-
Die
Erfindung betrifft eine Lackieranlage mit einer im Umluftverfahren
betriebenen Lackierkabine, einem Naß-Abscheidesystem durch welches Prozeßluft aus
der Lackierkabine zusammen mit zugeführtem Auswaschwasser abgesaugt
wird und dabei Lackreste aus der Prozeßluft in das Auswaschwasser übertragen
werden, und mit einer Luftaufbereitungsanlage zur Konditionierung
rezirkulierter Prozeßluft,
sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage.
-
In
Lackierkabinen mit Naßlacksystemen
wird der Lack mittels automatischer Sprüheinrichtungen, z.B. Robotern
mit lackzerstäubenden
Pistolen oder Hochrotationszerstäubern
auf zu lackierende Werkstücke
aufgetragen. Dabei ergibt sich je nach Auftragsverfahren ein bestimmter
Auftragwirkungsgrad, d.h. eine bestimmte Teilmenge des versprühten Lacks
wird am Werkstück
vorbeigesprüht.
Dieser als Overspray bezeichnete Anteil wird abgesaugt. Ein zur
abgesaugten Luftmenge etwa äquivalenter
Reinluftvolumenstrom wird in die Kabine mit minimalem Überdruck
eingeblasen, so daß keine
Fremdluft in den Kabinenreinraum eindringen kann.
-
Zur
Abreinigung der in der Abluft befindlichen Lackpartikel wird ein
Naß-Abscheidesystem,
wie zum Beispiel ein Venturiwäscher,
eingesetzt. Dazu wird Auswaschwasser zugeführt und zusammen mit der Luft
aus der Lackierkabine und dem darin enthaltenen Lacknebel abgesaugt
und dabei verwirbelt. Durch die Verwirbelung des Wasser/Luftgemisches in
dem Naß-Abscheidesystem
werden die Lackparti kel aus der Luft ausgewaschen und an das Auswaschwasser übertragen.
-
Werden
in solchen Lackierkabinen automatisierte Sprüheinrichtungen eingesetzt,
so können
die Lackierkabinen in Umluft betrieben werden, da keine Personenarbeitsplätze in der
Kabine angeordnet sind.
-
Bei
bekannten Anlagen der eingangs genannten Art enthält die Luftaufbereitungsanlage,
welche die von der Naß-Abscheidung kommende
und wieder in die Lackierkabine zurückzuführende Prozeßluft konditioniert,
eine Entfeutungseinrichtung, die einen erheblichen apparativen und
energetischen Aufwand verursacht.
-
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Lackieranlage mit einer im
Umluftverfahren betriebenen Lackierkabine mit geringerem Energieverbrauch
anzugeben. Außerdem
soll ein Verfahren zum energiesparenden Betrieb einer Lackieranlage
angegeben werden.
-
Die
Aufgabe wird hinsichtlich der Lackieranlage gelöst durch die Merkmale des Anspruchs
1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs
9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu
entnehmen.
-
Die
Lackieranlage besitzt eine im Umluftverfahren betriebene Lackierkabine,
ein Naß-Abscheidesystem,
durch welches Prozeßluft
aus der Lackierkabine zusammen mit zugeführtem Auswaschwasser abgesaugt
wird und dabei Lackreste aus der Prozeßluft in das Auswaschwasser übertragen
werden, sowie eine Luftaufbereitungsanlage zur Konditionierung rezirkulierter
Prozeßluft.
Erfindungsgemäß ist eine
Kühleinrichtung
zur Kühlung
des Auswaschwasser vorgesehen.
-
Durch
die Kühlung
des Auswaschwassers wird auch die abgesaugte Prozeßluft abgekühlt. Damit
kann sie weniger Luftfeuchte aufnehmen, d.h. ihr absoluter Luftfeuchtegehalt
bleibt niedrig. Dadurch kann die anschließende Kühlung der Prozeßluft zur Entfeuchtung
entfallen und sie braucht zur Erreichung des für den Lackiervorgang notwendigen
Prozeßzustandes
nur noch aufgeheizt zu werden. Dies führt zu einem energetisch günstigeren
Betrieb und damit zu einer erheblichen Reduzierung der Prozeßkosten.
Außerdem
kann die Luftaufbereitungsanlage durch die Einsparung des Luftkühlers in
kompakterer Bauweise ausgeführt
werden.
