DE10128794A1 - Verfahren und Einrichtung zum Trocknen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von in Lackieranlagen auf ein Objekt aufgebrachten, wasserhaltigen Lacken und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. DOLLAR A Durch eine Kombination von Kondensationstrockenstufen und einer Konvektionstrockenstufe werden die störenden Einflüsse des Gehaltes an Wasser und organischen Lösungsmitteln auf Farbton und Farbbrillanz eliminiert. DOLLAR A Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht im wesentlichen aus einem Kabinenraum 1 mit einer Fördereinrichtung, in der in Reihe eine Abdunstzone 2, eine erste und eine zweite Kondensationstrockenstufe 3 und 4, eine Konvektionstrockenstufe 5 und eine Abkühlzone 6 angeordnet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von in Lackieranlagen auf ein Objekt aufgebrachten, wasserhaltigen Lacken und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• In der Lackiertechnik werden in zunehmenden Maße anstelle von Basislacken mit organischen Lösemitteln Basislacke mit Wasser als Lösemittel, im folgenden Wasserlack genannt, verarbeitet, die lediglich noch einen Anteil organischer Lösemittel von wenigen Prozenten enthalten und somit in ökologischer Hinsicht konventionellen lösemittelhaltigen Basislacken weit überlegen sind.
• Die Verarbeitung von Wasserlacken gestaltet sich jedoch insofern problematisch, als sich Wasser im Vergleich zu Lösemitteln wesentlich langsamer verflüchtigt und somit unter gleichen Betriebsbedingungen in Lackierkabinen für Wasserlacke im Vergleich zu lösemittelhaltigen Basislack erheblich längere Ausdampf- und Trockenzeit benötigt werden, da die übliche Geschwindigkeit der laminar strömenden Luft in Lackier- bzw. Spritzkabinen nur ca. 0,2-0,5 m/sec beträgt.
• Die Trocknung von lackierten Objekten erfolgt in der Regel nach drei Methoden. Weit verbreitet ist das sogenannte Konvektionsverfahren. Hier überträgt ein zirkulierender Heißluftstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 bis 15 m/sec durch Wärmeaustausch seinen Wärmeinhalt auf das Werkstück. Hauptvorteile dieses Verfahrens sind, das alle wärmehärtenden Lacksysteme und Werkstückformen trockenbar sind und eine hervorragende optische Qualität der Lackierung erzielbar ist. Nachteilig ist die erforderliche lange Verweilzeit im Trockner, die je nach Lacksystem, Schichtdicke des Lackauftrages und nach angewandter Temperatur zwischen 3 und 35 Minuten betragen kann. Im Falle der Lackierung von Kunststoffen beträgt die Verweilzeit im Trockner typischerweise 8 bis 10 Minuten. Das Konvektionsverfahren erfordert also einen Energie-Aufwand und - wenn hohe Stückzahlen je Zeiteinheit zu lackieren sind - einen hohen apparativen Aufwand.
• Ein zweites, mögliches Verfahren zur Trocknung von lackierten Werkstücken ist die sogenannte Kondensationstrocknung. Hier wird mittels eines zirkulierenden, stark entfeuchteten Luftstromes (Feuchtengehalt < 6 g/kg Luft) dem Lackfilm die Feuchtigkeit entzogen. Die Verweilzeit im Trockner beträgt zwischen 4 und 8 Minuten, die Trocknungstemperatur ca. 30°C. Auf Grund dieses, im Vergleich zur Konvektionstrocknung stark reduzierten Aufwandes für Trocknungstemperatur und Trocknungszeit ist das Kondensationsverfahren kostengünstig. Allerdings erhält man mit dem Kondensationsverfahren nur eine - bezogen auf die geforderten Spezifikationen in der Automobilindustrie - unzureichende Oberflächenqualität des lackierten Werkstückes, so daß es hauptsächlich für die Antrocknung oder die Vortrocknung beim Naß- in Naß-Lackaufbau verwendet wird.
• Ein drittes Trocknungsverfahren, das zunehmend an Bedeutung gewinnt, ist das Trocknen mittels Strahlen, bevorzugt mittels Infrarotstrahlen. Hiermit sind direkt bestrahlbare Werkstück-Partien in kurzer Zeit und mit guter Oberflächenqualität trockenbar. Hinterschneidungen lassen sich dagegen nur über Wärmeleitungen trocknen, mit der Gefahr örtlicher Überhitzung.
• Bekannt ist aus der DE 199 37 193 A1 ein Verfahren zum Trocknen von wasserhaltigem Basislack sowie Einrichtung und Nachrüstsatz für Lackierkabinen zur Durchführung des Verfahrens.
• Es wird ein Verfahren und eine Einrichtung zu dessen Durchführung beschrieben, um den Trockenprozeß von wasserhaltigem Basislack in Lackierkabinen besonders wirtschaftlich gestalten zu können. Hierzu wird vorgeschlagen, innerhalb der Lackierkabine Kabinenluft zu beschleunigen und das lackierte Objekt diesen beschleunigten Luftmassen auszusetzen. Die Einrichtung ist gekennzeichnet durch eine Lackierkabine, deren Kabinenraum über die Kabinendecke erwärmte Luft gefiltert zuführbar und über den Kabinenboden absaugbar ist, wobei zu mindest im oberen Drittel des Kabinenraumes wenigstens ein Gebläse zur Erzeugung eines am lackierten Objekt vorbeizuführenden Luftmassenstromes vorgesehen ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Nachrüstsatz für eine Lackierkabine zur Durchführung des Verfahrens.
