DE10147199A1

DE10147199A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Konvektionsstrocknung von Lackschichten

Info

Publication number: DE10147199A1
Application number: DE2001147199
Authority: DE
Inventors: Heinz Georg Vollmer
Original assignee: OLT OBERFLAECHEN LUFT und TROC
Current assignee: OLT OBERFLAECHEN LUFT und TROC
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-04-24

Abstract

Verfahren zur Konvektionstrocknung von Fahrzeug-Karosserien, Waggons und dgl., die mit einer auf die Oberfläche aufgetragenen Wasserlackschicht versehen sind, bei dem sich das Werkstück während des Trocknungsvorgangs im Inneren einer Trocknungskabine befindet, die wenigstens in ihrem oberen Bereich mit einem Luftzuführungskanal versehen ist, durch den konditionierte Trocknungsluft mithilfe eines Ventilators in den Bereich des Werkstücks von oben her einblasbar ist. Die Prozessluft strömt gesteuert mithilfe von Steuerklappen und/oder einer Reversion der Ventilatorrichtung wechselweise in zusätzlichen Richtungen, nämlich vertikal von unten diagonal und/oder horizontal zur Trocknungskabine (Richtungen R1, R2; D1, D2; W1, W2), so dass die Prozessluft das Werkstück abwechselnd so umfließt, dass Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur der gesamten, feuchten Lackbeschichtung homogenisierbar sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine Trocknungskabine zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konvektionstrocknung von großen Werkstücken, wie Fahrzeug-Karosserien, Waggons und dergl., die mit einer auf die Werkstück-Oberfläche aufgetragenen Wasserlackschicht versehen sind, bei dem sich das Werkstück während des Trocknungsvorgangs im Inneren einer Trocknungskabine befindet, die wenigstens in ihrem oberen Bereich mit einem Luftzuführungskanal versehen ist, durch den konditionierte Trocknungsluft mithilfe eines Ventilators in den Bereich des Werkstücks von oben her einblasbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Trocknungskabine.
Aus der DE 44 36 018 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Lackschicht von wenigstens zwei an den oberen Ecken einer tunnelartigen Trocknungskabine angeordneten Ventilatoren in einem Umluftsystem behandelt wird. Damit die Lackschicht möglichst gleichmäßig getrocknet werden kann, sind noch Heizelemente und Reingasleitungen vorgesehen, die die Absaugbereiche der Trocknungskabine, aber auch die schwer zugänglichen Bereichen des zu behandelden Werkstücks, hier: sogenannte Karrosserieschweller, mit Wärmestrahlung beaufschlagen können.
Getrocknet wird also in einem Wärmetrocknungsverfahren, das Heizelemente und eine Wärmeisolierung der Trocknungskabine erfordert. Außerdem wälzen die Ventilatoren derart die Luft um, daß im oberen Bereich des Werkstücks zwangsläufig eine Luftverwirbelung entsteht, die ungünstig auf die Qualität der Lackschicht einwirken kann. Der gesamte Trocknungsprozeß erfordert einen großen Energieaufwand und ist damit kostspielig.
Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zum Trocknen von dünnen Schichten sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens (DE 197 81 220 C1), bei dem zur Trocknung von Wasserlack-Schichten (Lackschichten auf Wasserbasis) eine Luftführung von oben nach unten erfolgt, wobei die Luft in einem geschlossenen oder in einem offenen Kreislauf zirkuliert, wobei die Feuchtigkeit und leicht flüchtige Inhaltsstoffe der Luft auskondensiert werden in einem Kälteverdampfer und die Luft nach Wiedererwärmung als trockene Luft über die zu trocknenden, auf den Werkstücken aufgebrachten dünnen Lackschichten geleitet wird, um die Flüssigkeiten an der Oberfläche aufzunehmen.
