DE2659273C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Verarbeitung von Zweikomponentenlacken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Verarbeitung von Zweikomponenienlakken verschiedener Farbtöne, die aus einem Ringleitungssystem entnommen werden.

Dem Einsatz von Zweikomponentenlacken im großtechnischen Rahmen in Lackiercreien oder Lackierabteilungen z. B. von Automobilwerken kommt in Zukunft erhebliche Bedeutung zu, die hauptsächlich durch eine verbesserte Filmqualität bedingt ist. Außerdem beruht der Einsatz von Zweikomponentenlacken im großtechnischen Rahmen darauf, daß damit Energie und Kosten eingespart werden können. Darüber hinaus ist mit einer erheblich geringeren von den Lackierereien ausgehenden Umweltbelastung zu rechnen, sobald die zur Zeit in der Entwicklung befindlichen sog. festkörperreichen Zweikomponententube zum Einsatz kommen. Diese festkörperreichen Zweikomponentenlacke sind gekennzeichnet durch einen im Vergleich zu den konventionellen Systemen erheblich reduzierten Anteil an organischen Lösemitteln, so daß der Anteil der schädlichen organischen Substanzen in den von Lackierereien ausgehenden Emissionen erheblich gesenkt wird.

Das Zweikomponentenverfahren beruht auf einer Polyadditionsreaktion von Polyisocyanaten mit den Hydroxylgruppen von Polyestern oder hydroxylhaltigen Polyäthern, die jeweils in einer der beiden Komponenten Stammlack oder Härter enthalten sind. Im allgemeinen läuft die Reaktion bei der Verwendung von unblokkierten Polyisocyanaten unter stetigem Viskositätsanstieg bei Raumtemperatur ab. Die Haltbarkeit und die Verarbeitungsfähigkeit des gemischten Lackmaterials wird durch die sog. Topfzeit charakterisiert, die häufig weniger als eine Stunde beträgt. Für die Verarbeitung derartiger Materialien ist es daher erforderlich, die Zusammenführung der Komponenten möglichst nahe an dem Verarbeitungsgerät, z. B. nahe einer Spritzpistole, vorzunehmen, um Verarbeitungsstörungen und Materialverluste zu vermeiden.

Voraussetzung für eine einwandfreie Vernetzung und dadurch für die Qualität des Lackfilms (insbesondere z. B. Härte, Glanz, Licht-, Witterungs- und Chemikalienbeständigkeit) ist die Einhaltung des stöchiomefischen Mischungsverhältnisses beider Komponenten. Das Mischungsverhältnis kann für verschiedene Produkte ziemlich unterschiedlich sein, wird aber vom Produkthersteller einschließlich der Toleranzbreite in einer Verarbeitungsvorschrift angegeben. Die Toleranzbreite ist bei einzelnen Produkten sehr eng, so daß eine genaue Dosierung erfolgen muß. So z. B. beträgt die Toleranzbreite von in der Automobilbranche zur Reparaturlakkierung eingesetzten Systemen ±10% des Härteranteils bei einem Mischungsverhältnis Stammlack/Härter von 2 :1. Es muß damit gerechnet werden, daß bei zukünftigen Systemen die Toleranzbreiten bei veränderten Mischungsverhältnissen noch wesentlich enger werden.

Bei der Verarbeitung kleiner Mengen von Zweikomponentenlacken wird in der Praxis die Dosierung der Komponenten durch Auslitern oder Wägen durchgeführt und danach z. B. durch Rühren die Vermischung der Komponenten in relativ kleinen Vorratsbehältern erreicht Bei der Verarbeitung großer Lackmengen, wie sie z. B. in der Serienlackierung von Automobilen vorkommt, sind prinzipiell andere Verarbeitungsverfahren notwendig, die einen kontinuierlichen Betrieb der Farbversorgung, der Zusammenführung, der Dosierung und der Mischung über längere Zeiträume gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem große Mengen von Zwei-Komponenien-Lacken kontinuierlich verarbeitet werden können und bei dem die Mischungsverhältnisse im vorgegebenen Rahmen über große Zeitabschnitte hinweg in engen Grenzen konstant eingehalten werden.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß zur Vermischung der Komponenten unterschiedlich farbige Stammlacke verschiedenen Ringleitungen und farbloser Härter einer weiteren Ringleitung entnommen werden und daß das vorgeschriebene Mischungsverhältnis, das mittels eines Dosierelements einstellbar ist, durch Regelung der Zuflußmenge mindestens einer Komponente der beiden Komponenten Stammlack oder Härter zu einem Farbwechselblock eingehalten wird, wobei nach der Mischung der beiden Komponenten die Dielektrizitätskonstante der Mischung, die eine Funktion des Mischungsverhältnisses ist, gemessen wird, und die hinzugefügte Menge mindestens einer der beiden Komponenten über eine Regelungseinrichtung durch ein regelbares Dosierelement auf einen voreinstellbaren Wert geregelt wird. Weiterhin kann eine Messung der gesamten Fließmenge des Komponentengemisches erfolgen und danach die hinzugefügte Menge an Härter geregelt werden.
Anstelle von Härter können auch eine oder mehrere

6Q der Stammlackkomponenten geregelt werden.

