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Lacktrocknungs- bzw. Einbrennofen Die Erfindung betrifft einen Ofen
zum Trocknen bzw. Einbrennen von flüchtige brennbare Bestandteile abgebenden Überzügen
flacher, auf einem endlosen Förderelement durch den Ofen geführter Gegenstände mit
drei oder mehreren hintereinandergeschalteten Behandlungszonen, zwischen denen im
Gutbereich Teilluftmengen übertreten.
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Bei den meisten bekannten Lacktrocknungsöfen wird im wesentlichen
die gesamte Wärmezufuhr durch direkte oder indirekte Erhitzung einer durch eine
oder mehrere Behandlungszonen des Ofens unigewälzte Luftmenge mit dieser zugeführter
Frischluft erreicht. Man hat auch schon die die Lösungsmitteldämpfe enthaltenden
Abgase teilweise mittels eines Katalytelementes verbrannt und mit der so erhaltenen
Wärmeenergie einen Teil des Wärmebedarfs zur Trocknung der Lacküberzüge gedeckt.
Die Ofenkonstruktion dazu ist aber nur für einen geringen Durchsatz geeignet. Wegen
der bei der Trocknung von Lacküberzügen auf plattenförmigen Gegenständen mit großer
Geschwindigkeit anfallenden sehr großen Lösungsmittelmengen und der Brennbarkeit
der Abgase und der damit verbundenen Explosionsgefahr hat man bisher bei den dafür
verwendeten C)fen die Abgase einfach oder nach vorheriger Verbrennung mit Katalytelement
ohne Wiederverwendung der dadurch erzeugten Wärme abgeblasen. Damit war die Explosionsgefahr
im Ofen selbst aber noch nicht beseitigt, denn je nach der Art des Oberzuges und
der Betriebsgeschwindigkeit wechselt die Lösungsmittelkonzentration in den im Ofen
befindlichen Gasen. Auch der Wärmebedarf des Ofens ist von den hiermit verbundenen
Belastungsänderungen abhängig. Öfen, die unterhalb der Auslegungskapazität betrieben
werden, können mit sehr geringem Wirkungsgrad arbeiten. Hierbei ist auch die Zuführung
von Frischluft zu dem Ofen, die dazu dient, die verdampften Lösungsmittel bis auf
den zur Vermeidung jeglicher Feuersgefahr und Kondensation von Lösungsmitteln genügenden
Grad zu verdünnen, von besonderer Bedeutung. Gerade diese Kondensation würde eine
Quelle für Feuersgefahr darstellen und außerdem die häufige Reinigung des Ofens
und der hiermit verbundenen weiteren Apparaturen erforderlich machen. Auch bei Betrieb
unterhalb der Auslegungskapazität muß daher wegen der Betriebssicherheit eine Mindestbelüftung
des Ofens gegeben sein, was seinen Wirkungsgrad herabsetzt.
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Zur Überwindung dieser 91chwierigkeiten der bekannten Lacktrocknungsöfen
dient der erfindungsgemäße Ofen. Er ist gekennzeichnet durch je ein Katalytelement
in den Gasauslässen der Umluftkreise der ersten beiden Zonen, geschlossene; Heizmittelseitig
hintereinandergeschaltete Wärmetauscher; deren Heizmittel eine durch das Katalytelement
der zweiten Zone aufgeheizte Teilluftüierige ist, in den
Umluftkreisen der
zureiten Zone und aller folgenden Zonen und je einen drosselbaren, in den Gasauslaß
der ersten und in die letzte Behandlungszone nitüideüden Frischlufteinlaß. Dadurch
kätlti der Wärmebedarf des Ofens nach Eiteichen der notwendigen Betriebstemperatur
ohne Energiezufuhr von außen allein durch die bei der Verbinnung der Lösungstnitteldä'lpfe
frei Werdende Wärmeenergie gedeckt werden, wobei gleichzeitig alle in den Abgasen
enthaltenen brennbaren und riechenden Stoffe entfernt werden und die Konzentration
an brennbaren Bestandteilen in der Umluft selbst bei großem Durchsatz so gehalten
wird, daß keine Explosionsgefahr mehr gegeben ist und Lösungsmittelkondensation
im Ofen nicht stattfindet.