Nachteilig hierbei ist, daß wegen der nur in einer Richtung erfolgenden Strömung der Luft es an großen Werkstücken in den Bereichen, die sekundär durchströmt werden, es zu Inhomogenitäten und damit zu schlechteren Abtrocknungsergebnissen kommt.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung von an Werkstücken aufgetragenen Lackschichten, insbesondere aus Wasserlack, zu konzipieren, die es ermöglichen, die gesamte Lackschicht homogen und preiswerter abzutrocknen.
Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren zur Konvektionstrocknung von an Werkstücken aufgetragenen Lackschichten dadurch gelöst, daß die Prozeßluft mit Hilfe von Steuerklappen und/oder einer Reversion der Ventilatorrichtung wechselweise in zusätzlichen Richtungen, nämlich vertikal von unten diagonal und/oder horizontal zur Trocknungskabine, gesteuert strömt (Richtungen R1, R2; D1, D2; W1, W2), so daß die Prozeßluft das Werkstück abwechselnd so umfließt, daß Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur der gesamten, feuchten Lackbeschichtung homogenisierbar sind, daß die Prozeßluft wechselweise in beiden entgegengesetzten Richtungen des Luftkreislaufs geführt wird, so daß die Prozeßluft gleichmäßig das Werkstück umfließt und den Temperaturausgleich der gesamten Lackbeschichtung beschleunigt.
Die Richtungsänderung der Luftströmung kann in gleichen oder ungleichen Zeitintervallen durch eine manuelle oder motorische Klappensteuerung erfolgen. Vorzugsweise wird eine automatische Richtungsänderung mit vorprogrammierten Zeitintervallen vorgenommen.
Wesentlich für die Erfindung sind Verläufe der Luftströmungen innerhalb eines Trocknungsnutzraums, also dort, wo die Prozeßluft direkt mit der Lackschicht des Werkstücks in Berührung kommt.
So betrachtet beziehen sich die beiden entgegengesetzten Richtungen des Luftkreislaufs auf eine beliebig innerhalb des Trocknungsnutzraums gerichtete Luftströmung, beispielsweise auf eine vertikal, horizontal oder diagonal gerichtete Luftströmung.
Das Verfahren gemäß Erfindung kann sowohl für die Warmluft als auch für die Kältetrocknung, bei der die Temperatur der Prozeßluft höchstens 40°C beträgt, verwendet werden. Die Kältetrocknung mit Gegenstromsteuerung eignet sich insbesondere für Wasserlacke, die auf großen Werkstücken aufgetragen sind. Hierbei handelt es sich um Eisenbahnwaggons, Autokarrosserien, Stahlmaste oder Fahrwerksrahmen, teilweise mit komplizierten Formen, die rasch getrocknet werden müssen, ohne daß Abstriche an der Lackqualität hingenommen werden sollen.
Durch die steuerbaren Richtungsänderungen der Luftströmung kann die Trocknungszeit erheblich reduziert werden, da die Prozeßluft aufgrund der stetigen Differenz der Wasserdampf- Partialdrücke sehr viel mehr Feuchtigkeit aus dem Wasserlack aufnehmen kann. Die Trocknungszeiten nach dem Verfahren gemäß Erfindung können beispielsweise bei Ein-Komponenten- Wasserlacken bis zum 2,5%igen der früher aufzuwendenden Zeit, also im Verhältnis von 1 : 40 verringert werden. Außerdem werden sogenannte tote Zonen in den Absaugbereichen vermieden, weil die letzteren ihre Lage gleichzeitig mit der Richtungsänderung der Prozeßluft wechseln.
Optional kann die Kältetrocknung durch eine nachfolgende Wärmetrocknung ergänzt werden, beispielsweise zwecks einer vollständigen Lackaushärtung.
Bei dem Verfahren gemäß Erfindung werden die Luftverwirbelungen weitgehend reduziert, da die Luftströmung von einem einzigen Gebläse erzeugt und mittels Klappensteuerung gezielt gerichtet werden kann.
Eine Trocknungskabine zur Durchführung des Verfahrens gemäß Erfindung umfaßt wenigstens folgende Teile:

