wird zunächst ein blanker Metalldraht 1 aus beispielsweise Kupfer oder Aluminium mit einem Naßlack versehen und dann durch eine Ofenretorte 2 hindurchgezogen. In einer ersten Hälfte 3 dieser Ofenretorte 2 wird das in der Naßlackschicht enthaltene Lösemittelgemisch bei 450 bis 570 · C verdampft. Restliche Lösemittel verdampfen in einer zweiten Hälfte 4 der Ofenretorte 2, in der im übrigen der auf dem Draht zurückbleibende Kunstharzfilm bei höheren Temperaturen als in der ersten Retortenhälfte 3 eingebrannt wird.

Das aus der Lackschicht freigesetzte und verdampfte, bei den herrschenden hohen Temperaturen gasförmige Lösemittelgemisch vermengt sich mit Luft, die durch die Enden 5 und 15 der Ofenretorte 2 und ggf. durch im Rohrsystem enthaltene weitere Öffnungen angesaugt oder eingeblasen wird. Dieses Lösemit-tel-Luft-Gemisch, nachfolgend als Rohgas bezeichnet, wird aus der Ofenretorte 2 durch einen Exhauster 6 herausgesaugt und durch Rohre eines Wärmetauschers 7 gedrückt. Mittels des Exhausters 6 erfolgt eine weitgehende Vermischung der Lösemitteldämpfe mit der angesaugten Frischluft bzw. dem darin enthaltenen Luftsauerstoff.

Nach Verlassen des Wärmetauschers 7 durchströmt das Rohgas eine Heizkammer 8, die mit elektrischen Heizelementen 18 ausgerüstet ist. Die Oberflächentemperatur dieser Heizelemente 18 bzw. der sie ummantelnden Schutzrohre liegt bei etwa 800 · C. Durch Wärmeübergang von den heißen Oberflächen der Heizelemente 18 auf das Rohgas werden durch Aufnahme von thermischer Energie die Moleküle der organischen Verbindungen soweit angeregt, daß teilweise Oxidationsreaktionen beginnen. Dadurch steigt die Temperatur des Rohgases und des sich bildenden Reingases auf über 600 *C. In diesem Zustand durchläuft das Gemisch eine Durchmischungseinrichtung 9, die aus einem Metallgewölle auf der Basis eines Nickel-Chrom-Bandes besteht. Über die Durchflußlänge der Durchmischungseinrichtung 9 steigt die Temperatur durch thermische Verbrennung des Rohgases bis auf etwa 800 "C an.

Das sich durch die thermische Verbrennung der Lösemitteldämpfe bildende Reingas wird über ein Rohr 10 zum Wärmetauscher 7 zurückgeführt, umspült dort die Rohre des Wärmetauschers und gibt einen Teil seines Wärmeinhalts zur Vorwärmung des anströmenden Rohgases ab. Das Reingas wird dann im hinteren Teil der zweiten Retortenhälfte 4 dem Einbrennprozeß des die Ofenretorte 2 durchlaufenden Lackdrahtes 1 wieder zugeführt.

Im übrigen wird bei der beschriebenen Vorrichtung mittels eines in einem Rücklauf 11 angebrachten Thermoelementes 12 durch eine in einem Kühllufteinlaßstutzen 14 angeordnete Klappe 13 dosiert soviel Kühlluft zugesetzt, daß der in die Ofenretorte 2 wiedereintretende Reingas-Luftstrom die optimale Einbrenntemperatur erhält. Durch elektrische Kopplung der Kühlluftklappe 13 mit einem Abgasschieber 17 entweicht soviel Reingas, daß aus den Retortenenden 5 und 15 kein Gas/Luft-Gemisch an den Arbeitsplatz aus dem Rohrsystem austritt. Vielmehr werden die Enden der Ofenretorte 2 unter leichtem Unterdrück gehalten. Damit durch den aus der Ofenretorte 2 auslaufenden Draht an dem Retortenende 15 keine Dämpfe 4

Claims (8)

1. AT 401 241 B herausgeschleppt werden, wird noch ein Luftpolster 16 aufgedrückt. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines Lackdrahtes durch Aufbringen einer lösemittelhaltigen Lackschicht auf einen in Längsrichtung bewegten Metalldraht, Verdampfen des Lösemittels und Aushärten der auf dem Metalldraht verbleibenden Lackschicht, bei dem zur raschen Verdampfung des Lösemittels und zur Aushärtung der Lackschicht im Kreislauf geführte Heißluft im Gegenstrom zum bewegten Metalldraht eine Trocknungszone durchströmt, in die Frischluft eingespeist wird, und bei dem wenigstens eine Teilmenge der Heißluft einer Abgasreinigung unterzogen und gereinigte Heißluft als Abgas nach außen abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abgasreinigung die aus einem Gas-/Luftge-misch bestehende Heißluft mittels elektrischer Energie durch Konvektion und Strahlung auf eine Temperatur von mehr als 600 *C erhitzt und anschließend der Durchmischungsgrad des Gas/-Luftgemi-sches bis zur nahezu molekularen Verteilung gesteigert und die in der gereinigten Heißluft enthaltene Wärme in den Heißluftkreislauf eingekoppelt wird.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Rohrsystem für den Kreislauf der Heißluft, einer in das Rohrsystem integrierten Retorte zum Durchlauf des Metalldrahtes, einer mit dem Rohrsystem verbundenen Reinigungsvorrichtung für die Heißluft, einem in das Rohrsystem integrierten Gebläse zur Aufrechterhaltung des Heißluftkreislaufs und Öffnungen im Rohrsystem für die Zufuhr von Frischluft und die Abgabe abgasgereinigter Heißluft, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reinigungsvorrichtung elektrische Heizelemente (18) und eine nachgeschaltete Durchmischungseinrichtung (9) mit einer Vielzahl sich kreuzender feiner Strömungskanäle angeordnet sind, und ein Wärmetauscher (7) in das Rohrsystem eingeschaltet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Heizelemente (18) auf eine Oberflächentemperatur von 750 bis 800 *C aufheizbar sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmischungseinrichtung (9) aus einem unbeschichteten Metallgewölle aus einer Legierung mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1100 · C besteht.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Oberfläche des Metallgewölles bei 0,7 mm2/mm3 liegt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgewölle aus einem Nickel-Chrom-Band besteht.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmischungseinrichtung (9) aus einer Schüttung von Keramikkörpern mit einer Korngröße kleiner/gleich 10 mm besteht.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe bzw. Länge der Durchmischungseinrichtung (9) 0,2 bis 0,6 m beträgt. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5