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Bei vorbekannten öfen der betrachteten Art, in denen plattenförmige
Gegenstände In großen Mengen durchgesetzt werden, besteht aiigefdew stets
das Problem des Eindsingens von Luft an der Stelle des Ofens, an der die zu trocknenden
Metallplatten in den Ofen eingeführt werden. Bis jetzt hat man diese Luft unterschiedslos
sich mit den verdampften Lösungsmitteln in dem ersten Teil des Ofens vermischen
lassen, wodurch der Wärmeenergiebedarf
beträchtlich erhöht wird.
Außerdem geschieht das Eindringen von Luft in einer derartigen Weise, daß die so
eingedrungene Luft nicht als Frischluftanteil zur Durchlüftung des Ofens dient und
die Dämpfe nicht so weit verdünnen kann, daß Feuersgefahr zu bestehen aufhört. In
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trocknungs- und Einbrennofens
sind zur Überwindung dieser Nachteile der vorbekannten Öfen seitlich der Guteintrittsstelle
beginnende, nach dem Katalytelement der ersten Behandlungszone in diese mündende
Frischluftkanäle vorgesehen.
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Eine weitere Verbesserung der Kontrolle des Wärmehaushalts des erfindungsgemäßen
Ofens und der Lösungsmittelkonzentration in der Umluft wird durch einen Gasdurchlaß
zwischen dem ersten Gutbehandlungsteil und dem Raum zwischen dem ersten Katalytelement
und dem ersten Umlaufgebläse erreicht.
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Vorteilhaft wird vor dem Katalytelement der zweiten Behandlungszone
ein Sauggebläse angeordnet, das die Förderung der aus dieser Zone und aus dem Ende
der ersten Zone kommenden Abgase durch das Katalytelement und durch die nachgeschalteten
Wärmeaustauscher verstärkt. Der weiteren Verbesserung des Wärmehaushalts des Ofens
kann eine Vorheizkammer unter den Behandlungszonen dienen. durch die das Untertrum
des Förderbandes geführt wird.
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Der erfindungsgemäße Ofen kann zum Trocknen bzw. Einbrennen verschiedener
Arten von Oberzügen verwendet werden, die flüchtige, brennbare Bestandteile abgeben,
in erster Linie zum Trocknen bzw. Einbrennen von Drucken oder anderen Überzügen,
die auf Metallplatten zur Verzierung oder zum Schutz aufgetragen sind, z. B. Kaffee-,
Bier-, Saft-, Öldosen. Manchmal ist es notwendig, einen Grundüberzug aufzutragen,
der vor der Auftragung anderer dekorativer Überzüge, die z. B. verschiedenfarbig
sein können, getrocknet wird. Verschiedene Behälter, wie z. B. Bier- und Sardinendosen,
haben auf ihrer Innenseite einen Schutzüberzug aus Lack. Derartige Schutzüberzüge
werden im allgemeinen ebenfalls auf das plattenförmige Rohmaterial vor seiner Verformung
zu einem Behälter aufgetragen und getrocknet. Der erfindungsgemäße Ofen kann aber
auch zum Trocknen bzw. Einbrennen von Überzügen anderer flacher Gegenstände verwendet
werden.
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Die heutigen Öfen arbeiten mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 150
-,Metallplatten pro Minute bei einer ungefähren Größe von 87 X 112 mm. Die Menge
des während des Trocknungsprozesses verdampften Lösungsmittels kann bis zu 230 bis
5501 pro Stunde betragen. Es liegt auf der Hand, daß die Durchführung des Trocknungsprozesses
mit einer derart hohen Geschwindigkeit mit beträchtlichen Anforderungen an den Ofen
bezüglich des Wärmebedarfs verbunden ist.