Weil Stammlacke oder der Härter sich schon von der Zulieferung her ändern können, kann auch schon vor der Messung des Mischungsverhältnisses eine Messung der verschiedenen Stammlacke oder des Härters jeweils

S5 für sich allein erfolgen.

Die Zusammensetzung des Komponentengemisches wird mit Hilfe der Dielektrizitätskonstante der Mischung ermittelt. Der sich ergebende Meßwert wird zur

Regelung des Dosierelemeiites benutzt. Hierzu kann die Kapazität des Meßkondensators in einer Wheatstone'schen Brücke auf Null abgeglichen sein, der mit dem Komponentengemisch des gewünschten Mischungsverhältnisses gefüllt ist. Die Phase des Brückenausgangssignals kann dabei relativ zum Brückeneingangssignal zur meßtechnischen Entscheidung über die Richtung von auftretenden Abweichungen vom gewünschten Mischungsverhä'jiis benutzt werden. Die Messung kann auch mit einer Wechselstrombrücke durchgeführt werden, die auf den Widerstand der Leitfähigkeitsmeßzelle, die mit dem Komponeniengemisch des gewünschten Mischungsverhältnisses gefüllt ist, auf Null abgeglichen ist Die elektrische Leitfähigkeit ist nämlich proportional der Dielektrizitätskonstanten des Komponentengemisches, nämlich

R =

ω ■ c ■ ε

Dabei ist R der Wechseistromwiderstand, ω die Kreisfrequenz des Wechselstroms, c die Kapazität der Meßanordnung und fdie Dielektrizitätskonstante.

Die Erfindung wird anhand einer in der Zeichnung dargestellten Misch- und Meßanlage und mit zugehörigen Diagrammen in der folgenden Beschreibung näher erläutert, der auch weitere Einzelheiten des Verfahrens entnommen werden können.

Gemäß der F i g. 1 wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren so vorgegangen, daß aus Ringleitungen 1, durch die jeweils ein Lack eines Farbtons gefördert wird, mittels Stichleitungen 2 einem Farbwechselblock 3 Stammlack zugeführt wird, wobei Reduzierventile 4 in den Stichleitungen 2 die Vorwahl einer farbtonabhängigen Fließmenge ermöglichen. Diese kann so groß sein, wie für die Deckf/ihigkeit dsr Schichtdicke eines Farbtons erforderlich ist, ferner kann Härter aus einer Ringieitung 5 mittels einer Stichleitung über ein Dosierelement 6 dem Farbwechselblock 3 zugeführt werden, in dem sich aucn die Stammlackkomponente in der vorgesehenen Dosierung befindet Sodann wird die Mischung aus Härter und Stammlack über ein Mischs} stern 7 vor der weiteren Verarbeitung einem Meßsystem 8 zugeführt, dessen Meßgröße eine Funktion des Mischungsverhältnisses der beiden Komponenten ist und die über eine Regeleinrichtung 10 das regelbare Dosiereiement 6 auf ein am Meßsystem 8 vorwählbares konstantes Mischungsverhältnis beider Komponenten regelt. Von dem Meßsystem 8 wird dann der gemischte Lack über die Spritzpistole 9 seiner bestimmung zugeführt.

Ausgehend von der Tatsache, daß voneinander verschiedene Materialien verschiedene meßbare Materialdaten aufweisen und daß die Materialdaten von Gemischen rechnerisch oder experimentell zu ermittelnde Funktionen des Mischungsverhältnisses der Ausgangsmaterialien darstellen, wird erfindungsgemäß die Messung der Dielektrizitätskonstante des Gemisches durchgeführt und für die Regelung des Dosierelements benutzt, nachdem die Abhängigkeit des Meßsignals vom Mischungsverhältnis ermittelt wurde. Eine Abweichung von einem bestimmten Wert des Meßsignals, der dem geforderten Mischungsverhältnis entspricht, löst erfindungsgemäß den Regelvorgang so lange aus, bis der geforderte und am Meßsystem einstellbare Wert an der Meßstelle erreicht wird.

Je nach der Art des regelbaren Dosierelementes können zu dessen Regelung ·*. B. elektrische, pneumatische oder hydraulische Signale benutzt werden, die unmittelbar oder mittelbar aus der Messung der gewählten Materialeigenschaft gewonnen werden.

