CN114761493A - 用于对工件进行表面涂覆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对工件(1)进行表面涂覆的方法，其中，将涂层剂施加到工件(1)上并且随后在交变电磁场中使涂层剂固化。为了即使在方法持续时间短并且在使用标准涂层剂、尤其液体漆的情况下也实现高质量的表面涂覆，在此建议，首先在具有第一频谱的交变电磁场中排出涂层剂中的挥发性的成分，之后在具有第二频谱的交变电磁场中加热工件表面，以便使剩余的涂层剂份额交联和/或固化，所述第二频谱的频率范围低于所述第一频谱的频率范围。

Description

用于对工件进行表面涂覆的方法
技术领域
本发明涉及一种用于对工件进行表面涂覆的方法，其中，将涂层剂施加到工件上并且随后在交变电磁场中使涂层剂固化。
背景技术
为了给工件、例如汽车车身进行表面涂覆，由现有技术已知电泳浸渍工艺。为此，将汽车车身浸入能导电的浸漆中。通过在作为阴极的汽车车身和阳极之间施加直流电压使浸漆沉积在汽车车身上并且在那里暂时地保持附着。
为了固化所施加的漆，由文献DE 19941184 A1已知使用具有舱室内部空间的油漆干燥装置，汽车车身被导引通过该舱室内部空间。由热交换器加热的新鲜空气被吸入舱室内部空间中，这使得油漆固化或交联。由此产生的废气在此吸收油漆中的有毒溶剂，因此废气在排放到大气之前要经过热清洁。然而，这种基于对流的方法极其耗能，因为基本上必须使位于舱室内部空间中的所有空气都达到所需的固化温度。此外，存在的问题是，尤其在工件更复杂的情况下出现工件的不均匀的、在时间上存在差异的固化，因为热空气流无法无阻碍地进入工件的空腔中。
为了降低运行成本，由文献DE 112010000464 T5已知，除了通过对流进行固化之外还使用紫外线和近红外射线。然而缺点是，紫外线和近红外射线的穿透深度非常小，因此必须将紫外线和近红外源导引到工件附近，这在不同尺寸和设计的工件中导致过程技术上的耗费。尤其在基于交变电磁场快速地固化涂层剂的方法中出现的问题是，在过于迅速地固化时无法避免表面覆层中的气泡和不期望的夹杂物。
由文献EP 1541641 A1已知一种用粉末漆对工件进行表面涂覆的方法。在此将粉末漆施加到工件上，并且借助激发粉末漆的颗粒的交变电磁场使粉末漆固化。交变场在此选择为，使粉末漆的颗粒被激发而不是使工件被激发，这实现了粉末漆的节省能量的固化。然而缺点在于，待固化或待交联的粉末漆必须具有可感应地或介电地被加热的颗粒，因此该方法仅局限于确定的涂层剂。
由现有技术已知其它的用于感应地固化工件的方法。为此以交变磁场加载工件并且由此使工件达到超过800℃的温度。加载持续时间为几秒钟，以便避免由于导热使工件完全被加热并且由此防止能量损耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，建议一种前述类型的用于进行表面涂覆的方法，所述方法即使在方法持续时间短并且在使用标准涂层剂、尤其液体漆的情况下也实现高质量的表面涂覆。
所述技术问题按照本发明如此解决，即，首先在具有第一频谱的交变电磁场中排出涂层剂中的挥发性的成分，之后在具有第二频谱的交变电磁场中加热工件表面，以便使剩余的涂层剂份额交联和/或固化，所述第二频谱的频率范围低于所述第一频谱的频率范围。由于采取了这些措施，在涂层剂实际交联或固化之前去除了涂层剂的挥发性成分，该挥发性成分对于将涂层剂均匀地施加到工件上是必需的，由此防止挥发性的成分不期望地夹杂在固化的表面覆层中并且由此提高表面覆层的质量。由于挥发性成分是极性的流体、例如水或者其他溶剂，因此微波范围内的频谱、尤其分米波长范围内的频谱特别适用于排出这些挥发性成分。在大部分的挥发性成分已从表面覆层中排出后，通过具有第二频谱的交变场加载工件，所述第二频谱的频率范围低于第一频谱的频率范围。对此适用的是无线电波范围内的频谱、尤其长波和中波范围内的频谱。通过这种对工件的穿透深度较低的交变场使工件的表面被激发并且由此将工件的表面加热到期望的温度。因此，剩余的涂层剂份额的交联或固化主要通过基于工件的被加热表面的热传导和热传递发生，因此涂层剂不必具有可感应地或介电地被加热的颗粒并且能够使用标准涂层剂。由于仅须加热工件的表面，因此所需的能量输入相对较少。为了实现剩余的涂层剂份额的均匀的交联和/或固化，而在此不改变工件表面的结构或性质，工件的表面通常应达到的温度为100-200℃、优选160-190℃。
