DE10326191B3

DE10326191B3 - Trocknung von lackierten Oberflächen

Info

Publication number: DE10326191B3
Application number: DE2003126191
Authority: DE
Inventors: Manfred Broschat; Holger Dipl.-Ing. Wegener; Frank Dipl.-Ing. Stepputat (BA); Stefan Dipl.-Ing. Wollenweber (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Stepputat 63486 Bruchkoebel De; Wollenweber Stefan 71735 Eberdingen De
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-06-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur großflächigen Trocknung von lackierten Oberflächen von Automobilkarossen. Die Trocknung erfolgt mittels kurzwelliger Infrarotstrahler mit einer hohen Eindringtiefe und einer hohen spezifischen Flächenleistung, wobei die einzelnen Strahler so angeordnet und leistungsmäßig bestimmt sind, dass die zu trocknende Oberfläche gleichmäßig erwärmt und getrocknet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen, insbesondere von lackierten Oberflächen von Automobilkarossen.

Bei der Trocknung von Lacken im Automobilbereich werden die in zwei 2-K-Lacken vorhandenen Lösungsmittel aus dem Lack entfernt und dieser auf diese Weise ausgehärtet. Das entscheidende Kriterium bei der Trocknung von Lacken im Automobilbereich ist die Qualität des Lackes und dessen spätere ästhetische Anmutung. Insbesondere bei der Temperaturführung während des Trocknungsvorgangs ist darauf zu achten, dass sich an der Oberfläche des Lackes kein Film aus Lösungsmittel ausbildet, der zur Entstehung von Kochern und damit zu nicht akzeptablen Qualitätseinbußen führen kann.

In industriellen Fertigungsprozessen spielt aber auch die pro Fertigungsschritt benötigte Zeit als Kostenfaktor eine wichtige Rolle.

In heute üblichen Lackieranlagen werden an Automobilkarossen verwendete Lacke mittels Infrarotstrahlern mit einer Wellenlänge von ca. 3 μm innerhalb von 3 – 4 min auf die Aushärtetemperatur von ca. 120 °C gebracht und dieser Wert für einen Zeitraum von ca. 15 – 30 min gehalten.

Die DE 101 27 962 A1 zeigt ein zweistufiges Trocknungsverfahren für insbesondere auf Fahrzeugkarosserien oder deren Teile applizierte Lackmaterialen, wobei in einem ersten Schritt eine Umlufttrocknung des Lackmaterials bei einer festgelegten Temperatur bis zu einem vorbestimmten Aushärtungsgrad erfolgt und in einem zweiten Schritt der Aushärtungsgrad mittels einer Infrarot-Trocknung bei einer gegenüber der Trocknung im ersten Schritt höheren Temperatur erhöht wird.

Die DE 43 36 856 A1 zeigt ein Verfahren zum Trocknen mit Zwei-Komponenten-Lack versehenen Automobilkarossen mittels eines Infrarotofens, wobei der zu trocknende Lack innerhalb von 6 min mit einer kontinuierlichen Temperatursteigerung von mindestens 15 °C pro Minute von Umgebungstemperatur auf die Haltetemperatur aufgeheizt wird.

In der WO 95/07443 A1 ist eine Strahlervorrichtung zur Trocknung von Oberflächen gezeigt, wobei die Vorrichtung mehrere Infrarot-Strahlungsquellen aufweist, die mittels geeigneter Halterung in mehreren Freiheitsgraden zur Beaufschlagung der zu trocknenden Flächen gelagert sind. Hierzu weist die Vorrichtung für jede der Strahlungsquellen ein verstellbares Gestänge mit arretierbaren Gelenken auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bisher bekannte Trocknen so zu modifizieren, dass der Vorgang ohne Qualitätseinbußen in kürzerer Zeit erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Beaufschlagung mit der hohen Flächenleistung wird die Aufheizphase in erheblichem Umfang verkürzt und die Lösungsmittel treten aus dem Lack aus, ohne einen Film an des sen Oberfläche zu bilden. Eine Zeitspanne von maximal 5 min ist dabei für den Trocknungsprozess ausreichend.

