DE19644717A1

DE19644717A1 - Verfahren zum Trocknen von dünnen Schichten sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19644717A1
Application number: DE19644717A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Gath; Claus Hellmann
Original assignee: HELLMANN HYGREX LUFT und KLIMA; SCHLIERBACH GmbH
Current assignee: HELLMANN HYGREX LUFT und KLIMA; SCHLIERBACH GmbH
Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1996-10-28
Publication date: 1998-04-30
Also published as: WO1998019124A1; DE59707933D1; ES2182123T3; CA2269982A1; DK0934497T3; DE19781220C1; EP0934497A1; ATE221981T1; AU5118998A; EP0934497B1

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 entwe der 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 ver dampfen. Dadurch treten erhebliche Temperaturbelastungen an den Bauteilen und zum Teil thermisch bedingte chemische Um setzungen 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 bis mehrere Tage erfordert. Darüber hinaus müssen die Werkstücke nach dem Trocknen von ihrer Aufheiz temperatur, das heißt von 60°C bis 120°C, wieder auf circa 30°C abgekühlt 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 Temperaturen.

Durch die Aufheizung der Werkstücke auf 60°C bis 120°C haben die zum Stand der Technik gehörenden Trock nungsverfahren darüber hinaus den Nachteil, daß der Ener gieverbrauch sehr hoch ist.

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.

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 geringer 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 11 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 Dünnschicht auf den Werkstücken auf. Die Werkstücke befinden sich in einem Gehäuse. Das Gehäuse kann als Schrank zur Aufnahme der Werkstücke ausgebildet sein, in dem beispielsweise große Werkstücke, wie Unterteile von Bussen oder dergleichen, 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 trocknenden 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 40°C bis 60°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 Kreisprozeß erhitzte Luft zu keiner wesentlichen Aufheizung des zu belegenden Gutes führt, da durch die Verdunstungskühlung 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 Lokomotivgehäusen von Eisen bahnmodellen ist dagegen eine Art Schubladensystem vorgese hen, in dem jedes Lokomotivgehäuse einzeln angeordnet wird. Die trockene Luft wird hierbei durch die einzelnen Schubla den 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 Flüssigkeit gesättigt ist, so daß der Trocknungsvorgang stagniert. Hier muß mittels eines Gebläses die Luftzirkulation in alle Ritzen und Ausnehmungen gewährleistet 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 Beschichtungsflüssigkeit.

Weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß nur 20% bis 25% des Energieaufwandes der zum Stand der Technik gehörenden Verfahren benötigt wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteran sprüchen entnommen werden.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt die Figur eine Trocknungsvorrichtung.

Die Figur 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 Dampfdruck von 0 bis 10 mbar aufweist. Das Kondensat (12) wird in einem Becken (4) aufgefangen. Die auskondensierte Luft (5) wird durch eine Heizvorrichtung (6) 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 40°C bis 60°C auf. Die Werkstücke (9) werden bei über streichen mit der trockenen, auf 40°C bis 60°C erwärmten Luft nicht wesentlich erhitzt, da durch die Verdunstungs kühlung die Oberfläche der Werkstücke (9) kalt bleibt. Die Vorrichtung (1) bildet einen geschlossenen Kreislauf für die zirkulierende Luft.

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 Wasser-, Alkohol- oder anderer Lösungsmittelbasis, aber auch bei Verwendung von Fetten oder Klebern und dergleichen.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Entwässerungsvorrichtung

3

feuchte Luft

4

Becken

5

trockene Luft

6

Heizvorrichtung

7

Ventilator

8

Bereich

9

Werkstück

10

Bereich

11

Gehäuse

12

Kondensat
A, B Pfeile

Claims

1. Verfahren zum Trocknen von dünnen Schichten (Dünnschichten), welche auf einem Werkstück aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß Luft mit einer relativen Feuchte zwischen 0 und 5 Gramm Dampfbeladung/m³ (trockene Luft) über und/oder um das zu trocknende Werkstück (9) geleitet wird.

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 relative Feuchte der trockenen Luft einen Dampfdruck von 0 bis 10 mbar aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft für die Trocknung eine Temperatur zwischen 30°C und 60°C aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Feuchtigkeit der Schicht befeuchtete Luft nach Überstreichen der Schicht eine Temperatur zwischen 20°C und 40°C aufweist.

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

7. 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 40°C bis 60°C verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in einem geschlossenen 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) aufzunehmen,
e) die Schritte a) bis d) wiederholt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auskondensieren der verdunsteten Flüssigkeiten der zu trocknenden Schichten an unterkühlten Rohren bei minus 5°C bis minus 20°C erfolgt.

10. Vorrichtung zum Trocknen von Dünnschichten, wie Lackschichten, Kleberschichten und dergleichen, welche auf einem Werkstück aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Vorrichtung (1) eine Kühlvorrichtung zum Konden sieren und eine Heizvorrichtung (6) zum Wiedererwärmen für die Umluft aufweist,
b) ein Gehäuse (11) für die Aufnahme der zu trocknenden Werkstücke (9) vorgesehen ist und
c) wenigstens ein Ventilator (7) für die Zirkulation der Luft in der Vorrichtung (1) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuse (11) geschlossen ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuse (11) tunnelförmig ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuse als Schubladensystem ausgebildet ist.

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