为了能够将挥发性成分从涂层剂中完全地且仍节省能量地排出，在此建议，所述第一频谱在1-3GHz的范围内。业已证实，该范围适用于即使对于具有可能的难以触及的位置的复杂的工件几何形状也能够排出涂层剂的常见的挥发性成分。根据所使用的发射器，频谱还可以仅包括给出的范围内的一个或几个频率。
为了加热工件表面并且由此用于交联和/或固化剩余部分的涂层剂而例如在固化期间不改变工件本身的结构，则适宜的是，所述第二频谱在35-400kHz的范围内。在该频率范围中产生的优点是，交变电磁场在工件中的穿透深度较小，并且因此主要激发工件的表面。以此方式使工件的温度可以主要在靠近涂层剂的区域中升高，从而能够实现从工件到剩余的待交联和/或待固化的涂层剂份额的能量高效的热传导和能量高效的热传递，因为交变场不用于加热整个工件。业已证实，功率为60-120kW的发射器特别适用于产生交变电磁场。
为了即使在挥发性成分具有低蒸气压的情况下仍实现无夹杂物的表面覆层，而不改变工件的结构，在此建议，所述工件受到具有第一频谱的交变电磁场作用的时间比受到具有第二频谱的交变电磁场作用的时间更长。以此方式可以确保在剩余的涂层剂份额交联和/或固化之前，表面涂层中不包含不期望的挥发性成分、例如溶剂，由此进一步提高了表面涂层的质量。
优选地，所述工件可以受到具有第一频谱的交变电磁场的作用时间为10-20分钟，并且所述工件可以受到具有第二频谱的交变电磁场的作用时间为5-10分钟。以具有第二频谱的交变场的按照本发明的加载持续时间对于作为工件的典型的汽车车身而言足以将工件保持在所需温度足够长的时间，从而能够实现涂层剂的有效的交联和/或固化。模拟表明，工件、例如汽车车身所需的用于排出挥发性成分的能量输入为20-30kWh，并且用于将工件表面加热到通常期望的温度的能量输入为10-20kWh。
为了用于对具有较大和较复杂的几何形状的工件进行表面涂层的现有装置能够以简单的方式被改装，可以通过能够沿着最多一个空间方向移动的大面积发射器和用于所述工件的难以触及的区域的能够沿着至少两个空间方向移动的发射器施加交变电磁场。大面积发射器例如可以固定地布置或者布置在能够相对于工件沿着空间方向移动的弧形载体上。对于工件的难以触及的区域，例如可以将能够沿着至少两个空间方向移动的发射器布置在多轴的机械臂上。
为了进一步提高所述方法的能效，在此建议，涂层剂或者在固化之前施加的固化剂具有可感应地或介电地被加热的颗粒，所述颗粒被施加交变磁场用于使涂层剂固化。由于采取了这些措施，使涂层剂固化所需的能量也用于激发可感应地或介电地被加热的颗粒。由于可感应地或介电地被加热的颗粒直接与涂层剂、例如液体漆或者粉末漆共同地施加在工件的表面上或者作为固化剂施加在工件表面上，因此实现了被激发的颗粒到施加在工件表面上的涂层剂的直接的且无损耗的热传递，并且由此节省能量地使涂层剂交联或固化。
可介电地或感应地被激发的颗粒是纳米颗粒，由此工件表面上的涂层剂产生特别均匀的固化。由于颗粒的尺寸小，即使存在精细的表面结构、例如角部或者棱边，涂层剂也可以均匀地被加热，从而使表面覆层在这些区域中也均匀地固化，并且在固化的层内不产生有害的应力。纳米颗粒因此被视为布置在工件的整个表面上的热源，所述纳米颗粒也到达工件上难以接近的位置，并将由交变电磁场输入的能量作为热能传递给涂层剂。
为了也在能量和质量方面优化在固化前进行的涂覆过程并且将加工体积保持得尽可能小，在此建议，将所述工件放置在流体不可透过、可电磁渗透的罩壳内，所述罩壳被加载涂层剂，并且多余的涂层剂从所述罩壳中被排出，之后用交变电磁场加载所述罩壳，以便固化涂层剂。由于采取该措施，使得表面涂覆所需的全部方法步骤都能够在相对周围环境封闭的罩壳中进行，所述方法步骤为将工件运输通过流水线、对工件进行预处理、将具有可感应地或介电地被加热的颗粒的不同的涂层剂和固化剂施加到工件上。由于罩壳可电磁渗透地设计，因此所述罩壳不会对电磁交变场产生负面的干扰，由此使所述罩壳中的涂层剂的交联或固化能够完成。所施加的电磁波的穿透深度在此足以激发工件的表面或者施加到工件上的可感应地或介电地被加热的颗粒。