DE602005005489T2

DE602005005489T2 - Vorrichtung zum vorerwärmen eines trägerfluids für das spritzlackieren

Info

Publication number: DE602005005489T2
Application number: DE602005005489T
Authority: DE
Inventors: Ottavio Milli
Original assignee: Eurosider SAS di Milli Ottavio and C
Current assignee: Eurosider SAS di Milli Ottavio and C
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2025-08-09
Also published as: ATE389460T1; PT1778406E; DE602005005489T3; DK1778406T4; CN100503054C; US20080075875A1; EP1778406A2; WO2006016256A3; ITBO20040518A1; EP1778406B2; EP1778406B1; PL1778406T3; PL1778406T5; WO2006016256A2; CA2575956A1; DE602005005489D1; DK1778406T3; ES2304020T5; ES2304020T3; CN1993184A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Produktion eines Trägerfluids in Spritzlackiersystemen (auch für Pulverlackierungen), und insbesondere die Erzeugung von Stickstoff aus Luft unter Verwendung von Hohlfaser-Trennmembranen.
Es ist bekannt, dass in der Lackierbranche im Allgemeinen und insbesondere beim Spritzlackieren die Farbe mit einem Trägerfluid gemischt wird, das normalerweise aus Druckluft besteht, und dass die übermäßig langen Trocknungszeiten für die aufgebrachten Farbschichten teilweise durch die Feuchtigkeit bedingt sind, die in der Lackierumgebung vorhanden ist und die von dem Trägerfluid und den zu lackierenden Teilen aufgenommen wird.
Derzeit kommen zur Verkürzung der Trocknungszeiten sowohl heiße getrocknete Luft zum Einsatz, als auch andere Maßnahmen, wie beispielsweise die Verwendung flüchtiger Lösungsmittel.
Insbesondere ist die zum Trocknen der Farbe erforderliche lange Zeit ein Problem, das Lackiersysteme betrifft, bei denen Farben auf Wasserbasis zum Einsatz kommen, die aufgrund ihrer geringen Umweltschädlichkeit und ihrer größeren Sicherheit immer häufiger verwendet werden, die aber gleichzeitig, da Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, längere Trocknungszeiten erfordern.
Aus US 2 583 761 ist eine Vorrichtung zum Spritzlackieren bekannt, die einen beheizten Schlauch, der sich von einer unter Druck stehenden Luftquelle aus erstreckt, sowie eine Spritzpistole beinhaltet.
Diese Vorrichtung beinhaltet auch einen Thermistor zur Einregelung der Lufttemperatur unter einem max. Widerstandswert des Schlauchs.
Darüber hinaus wurde festgestellt, dass in Spritzlackiersystemen das Problem, den Strom des Trägerfluids auf die erforderliche Temperatur zu bringen bzw. auch zum Zeitpunkt der Vermischung mit der Farbe darauf zu halten, noch nicht gelöst wurde.
Daher besteht in der Branche ein dringender Bedarf an einer Vorrichtung, die in der Lage ist, das Spritzlackiersystem nahezu sofort (d. h. in wenigen Sekunden, z. B. 5–30 Sekunden nach dem Lufteinlass) mit einem Strom unter Druck stehenden Trägerfluids (zum Beispiel getrockneter Luft oder Stickstoff) zu versorgen, das die Trocknungszeiten für die aufgetragene Farbe drastisch verkürzen kann. Daher besteht ein weiteres Ziel der Erfindung darin, ein Lackiersystem bereitzustellen, in dem die Temperatur des Trägerfluids zumindest zum Zeitpunkt der Vermischung auf der erforderlichen Temperatur gehalten bzw. darauf gebracht wird.
Dementsprechend wurden eine Vorrichtung, eine Einrichtung und ein Verfahren für das Spritzlackieren wie in den Ansprüchen 1 bis 5 beschrieben bereitgestellt.
Ein erster Vorteil besteht in der Verkürzung der Trocknungszeit von den derzeit 15–40 Minuten auf eine Dauer, die mit dem erfindungsgemäßen System, insbesondere für das Spritzlackieren mit Farben auf Wasserbasis, zwischen einer Minute und 5 Minuten betragen kann.
Ein weiterer Vorteil ist die Verwendung von heißem Stickstoff, der mit Hohlfaser-Membranen (vorzugsweise) oder mit PSA-Systemen (Pressure Swing Absorption) erzeugt werden kann und der für eine verbesserte Fluidisierung der Farbe sorgt, so dass eine geringere Anzahl von Farbaufträgen erforderlich wird und das Wasser bzw. die Lösungsmittel aus der Farbe entfernt werden können.
Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit, einen Strahl heißen Stickstoffs vor dem Lackieren nur über die zu lackierende Oberfläche zu leiten, um Staub und Feuchtigkeit zu entfernen, und nach dem Farbauftrag, um die nahezu sofortige Trocknung der Farbschicht zu begünstigen.
Ein Vorteil des offenbarten Lackierverfahrens besteht darin, dass der Stickstoff einen extrem niedrigen "Taupunkt" (ca. –50°C) aufweist, was bedeutet, dass durch den Einsatz von heißem Stickstoff alle Spuren von Feuchtigkeit beseitigt und das Trocknen der Farbe auf der vom Strom berührten Oberfläche beschleunigt wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das ausströmende heiße Fluid auch die Spritzpistole erhitzt, die normalerweise aus Aluminium besteht, welche ihrerseits die Wärme auf die Farbe überträgt, diese erwärmt und damit deren Verhalten verbessert.
Weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben und bestehen in der Einfachheit der Geometrie, den kompakten Abmessungen und der einfachen Konstruktion, die sich für den modularen Einsatz als geeignet erweisen. Die technischen Merkmale der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die oben genannten Ziele sind in den hier enthaltenen Patentansprüchen beschrieben und ihre Vorteile werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen dargelegt, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen, ohne jedoch den allgemeinen Anwendungsbereich des erfinderischen Gedankens einzuschränken. Hierbei zeigen:
1 eine Ansicht einer Vorrichtung zur Stickstoffproduktion, wobei einige Teile weggelassen sind, um einige innenliegende Details besser zu veranschaulichen;
2 eine Ansicht eines Zufuhrschlauchs für das Trägerfluid gemäß der vorliegenden Erfindung für Spritzlackiersysteme.
2 zeigt einen Zufuhrschlauch 15 für Stickstoff, der im Falle einer Anwendung der Maschine in einem Spritzlackiersystem an einem ersten Ende 30 an den Behälter 1 und an einem zweiten Ende 31 an eine Spritzlackierpistole 27 angeschlossen ist.
Der Einsatz von heißem Stickstoff verkürzt vorteilhaft, insbesondere beim Lackieren mit Farben auf Wasserbasis, die Trocknungszeit der Farbe.
Darüber hinaus kann der heiße Stickstoffstrom auch alleine auf die zu lackierende Oberfläche gerichtet werden, um diese völlig zu entfeuchten, und kann nach dem Lackieren direkt auf die frisch aufgesprühte Lackschicht geleitet werden, um das Trocknen zusätzlich zu beschleunigen, bevor bei Bedarf ein zweiter Farbauftrag erfolgt.
Erfindungsgemäß kann der Schlauch 15 auch mit einem Heizelement 16 ausgestattet sein, das zumindest entlang eines Abschnittes seiner Länge angeordnet ist, um die Stickstofftemperatur bis zum Zeitpunkt des Sprühvorgangs beizubehalten, der in einigen Fällen viele Meter von der Maschine entfernt erfolgen kann.
Das Element 16 besteht vorzugsweise aus einem Widerstand innerhalb des Schlauchs 15, der in direkter Berührung mit dem Stickstoffstrom steht und über Kontakte 32 an einen Temperaturregler 14 angeschlossen ist, welche die Aufheizung der Heizschlange entsprechend der erreichten Temperaturwerte steuern, die am Auslass des Fluids von der Spritzpistole oder der Airbrush von einem Thermoelement erfasst werden.
Das selbe Signal kann vorteilhaft zur Aktivierung bzw. Deaktivierung der Ausgabe des unter Druck stehenden Trägerfluids verwendet werden.
Selbstverständlich können verschiedene Arten von Heizelementen innerhalb oder außerhalb des Schlauches 15 verwendet werden.
Darüber hinaus ist hervorzuheben, dass die Verwendung des beheizten Schlauches 15, obwohl sich diese besonders nützlich in Kombination mit einem Lackiersystem mit heißem Stickstoff erweist, auch vorteilhaft auf herkömmliche Spritzlackiersysteme anwendbar ist, in denen Druckluft als Farbträger verwendet wird (die im Hinblick auf Erwärmung und/oder Trocknung unterschiedlich behandelt wird), um das Trägerfluid zu erwärmen und somit das Trocknen der Farbe zu begünstigen.
Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen wird ein kastenförmiger Behälter 1 beschrieben, der in der dargestellten Ausführungsform als "Standalone"-Modell ausgeführt ist, der aber auch horizontal an einer Wand oder auf Druckluftkompressoren montiert werden kann.
Der Behälter 1 begrenzt eine Warmkammer 17, in der die Heizelemente, beispielsweise ein oder mehrere Flachwiderstände 2a enthalten sind, die seitlich oder übereinander angeordnet sind.
Eine Trennmembran 18 kann in die Warmkammer 17 eingesetzt sein, um Stickstoff (oder modifizierte, mit Stickstoff angereicherte Luft) zu erzeugen, welche mit der Außenseite des Behälters über einen Lufteinlass 19 und einen Auslass 11 für den erzeugten Stickstoff in Verbindung steht.
Das Rohr 20, das die Luft von dem Einlass 19 zu der Membran 18 führt, ist vorzugsweise mit Kombinationsfiltern 12 ausgestattet, um jegliche Verunreinigungen wie Öl, Feinstaub oder sonstige Elemente aus der Luft zu entfernen.
Mit Bezug auf 1 wird das Lufteinlassrohr innerhalb der Kammer 17 in Form einer Spirale oder Schlange 3a weiter um die Membran 18 geführt, bis zum Anschluss an die Eintrittsstelle 23 in die Membran 18.
In der beschriebenen Ausführungsform besteht die Schlange 3a aus einem Kupferrohr, doch kann sie auch aus Aluminium oder einem anderen Material gefertigt sein, das geeignet ist, Wärme auf die zugeführte Luft zu übertragen.
Von der Eintrittsstelle wird die Druckluft durch die Membran geführt und wird dort getrennt in eine an Stickstoff reiche Komponente, die an einem Membranauslass 25 angelangt, und ein Permeatgas, das über eine Entlüftungsöffnung 26 im Behälter entweder direkt oder nach erneutem Einlass in die Kammer 17 abgeführt werden kann.
Von dem Membranauslass 25 wird der Stickstoff, vorzugsweise nachdem er durch einen Durchflussregler, beispielsweise vom Typ BPR (Back Pressure Regulator-Rückdruckregler) geführt wurde, durch eine zweite Schlange 3b geleitet, die ebenfalls um die Membran 18 gewickelt ist, welche den Stickstoff zu dem Auslass 11 führt, damit er von der Einrichtung des Anwenders genutzt werden kann.
Die Vorrichtung beinhaltet ferner einen Satz Sensoren und Steuereinrichtungen, die an ein Bedienfeld 21 angeschlossen sind, das direkt auf dem Behälter 1 installiert sein kann.
In der beschriebenen Ausführungsform beinhaltet der am Bedienfeld 21 angeschlossene Sensorsatz: einen EIN/AUS-Schalter 5, einen Lufteinlass-Druckmesser 6, einen Stickstoffauslass-Druckmesser 7, einen Temperaturregler oder Thermostat 8 für die Temperatur der Warmkammer 17, einen Druckregler 9 für den zur Lackierung ausgegebenen Stickstoff, einen Druckmesser 10 für Stickstoff, der für den Lackiervorgang ausgegeben wird, sowie einen Lufteinlass-Druckregler 13, vorzugsweise mit Wertebereich zwischen 3 und 15 bar. Beim Betrieb sind, wenn die Maschine eingeschaltet wird, nur wenige Sekunden erforderlich, damit die Widerstände 2a die Warmkammer 17, und ebenso die Membran 18 und die Schlangen 3a, 3b auf Betriebstemperatur bringen, welche dann von dem Thermostat 8 auf einem Wert zwischen 20°C und 100°C, vorzugsweise auf 50°C gehalten werden kann.
Die Druckluft wird vom Einlass 19 durch die Schlange 3a geführt, welche die Luft aufheizt, und gelangt so an die Eintrittsstelle 23, an der sie mit einer für den Trennvorgang optimalen Temperatur in die Membran eintritt.
Darüber hinaus heizt gleichzeitig die Kammer 17 die Membran 18 auf, wodurch die Trennleistung zusätzlich optimiert wird.
Erfindungsgemäß kann der auf diese Weise erzeugte Stickstoff, der bereits für viele Anwendungen geeignet ist, noch weiter erwärmt werden, indem er durch die Schlange 3b geleitet und damit der Temperaturabfall ausgeglichen wird, der während des Lufttrennungsverfahrens in der Membran eintritt.
