DE19781220C1

DE19781220C1 - Verfahren zum Trocknen von dünnen Schichten sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19781220C1
Application number: DE19781220A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Gath; Claus Hellmann
Original assignee: HELLMANN-HYGREX LUFT- und KLIMATECHNIK GmbH; HELLMANN HYGREX LUFT und KLIMA
Current assignee: HELLMANN-HYGREX LUFT- und KLIMATECHNIK GmbH; HELLMANN HYGREX LUFT und KLIMA
Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2017-10-15
Also published as: WO1998019124A1; DE59707933D1; ES2182123T3; CA2269982A1; DE19644717A1; DK0934497T3; EP0934497A1; ATE221981T1; AU5118998A; EP0934497B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von beschichteten Werkstücken sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei dem die Werkstücke trockener Luft, das heißt Luft mit einer absoluten Feuchte von 0 bis 10 Gramm Dampfbeladung pro Kubikmeter ausgesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von dünnen Schichten (Dünnschichten) auf Wasser-, Lösungsmit tel- oder Alkoholbasis, die durch Spritzen, Tauchen oder Streichen auf Gegenständen aufgebracht wurden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die beschriebenen Materialien werden zum Beschichten der verschiedensten Gegenstände verwendet, beispielsweise zum Beschichten und Lackieren von Autoteilen, Maschinenbautei len, Blechen und dergleichen mehr.

Nach dem Stand der Technik werden die Beschichtungen aufgebracht und anschließend getrocknet.

Die Trocknung erfolgt nach dem Stand der Technik entweder durch Infrarotbestrahlung oder dadurch, daß warme Luft über die beschichteten Gegenstände geleitet wird, so daß die Trocknung durch Wärmekonvektion erfolgt. Nach dem Stand der Technik gibt es auch kombinierte Verfahren, wobei die beschichteten Gegenstände gleichzeitig warmer Luft und einer zusätzlichen Infrarotbestrahlung ausgesetzt werden. Hierbei werden die Werkstücke auf 60°C bis 120°C erhitzt, um die in der Dünnschicht enthaltene Feuchtigkeit zu verdampfen. Dadurch treten erhebliche Temperaturbelastungen an den Bauteilen und zum Teil thermisch bedingte chemische Umsetzungen auf.

Die zum Stand der Technik gehörenden Verfahren haben den Nachteil, daß sie sehr energie- und zeitaufwendig sind, letzteres insbesondere durch Aufheizen des Werkstückes, auf dem die Dünnschicht aufgebracht ist, so daß die Trocknung mehrere Stunden erfordert. Darüber hinaus müssen die Werk stücke nach dem Trocknen von ihrer Aufheiztemperatur, das heißt von 60°C bis 120°C, wieder auf circa 30°C abge kühlt werden, damit eine Weiterverarbeitung dieser Teile erfolgen kann und diese Teile handhabbar sind.

Ein wesentlicher Nachteil ist ferner die Hautbildung über noch feuchten Grundschichten bei dem Überstreichen mit warmer Luft und die Erwärmung der Werkstücke auf hohe Tem peraturen.

Werden die Werkstücke während des Trocknungsverfahrens beispielsweise auf einem Förderband transportiert, besteht bei den zum Stand der Technik gehörenden Verfahren die Ge fahr einer Überhitzung bei einem Förderbandstillstand.

Weitere Nachteile der zum Stand der Technik gehörenden Trocknungsverfahren sind, daß Wärme, Feuchtigkeit und Ge ruchsstoffe in die Umwelt entweichen können, und daß eine Isolierung der warmluftführenden Bauteile notwendig ist, zum einen, um den Energieverbrauch in Grenzen zu halten und zum anderen, um arbeitende Personen zu schützen.

Bei den zum Stand der Technik gehörenden Trocknungs verfahren kann die Wärmeeinwirkung auf die Oberfläche einer Dünnschicht zum Verschließen und zur Bildung von Bläschen führen. Dadurch ist die Durchtrocknung der Schicht bis auf das Grundmaterial nicht gesichert.