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Die Erfindung wird durch die Zeichnung eines Ausführungsbeispiels
erläutert.
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F i g. 1 a zeigt mit Fortsetzung 1 b eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Ofens; F i g. 2 zeigt im wesentlichen im Schnitt 3-3 der F i g. 1 die seitlichen
-Frischluftkanäle an der Guteintrittsstelle; F i g. 3 zeigt einen Querschnitt der
letzten Behandlungszone mit einem Drosselorgan zur Regelung des durch den Wärmetauscher
fließenden und des an diesem vorbei, direkt zum Einlaß des Umlaufgebläses gehenden
Luftstromes und die Frischlufteinlaßöffnung der letzten Behandlungszone; F i g.
4 zeigt im wesentlichen die Vorheizkammer (76) zum Anwärmen des Förderbanduntertrumes
und deren Versorgung mit Heizmittel.
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Der Trocknungs- und Einbrennofen besteht aus einem langgestreckten
Gehäuse 10, das aus der oberen Wand 11 und den Seitenwänden 12 und 13 zusammengesetzt
ist. Die Bodenfläche wird durch die Fläche 14, auf der der Ofen aufgestellt
ist, z. B. durch den Boden eines Gebäudes oder durch eine andere Oberfläche, gebildet.
Falls erwünscht, kann auch eine getrennte Bodenwand eingebaut sein, so daß sie einen
Teil des Gehäuses 10 bildet. In dem Gehäuse 10 sind weiterhin eine Teilungswand
15 in Längsrichtung und eine zweite solche Teilungswand 16 unter der Teilungswand
15 eingerichtet, wodurch eine langgestreckte Wärmebehandlungskammer 17 gebildet
wird, die in mehrere Wärmebehandlungszonen 23, 24, 25 und 26 unterteilt ist. Ein
endloses Förderband 18, das mit Rahmen 19 oder anderen passenden Vorrichtungen zur
Aufnahme und zum Festhalten der zu behandelnden Metallplatten oder Gegenstände versehen
ist, ist so eingebaut, daß es durch die Kammer 17 auf geeigneten Fahrschienen 20
od. dgl. läuft und der unter Teil des Förderbandes 18 durch die Kammer 21
unter der Trennwand 16 geführt wird. Dort kann es auf geeigneten Schienen 22 od.
dgl. laufen. Das Förderband 18 kann über Rollen oder andere geeignete Vorrichtungen
18', die nahe den Enden der Wärmebehandlungskammer 17 eingebaut sind, laufen.
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Unter dem Förderband 18 ist in der ersten Zone 23 ein Schacht 27 angebracht,
um heiße Gase durch die Gegenstände und Materialien, die von dem Förderband 18 getragen
werden, zu leiten. Ober der ersten Zone 23 ist ein Auslaßkanaf 28 für die Dämpfe
angebracht, um die verdampften Lösungsmittel abzuleiten. In dem Auslaßkanal 28 sind
Heizbrenner 29 eingebaut, denen Gas oder anderer Brennstoff zugeführt werden kann.
Außerdem ist in dem Auslaßkanal 28 hinter den Brennern 28 ein Katalytelement 30
eingebaut. Das katalytisch arbeitende Verbrennungselement 30 kann von der Art sein,
wie es in dem USA.-Patent 2658742 von S u t e r vom 10. November 1953 veröffentlicht
ist, oder von jeder anderen geeigneten Art. Da das Katalytelement 30 direkt in dem
Strom der mit Dämpfen beladenen, von den Brennern 29 kommenden Luft liegt, findet
keine Verdünnung dieser Dämpfe vor ihrem Kontakt mit dem Katalysator statt, weshalb
das Katalytelement mit höchstem Wirkungsgrad arbeiten kann. Ein Umluftgebläse 31
ist vorgesehen, dessen Einlaß 32 mit dem Kanal 28 hinter dem Verbrennungselement
30 verbunden ist. Die Auslaßöffnung 33 des Umlaufgebläses 31 ist mit dem Schacht
27 verbunden. Die durch die Brenner 29 und das Katalytelement 30 erhitzten
Gase fließen also zu der Einlaßöffnung 32 des Gebläses 31 und werden dann
durch den Schacht 27
und die erste Wärmebehandlungszone 23 zirkuliert.
