Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Feststoffen aus beim Lackieren von Gegenständen entstehendem Overspray

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Feststoffen aus beim Lackieren von Gegenständen entstehen- dem Overspray, bei welchem der Overspray von einem Luft- strom aufgenommen und zu einer von einer Flüssigkeit überströmten Abscheidefläche transportiert wird, wo ein Großteil zumindest der Feststoffe in die Flüssigkeit übergeht, von dieser abtransportiert und durch Abscheiden aus der Flüssigkeit entfernt wird,

sowie

eine Vorrichtung zum Entfernen von Feststoffen aus beim Lackieren von Gegenständen entstehendem Overspray mit

a) einer Einrichtung, welche einen den Overspray aufnehmenden Luftstrom erzeugt;

b) wenigstens einer an einem Abscheidekörper ausgebildeten Abscheidefläche, die von einer Flüssigkeit überspülbar ist und an welcher entlang der Luftstrom führbar ist;

c) einer Abscheideeinrichtung, welcher die von der

Abscheidefläche abströmende Flüssigkeit zuführbar ist und welche in der Lage ist, aus der Flüssigkeit die Feststoffe abzuscheiden.

Bei der manuellen oder automatischen Applikation von

Lacken auf Gegenstände wird ein Teilstrom des Auftragstoffes, der im allgemeinen sowohl Festkörper als auch Lösemittel enthält, nicht auf den Gegenstand appliziert. Dieser Teilstrom wird in der Fachwelt "Overspray" genannt. Der Overspray wird von dem Luftstrom in der Spritzkabine erfaßt und einer Naß- oder Trockenabscheidung zugeführt .

Bei Trockenabscheidesystemen werden die Feststoffe in einem Filtervlies zurückgehalten. Derartige Trockenab- scheidesysteme bedürfen einer aufwendigen Wartung und werden vorzugsweise in Anlagen mit geringem Lackverbrauch eingesetzt. Die anfallenden verschmutzten Filter sind aufwendig zu entsorgen.

Daher werden bei Anlagen mit größerem Lackverbrauch bevorzugt Naßabscheidesysteme eingesetzt, bei denen also Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art verwendet werden. Ein solches Naßabscheidesystem ist beispielsweise in der DE 44 01 741 C2 beschrieben. Hier findet als diejenige Flüssigkeit, welche die Abscheidefläche überströmt und in welcher die Feststoffe aufgenommen werden, Wasser Verwendung, dem ggfs. Zusatzstoffe, beispielsweise Koaguliermittel, beigemischt werden. Die Luft mit den flüchtigen Bestandteilen des Oversprays, insbesondere also den Lösemitteln, gelangt im allgemeinen als Abluft in die Atmosphäre. Bei besonders hoch belasteten Lackieranlagen wird zur Vermeidung von Lösemittelemissionen ein Abluftreinigungssystem auf der Basis von Adsorbtion und/oder thermischer Oxidation nachgeschaltet.

Durch die Verwirbelung des LuftStromes mit dem zum Abscheiden der Feststoffe verwendeten Wasser wird der Luftstrom sehr stark aufgefeuchtet. Eine direkte Luftrückführung in die Spritzkabine ist wegen der Feuchte- und Lösemittel-

belastung und Temperaturabsenkung der Luft nur in Ausnahmen möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchen die Abluftaufbereitung weniger aufwendig ist und die Möglichkeit besteht, die Abluft sowohl in die Atmospäre als auch direkt in die Spritzkabine zurückzuführen.

Diese Aufgabe wird, was das Verfahren angeht, dadurch gelöst, daß eine wasserfreie Flüssigkeit verwendet wird, die bei der Arbeitstemperatur einen niedrigen Dampfdruck, vorzugsweise niedriger als 30 mbar, besitzt, in der sich die Feststoffe nicht lösen und mit der die Feststoffe keine chemische Verbindung eingehen.