-
Zweckmäßig wird
das Auswaschwasser aus dem Naß-Abscheidesystem über eine
Ableitung in einen Vorratstank geleitet, von wo es von einer Umwälzpumpe über eine
Rückführungsleitung
in das Naß-Abscheidesystem
zurückgepumpt
wird. Bei einer ersten Ausführungsform
befindet sich in der Rückführungsleitung
ein Kühler
für das
Auswaschwasser.
-
Vorteilhaft
ist der Kühler
konzentrisch innerhalb der rohrförmigen
Rückführungsleitung
angeordnet. Dies ist platzsparend und ermöglicht ein einfaches Nachrüsten vorhandener
Anlagen.
-
Bei
einer zweiten Ausführungsform
ist die Kühleinrichtung
an dem Vorratstank zur Kühlung
des darin befindlichen Auswaschwasser angebracht. Dies ist besonders
energiesparend, da der Vorratstank gut isoliert werden kann.
-
Bei
einer dritten Ausführungsform
ist die Kühleinrichtung
an dem Naß-Abscheidesystem
zur Kühlung
des darin befindlichen Auswaschwasser angebracht. Eine Kühlung erfolgt
dann direkt über
das Naß-Abscheidesystem.
-
Die
Luftaufbereitungsanlage besitzt bei vorteilhaften Ausführungsformen
der Erfindung lediglich einen Luftfilter und eine Heizeinrichtung
für die
rezirkulierte Prozeßluft
und kann daher sehr kompakt aufgebaut werden.
-
Bei
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die
Heizeinrichtung in einem nach dem Luftfilter abgezweigten Nebenstrom
angeordnet, der in den Hauptstrom vor dem Luftfilter zurückführt. Durch
die Mischung der beiden Luftströme wird
ein niedrigerer relativer Luftfeuchtegehalt erzielt. Dies bewirkt,
daß sich
in dem Luftfilter weniger Wasser ablagert, was wiederum zu einer
Absenkung des Druckverlustes über
dem Luftfilter führt.
Die Leistungsaufnahme des Umluftventilators kann dadurch reduziert
werden und die Staubspeicherfähigkeit
und damit die Standzeit des Luftfilters wird erhöht.
-
Alternativ
kann auch zusätzlich
zu einer Heizeinrichtung im Hauptstrom eine weitere Heizeinrichtung
im abgezweigten Nebenstrom angeordnet sein. Dann kann eine Regelung
der Prozeßlufttemperatur auf
einfache Weise durch einen Luftmengenregler oder über einen
Stufenregelung der Temperatur erfolgen.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Betrieb einer Lackieranlage wird aus einer Lackierkabine Prozeßluft zusammen
mit zugeführtem
Auswaschwasser durch ein Naß-Abscheidesystem abgesaugt,
wobei eine Übertragung
von Lackresten aus der Prozeßluft
in das Auswaschwasser stattfindet. Die abgesaugte Prozeßluft wird
in einer Luftaufbereitungsanlage aufgeheizt und wieder in die Lackierkabine
eingeblasen wird. Das Auswaschwasser wird erfindungsgemäß soweit
abgekühlt,
daß sich der
absolute Feuchtegehalt der Prozeßluft nach Durchströmen des
Naß-Abscheidesystems
nicht erhöht
hat.
-
Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Prinzipzeichnung einer Lackieranlage gemäß dem Stand
der Technik,
-
2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Lackieranlage,
-
3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Lackieranlage,
-
4 ein
drittes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Lackieranlage,
-
5 eine
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lackieranlage
aus 2 mit einer Heizeinrichtung im Nebenstrom und
-
6 eine
alternative Ausführungsform
zu 5 mit Heizeinrichtungen sowohl im Haupt- als auch
im Nebenstrom.
-
Eine
Lackieranlage bekannter Bauart ist in einer Prinzipzeichnung in 1 gezeigt.
Sie umfaßt eine
Lackierkabine 101 mit einem Venturiwäscher 102 sowie eine
Luftaufbereitungsanlage 110. Der Venturiwäscher 102 besitzt
einen von beiden Seiten nach innen abfallenden Boden, im folgenden "Wanne 104" genannt, der über seitliche
Rinnen mit Auswaschwasser überspült wird.
