DE3741328A1

DE3741328A1 - Verfahren zur herstellung eines lackdrahtes und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3741328A1
Application number: DE19873741328
Authority: DE
Inventors: Hans Joachim Dr Rer Nat Reiser
Original assignee: Lackdraht Union GmbH
Current assignee: Lacroix und Kress GmbH
Priority date: 1987-12-03
Filing date: 1987-12-03
Publication date: 1989-06-15
Also published as: ATA246988A; AT401241B; IT1227663B; IT8822815A0; DE3741328C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Lackdrahtes durch Aufbringen einer lösemittelhaltigen Schicht auf einen Metalldraht, rasches Verdampfen des Lösemittels und Aushärten des auf dem Draht verbleibenden Lackfilms mittels im Gegenstrom geführter 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-AS 12 18 957, DE-AS 12 42 511).

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 zuführen. Dabei durchströmt die Heißluft im Gegenstrom zu dem mit einer frischen Lackschicht versehenen Draht 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 Exhaustor angeordnet, der die Heißluft aus dem Kanal ansaugt und in die Einbrennretorte drückt. Mit dem Exhaustor 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-PS 29 27 794).

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 Trocknungs zone durchströmt, bei dem weiterhin an beiden Enden der Trock nungszone Frischluft in den Heißluftkreislauf eingespeist wird, bei dem die Heißluft in einem Katalysator gereinigt und ein Teil der gereinigten Heißluft nach außen abgegeben wird. Im Zuge der Abgasreinigung und der Abgasabführung wird dabei Ener gie aus der Heißluft in eine Glühe für den zu lackierenden Draht eingekoppelt (DE-OS 31 18 830).

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-OS 37 17 166).

Der Erfindung liegt 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.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird zunächst auf ein Verfahren zur Herstellung eines Lackdrahtes durch Aufbringen einer lösemittelhaltigen Lackschicht auf einen in Längsrichtung bewegten Metalldraht, Verdampfen des Lösemittels und Aushärten des auf dem Draht bleibenden Lackfilms zurückgegriffen, bei dem zur raschen Verdampfung des Lösemittels und zur Aushärtung der Lackschicht im Kreislauf geführte Heißluft im Gegenstrom zum bewegten Metalldraht eine Trocknungszone durchströmt, bei dem in den Heißluftkreislauf Frischluft eingespeist wird, bei dem wenigstens eine Teilmenge der Heißluft eine Abgasreinigung unterzogen und gereinigte Heißluft als Abgas nach außen abgegeben wird und bei dem in der gereinigten Heißluft enthaltene Energie in den Heißluftkreislauf eingekoppelt wird. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß zur 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 wird. - Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht zunächst in bekannter Weise aus einem Rohrsystem für den Kreislauf der Heißluft, einer in das Rohrsystem integrierten Retorte zum Durchlauf des Metalldrahtes, einer mit dem Rohrsystem verbundenen Reinigungseinrichtung für die Heißluft mit einem nachge schalteten, mit dem Rohrsystem gekoppelten Wärmetauscher, einem in das Rohrsystem integrierten Gebläse zur Aufrechterhaltung des Heißluftkreislaufes sowie aus Öffnungen im Rohrsystem für die Zufuhr von Frischluft und die Abgabe abgasgereinigter Heißluft. In neuartiger Weise besteht die Reinigungseinrichtung für die Heißluft aus einer Heizkammer mit elektrischen Heizelementen und einer nachgeschalteten Durchmischungseinrichtung mit einer Vielzahl sich kreuzender feiner Strömungskanäle.

Bei einer derartigen Ausgestaltung der Abgasreinigungsmaßnahme erfolgt also 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 Oxydationsreaktionen beginnen. Da diese Reaktionen exotherm ablaufen, nimmt in dem Gas/Luft-Gemisch und dem durch den beginnenden Oxydationsprozeß gebildeten Oxydations- bzw. Ver brennungsprodukten 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 Ver teilung 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 ver brannt. Messungen haben ergeben, daß die in dem Gemisch zu nächst 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 NO_x-Konzentrationen lassen sich weit unter den zugelassenen Grenzwert reduzieren.

Um die erwünschten Oxydationsreaktionen herbeizuführen, empfiehlt es sich, zur Aufheizung des Gas/Luft-Gemisches elektrische Heizelemente zu verwenden, die auf eine Oberflächentemperatur von 750 bis 800°C aufheizbar 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 Legierungs elementen Nickel, Chrom, Eisen und Aluminium in Betracht. Der artige 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 Quer schnitt der entsprechenden Packung, so daß sich beim Durch strömen des Metallgewölles ein gleichmäßiger Druckabfall ein stellt. Dieser Druckabfall beträgt etwa 2 bis 14 mm Wasser säule.

Für die Ausgestaltung der Durchmischungseinrichtung ist weiter hin wesentlich, daß die Oberfläche des Metallgewölles möglichst groß ist. Hierzu empfiehlt es sich, Flachdrähte mit den Quer schnittsabmessungen beispielsweise 1,45×0,135 mm oder Rund drähte im Durchmesserbereich 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 spezi fische Dichte des Metallgewölles von etwa 0,1 bis 0,5 mg pro mm³.

Wie bereits erwähnt, steigt die Temperatur des Gas/Luft-Ge misches 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 Durchmischungsein richtung mit 0,2 bis 0,6 m zu bemessen.

