DE9417356U1

DE9417356U1 - Einrichtung zum Trocknen von Lack- und Grundmaterialschichten

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Publication number: DE9417356U1
Application number: DE9417356U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-01
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2004-10-29
Also published as: DE59406269D1; ATE167565T1; US5623770A; ATA243793A; EP0656514A1; WO1995015471A1; EP0656514B1; AT403518B

Description

PATENTANWÄLTE
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Ing. Friedrich Hoffmann

Einrichtung zum Trocknen von Lack- und Grundmaterialschichten

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit den Merkmalen des einleitenden Teils von Anspruch 1.

Mit Rücksicht auf Umweltschutzbestimmungen und um die Emission von Lösungsmitteln auf Kohlenwasserstoffbasis zu vermeiden oder wenigstens zu verringern wird zunehmend auf wasserverdünnbare Beschichtungen, wie Lack- und Grundmaterialsysteme, umgestellt.

Es hat sich gezeigt, daß das Trocknen und Aushärten von lösungsmittelhaltigen Systemen grundsätzlich anders verläuft als das Trocknen und Aushärten von wässerigen Systemen. Die wässerigen Lack- und Grundmaterialsysteme erfordern für das Verdunsten von Wasser mehr Energie, wobei das Problem besteht, daß die Trockengeschwindigkeit gering ist und stark von der Luftfeuchtigkeit abhängt.

Während zum Trocknen bzw. Aushärten von wasserverdünnbaren Systemen der erhöhte Energiebedarf von Infrarotstrahlern, z.B. solchen gemäß der EP-A 495 770, ohne weiteres aufgebracht werden kann, bedarf es zum Erhöhen der Trockengeschwindigkeit zusätzlicher Maßnahmen.

Aus der EP-A 203 377 ist ein Blastunnel zum Trocknen von lakkierten Werkstücken bekannt, in dem Infrarotstrahler mit Blasdüsen kombiniert sind. Die Blasdüsen des bekannten Blastunnels erzeugen Luftströme, die parallel zur Richtung der Infrarotstrahlung verlaufen, also etwa senkrecht zur Oberfläche des lackierten Werkstückes ausgerichtet sind. Es hat sich gezeigt, daß solche Luftströme zum Trocknen von wasserverdünnbaren Lack- und Grundierungssystemen nur beschränkt geeignet sind, da Wasserdampf nur schlecht entfernt wird. Ein Erhöhen der Leistung der Gebläse, welche die Blasdüsen mit Blasluft beaufschlagen, um die Trockenleistung zu verbessern, ist nicht ohne weiteres möglich, da starke, senkrecht zum Gegenstand, auf dem eine Lackschicht zu trocknen ist, ausgerichtete Luftströme

unerwünschte, unebene Lackoberflächen zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus der EP-A 203 377 bekannte Vorrichtung so weiterzubilden, daß das Trocknen und/oder Aushärten von wasserverdünnbaren Beschichtungssystemen, insbesondere von Lack- und Grundmaterial im wesentlichen ohne den Energiebedarf zu erhöhen beschleunigt und verbessert wird.

Ausgehend von eomer Einrichtung mit den Merkmalen des einleitenden Teils von Anspruch 1 besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß die Markmale von Anspruch 1 verwirklicht sind.

Da bei der Erfindung der Luftstrom (oder die Luftströme) annähemd senkrecht zur Richtung der Infrarotstrahlen ausgerichtet sind, wird der Abtransport von Wasserdampfmolekülen verbessert. Dieser Vorteil tritt auch ein, wenn weder der Gegenstand noch die Infrarotstrahler und die Blasdüsen bewegt werden, was die Erfindung auch für Reparaturlackierungen geeignet macht.

Beim Benützen der erfindungsgemäßen Einrichtung kann die Intensität des Luftstromes und die Intensität der Wärmezufuhr über den (oder die) Infrarotstrahler während des Trocknens und/oder Aushärtens unabhängig voneinander geändert werden. Dabei wird beispielsweise so vorgegangen, daß nach dem Auftragen einer ersten Schicht der Beschichtung mit hoher Leistung (z.B. der größten Leistung) des Lüfters und verringerter Leistung des Infrarotstrahlers gearbeitet wird. Nachdem eine weitere, z.B. die zweite Schicht der zu erzeugenden Beschichtung aufgebracht wurde, kann die Leistung des Lüfters auf eine höhere, z.B. auf dessen größte Leistung erhöht und die Leistung des Infrarot-strahlers auf einen Bruchteil seiner maximal möglichen Leistung verringert werden.

