DE102015219898A1

DE102015219898A1 - Werkstückbearbeitungsanlage und Verfahren zum Betreiben einer Werkstückbearbeitungsanlage

Info

Publication number: DE102015219898A1
Application number: DE102015219898.7A
Authority: DE
Inventors: Enrico Herm; Erhard Rieder; Christian Eichhorn; Oliver Iglauer
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2017-04-20
Also published as: EP3628953A1; WO2017064100A1; CN111795567A; EP3332201B1; CN108351170A; CN108351170B; EP3332201A1

Abstract

Eine Trocknungs- und/oder Härtungsanlage (10) zum Trocknen und/oder Härten von lackierten und/oder beschichteten und/oder geklebten Werkstücken weist eine Prozesskammer (18) zum Aufnehmen von zu bearbeitenden Werkstücken (14), die mit einer Prozessluftleitung (40, 42, 44, 46, 50) zum Einleiten und/oder Ausleiten von Prozessluft in die bzw. aus der Prozesskammer verbunden ist, eine Heizvorrichtung (26–37) zum Erwärmen einer in die Prozesskammer (18) einzuleitenden Prozessluft und eine Steuereinrichtung (55) zum Steuern einer in die Prozesskammer eingeleiteten und/oder aus der Prozesskammer ausgeleiteten Prozessluftmenge und zum Steuern einer Heizleistung der Heizvorrichtung auf. Die Steuereinrichtung (55) ist dabei derart ausgestaltet, dass sie die Prozessluftmenge und die Heizleistung abhängig voneinander oder in Bezug zueinander einstellt, steuert und/oder regelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkstückbearbeitungsanlage, insbesondere zum Trocknen und/oder Härten von lackierten und/oder beschichteten und/oder geklebten Werkstücken, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Werkstückbearbeitungsanlage, insbesondere zum Trocknen und/oder Härten von lackierten und/oder geklebten Werkstücken, Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Durchlauftrockner, Durchlaufhärtungsanlagen, Kammertrockner und Kammerhärtungsanlagen, in denen lackierte und/oder geklebte Karosserien oder Karosserieteile getrocknet und/oder gehärtet werden können.
Eine Trocknungs- und/oder Härtungsanlage dieser Art ist zum Beispiel aus der WO 2010/122121 A2 bekannt. Diese herkömmliche Trocknungs- und/oder Härtungsanlage weist eine Prozesskammer mit zumindest einer Zone zum Aufnehmen von zu bearbeitenden Werkstücken auf, die mit einer Frischluftleitung zum Einleiten von Frischluft in die Prozesskammer und einer Abluftleitung zum Ausleiten von Abluft aus der Prozesskammer verbunden ist. Zur Optimierung des Energieverbrauchs der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage ist ferner eine Frischluft- und/oder Abluftmengensteuerung zum Steuern der in die Prozesskammer einzuleitenden Frischluftmenge und/oder der aus der Prozesskammer auszuleitenden Abluftmenge vorgesehen. Vorzugsweise wird die Frischluft- und/oder Abluftmengensteuerung in Abhängigkeit von einer momentan der Prozesskammer zugeführten Anzahl an Werkstücken vorgenommen.
Die in der WO 2010/122121 A2 offenbarte Trocknungs- und/oder Härtungsanlage weist zudem eine thermische Nachverbrennnungseinrichtung (TNV) auf, der Abluft aus der Prozesskammer zwecks thermischer Abluftreinigung zugeleitet wird und deren ausgegebene Reinluft mehreren Umluft- oder Frischluftrekuperatoren zugeführt wird, um die in die Prozesskammer einzuleitende Umluft bzw. Frischluft zu erwärmen.
Die DE 10 2011 114 292 A1 beschreibt eine thermische Nachverbrennungsanlage, bei welcher die Brennkammertemperatur nicht auf einen festen, maximalen Wert eingeregelt wird, sondern in Abhängigkeit von einem Kohlenmonoxidgehalt in der von der Nachverbrennungsanlage ausgegeben Reinluft geregelt wird. Aufgrund der sich so einstellenden, im Mittel niedrigeren Brennkammertemperaturen sollen Energie eingespart und die dort eingesetzten Materialien geschont werden.
Die DE 10 2008 034 746 B4 offenbart eine Vorrichtung zum Trocknen von lackierten Fahrzeugkarosserien mit einer thermischen Nachverbrennungsanlage, bei welcher die Schadstoffkonzentration an organischen Lösemitteln im Trockner kontinuierlich gemessen wird. Bei zunehmender Schadstoffkonzentration werden einerseits die Frischluftzufuhr in die Prozesskammer erhöht und die Abluftausleitung aus der Prozesskammer gesenkt und wird andererseits die Brennkammertemperatur durch Reduzieren der Brennstoffzufuhr in die Brennkammer der Nachverbrennungsanlage konstant gehalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Werkstückbearbeitungsanlage und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Werkstückbearbeitungsanlage mit einem möglichst geringen Energieverbrauch zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Werkstückbearbeitungsanlage weist eine Prozesskammer zum Aufnehmen von zu bearbeitenden Werkstücken, die mit einer Prozessluftleitung zum Einleiten und/oder Ausleiten von Prozessluft in die bzw. aus der Prozesskammer verbunden ist; eine Heizvorrichtung zum Erwärmen einer in die Prozesskammer einzuleitenden Prozessluft; und eine Steuereinrichtung zum Steuern einer in die Prozesskammer eingeleiteten und/oder aus der Prozesskammer ausgeleiteten Prozessluftmenge und zum Steuern einer Heizleistung der Heizvorrichtung auf. Die Steuereinrichtung ist dabei derart ausgestaltet, dass sie die Prozessluftmenge und die Heizleistung abhängig voneinander und/oder in Bezug zueinander einstellt, steuert und/oder regelt.
Durch die Kombination der Steuerungen (d. h. Einstellungen, Steuerungen und/oder Regelungen) der in die Prozesskammer eingeleiteten und/oder aus der Prozesskammer ausgeleiteten Prozessluftmenge und der Heizleistung der Heizvorrichtung entsteht weiteres Energieeinsparpotential. Außerdem können sich durch die Kombination der beiden Steuerungen Synergieeffekte ergeben, die den messtechnischen Aufwand für die Anlagensteuerung und damit den Kostenaufwand reduzieren können. Die Erfindung geht dabei insbesondere von den folgenden Überlegungen aus.