Mit Vorteil wird die Oberfläche mit einer Wellenlänge von ca. 1,2 μm beaufschlagt, um hohe Energiedichten und Eindringtiefen in den Lack zu realisieren. Durch die hohe Eindringtiefe der Strahlung bei dieser Wellenlänge wird der Lack nicht nur an der Oberfläche, sondern auch in seinem Inneren erwärmt.

In Fortbildung des Verfahrens werden die von dem zumindest einen Strahler emittierten sichtbaren Lichtanteile ausgefiltert, da der Lichtanteil bei diesen Bedingungen sehr hoch und sehr hell ist und ohne Filtration umfangreiche und kostenintensive Arbeitsschutzmaßnahmen getroffen werden müssten.

In sinnvoller Weiterbildung erfolgt die Trocknung innerhalb von 3 – 4 min, wobei die Trocknungstemperatur mindestens 120 °C beträgt und die Aufheizung auf diese Trocknungstemperatur innerhalb von maximal 40 s erfolgt. Diese Zeiten gewährleisten eine schnelle und qualitativ hochwertige Trocknung des Lacks. Die besten Ergebnisse wurden dabei mit einer Aufheizzeit von 15 s und einer Haltezeit bei Trocknungstemperatur von 180 s erzielt.

Die Aufgabe wird des Weiteren auch durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.

Mit der exzentrischen Verteilung der Leistung der Infrarotstrahler über die zu trocknende Fläche werden Überhitzungen in der Flächenmitte ausgeschlossen und aus Arbeitsschutzgründen weisen die Infrarotstrahler eine die Emission des sichtbaren Anteils des Lichtes reduzierende Beschichtung auf, wodurch auch Kosten für aufwendige Schutzmaßnahmen eingespart werden können.

Mit Vorteil sind dabei die Infrarotstrahler zur Reduzierung des sichtbaren Lichtanteils rubiniert.

Weiter ist es sinnvoll, die Infrarotstrahler über Verfahrschienen und/oder Gelenkarme in einem Abstand von ca. 300 mm zu der zu trocknenden Oberfläche zu positionieren.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Infrarotstrahler eine spezifische Flächenleistung von ca. 85 kW/m² aufweisen und Strahlung mit einer Scheitelwellenlänge von ca. 1,2 m emittieren. Mit diesen Werten können qualitativ hochwertige Trocknungsergebnisse innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums erzielt werden.

Weiter mit Vorteil weist der Infrarotstrahler eine Farbtemperatur von ca. 2200 °C auf, eine Temperatur, die deutlich unter dem Schmelzpunkt des Wendelmaterials Wolfram liegt. Dadurch ist eine Beeinträchtigung der Lebensdauer des Strahlers aufgrund vorzeitiger Materialermüdung durch zu hohe Temperaturen ausgeschlossen.

Weiter mit Vorteil weist die Vorrichtung einen berührungslos arbeitenden Temperatursensor an der zu trocknenden Oberfläche auf, mit dem der Temperaturverlauf des Trocknungsprozesses überwacht werden kann.

Des Weiteren weist die Vorrichtung eine Steuereinheit auf, mit der die Trocknungstemperatur in Zusammenwirken mit dem Temperatursensor über die Zeit regelbar ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung können der Beschreibung zu dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sowie den einzelnen Patentansprüchen entnommen werden.

