DE10200757A1

DE10200757A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines Beschichtungsstoffes auf einem Substrat und/oder eines Substrats

Info

Publication number: DE10200757A1
Application number: DE2002100757
Authority: DE
Inventors: Karl-Wilhelm Schrade
Original assignee: DCT DRY CONTROL TECHNOLOGIES G
Current assignee: DCT DRY CONTROL TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 26340
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2022-01-11
Also published as: DE10200757B4; EP1327844A3; EP1327844A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Härtung, Vernetzung und/oder Trocknung von Beschichtungsstoffen (50) und/oder Substraten (16, 52) und eine neue Verwendung eines Mikrowellenofens (10) und zeichnet sich durch die Verwendung von Mikrowellen (54) mit mindestens zwei Wellenlängen aus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines Beschichtungsstoffes auf einem Substrat und/oder eines Substrates und eine neue Verwendung eines Mikrowellenofens.
Bei der Behandlung der Beschichtungsstoffe und/oder der Substrate kann es sich um Härtung, Vernetzung und/oder Trocknung der Beschichtungsstoffe und/oder Substrate handeln.
Bei den Beschichtungsstoffen kann es sich um alle Arten von Beschichtungsstoffen handeln, beispielsweise um alle Arten von Lacken und Pulvern.
Bei den Substraten kann es sich um Metall, Kunststoff, Keramik, Holz und Glas und um Mischungen, Kombinationen oder Verbindungen dieser Materialien handeln.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zur Trocknung von Lacken bekannt.
Insbesondere sind auch Verfahren und Vorrichtungen zur Trocknung von Lacken auf Metalloberflächen bekannt geworden. Dabei werden herkömmlicherweise die Beschichtungsstoffe, beispielsweise in der Großserienfertigung in der Automobilindustrie, in voneinander getrennten Bereichen zunächst aufgetragen und dann getrocknet. Das Auftragen erfolgt hierbei klassischerweise entweder mittels eines Tauchbades oder mit Hilfe manueller Applikation oder mittels automatischer Applikation, z. B. mittels Spritzrobotern. In einem darauf folgenden Schritt werden dann die lackierten Metallteile in separat vorgesehenen Trocknungskammern unter Verwendung von Heißluft bei Temperaturen von etwa 80°-200°C getrocknet. Bei den lackierten Metallteilen kann es sich um Karosserien oder auch um Kleinteile handeln. Der vorgenannte Trocknungsschritt ist mit erheblichem Energieaufwand verbunden, so daß die daraus resultierenden Energiekosten einen großen Anteil an den Gesamtkosten der Lackierung haben.
Aus der "Deutsche Farben-Zeitschrift, 23. Jahrgang 1969, Nr. 12, Seite 585, 1969" ist die Trocknung von Lacken mittels Mikrowellen bekannt. Dabei wird mit Hilfe von im Bereich von 10⁸ bis 10¹⁰ Hz liegenden Mikrowellen eine Erwärmung von Filmmaterial vorgenommen, die im wesentlichen die Überführung in den festen Zustand bewirkt. Die Erwärmung erfolgt durch die auftretenden dielektrischen Verluste, wobei jedoch nur Lacke geeignet sind, die Wasser als Lösungsmittel enthalten.
Aus dem Aufsatz von Bräutigam, Graf, Emmerich, Schüller "Mikrowellentrocknung von Wasserlacken, dielektrische Eigenschaften von Lacksystemen, MO, Jahrgang 55 (2001) 3, Carl Hanser Verlag, München" ist die Trocknung von Wasserlacken auf Kunststoff bekannt. Dabei wird die Dipoleigenschaft der Wasserlacke für die Trocknung verwendet.
Aus dem Aufsatz von Bräutigam, Hegemann und Schüller "Mikrowellentrocknung von Wasserlacken, Prozessparameter und qualitativer Vergleich mit der Umlufttrocknung, MO, Jahrgang 55, (2001) 8, Carl Hanser Verlag, München" ist die Trocknung von Wasserlacken auf Kunststoff mit Hilfe von Mikrowellen bekannt. Auch hier wird die Dipoleigenschaft der Wasserlacke zur Trocknung ausgenutzt.
Aus dem Patent "Patent Abstracts of Japan, C-1021, 1993, Volume 17, No. 46 JP 4-260472 A" ist es bekannt, einen speziellen Lack zu verwenden, der ein durch Mikrowellen erwärmbares Pulver enthält. Dabei führt die Erwärmung des Pulvers zur Trocknung des Lackes, wobei die Harze des Lackes und die Substratwerkstoffe jedoch wärmebeständig sein müssen.
Aus der FR 2458323 ist ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrates beschrieben, mit dem auf das Substrat eine dünne Schicht eines Überzugs aufgetragen wird. Der Überzug auf das aus Glas oder einem entsprechenden Stoff bestehende Substrat wird durch Aufbringung von Mikrowellenenergie erwärmt, wobei diese Energie in einem ausgewählten Frequenzbereich liegt, der bestimmte Bestandteile des Überzugs selektiv anregt. Dabei ist die Regelung der Mikrowellenstrahlung so gestaltet, dass die in den Trockenraum zugeführte Mikrowellenstrahlung in ihrer Frequenz insoweit verändert wird, dass die Temperatur der Beschichtung einen konstanten Nennwert beibehält. Hierzu wird ein Pyrometer verwendet. Gleichzeitig werden die Lacke speziell für die verwendete Mikrowellenstrahlung beispielsweise durch die Einbringung von Kohlestaub modifiziert. Für die Mikrowelle werden Frequenzen im Bereich von 2,45 GHz verwendet, wobei ausschließlich nicht-leitende Substrate verwendet werden.
Die DE 41 21 203 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von wasserlöslichem Dispersionslack auf Papier- oder Kartonbahnen oder -bögen mit Hilfe von Mikrowellen. Dabei werden im Handel erhältliche und zugelassene Oszillatoren eingesetzt, die in mehrfacher Anordnung die Mikrowellenenergie in Hohlleiter einkoppeln. Es wird im Durchlauf getrocknet, wobei nach dem Trocknen bei der Verwendung der untersten Energiestufe eine Restfeuchte zurückbleibt.
Aus der DE 196 26 512 A1 ist ein Durchlauf-Mikrowellenofen für Backwaren bekannt mit einem einen Einlass und einen Auslass aufweisenden Gehäuse, durch welches hindurch sich ein Transportband zum Transportieren der Backwaren in das, durch das und aus dem Gehäuse erstreckt, wobei die mindestens eine Mikrowellenvorrichtung, die einen mittels Kühlluft kühlbaren Mikrowellengenerator mit einer Senderantenne aufweist, in einem Hohlleiter angeordnet ist, welcher von der Senderantenne ausgesandte Mikrowellen leitet und im Bereich des Transportbandes eine Abstrahlöffnung zum Abstrahlen der Mikrowellen aufweist, wobei die den Mikrowellengenerator kühlende Kühlluft über mindestens einen im Hohlleiter ausgebildeten Durchbruch in den Hohlleiter einleitbar und von dessen Abstrahlöffnung ausblasbar ist.
Auch ist aus der DE 197 21 461 A1 ein Verfahren zur Trocknung von Lacken auf metallischen bzw. nicht-metallischen Einzelteilen oder montierten Baugruppen beliebiger Struktur im Durchlaufverfahren bzw. im stationären Betrieb in einem erwärmten Trocknungsraum bekannt, wobei als Wärmequelle im Trocknungsraum mindestens ein Mikrowellenmodul zur Erzeugung von mittels Hohlleitern mit definierten Austrittsöffnungen in den Trocknungsraum eingeleiteten Mikrowellen verwendet wird, wobei Luft zur Umströmung der Einzelteile in den Trocknungsraum eingeleitet wird, wobei die eingeleitete Luft mit einem Zusatzstoff mit Dipolcharakter derart angereichert wird, dass das Luftgemisch einen relativen Anteil an Zusatzstoff innerhalb eines vorgegebenen steuerbaren Bereiches von 20 bis 90% aufweist, und wobei der Anteil an Zusatzstoff im Trocknungsraum eingehalten wird.
Aus der US 4,765,773 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, welches einen Hänger aufweist, der auf einem Straßenbelag aufgetragene Farbe mittels einer in dem Hänger angebrachten Mikrowellenabstrahleinrichtung trocknet.
Aus der US 5,431,966 ist ein Verfahren bekannt, mit dem ein aus einem Glassubstrat aufgetragener Lack mittels Mikrowelle getrocknet werden kann.
Aus der US 4,728,762 ist das Aufwärmen von Lebensmitteln mittels eines Mikrowellenofens offenbart. Diese Druckschrift offenbart ein Verfahren, bei dem Luft mit Hilfe der Mikrowellen erhitzt wird und parallel zur Mikrowelle zum Erhitzen der Lebensmittel verwendet wird.
Aus der DE 196 16 692 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Farben auf Kunststofffolien mittels Mikrowellen bekannt.