Ziel ist ein möglichst bedarfsgerechter und damit energiesparender Betrieb der Werkstückbearbeitungsanlage. Bedarfsgerecht heißt zum Beispiel, in Abhängigkeit von Produktionsdaten oder -parametern (z. B. Anzahl der zu bearbeitenden Werkstücke in der Anlage) einerseits den Volumenstrom der Prozessluft in der Prozesskammer und andererseits die Heizleistung der verbundenen Heizvorrichtung zu regeln. Eine solche verbesserte Regelung ist möglich, weil sich zum Beispiel bei einer reduzierten Anzahl von Werkstücken in der Prozesskammer der Wasserstoff- und/oder Kohlenstoffeintrag, insbesondere der Eintrag von organischen Lösemitteln und/oder anderen Kohlenwasserstoffverbindungen und/oder anderen flüchtigen, brennbaren, d. h. oxidierbaren Stoffen in die Anlage vermindert. Für eine gleich bleibende, prozessfähige Prozesskammeratmosphäre reduzieren sich dementsprechend auch die erforderlichen Frischluft- und Abluftmengen in die bzw. aus der Prozesskammer. Die spezifische Schadstoffbeladung der Abluft, welche typischerweise in der Einheit Masse pro Volumen (z. B. g/m³) angegeben wird, kann dabei entsprechend der kleineren Werkstückanzahl in der Prozesskammer im Wesentlichen konstant gehalten werden. Die mit dem geringeren Abluftvolumenstrom – bei kleinerer Werkstückanzahl – einhergehende Verweilzeiterhöhung der Abluft in der Heizvorrichtung bringt einen verbesserten Ausbrand (Kohlenmonoxidgehalt im Abgas) und damit auch verbesserte Emissionswerte mit sich.
Aufgrund dieses Effekts ist es möglich, bei kleinerer Werkstückanzahl nicht nur die Frischluft- und/oder Abluftvolumenströme zu vermindern, sondern auch die Heizleistung der Heizvorrichtung, und dabei weiterhin die vorgeschriebenen Emissionswerte einzuhalten. Eine Reduzierung der Heizleistung der Heizvorrichtung führt unmittelbar zu einer Energieeinsparung.
Ein Absenken der Heizleistung der Heizvorrichtung kann auch die Lebensdauer der Werkstückbearbeitungsanlage verlängern. So kann zum Beispiel eine reine Abluftvolumenstromabsenkung baulich bedingt und/oder prozessbedingt sehr hohe Vorwärmtemperaturen in der Vorwärm- und/oder Aufheizzone der Heizvorrichtung mit sich bringen. Eine reduzierte Heizleistung der Heizvorrichtung kann in diesem Fall mögliche Schäden z. B. durch thermische Überlastung am Ende der Vorwärmzone der Heizvorrichtung verhindern, insbesondere auch im Fall maximaler Vorwärmung.
Durch die Integration der Heizleistungssteuerung mit der Prozessluftmengensteuerung kann optional zudem auf eine zusätzliche, meist aufwändige Messtechnik zum Erfassen des Schadstoffgehalts in der von der Heizvorrichtung abgegebenen Abluft bzw. Reinluft verzichtet werden.
Der Begriff Prozessluft soll in diesem Zusammenhang alle Arten von Luftströmen umfassen, die in die Prozesskammer eingeleitet und/oder aus der Prozesskammer ausgeleitet werden können. Hierzu zählen insbesondere eine in die Prozesskammer einzuleitende Frischluft, eine aus der Prozesskammer auszuleitende Abluft sowie eine aus der Prozesskammer auszuleitende und wieder in die Prozesskammer einzuleitende Umluft. Der Begriff Luft soll in diesem Zusammenhang jede Art von gasförmigem Fluid umfassen. Hierzu zählen insbesondere (Umgebungs-)Luft im eigentlichen Sinn und Gase, jeweils mit und ohne Verunreinigungen bzw. Schadstoffbelastungen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuereinrichtung ausgestaltet sein, um die Heizleistung der Heizvorrichtung an die Prozessluftmenge oder die Prozessluftmengensteuerung anzupassen oder die Prozessluftmenge an die Heizleistung oder die Heizleistungssteuerung anzupassen. Diese Ausgestaltung umfasst insbesondere mehrere verschiedene Betriebsarten. So kann die Prozessluftmengensteuerung (Master) der Heizleistungssteuerung (Slave) übergeordnet sein, sodass eine Veränderung des Prozessluftstroms automatisch eine Veränderung der Heizleistung der Heizvorrichtung zur Folge hätte. Alternativ kann die Heizleistungssteuerung (Master) der Prozessluftmengensteuerung (Slave) übergeordnet sein, sodass eine Veränderung der Heizleistung automatisch eine Veränderung der Prozessluftmenge in die bzw. aus der Prozesskammer zur Folge hätte. Es ist ebenso eine grundsätzliche Gleichordnung von Luftmengensteuerung und Heizleistungssteuerung denkbar, bei welcher das Master/Slave-Verhältnis erst in Abhängigkeit von zum Beispiel den Produktionsdaten oder -parametern der Werkstückbearbeitungsanlage bestimmt wird. Eine solche Ausgestaltung bzw. Funktionsweise der Steuereinrichtung kann in vorteilhafter Weise dazu beitragen, gewünschte oder vorgeschriebene Emissionsgrenzen der Anlage einzuhalten.
Bei dem Anpassen der Heizleistung an die Prozessluftmengensteuerung bzw. der Prozessluftmenge an die Heizleistungssteuerung kann die Zuordnung von Heizleistung und Prozessluftmenge bei dieser integrierten Regelung nicht grundsätzlich proportional zueinander sein. Alternativ kann sie unter bestimmten Umständen auch antiproportional sein, wenn zum Beispiel bei einer reduzierten Werkstückanzahl die Heizleistung in einem bestimmten Bereich angehoben werden muss, um bei abgesenktem Prozessluftstrom noch ausreichend Reingasenthalpie für die Prozessbeheizung zur Verfügung stellen zu können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Prozessluftleitung (wenigstens) eine Frischluftleitung zum Einleiten von Frischluft in die Prozesskammer, (wenigstens) eine Abluftleitung zum Ausleiten von Abluft aus der Prozesskammer und/oder (wenigstens) eine Umluftleitung zum Ausleiten und Wiedereinleiten von Abluft aus der bzw. in die Prozesskammer aufweisen. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dann derart ausgestaltet, dass sie die Frischluftmenge, die Abluftmenge und/oder die Umluftmenge steuert.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Heizvorrichtung eine Brennkammer aufweisen. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dann derart ausgestaltet, dass sie eine Brennkammertemperatur der Brennkammer steuert. Eine Veränderung der Brennkammertemperatur kann zum Beispiel durch eine Veränderung der Brenngaszufuhr erfolgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Heizvorrichtung eine thermische Nachverbrennungseinrichtung (TNV) aufweisen, die mit einer mit der Prozesskammer verbundenen Abluftleitung zum Zuführen von Abluft aus der Prozesskammer in die Nachverbrennungseinrichtung verbunden ist. Die thermische Nachverbrennungseinrichtung ist bevorzugt ausgestaltet, um eine thermische Oxidation, vorzugsweise eine regenerative oder rekuperative thermische Oxidation der brennbaren Schadstoffe im Abluftstrom aus der Prozesskammer durchzuführen.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Heizvorrichtung (wenigstens) einen Umluftrekuperator und/oder (wenigstens) einen Frischluftrekuperator aufweisen, dem ein aus einer Verbrennung resultierendes Reingas zugeleitet wird.
Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie (bei der Bestimmung der Prozessluftmengensteuerung als Master) die Prozessluftmenge in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters steuert, der ausgewählt ist aus:

– Anzahl und/oder Gewicht und/oder Typ und/oder Oberflächengröße der in der Prozesskammer aufgenommenen Werkstücke;
– Anzahl und/oder Gewicht und/oder Typ und/oder Oberflächengröße der der Prozesskammer pro Zeiteinheit zugeführten Werkstücke;
– Volumenstrom, Massenstrom, Temperatur, Qualität (z. B. Homogenität der Dichteverteilung, Flüchtigkeit, etc.) und/oder Menge des Bearbeitungsmediums und/oder -fluids (z. B. Lack, Beschichtungspulver, Klebstoff oder dergleichen);
– Schadstoffgehalt und/oder Temperatur und/oder Feuchtigkeit der Prozessluft in der Prozesskammer; und
– Schadstoffgehalt und/oder Temperatur und/oder Feuchtigkeit einer aus der Prozesskammer ausgeleiteten Abluft.

Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, sie dass sie (bei der Bestimmung der Heizleistungssteuerung als Master) die Heizleistung der Heizvorrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters steuert, der ausgewählt ist aus:

– Anzahl und/oder Gewicht und/oder Typ und/oder Oberflächengröße der in der Prozesskammer aufgenommenen Werkstücke;
– Anzahl und/oder Gewicht und/oder Typ und/oder Oberflächengröße der der Prozesskammer pro Zeiteinheit zugeführten Werkstücke;
– Schadstoffgehalt und/oder Temperatur einer aus der Prozesskammer ausgeleiteten Abluft;
– Schadstoffgehalt und/oder Temperatur eines aus der Heizvorrichtung in die Umgebung ausgeleiteten Reingases;
– Temperaturdifferenz einer aus der Prozesskammer ausgeleiteten und wieder in die Prozesskammer eingeleiteten Umluft;
– Temperaturdifferenz zwischen einer einer Brennkammer der Heizvorrichtung zugeführten Abluft aus der Prozesskammer und eines aus der Brennkammer ausgeleiteten Reingases; und
– Stellung einer Reingas- oder Dosierklappe, die je nach Öffnungswinkel mehr oder weniger Reingasenthalpie an die Umluft abgibt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Heizleistung ohne Erfassen einer zusätzlichen Messgröße betreffend eine Schadstoffkonzentration der in die Prozesskammer eingeleiteten Prozessluft (Reinluft) und/oder der aus der Prozesskammer ausgeleiteten Prozessluft (Abluft) angepasst werden. Vorzugsweise erfolgt diese Anpassung mittels eines empirisch oder theoretisch ermittelten Steuerungsalgorithmus. D. h. für die Anpassung der Heizleistung ist kein zusätzliches Messsystem erforderlich, sondern die Steuervorrichtung auf ihr ohnehin vorliegenden Daten, Parameter, Messgrößen, etc. zurückgreifen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Werkstückbearbeitungsanlage werden zu bearbeitende Werkstücke in einer Prozesskammer aufgenommen, wobei die Prozesskammer mit einer Prozessluftleitung zum Einleiten und/oder Ausleiten von Prozessluft in die bzw. aus der Prozesskammer verbunden ist; wird eine in die Prozesskammer einzuleitende Prozessluft mittels einer Heizvorrichtung erwärmt; und werden eine in die Prozesskammer eingeleitete und/oder aus der Prozesskammer ausgeleitete Prozessluftmenge und eine Heizleistung der Heizvorrichtung abhängig voneinander oder in Bezug zueinander eingestellt, gesteuert und/oder geregelt.
Mit diesem Verfahren können die gleichen Vorteile wie mit der oben beschriebenen Werkstückbearbeitungsanlage der Erfindung gezielt werden. Die obigen Ausführungen zu Vorteilen, Begriffsdefinitionen und bevorzugten Ausgestaltungen gelten entsprechend.
Die vorliegende Erfindung ist vorzugsweise in Trocknungs- und/oder Härtungsanlagen zum Trocknen und/oder Härten von lackierten und/oder beschichteten und/oder geklebten Werkstücken einsetzbar. Bei den Werkstücken handelt es sich beispielsweise um Fahrzeugkarosserien oder Fahrzeugkarosserieteile.
Obige sowie weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von verschiedenen Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:
1 den Aufbau einer Werkstückbearbeitungsanlage gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 den Aufbau einer Werkstückbearbeitungsanlage gemäß verschiedenen Modifikationen des Ausführungsbeispiels von 1; und
3 den Aufbau einer Werkstückbearbeitungsanlage gemäß weiteren Modifikationen des Ausführungsbeispiels von 1.
1 zeigt eine Werkstückbearbeitungsanlage 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die beispielhaft als Trocknungs- und/oder Härtungsanlage ausgestaltet ist. Der Aufbau dieser Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 entspricht grundsätzlich demjenigen der WO 2010/122121 A2 . Hinsichtlich des Aufbaus der Anlage, der Funktionsweise der einzelnen Komponenten und möglicher Modifikationen wird daher auf diese WO 2010/122121 A2 vollinhaltlich Bezug genommen.
Die Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 kann Teil einer Lackieranlage sein. Beispielsweise kann die Lackieranlage eine oder mehrere Lackierzonen 12 aufweisen, in denen Werkstücke 14 lackiert werden. Die Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 kann diesen Lackierzonen 12 angegliedert und insbesondere in einer Förderrichtung 16 nachgeschaltet sein. Der Trocknungsund/oder Härtungsanlage 10 ist in der Regel noch eine nicht dargestellte Kühlzone nachgelagert, in der die Werkstücke 14 für weitere Prozessschritte bzw. Arbeitsschritte abgekühlt werden. Speziell eignet sich die Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 zum Trocknen und/oder Härten von lackierten und/oder geklebten Bauteilen, insbesondere von Karosserien, Karosserieteilen oder von anderen Baugruppen(teilen) eines Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugs.
Beispielsweise ist das in der 1 dargestellte Werkstück 14 als lackierte Karosserie für ein Fahrzeug oder Flugzeug ausgestaltet. Das Werkstück 14 ist hierbei auf einem geeigneten Träger (Skid) 15 befestigt, der in einer Förderrichtung 16 verfahrbar ist, um das Werkstück 14 aus den Lackierzonen 12 in die und durch die Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 zu befördern. Der Transport des Werkstückes 14 kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Die erfindungsgemäße Werkstückbearbeitungsanlage 10 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
Die Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 weist eine Prozesskammer 18 mit mehreren Zonen 20–24 auf. Dabei ist eine erste Zone 20 als Schleusenzone in Form einer Einlaufschleuse ausgestaltet. Eine zweite Zone 21 ist als erste Aufheizzone ausgestaltet und eine dritte Zone 22 ist als zweite Aufheizzone ausgestaltet. Ferner ist eine vierte Zone 23 als Haltezone ausgestaltet und ist eine letzte Zone 24 als Schleusenzone in Form einer Auslaufschleuse ausgestaltet. Im Betrieb der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 gelangt das Werkstück 14 zunächst in die Einlaufschleuse 20, wobei die Einlaufschleuse 20 die Prozesskammer 18 der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 gegenüber einer Umgebung abdichtet. Bei dieser Abdichtung erfolgt auch eine gewisse thermische Trennung zwischen dem Innenraum der Prozesskammer 18, der aufgeheizt wird, und der Umgebung. Die Schleusenzonen 20 und 24 sind vorzugsweise so ausgestaltet, dass insbesondere eine Prozessluft im Innern der Prozesskammer 18 nicht aus dieser entweicht oder ein Entweichen zumindest weitgehend vermieden wird.
Die erste Aufheizzone 21 und die zweite Aufheizzone 22 ermöglichen ein Aufheizen des Werkstücks 14 in (in diesem Ausführungsbeispiel zwei) Stufen. Bei einer Vollauslastung können in den Zonen 21, 22 jeweils ein oder mehrere Werkstücke 14 aufgeheizt werden, wobei das Werkstück 14 nach dem Aufheizen in der Zone 21 in die Zone 22 befördert wird, um ein weiteres Aufheizen zu ermöglichen. In der Haltezone 23 können ein oder mehrere Werkstücke 14 für einen gewissen Zeitraum verbleiben, um ein Trocknen und Härten des Werkstücks 14 (ggf. mit Hilfe von elektromagnetischer Strahlung) durchzuführen. Lösungsmittel (Lösemittel) in Form von aliphatischen und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, Fluor-Kohlenwasserstoffen, Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffen, Estern, Ketonen, Glykolethern, Alkoholen, Wasser und dergleichen reichern sich dann – je nachdem, ob es sich um Niedrig-, Mittel- oder Hochsieder handelt – hauptsächlich im Bereich der Aufheizzonen 21, 22 oder der Haltezone 23 in der Luft der Prozesskammer 18 an. Bei welchen Bedingungen die Lösemittel in der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 entweichen, hängt allerdings vom jeweiligen Lösemittel bzw. der Lösemittelkomponente ab. Niedrigsieder entweichen bei niedrigen (< 100°C), Mittelsieder bei mittleren (100°C bis 150°C) und Hochsieder bei hohen (> 150°C) Temperaturen. Für den Trocknungs- und/oder Härtungsprozess in der Haltezone 23 kann eine gewisse Zeit vorgegeben sein, nach der das Werkstück 14 über die Schleusenzone 24 aus der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 befördert wird. Das geklebte und/oder lackierte Werkstück 14 ist dann getrocknet und/oder gehärtet.