罩壳根据工件这样设计尺寸，使得所述罩壳为容纳工件提供足够的空间，然而仍能够尽可能节省能量地操控由罩壳包围的环境(压力、温度、湿度等)并且由此实现对工艺条件的精确的控制。对封闭环境的操控和涂层剂或固化剂的加载可以通过连接管路实现，所述连接管路实现了罩壳与沿流水线布置的供给单元的交换。罩壳设计用于对工件进行表面涂覆和用于对罩壳的环境进行操控的反应室。原则上可以向罩壳加载用于对工件进行预处理的材料、例如清洁剂、用于进行表面处理的材料、例如液体漆或者粉末漆、固化剂、也可加载用于对环境产生影响的材料、例如热空气、水蒸气等。
如果要固化不具有可感应地或介电地被加热的颗粒的涂层剂，可以在固化之前向所述罩壳加载固化剂，所述固化剂具有可感应地或介电地被加热的颗粒。可以与涂层剂同时地、在施加涂层剂之前或者之后输入固化剂。固化剂也可以在填充罩壳之前与涂层剂预混合，以确保尽可能均匀地分布。
为了即使在工件的难以触及的位置上也尽可能均匀地施加涂层剂，在此建议，在向所述罩壳加载涂层剂和/或固化剂之后，所述罩壳围绕水平旋转轴旋转。所述旋转可以在加载期间和/或在加载之后进行。
附图说明
在附图中示例性地示出本发明的技术方案。在附图中：
图1示出对应于第一实施方式的用于实施按照本发明的方法的流水线的侧视示意图，
图2示出对应于第二实施方式的用于实施按照本发明的方法的流水线的侧视示意图，所述流水线装备有可电磁渗透的罩壳，并且
图3示出对应于第三实施方式的用于实施按照本发明的方法的流水线的侧视示意图。
具体实施方式
如图1所示，按照本发明的方法可以用于现有技术中已知的电泳沉积法、例如阴极浸涂。为此，工件1布置在定位框架2上并且通过未示出的定位驱动器浸入漆池3中。在此当然，作为涂层剂的导电的漆和现有技术中已知的不同的添加剂填充漆池3。如果现在在用作阴极的工件1和布置在漆池3中的阳极4之间施加直流电压，则漆沉积在工件1上并且在那里附着。为了固化或交联，将工件1导引穿过产生交变电磁场的发射器5。
借助由发射器5产生的具有第一频谱的交变电磁场首先将挥发性成分、例如水或者其它挥发性的溶剂从施加在工件1上的溶剂中排出。因此，所述第一频谱主要使涂层剂被交变场激发，这可以低能量损耗地排出挥发性成分。之后工件1受到具有第二频谱的交变场的作用。由于第二频谱的频率范围低于第一频谱，因此仅工件1本身的表面被加热并保持在期望的温度。由此使热能也通过热传导和热传递被传导至剩余的涂层剂份额，由此使这些涂层剂份额交联和/或固化。
作为第一频谱，在此已证实的是，1-3GHz的范围特别适用于从所施加的涂层剂中排出挥发性成分。
第二频谱可以处于35-400kHz的范围内，因为业已证实，这种交变电磁场的能量足够高，以便加热工件1的表面，但不会改变工件的结构。
对于作为工件的普通车身，在高质量但节省能量的表面涂覆方面最佳的结果是，使工件1被具有第一频谱的交变电磁场作用10-20分钟，并且被具有第二频谱的交变电磁场作用5-10分钟。原则上可以确定，工件1受到具有第一频谱的交变电磁场作用的时间比受到具有第二频谱的交变电磁场作用更长时间的测试倾向于产生更好的表面覆层。
图2示出了按照本发明的用于进行表面涂覆的方法的另一种设计方案。为此，出于清楚的原因未示出的工件1布置在可电磁渗透的罩壳6中。罩壳6因此构成封闭的反应室，所述反应室可以通过供给单元7a、7b、7c被填充或者被排空。如果用于进行表面涂覆的方法例如是电泳沉积法，则第一供给单元7a可以用清洁剂8加载罩壳内部空间，以去除附着在工件1上的油脂或者漆残留物。在通过供给单元7a去除清洁剂8之后，使罩壳6脱耦并且借助定位框架2的定位驱动器9将所述罩壳向另外的供给单元7b输送，所述另外的供给单元例如以电解质10填充罩壳内部空间，以便例如在工件1上产生转换层，接着重新排空罩壳内部空间。第三供给单元7c可以将可导电的用于对工件进行涂覆的液体漆11输入罩壳内部空间中。在例如连接作为阴极的工件1和安设在罩壳6中的阳极之间施加直流电压场，由此使漆颗粒在工件1上沉积。当然，工件1也可以连接为阳极。在该情况下必须在罩壳6中布置阴极。在最后的方法步骤中，通过将其中布置有工件1的罩壳6导引穿过发射器5的交变电磁场，使所施加的漆交联。