Aus der DE 44 33 904 ist eine Durchlauftrocknung von Farben mittels Mikrowelle auf Papier oder dergleichen bekannt.
Auch ist die Trocknung von Lacken mit Hilfe von Infrarotstrahlung bekannt.
Aus dem Artikel "K. K. O. Behr, M. Sedlmayer, Schnell und schonend Trocknen - Arbeitsprinzip der NIR-Technologie" mo", Januar 98" ist die Trocknung von Lacken mittels Infrarot-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 0,76 µm und 1,2 µm bekannt.
Aus "K. K. O. Behr, M. Sedlmayer, Sekundenschnelle Trocknung von Pulverlacken, Sonderdruck aus JOT, Februar 1998" ist die Verwendung von Infrarotstrahlung zur Trocknung von Lacken in einem Temperaturbereich von 120°C bis 300°C bekannt. Dabei wird die hohe Strahlungsintensität der infraroten Strahlung zur Erzielung hoher Energiedichten ausgenutzt.
Nachteilig bei den vorgenannten Trocknungsverfahren und -vorrichtungen ist ebenfalls der hohe Energieaufwand zur Trocknung, sind die langen Trocknungszeiten, die notwendig sind, und ist darüber hinaus die Notwendigkeit, spezielle Lacke verwenden zu müssen. Zum Beispiel bei der Infrarotstrahlung ist darüber hinaus nachteilig, dass wegen entstehender Schattenbildung lediglich Bauteile von einfacher geometrischer Gestalt getrocknet werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Behandlungsverfahren und - vorrichtungen zu verbessern.
Mikrowellenofens zur Behandlung eines Beschichtungsstoffes auf einem Substrat gemäß Anspruch 42 gelöst.
Unter Mikrowellen wird hier eine elektromagnetische Welle verstanden, die eine Wellenlänge zwischen 0,1 mm und 1000 m aufweist. Bevorzugt werden in der Erfindung Mikrowellen mit einer Wellenlänge zwischen 3 m und 30 m verwendet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der erfindungsgemäßen Verwendung können alle Arten von Beschichtungsstoffen behandelt werden. Dies schließt wassenrerdünnbare, lösemittelhaltige Ein- oder Mehrkomponentenlacke auf den unterschiedlichsten Rohstoffgrundlagen, z. B. auf Epoxid- oder Polyurethan-Basis, und auch Einbrennlacke, Kunstharzlacke, oxidativ-härtende Lacke, feuchtigkeitshärtende, UV-härtende Lacke und Pulverlacke ein.
Mit der Erfindung können alleine die Beschichtungsstoffe auf den Substraten, die Beschichtungsstoffe auf den Substraten gleichzeitig mit den Substraten oder nur die unbeschichteten oder beschichteten Substrate alleine behandelt werden.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß aufgrund des erfindungsgemäßen Einsatzes von Mikrowellen zur Behandlung von Beschichtungsstoffen auf dem Substrat eine kostengünstige und vor allem sehr schnelle Methode zur Verfügung gestellt wird, auf Metalloberflächen aufgetragene Lackschichten zu trocknen.
Darüber hinaus ist es bei der Erfindung vorteilhaft, dass es bei der Behandlung von glasfaserverstärkten Kunststoffbauteilen, insbesondere auf Basis von SMC (Sheet- Moulding-Compound) zu einer Verringerung des Ausgasens flüchtiger Komponenten aus dem Kunststoffbauteil kommt. Das hat zur Folge, dass eine anschließende Lackierung des Bauteils selbst bei konventioneller konvektiver Trocknung zu Lackfilmen führt, die die üblichen als Popups bezeichneten und auf das Ausgasen des Kunststoffes zurückzuführenden Oberflächendefekte nicht aufweißt. Dies wiederum hat zur Folge, dass erheblich weniger Ausschuss entsteht. Außerdem ist es möglich, die Bauteilvorbehandlung durch Mikrowelle zur Vermeidung von Ausgasungen und die Trocknung der Lackierung eines solchen Bauteiles in einem einzigen Prozessschritt zusammenzufassen. Das heißt, wird ein unvorbehandeltes Bauteil lackiert und die Lackierung anschließend in der hier beschriebenen Weise unter Einsatz von Mikrowellenstrahlung getrocknet, so werden Popups im Lackfilm ebenfalls verhindert.
Besonders vorteilhaft ist es darüber hinaus, dass aufgrund der Erfindung die Durchlaufzeit zur Behandlung von Beschichtungsstoffen auf Substraten, insbesondere zur Trocknung von Lacken auf Kunststoff oder Metalloberflächen erheblich reduziert wird. Dies erhöht die Wirtschaftlichkeit erfindungsgemäßer Vorrichtungen gegenüber dem Stand der Technik. Darüber hinaus wird durch die Verwendung von Mikrowellen erheblich weniger Energie benötigt, als dies mit den Verfahren des Standes der Technik zur Trocknung von Lacken auf Substrat notwendig war. Auch dies erhöht die Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtungen. Schließlich ist auch der Platzbedarf, der sog. Foot-Print der erfindungsgemäßen Vorrichtungen geringer, da die Mikrowellen mit kleinbauendem Magnetrons erzeugt werden können und auf lange Ablüftstrecken verzichtet werden kann.
Als besonderer Vorteil der Erfindung ist es anzusehen, dass aufgrund der erfindungsgemäßen Behandlung die Güte der vernetzten, gehärteten und/oder getrockneten Beschichtung gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten erhöht ist. Bei allen o. g. Beschichtungsstoffen lässt sich eine erhöhte chemische und mechanische Beständigkeit nachweisen. Auch die optischen Eigenschaften derartig erfindungsgemäß behandelter Beschichtungen sind qualitativ besser als im Stand der Technik.
Insgesamt lässt sich dank der Erfindung Beschichtungsstoff deutlich kostengünstiger trocknen als bisher. Denn die Gesamtkosten industrieller Lackierprozesse werden entscheidend durch die zur Lacktrocknung notwendigen Aufwendungen bestimmt. Bei Einsatz konvektiver Trocknungsverfahren des Standes der Technik sind in der Regel Anlagen mit weitläufigen Abdunst-, Trocknungs- und Kühlzonen erforderlich. Diese verursachen u. a. erhebliche Energiekosten sowie Kosten für die Abschreibung auf Anlagen und Gebäude. Aufgrund steigender Anforderungen an die Umweltverträglichkeit eingesetzter Beschichtungsstoffe kommen zunehmend in stärkerem Maße als bisher wassenrerdünnbare Beschichtungsstoffe zum Einsatz. Diese erfordern jedoch im Vergleich zu konventionellen Lacken einen größeren Energieeintrag beim Trockenprozess. Aufgrund hoher Energiepreise ist der Prozessschritt Lacktrocknung wichtig für die Wirtschaftlichkeit des gesamten Beschichtungsprozesses.
Durch die Erfindung lassen sich ein größerer Energieeintrag und Kosteneinsparungen im Trockenprozess realisieren. Denn die Erfindung ermöglicht es, sowohl beim Einsatz von konventionellen als auch von wasserverdünnbaren Lacksystemen Ablüft-, Trocken- und Kühlzeit deutlich zu reduzieren. Dabei schließt die Erfindung die Erkenntnis ein, dass sie die Möglichkeit der selektiven Lacktrocknung bietet, d. h. einer Lacktrocknung unter weitgehender Vermeidung der Erwärmung des verwendeten Substrates. Zwar fanden in jüngster Zeit auch Ultraviolett-, Infrarot- und auch Mikrowellentrocknung mehr Beachtung; der Einsatz der Ultraviolett und Infrarot-Trocknungsverfahren ist jedoch aufgrund der dabei auftretenden Schattenbildung auf die Trocknung geometrisch einfacher Bauteile beschränkt. Dies ist bei der verwendeten Mikrowellenstrahlung der Erfindung nicht der Fall.
Die Auswahl von Rohstoffen zur Formulierung eines durch Mikrowellenstrahlung zu trocknenden Beschichtungsstoffes unterliegt nicht den Beschränkungen, die bei der Auswahl von Rohstoffen zur Formulierung von Beschichtungsstoffen die mit UV- oder IR-Strahlung getrocknet werden können, bestehen. Demzufolge ist auch das lacktechnische Leistungsspektrum der mit Mikrowelle zu trocknenden Beschichtungsstoffe wesentlich weniger eingeschränkt als das der mit UV- und IR- Strahlung zu trocknenden Beschichtungsstoffe.
Zwar wurden auch im Stand der Technik schon Mikrowellen zur Trocknung verwendet, jedoch war bisher die Überhitzung von metallischen Substraten nicht zu vermeiden, so dass Mikrowellen für die Behandlung von Beschichtungsstoffen auf Metall- oder metallhaltigen Substraten bisher nicht verwendet werden konnten. Durch die Erfindung wird nun auch die Trocknung von Beschichtungsstoffen, wie z. B. von Lacken, auf Metall- oder metallhaltigen Substraten ermöglicht.
Auch vermeidet die Erfindung die Nachteile der Schattenbildung des Standes der Technik, da die Schattenbildung selbst durch die Erfindung vermieden wird.
Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, dass es aufgrund der Verwendung von mindestens zwei Wellenlängen, bevorzugt eines ganzen Wellenlängenspektrums, vorteilhaft möglich ist, insgesamt eine höhere Leistung abzustrahlen und somit insgesamt einen höheren Energieeintrag in den zu trocknenden Lack zu erzielen. Durch die Verwendung mehrerer Mikrowellenmoden wird eine Erwärmung in dem Beschichtungsstoff ermöglicht, wodurch erst die Trocknung der vorstehend genannten Lacke auf Metall- oder metallhaltigen Substraten möglich ist.
Elektromagnetische Strahlung in dem o. g. Wellenlängenbereich der Mikrowellen wirkt im Gegensatz zu ultravioletter oder Röntgenstrahlung nicht ionisierend. Durch Absorption der Mikrowellenstrahlung wird jedoch das absorbierende Material erwärmt. Dies geschieht vor allem durch eine in dem Material hervorgerufene Molekularbewegung, die zum Teil von den dielektrischen Eigenschaften des Materials abhängen kann. Dies gilt sowohl für den Beschichtungsstoff als auch für das Substrat. Unter Einwirkung des elektrischen Feldes der Mikrowellen kommt es in jedem Material zu Zustandsänderungen. Bei Leitern, wie z. B. bei Metallen, kommt es im Inneren des Materials zu Verschiebungen frei beweglicher Elektronen und damit zur Ausbildung eines elektrischen Gegenfeldes bis zur Kompensation des äußeren Feldes. In Nichtleitern hingegen werden unter Einwirkung eines elektrischen Feldes Ladungen soweit verschoben, wie es die rückstellenden Kräfte im Material zulassen. Dabei ist der die Geschwindigkeit des Prozesses bestimmende Schritt für die Absorption der Mikrowellenenergie stets die Relaxation der angeregten Zustände nach Abschalten des Mikrowellenfeldes.
Die Polarisation eines Materials im elektrischen Feld erfolgt nach unterschiedlichen Mechanismen, deren Bedeutung hängt stark von der Frequenz des einwirkenden Feldes ab. So werden beispielsweise durch die Einwirkung von ultravioletter oder infraroter Strahlung die Resonanzfrequenzen von Elektronen- und Atompolarisation aufgrund der dort vorherrschenden relativ kurzen Relaxationszeiten angeregt. Davon zu unterscheiden ist die Polarisation aufgrund sich orientierender polarer Molekühle sowie aufgrund von Ionenleitung, die im Bereich der erfindungsgemäß verwendeten Mikrowellenstrahlung Resonanzfrequenzen aufweisen. Dabei wird die Lage der Absorptionsmaxima innerhalb des verwendeten Mikrowellenfrequenzspektrums durch die Beweglichkeit der zur Polarisierbarkeit des Materials beitragenden Teilchen bestimmt. Demzufolge ist die Lage der Absorptionsmaxima auch abhängig von der molaren Masse der betrachteten Teilchen und der Temperatur des Materials.
Darüber hinaus ist in heterogenen Systemen, beispielsweise in Metall-Kunststoff- Verbindungen, eine Interphasen-Polarisation möglich, welche Einfluss auf das Absorptionsverhalten eines solchen Materials hat.
Durch die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte des Ein- und Ausschaltens des Magnetrons, und der Verwendung der Anode des Magnetrons als Sensor für die von dem Material reflektierte Mikrowellenenergie lässt sich jedoch erfindungsgemäß auch ein solches Verbundmaterial behandeln. So ist es dank der vorstehenden erfindungsgemäßen Erkenntnisse und der auf den folgenden Seiten beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrensschritte beispielsweise möglich, sog. SMC (Sheet Moulding Compounds)-Materialien zu trocknen, für deren Herstellung Polyesterharzmatten mit Metallgewinden verpresst werden. Bisher war die Trocknung solcher Materialien bzw. auch die Trocknung von Lacken auf solchen Materialien im Stand der Technik zwar möglich, aber mit hohem Zeitaufwand, Platz- und Energiebedarf verbunden und führte zu hohen Ausschussraten. Bei derartigen Materialien handelt es sich jedoch um in der modernen Technik zunehmend an Bedeutung gewinnende Materialien. Die Erfindung kann somit nicht nur Lack auf Metallsubstraten trocknen, sondern ist ebenfalls in der Lage, Lack in einem einzigen Trocknungsdurchlauf gleichzeitig auf den Metallteilen und auf den Kunststoffteilen einer Metallkunststoffverbindung zu trocknen ohne dass die Umgebung der Metallteile feucht bleibt oder die Metallteile zu heiß werden.
Besonders vorteilhaft lässt sich das Frequenzspektrum gemäß der Erfindung realisieren, wenn eine verwendete Mikrowellenquelle, bevorzugt ein verwendetes Magnetron, ständig eingeschaltet, weiter bevorzugt ständig ein- und ausgeschaltet wird. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn diese Ein- und Ausschaltvorgänge mit einer Periode von 5 ms vorgenommen werden. Diese Periode sichert einen optimalen Trocknungsvorgang der vorstehend genannten Lacke. Insbesondere bei wasserverdünnbaren und lösungsmittelhaltigen Lacken wird vorteilhaft erreicht, dass die Lösungsmittel den Lack vor der Vernetzung des Lackes verlassen, so dass keine Kocher auf dem Lack entstehen können.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Mikrowellenenergie von zwei Seiten in einen stationären Wirkungsbereich der Mikrowellenquellen eingestrahlt. Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn zwei Mikrowellenquellen aufeinander ausgerichtet sind und nur eine der beiden gegenüberliegenden Mikrowellenquellen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Steuermittel periodisch ein- und ausgeschaltet wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird mit Hilfe eines Sensors die von dem stationären Wirkungsbereich der Mikrowellen ausgehende Reflektion erfasst. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob sich im stationären Wirkungsbereich ein zu trocknender Gegenstand befindet. Hierzu wird die Vorrichtung bevorzugt kalibriert, so dass der Sensor zum einen auf einen keinen zu trocknenden Gegenstand aufweisenden stationären Wirkungsbereich und zum anderen auf einen zu trocknenden Gegenstand aufweisenden stationären Wirkungsbereich kalibriert ist. Tritt nun ein zu trocknender Gegenstand in den stationären Wirkungsbereich ein, so kann der Sensor feststellen, dass ein solcher in dem stationären Wirkungsbereich vorhanden ist. Das Magnetron wird dann bevorzugt alle 5 ms ein- und anschließend wieder ausgeschaltet. Stellt der Sensor fest, dass sich kein zu trocknender Gegenstand in dem stationären Wirkungsbereich der Magnetrons befindet, so werden die Magnetrons bevorzugt nur etwa alle 500 ms ein- und anschließend wieder ausgeschaltet. Auf diese Weise wird Energie gespart.
Besonders bevorzugt ist es, wenn es sich bei dem Sensor um die Anode des Magnetrons handelt. Durch eine entsprechende mit der Anode verbundene Steuerschaltung lässt sich die reflektierte Mikrowellenenergie erfassen und nach der vorerwähnten Kalibration derart auswerten, dass festgestellt werden kann, ob sich ein zu trocknender Gegenstand in dem stationären Wirkungsbereich befindet oder nicht. Auf diese Weise lässt sich vorteilhaft die Bereitstellung eines zusätzlichen Sensors vermeiden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Vorrichtung derart kalibriert, dass der Sensor, bevorzugt die Anode des Magnetrons, nicht nur erfassen kann, ob sich ein zu trocknender Gegenstand in dem stationären Wirkungsbereich befindet, sondern auch erfassen kann, um welche Art von Gegenstand es sich handelt. So können bei dem zuvor durchzuführenden Kalibrationsschritt die von der Anode des Magnetrons erfassten Reflektionen verschiedenster Gegenstände gespeichert und dem entsprechenden Gegenstand zugeordnet werden. Tritt nun ein solcher Gegenstand in den stationären Wirkungsbereich des Magnetrons ein, so kann durch die durch die Reflektion des Gegenstandes verursachte Änderung des Anodenstromes und die entsprechende Steuerschaltung zur Verarbeitung einer solchen Änderung festgestellt werden, um welchen Gegenstand es sich handelt. Im Anschluss daran ist es bevorzugt möglich, die Gesamtleistung der abgestrahlten Mikrowellenenergie aber auch die Zusammensetzung des Frequenzspektrums auf den jeweiligen Gegenstand angepasst festzulegen. So ist beispielsweise bei Außenspiegelgehäusen von Automobilen, eine andere Mikrowellenenergie und ein anderes Frequenzspektrum angezeigt, um eine optimale Trocknung zu ermöglichen, als dies bei fein zerklüfteten Metallteilen wie etwa Scheibenwischern, notwendig ist.