Das Auswaschwasser wird zusammen mit der Prozeßluft aus der Lackierkabine 101 über eine
Venturidüse 103 abgesaugt.
Die Abluft wird dabei mit dem Auswaschwasser verwirbelt und gereinigt.
Das Auswaschwasser sammelt sich am Boden des Venturiwäschers 102,
von wo es über
eine Ableitung 123 in einen Vorratstank 124 geführt wird.
Von dort wird es von einer Umwälzpumpe 126 über eine
Rückführungsleitung 127 wieder
in den Venturiwäscher 102 zurückgepumpt.
-
Der
Venturiwäscher 102 dient
als erste Filterstufe zur Reinigung der Abluft. Als Nebeneffekt
wird die Abluft aber in dem Venturiwäscher 102 befeuchtet,
d.h. der relative und absolute Feuchtegehalt der Luft steigt an.
Gleichzeitig erfolgt eine Abkühlung
der Abluft durch die Aufwendung der Verdampfungsenthalpie. Bevor
die als Umluft geführte
Prozeßluft
von einem Umluftgebläse 118 aus
der Absaugleitung 122 wieder über die Einblasleitung 121 und
einen Deckenfilter 108 in die Lackierkabine 101 eingeblasen werden
kann, muß daher
eine Konditionierung, d.h. eine klimatechnische Aufbereitung der
Prozeßluft
erfolgen, um den für
den Lackiervorgang erforderlichen Klimawert (Temperatur und Luftfeuchte)
sowie die notwendige Partikelfreiheit wieder herzustellen. Dies erfolgt
in der Luftaufbereitungsanlage 110. In einem Luftkühler 114 muß die Abluft
bis unter den Taupunkt abgekühlt
werden, damit die Luftfeuchtigkeit auskondensiert. Zum Schutz des
Luftkühlers 114 vor
Verschmutzung und zur Konditionierung der Kabinenluft können noch
eine oder mehrere Feinfilterstufen 112 vorgesehen sein.
Anschließend
muß in
einem Lufterhitzer 116 wieder Energie zugeführt werden,
um die Luft auf die für
die Lackierung erforderliche Prozeßlufttemperatur aufzuheizen.
Die Konditionierung der Prozeßluft
ist deshalb energieaufwendig.
-
Ausgehend
davon ist in 2 eine im Umluftverfahren betriebene
Lackieranlage mit einer Lackierkabine 201, einem Venturiwäscher 202 und
einer Luftaufbereitungsanlage 210 dargestellt, bei der auf
eine Entfeuchtung der Prozeßluft
in der Luftaufbereitungsanlage 210 verzichtet werden kann.
-
Die
Lackierkabine 201 hat einen Deckenfilter 208,
in den eine Einblasleitung 221 mündet. Über einen Gitterrost ist die
Lackierkabine 201 von dem Venturiwäscher 202 getrennt.
Dieser besitzt eine Wanne 204, in die seitlich von einer
Umwälzpumpe 226 Wasser
als Auswaschwasser über
Wasserzuleitungen 227 aus einem Vorratstank 224 gepumpt
wird. Die Wanne 204 besitzt an ihrer tiefsten Stelle eine
Venturidüse 203 die
in einem Sammelraum 202' mündet. Ein
Umluftgebläse 218 sorgt über eine
Absaugleitung 222 für
einen Unterdruck in dem Sammelraum 202'. Dadurch werden Auswaschwasser
aus der Wanne 204 und Prozeßluft aus der Lackierkabine 201 durch die
Venturidüse 203 gesaugt
und miteinander verwirbelt. In der Prozeßluft enthaltene Lackpartikel
werden dabei in das Auswaschwasser übertragen, welches sich dann
am Boden des Sammelraums 202' sammelt.
-
Anstelle
eines Venturiwäschers
können
natürlich
auch andere Naß-Abscheider
wie Wirbelwäscher,
Sprühwäscher oder
Wasserrieselwand eingesetzt werden.
-
Vom
Sammelraum 202' des
Venturiwäschers 202 führt eine
Ableitung 223 in den Vorratstank 224. Eine Umwälzpumpe 226 pumpt
das Wasser aus dem Vorratstank 224 durch einen Kühler 230 und
die Rückführungsleitung 227 wieder
in den Venturiwäscher 202.