In der Zeichnung zeigt:
1 eine Vorrichtung zur Trocknung eines Kraftfahrzeugs in Gesamtansicht.
In einer Vorrichtung 10 wird der 2-K-Klarlack eines Kraftfahrzeugs 12 mittels Infrarotstrahlereinheiten 14 getrocknet. Das Kraftfahrzeug 12 wird über die Halterung 16 durch den Trocknungsbereich gefahren. An als Deckenschienen ausgebildeten Verfahrschienen 18 können zwei Trocknungseinrichtungen 20 parallel zu dem Kraftfahrzeug 12 verfahren werden.
Die Trocknungseinrichtungen 20a und 20b mit den Infrarotstrahlereinheiten 14 sind identisch aufgebaut, so dass alle Angaben zu allen Bauteilen auf die baugleichen Pendants übertragen werden können. Die Trocknungseinrichtung 20a weist ein Gelenkarmsystem 22 auf, an deren einem Ende Infrarotstrahlerfelder 24a und 24b angeordnet und über das Gelenkarmsystem 22 an dem Kraftfahrzeug 12 positionierbar sind.
Die Strahlerfelder 24a und 24b sind als Strahlerkassetten mit 400 × 700 mm Außenabmessungen ausgebildet und mit jeweils sechs kurzwelligen Infrarotstrahlern 26a, 26b ausgestattet.
Der Abstand zwischen den Infrarotstrahlern 26a, 26b und der zu trocknenden Lackoberfläche auf dem Kraftfahrzeug 12 beträgt bei Verwendung eines 2-K-Klarlacks mit einer Schichtdicke von 60 μm 300 mm. Die bestrahlte Fläche des Lacks beträgt ca. 400 × 400 mm.
Die eingesetzten Infrarotstrahler 26a, 26b weisen eine Farbtemperatur von ca. 2200 °C und eine Scheitelwellenlänge von ca. 1,2 μm auf. Hiermit wird eine spezifische Flächenleistung von 85 kW/m² erzeugt.
Um eine gleichmäßige Erwärmung der bestrahlten Lackoberfläche zu erzielen, sind die kurzwelligen Infrarotstrahler 26a, 26b exzentrisch in den Strahlerfeldern 24a, 24b angeordnet. Um eine Überhitzung der zentralen Bereiche der bestrahlten Oberfläche zu vermeiden, sind die Infrarotstrahler so angeordnet, dass die Strahlungsdichte nach außen zunimmt. Die Leistungsdichte der Strahlung weist vom Rand des Strahlerfeldes gegen die Mitte des Strahlerfeldes ein Verhältnis von 3:2 auf.
Jedes Strahlungsfeld weist einen Strahlungspyrometer als berührungslosen Temperatursensor 28 auf, mit dem der Temperaturverlauf während des Trocknungsvorgangs überwacht werden kann. Diese Überwachungsfunktion wird von der ebenfalls miterfahrenden Steuereinrichtung 30 übernommen, die das Temperaturprogramm überwacht und regelt.
Jeder der Infrarotstrahler 26a, 26b ist mit einer Rubinierung versehen, mit der die sichtbaren Lichtanteile der emittierten Strahlung weitgehend ausgefiltert werden können. Auf diese Weise wird das Problem des an sich sehr hohen und auch sehr hellen Lichtanteils bei kurzwelligen Infrarotstrahlern gelöst, das ansonsten entsprechende Schutzmaßnahmen für das Be dienpersonal bzw. für sonstige Beobachter notwendig machen würde.
Mit der geschilderten Trocknungseinrichtung 10 können die üblicherweise verwendeten 2-K-Lacke ohne Einbußen weder bei der Qualität noch bei der Polierfähigkeit des Lackes innerhalb von 3 – 4 min getrocknet werden. Dieses Verfahren der Infrarottrocknung bewährt sich erfindungsgemäß bei kurzwelligen Infrarotstrahlern, ohne dass die Farbtemperatur der Strahler bereits im Bereich der Schmelztemperatur des Wendelmaterials Wolfram liegt und die Lebensdauer des Strahlers in nicht akzeptabler Weise verkürzen würde. Durch die Beaufschlagung des Lacks mit einer sehr hohen Flächenleistung und einer durch die Wellenlänge bedingten hohen Eindringtiefe kann in kurzer Zeit die Trocknungstemperatur von 120 °C erreicht werden und die im Lack vorhandenen Lösungsmittel, ohne die Gefahr einer Filmbildung an der Oberfläche, aus dem Lack herausgeführt werden.
Über die Steuereinrichtung 30 wird in Abhängigkeit von der zu trocknenden Fläche ein vorprogrammiertes Trocknungsprogramm gestartet, wobei mittels den verwendeten kurzwelligen Infrarotstrahlern bereits nach ca. 15 s die angestrebte Trocknungstemperatur erreicht wird. Eine entsprechend sensible Regelung vermeidet ein zu starkes Überschwingen der Temperaturen. Während des gesamten Trocknungsprozesses wird die maximale Temperatur über die jeweiligen Temperatursensoren 28 der einzelnen Strahlerfelder 24 überwacht, wobei das Überschreiten eines kritischen Grenzwertes zum Abbruch des Verfahrens führt. Der Messpunkt des berührungslosen Temperatursensors 28 wird durch einen Laserpunkt angezeigt, um auszuschließen, dass der Temperatursensor auf einen von der zu trocknenden Oberfläche abweichenden Punkt gerichtet ist, was zu einer Überhitzung und Zerstörung des Lackes führen könnte.
In der Steuereinrichtung 30 wird auch der zeitliche Verlauf der Heizkurve des Lacks überwacht, wobei der Vorgang abgebrochen wird, wenn die Solltemperatur nicht spätestens innerhalb von 40 s erreicht ist. Bei Verwendung von Infrarotstrahlern der vorgenannten Art lässt eine zu lange Aufheizphase auf einen Defekt der Strahler oder eine fehlerhafte Justierung des Temperatursensors schließen.