Hierbei ist es insbesondere auch möglich, beispielsweise aus Kunststoff bestehende Scheibenwischer, die Metallgewinde aufweisen, also Kombinationen aus Metall und Kunststoff zu trocknen, wie dies oben bereits erwähnt wurde.
Darüber hinaus ist es sogar möglich, die vorgenannte Funktion der Anode als Sensor für die von dem Gegenstand rückgestrahlte Mikrowellenenergie so einzusetzen, dass ein adaptives Abstrahlen von Mikrowellenenergie durch das Magnetron erreicht werden kann, je nachdem, ob im jeweiligen Zeitpunkt mehr oder weniger rückgestrahlte Energie von der Anode erfasst wird. Es kann somit auch ein unregelmäßiges An- und Abschalten des Magnetrons entsprechend der von der Anode erfassten Energie vorgenommen werden. So ist es insbesondere möglich, dass es im Falle eines starken Anstieges der rückgestrahlten und von der Anode erfassten Energie beispielsweise aufgrund eines Metallteils an dem Material zu einem unmittelbaren Absenken der abgestrahlten Magnetronenergie kommt, so dass eine übermäßige Erhitzung vermieden werden kann. Insbesondere auf diese Weise lässt sich jede beliebige Metallkunststoffkombination mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung und mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens behandeln. Insbesondere lässt sich Lack auf einem solchen Verbundbauteil aus Metall und Kunststoff mit Hilfe der Erfindung trocknen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in dem stationären Wirkungsbereich der Mikrowellen mehrere Magnetrons bzw. bevorzugt mehrere sich gegenüberliegende Magnetron-Paare hintereinander geschaltet, um die Trocknung vorzunehmen. Auf diese Weise lässt sich vorteilhaft eine Staffelung der Mikrowellenleistung innerhalb des stationären Wirkungsbereiches entlang eines Bewegungsweges des zu trocknenden Gegenstandes erreichen. Darüber hinaus kann auch auf diese Weise sichergestellt werden, dass ein möglicher Leistungsverlust eines am Anfang des Bewegungsweges des zu trocknenden Gegenstandes liegenden Magnetrons durch ein in Bewegungsrichtung dahinter liegendes Magnetron ausgeglichen werden kann.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird diese Staffelung der Mikrowellenleistung in Bewegungsrichtung des zu behandelnden Materials hintereinander liegenden Zonen realisiert. Dabei wird beispielsweise auf eine konstante Mikrowellengrundfrequenz von etwa 2,5 Gigahertz eine regelbare und von Zone zu Zone ansteigende Frequenz aufmoduliert. Auf diese Weise lassen sich die oben erwähnten unterschiedlichen Absorptionsmaxima unterschiedlicher Materialien und Materialkombinationen erfassen, in dem jede Zone eine besonders vorteilhaft auf die Absorptionsmaxima der zu trocknenden Materialien abgestimmte Modulationsfrequenz aufweist. Hierbei hat es sich als vorteilhaft für die Trocknung von Lacken auf Kunststoffmaterialien erwiesen, wenn fünf Zonen eingerichtet werden, in denen die Grundfrequenz von etwa 2,5 Gigahertz aufsteigend mit aufmodulierten Frequenzen von etwa 1.2, etwa 1.6, etwa 1.9, etwa 2.1, etwa 2.5, und etwa 3 Gigahertz moduliert wird. Die Kunststoffsubstrate können auch Metall enthalten.
Soll hingegen ein Lack auf Keramik oder Holz getrocknet werden, so sollte noch eine weitere Zone mit einer auf die Grundfrequenz von etwa 2,5 Gigahertz aufmodulierten Frequenz von etwa 900 Megahertz eingerichtet werden, da sich dies für Keramik und Holz als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
Insgesamt bietet somit die erfindungsgemäße Mikrowellentrocknung den Vorteil, dass die Lacktrocknung direkt auf die Chemie der zu trocknenden Beschichtungsstoffe und Substrate abgestimmt und zugeschnitten ist.
Auch sei hier nochmals erwähnt, dass die erfindungsgemäß behandelten Beschichtungsstoffe und Substrate keine nachträgliche Ablüftzeit benötigen, da kocherfreie trockene Lackoberflächen entstehen.
Insgesamt bietet somit die Erfindung eine Behandlung, insbesondere eine Trocknung von Lacken auf Substraten mit selektiver Erwärmung des Lackes, die eine geringe thermische Belastung des Bauteils zur Folge und somit neue Lack/Substratpaarungen ermöglicht. Da das Substrat nicht erwärmt wird, ist der Energieverbrauch ebenfalls geringer, da keine Verlustwärme für die Substraterwärmung verbraucht wird. Gleichzeitig wird auch ein geringerer Verbrauch an Kühlkapazität und somit nochmals ein geringerer Energieverbrauch benötigt, da nach der Trocknung das Substrat selbst nicht abgekühlt werden muss, da in dieses keine Energie bzw. nur eine vernachlässigbare Energiemenge eingetragen wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird dem stationären Wirkungsbereich über den Hohlleiter, über den das Magnetron die Mikrowellenenergie in den stationären Wirkungsbereich einstrahlt, auch die Abwärme des Magnetrons zugeführt. Auf diese Weise kann im stationären Wirkungsbereich eine Lufttemperatur von unterhalb von 120°C, bevorzugt zwischen 60 und 80°C erreicht werden. Dies ist vorteilhaft insbesondere bei Trocknung von Beschichtungsstoffen auf hitzeempfindlichen Substraten, wie beispielsweise Kunststoffen. Diese Temperatur hat sich als optimal zur Trocknung von Lack auf Metall- oder metallhaltigen Substarten erwiesen. Denn auf diese Weise wird erreicht, dass nicht zunächst die Oberfläche des Lackes trocknet, während das Innere des Lackes noch feucht ist. Vielmehr wird hierdurch erreicht, dass die Trocknung des Lackes im Inneren des Lackes beginnt und sich nach außen hin fortsetzt, so dass eine vollständige Durchtrocknung des Lackes erreicht wird.
Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn mit Hilfe vor und/oder hinter dem stationären Wirkungsbereich konzentrisch um einen Bewegungsweg der zu trocknenden Gegenstände angeordneten Kühlschläuchen eine Kühlung der Luft vor und hinter dem stationären Wirkungsbereich vorgenommen wird. Auf diese Weise kann bei zu hoher Luftfeuchtigkeit eine gezielte Kondensation der Luftfeuchte an derartigen Kühlschläuchen vorgenommen werden, ohne dass es zu einer Kondensation auf dem zu trocknenden Gegenstand und somit zu einer nachteiligen Tröpfchenbildung auf dem zu trocknenden Gegenstand kommen kann. Dabei ist es bevorzugt, wenn mit Hilfe derartiger Kühlmittel oder auch anderer Vorrichtungen im stationären Wirkungsbereich eine Luftfeuchtigkeit von etwa 50% konstant aufrecht erhalten wird. Diese Luftfeuchtigkeit ist insbesondere deswegen vorteilhaft, weil auf diese Weise die Mikrowellenenergie optimal in den Lack eingetragen wird und auch die Reflektion des zu trocknenden Gegenstandes optimal von der Anode des Magnetrons erfasst werden kann.
Weiter ist es bevorzugt, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb des stationären Wirkungsbereiches eine konstante Luftströmung aufrecht erhalten wird, um Hitzekonzentrationen an bestimmten Stellen des zu trocknenden Gegenstandes zu vermeiden.
Weiterhin ist es dank der Erfindung vorteilhaft und problemlos möglich, die Trocknung der Lacke auf den Metalloberflächen im Durchlaufverfahren vorzunehmen, da die Mikrowellen auf einen bestimmten Wirkungsbereich beschränkt werden können, ohne daß ein zu großer Energieverlust auftritt. Darüber hinaus kann bei einem solchen Durchlaufverfahren eine sehr große Anzahl insbesondere von Kleinteilen in relativ kurzer Zeit getrocknet werden, da mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verwendung von Mikrowellenöfen zur Trocknung der Lacke eine sehr schnelle Trocknung gewährleistet ist.
Darüber hinaus hat es sich bei der Erfindung, insbesondere bei der Verwendung des unten beschriebenen Mikrowellenofens, erwiesen, daß die mit Hilfe der Mikrowellen getrockneten Lackschichten in kürzester Zeit bis hinunter zu der Metalloberfläche durchgetrocknet sind, ohne dass es zu einer übermäßigen und damit schädlichen Erwärmung der Metallteile kommt. Die Metallteile können somit sofort weiterbearbeitet werden, da keine Abkühlung abgewartet werden muss.