Ein weiterer Vorteil der neuen Abgasreinigungsmaßnahmen 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 Flammgasen im Abluft strom, wie es bei der bisher üblichen Erhitzung mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen der Fall ist. Auch entfällt der Einsatz katalytisch wirkender Elemente.

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 der blanke Metalldraht 1 aus beispielsweise Kupfer oder Aluminium mit Naßlack versehen und dann durch die Ofenretorte 2 hindurchge zogen. In der ersten Hälfte 3 dieser Ofenretorte wird das in der Naßlackschicht enthaltene Lösemittelgemisch bei 450 bis 570°C verdampft. Restliche Lösemittel verdampfen in der zweiten Hälfte 4 der Ofenretorte, in der im übrigen der auf dem Draht zurückbleibende Kunstharzfilm bei höheren Temperaturen als in der ersten Retortenhälfte eingebrannt wird.

Das aus der Lackschicht freiwerdende, verdampfte und bei er höhten Temperaturen in den gasförmigen Zustand übergehende Lösemittelgemisch vermengt sich mit Luft, die durch die Enden der Ofenretorte und ggf. durch im Rohrsystem enthaltene weitere Öffnungen angesaugt oder eingeblasen wird. Dieses Lösemittel- Luft-Gemisch, nachfolgend als Rohgas bezeichnet, wird aus der Ofenretorte durch einen Exhaustor 6 herausgesaugt und durch Rohre eines Wärmetauschers 7 gedrückt. Mittels des Exhaustors erfolgt eine weitgehende Vermischung der Lösemitteldämpfe mit der angesaugten Frischluft bzw. dem darin enthaltenen Luft sauerstoff.

Nach Verlassen des Wärmetauschers 7 durchströmt das Rohgas eine Heizkammer 8, die mit elektrischen Heizelementen 18 ausgerüstet ist. Die Oberflächentemperatur dieser Heizelemente bzw. der sie ummantelnden Schutzrohre liegt bei etwa 800°C. Durch Wärmeüber gang von den heißen Oberflächen der Heizelemente auf das Rohgas werden durch Aufnahme von thermischer Energie die Moleküle der organischen Verbindungen soweit angeregt, daß teilweise Oxy dationsreaktionen beginnen. Dadurch steigt die Temperatur des Rohgases und des sich bildenden Reingases auf über 600°C. In diesem Zustand durchläuft das Gemisch die Durchmischungsein richtung 9, die aus einem Metallgewölle auf der Basis eines Nickel-Chrom-Bandes besteht. Über die Durchflußlänge der Durchmischungseinrichtung 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 zu rückgeführt, 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 durch laufenden Lackdrahtes 1 wieder zugeführt.

Im übrigen wird bei der beschriebenen Anlage mittels eines im Rücklauf 11 angebrachten Thermoelementes 12 durch eine Klappe 13 in dem Kühllufteinlaßstutzen 14 dosiert soviel Kühlluft zuge setzt, daß der in die Ofenretorte wiedereintretende Reingas-Luft strom die optimale Einbrenntemperatur erhält. Durch elektrische Kopplung der Kühlluftklappe 13 mit dem Abgasschieber 17 ent weicht 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 unter leichtem Unter druck gehalten. Damit durch den laufenden Draht am Ausfahrende 15 keine Dämpfe herausgeschleppt werden, wird noch ein Luft polster 16 aufgedrückt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Lackdrahtes durch Aufbringen einer lösemittelhaltigen Lackschicht auf einen in Längsrich tung bewegten Metalldraht, Verdampfen des Lösemittels und Aushärten des auf dem Draht bleibenden Lackfilmes,

- bei dem zur raschen Verdampfung des Lösemittels und zur Aushärtung der Lackschicht im Kreislauf geführte Heißluft im Gegenstrom zum bewegten Metalldraht eine Trocknungszone durchströmt,
- bei dem in den Heißluftkreislauf Frischluft eingespeist wird,
- bei dem wenigstens eine Teilmenge der Heißluft einer Abgas reinigung unterzogen und gereinigte Heißluft als Abgas nach außen abgegeben wird,
- bei dem zur 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 wird
- und bei dem in der gereinigten Heißluft enthaltene Energie in den Heißluftkreislauf eingekoppelt wird.

2. Anordnung 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 Reinigungseinrichtung für die Heißluft mit einem nachgeschalteten, mit dem Rohr system gekoppelten Wärmetauscher, wobei die Reinigungseinrichtung aus einer Heizkammer mit elektrischen Heizelementen und einer nachgeschalteten Durch mischungseinrichtung mit einer Vielzahl sich kreuzender feiner Strömungskanäle besteht,
- einem in das Rohrsystem integrierten Gebläse zur Aufrechter haltung des Heißluftkreislaufes sowie Öffnungen im Rohrsystem für die Zufuhr von Frischluft und die Abgabe abgasgereinigter Heißluft.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektrischen Heizelemente auf eine Oberflächentemperatur von 750 bis 800°C aufheizbar sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Durchmischungseinrichtung aus einem unbeschichteten Metallgewölle aus einer Legierung mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1100°C besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die spezifische Oberfläche des Metall gewölles bei 0,7 mm²/mm³ liegt.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Metallgewölle aus einem Nickel-Chrom-Band besteht.

7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Durchmischungseinrichtung aus einer Schüttung von Keramikkörpern mit einer Korngröße kleiner/gleich 10 mm besteht.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe bzw. Länge der Durchmischungseinrichtung 0,2 bis 0,6 m beträgt.