Claims

Verfahren zur Trocknung, insbesondere von lackierten Oberflächen von Automobilkarossen (12), wobei die. zu trocknende Oberfläche durch mindestens einen Strahler (26) mit hoher Eindringtiefe und einer spezifischen Flächenleistung von mindestens 80 kW/m² für einen Zeitraum von maximal 5 min beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche mit einer Wellenlänge von ca. 1,2 μm beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die emittierten sichtbaren Lichtanteile des zumindest einen Strahlers (26) zumindest teilweise ausgefiltert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungszeit 3 – 4 min beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung bei einer Temperatur von mindestens 120 °C erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizzeit bis zum Erreichen der Trocknungstemperatur maximal 40 s beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizzeit 15 s und die Haltezeit bei Erreichen der Trocknungstemperatur 81 s beträgt.
Vorrichtung zum Trocknen, insbesondere von lackierten Oberflächen von Fahrzeugkarossen, mit zumindest einem Strahlerfeld mit einer Mehrzahl von Infrarotstrahlern, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsverteilung der Infrarotstrahler (26) exzentrisch zu der zu trocknenden Fläche ist und die Infrarotstrahler eine die Emission des sichtbaren Lichtes reduzierende Beschichtung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahler exzentrisch in den Strahlerfeldern angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der abgestrahlten Energie zwischen dem Rand und dem Zentrum der zu trocknenden Fläche ca. 3:2 beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahler (26) rubiniert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerfelder (24) über Verfahrschienen (18) und/oder Gelenkarmsystem (22) in einem Abstand von ca. 300 mm zu der zu trocknenden Oberfläche positioniert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahler (26) eine spezifische Flächenleistung von ca. 85 kW/m² aufweisen und Strahlung mit einer Scheitelwellenlänge von ca. 1,2 μm emittieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahler (26) eine Farbtemperatur von ca. 2200 °C aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, gekennzeichnet durch einen berührungslos arbeitenden, jeweils einem Strahlungsfeld (14) zugeordneten Temperatursensor (28) an der zu trocknenden Oberfläche.
Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, mit der die Trocknungstemperatur im Zusammenwirken mit dem zumindest einen Temperatursensor (28) über die Zeit regelbar ist.