20 JOT 2.2013

Vorteile durch Dunkelstrahltechnik

Lackierungen energiesparend und schnell einbrennenDurch die Kombination zweier etablierter Trocknungstechnologien konnte ein neuer Einbrennofen

entwickelt werden. Mit diesem lassen sich insbesondere Lacke auf dickwandigen Bauteilen wirtschaftlich

und energiee�zient aushärten.

Speziell für das schnelle Auf hei-zen von Werkstücken mit großen

Wandstärken und zum Einbrennen von Pulver- und KTL-Lacken hat SLF eine neue Technologie entwickelt, die auf einer Kombination aus langwelli-ger IR-Strahlung (Dunkelstrahlen) und Konvektion basiert.

Die Dunkelstrahltechnik ent-spricht einer Infrarottechnik, die mit Temperaturen unterhalb von 500 Grad arbeitet. Bei diesen Temperaturen tritt nur Strahlung mit einer Wellen-länge größer 0,78 µm auf. Da für das menschliche Auge aber nur Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 0,38 µm und 0,78 µm sichtbar ist, kann die Strahlungsemission bei dieser Tem-peratur nicht wahrgenommen wer-den, man spricht von einer Dunkel-strahlung.

In dem neuen Einbrennofen vom Typ Darc (Dark Radiation Convection) werden sowohl die Ofenseitenwände als auch der Ofenboden genutzt. Hier-

zu sind die Seitenwände und der Boden zweischalig ausgebildet, sodass Heiß-gas hindurchgeblasen werden kann. Das Heißgas wird hierbei im Kreislauf geführt und die an die Wände und den Boden abgegebene Wärmeenergie wird extern über einen Gasgebläsebrenner wieder zugeführt.

Durch eine entsprechende kon-struktive Gestaltung der Wände und des Bodens ist gewährleistet, dass man eine gleichmäßige Temperaturvertei-lung über den gesamten Wand- und Bodenbereich erhält. Die gewünschte Temperatur an den Strahlwänden kann problemlos über die Heißgastempera-tur geregelt werden.

Höhere EnergieübertragungDie gesammelten Erfahrungen zeigen, dass sich die Darc-Technologie nicht nur zum Einbrennen des Pulvers auf dickwandigen Bauteilen hervorragend eignet, sondern auch besonders für schnelles Einbrennen/Trocknen auf

Werkstücken mit unterschiedlichen Wandstärken von 2 bis zu 200 mm.

Mit dem Einsatz der neu entwickel-ten Technologie ergeben sich für den Be-treiber entscheidende Vorteile im Ver-gleich zu einem herkömmlichen Um-lu�ofen mit Konvektion. Dazu gehört eine wesentlich höhere Energieübertra-gung als bei Umlu�, das heißt um 60 bis 80 Prozent kürzere Werkstückauf-heizzeiten. Mit Dunkelstrahlung kann bei einer Strahlwandtemperatur von 400 °C und einer Ofennutzraumtempe-ratur von 200 °C auf eine Platte mit ei-ner Fläche von 1m2 und einer Tempe-ratur von 20 °C eine Energiemenge von 20,6 kW/h übertragen werden. Überla-gert man der Dunkelstrahlung noch die Umlu�, werden sogar 21,7 kW übertra-gen. Hingegen kann mit Umlu� bei ei-ner Strömungsgeschwindigkeit der Um-lu� im Ofennutzraum von 0,5 m/s nur eine Energiemenge von 7 kW auf die gleiche Platte übertragen werden. Zu Beginn eines Einbrennprozesses liegt

Luftführung im Einbrennofen Spektrale Emission des schwarzen Körpers

PULVERBESCHICHTEN J O U R N A L F Ü R O B E R F L Ä C H E N T E C H N I K

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das Verhältnis der übertragbaren Wär-memengen von Dunkelstrahlung/Kon-vektion bei 3. Je näher die Werkstück-temperatur der Endtemperatur kommt, umso größer wird dieser Faktor.

Beispielsweise wurde beim Pulvern zum Erreichen der geforderten Objekt-temperatur von 180 °C für ein Bauteil mit unterschiedlichen Wandstärken (2 bis 50 mm) eine Aufheizzeit von circa 133 Minuten benötigt. Mit der neuen Technologie wurde die Au�eiz-zeit um 60 % reduziert und betrug hier nur noch 52 Minuten.