Darüber hinaus treten bei den zum Stand der Technik gehörenden Trocknungsverfahren häufig Farbtonverschiebungen auf, die nicht erwünscht sind. Weiterhin tritt bei den zum Stand der Technik gehörenden Trocknungsverfahren bei den Lacken eine "Orangenhaut" auf, das heißt, der Lack ist nach dem Trocknen leicht gewellt.

Gemäß der DE 295 04 040 U1 ist eine Vor richtung zum Trocknen von lackierten oder galvanisierten Gegenständen bekannt, bei der eine Trocknungstemperatur zwischen 30°C und 60°C verwendet wird.

Auch diese zum Stand der Technik gehörende Vorrichtung weist einen Großteil der obengenannten Nachteile auf, bei spielsweise einen hohen Energie- und Zeitaufwand. Dadurch, daß die Werkstücke bei diesen Temperaturen mit erhitzt wer den, müssen sie vor der Weiterverarbeitung abgekühlt wer den. Dies ist zeitaufwendig. Darüber hinaus entsteht hier durch ein Energieverlust.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Trocknungsverfahren sowie eine Vorrich tung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, bei dem die Trocknungszeit erheblich verkürzt ist, bei dem ein wesent lich geringerer Energieverbrauch gegeben ist, und das darüber hinaus bei hitzeempfindlichen Teilen anwendbar ist.

Dieses technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruches 1 sowie die Merkmale des Anspruches 8 gelöst.

Dadurch, daß zum Trocknen Luft verwendet wird, die eine relative Feuchte zwischen 0% und 30% aufweist, vor zugsweise eine relative Feuchte von circa 10% (trockene Luft), und dadurch, daß die trockene Luft über und/oder um das zu trocknende Werkstück geleitet wird, nimmt die trockene Luft die Feuchtigkeit der auf dem Werkstück aufge brachten Dünnschicht auf. Dadurch, daß dem Werkstück stän dig trockene Luft zugeführt wird, wird eine immer annähernd gleich große Dampfdruckdifferenz aufrechterhalten, wodurch das Abdunsten der Feuchtigkeit an der Werkstückoberfläche beschleunigt wird. Die dampfförmig austretende Feuchtigkeit wird von der Umgebungsluft sofort aufgenommen.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die trockene Luft durch Abkühlen sogenannter "feuchter Luft", also Luft mit einer relativen Feuchte von mehr als 40%, in einem Trockenluftaggregat durch Kondensation gewonnen. Nach dem Entwässern wird die Luft wieder erwärmt und zur Feuchtigkeitsaufnahme dem Lackiergut zugeführt.

Die trockene Luft nimmt die Feuchtigkeit der Dünn schicht auf den Werkstücken auf. Die Werkstücke befinden sich in einem Gehäuse. Das Gehäuse kann als Schrank zur Aufnahme der Werkstücke ausgebildet sein, in dem beispiels weise große Werkstücke, wie Unterteile von Bussen oder der gleichen, angeordnet werden. Nachdem die Luft über die zu trocknenden Werkstücke geleitet worden ist, verläßt die Luft das Gehäuse und wird wiederum dem Trockenluftaggregat zugeführt, so daß die Luft wieder entfeuchtet wird. Die Luft wird anschließend wiederum erwärmt und den zu trock nenden Werkstücken erneut zugeführt.

Der erfindungsgemäße Trocknungsvorgang stellt ein ge schlossenes System dar, bei dem keine Abluft entsteht. Die ses hat den Vorteil, daß keine Geruchsstoffe, keine Feuch tigkeit und keine Wärme nach außen transportiert werden.

Die bei der Entfeuchtung der Luft entstehende Wärme wird für die Wiedererwärmung der Luft nach dem Entfeuchten verwendet.

Hierdurch ist gewährleistet, daß das erfindungsgemäße Verfahren nur einen sehr geringen Energieverbrauch hat, da ein geschlossenes System vorhanden ist.