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Da das Eingangsende der ersten Wärmebehandlungszone 23 nicht hermetisch
abgeschlossen werden kann und daher auf diesem Wege eine gewisse Menge an Frischluft
in die erste Wärmebehandlungszone 23 eindringt, sind seitlich der Guteintrittsstelle
beginnende Kanäle 34 und 35 für die eindringende Luft vorgesehen. Diese Kanäle sind
mit einem gemeinsamen Kanal 36 verbunden, der an den Brennern 29
und
an dem Katalytelement 30 vorbeigeführt ist und direkt in den Kanal 28 zwischen
dem Verbrennungselement 30 und der Einlaßöffnung 32 des Gebläses 31 ausläuft. Die
eingedrungene Luft wird daher in den Umleitungskanälen 34 und 35 gesammelt und durch
den Einlaß des Gebläses 31 abgezogen und mit der Luft, die von dem Katalytelement
30 kommt, vermischt, um durch den Schacht 27 und die erste Wärmebehandlungszone
23 wieder zirkuliert zu werden.
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Bei Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen Trocknung und Einbrennofens
wird die von der ersten Wärmebehandlungszone 23 kommende und mit Dämpfen beladene
Luft durch die Brenner 29 auf eine zur Aktivierung des Katalytelements 30 genügend
hohe Temperatur erhitzt. Sodann erzeugt das Katalytelement 30 je nach der Lösungsmittelmenge
in der dem Katalytelement zugeführten Luft die gesamte zur Trocknung der durch die
erste Wärmebehandlungszone 23 laufenden Gegenstände notwendige Wärme. Daher kann
die Brennstoffzufuhr zu den Brennern 29 mit Hilfe einer geeigneten Regelvorrichtung
gedrosselt werden, wodurch die Betriebskosten des Ofens herabgesetzt werden.
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Da es unter Umständen notwendig ist, zusätzliche Frischluft in die
erste Behandlungszone 23 einzuführen, ist für diesen Zweck ein Frischlufteinlaß
37 vorgesehen, der mit dem Kanal 28 zwischen dem Katalytelement 30 und dem Einlaß
32 des Gebläses 31 in Verbindung steht. Mit einer geeigneten Drosselklappe 39 wird
die durch den Einlaß 37 zufließende Frischluft ihrer Menge nach kontrolliert.
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Da es manchmal erwünscht ist, daß ein Teil der mit Lösungsmitteldämpfen
beladenen Luft an den Brennern 29 und dem Verbrennungselement 30 vorbeifließt, kann
ein Gasdurchlaß 40 zwischen der ersten Wärmebehandlungszone 23 und dem Kanal
28, und zwar zwischen dem Katalytelement 30 und dem Einlaß 32 des Gebläses 31 vorgesehen
sein. Dieser Gasdurchlaß 40 wird durch geeignete Drosselklappen oder durch andere
Vorrichtungen 41 kontrolliert, die automatisch oder durch Handbetrieb einstellbar
sind, um den Gasdurchfluß durch den Durchlaß 40 regeln zu können.