Dadurch ist es möglich, den Verfahrensablauf an die speziellen Eigenschaften des jeweils verwendeten und zu trocknenden und/- oder auszuhärtenden Beschichtungssystems (Grundierungen, Füllerschichten und (Deck-)Lackschichten) anzupassen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der

Unteransprüche.

Mit der Erfindung wird eine wesentliche Steigerung der Trokkengeschwindigkeit und damit eine kürzere Trockenzeit von wässerigen Beschichtungssystemen, wie Lacken und Grund- oder Vormaterialien erzielt, da die Energiezufuhr über Infrarotstrahler (beispielsweise die der EP-A 495 770) mit einer zwangsweisen und erfindungsgemäß orientierten Luftbewegung kombiniert ist.

Die Lüfter oder Gebläse sind so angeordnet, daß sie einen Luftstrom erzeugen, der im wesentlichen im rechten Winkel zur Richtung der Infrarotstrahlung ausgerichtet ist und der den beispielsweise etwa 200 bis 300 mm breiten Raum, der von der Oberfläche des Infrarotstrahles und dem Gegenstand mit der zu trocknenden und/oder auszuhärtenden Beschichtung begrenzt wird, durchströmt.

Der Luftstrom bewirkt den Abtransport von verdunstetem Wasser während des Aushärte- und/oder Trockenvorganges dadurch, daß Luft mit hoher Feuchte ständig durch Luft mit niedriger Feuchte ersetzt wird, was im Vergleich zur EP-A 203 377 wesentlich wirksamer erfolgt, da der Luftstrom im wesentlichen parallel zum Infrarotstrahler ausgerichtet ist und den Raum zwischen dem Gegegenstand und dem Infrarotstrahler durchstreicht.

Der Luftstrom bewirkt weiters, daß aufgrund der sich an der Beschichtungsoberfläche bildende Grenzschichtwirbel eine verstärkte Abgabe von Wassermolekülen an die vorbeistreichende Luft stattfindet.

Mit der Einrichtung gemäß der Erfindung wird der zu trocknenden Beschichtung Wärme durch Infrarotstrahlung zugeführt und gleichzeitig werden mit dem Luftstrom an der Oberfläche der Beschichtung verdunstende Wassermoleküle wirksam abgeleitet.

Deshalb kann mit der erfindungsgemäßen Einrichtung das sehr enge Verarbeitungsfenster, das die optimale Verarbeitungsbedingungen für wässerige Produkte zwischen 2O⁰C und 26 ⁰C bei 20% relativer Luftfeuchte und 26⁰C bis 30°C bei 75% relativer

- 4 Luftfeuchte festlegt, beträchtlich erweitert werden.

Für die Praxis bedeutet dies, daß wässerige Beschichtungssysteme auch bei Umgebungstemperaturen erheblich unter 22⁰C oder aber bei einer relativen Luftfeuchte von über 75% verarbeitet werden können.

Beispielsweise soll Füllermaterial einerseits nur in einer Schichtdicke von 50 bis 60 &mgr; aufgetragen und anderseits erst nach einer Wartezeit von 15 min. (für das Abdunsten) mit dem Trockenvorgang begonnen werden.

Sowohl Schichtdicken von 50 bis 60 &mgr; als auch die Wartezeit von 15 min. sind unbefriedigend, da zum einen, beispielsweise bei reparierten Karosserieteilen, oft die dreifache Schichtdicke notwendig wird, um Unebenheiten zu füllen, und zum anderen 15 min. Wartezeit den Arbeitsablauf empfindlich stören.

Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß sowohl die Wartezeit für das Abdunsten erheblich veringert und die in dieser Zeit erreichbare Durchhärtung verbessert wird, als auch die Möglichkeit geschaffen wird, durch mehrere, aufeinanderfolgende Auftragevorgänge bis 180 &mgr; dicke Füllerschichten in kurzer Zeit herzustellen.
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Mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung, die beispielsweise etwa quadratische Infrarotstrahler von 1,5 m² und 6 kW Leistungsaufnahme und acht Axiallüfter mit einem Gesamtfördervolumen von 1000 m³/h, die an einem der Ränder der Infrarotstrahler montiert sind, besitzt, wurden sehr gute Ergebnisse erreicht .

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann mit einem programmierbaren Mikroprozessor ausgestattet sein, so daß das Zusammenwirken von Wärmezufuhr und Lüftung, sowie deren Voll- oder Teilleistung kontinuierlich den Anforderungen entsprechend angepaßt und am Ende des Aushärtens und/oder Trocknens wahlweise eine Kühlphase ausgeführt werden kann.