• Des weiteren ist an der DE 41 06 573 C1 eine Vorrichtung zur kapazitiven Streufeldtrocknung von Wasserlacken auf ebenen Holz- und Holzwerkstoffflächen bei Arbeitsbreiten Größen 500 mm bekannt.
• Mit Rücksicht auf die gleichmäßige Trocknung über die ganze Arbeitsbreite ist die HF- Einspeisung in Verbindung mit der Anpassung so gestaltet, daß ein hochfrequentes elektrisches Streufeld ohne Magnetfeld zwischen den aufeinanderfolgenden Stabelektroden entsteht und auf die Wasserlacklamelle wirkt. Bei dem geringen Zugriff des elektrischen Feldes auf das Trägermaterial bleibt dies ohne störende Erwärmung und bedarf keiner nachträglichen Kühlung.
• Wasserlacke haben gegenüber herkömmlichen Lacken vor allem Nachteile bei der Trocknung. Die Nachteile liegen darin, daß diese ein Gemisch mit geringen Anteilen an organischen Lösungsmitteln und einen hohen Anteil an Wasser und Zusatzstoffen, wie Emulgatoren, enthalten. Wasser läßt sich naturgemäß wesentlich schwerer trocknen, als ein organisches Lösungsmittel. Weiterhin gibt es auf Grund der Zusatzstoffe auch noch schwerflüchtige Reste, welche die Trocknung verzögern und die Lackqualität beeinträchtigen können.
• Bei Trockenverfahren, die mit Konvektionswärme bzw. mit IR-Licht, UV-Strahlen oder Mikrowellen arbeiten, liegen die Nachteile in der geringen Durchlaufgeschwindigkeit der lackierten Objekte, sowie der übermäßigen Erwärmung des Trägermaterials und der Umgebung. Die Folge sind höhere Energie Verluste und zusätzlich längere Kühlzeiten. Um eine höhere Durchlaufgeschwindigkeit zu erreichen, und damit eine Verkürzung der Abdunst- und Trockenzeit, wird das lackierte Objekt mit beschleunigter Luft abgeblasen. Zur Erzeugung des beschleunigten Luftstromes wird Preßluft verwendet. Dazu ist zum einen ein entsprechend hoher Energiebedarf und zum anderen eine Aufbereitungsanlage zur Abscheidung von Öl und anderen Verunreinigungen notwendig. Des weiteren besteht die Gefahr, daß die mit hoher Geschwindigkeit austretende Luft Staub und Farbreste aufwirbelt und diese sich an der lackierten Oberfläche ablagern, wodurch die Lackoberfläche beschädigt werden kann.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Trocknungsverfahren für Wasserlacke zur Verfügung zu stellen, bei dem, bei höherer Durchlaufgeschwindigkeit, die Temperatur im Trägermaterial und der unmittelbaren Umgebung klein gehalten wird, eine gleichmäßigere Trocknung und eine hohe Lackoberflächenqualität erzielt wird. Des weiteren zielt die Erfindung darauf ab, eine entsprechende Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem der auf das Objekt aufgebrachte Wasserlack nach Durchlauf einer an sich bekannten Abdunstzone in zwei in Reihe geschalteten Kondensationsstufen und einer Konvektionsstufe getrockneten wird. In der Abdunstzone werden Anteile von organischen Lösungsmitteln bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 26°C, einer relativen Luftfeuchte von 50 bis 80% über einen vorgegebenen Zeitraum von mindestens 2 Minuten entfernt. Insbesondere hier erfolgt eine Beruhigung des Lackfilms, so daß eingeschlossene Luft entweichen kann.
• Anschließend durchläuft das lackierte Objekt eine erste Kondensationstrockenstufe. Die Trocknung erfolgt über einen Zeitraum von 1 bis 3 Minuten bei einer Luftgeschwindigkeit von 0,05 bis 5 m/sec, einer Temperatur im Bereich von 25 bis 35°C und einer Luftfeuchte von 1 bis 5 g/kg Luft. Das Einblasen der Luft erfolgt über die Filterdecke bzw. die Wände oder alternativ über Düsen. In dieser Zone beginnt die Entfeuchtung des Lackfilms bei niedrigeren Luftströmungsgeschwindigkeiten.
• Danach durchläuft das lackierte vorgetrocknete Objekt eine zweite Kondensationstrockenstufe. Hier wird der Lackfilm über einen Zeitraum von 2 bis 8 Minuten bei einer Luftgeschwindigkeit von 0,5 m/sec bis 12 m/sec, einer Luftfeuchte von 1 bis 5 g/kg Luft und einer Temperatur im Bereich von 25 bis 35°C getrocknet. Der Lufteinlaß erfolgt wiederum über eine Filterdecke bzw. Wände oder alternativ über Düsen. In dieser Zone erfolgt die weitere Entfeuchtung des Lackfilms bei einer höheren Luft-Strömungsgeschwindigkeit auf einen Wert unter 10% Restfeuchte im Lackfilm. Daran schließt sich in Reihe geschaltet eine Konvektionstrockenstufe an, wobei das lackierte Objekt über einen Zeitraum von 2 bis 5 Minuten mit Luft bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 90°C abgeblasen wird. Hier erfolgt eine oberflächige Vernetzung des Lackfilms. Restwassergehalt und Restgehalt an organischen Lösemitteln werden auf ein Minimum reduziert.