- einen Trocknungsnutzraum, der mit Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnungen versehen und wenigstens teilweise von einer Trocknungskabine umgeben ist,
- wenigstens ein Gebläse, das außerhalb des Trocknungsnutzraumes angeordnet ist,
- Luftzuführ- und Luftabluftkanäle,
- und wenigstens drei Steuerklappen, die dem Gebläse zugeordnet sind, mit denen sich sie Richtung der das Werkstück zu umfließenden Prozeßluft verändern läßt.

Vorzugsweise besitzt die Vorrichtung ein einziges Gebläse, das in einer Gebläse-Kammer angeordnet ist, die über umschaltbare Steuerklappen jeweils mit einem außerhalb des Trocknungsnutzraums liegenden Umlenkraum in Verbindung steht. Die Gebläse-Kammer kann durch eine Seitenwand der Trocknungskabine und eine innenliegende Seitenwand des Trocknungsnutzraumes gebildet sein.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Gebläse-Kammer in einem Deckenbereich der Trocknungskabine angeordnet sein.
Als Gebläse ist vorzugsweise ein Radialventilator gewählt worden, der platzsparend in der Gebläse-Kammer untergebracht werden kann. Dadurch kann eine enge, an die Höhe des Radialventilators (in seiner Längsaxialrichtung) angepaßte Gebläse-Kammer von einem relativ kleinem Volumen gebildet sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnung näher erläutert, deren Figuren im einzelnen zeigen:
Fig. 1a und 1b eine Trocknungskabine mit einem seitlich angeordneten Gebläse und vier umschaltbaren Steuerklappen, in einem schematischen Schnitt;
Fig. 2 und 2b eine Trocknungskabine mit einem seitlich angeordneten Gebläse und drei umschaltbaren Steuerklappen, ebenso in einem schematischen Schnitt;
Fig. 3a und 3b eine andere Ausführungsform der Trocknungskabine mit einem Deckenlüfter, in einem schematischen Schnitt;
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Trocknungskabine.
In den Fig. 1a und 1b ist eine Vorrichtung 100 schematisch dargestellt, die sich im wesentlichen aus einer äußeren Trocknungskabine 1, einem Trocknungsnutzraum 10, einem einzigen, seitlich angeordneten Gebläse 2, einer Gebläse- Kammer 13 und vier umschaltbaren Steuerklappen 5.1, 5.2; 6.1, 6.2 zusammensetzt. Das Gebläse 2 ist ein Radialventilator, der von einem außerhalb der Trocknungskabine 1 angeordneten Elektromotor 32 angetrieben ist. Zur Verdeutlichung des Wirkungsprinzips der Vorrichtung sind die üblichen Elemente, wie Luftzuführleitungen, elektrische bzw. hydraulische Installation, Kälte- und Wärmeaggregate, Befestigung des Trocknungsnutzraums 10 innerhalb der Trocknungskabine 1 und dgl., weggelassen.
Die Trocknungskabine 1 weist einen Boden 11.1, zwei Seitenwände 11.2, 11.3 und eine Deckenwand 11.4 auf, wobei die eine, linke Seitenwand 11.3 zugleich eine Seitenwand des Trocknungsnutzraums 10 bildet. An der rechten Seitenwand 11.2 der Trocknungskabine ist das Gebläse 2 (Radialventilator) derart angebracht, daß seine Drehachse D senkrecht gegenüber der Seitenwand 11.2 angeordnet ist.
In einem Abstand A von der Seitenwand 11.2 verläuft parallel eine Innenwand 11.5 mit zwei sich gegenüberliegenden Steuerklappen 5.1 und 5.2, von denen die eine bis zur Deckenwand 11.4 und die andere bis zum Boden 11.1 reicht. Der Abstand A ist durch eine minimale Einbauhöhe des Radialventilators, bemessen entlang der Drehachse D, definiert.
Der innere Trocknungsnutzraum 10 ist durch die genannte Seitenwand 11.3, eine dieser gegenüberliegende Seitenwand 31.1, eine Deckenwand 31.2 mit Lufteintrittsöffnungen 8.1, 8.2 und einen Boden 31.3 mit Luftaustrittsöffnungen 9.1, 9.2, 9.3 begrenzt. In den Boden 31.3 und in die Deckenwand 31.2 können Gitterroste eingelassen werden. Weiterhin sind im Raum zwischen der Seitenwand 31.1 des Trocknungsnutzraums 10 und der Innenwand 11.5 der Gebläse-Kammer 13 die übrigen zwei Steuerklappen 6.1, 6.2 übereinander angeordnet.