Platzeinsparung bis zu 75 ProzentEin weiterer Vorteil liegt in der Platz-einsparung. Wegen der kürzeren Auf-heizzeiten reduziert sich die Gesamt-ofenverweilzeit des Werkstückes. Da-durch benötigt man beispielsweise bei Großteilen mit dicken Wandstärken für den Ofen nur ein Viertel der Stell�äche eines normalen Umlu�ofens. Auch im Bereich des Energieverbrauchs bringt diese Lösung deutliche Vorteile mit sich. Da die Ofenober�äche wegen der kleineren Ofenabmessungen erheblich geringer ist als die des Umlu�ofens, re-duzieren sich die Abstrahlverluste über das Ofengehäuse erheblich. In Verbin-dung mit einer geringen Ofenabluft-menge erhält man eine Energieeinspa-rung von bis zu 15 Prozent im Vergleich zum Umlu�ofen.

Darüber hinaus wird auch ein ver-ringerter Ausschuss gewährleistet. Da beim Einbrennen von Pulverlacken während der Angelierzeit des Pulvers nur reine Infrarotstrahlung und kei-ne Umluft als Energieträger verwen-det wird, werden auch keine Verunrei-

nigungen im Ofeninneren aufgewir-belt, die zu Ausschuss führen. Zudem ist die Anlage bei zu geringen Leistun-gen des vorhandenen Ofens als Boos-ter nachrüstbar.

Steuerung nach TemperaturDa sich bei der Beheizung mit Infra-rotstrahlung Werkstücke mit verschie-denen Wandstärken unterschiedlich schnell au�eizen, wird nach einer vor-her berechneten Zeit oder durch Mes-sung der Temperatur des dünnsten Teileabschnitts die Konvektion zuge-schaltet. Gleichzeitig mit dem Zuschal-ten der Konvektion wird die Strahlwand-temperatur so weit zurückgefahren, bis die Umlu� eine vorher eingestellte Tem-peratur von zum Beispiel 180 °C kons-tant hält. Die Umlu� dient dazu, dass sich dünnwandige Teile, welche bereits die Temperatur der Umlu� erreicht ha-ben, durch die Infrarotstrahlung nicht weiter erwärmen, sondern ihre über-�üssige Energie an die Umlu� abgeben. Dickwandige Teile, welche die Umlu�-temperatur noch nicht erreicht haben, erfahren durch die zugeschaltete Um-lu� sogar einen steileren Temperaturan-stiegsgradienten, weil auf diese Teile nun nicht nur Wärmestrahlung, sondern zu-sätzlich noch Wärmeübertragung durch erzwungene Konvektion wirkt.

Die Temperatur der dünnsten Wandstärke des Bauteils wird mittels Temperaturmessung ermittelt. Übli-cherweise sind hierfür Datenbanken mit Zeiten für verschiedene Kombina-tionen von dünnster und dickster Bau-teilewandstärken in der Steuerung hin-terlegt. Die Ofenumlu� kann bereits zu Beginn des Au�eizprozesses zugeschal-

tet sein, was die schnellste Art der Auf-heizung des Bauteiles darstellt, weil hier von Beginn an die beiden Wärmeüber-tragungsarten Strahlung und erzwun-gene Konvektion überlagert vorliegen.

Anwendungsgebiete des VerfahrensDie Dunkelstrahltechnik lässt sich zum Einbrennen von Pulver-, Nass- und KTL-Lacken einsetzen, wenn di-cke Wandstärken vorhanden sind. Dies ist der Fall zum Beispiel bei Gussteilen und Schweißkonstruktionen. Ein wei-teres Einsatzgebiet ist das Tempern von Bauteilen, wie in Galvanoprozessen.

Nicht einsetzbar ist dieses Ver-fahren, wenn extrem dünne Material-wandstärken (kleiner 2 mm) am Bau-teil vorhanden sind, oder das Bauteil generell Wandstärken kleiner 20 mm aufweist. Denn hier ist der Kosten/Nutzen-E�ekt zu gering. Ausnahmen bilden Durchlaufanlagen mit hoher Durchsatzleistung, da sich hier die Ver-kürzung der Einbrennzeit um nur we-nige Minuten erheblich auf die Trock-nerlänge auswirkt.

Ebenfalls nicht einsetzbar ist die-ses Verfahren für Pulverlacke, wenn im Trockner quer getaktet werden muss, da hier konstruktiv über den gesamten Ofenbereich Umlu� zugeschaltet ist, die das Pulver beim Teileeinlauf abblasen würde. Durch Vorschaltung eines An-gelierofens mit Dunkelstrahltechnik vor dem eigentlichen Einbrennofen wäre je-doch auch das Quertakten machbar.

Kontakt:SLF Oberflächentechnik GmbH, Greven,Tel. 02575 971930, j.denhartog@slf.eu, www.slf.eu

Einbrennzeiten für Werkstücke mit einer Kombination unterschiedlicher Wanddicken

Vergleich der Wärmeübertragung Konvektion-Dunkelstrahltechnik