Die entfeuchtete Luft wird auf eine Temperatur von circa 15°C bis 30°C erwärmt. Dieses ist ausreichend für die Trocknung mit trockener Luft. Dadurch weist das erfin dungsgemäße Verfahren folgende Vorteile auf:

a) Der Energieverbrauch ist sehr gering.
b) Es ist keine Abkühlstrecke für die Werkstücke erforder lich, da die Werkstücke sich lediglich auf circa 20°C bis 25°C erwärmen.
c) Die mit einer Dünnschicht belegten Teile werden keinen thermischen Belastungen ausgesetzt, da die im Kreispro zeß erhitzte Luft zu keiner wesentlichen Aufheizung des zu belegenden Gutes führt, da durch die Verdunstungsküh lung die Oberfläche kalt bleibt.
d) Es ist keine Überhitzung der Werkstücke möglich.
e) Es ist ein einfacher Anlagenaufbau möglich, da keine Wärmeisolierung notwendig ist.

Dadurch, daß die Werkstücke keinen thermischen Bela stungen ausgesetzt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfah ren, ist es möglich, auch hitzeempfindliche Teile zu trock nen. Das bedeutet, daß beispielsweise Kunststoffteile ge trocknet werden können, die nicht über 50°C bis 60°C er hitzt werden dürfen. Es ist auch möglich, Teile zu trock nen, die schon mit beispielsweise Gummidichtungen oder Öl füllungen versehen sind. Durch die relativ niedrigen Tempe raturen nehmen diese keinen Schaden.

Durch die niedrigen Temperaturen ist darüber hinaus keine Isolierung der Vorrichtung notwendig, da laut Sicher heitsbestimmungen die Arbeitstemperaturen nur bis 20°C über der Raumtemperatur liegen dürfen.

Die für die Trocknung vorgesehenen Gehäuse werden den Bedingungen des Einzelfalles angepaßt. Sollen beispiels weise Fahrzeugunterböden von Bussen getrocknet werden, ist ein entsprechender Trocknertunnel erforderlich, durch den der gesamte Unterboden eines Busses durchgefahren werden kann. Für die Trocknung von Eisenbahn- und Automodellen kann eine Art Schubladensystem vorgesehen sein, in dem jedes Modell einzeln angeordnet wird. Die trockene Luft wird hierbei durch die einzelnen Schubladen des Schubladensystems geleitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß zur Trocknung ein wesentlich geringerer Zeitaufwand notwen dig ist als bei den zum Stand der Technik gehörenden Ver fahren. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dauert der Trocknungsvorgang, je nach Material und Oberfläche, zwi schen drei und zehn Minuten. Bei sehr zerklüfteten Teilen kann sich der Zeitaufwand auf zwölf bis fünfzehn Minuten erhöhen. Dieses liegt daran, daß die trockene Luft in Ritze und Ausnehmungen nicht so gut eindringen kann, so daß in diesen Ritzen und Ausnehmungen Luft steht, die mit Flüssig keit gesättigt ist, so daß der Trocknungsvorgang stagniert. Hier kann mittels eines Gebläses oder mittels Düsen die Luftzirkulation in alle Ritzen und Ausnehmungen gewähr leistet werden.

Bei ebenen Blechen liegt die Zeit für die Lufttrock nung bei circa drei bis vier Minuten. Die Zeit für die Lufttrocknung ist abhängig von der Art der verwendeten Be schichtungsflüssigkeit.

Weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß nur 10% bis 25% des Energieaufwandes der zum Stand der Technik gehörenden Verfahren benötigt wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteran sprüchen entnommen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine Trocknungsvorrichtung;

Fig. 2 eine Trocknungsvorrichtung mit einer zusätz lichen Kühlvorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung (1) mit einer Entwäs serungsvorrichtung (2) für eine Lackschicht auf Wasserbasis, durch die feuchte Luft (3) geleitet wird. Die feuchte Luft (3) wird in der Entwässerungsvorrichtung (2) durch Kondensation entwässert, derart, daß die Luft einen Dampf partialdruck von 0 bis 16 mbar aufweist. Das Kondensat (12) wird in einem Becken (4) aufgefangen. Die auskondensierte Luft (5) wird durch eine Heizvorrichtung (17) geleitet und mittels eines Ventilators (7) in Richtung des Pfeiles (A) in einen Bereich (8) der Vorrichtung (1) geleitet. Die trockene Luft streicht hierbei durch Zirkulation über Werkstücke (9), welche beschichtet sind und getrocknet werden sollen. Die trockene Luft nimmt hierbei die Feuchtigkeit aus dem Lack auf, so daß die Luft im Bereich (10) wiederum eine höhere relative Feuchte aufweist.

Die feuchte Luft wird in Richtung des Pfeiles (B) wie der der Entwässerungsvorrichtung (2) zugeführt, wo der Luft (3) erneut das Wasser entzogen wird.

Die Luft weist im Bereich (8) eine Temperatur von 15°C bis 30°C auf. Die Werkstücke (9) werden bei Überstreichen mit der trockenen, auf 15°C bis 30°C erwärmten Luft nicht wesentlich erhitzt, da durch die Verdunstungskühlung die Oberfläche der Werkstücke (9) kalt bleibt. Die Vorrichtung (1) bildet einen geschlossenen Kreislauf für die zirkulierende Luft.

Die Vorrichtung (1) kann auch mit einem offenen Kreis lauf gefahren werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung (1) als Durchlaufanlage ausgebildet sein mit offenen Durch fahrtsöffnungen für die zu trocknenden Teile.

Die Vorrichtung (1) weist ein Gehäuse (11) auf, in dem der Vorgang Entwässern der Luft, Erhitzen der trockenen Luft, Trocknung der Werkstücke und Zurückleiten der Feucht luft zur Entwässerungsvorrichtung (2) in einem geschlosse nen Kreislauf durchgeführt wird.

Die Vorrichtung arbeitet in derselben Weise für die Trocknung jeder Art von dünnen Schichten, sei es auf Was ser-, Alkohol- oder anderer Lösungsmittelbasis, aber auch bei Verwendung von Fetten oder Klebern und dergleichen.

Gemäß Fig. 2 weist die Trocknungsvorrichtung (1) in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung eine zusätzliche Kühlvorrichtung (13) auf. In der zusätzlichen Kühlvor richtung (13) wird ein im Kreislauf zirkulierendes Käl temittel, mit welchem die Entwässerungsvorrichtung (2) be trieben wird, gekühlt. Dies ist notwendig, um ein niedriges Temperaturniveau der Entwässerungvorrichtung (2) zu halten.

Wird die feuchte Luft (3) in der Entwässerungsvorrich tung (2) mittels Kondensation entwässert, so wird hierdurch das Kältemittel, mit welchem die Entwässerungsvorrichtung (2) betrieben wird, erwärmt. Das erwärmte Kältemittel ge langt aus der Entwässerungsvorrichtung (2) in einen Ver dichter (14). In dem Verdichter (14) wird das Kältemittel komprimiert, wodurch sich das Kältemittel erwärmt. Diese weitere Erwärmung beruht im wesentlichen auf der Kompressi onswärme. Aus dem Verdichter (14) gelangt das komprimierte Kältemittel in den Kältemittelkondensator (6). Mit Hilfe des erwärmten Kältemittels wird in dem Kältemittelkondensa tor (6) die trockene Luft (5) auf eine vorgegebene Tempe ratur erwärmt, um diese erwärmte Luft dann im Bereich (8) zur Trocknung der Werkstücke (9) zu verwenden. Durch die Abgabe von Wärmeenergie durch das erwärmte Kältemittel an die trockene Luft (5) in dem Kältemittelkondensator (6) wird das Kältemittel vorgekühlt. Das vorgekühlte Kältemit tel gelangt dann in einen weiteren Kältemittelkondensator (15). In dem Kältemittelkondensator (15) wird das vorge kühlte Kältemittel mit Hilfe von Umluft, welche mittels ei nes Ventilators (16) aus der Umgebung der Trocknungsvor richtung (1) entnommen wird, weiter gekühlt. Die Umluft weist im wesentlichen Raumtemperatur auf.