Im Betrieb der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 ist ein gewisser Austausch der in der Prozesskammer 18 vorgesehenen Prozessluft erforderlich. Hierbei kann eine gewisse Luftmenge aus der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 entnommen werden (Abluft), die durch Frischluft ersetzt wird. Dieser Prozessluftaustausch ist erforderlich, da sich die Luft in der Prozesskammer 18 mit Lösungsmitteln anreichert, die während des Trocknungs- und/oder Härtungsprozesses aus einem Lackfilm oder einem Klebstoff in den Innenraum (Nutzraum) der Prozesskammer 18 der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 gelangen, und dieser Anreicherung entgegengewirkt werden muss. Dadurch kann die mit Lösungsmittel angereicherte Prozessluft nach und nach, insbesondere kontinuierlich, ausgetauscht werden, um zu gewährleisten, dass die Prozessluft weiterhin Lösungsmittel aufnehmen kann. Hierbei kann ein gewisser Schwellwert vorgegeben sein, der zur Aufrechterhaltung eines ordnungsgemäßen Trocknungs- und/oder Härtungsprozesses nicht oder nur geringfügig, insbesondere zeitlich und/oder räumlich begrenzt, überschritten werden soll. Dieser Prozessluftaustausch erfolgt hierbei gezielt, wobei ein Austausch über die Schleusenzonen 20, 24 möglichst weitgehend verhindert wird, da ansonsten in unerwünschter Weise warme Luft aus der Prozesskammer 18 in die Umgebung gelangt oder – wenn die Frischluft hauptsächlich über die Schleusenzonen 20, 24 in die Prozesskammer 18 gezogen wird – zu viel kalte Außenluft in die Prozesskammer 18 gelangt.
Die Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 weist ferner eine Heizvorrichtung 26–37 auf. Diese Heizvorrichtung weist eine thermische Nachverbrennungseinrichtung (TNV) 26, mindestens einen, vorzugsweise mehrere (hier: drei) Umluftrekuperatoren 28, 30, 32 und in der Regel einen (in seltenen Fällen keinen) Frischluftrekuperator 34 auf.
Die thermische Nachverbrennungseinrichtung 26 ist bevorzugt als Nachverbrennungseinrichtung zur regenerativen oder rekuperativen thermischen Oxidation von brennbaren Schadstoffen in einer Abluft aus der Prozesskammer 18 ausgestaltet und weist vorzugsweise einen Gasbrenner 36 auf. Die von dem Gasbrenner 36 in einer Brennkammer 37 erzeugte heiße Reinluft wird über die Rekuperatoren 28, 30, 32, 34 geführt und dann an die Atmosphäre abgegeben, wie durch den Pfeil 38 angedeutet. D. h. die heißen Abgase (Reinluft) der TNV 26 werden in den Rekuperatoren 28, 30, 32, 34 als Energiequelle zum Erwärmen der Umluft bzw. Frischluft genutzt. In den Rekuperatoren 28, 30, 32, 34 sind jeweils Drosselklappen vorgesehen, um einen gewissen Teil der von dem Gasbrenner 36 erzeugten Wärmeenergie im jeweiligen Rekuperator zu nutzen und den verbleibenden Teil an den nächsten Rekuperator weiterzuleiten.
Die Rekuperatoren 28, 30, 32, 34 weisen ferner jeweils einen Wärmetauscher 29, 31, 33, 35 auf. Dem Wärmetauscher 29 des ersten Umluftrekuperators 28 sind eine Saugseite und eine Ausströmseite einer mit der ersten Aufheizzone 21 verbundenen Umluftleitung 40 zugeordnet. Dabei ist der Wärmetauscher 29 zusammen mit einem Ventilator in der Umluftleitung 40 angeordnet. In Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappen des ersten Umluftrekuperators 28 erfolgt eine mehr oder weniger starke Aufheizung der durch den Wärmetauscher 29 strömenden und in die erste Aufheizzone 21 rückgeführten Umluft, um im Betrieb der Anlage 10 eine gewisse Temperatur der Prozessluft in der ersten Aufheizzone 21 der Prozesskammer 18 zu erreichen und aufrechtzuerhalten. In analoger Weise ist die zweite Aufheizzone 22 der Prozesskammer 18 über eine Umluftleitung 42 mit dem zweiten Umluftrekuperator 30 verbunden, der einen in der Umluftleitung 42 angeordneten Wärmetauscher 31 aufweist, und ist die Haltezone 23 der Prozesskammer 18 über eine Umluftleitung 44 mit dem dritten Umluftrekuperator 32 verbunden, der einen in der Umluftleitung 44 angeordneten Wärmetauscher 33 aufweist. So kann die Prozessluft in den Zonen 21, 22, 23 aufgeheizt und deren Temperatur auf einem gewünschten Niveau gehalten werden.
Zudem ist eine Abluftleitung 46 vorgesehen. Eine Saugseite dieser Abluftleitung 46 ist dabei in der Haltezone 23 der Prozesskammer 18 angeordnet, und eine Ausströmseite der Abluftleitung 46 mündet in die Brennkammer 37 der TNV 26. Der zum Verbrennen eines Brenngases erforderliche Sauerstoff kann somit aus der über die Abluftleitung 46 strömenden Abluft aus der Haltezone 23 gewonnen werden, wobei diese Abluft erhitzt wird. Hierbei wird die Abluft aus der Haltezone 23 thermisch gereinigt, so dass in Richtung des Pfeils 38 Reinluft an die Atmosphäre abgegeben wird. Dabei ist in der Abluftleitung 46 ein Wärmetauscher 27 angeordnet, so dass die an der Ausströmseite in die Brennkammer 37 strömende Abluft vorgeheizt werden kann. In der Abluftleitung 46 sind außerdem eine Drosselklappe 47 und ein Ventilator 48, der als insbesondere (frequenz-)geregelter Ventilator ausgestaltet ist, angeordnet.
Außerdem weist die Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 eine Frischluftleitung 50 mit einem Frischlufteingang 52, über den Frischluft angesaugt werden kann, auf. Aus dem Frischlufteingang 52 wird die Frischluft über die Frischluftleitung 50 zunächst durch den Frischluftrekuperator 34 geleitet, wobei der Wärmetauscher 35 in der Frischluftleitung 50 angeordnet ist. Die Frischluftleitung 50 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine erste Auslassstelle an der Schleusenzone 20 der Prozesskammer 18 und eine zweite Auslassstelle an der Schleusenzone 24 auf. Hierbei sind vor diesen Auslassstellen Drosselklappen angeordnet, um den jeweils zu den Auslassstellen geführten Anteil der Frischluftmenge, die über die Frischluftleitung 50 zugeführt wird, zu regeln. Optional sind an einzelnen oder allen Auslassstellen verstellbare Gitter oder Düsen vorgesehen, um eine Einstellung der durchgesetzten Volumenströme vornehmen zu können. In der Frischluftleitung 50 ist außerdem ein insbesondere (frequenz-)geregelter Ventilator 53 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ventilator 53 in Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher 35 des Rekuperators 34 in der Frischluftleitung 50 angeordnet.
Wie in 1 dargestellt, weist die Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 ferner eine Steuereinrichtung 55 auf. Diese Steuereinrichtung 55 ist insbesondere derart ausgestaltet, dass sie einerseits die über die Frischluftleitung 50 in die Schleusenzonen 20, 24 der Prozesskammer 18 eingeleitete Frischluftmenge und/oder die über die Abluftleitung 46 aus der Haltezone 23 der Prozesskammer 18 ausgeleitete Abluftmenge steuert und andererseits die Heizleistung der TNV 26 steuert. Ferner kann die Steuereinrichtung 55 auch die über die Umluftleitungen 40, 42, 44 geleiteten Umluftmengen steuern.
Zu diesem Zweck ist die Steuereinrichtung 55 mit einer Steuerung (z. B. einem Stellorgan) 56 des Ventilators 48 in der Abluftleitung 46, mit einer Steuerung (z. B. einem Stellorgan) 57 des Ventilators 53 in der Frischluftleitung 50, und mit einer Steuerung des Gasbrenners 36 in der Brennkammer 37 der TNV 26 verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 55 auch mit Stellgliedern der Drosseln bzw. Drosselklappen in der Abluftleitung 46 bzw. der Frischluftleitung 50 und/oder Drosselklappen/Reingasklappen zur Steuerung der Reingasenthalpie bei den Umluftrekuperatoren 28, 30, 32 verbunden sein.