Die in den Fig. 2a und 2b gezeigte Vorrichtung (Bezugszahl 200) unterscheidet sich von der bereits beschriebenen dadurch, daß im Raum zwischen der Seitenwand 31.1 des Trocknungsnutzraums 10 und der Innenwand 11.5 der Gebläse- Kammer 13 nur eine einzige, einer Drosselklappe ähnelnde Steuerklappe 7 anstelle der zwei übereinander liegenden Steuerklappen 6.1, 6.2 eingesetzt ist. Diese Steuerklappe 7 kann in Form einer Drehwand ausgeführt sein.
In den Fig. 3a und 3b ist eine Vorrichtung 300 dargestellt, bei der das Gebläse 2 in einem Deckenbereich 17 der Trocknungskabine 1 untergebracht ist. Die zueinander spiegelbildlich angeordneten Umlenkräume 12.1, 12.2 befinden sich in den oberen Eckbereichen der Trocknungskabine 1 und stehen jeweils über eine steuerbare Luftjalousie 18.1, 18.2 mit dem Trocknungsnutzraum 10 in Verbindung. Die Luftjalousien 18.1, 18.2 sind schräg angeordnet, so daß die Prozeßluft diagonal entlang der Pfeile D1, D2 in den Trocknungsnutzraum 10 einströmen und über eine ebenso steuerbare, untere Luftaustrittsöffnung 19.1, 19.2 und einen seitlichen Luftkanal 20.1, 20.2 in den schematisch gezeigten Abluftkanal 4 gelangen kann. Das diagonale Trocknungsprinzip eignet sich insbesondere für größere, quaderförmige Werkstücke, wie Eisenbahnwaggons und dgl.
Die Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung 400, deren Konstruktionsprinzip dem der Vorrichtung 100 gleich ist, jedoch durch "Umdrehen" um 90° der Trocknungskabine 1 eine horizontal, entlang der Pfeilen W1, W2 gerichtete Luftströmung 15.3 (im Betriebszustand) entsteht.
Der Vorgang der Gegenstromsteuerung gemäß Anspruch 1 wird nachfolgend anhand der Fig. 1a und 1b beschrieben:
Die bis etwa 35°C erwärmte, trockene Prozeßluft wird über eine nicht dargestellte Luftzuführleitung dem Gebläse 2 zugeführt, das einen leichten Luftüberdruck in der Gebläse- Kammer 13 erzeugt, so daß die Prozeßluft über die obere, geöffnete Steuerklappe 5.1 in einen oberen Umlenkraum 12.1 zwischen den Deckenwänden 11.4 und 31.2 und von dort über die Lufteintrittsöffnungen 8.1, 8.2 in den Trocknungsnutzraum 10 gelangt. Die obere Steuerklappe 6.1 zwischen dem Trocknungsnutzraum 10 und der Innenwand 11.5 ist geschlossen. Im Trocknungsnutzraum 10 ist ein Werkstück 30, im vorliegenden Fall ein wasserlackierter Fahrwerksrahmen hängend untergebracht. Der Fahrwerksrahmen wird von oben nach unten in Richtung R1 (Pfeile Fig. 1a) mit der Luft innerhalb von 5 Minuten ununterbrochen angeblasen. Die das Werkstück umfließende Prozeßluft nimmt die Feuchtigkeit aus dem Wasserlack stets auf und gelangt über die unteren Luftaustrittsöffnungen 9.1, 9.2, 9.3 in den zweiten, unteren Umlenkraum 12.2. Da die untere Steuerklappe 5.2 geschlossen ist, wird die feuchte Prozeßluft über die untere, geöffnete Steuerklappe 6.1 zwischen dem Trocknungsnutzraum 10 und der Innenwand 11.5 und über eine Abluft-Öffnung 3 einem schematisch angedeuteten Abluftkanal 4 zugeleitet. Die feuchte Luft wird dann auf bekannter Weise entwässert und wieder bis zur Temperatur 35°C erwärmt, so daß das Werkstück stets durch die frisch getrocknete und erwärmte Prozeßluft bestrichen wird.
Nach dem Ablauf von 5 Minuten werden alle Steuerklappen 5.1, 5.2; 6.1, 6.2 automatisch umgesteuert, so daß die Prozeßluft von unten nach oben (Pfeile R2; Fig. 1b) durch den Trocknungsnutzraum 10 fließt. Die Richtungsänderungen erfolgen in vorbestimmten Zeitintervallen, im vorliegenden Fall in Zeitabständen von jeweils 5 Minuten. Die gesamte Trocknungszeit betrug 20 Minuten. SLP 56 Bezugszeichenliste 1 Trocknungskabine
2 Gebläse
3 Abluft-Öffnung
4 Abluftkanal
5.1, 5.2 Steuerklappe
7 Steuerklappe
8.1, 8.2 Lufteintritts(-austritts)Öffnung
9.1, 9.2, 9.3 Luftaustritts(-eintritts)Öffnung
10 Trocknungsnutzraum
11.1 Boden (v. 1)
11.2, 11.3 Seitenwand (v. 1)
11.4 Deckenwand (v. 1)
11.5 Innenwand (v. 13)
13 Gebläse-Kammer
15.1. .15.3 Luftströmung
17 Deckenbereich
18.1, 18.2 Luftjalousie
19.1, 19.2 Luftaustrittsöffnung
20.1, 20.1 Luftkanal
30 Werkstück
31.1 Seitenwand (v. 10)
31.2 Deckenwand (v. 10)
31.3 Boden (v. 10)
32 Elektromotor
A Abstand
D Drehachse