Mit dieser Einrichtung ist es bei einer Programmierung für

100% des Luftstromes und 30% der Nennleistung des Infrarotstrahlers durchaus möglich, die Wartezeit von 15 min. für das Abdunsten einer 60 &mgr; dicken Füllerschicht auf 7 min. bei gleichzeitig verbesserter Aushärtung zu verringern. Dies gilt sinnngemäß auch für Lackschichten.

Aufgrund der Zeitersparnis bei den Abdunstvorgängen besteht bei Verwendung des Gerätes gemäß der Erfindung die Möglichkeit in einer Gesamtzeit von 35 min. eine 180 &mgr; dicke Füllerschicht zu erzeugen (vgl. Fig. 8). Würde man vergleichsweise versuchen die gleich dicke Füllerschicht ohne Verwendung der Erfindung herzustellen, so würde man dazu theoretisch 72 min. benötigen. Nach etwa 30 min. müßte das Unterfangen jedoch abgebrochen werden, zumal das aufzutragende Füllermaterial in der Düse der Spritzpistole auszuhärten beginnt und diese zusetzt.

Mit Vorteil wird bei der Erfindung so gearbeitet, daß man den Luftstrom in dem Raum zwischen dem Infrarotstrahler und dem Gegenstand, auf dem eine zu trocknende und/oder auszuhärtende Beschichtung aufgetragen ist, von oben nach unten oder horizontal ausrichtet.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, in welcher auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen.

Es zeigt Fig. 1 in einem Diagramm ein Beispiel für die Prozeßführung beim Trocknen von Füllermaterial mit 120 &mgr; Dicke,
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Fig. 2 bis 6 verschiedene Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen gemäß der Erfindung in Schrägansicht bzw. im Vertikalschnitt und die

Fig. 7 bis 9 Diagramme mit weiteren Beispielen für die Prozeßführung .

Für alle in den Zeichnungen gezeigten Diagramme gilt, daß sich nach dem letzten Abschnitt des Verfahrens, in dem über die Infrarotstrahler Wärme zugeführt wird, ein - in den Diagrammen

nicht wiedergegebener - Verfahrensabschnitt ausschließen kann, in dem nur die Gebläse (Lüfter) in Betrieb sind, um die getrocknete oder ausgehärtete Beschichtung abzukühlen.

Das in Fig. 1 gezeigte Diagramm zeigt am Beispiel eines zweilagigen Auftrages von Füllermaterial mit einer Gesamtdicke von 120 &mgr; den Prozeßablauf beim Trocknen und Aushärten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Auf der vertikalen Achse ist die Zeit in Minuten und auf der horizontalen Achse des Diagramms die abgegebene Leistung in % der Maximalleistung (100 %) aufgetragen. Die durchgehende Linie zeigt die abgegebene Leistung des Infrarotstrahlers und die strichlierte Linie den Verlauf der abgegebenen Leistung des Gebläses (Lüfter), das eine Ausführungsform nach einer der Fig. 2 bis 6 haben kann, wieder.

Aus dem Diagramm von Fig. 1 ist ersichtlich, daß zunächst eine Zeitspanne A verstreicht, in der die erste Schicht aus zu trocknendem Füllermaterial auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgetragen wird. Gegen Ende des Auftragens wird mit der Wärmezufuhr durch den Infrarotstrahler begonnen, dessen abgegebene Leistung bis auf 30% seiner Maximalleistung gesteigert wird. Nach dem Ende des Auftragens (Ende der Zeitspanne A, z.B. 4 min.) wird das Gebläse auf maximale Leistung geschaltet und diese Leistung bis zum Ende des ersten Verfahrensabschnittes (z.B. 11 min.) beibehalten. Der Infrarotstrahler wird vor dem Abschalten des Gebläses nach z.B. 8 min. ausgeschaltet, so daß die abgegebene Leistung kontinuierlich auf etwa 10% zum Zeitpunkt z.B. 13 min. absinkt. Nun wird eine zweite Lage Füllermaterial aufgetragen (Zeitspanne A' z.B. von 11 bis 15 min.) und im Zeitpunkt 13 min. die abgegebene Leistung des Infrarotstrahlers bis auf dessen maximale Leistung gesteigert. Nach dem Ende der Zeitspanne A' wird das Gebläse im Zeitpunkt z.B. 15 min. in Betrieb genommen jedoch nur mit etwa 70% seiner maximalen Leistung. Nach z.B. 25 min. ist der Trocknungs- und Aushärtevorgang beendet und sowohl der Infrarotstrahler als auch des Gebläse werden abgeschaltet.

