DE10128794B4 - Verfahren und Einrichtung zum Trocknen - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Trocknen von in Lackieranlagen auf ein Objekt aufgebrachten, wasserhaltigen Lacken, bestehend aus folgenden Schritten:
– teilweise Entfernung des oder 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 min,
– Trocknen in einer ersten Kondensationstrockenstufe (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 min und einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 0,05 bis 5 m/s,
– 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 min und einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 0,5 bis 12 m/s,
– Trocknen in einer Konvektionstrockenstufe (5) bei einer Temperatur im Bereich von 50...

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 lösemittelhaltigem Basislack erheblich längere Ausdampf- und Trockenzeiten benötigt werden, da die übliche Geschwindigkeit der laminar strömenden Luft in Lackier- bzw. Spritzkabinen nur ca. 0,2 bis 0,5 m/s 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/s durch Wärmeaustausch seinen Wärmeinhalt auf das Werkstück. Hauptvorteile dieses Verfahrens sind, dass 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 min betragen kann. Im Falle der Lackierung von Kunststoffen beträgt die Verweilzeit im Trockner typischerweise 8 bis 10 min.
• Das Konvektionsverfahren erfordert also einen Energieaufwand 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 (Feuchtegehalt < 6 g/kg Luft) dem Lackfilm die Feuchtigkeit entzogen. Die Verweilzeit im Trockner beträgt zwischen 4 und 8 min, 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 Werkstückpartien 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 zumindest 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 aus der DE 41 06 573 C1 eine Vorrichtung zur kapazitiven Streufeldtrocknung von Wasserlacken auf ebenen Holz- und Holzwerkstoffflächen bei Arbeitsbreiten größer als 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.
• Aus der DE 196 44 717 A1 und der DE 197 81 220 C1 sind Verfahren zum Trocknen von beschichteten Werkstücken sowie Vorrichtungen zur Durchführung des jeweiligen Verfahrens bekannt, bei denen die Werkstücke trockener Luft ausgesetzt werden. Hierbei wird dem Lackfilm in einer Kondensationsstufe Wasser entzogen.
• Bekannt ist weiter aus der DE 199 37 857 A1 ein Verfahren zum Trocknen von mit Hydrobasislacken beschichteten Objekten in mehreren Stufen. Dabei wird Wasser durch eine Kombination von Wärme und einer bestimmten eingestellten Luftfeuchtigkeit aus dem Lackfilm entfernt.
• Die US 5 396 716 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trocknen, das über mehrere einzeln hinsichtlich Lufttemperatur und Luftströmungsgeschwindigkeit regelbare Trocknungsmodule verfügt. Die Trocknung erfolgt hierbei in einem Konvektionsverfahren.
• 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 Energieverluste 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, beidem 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 getrocknet wird. In der Abdunstzone werden Anteile von organischen Lösungsmitteln bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 26 °C und einer relativen Luftfeuchte von 50 bis 80 % über einen vorgegebenen Zeitraum von mindestens 2 min 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 min bei einer Luftgeschwindigkeit von 0,05 bis 5 m/s, 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 min bei einer Luftgeschwindigkeit von 0,5 bis 12 m/s, 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 Luftströmungsgeschwindigkeit 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 min 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 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 oder Stufen weist eine separate Luftzufuhr bzw. - abfuhr auf. Im Kabinenraum (1) ist im Deckenbereich eine Fördereinrichtung angeordnet. Dieser transportiert die an einem Gehänge angeordneten Objekte – in diesem Beispiel Stoßfänger – durch die im Kabinenraum (1) angeordneten Zonen und 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 min 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 min 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 mehreren Ventilatoren (7) über eine Filterdecke bzw. -wände eingeblasen. Die Strömungsgeschwindigkeit ist mit 0,5 m/s 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 min, 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 min und einer Lufttemperatur von 60 °C erfolgt eine oberflächige Vernetzung des Lackfilms. Restwassergehalt und Restgehalt an organischen Lösungsmitteln 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 und 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 und 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 Zonen und Stufen sind Ventilatoren (7), die in ihrer Drehzahl stufenlos verstellbar sind, sowie Einrichtungen (8) zur Aufheizung oder Abkühlung der einzublasenden Luft zugeordnet. Über entsprechende Messwertaufnehmer können die Parameter in jeder Zone und Stufe ermittelt werden und die Aggregate gesteuert werden. Insgesamt ergibt sich eine Einrichtung zur Trocknung, die im Durchlaufverfahren arbeitet.

Claims (4)

1. Verfahren zum Trocknen von in Lackieranlagen auf ein Objekt aufgebrachten, wasserhaltigen Lacken, bestehend aus folgenden Schritten: – teilweise Entfernung des oder 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 min, – Trocknen in einer ersten Kondensationstrockenstufe (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 min und einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 0,05 bis 5 m/s, – 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 min und einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 0,5 bis 12 m/s, – Trocknen in einer Konvektionstrockenstufe (5) bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 90 °C und einer Verweildauer von 2 bis 5 min, – Abkühlung 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. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Trocknung von in Lackieranlagen auf ein Objekt aufgebrachten, wasserhaltigen Lacken mit zwischen Abdunstzone und Kühlzone angeordnetem Trocknungsbereich und einem Förderer für die lackierten Objekte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kabinenraum (1) in Reihe nacheinander eine Abdunstzone (2), eine erste Kondensationstrockenstufe (3), eine zweite Kondensationstrockenstufe (4), eine Konvektionstrockenstufe (5) und eine Abkühlzone (6) angeordnet sind, dass jede der einzelnen Zonen (2) und (6) sowie der Stufen (3), (4) und (5) eine separate Luftzufuhr und Luftabfuhr aufweist, dass Einrichtungen (8) zur Aufheizung oder Abkühlung der einzublasenden Luft vorhanden sind und dass die einzelnen Zonen und Stufen eine gemeinsame Fördereinrichtung aufweisen.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, 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, zugeordnet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, 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 und Stufen aufnehmbar sind und in deren Abhängigkeit die Ventilatoren (7) und Einrichtungen (8) zur Aufheizung oder Abkühlung der einzublasenden Luft steuerbar sind.