Mit Hilfe der zusätzlichen Kühlvorrichtung (13) wird das im Kältekreislauf benutzte Kältemittel stets gekühlt, derart, daß eine Entwässerung der Umluft in der Entwässe rungsvorrichtung (2) optimal ausführbar ist.

Da die Temperatur der trockenen Luft (5), welche zur Trocknung der Werkstücke (9) im Bereich (8) verwendet wird, circa 15°C bis 30°C beträgt, kann das Gehäuse (11) der Trocknungsvorrichtung (1) als nicht wärmeisoliertes Gehäuse ausgebildet sein.

Bezugszahlen

1

Vorrichtung

2

Entwässerungsvorrichtung

3

feuchte Luft

4

Becken

5

trockene Luft

6

Kältemittelkondensator

7

Ventilator

8

Bereich

9

Werkstück

10

Bereich

11

Gehäuse

12

Kondensat

13

Kühlvorrichtung

14

Verdichter

15

Kältemittelkondensator

16

Ventilator in der Kühleinrichtung

13

17

Heizvorrichtung
A, B Pfeile

Claims

1. Verfahren zum Trocknen von dünnen Schichten (Dünn schichten), welche auf einem Werkstück aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß Luft mit einer Feuchte zwischen 0 und 10 Gramm Dampfbe ladung pro Kubikmeter (trockene Luft) über und/oder um das zu trocknende Werkstück (9) geleitet wird, und daß die Luft für die Trocknung eine Temperatur zwischen 15°C und 30°C aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschichten Fettschichten, Kleberschichten oder dergleichen, insbesondere Farb- oder Lackschichten oder dergleichen auf Wasser-, Alkohol- oder Lösungsmittelbasis sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchte der trockenen Luft einen Dampfpartialdruck von 0 bis 16 mbar aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die trockene Luft durch Abkühlung der Luft und Auskon densieren der Feuchtigkeit erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Erzeugung der trockenen Luft durch Konden sation anfallende Wärme zur nachfolgenden Wiedererwärmung der unterkühlten trockenen Luft auf 15°C bis 30°C verwen det wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in einem geschlossenen oder in einem offenen Kreislauf zirkuliert, derart, daß

a) die Luft in einem Kälteverdampfer unterkühlt wird,
b) die Feuchtigkeit und leichtflüchtige Inhaltsstoffe der Luft auskondensiert werden,
c) die unterkühlte Luft wiedererwärmt wird,
d) die trockene Luft über die zu trocknenden, auf Werkstücken (9) aufgebrachten Dünnschichten geleitet wird, um die Flüssigkeiten an der Oberfläche (9) aufzu nehmen,
e) die Schritte a) bis d) wiederholt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auskondensieren der verdunsteten Flüssigkeiten der zu trocknenden Schichten an unterkühlten Rohren bei 0°C bis minus 20°C erfolgt.

8. Vorrichtung zum Trocknen von Dünnschichten, welche auf einem Werkstück aufgebracht sind, gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Vorrichtung (1) eine Kühlvorrichtung (2) zum Kondensieren und eine Heizvorrichtung (17) zum Wieder erwärmen für die Umluft aufweist,
b) daß ein Gehäuse (11) für die Aufnahme der zu trocknenden Werkstücke (9) vorgesehen ist, wobei das Gehäuse (11) als ein nicht wärmeisoliertes Gehäuse ausgebildet ist, und
c) daß wenigstens ein Ventilator (7) für die Zirkulation der Luft in der Vorrichtung (1) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuse (11) geschlossen oder offen ausgebil det ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß die Vorrichtung (1) als eine die Luft im geschlos senen Kreislauf enthaltende Vorrichtung ausgebildet ist.