Das beschriebene Verfahren ist prinzipiell in der Weise variierbar, daß die Regelung auf den Stammlack bezogen werden kann, statt wie beschrieben auf den Härter. Es ist auch denkbar, zusätzlich eine Gesamtfließmengen-Kontrolle einzuführen.

Da außerdem Stammlacke oder Härter bei verschiedenen Zulieferungen andere Materialeigenschaften aufweisen können als bei einer anderen Zulieferung, kann auch dies bereits berücksichtigt und durch ein zusätzliches Meßinstrument mit in die Regelung einbezogen werden. Vor der Zusammenführung der Stammlacke und des Härters können diese Komponenten einzeln gemessen und die gemessenen Daten über eine Recheneinheit dem Dosierelement 6 zugegeben werden, das auch diese Meßdaten bei der Dosierung von Stammlack oder Härter berücksichtigt
Als meßbare Materialeigenschaften, die für die Regelung der Dosierung verwendbar sin \ sind insbesondere die elektrische Leitfähigkeit und die Die'sktrizitätskonstante des Materialgemisches geeignet Die F i g. 2 und 3 zeigen den experimentell ermittelten, hinreichend linearen Zusammenhang zwischen der elektrischen Leitfähigkeit and der Dielektrizitätskonstante ε und dem Anteil der Härterkomponenten im Materialgemisch.

Für die praktische meßtechnische Erfassung der Meßgrößen sind alle bekannten Verfahren zur Messung der Dielektrizitätskonstanten bzw. der von ihr abhängigen elektrischen Leitfähigkeit geeignet insbesondere jedoch Kompensationsverfahren nach dem Meßbrükkenprinzip. Das Materialgemisch durchströmt hierbei eine Meßzelle, die in eine Wechseistrombrücke nach Art der Wheatstone'schen Brücke geschaltet ist Als Meßzellen finden Dielektrizitätskonstanten- oder Leitfähigkeits-Meßzeilen bekannter Ausführungen Verwendung. Die Brücke kann in der Weise abgeglichen werden, daß das Brückenausgangssignal gleich Null wird, wenn die Dielektrizitätskonstante ε oder die von

■to ihr abhängige elektrische Leitfähigkeit ρ des Materialgemisches den Wert annimmt, der einem bestimmten gewünschten Mischungsverhältnis der beiden Komponenten entspricht. Eine Änderung des Mischungsverhältnisses bewirkt eine Veränderung der Dielektrizitätskonstanten ε und damit eine Änderung des Brückenausgangssignals, das dann von Null verschieden wird. Die Entscheidung, in welcher Richtung die Änderung des Mischungsverhältnisses erfolgt, kann meßtechnisch z. B. durch Messung der relativen Phasenlage von Eingangsso und Ausgangssignal erfaßt werden, da diese bei geeigneter Auslegung der Brücke im Bereich des Brückenabgleichs einer Drehung uir 180° unterliegt

Fü; einen Zweikomponentenlack ist in F i g. 4 als Beispiel das Brückenausgangssignal einer Anordnung zur Messung der Dielektrizitätskonstante über dem Härteranteil des Gemisches aufgetragen. Die Verarbeitungsvorschrift fordert ein Mischungsverhältnis Stammlack zur Härter wie 2 :1 mit einer Toleranz von ± 10% des Härteranteils.

Das von dem Mischungsverhältnis beider Komponenten abhängige Ausgangssignal der Brücke liegt in Form einer elektrischen Spannung vor und ist unmittelbar oder mittelbar nach einer beliebigen Umformung zur Regelung eines regelbaren Dosierelements beliebiger Art geeignet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verarbeitung von Zwei-Komponenten-Lacken verschiedener Farbtöne aus einem Ringleitungssystem, wobei verschiedenen Ringleitungen entnommene unterschiedlich farbige Stammlacke mit einem einer weiteren Ringleitung entnommenen farblosen Härter in einem vorgeschriebenen Mischungsverhältnis gemischt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante der fertigen Mischung gemessen und der erhaltene Meßwert zur Regelung der Zuflußmenge mindestens einer der beiden Komponenten Stammlack oder Härter benutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante mit einer hochfrequenten Wechselstrombrücke gemessen wird, die mittels eines mit einem Komponentengemisch des gewünschten Mischungsverhältnisses gefflilien MeSkondensators auf N'uii abgeglichen wurde.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase des Brückenausgangssignals relativ zum Brückeneingangssignal zur meßtechnischen Entscheidung über die Richtung von auftretenden Abweichungen vom gewünschten Mischungsverhältnis benutzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuflußmenge des Härters gerege't wird.