Der Kühler 230 kann
vorteilhaft in Form eines sogenannten „Rohr-in-Rohr"-Systems konzentrisch
in eine der rohrförmigen
Wasserzuleitungen 227 eingebaut werden. Alternativ können alle
anderen Arten von Wärmetauschern
eingesetzt werden. Anstelle in der Rückführungsleitung 227 kann
der Kühler 230 alternativ
auch in der Ableitung 223 vorgesehen sein.
-
Die
Absaugleitung 222 führt
zu der Luftaufbereitungsanlage 210. Diese umfaßt ein oder
mehrere Luftfilter 212, einen Lufterhitzer 216 und
das Umluftgebläse 218.
Von der Luftaufbereitungsanlage 210 führt die Einblasleitung 221 wieder
zum Deckenfilter 208 der Lackierkabine 201.
-
Die
Zuluft, die über
die Einblasleitung 221 in die Lackierkabine 201 eingeblasen
wird, hat im Ausführungsbeispiel
eine Temperatur von 23°C
bei einer relativen Luftfeuchte von 60% bis 65%. Dies entspricht
den optimalen Prozeßbedingungen
für den Lackiervorgang,
der in der Lackierkabine 201 stattfindet (nicht gezeigt).
Die Sinkgeschwindigkeit der Prozeßluft in der Lackierkabine 201 beträgt zwischen 0,15
und 0,5 m/s. In dem Venturiwäscher 202 wird
die Prozeßluft
auf ca. 16–17°C bei 90–95% relativer Feuchte
abgekühlt.
Durch die überlagerte
Abkühlung aufgrund
des vorgekühlten
Auswaschwassers wird eine Auffeuchtung der Luft bezogen auf den
Absolutfeuchtegehalt der Luft verhindert. Im Vergleich dazu würde ohne
den Kühler 230 die
abgesaugte Prozeßluft
durch die Entnahme der Verdampfungsenthalpie nur auf etwa 19–20°C bei einer
relativen Luftfeuchte von 90–95%
abgekühlt.
Durch den Lufterhitzer 216 wird die Luft nun wieder auf
die optimalen Prozeßbedingungen
von 23°C
bei 60% bis 65% relativer Feuchte konditioniert. Eine zusätzliche
Entfeuchtung ist überflüssig.
-
In
anderen Worten werden gemäß der Erfindung
die Schritte der Naßauswaschung
zwecks Reinigung und der Kühlung
zwecks Entfeuchtung der Prozeßluft
in einem Schritt zusammengefaßt.
Dies geschieht, indem das Auswaschwasser soweit abgekühlt wird,
daß sich
die Auffeuchtung der Luft und die gleichzeitige Abkühlung der
Luft in dem Maße überlagern,
daß bei
der anschließenden
Konditionierung auf eine weitere Kühlung zur Entfeuchtung verzichtet werden
kann. Die für
die Lackierung notwendigen Prozeßbedingungen können somit
direkt durch Aufheizen der Umluft erzielt werden.
-
Im
Gegensatz zu bekannten Anlagen wird durch die Zusammenfassung der
beiden Schritte Filterung (Auswaschung) und Abkühlung der Absolutfeuchtegehalt
bei der Auswaschung im Venturiwäscher 202 nicht
erhöht.
Der zur Feuchtigkeitsregulierung notwendige Energieeinsatz wird
reduziert.
-
Zudem
ist gegenüber
bekannten Anlagen der Kühlbedarf
zur Kompensation zusätzlicher
Aufheizungseffekte, die im wesentlichen aus Ventilatorenarbeit und
Staudruckverlusten an Luftkanälen
und Filtern stammen, geringer. Grund dafür ist die in Strömungsrichtung
der Umluft „frühere" Anordnung der Luftkühlung. Der
Anteil der durch Kühlung
zu kompensierenden Wärmeeinträge aus Druckverlusten wird
geringer.