Die Erfindung setzt sich damit über langgehegte Vorurteile gegen die Verwendung von Mikrowellen bei der Trocknung von Farben oder Lacken auf Metalloberflächen hinweg.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich besonders vorteilhaft ein Durchlauf-Mikrowellenofen verwenden, der versehen ist mit
einem Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslaß, und
einem sich durch das Gehäuse hindurch erstreckenden Transportband zum Transportieren von Metallteilen in das, durch das und aus dem Gehäuse und mindestens einer Mikrowelleneinrichtung, die einen mittels Kühlluft kühlbaren Mikrowellengenerator mit einer Senderantenne aufweist, die in einem Hohlleiter angeordnet ist, welcher von der Senderantenne ausgesandte Mikrowellen leitet und im Bereich des Transportbandes eine Abstrahlöffnung zum Abstrahlen der Mikrowellen aufweist, wobei die den Mikrowellengenerator kühlende Kühlluft über mindestens einen im Hohlleiter ausgebildeten Durchbruch in den Hohlleiter einleitbar und von dessen Abstrahlöffnung ausblasbar ist.
Bei dem verwendeten Durchlauf-Mikrowellenofen dient jeder Hohlleiter sowohl zum Transport der Mikrowellenenergie als auch zum Transport der Kühlluft, die vom Mikrowellengenerator kommt. Zu diesem Zweck sind in der Wandung eines jeden Hohlleiters ein oder mehrere Durchbrüche vorgesehen, über die die Kühlluft, die (unmittelbar) zuvor den Mikrowellengenerator umströmt und gekühlt hat, in den Hohlleiter einströmt. Durch den Hohlleiter wird die nun erwärmte Kühlluft weitertransportiert, um über die Abstrahlöffnung des Hohlleiters auf das Metall aufzutreffen. Separate Kühlluftleitungen sind also nicht mehr erforderlich.
Insbesondere sind bei dem verwendeten Durchlauf-Mikrowellenofen pro Mikrowellenvorrichtung jeweils ein Hohlleiter und ein Lüftungskanal miteinander verbunden. Die Verbindung erfolgt über den mindestens einen Durchbruch in der Wandung des Hohlleiters. Dieser Durchbruch ist in Strömungsrichtung der Luft betrachtet hinter dem Mikrowellengenerator und in Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen betrachtet hinter der Senderantenne angeordnet. Zweckmäßigerweise verläuft der Hohlleiter im Bereich des mindestens einen Durchbruchs geradlinig, während der Lüftungskanal, der im Bereich des Mikrowellengenerators insbesondere parallel zum Hohlleiter verläuft, hinter dem Mikrowellengenerator zum Hohlleiter hin schräg zuläuft. Die schräg zum Hohlleiter hin verlaufende Wand des Lüftungskanals leitet also die Kühlluft durch den mindestens einen Durchbruch in den Hohlleiter hinein.
Im folgenden werden anhand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, eines Durchlauf-Mikrowellenofens für Metallplatten mit drei Zonen, innerhalb derer die Metallplatten Mikrowellenenergie und Warmluft ausgesetzt sind, wobei jede Zone insgesamt sechs Mikrowellenvorrichtungen umfasst,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 zur Verdeutlichung der Anordnung der Hohlleiter und der Durchbrüche in den Hohlleiterwandungen zur Einleitung der erwärmten Kühlluft in die Hohlleiter, und
Fig. 3 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, eines Durchlaufmikrowellenofens für Metallplatten mit zwei sich gegenüberliegenden Magnetrons.
In Fig. 1 ist in Seitenansicht ein Durchlauf-Mikrowellenofen 10 gezeigt, der ein Gestell 12 aufweist; an dessen Oberseite sich ein bevorzugt aus Teflon gefertigtes Endlos-Transportband 14 befindet, auf dessen Obertrum Metallplatten 16 in Richtung des Pfeils 18 transportiert werden. Auf der Oberseite des Gestells 12 befindet sich ferner ein Gehäuse 20, das eine Einlassöffnung 22 und eine Auslassöffnung 24 aufweist, durch die hindurch die Metallplatten 16 vom Transportband 14 transportiert werden. Das Gestell 12 ist ferner mit einer Halteplatte 26 versehen, die unterhalb des Transportbandes 14 angeordnet ist und gemäß Fig. 1 der Befestigung mehrerer in Gruppen angeordneter Mikrowellenvorrichtungen 28 dient. Die Mikrowellenvorrichtungen 28 sind in insgesamt drei Gruppen angeordnet, wobei jede Gruppe sechs Mikrowellenvorrichtungen 28 umfasst (siehe Fig. 2). Jede Mikrowellenvorrichtung 28 weist ein Gebläse 30 auf, an dessen Gehäuse 32 ein Kühlluftkanal 34 angeschlossen ist. In dem Kühlluftkanal 34 ist ein Mikrowellengenerator 36 (nachfolgend auch Magnetron genannt) untergebracht, dessen Senderantenne 38 in einen zum Kühlluftkanal 34 benachbart angeordneten Hohlleiter 40 hineinragt. Der Hohlleiter 40 ist von unten an der Halteplatte 26 angebracht, wobei an dem Hohlleiter 40 selbst der Lüftungskanal 34 mit dem Gebläsegehäuse 32 gehalten ist.
Wie man anhand von Fig. 2 erkennen kann, enden zwei der sechs Hohlleiter 40 unmittelbar unterhalb des Transportbandes 14, welches für Mikrowellenenergie und für Luft durchlässig ist und insbesondere aus einzelnen zueinander beabstandet angeordneten Transportketten besteht. Die Hohlleiter 40, die zu beiden Seiten der mittleren unterhalb des Transportbandes 14 endenden Hohlleiter 40 angeordnet sind, weisen im wesentlichen L-förmig abgewinkelte Verlängerungsstücke 42 auf, die in das Gehäuse 20 hineinragen und einander gegenüberliegend enden. An die beiden außenliegenden Hohlleiter 40 sind Hohlleiterverlängerungsstücke 44 angeschlossen, die sich ebenfalls im Innern des Gehäuses 20 erstrecken und unmittelbar benachbart zueinander oberhalb des Transportbandes 14 den beiden mittleren Hohlleitern 40 gegenüberliegend enden. Wie Fig. 2 verdeutlicht, liegen damit die Abstrahlöffnungen 46 sämtlicher Hohlleiter 40, 42, 44 einer Gruppe von Mikrowellenvorrichtungen 28 um die Metallplatte herum, um diese von deren Seiten, von unten und von oben mit Mikrowellenenergie zu bestrahlen. Auf diese Weise wird eine Lackschicht 50, die auf der Oberfläche 52 der Metallplatte 16 aufgetragen ist, während des Aufenthaltes in dem Durchlauf-Mikrowellenofen 10 mittels der symbolisch dargestellten Mikrowellen 54 vollständig getrocknet.
Wie in Fig. 1 angedeutet, gelangt die das Magnetron 36 umströmende Kühlluft seitlich in den Hohlleiter 40 hinein. Zu diesem Zweck weist der Hohlleiter 40 in seiner dem Lüftungskanal 34 benachbarten Wand mehrere Durchbrüche 48 auf. Im Bereich dieser Durchbrüche 48 verläuft der Lüftungskanal schräg zulaufend, was in Fig. 1 bei 50 angedeutet ist. Auf diese Weise wird also über die Abstrahlöffnungen 46 der Hohlleiter 40, 42 und 44 nicht nur Mikrowellenstrahlung 54, sondern auch Warmluft auf die Metallplatte gerichtet abgestrahlt. Beide Energieträger (Mikrowellenstrahlung und Warmluft) gelangen über ein und denselben Kanal, nämlich den Hohlleiter zur Metallplatte, wodurch der Aufwand an Zuführleitungen bzw. Kanälen beim hier beschriebenen Durchlauf-Mikrowellenofen 10 reduziert ist.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, eines Durchlauf-Mikrowellenofens 10 mit 2 Magnetrons 36. Teile, die denen der Fig. 1 und 2 entsprechen, sind mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bezüglich der Funktion dieser Teile wird auf die Beschreibung der Fig. 1 und 2 verwiesen.
Der Ofen 10 gemäß Fig. 3 zeigt eine zu trocknende Metallplatte 16 mit einer auf einer Oberfläche 52 aufgetragenen Lackschicht 50. Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 ist bei dem in der Fig. 3 dargestellten Ofen 10 dem unteren Magnetron 36 ein weiteres Magnetron 36 gegenüberliegend angeordnet. Das untere Magnetron 36 strahlt konstant Mikrowellen 60 ab. Das in der Fig. 3 oben dargestellte obere Magnetron 36 strahlt gepulste Mikrowellen 62 ab. Dies wird durch ein periodisches, alle 5 ms stattfindendes Ein- und Ausschalten des Magnetrons 36 erreicht. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Mikrowellen 62 ein Spektrum von Wellenlängen aufweisen. Dieses Spektrum wird nach vorheriger Kalibration auf die Eigenschaften der Metallplatte 16 eingestellt. Um zu erfassen, um welche Art von Gegenstand es sich bei der Metallplatte 16 handelt, wird mit Hilfe der als Sendeantenne dienenden Anode 38 auch die von der Oberfläche 52 der Metallplatte 16 reflektierte Mikrowellenstrahlung 64 erfasst und mit Hilfe einer mit Magnetron verbundenen Auswerte- und Steuerschaltung 66 ausgewertet. Diese Steuerschaltung 66 vergleicht die ausgewertete Reflektion 64 mit einem in einem Speicher 68 abgespeicherten Satz von durch vorherige Kalibration erfassten Gegenständen. Erkennt die Auswerte- und Steuerschaltung 66 eine Übereinstimmung der Reflektion 64 mit einem in dem Speicher 68 gespeicherten Reflektionsmuster, so verstellt sie die Abstrahlleistung der Anode 38 und die Ein-/Ausschalttrequenz der Anode 38 entsprechend.