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Ein zweiter Schacht 42 ist unter dem Förderband in der zweiten Zone
24 angebracht, um erhitzte Gase über die vom Förderband durch die Zone 24 transportierten
Artikel zu leiten. Über der zweiten Zone 24 und über einem Teil der ersten Zone
23 ist eine Abzugshaube oder eine andere zum Auffangen der Dämpfe geeignete Vorrichtung
43 vorgesehen. Die Abzugshaube 43 ist mit dem Einlaß 45 des Gebläses 46 über einen
Kanal 44 verbunden. Der Auslaß 47 des Gebläses 46 ist mit dem Gaskanal 48 verbunden,
der über der Wärmebehandlungskammer 17 angebracht ist und in dem eine Reihe von
Wärmeaustauschern 49, 50 und 51 angeordnet sind. Dabei ist der Wärmeaustauscher
49 der zweiten Wärmebehandlungszone 24, der Wärmeaustauscher 50 der darauffolgenden
Wärmebehandlungszone 25 und der Wärmeaustauscher 51 der letzten Wärmebehandlungszone
26 zugeordnet. Nachdem die erhitzten Gase durch den letzten Wärmeaustauscher 51
hindurchgegangen sind, werden sie über einen geeigneten Schornstein oder eine andere
Vorrichtung 52 in die freie Luft abgeblasen.
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In dem Kanal 48 ist zwischen dem Gebläse 46 und dem ersten Wärmeaustauscher
49 ein Heizbrenner 53 und zwischen diesem und dem ersten Wärmeaustauscher 49 ein
zweites Katalytelement 54 angeordnet. Wie man sieht, werden daher Gase von der zweiten
Wärmebehandlungszone 24 und ebenso von der ersten Wärmebehandlungszone 23 kommend
in die Abzugshaube 43 und durch den Kanal 44 in die Einlaßöffnung 45 des Gebläses
46 eingesogen und danach durch die Heizbrenner 53 und das Katalytelement 54 sowie
durch die Wärmeaustauscher 49, 50 und 51 zu dem Kamin 52 gedrückt.
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Die Gase, die von dem zweiten Verbrennungselement 54 kommend durch
die Wärmeaustauscher 49, 50 und 51 fließen, liefern Wärmeenergie für die Behandlung
der Gegenstände in der zweiten Zone 24 und ebenso in der darauffolgenden Zone 25
und in der letzten Zone 26. Zu diesem Zweck ist ein Umlaufgebläse 55 mit einem mit
dem Wärmeaustauscher 49 verbundenen Einlaß 56 vorgesehen. Der Auslaß 57 des Gebläses
55 ist mit dem zweiten Schacht 42 verbunden. Eine zweite Abzugshaube 57 ist über
der zweiten Behandlungszone 24 angeordnet, und die von dieser Zone kommenden Gase
werden in der Abzugshaube 57 gesammelt. Die Abzugshaube ist mit dem Wärmeaustauscher
49 durch die Öffnung 58 verbunden. Daher werden diese Gase durch den Wärmeaustauscher
49 und durch den Einlaß 56 in das Gebläse 55 eingesaugt, um durch den Schacht 42
und die zweite Wärmebehandlungszone 24 wieder zirkuliert zu werden.
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In der gleichen Weise ist ein Schacht 59 unter der darauffolgenden
Wärmebehandlungszone 25 und einer Abzugshaube 60 über diese Zone angeordnet. Die
Abzugshaube ist durch die Öffnung 61 mit dem Wärmeaustauscher 50 verbunden,
der wiederum durch den Einlaß 62 mit dem Umlaufgebläse 63 verbunden ist. Die Auslaßöffnung
64 des Gebläses 63 ist mit dem Schacht 59 verbunden. Das Gebläse 63 zirkuliert die
im Wärmeaustauscher 50 erhitzte Luft durch den Schacht 59 und die darauffolgende
Wärmebehandlungszone 25.
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Unter der letzten Wärmebehandlungszone 26 ist der Schacht 65 und über
derselben die Abzugshaube 66 angeordnet. Die Abzugshaube ist durch eine Öffnung
67 mit dem letzten Wärmeaustauscher 51 verbunden, der wiederum mit der Einlaßöffnung
68 des Umlaufgebläses 69 verbunden ist. Die Auslaßöffnung 70 dieses Gebläses ist
mit dem Schacht 65 verbunden. Das Gebläse 69 leitet also die durch den letzten Wärmeaustauscher
51 erhitzte Luft durch den Schacht 65 und die letzte Wärmebehandlungszone 26.