Daher ist am Auslass 11 heißer Stickstoff von vorbestimmter Qualität und auf vorbestimmter Temperatur verfügbar, vorzugsweise mit einer unmittelbaren Erzeugungsleistung zwischen 1 Nm³/h und 1000 Nm³/h.
Falls eine zusätzliche Stickstoffproduktion erforderlich ist oder die Schlange 3b nicht vollständig genutzt wird, kann auch eine von der Vorrichtung getrennte Heizung verwendet werden, die in der Lage ist, den Stickstoff jeweils auf die im Einzelfall erforderliche Betriebstemperatur zu erwärmen (die von der Temperatur der Warmkammer 17 abweichen kann), die am besten für die speziellen Lackierbedingungen geeignet ist.
Aus der obigen Beschreibung geht deutlich hervor, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil bietet, dass in einer einzigen Umgebung – der Warmkammer 17 – sowohl die Membran als auch die Luftheizschlange 3a und, sofern vorhanden, die Stickstoffheizschlange 3b erwärmt werden. Damit wird ohne Hinzufügen zusätzlicher Heizungen der dreifache Vorteil bereitgestellt, dass sowohl die Membran, als auch die zu trennende Luft aufgeheizt werden (wodurch unmittelbar eine größere Membraneffizienz bei den voreingestellten Werten für Temperatur, Druck und Reinheit gefördert wird) und dass der erzeugte Stickstoff für die Verwendung beispielsweise als Trägerfluid für das Spritzlackieren erwärmt wird.
Die Erfindung ist offensichtlich für viele industrielle Anwendungen geeignet und kann außerdem zahlreiche Veränderungen und Varianten zulassen, die alle in den Bereich des erfinderischen Gedankens fallen. Ferner können alle Einzelheiten der Erfindung durch technisch gleichwertige Elemente wie in den Patentansprüchen definiert ersetzt werden.

Claims

Vorrichtung zum Spritzlackieren, bestehend aus einer Versorgung für ein Trägerfluid, einer Spritzpistole (27) für ein Farben-Fluid-Gemisch und einem Anschlussschlauch (15) mit einem ersten Anschluss (30) an die genannte Versorgung für das unter Druck stehende Trägerfluid und einem zweiten Anschluss (31) an die genannte Spritzlackierpistole (27), wobei der Schlauch mit Heizeinrichtungen (16) ausgestattet ist, die zumindest entlang eines Abschnittes seiner Länge angeordnet ist, der mit dem Trägerfluid in Berührung kommt, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (14) beinhaltet, die dazu dienen, die Temperatur des Fluids entsprechend der Temperaturwerte des Fluids am Auslass des Fluids von der Spritzpistole oder der Airbrush so zu regulieren, dass der Strom des Trägerfluids zumindest zum Zeitpunkt der Vermischung mit der Lackfarbe auf der erforderlichen Temperatur gehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die genannten Mittel (14) zur Regelung der Temperatur des Fluids ein Thermoelement beinhalten, das am Auslass des Fluids von der Spritzpistole oder der Airbrush angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Fluidtemperaturwerte verwendet wird, um die Versorgung des unter Druck stehenden Trägerfluids zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Verfahren zum Spritzlackieren, bestehend aus folgenden Schritten: Bereitstellen einer Vorrichtung zum Spritzlackieren, bestehend aus einer Versorgung für ein Trägerfluid, einer Spritzpistole (27) für ein Farben-Fluid-Gemisch und einem Anschlussschlauch (15) mit einem ersten Anschluss (30) an die genannte Versorgung für das unter Druck stehende Trägerfluid und einem zweiten Anschluss (31) an die genannte Spritzlackierpistole (27), wobei der Schlauch mit Heizeinrichtungen (16) ausgestattet ist, die zumindest entlang eines Abschnittes seiner Länge angeordnet ist, der mit dem Trägerfluid in Berührung kommt, wobei die Vorrichtung ferner Mittel (14) beinhaltet, die dazu dienen, die Temperatur des Fluids zu regulieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Schritt vorsieht, in dem ein Gemisch aus einem Strom des heißen Trägerfluids und aus Lackfarbe auf eine zu lackierende Oberfläche aufgesprüht wird, wobei die Temperatur des Stroms des Trägerfluids entsprechend einer erforderlichen Temperatur angepasst wird, die zumindest zu dem Zeitpunkt der Vermischung mit der Lackfarbe eingehalten werden muss.
Verfahren nach Anspruch 4, worin das Trägerfluid Stickstoff oder modifizierte, mit Stickstoff angereicherte Luft mit einem Reinheitsgrad von 78% bis 99,99% ist.