由图2还可知，罩壳6在供给单元7b处围绕水平的旋转轴旋转以使加载的涂层剂充分地分布。流水线自然也可以设计为使罩壳6也能够在其它位置上旋转。
清洁剂8、电解质10和液体涂料11的由虚线绘出的不同填充高度显示了在填充和排空罩壳内容物时的不同时间上的方法步骤。
罩壳6设计为可密封地被封闭并且设计为双构件式，由此有助于简单地运送具有工件1的罩壳6。
图3示出了用于施加交变磁场的发射器5的一种可行的实施方式。为了使按照本发明的方法也可以用于大的工件1并且能够在现有的流水线中使用，可以通过大面积发射器12施加交变电磁场，所述大面积发射器能够沿着最多一个空间方向移动。由于仅沿着一个空间方向移动，因此不需要复杂的控制装置，由此可以通过按照本发明的方法以低成本的方式装备流水线。可以通过第一大面积发射器12a施加具有用于排出挥发性成分的第一频谱的交变场，并且可以通过第二大面积发射器12b施加具有用于交联和/或固化剩余的涂层剂份额的第二频谱的交变场。大面积发射器12例如可以包括多个发射器5。此外可以考虑的是，设置无法沿着任何空间方向运动的大面积发射器12c。为了即使对于复杂的几何形状也可以工艺可靠地进行表面涂覆，可以由能够沿着至少两个空间方向移动的发射器5产生的交变电磁场对工件1的难以触及的区域施加作用。这些发射器5例如可以通过机械臂13移动。

Claims (11)

1.一种用于对工件(1)进行表面涂覆的方法，其中，将涂层剂施加到工件(1)上并且随后在交变电磁场中使涂层剂固化，其特征在于，首先在具有第一频谱的交变电磁场中排出涂层剂中的挥发性的成分，之后在具有第二频谱的交变电磁场中加热工件表面，以便使剩余的涂层剂份额交联和/或固化，所述第二频谱的频率范围低于所述第一频谱的频率范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一频谱在1-3GHz的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二频谱在35-400kHz的范围内。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述工件(1)受到具有第一频谱的交变电磁场作用的时间比受到具有第二频谱的交变电磁场作用的时间更长。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其特征在于，所述工件(1)受到具有第一频谱的交变电磁场的作用时间为10-20分钟，并且所述工件(1)受到具有第二频谱的交变电磁场的作用时间为5-10分钟。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，通过能够沿着最多一个空间方向移动的大面积发射器(12)和用于所述工件(1)的难以触及的区域的能够沿着至少两个空间方向移动的发射器(5)施加交变电磁场。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，涂层剂或者在固化之前施加的固化剂具有可感应地或介电地被加热的颗粒，所述颗粒被施加交变磁场用于使涂层剂固化。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，可介电地或感应地被激发的颗粒是纳米颗粒。
9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，将所述工件(1)放置在流体不可透过、可电磁渗透的罩壳(6)内，所述罩壳被加载涂层剂，并且多余的涂层剂从所述罩壳(6)中被排出，之后用交变电磁场加载所述罩壳(6)，以便固化涂层剂。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在固化之前向所述罩壳(6)加载固化剂，所述固化剂具有可感应地或介电地被加热的颗粒。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在向所述罩壳(6)加载涂层剂和/或固化剂之后，所述罩壳围绕水平旋转轴旋转。
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