Demgegenüber strahlt das in der Fig. 3 unten dargestellte untere Magnetron 36 die Mikrowellenenergie 60 konstant ohne Unterbrechung ab.
Wenn mit Hilfe der Anode 38 und der Steuerschaltung 66 erfasst wird, dass sich kein Gegenstand in dem in der Fig. 3 gestrichelt dargestellten Wirkungsbereich 69 der Magnetrons 36 befindet, so wird die Ein-/Ausschaltfrequenz des Magnetrons 36 von der Steuerschaltung 66 auf 500 ms heraufgesetzt, um Energie einzusparen. Sobald von der Senderantenne 38 und der Steuerschaltung 66 wieder ein Gegenstand in dem Wirkungsbereich 69 erfasst wird, wird die Ein- /Ausschaltfrequenz wieder auf 5 ms herabgesetzt. Der Wirkungsbereich 69 ist in der Fig. 3 nur schematisch dargestellt, da er in Wirklichkeit leicht aufgewölbt ist, da die Mikrowellen 60 bzw. 62 bei dem Eintritt in das Gehäuse 20 leicht divergieren.
Zur Kühlung des Eingangsbereiches 22 des Gehäuses 20 sind Kühlschläuche 70 vorgesehen. An diesen Kühlschläuchen kann mögliche Feuchtigkeit, die durch den Eingang 22 gelangt, kondensieren, so dass sich diese nicht auf dem Lack 50 ablagern kann. Innerhalb des Gehäuses 20 wird somit insbesondere in dem Wirkungsbereich 69 eine Luftfeuchtigkeit von 50°C erreicht.
Die Konfiguration des Kühlluftkanals 34 des Hohlleiters 40 und des den Kühlluftkanal 34 mit dem Hohlleiter 40 verbindenden Luftgitters 72 wird derart gewählt, dass die Abwärme des Magnetrons 36 in dem stationären Wirkungsbereich 69 eine Lufttemperatur zwischen 60 und 80°C bewirkt, was eine Temperatur der Oberfläche 52 der Metallplatte 16 von etwa 45 bis 50°C zur Folge hat. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Lackschicht 50 durch die Mikrowellenstrahlung 60 bzw. 62 getrocknet wird und nicht durch Wärme oder Infrarotstrahlung getrocknet wird. Denn Letztere hätte entweder eine Trocknung der Oberfläche 74 der Lackschicht 50 vor einer Trocknung der Lackschicht 50 selbst zur Folge, wodurch sich Nachteiligerweise Bläschen entwickeln könnten, oder eine zu lange Trocknungszeit zur Folge, die ebenfalls dank der erfindungsgemäßen Verwendung von Mikrowellen vermieden werden kann.
Die in der Fig. 3 dargestellte Anordnung zweier Magnetrons 36 kann - wie durch die Pünktchen 76 angedeutet, in der Fig. 3 nach links weiter fortgesetzt werden. Dabei können die weiter links liegenden Magnetronpaare andere Frequenzspektren und andere Energieeinträge aufweisen. Insbesondere können die weiteren Magnetronpaare durch höhere oder niedrigere Leistung gesteuert von der Steuerschaltung 66 eine zu niedrige oder zu hohe Leistung des in der Fig. 3 dargestellten Magnetronpaares ausgleichen.
Darüber hinaus können beispielsweise gemäß Fig. 3 arbeitende Magnetronpaare 30 gemäß Fig. 1 hintereinander angeordnet werden und verschiedene stationäre Wirkungsbereiche 69 der Mikrowellen 60, 62 bilden. Dabei kann die Mikrowellenstrahlung 62 aus einer Grundfrequenz, beispielsweise etwa 2,5 Gigahertz, und einer aufmodulierten Modulationsfrequenz gebildet werden. Die aufmodulierte Modulationsfrequenz steigt dabei beispielsweise von Zone zu Zone an. Bei beispielsweise fünf Zonen hat es sich als vorteilhaft für die Trocknung von Lack auf aus Kunststoff und Metall gebildeten Substraten 16 erwiesen, wenn die Zonen ansteigend von Modulationsfrequenzen von etwa 1.2 Gigahertz, etwa 1.6 Gigahertz, etwa 1.9 Gigahertz, etwa 2.1 Gigahertz, etwa 2.5 Gigahertz und etwa 3 Gigahertz moduliert werden.
Bei der Trocknung von Lacken auf Keramik oder Holz hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine weitere Zone hinzutritt, in der eine Modulationsfrequenz von etwa 900 Megahertz verwendet wird.
Weiterhin können auch weitere Magnetrons kreisförmig um den Bewegungsweg des Substrates 16 herum angeordnet werden. Dies kann dadurch geschehen, dass die Magnetrons 30 selbst kreisförmig um den Bewegungsweg des Substrates 16 angeordnet werden und konzentrisch auf dem Bewegungsweg des Substrates 16 einstrahlen oder mit Hohlleitern versehen sind, die gemäß Fig. 2 im Wesentlichen konzentrisch auf den Bewegungsweg des Substrates 16 einstrahlen. Mit besonders wirksam zur Trocknung von Substraten 16 mit komplizierter Geometrie, beispielsweise mit feinen Nuten oder Senken, hat es sich erwiesen, wenn die konzentrisch auf dem Bewegungsweg des Substrates 16 einstrahlenden Mikrowellenquellen 36 nacheinander ein- und ausgeschaltet werden, so dass sich ein um den Bewegungsweg des Substrates 16 herum rotierendes Mikrowellenfeld ergibt. Dabei werden die Magnetrons 30 derart gesteuert nacheinander ein- und ausgeschaltet, dass sich die Mikrowellen des zuvor ausgeschalteten Magnetrons 30 noch leicht mit dem anschließend in Rotationsrichtung des zu erzeugenden Mikrowellenfeldes nachfolgenden Magnetrons 30 überlappen, es jedoch nicht zu einer gegenseitigen Verstärkung benachbarter Mikrowellenfelder kommt.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung eines Beschichtungsstoffes (50) auf einem Substrat (16, 52) und/oder eines Substrates (16, 52), mit den Schritten:
das Substrat (16, 52) oder das mit dem Beschichtungsstoff (50) versehene Substrat (16, 52) wird bereitgestellt,
das Substrat (16, 52) oder das mit dem Beschichtungsstoff (50) versehene Substrat (16, 52) wird mit Hilfe von mindestens zwei Wellenlängen aufweisenden Mikrowellen (54, 60, 62) behandelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat (16, 52) oder das mit dem Beschichtungsstoff (50) versehene Substrat (16, 52) während der Behandlung durch einen stationären Wirkungsbereich (69) der Mikrowellen (54, 60, 62) hindurchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Wirkungsbereich (69) der Mikrowellen (54, 60, 62) zur Behandlung des Beschichtungsstoffes (50) und/oder des Substrates (16, 52) über das Substrat (16, 52) oder das mit dem Beschichtungsstoff (50) versehene Substrat (16, 52) hinweggeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat (16, 52) oder das mit dem Beschichtungsstoff (50) versehene Substrat (16, 52) mit den mindestens zwei Wellenlängen gleichzeitig bestrahlt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Wellenlängen der Mikrowellen (54, 60, 62) durch Einschalten einer die Mikrowellen (54, 60, 62) erzeugenden Mikrowellenquelle (36) erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Einschalten wiederholt vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Einschalten periodisch vorgenommen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, wobei die Mikrowellenquelle (36) nach jedem Einschalten ausgeschaltet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-8, wobei das Einschalten etwa alle 5 ms vorgenommen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 2 und nach einem der Ansprüche 5-9, wobei die Mikrowellen (54, 60, 62) etwa alle 5 ms eingeschaltet werden, wenn sich das Substrat (16, 52) oder das mit dem zu trocknenden Beschichtungsstoff (50) versehene Substrat (16, 52) in dem stationären Wirkungsbereich (69) befindet, während die Mikrowellen (54, 60, 62) etwa alle 500 ms eingeschaltet werden, wenn sich das Substrat (16, 52) oder das mit dem zu trocknenden Beschichtungsstoff (50) versehene Substrat (16, 52) außerhalb des stationären Wirkungsbereiches (69) der Mikrowellen (54, 60, 62) befindet.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Mikrowellen (54, 60, 62) aus verschiedenen Winkeln auf das Substrat (16, 52) oder das mit dem zu trocknenden Beschichtungsstoff (50) versehene Substrat (16, 52) eingestrahlt.

12. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Winkel kontinuierlich oder in regelmäßigen Schritten verändert wird.

13. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Winkel verändert wird, indem in unterschiedlichen Winkeln zu dem Substrat (16, 52) oder dem mit dem zu trocknenden Beschichtungsstoff (50) versehenen Substrat (16, 52) oder einem Bewegungsweg derselben angeordnete Mikrowellenquellen (36) nacheinander eingeschaltet werden.

14. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Mikrowellenquellen (36, 30) nach dem Einschalten der nächstfolgenden Mikrowellenquelle (36) wieder ausgeschaltet werden, so dass sich ein in einer vorgegebenen Richtung rotierendes Mikrowellenfeld ergibt.

15. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Zeitpunkt des Einschaltens der nächsten, in der vorgegebenen Rotationsrichtung hinter der auszuschaltenden Mikrowellenquelle (36) liegenden Mikrowellenquelle (36) so gewählt wird, dass sich ein Überlappen aber keine gegenseitige Verstärkung der benachbarten Mikrowellenfelder ergibt.

16. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei erfasst wird, ob sich ein Substrat (50) oder ein mit zu trocknendem Beschichtungsstoff (50) versehenes Substrat (16, 52) im stationären Wirkungsbereich (69) der Mikrowellen (54, 60, 62) befindet.

17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei erfasst wird, aus welchem Material das Substrat (16, 52) oder das mit dem zu trocknenden Beschichtungsstoff (50) versehene Substrat (16, 52) im Wesentlichen besteht.

18. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Ein- und Ausschalten der Mikrowellen (54, 60, 62) in Abhängigkeit des erfassten Materials gesteuert wird.

19. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Amplitude der Mikrowellen (54, 60, 62) in Abhängigkeit des erfassten Materials gesteuert wird.

20. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat (16, 52) oder das mit dem zu trocknenden Beschichtungsstoff (50) versehene Substrat (16, 52) nacheinander durch Zonen (69) geführt wird, die mit Mikrowellen (54, 60, 62) bestrahlt werden, die eine identische Grundfrequenz, bevorzugt von etwa 2,5 Gigahertz, aufweisen und mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen, bevorzugt mit etwa 1.2 Gigahertz, etwa 1.6 Gigahertz, etwa 1.9 Gigahertz, etwa 2.1 Gigahertz, etwa 2.5 Gigahertz und/oder etwa 3 Gigahertz moduliert sind.

21. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Modulationsfrequenzen in Abhängigkeit von dem Substrat (16, 52) oder dem mit dem zu trocknenden Beschichtungsstoff (50) versehenen Substrat (16, 52) gewählt werden.

22. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei im Falle eines im Wesentlichen aus Holz und/oder Keramik bestehenden Substrates (16, 52) als Modulationsfrequenz zumindest auch etwa 900 Megahertz verwendet wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16-22, wobei die Erfassung mit Hilfe der Mikrowellenquelle (36), bevorzugt mit einer als Senderantenne dienenden Anode (38) vorgenommen wird, indem die von dem Substrat (16, 52) rückgestrahlten Mikrowellen (54, 60, 62) von der Mikrowellenquelle (36), bevorzugt von der Anode (38), erfasst und mit einer Auswerteschaltung (66) ausgewertet werden.

24. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat (16, 52) oder das mit dem Beschichtungsstoff (50) versehene Substrat (16, 52) von zwei Seiten mit Mikrowellen (54, 60, 62) bestrahlt wird.

25. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine der beiden Seiten des Substrates (16, 52) oder des mit dem Beschichtungsstoff (50) versehenen Substrates (16, 52) konstant mit Mikrowellen (54, 60, 62) bestrahlt wird.

26. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trocknung bei konstanter Umgebungstemperatur, bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 10°-120°C, weiter bevorzugt bei etwa 45°C, vorgenommen wird.

27. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trocknung bei einer konstanten Luftfeuchtigkeit, bevorzugt bei 30% bis 70%, weiter bevorzugt bei etwa 45% Luftfeuchtigkeit, vorgenommen wird.

28. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trocknung bei einer konstanten Luftströmung vorgenommen wird.

29. Verfahren nach Anspruch 2 und nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Raum (22), durch den das Substrat (16, 52) oder das mit dem zu trocknenden Beschichtungsstoff (50) versehene Substrat (16, 52) in dem stationären Wirkungsbereich (69) ein- und/oder austreten, gekühlt wird.

30. Vorrichtung zur Behandlung eines Beschichtungsstoffes (50) auf einem Substrat (16, 52) und/oder eines Substrates (16, 52), aufweisend:
eine Mikrowellenquelle (36) zum Erzeugen von Mikrowellen (54, 60, 62),
ein Abstrahlmittel (38) zum Abstrahlen der erzeugten Mikrowellen (54, 60, 62), gekennzeichnet durch Steuermittel (66) zum Steuern der Mikrowellenquelle (36) derart, dass die Mikrowellenquelle (36) Mikrowellen (54, 60,62) mit mindestens zwei Wellenlängen abstrahlt.

31. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Steuermittel (66) eine Ein-/Ausschaltvorrichtung zum Ein- und Ausschalten der Mikrowellenquelle (36) umfassen.

32. Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, weiter aufweisend:
einen stationären Wirkungsbereich (69), in welchem die Mikrowellen (54, 60, 62) auf das Substrat (16, 52) das mit dem zu trocknenden Beschichtungsstoff (50) versehene Substrat (16, 52) einwirken,
wobei mindestens zwei Mikrowellenquellen (36) vorgesehen sind, um auf den Wirkungsbereich (69) aus zwei verschiedenen Richtungen mit Mikrowellen (54, 60,62) einstrahlen zu können.

33. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei mindestens eine der mindestens zwei Mikrowellenquellen (36) konstant Mikrowellen (54, 60,62) abstrahlt.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30-33, wobei die Mikrowellenquelle derart relativ zu dem stationären Wirkungsbereich (69) angeordnet ist, um die Lufttemperatur in dem stationären Wirkungsbereich (69) zwischen 10°C und 120°C, bevorzugt zwischen 60°C und 80°C, weiter bevorzugt bei etwa 45°C, zu halten.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30-34, wobei mindestens drei Mikrowellenquellen (36) derart um den stationären Wirkungsbereich (69) angeordnet sind, dass sie die Mikrowellen (54, 60,62) im Wesentlichen konzentrisch auf den stationären Wirkungsbereich (69) einstrahlen.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30-35, weiter aufweisend:
mindestens einen weiteren stationären Wirkungsbereich (69), in welchem die Mikrowellen (54, 60, 62) auf das Substrat (16, 52) oder das mit dem zu trocknenden Beschichtungsstoff (50) versehene Substrat (16, 52) einwirken, wobei der mindestens eine weitere stationäre Wirkungsbereich (69) in einer Bewegungsrichtung des Substrates (16, 52) oder des mit dem zu trocknenden Beschichtungsstoff (50) versehenen Substrates (16, 52) hinter dem ersten stationären Wirkungsbereich (69) angeordnet ist.

37. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei in mindestens zwei der Wirkungsbereiche (69) die Mikrowellen (54, 60, 62) unterschiedliche Frequenzen, bevorzugt in einer Bewegungsrichtung des Substrates (16, 52) oder des mit dem zu trocknenden Beschichtungsstoff (50) versehenen Substrates (16, 52) eine bei gleicher Grundfrequenz ansteigende Modulationsfrequenz aufweisende Mikrowellen aufweisen.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30-37,
wobei die Mikrowellenquelle (36) eine Anode aufweist, die ausgebildet ist, um für
eine Auswerteschaltung (66) als Sensor für die von dem Substrat (16, 52) rückgestrahlte Mikrowellenenergie zu dienen, wobei die Auswerteschaltung (66) ausgebildet ist, um die erfasste rückgestrahlte Mikrowellenenergie derart auszuwerten, dass bei einem Ansteigen der erfassten rückgestrahlten Mikrowellenenergie die von der Mikrowellenquelle (36) abgestrahlte Mikrowellenenergie vermindert, während bei einem Absinken der erfassten rückgestrahlten Mikrowellenenergie die von der Mikrowellenquelle (36) abgestrahlte Mikrowellenenergie erhöht wird.

39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30-38, wobei vor und/oder hinter dem stationären Wirkungsbereich (69) Kühlmittel (70) vorgesehen sind, um die Luftfeuchtigkeit im stationären Wirkungsbereich (69) zwischen 30% und etwa 60%, bevorzugt auf etwa 45%, Luftfeuchtigkeit zu halten.

40. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Kühlmittel Kühlschläuche (70) umfassen, die im wesentlichen konzentrisch um einen Bewegungsweg des Substrates (16, 52) oder des mit dem zu trocknenden Beschichtungsstoff (50) versehenen Substrates (16, 52) zu und/oder von dem stationären Wirkungsbereich (69) herum angeordnet sind.

41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30-40, wobei Lüftungsmittel (30) vorgesehen sind, um eine im wesentlichen konstante Luftströmung innerhalb des stationären Wirkungsbereiches (69) zu erzeugen.

42. Verwendung eines Mikrowellenofens (10) zur Behandlung eines Beschichtungsstoffes (50) auf einem Substrat und/oder des oder eines Substrates (16, 52).

43. Verwendung nach Anspruch 42, wobei der Mikrowellenofen ein Durchlauf-Mikrowellenofen (10) ist.

44. Verwendung nach Anspruch 43, wobei der Durchlauf-Mikrowellenofen (10) versehen ist mit:
einem Gehäuse (20) mit einem Einlass (22) und einem Auslass (24),
einem sich durch das Gehäuse (20) hindurch erstreckenden Transportband (14) zum Transportieren des mit dem Beschichtungsstoff (50) versehenen Substrates (16) in das, durch das und aus dem Gehäuse (20) und
mindestens einer Mikrowellenvorrichtung (28), die einen mittels Kühlluft kühlbaren Mikrowellengenerator (36) mit einer Senderantenne (38) aufweist, die in einem Hohlleiter (40) angeordnet ist, welcher von der Senderantenne (38) ausgesandte Mikrowellen (54, 60, 62) leitet und im Bereich des Transportbandes (14) eine Abstrahlöffnung (46) zum Abstrahlen der Mikrowellen (54, 60, 62) aufweist, wobei die den Mikrowellengenerator (36) kühlende Kühlluft über mindestens einen im Hohlleiter (40) ausgebildeten Durchbruch (48) in den Hohlleiter (40) einleitbar und von dessen Abstrahlöffnung (46) ausblasbar ist.

45. Verwendung nach Anspruch 44, wobei eine Kühllufterzeugungsvorrichtung (30) mit einem Lüftungskanal (34) vorgesehen ist, in dem der Mikrowellengenerator (36) mit seiner Senderantenne (38) in den Hohlleiter (40) hineinragend angeordnet ist, und dass der Lüftungskanal (34) und der Hohlleiter (40) in Strömungsrichtung der Kühlluft und in Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen (54, 60, 62) betrachtet hinter dem Mikrowellengenerator (36) bzw. hinter der Senderantenne (38) über den mindestens einen Durchbruch (48) verbunden sind.

46. Verwendung nach Anspruch 45, wobei der Hohlleiter (40) im Bereich der Verbindung mit dem Lüftungskanal (34) geradlinig verläuft, wobei der Lüftungskanal (34) in diesem Bereich zum Hohlleiter (40) hin schräg verläuft (50).