-
Der
Luftfilter 212 dient dem Schutz des Lufterhitzers 216 und
trägt zur
Verbesserung der Qualität
des Lackiervorgangs bei. Er kann als ein- oder mehrstufiges Filtersystem
aufgebaut sein. Durch den Deckenfilter 208 wird eine gleichmäßige Luftverteilung über die
ganze Lackierkabine 201 erreicht. Die so erzielte definierte
Belüftung
der Lackierkabine 201 führt
auch zu einer gleichmäßigen Erfassung
und Absaugung der Prozeßluft
aus der Lackierkabine 201 und damit zu einer gleichmäßigen Erfassung
und Absaugung des Oversprays. Alternativ können auch Wandfilter oder eine
Kombination aus Wand- und Deckenfiltern eingesetzt werden. Außerdem in
Abhängigkeit
vom Wirkungsgrad der Lackauftragung, dem Lösemittelgehalt des versprühten Lackes
und der versprühten
Lackmenge eine definierte Luftergänzung durch Frischluft bzw.
Ausschleusung der Abluft, z.B. in einer Größenordnung von 5–10% der
Gesamtumluftmenge, erforderlich.
-
Die 3 und 4 zeigen
alternative Ausführungsformen,
wobei gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit Bezugszei chen bezeichnet
sind, die von Figur zu Figur jeweils um 100 erhöht sind.
-
In 3 ist
der Kühler 330 gegenüber 2 anstatt
in der Rohrleitung 327 an den Vorratstank 324 zur
Kühlung
des darin befindlichen Auswaschwasser angebracht. Der Vorratstank 324 selbst
ist vorzugsweise thermisch isoliert.
-
In 4 ist
der Kühler 430 direkt
an den Venturiwäscher 402 zur
Kühlung
des darin befindlichen Auswaschwasser angebracht. Die Kühlung erfolgt hier über den
Venturiwäscher 402 bzw.
die Wanne 404 und/oder nicht gezeigte Leit- und Kühlbleche
innerhalb des Venturiwäschers 402.
-
Selbstverständlich kann
auch eine Kombination der in den 2 bis 4 gezeigten
Kühlmöglichkeiten
erfolgen.
-
In
den 5 und 6 sind vorteilhafte Weiterbildungen
der Lackieranlage aus 2 gezeigt. Dabei wird der Aufheizvorgang
der Umluft durch ein Aufheizen eines Nebenstroms realisiert. In 5 zweigt
nach dem Umluftgebläse 518 der
Nebenstrom ab und wird durch den Lufterhitzer 516 geleitet,
von wo er wieder in den Hauptstrom vor dem Luftfilter 512 mündet.
-
Durch
die Mischung der beiden Luftströme wird
eingangsseitig ein relativ trockenerer Zustand erreicht. Dadurch
lagert sich in de Luftfilter 512 weniger Wasser ab. Der
Druckverlust über
dem Luftfilter 512 ist dadurch geringer und die Staubspeicherfähigkeit
erhöht.
Dies erhöht
die Standzeit des Luftfilters 512. Außerdem trägt dies weiter zur Senkung
des Energiebedarfs durch die Reduktion des Druckverlusts an dem
Luftfilter 512 bei.
-
Wie
in 5 gezeigt, kann die zum Erreichen der Prozeßtemperatur
von 23°C
erforderliche Aufheizung vollständig über den
Nebenstrom erfolgen, der dann entsprechend den Mengenverhältnissen
höher aufgeheizt
werden muß.
Im Ausführungsbeispiel
wird der Nebenstrom durch den Lufterhitzer 516 auf ca.
45°C bei
ca. 20% relativer Luftfeuchte aufgeheizt. Das Verhältnis der
Luftmengen von Nebenstrom zu Hauptstrom beträgt dabei etwa 1:3,5. Nach der
Mischung mit dem Hauptstrom ergibt sich die gewünschte Temperatur von 23°C bei 65%
relativer Luftfeuchte.
-
Alternativ
kann eine Aufheizung durch teilweise Aufheizung im Nebenstrom und
zusätzliche Aufheizung
im Hauptstrom erfolgen. Dies ist in 6 gezeigt.
Zunächst
wird der Hauptstrom durch den Luftheizer 616 vorgewärmt. Hinter
dem Umluftgebläse 618 zweigt
der Nebenstrom ab, der im Luftheizer 616' zusätzlich erhitzt und dem Hauptstrom
vor dem Luftfilter 612 wieder zugemischt wird. Bei dieser
Variante kann die Regelung der Prozeßlufttemperatur (Sollwert 23°C) durch
Regelung der Luftmengen in Haupt- und Nebenstrom mittels eines Luftmengenreglers
oder eines Temperatur-Stufenreglers
(nicht gezeigt) erfolgen.