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Zur Einführung von Frischluft in die letzte Wärmebehandlungszone 26
ist ein in diese einmündender Frischlufteinlaß 71 vorgesehen. Dieser ist mit dem
Wärmeaustauscher 51 verbunden. Eine geeignete Drosselklappe oder andere Regelvorrichtung
72 in dem Frischlufteinlaß 71 dient zur Kontrolle der Menge der hierdurch dem letzten
Wärmeaustauscher 51 und der Hitzebehandlungszone 26 zugeführten Luft.
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Die Wärme, die zur Behandlung der Gegenstände in der ersten und zweiten
Zone 23 und 24 notwendig ist, wird also zuerst durch die Brenner 29 und 53 und danach
durch die Katalytelemente 30 und 54 geliefert. Der gesamte Wärmeenergiebedarf der
darauffolgenden Zone 25 und der letzten Zone 26 sowie auch der Bedarf der zweiten
Zone 24 wird durch das Katalytelement 54 in Verbindung mit den Wärmeaustauschern
49, 50 und 51 gedeckt. Die durch den Frischlufteinlaß
71 und die
Hitzebehandlungskammer 17
eingeführte Frischluft ebenso wie die Frischluft,
die durch den Einlaß 37 eingeführt werden kann, kann je nach Bedarf kontrolliert
werden. Außerdem bewirkt die am Eingangsende der Hitzebehandlungskammer 17 eindringende
Frischluft nicht eine Verdünnung der durch das erste Katalytelement 30 passierenden
Dämpfe. Sie wird vielmehr dem Gasstrom hinter dem Katalytelement beigemischt, so
daß sie ein Teil derjenigen Frischluftmenge ist, die dem Ofen zugeführt wird, um
die Lösungsmittelkonzentration in den Gasen so niedrig zu halten, daß keine Feuersgefahr
besteht. Weiterhin bewirkt die am Eingangsende des Ofens eindringende Luft keine
Abkühlung der mit Flüssigkeitsdämpfen beladenen Luft, so daß die Möglichkeit einer
Kondensation der Lösungsmittel auf ein Minimum herabgesenkt und auch dieser Grund
für Feuersgefahr und die Notwendigkeit einer häufigen Reinigung des Ofens beseitigt
wird.
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Da das Förderband 18 einen bedeutenden Anteil der dem Ofen zugeführten
Wärmeenergie aufnimmt und da der untere Teil dieses Förderbandes durch eine relativ
kühle Zone läuft, wird es zweckmäßig vorgewärmt. Besonders in F i g. 4 ist eine
Anordnung zum Vorwärmen des Förderbandes 18 gezeigt. Sie besteht aus einer Vorwärmkammer
76 unter der Wärmebehandlungskammer 17, durch die das untere Trum des Förderbandes
18 hindurchläuft. Ein Umlaufgebläse 77, dessen Einlaßöffnung 78 mit dem Kanal 48
zwischen dem zweiten Verbrennungselement 5 und dem ersten Wärmeaustauscher 49 verbunden
ist und, falls erwünscht, durch geeignete Drosselklappen oder andere Vorrichtungen
79 reguliert werden kann, ist ebenfalls vorgesehen. Die Auslaßöffnung
80 des Gebläses 77 ist mit der Vorwärmkammer 76
verbunden, wodurch
dieser erhitzte Luft zur Erwärmung des Förderbandes 18 zugeführt wird. Bei 82 ist
ein Kanal 81 mit der Vorerhitzungskammer 76 und die Auslaßöffnung 83 des Umleitungskanals
81 mit der Einlaßöffnung 78 des Umlaufgebläses 77 verbunden. Wenn
nun die Drosselklappen 79 geschlossen sind, so wird die Luft hier dem Kreislauf
zugeführt. Die Drosselklappen 79 können aber auch so eingestellt sein, daß der zirkulierten
Luft von dem Kanal 48 Frischluft beigemischt wird.