• Abschließend werden die lackierten Objekte in einer Kühlzone auf eine Temperatur unter 30°C gekühlt. In Abhängigkeit zum Werkstoff wird in der Regel mit vorgekühlter Luft eine Absetzung der Objekttemperatur erreicht.
• Mit der Erfindung wird erreicht, daß störende Einflüsse des Gehaltes an Wasser und organischen Lösungsmitteln auf Farbton und Farbbrillanz eliminiert werden. Weiterhin wird der Lackfilm infolge der Warmlufttrocknung in der Konvektionstrockenstufe zusätzlich an der Oberfläche vernetzt. Durch den gezielten Einsatz der Kondensationstrocknung in Verbindung mit der Konvektionstrocknung und der Tatsache, daß eine aufwendige Kühlung nach dem Trockenprozeß entfallen kann, lassen sich die Prozeßzeiten um ca. 40% und die Energiekosten um ca. 20% reduzieren.
• Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher beschrieben werden. Die dazugehörige Fig. 1 zeigt ein Schema der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Die Einrichtung besteht aus einen Kabinenraum 1, in der in Reihe nacheinander eine Abdunstzone 2, eine erste Kondensationstrockenstufe 3, eine zweite Kondensationstrockenstufe 4, eine Konvektionsstufe 5 und eine Abkühlzone 6 angeordnet sind. Jede der einzelnen Zonen bzw. Stufen weist eine separate Luftzufuhr bzw. -abfuhr auf. Im Kabinenraum 1 ist ein Deckenbereich ein Seilförderer angeordnet. Dieser transportiert die an eine Gehänge angeordnete Objekte - in diesem Beispiel Stoßfänger - durch die im Kabinenraum 1 angeordneten Zonen bzw. Stufen.
• Der am Gehänge fixierte Stoßfänger tritt am Eingang des Kabinenraumes 1, nach dem er in einer nicht näher dargestellten Lackieranlage mit einem Wasserlackfilm versehen wurde, in die Abdunstzone 2 ein. Zur Abdunstung von organischen Lösungsmitteln und zur Beruhigung des Lackfilms verweilt der Stoßfänger ca. 3 Minuten in der Abdunstzone 2. Bei einer Lufttemperatur von 23°C und einer relativen Luftfeuchte von 65% können organische Lösungsmittel abdunsten.
• Nach Ablauf der Verweilzeit tritt der Stoßfänger in die erste Kondensationstrockenstufe 3 ein. Bei einer Verweilzeit von 1 Minute und einer Luftfeuchte von 3 g/kg Luft beginnt die Entfeuchtung des auf den Stoßfänger angebrachten Lackfilmes. Die Temperatur der eingebrachten Luft beträgt 30°C. Die Luft wird mittels eines oder mehren Ventilatoren 7 über eine Filterdecke bzw. -wände eingeblasen. Die Strömungsgeschwindigkeit ist mit 0,5 m/sec niedrig eingestellt. Die Ventilatoren 7 sind so angelegt, daß sie vorzugsweise stufenlos einstellbar sind.
• Anschließend erfolgt die Weiterleitung des Stoßfängers in die zweite Kondensationstrockenstufe 4. Hier wird der Lackfilm bei einer Verweilzeit von 4 Minuten, einer Temperatur von 30°C und einer Luftfeuchte von 3 g/kg Luft weiter getrocknet. Die Luft wird mittels Ventilatoren 7 über die Filterdecke bzw. -wände eingeblasen. Die Strömungsgeschwindigkeit beträgt 1 m/sec und liegt damit höher als in der Kondensationstrockenstufe 3. In der Kondensationstrockenstufe 4 wird der Lackfilm auf eine Restfeuchte unter 10% getrocknet.
• Anschließend wird der Stoßfänger in die Konvektionstrockenstufe 5 verfahren. Bei einer Verweilzeit von 3 Minuten und einer Lufttemperatur von 60°C erfolgt eine oberflächige Vernetzung des Lackfilms. Restwassergehalt und Restgehalt an organischen Lösungsmittel werden auf ein Minimum reduziert.
• In der sich daran anschließenden Kühlzone 6 wird der Stoßfänger auf eine Objekttemperatur unter 30°C gekühlt und verläßt dann über den Ausgang den Kabinenraum 1.
• Um die entsprechenden Verweilzeiten des Stoßfängers in den Zonen bzw. Stufen zu realisieren sind diese entsprechend in ihrer Länge ausgebildet. Es besteht auch die Möglichkeit, den Förderer entsprechend so auszubilden, daß bei konstanter Länge der Zonen bzw. Stufen die geforderten Verweilzeiten realisiert werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Förderer eine mäanderförmige Bahn innerhalb des Kabinenraumes 1 beschreibt. Jeder der einzelnen Stufen bzw. Stufen sind Ventilatoren 7, die in ihrer Drehzahl stufenlos verstellbar sind, sowie Einrichtungen 8 zur Aufheizung bzw. Abkühlung der einzublasenden Luft zugeordnet. Über entsprechende Meßwertaufnehmer können die Parameter in jeder Zone ermittelt werden und die Aggregate gesteuert werden. Insgesamt ergibt sich eine Einrichtung zur Trocknung, die im Durchlaufverfahren arbeitet.