Die Steuereinrichtung 55 Kann zur Steuerung der in die Zonen 20, 24 eingeleiteten Frischluftmenge und der aus der Zone 23 ausgeleiteten Abluftmenge einen oder mehrere Parameter berücksichtigen. Entsprechende Parameter sind vorteilhaft in der Steuerungssoftware hinterlegt, wobei die Parameter in Abhängigkeit vom Betrieb der Anlage 10 veränderbar sind. Da bei verschiedenen Betriebszuständen, beispielsweise im Pausenbetrieb, Teillastbetrieb oder Volllastbetrieb, die in die Prozesskammer 18 eingebrachte Lösungsmittelmenge variiert, kann als ein Parameter die Anzahl der in der Prozesskammer 18 aufgenommenen Werkstücke 14 dienen. In der Regel variiert die in die Prozesskammer 18 eingebrachte Lösungsmittelmenge in direkter Abhängigkeit von der Anzahl der Werkstücke 14, so dass die Frischluft- und Abluftmengen proportional zu der Anzahl der Werkstücke 14 variiert werden können. Wie in 1 dargestellt, ist die Steuereinrichtung 55 zu diesem Zweck mit einer Werkstückerfassungseinrichtung 60 verbunden, welche die Anzahl der in die Prozesskammer 18 der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 beförderten Werkstücke 14 erfassen kann.
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Werkstückerfassungseinrichtung 60 vorgesehen, die in der Förderrichtung 16 zwischen der Schleusenzone 20 der Prozesskammer 18 der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 und der Lackierzone 12 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann/können auch mindestens eine, vorzugsweise mehrere Werkstückerfassungseinrichtung(en) vorgesehen sein, die der Prozesskammer 18 nachgeschaltet ist/sind. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch auf eine solche gesonderte Werkstückerfassungseinrichtung verzichtet werden, wenn über die Anlagensteuerung auf andere Weise ein Indikator für die Werkstückanzahl definiert ist. Als Werkstückerfassungseinrichtungen 60 kommen bevorzugt Sensoren bzw. Sende/Empfangseinheiten in Frage, die auf der Basis elektromagnetischer Wellen, Induktion und/oder Gewichtskraftmessung arbeiten. Die Werkstückerfassungseinrichtung(en) 60 kann/können zum Beispiel als Sensor(en) ausgestaltet sein, der/die beim Passieren des Trägers 15 oder des Werkstücks 14 zumindest ein Taktsignal oder eine andere den Träger 15 oder das Werkstück 14 betreffende und/oder charakterisierende Messgröße an die Steuereinrichtung 55 übermitteln kann/können oder übermittelt/übermitteln. Aus den erhaltenen Taktsignalen kann die Steuereinrichtung 55 dann den momentanen Auslastungsgrad der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 bestimmen. Alternativ oder ergänzend kann aus den Taktsignalen und/oder einer anderen von der Werkstückerfassungseinrichtung 60 erfassten, den Träger 15 oder das Werkstück 14 betreffenden und/oder charakterisierenden Messgröße die Position des Werkstücks im Trockner bestimmt werden. Weiter alternativ oder ergänzend kann – falls nötig oder vorteilhaft – die Frischluft- und/oder Abluftmenge von dieser Position des Trägers 15 oder des Werkstücks 14, vom Prozessfortgang (z. B. Position in Aufheizzone oder Haltezone) und/oder der Messgröße abhängig gemacht, insbesondere gesteuert und/oder geregelt werden. Die Werkstückerfassungseinrichtung 60 kann aber auch als Lesegerät, RFID-Lesegerät, Barcode-Leser oder dergleichen ausgestaltet sein. Bei solch einer Ausgestaltung kann die Werkstückerfassungseinrichtung 60 zum Beispiel eine Werkstücknummer des Werkstücks 14 oder mit dem Werkstück 14 in Zusammenhang stehende Informationen erfassen.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, andere Prozessparameter der Anlage 10 zu berücksichtigen, beispielsweise eine Größe des Werkstücks 14, ein Material des Werkstücks 14 und dergleichen. Weitere Prozessparameter, die alternativ oder zusätzlich berücksichtigt werden können, sind ein Volumenstrom, ein Massenstrom, eine Temperatur, eine Qualität (z. B. Homogenität der Dichteverteilung, Flüchtigkeit, etc.) und/oder eine Menge des Bearbeitungsmediums und/oder -fluids (z. B. Lack, Beschichtungspulver, Klebstoff oder dergleichen). Diese Informationen kann die Steuereinrichtung 55 zum Beispiel von einer übergeordneten Anlagensteuerung der Lackieranlage erhalten.
Auf diese Weise kann einer zu starken Anreicherung von Lösungsmitteln, die während des Trocknungs- und/oder Härtungsprozesses aus dem Lackfilm, einem Klebstoff oder dergleichen in die Prozesskammer 18 der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 gelangen, entgegengewirkt werden. Hierzu kann kontinuierlich ausreichend Frischluft in die Prozesskammer 18 geleitet und gleichzeitig lösemittelhaltige Abluft aus der Prozesskammer 18 ausgeleitet werden. Die über die Abluftleitung 46 entnommene Abluftmenge kann hierdurch durch eine entsprechende Frischluftmenge ersetzt werden. Die eingeleitete Frischluftmenge sowie die ausgeleitete Abluftmenge sind hierbei so gewählt, dass eine Kondensat-Bildung im Bereich der Schleusenzonen 20, 24 verhindert und/oder reduziert werden Kann. Ferner sind die Frischluftmenge und die Abluftmenge hierbei optimiert, das heißt möglichst klein gewählt, um Energie zu sparen. Insbesondere wird zum Aufheizen der über die Frischluftleitung 50 zugeführten Frischluft Energie im Frischluftrekuperator 34 benötigt, deren Verbrauch dadurch optimiert werden kann. Außerdem erfolgt für die ausgeleitete Abluft bevorzugt eine thermische Abluftreinigung in der TNV 26.
Eine weitere Energieeinsparung erfolgt durch die Steuereinrichtung 55 über eine Anpassung der Heizleistung der Heizvorrichtung 26–37, insbesondere der Brennerleistung der TNV 26 an die Frischluft- und/oder Abluftmengensteuerung. Diese Anpassung der Heizleistung Kann, optional ohne zusätzliche Messsysteme (z. B. zum Erfassen der Schadstoffkonzentration in der Reinluft, beispielsweise stromab der TNV 26 in der Reinluft oder stromauf der TNV 26 in der Abluft), basierend auf den von der Anlage 10 gelieferten Produktionsdaten und -parametern, die von der Steuereinrichtung 55 bereits zur Frischluft- und/oder Abluftmengensteuerung verwendet werden, ausgeführt werden.
Die Steuereinrichtung 55 ermöglicht einen bedarfsgerechten und damit energiesparenden Betrieb der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10. Die hier vorgeschlagene, verbesserte Anlagenregelung ist möglich, weil sich zum Beispiel bei einer reduzierten Anzahl von Werkstücken 14 in der Prozesskammer 18 der Wasser- und Kohlenstoffeintrag, insbesondere der Lösemittel- und/oder Kohlenwasserstoffeintrag in die Anlage 10 vermindert. Für eine gleichbleibende, prozessfähige Prozesskammeratmosphäre reduzieren sich dementsprechend auch die erforderlichen Volumenströme der in die Prozesskammer 18 einzuleitenden Frischluft und der aus der Prozesskammer 18 auszuleitenden Abluft. Die spezifische Schadstoffbeladung der Abluft, welche typischerweise in der Einheit Masse pro Volumen (z. B. g/m³) angegeben wird, bleibt dabei aufgrund der kleineren Werkstückanzahl in der Prozesskammer 18 im Wesentlichen konstant. Die mit dem geringeren Abluftvolumenstrom einhergehende Verweilzeiterhöhung der Abluft in der TNV 26 bringt einen verbesserten Ausbrand und damit auch verbesserte Emissionswerte für die Reinluft mit sich. Hierdurch ist es möglich, bei kleinerer Werkstückanzahl nicht nur die Frischluft- und/oder Abluftvolumenströme zu vermindern, sondern auch die Brennerleistung der TNV 26, und dennoch die vorgeschriebenen Emissionswerte einzuhalten.
Ein Absenken der Brennkammertemperatur der TNV 26 ist auch technisch sinnvoll und ggf. notwendig, da eine reine Abluftvolumenstromabsenkung baulich bedingt sehr hohe Vorwärmtemperaturen in der Aufheizzone der TNV 26 mit sich bringen kann. Als mögliche Folgen können Anlagenschäden z. B. durch thermische Überlastung am Ende der Vorwärmzone der TNV 26 auftreten. Es ist somit vorteilhaft, die Prozessluftmengensteuerung mit der Brennkammertemperaturregelung zu einer integrierten Gesamtsteuerung zusammenzuführen.
Wie oben erläutert, kann diese Zusammenführung so aussehen, dass die Frischluft- und/oder Abluftmengensteuerung der Brennkammertemperaturregelung übergeordnet ist. Eine Anhebung bzw. Absenkung des Abluftvolumenstroms durch die Abluftleitung 46 hätte dann automatisch eine Anhebung bzw. Absenkung der Brennkammertemperatur zur Folge. Der hier zugrunde liegende Steuerungsalgorithmus kann zum Beispiel durch Referenzmessungen im Rahmen der Emissionswerteinstellungen an der TNV 26 für die vorliegende Anlage 10 angepasst werden.
Dabei kann die Steuereinrichtung 55 die Frischluftmenge und/oder die Abluftmenge in die bzw. aus der Prozesskammer 18 der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 bevorzugt in Abhängigkeit von einem oder mehreren der folgenden Prozessparameter der Anlage 10 steuern:

– Anzahl und/oder Gewicht und/oder Typ und/oder Oberflächengröße der in der Prozesskammer 18 aufgenommenen Werkstücke 14;
– Anzahl und/oder Gewicht und/oder Typ und/oder Oberflächengröße der der Prozesskammer 18 pro Zeiteinheit zugeführten Werkstücke 14.

Weitere mögliche Prozessparameter, auf deren Basis die Frischluft- und/oder Abluftmengensteuerung durchgeführt werden kann, sind:

– Volumenstrom, Massenstrom, Temperatur, Qualität und/oder Menge des Bearbeitungsmediums und/oder -fluids;
– Schadstoffgehalt und/oder Temperatur und/oder Feuchtigkeit der Prozessluft in der Prozesskammer 18;
– Schadstoffgehalt und/oder Temperatur und/oder Feuchtigkeit der aus der Prozesskammer 18 ausgeleiteten Abluft.

Alternativ kann durch die Steuereinrichtung 55 auch eine Regelungsarchitektur vorgesehen sein, bei welcher die Regelung der Brennkammertemperatur der TNV 26 in Abhängigkeit von bestimmten Prozessparametern der Anlage 10 (Master) mit automatischer Anpassung des Frischluft- und/oder des Abluftvolumenstroms (Slave) durchgeführt werden kann.
Dabei kann die Steuereinrichtung 55 die Brennkammertemperatur der TNV 26 ebenfalls bevorzugt in Abhängigkeit von einem oder mehreren der folgenden Prozessparameter der Anlage 10 steuern:

Weitere mögliche Prozessparameter, auf deren Basis die Regelung der Brennkammertemperatur durchgeführt werden kann, sind:

– Schadstoffgehalt und/oder Temperatur der aus der Prozesskammer 18 ausgeleiteten Abluft;
– Schadstoffgehalt und/oder Temperatur des aus der Heizvorrichtung 26-37 in die Umgebung ausgeleiteten Reingases;
– Temperaturdifferenz der aus der Prozesskammer ausgeleiteten und wieder in die Prozesskammer eingeleiteten Umluft (Zonen 21, 22, 23);
– Temperaturdifferenz zwischen der der Brennkammer 37 der TNV 26 zugeführten Abluft aus der Prozesskammer 18 und des aus der Brennkammer 37 ausgeleiteten Reingases;
– Stellung einer Reingas- oder Dosierklappe, die je nach Öffnungswinkel mehr oder weniger Reingasenthalpie an die Umluft abgibt.