Die in Fig. 2 und 3 gezeigte Vorrichtung besteht bevorzugt aus mehreren, z.B. drei, Feldern 1 von Infrarotstrahlern, die beispielsweise die aus der EP-A 495 770 bekannte Konstruktion

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haben können. Die Infrarotstrahler 1 tragen an ihrem in der Gebrauchslage oberen Rand drei Axiallüfter 2, die einen nach unten gerichteten Luftstrom erzeugen. Die Axiallüfter 2 sind in voneinander getrennten Gehäusen 3 untergebracht, die um eine Achse 4 verschwenkbar an den Infrarotstrahlern! befestigt sind.

Dadurch, daß mehrere Infrarotstrahler 1 und gesonderte Gehäuse 3 für die Gebläse 2 vorgesehen sind, können die Infrarotstrahler 1 der Kontur des Gegenstandes, auf dem eine Beschichtung (z.B. Füller oder Lack) auf wässeriger Basis zu trocknen und/- oder auzuhärten ist, angepaßt ausgerichtet oder aufgebaut werden.

In bestimmten Fällen kann die Einrichtung gemäß Fig. 2 auch so angeordnet sein, daß die Gebläse 2 an einem Seitenrand der Infrarotstrahler 1 angeordnet sind, so daß eine horizontal gerichtete Luftströmung erzeugt wird.

An der Luft-Eintrittsseite und an der Luft-Austrittsseite der Gehäuse 3 sind (Luft-)Filter 9 eingesetzt.

Bei der Aus führungs form gemäß Fig. 4 ist am oberen Ende der Infrarotstrahler 1 ein Gebläse nach Art eines Tangentiallüfters 5 vorgesehen, der in einem Gehäuse 6 untergebracht ist. An der Rückseite des Gehäuses 6 ist eine durch ein Gitter 7 abgedeckte Luftansaugöffnung vorgesehen. Die Austrittsöffnung 8 des Gehäuses 6 ist nach unten gerichtet und vorzugsweise mit einem Filter versehen.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist ein Radiallüfter 10 vorgesehen, der Luft in einen Kanal 11 leitet, dessen Austrittsöffnung 12 ebenfalls an der Vorderseite der Infrarotstrahler 1 nach unten gerichtet ist und mit einem Filter ausgestattet sein kann.

Anstelle von Lüftern mit sich drehenden Gebläserädern kann der Luftstrom zwischen den Strahlerfeldern 1 und dem Gegenstand, auf dem eine Beschichtung aufgebracht ist, auch von mit Druckluft betriebenen Ejektordüsen 16 erzeugt werden. Eine solche

Ausfuhrungsform eines Gebläses 15 zeigt Fig. 6. Auch hier sind die Halterungen für die Gebläse 15 am oberen Rand von Infrarotstrahlern 1 um eine Achse 4 verschwenkbar befestigt. In der Mitte der Ejektordüse 16 mündet eine Druckluftleitung 17, die bewirkt, daß ein Strom von Luft, der aus der Ejektordüse 16 im wesentlichen parallel zur Vorderseite der Infrarotstrahler 1 austritt, erzeugt wird.

Die in den Fig. 7, 8 und 9 wiedergegebenen Diagramme zeigen Prozeßabläufe, die unterschiedlichen Beschichtungen angepaßt sind.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm mit dem der Prozeßablauf für das Trocknen und Aushärten eines Decklacks, der in zwei Schichten aufgetragen wird.

Fig. 8 zeigt den Prozeßablauf für eine Füllerschicht mit einer Stärke von 180 &mgr;. Das Programm der Fig. 8 ist eine Weiterentwicklung des Programms von Fig. 1.
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Schließlich zeigt Fig. 9 den Prozeßablauf beim Trocknen und Aushärten von Kittspachtelmasse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Gemeinsam ist allen Prozeßabläufen, daß beim Trocknen einer . ersten, aufgetragenen Schicht einer Beschichtung aus einem wasserlöslichen oder wasserverdünnbaren System die abgegebene Leistung des Infrarotstrahlers ein Bruchteil seiner maximalen Leistung beträgt, wogegen das Gebläse mit maximaler Leistung arbeitet. Nach dem Auftragen einer zweiten Schicht entspricht die Leistung des Infrarotstrahlers seiner maximalen Leistung und die abgegebene Leistung des Gebläses ist ein Bruchteil seiner maximalen Leistung.