Claims

1. Verfahren zur Konvektionstrocknung von großen Werkstücken, wie Fahrzeug-Karosserien, Waggons und dergl., die mit einer auf die Werkstück-Oberfläche aufgetragenen Wasserlackschicht versehen sind, bei dem sich das Werkstück während des Trocknungsvorgangs im Inneren einer Trocknungskabine befindet, die wenigstens in ihrem oberen Bereich mit einem Luftzuführungskanal versehen ist, durch den konditionierte Trocknungsluft mithilfe eines Ventilators in den Bereich des Werkstücks von oben her einblasbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßluft mithilfe von Steuerklappen und/oder einer Reversion der Ventilatorströmungsrichtung wechselweise in zusätzlichen Richtungen, nämlich vertikal von unten diagonal und/oder horizontal zur Trocknungskabine, gesteuert strömt (Richtungen R1, R2; D1, D2; W1, W2), so daß die Prozeßluft das Werkstück abwechselnd so umfließt, daß Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur der gesamten, feuchten Lackbeschichtung homogenisierbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsänderung der Luftströmung in Zeitintervallen durch eine Klappensteuerung erfolgt.

3. Trocknungskabine (100; 200; 300; 400) zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 und 2, die wenigstens folgende Teile aufweist:

- einen Trocknungsnutzraum (10), der mit Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnungen (8.1, 8.2; 9.1, 9.2, 9.3; 18.1, 18.2; 19.1, 19.2) versehen ist,

- wenigstens ein Gebläse (2), das außerhalb des Trocknungsnutzraumes (10) angeordnet ist,

- sowie Luftzuführ- und Luftabluftkanäle,

dadurch gekennzeichnet, daß dem Gebläse (2) wenigstens drei Steuerklappen (5.1, 5.2; 6.1, 6.2; 7) zugeordnet sind, mit denen sich sie Richtung (R1, R2; D1, D2; W1, W2) der das Werkstück (30) zu umfließenden Prozeßluft verändern läßt.

4. Trocknungskabine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (2) in einer Gebläse-Kammer (13) angeordnet ist, die über zwei umschaltbare Steuerklappen (5.1, 5.2) jeweils mit einem außerhalb des Trocknungsnutzraumes (10) liegenden Umlenkraum (12.1, 12.2) in Verbindung steht.

5. Trocknungskabine nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Gebläse-Kammer (13) zwischen einer Seitenwand (16) der Trocknungskabine (1) und einer Seitenwand des Trocknungsnutzraumes (10) angeordnet ist.

6. Trocknungskabine nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Gebläse-Kammer (13) in einem Deckenbereich (17) der Trocknungskabine (1) angeordnet ist.

7. Trocknungskabine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (2) ein Radialventilator ist.

8. Trocknungskabine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer tunnelartigen Trocknungskabine (1) ein ebenso tunnelartiger Trocknungsnutzraum (10) sowie mehrere hintereinander angeordnete Gebläse (2) vorgesehen sind.