Schließlich ist auch eine prinzipielle Gleichordnung der Prozessluftmengensteuerung und der Brennkammertemperatursteuerung denkbar. D. h. das jeweilige Master/Slave-Verhältnis dieser beiden Regelungen durch die Steuereinrichtung 55 wird erst im Betrieb der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 in Abhängigkeit von den aktuellen Produktionsdaten bzw. -parametern bestimmt.
Bezug nehmend auf 2 werden nun verschiedene Modifikationen der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 von 1 erläutert, die einzeln oder in beliebiger Kombination vorgesehen sein können.
Wie oben erwähnt, kann die Steuereinrichtung 55 als weiteren Prozessparameter wahlweise auch einen Zustandsparameter (z. B. Feuchtigkeit, Temperatur, Schadstoffgehalt) der Prozessluft in der Prozesskammer 18 verwenden. Wie in 2 dargestellt, kann deshalb optional ein entsprechender Prozessluftsensor 62 in/an der Prozesskammer 18 angebracht sein. Während dieser Prozessluftsensor 62 in 2 in/an der Schleusenzone 20 positioniert ist, kann/können ein oder mehrere Prozessluftsensor(en) alternativ oder zusätzlich auch in/an einer oder mehreren der anderen Zonen 21–24 der Prozesskammer 18 vorgesehen sein.
Wie bereits oben erwähnt, kann die Steuereinrichtung 55 als weiteren Prozessparameter wahlweise auch einen Zustandsparameter (z. B. Temperatur, Schadstoffgehalt) der durch die Abluftleitung 46 aus der Prozesskammer 18 ausgeleiteten Abluft verwenden. Wie in 2 dargestellt, kann deshalb optional ein entsprechender Abluftsensor 64 in/an der Abluftleitung 46 angebracht sein.
Wie ebenfalls bereits oben erwähnt, kann die Steuereinrichtung 55 als weiteren Prozessparameter wahlweise auch einen Zustandsparameter (z. B. Temperatur, Schadstoffgehalt) der von der Heizvorrichtung 26–37 ausgegebenen Reinluft 38 verwenden. Wie in 2 dargestellt, kann deshalb optional ein entsprechender Reinluftsensor 66 stromab der Heizvorrichtung vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Reinluftsensor zwischen der TNV 26 und dem ersten Umluftrekuperator 28 vorgesehen sein.
Wie in 2 veranschaulicht, können ferner verschiedene weitere Abluftleitungen 68, 70, 72, 74 vorgesehen sein.
Eine Saugseite der weiteren Abluftleitung 68 ist wie bei der Abluftleitung 46 in der Haltezone 23 der Prozesskammer 18 angeordnet. Diese weitere Abluftleitung 68 ist mit der Frischluftleitung 50 zusammengeführt, um die Frischluft aus dem Frischlufteingang 52 mit der Abluft aus der weiteren Abluftleitung 68 zu vermischen. Dieses Gemisch aus Frischluft und Abluft wird über die Frischluftleitung 50 den Schleusenzonen 20, 24 der Prozesskammer 18 zugeführt. In der weiteren Abluftleitung 68 sind vorzugsweise ein in seinem Durchsatz verstellbarer, insbesondere frequenzgeregelter Ventilator und eine Drosselklappe angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung berücksichtigt die Steuereinrichtung 55 vorzugsweise neben den beiden Kriterien Energieeinsparung und Kondensatvermeidung noch ein drittes Kriterium, nämlich die Begrenzung der Lösemittelkonzentration auf unterhalb 25% der unteren Explosionsgrenze (UEG). Um diese Kriterien zu erfüllen, ist eine gewisse Menge an Abluft aus der Haltezone 23 auszuleiten. Die über die Abluftleitung 46 aus der Prozesskammer 18 entfernte Abluft wird einer thermischen Abluftreinigung in der Brennkammer 37 der TNV 26 unterzogen, während der über die weitere Abluftleitung 68 aus der Haltezone 23 ausgeleitete und zusammen mit der Frischluft in die Schleusenzonen 20, 24 eingeleitete Teil der Abluft in Bezug auf die gesamte Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 als Umluft dient und die mit dem Lösungsmittel angereicherte Prozessluft über die Prozesskammer 18 verteilen kann. Hierdurch wird eine hohe Konzentration von Lösungsmitteln in der Prozessluft der Haltezone 23 verringert, wobei die thermische Energie erhalten bleibt und damit der Energiebedarf weiter verringert werden kann. Außerdem kann der über die weitere Abluftleitung 68 geführte Teil der Abluftmenge einen Teil der zugeführten Frischluftmenge ersetzen. Dabei ist das in die Schleusenzonen 20, 24 gelangende Luftgemisch aus der Abluft und der Frischluft aufgeheizt und relativ lösemittelarm, wenn dieses mit der Schleusenumluft in den Schleusenzonen 20, 24 in Berührung kommt, weshalb einer Kondensatbildung in diesen Zonen 20, 24 entgegengewirkt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die als Umluft dienende Abluft auch aus einer anderen Zone der Prozesskammer 18, beispielsweise der ersten Aufheizzone 21 und/oder der zweiten Aufheizzone 22, entnommen werden.
Über eine weitere Abluftleitung 70, 72 kann als Umluft dienende Abluft aus der Haltezone 23 der Prozesskammer 18 abgeführt und vorzugsweise direkt, d. h. ohne Vermischen mit Frischluft, den Schleusenzonen 20, 24 zugeführt werden. Die beiden weiteren Abluftleitungen 70, 72 können wahlweise separate Saugstellen oder eine gemeinsame Saugstelle in der Haltezone 23 haben.
Über eine weitere Abluftleitung 74 kann als Umluft dienende Abluft aus der ersten Aufheizzone 21 der Prozesskammer 18 abgeführt und der Schleusenzone 20 zugeführt werden. Dadurch kann eine gewisse Abluftmenge aus der ersten Aufheizzone 21 in die Schleusenzone 20 geleitet werden.
Obwohl nicht dargestellt, können in den weiteren Abluftleitungen 68, 70, 72, 74 auch Ventilatoren, Drosseln bzw. Drosselklappen und Filtervorrichtungen vorgesehen sein.
Bezug nehmend auf 3 werden verschiedene weitere Modifikationen der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 von 1 erläutert. Diese weiteren Modifikationen können einzeln oder in beliebiger Kombination und/oder in beliebiger Kombination mit einer oder mehreren Kombinationen von 2 vorgesehen sein.
Wie in 3 dargestellt, kann zwischen der ersten Aufheizzone 21 und der zweiten Aufheizzone 22 optional eine Zwischenschleuse 25 vorgesehen sein. Von der Frischluftleitung 50 zweigt eine Zweigleitung 51 ab, über welche mittels einer Düse ein Frischluftstromvorhang in der Zwischenschleuse 25 erzeugt werden kann.
Ferner besteht die Möglichkeit, einer oder mehreren der Umluftleitungen 40, 42, 44 Frischluft zuzuleiten. Zu diesem Zweck ist eine weitere Frischluftleitung 76 vorgesehen, die um Beispiel stromauf und/oder stromab des Wärmetauschers 35 des Frischluftrekuperators 34 abzweigt und zum Beispiel stromab des Wärmetauschers 29, 31, 33 des jeweiligen Umluftrekuperators 28, 30, 32 in die entsprechende Umluftleitung 40, 42, 44 mündet.
Weitere Varianten der Trocknungs- und/oder Härtungsanlage 10 weisen eine Durchflussmesseinrichtung 78 an der weiteren Frischluftleitung 76 und/oder eine Durchflussmesseinrichtung 79 an der Frischluftleitung 50 auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/122121 A2 [0002, 0003, 0031, 0031]
DE 102011114292 A1 [0004]
DE 102008034746 B4 [0005]

Claims

1, Werkstückbearbeitungsanlage (10), insbesondere zum Trocknen und/oder Härten von lackierten und/oder beschichteten und/oder geklebten Werkstücken, aufweisend: eine Prozesskammer (18) zum Aufnehmen von zu bearbeitenden Werkstücken (14), wobei die Prozesskammer (18) mit einer Prozessluftleitung (40, 42, 44, 46, 50) zum Einleiten und/oder Ausleiten von Prozessluft in die bzw. aus der Prozesskammer verbunden ist; eine Heizvorrichtung (26–37) zum Erwärmen einer in die Prozesskammer (18) einzuleitenden Prozessluft; und eine Steuereinrichtung (55) zum Steuern einer in die Prozesskammer eingeleiteten und/oder aus der Prozesskammer ausgeleiteten Prozessluftmenge und zum Steuern einer Heizleistung der Heizvorrichtung, wobei die Steuereinrichtung (55) ausgestaltet ist, um die Prozessluftmenge und die Heizleistung abhängig voneinander oder in Bezug zueinander einzustellen, zu steuern und/oder zu regeln.