Allgemein gesagt, wird beim Trocknen und Aushärten einer ersten Schicht eines waserverdünnbaren Systems der Luftstrom mit höherer Leistung an dem zu beschichtenden Gegenstand vorbeibewegt, als in der zweiten Stufe nach dem Auftragen der zweiten Beschichtung, wogegen die abgegebene Leistung des Infrarot-Strahlers bei der zweiten Stufe, also dem Trocknen und Aushär-

ten der zweiten Schicht höher ist als in der ersten Stufe beim Trocknen und Aushärten der ersten Schicht.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäßen Geräte eine Steuerung besitzen können, in welcher der jeweils günstigste Prozeßablauf für verschiedene Beschichtungssysteme und Beschichtungsarten (insbesondere Stärke der Beschichtung) gespeichert ist, so daß der jeweils erforderliche oder gewünschte Prozeßablauf beispielsweise durch Drücken einer entsprechenden Taste oder Eingabe einer entsprechenden Kennzahl oder eines Kennwortes abgerufen werden kann. So ist auch sichergestellt, daß das Trocknen und Aushärten jeweils optimal den Vorschriften des Herstellers des Beschichtungssystems angepaßt ausgeführt wird.

Zusammenfassend kann die Erfindung beispielsweise wie folgt dargestellt werden:

Um eine Beschichtung auf Basis eines wasserverdünnbaren Lacksystems zu trocknen und auszuhärten, wird der Beschichtung mit Hilfe eines Infrarotstrahlers Wärme zugeführt. Um das Verdampfen von Wasser zu beschleunigen, wird zwischen dem Gegenstand, auf dem die Beschichtung aufgetragen ist, und dem Infrarotstrahler mit Hilfe eines Gebläses ein annähernd senkrecht zur Infrarotstrahlung gerichteter Luftstrom erzeugt. Die Leistung des Infrarotstrahlers und/oder die des Gebläses können im Verlauf des Trocknens und Aushärtens verändert werden.

Claims

Schutzansprüche:

1. Einrichtung zum Trocknen und/oder Aushärten von wasserverdünnbaren Beschichtungen, wie Lack- oder Grundmaterialsystemen, mit wenigstens einem Infrarotstrahler (1), und mit wenigstens einer Vorrichtung (2, 5, 10, 15) zum Erzeugen eines Luftstromes zwischen dem Infrarotstrahlers (1) und dem Gegenstand, auf dem die zu trocknende und/oder auszuhärtende Beschichtung aufgetragen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (2, 5, 10, 15) einen Luftstrom erzeugt, der zur Richtung der Infrarotstrahlung im wesentlichen im rechten Winkel ausgerichtet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (2, 5, 10, 15) zum Erzeugen eines Luftstromes an wenigstens einem Rand des Infrarotstrahlers (1) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (8) für den von der Vorrichtung (2, 5, 10, 15) erzeugten Luftstrom an der Vorderseite des Infrarotstrahlers (1) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (8) im wesentlichen quer zur Ebene des Infrarotstrahlers (1) ausgerichtet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Infrarotstrahlers (1) und der Vorrichtung (2, 5, 10, 15) zum Erzeugen des Luftstromes veränderbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Infrarotstrahlers (1) und die der Vorrichtung (2, 5, 10, 15) zum Erzeugen des Luftstromes unabhängig voneinander veränderbar sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (2, 5, 10, 15) zum Erzeugen des Luftstromes am in der Gebrauchslage oberen

und/oder an einem seitlichen Rand des Infrarotstrahlers (1) angeordnet ist.

8- Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrrichtung (2, 5, 10, 15) zum Erzeugen des Luftstromes ein Gebläse (2, 5, 10) ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (2, 5, 10, 15) zum Erzeugen des Luftstromes eine mit Druckluft betriebene Ej ektordüse (15) ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (2, 5, 10) oder die Ejektordüse (15) gegenüber dem Infrarotstrahler (1) verschwenkbar ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft-Eintrittsöffnung und vorzugsweise der Luft-Austrittssöffnung des Gebläses (2, 5, 10) oder der Ejektordüse (15) ein Filter (9) zugeordnet ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Verläufe der Änderungen der Leistung des Infrarotstrahlers (1) und/oder der Vorrichtung (2, 5, 10,

15) zum Erzeugen des Luftstromes gespeichert und wahlweise abrufbar sind.