Claims (6)

1. Verfahren zum Trocknen von in Lackieranlagen auf ein Objekt aufgebrachten, wasserhaltigen Lacken bestehend aus folgenden Schritten:

- Teilweise Entfernung des bzw. der organischen Lösungsmittel in einer Abdunstzone (2) bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 26°C, einer relativen Luftfeuchte von 50 bis 80% und einer Verweildauer von mindestens 2 Minuten,

- Trocknen in einer ersten Kondensationsstufe (3) bei einer Temperatur im Bereich von 25 bis 35°C, einer Luftfeuchte von 1 bis 5 g/kg Luft, einer Verweildauer von 1 bis 3 Minuten und einer niedrigen Luft-Strömungsgeschwindigkeit,

- Trocknen in einer zweiten Kondensationstrockenstufe (4) bei einer Temperatur im Bereich von 25 bis 35°C, einer Luftfeuchte von 1 bis 5 g/kg Luft, einer Verweildauer von 2 bis 8 Minuten und einer höheren Luft-Strömungsgeschwindigkeit,

- Trocknen in einer Konvektionstrockenstufe (5) bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 90°C und einer Verweildauer von 2 bis 5 Minuten,

- Abkühlungen der lackierten Objekte in der Kühlzone (6) durch Einblasen gekühlter Luft auf eine Objekttemperatur unter 30°C, wobei der Transport der Objekte durch eine kontinuierliche Fördereinrichtung durch die vorgenannten Zonen und Stufen erfolgt.

2. Verfahren zum Trocknen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in die erste Kondensationstrockenstufe (3) mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,05 m/sec bis 5 m/sec eingeblasen wird.

3. Verfahren zum Trocknen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in die zweite Kondensationstrockenstufe (4) mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 m/sec bis 12 m/sec eingeblasen wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Trocknung von in Lackieranlagen auf ein Objekt aufgebrachten, wasserhaltigen Lacken mit zwischen Abdunstzone und Kühlzone angeordnetem Trocknungsbereich und einen Förderer für die lackierten Objekte, nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsbereich aus einer ersten Kondensationstrockenstufe (3), einer zweiten Kondensationstrockenstufe (4) und einer Konvektionstrockenstufe (5) besteht, wobei diese einen Kabinenraum (1) zwischen der Abdunstzone (2) und Kühlzone (6) in Reihe nacheinander angeordnet sind und eine gemeinsame Fördereinrichtung aufweisen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Zonen (2) und (6) sowie der Stufen (3), (4) und (5) Ventilatoren (7), die in ihrer Drehzahl stufenlos verstellbar sind, Einrichtung (8) zur Aufheizung bzw. Abkühlung der einzublasenden Luft zugeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Zonen (2) und (6) sowie der Stufen (3), (4) und (5) Meßwertaufnehmer angeordnet sind, mittels derer die Parameter in den Zonen bzw. Stufen aufnehmbar sind und in deren Abhängigkeit die Ventilatoren (7) und Einrichtungen (8) zur Aufheizung bzw. Abkühlung der einzublasenden Luft steuerbar sind.