Werkstückbearbeitungsanlage nach Anspruch 1, bei welcher die Steuereinrichtung (55) ausgestaltet ist, um die Heizleistung der Heizvorrichtung an die Prozessluftmenge oder die Prozessluftmengensteuerung anzupassen oder die Prozessluftmenge an die Heizleistung oder die Heizleistungssteuerung anzupassen.

Werkstückbearbeitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Prozessluftleitung (40, 42, 44, 46, 50) eine Frischluftleitung (50) zum Einleiten von Frischluft in die Prozesskammer, eine Abluftleitung (46) zum Ausleiten von Abluft aus der Prozesskammer und/oder eine Umluftleitung (40, 42, 44) zum Ausleiten und Wiedereinleiten von Abluft aus der bzw. in die Prozesskammer aufweist; und die Steuereinrichtung (55) ausgestaltet ist, um die Frischluftmenge, die Abluftmenge und/oder die Umluftmenge zu steuern.

Werkstückbearbeitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Heizvorrichtung (26–37) eine Brennkammer (37) aufweist; und die Steuereinrichtung (55) ausgestaltet ist, um eine Brennkammertemperatur der Brennkammer (37) zu steuern.

Werkstückbearbeitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Heizvorrichtung (26–37) eine thermische Nachverbrennungseinrichtung (26) aufweist, die mit einer mit der Prozesskammer (18) verbundenen Abluftleitung (46) zum Zuführen von Abluft aus der Prozesskammer in die Nachverbrennungseinrichtung (26) verbunden ist.

Werkstückbearbeitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Heizvorrichtung (26–37) einen Umluftrekuperator (28, 30, 32) und/oder einen Frischluftrekuperator (34) aufweist; und ein aus einer Verbrennung resultierendes Reingas dem Umluftrekuperator (28, 30, 32) und/oder dem Frischluftrekuperator (34) zugeleitet wird.

Werkstückbearbeitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Steuereinrichtung (55) ausgestaltet ist, um die Prozessluftmenge in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters zu steuern, der ausgewählt ist aus: – Anzahl und/oder Gewicht und/oder Typ und/oder Oberflächengröße der in der Prozesskammer (18) aufgenommenen Werkstücke (14); – Anzahl und/oder Gewicht und/oder Typ und/oder Oberflächengröße der der Prozesskammer (18) pro Zeiteinheit zugeführten Werkstücke (14); – Volumenstrom, Massenstrom, Temperatur, Qualität und/oder Menge des Bearbeitungsmediums und/oder -fluids; – Schadstoffgehalt und/oder Temperatur und/oder Feuchtigkeit der Prozessluft in der Prozesskammer (18); – Schadstoffgehalt und/oder Temperatur und/oder Feuchtigkeit einer aus der Prozesskammer (18) ausgeleiteten Abluft.

Werkstückbearbeitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Steuereinrichtung (55) ausgestaltet ist, um die Heizleistung der Heizvorrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters zu steuern, der ausgewählt ist aus: – Anzahl und/oder Gewicht und/oder Typ und/oder Oberflächengröße der in der Prozesskammer (18) aufgenommenen Werkstücke (14); – Anzahl und/oder Gewicht und/oder Typ und/oder Oberflächengröße der der Prozesskammer (18) pro Zeiteinheit zugeführten Werkstücke (14); – Schadstoffgehalt und/oder Temperatur einer aus der Prozesskammer (18) ausgeleiteten Abluft; – Schadstoffgehalt und/oder Temperatur eines aus der Heizvorrichtung (26–37) in die Umgebung ausgeleiteten Reingases; – Temperaturdifferenz einer aus der Prozesskammer ausgeleiteten und wieder in die Prozesskammer eingeleiteten Umluft; – Temperaturdifferenz zwischen einer einer Brennkammer (37) der Heizvorrichtung zugeführten Abluft aus der Prozesskammer (18) und eines aus der Brennkammer ausgeleiteten Reingases; – Stellung einer Reingas- oder Dosierklappe.

Verfahren zum Betreiben einer Werkstückbearbeitungsanlage (10), insbesondere zum Trocknen und/oder Härten von lackierten und/oder beschichteten und/oder geklebten Werkstücken, bei welchem zu bearbeitende Werkstücke (14) in einer Prozesskammer (18) aufgenommen werden, wobei die Prozesskammer (18) mit einer Prozessluftleitung (40, 42, 44, 46, 50) zum Einleiten und/oder Ausleiten von Prozessluft in die bzw. aus der Prozesskammer verbunden ist; eine in die Prozesskammer (18) einzuleitende Prozessluft mittels einer Heizvorrichtung (26–37) erwärmt wird; und eine in die Prozesskammer eingeleitete und/oder aus der Prozesskammer ausgeleitete Prozessluftmenge und eine Heizleistung der Heizvorrichtung abhängig voneinander oder in Bezug zueinander eingestellt, gesteuert und/oder geregelt werden.

Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Heizleistung der Heizvorrichtung an die Prozessluftmenge oder die Prozessluftmengensteuerung angepasst wird oder die Prozessluftmenge an die Heizleistung oder die Heizleistungssteuerung angepasst wird.

Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem die Prozessluftmenge in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters gesteuert wird, der ausgewählt ist aus: – Anzahl und/oder Gewicht und/oder Typ und/oder Oberflächengröße der in der Prozesskammer (18) aufgenommenen Werkstücke (14); – Anzahl und/oder Gewicht und/oder Typ und/oder Oberflächengröße der der Prozesskammer (18) pro Zeiteinheit zugeführten Werkstücke (14); – Volumenstrom, Massenstrom, Temperatur, Qualität und/oder Menge des Bearbeitungsmediums und/oder -fluids; – Schadstoffgehalt und/oder Temperatur und/oder Feuchtigkeit der Prozessluft in der Prozesskammer (18); – Schadstoffgehalt und/oder Temperatur und/oder Feuchtigkeit einer aus der Prozesskammer (18) ausgeleiteten Abluft.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei welchem die Heizleistung der Heizvorrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters gesteuert wird, der ausgewählt ist aus: – Anzahl und/oder Gewicht und/oder Typ und/oder Oberflächengröße der in der Prozesskammer (18) aufgenommenen Werkstücke (14); – Anzahl und/oder Gewicht und/oder Typ und/oder Oberflächengröße der der Prozesskammer (18) pro Zeiteinheit zugeführten Werkstücke (14); – Schadstoffgehalt und/oder Temperatur einer aus der Prozesskammer (18) ausgeleiteten Abluft; – Schadstoffgehalt und/oder Temperatur eines aus der Heizvorrichtung (26–37) in die Umgebung ausgeleiteten Reingases; – Temperaturdifferenz einer aus der Prozesskammer ausgeleiteten und wieder in die Prozesskammer eingeleiteten Umluft; – Temperaturdifferenz zwischen einer einer Brennkammer (37) der Heizvorrichtung zugeführten Abluft aus der Prozesskammer (18) und eines aus der Brennkammer ausgeleiteten Reingases; – Stellung einer Reingas- oder Dosierklappe.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei welchem die Heizleistung ohne Erfassen einer zusätzlichen Messgröße betreffend eine Schadstoffkonzentration der in die Prozesskammer (18) eingeleiteten Prozessluft und/oder der aus der Prozesskammer (18) ausgeleiteten Prozessluft, vorzugsweise mittels eines Steuerungsalgorithmus angepasst wird.