Erfindungsgemäß wird also von der Verwendung von Wasser als Abscheideflüssigkeit für die Feststoffe abgegangen, da dieses bei den üblicherweise verwendeten Arbeitstemperaturen einen sehr hohen Dampfdruck besitzt. Eine Vielzahl von Flüssigkeiten, welche den erfindungsgemäßen Anforderungen entsprechen, insbesondere ölartige Substanzen, ist von dem Fachmann anhand der Literatur leicht auffindbar.

üblicherweise liegt die Arbeitstemperatur bei Verfahren der hier interessierenden Art unterhalb von etwa 28°C.

Als Flüssigkeit kann vorzugsweise ein Pflanzenöl verwendet werden, das verhältnismäßig preiswert erhältlich und von der Kostenseite her insbesondere bei einer Rezirkulation mit der Verwendung von Wasser konkurrieren kann .

Als Pflanzenöl kommen insbesondere Rapsöl und Palmöl oder Mischungen aus Pflanzenölen in Frage .

Alternativ ist es möglich, als Flüssigkeit, welche die Feststoffe aufnimmt, einen Glykolether einzusetzen. Auch dieser ist kostenmäßig, insbesondere bei einer Rezirkulation, mit Wasser konkurrenzfähig.

Generell gilt, daß die Wahl der Flüssigkeit zum Abscheiden der Feststoffe aus dem Overspray und auch derjenigen zum Abscheiden von Lösemitteln vom verwendeten Lacksystem abhängig ist. So werden vorwiegend öle oder Mischungen aus ölen bei wasserverdünnbaren Lacksystemen und Glykol- ether bei mit organischen Lösemitteln verdünnbaren Lacksystemen eingesetzt. Es eignen sich aber auch Mischungen der genannten Flüssigkeiten, um durch die Wahl des Mischungsverhältnisses ein breites Spektrum der in Lacksystemen als Verdünnung eingesetzten Lösemittel abscheiden zu können .

Stromab von der Abscheidefläche werden bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens aus dem von Feststoffen weitgehend befreiten Luftstrom die Lösemittel weitgehend abgeschieden und der so gereinigte Luftstrom wird zur weiteren Verwendung zurückgeführt. Der hiermit verbundene apparative Aufwand ist, verglichen mit den Luftaufbereitungsanlagen, die beim Stande der Technik eingesetzt werden, gering.

Bevorzugt wird dabei, daß die Lösemittel ebenfalls in einer wasserfreien Flüssigkeit aus dem Luftstrom abgeschieden werden, die bei der Arbeitstemperatur einen niedrigen Dampfdruck, vorzugsweise niedriger als 30 mbar, besitzt und die mit den Lösemitteln keine chemi-

sehe Verbindung eingeht. Grundsätzlich eignet sich hierfür ein Verfahren, welches in der WO 2004/008034 Al beschrieben ist, dort aber im wesentlichen zur Bindung von in der zu reinigenden Luft enthaltenden Geruchsstoffen verwendet wird.

Vorzugsweise ist die zur Abscheidung der Lösemittel verwendete Flüssigkeit dieselbe wie die zur Abscheidung der Feststoffe verwendete Flüssigkeit. Lagerhai - tung und Entsorgung vereinfachen sich auf diese Weise erheblich; die Zahl unterschiedlicher chemischer Stoffe, die in der Anlage vorhanden sind, wird reduziert.

Die o. g. Aufgabe wird, was die Vorrichtung angeht, dadurch gelöst, daß

d) die Flüssigkeit eine wasserfreie Flüssigkeit ist, die bei der Arbeitstemperatur einen niedrigen Dampfdruck, vorzugsweise niedriger als 30 mbar, besitzt, in der sich die Feststoffe nicht lösen und mit der die Feststoffe keine chemische Verbindung eingehen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 10 bis 16 angegeben. Die Vorteile der erfingungsgemäßen Vorrichtung und deren Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 10 bis 16 entsprechen sinngemäß den oben bereits für das erfindungsgemäße Verfahren und dessen Varianten genannten Vorzügen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt in vertikalem Schnitt eine Spritzkabine für Fahrzeugkarosserien mit den zugehörigen, zur Wiedergewinnung der Feststoffe aus dem Overspray und zur Aufbereitung der Kabinenluft verwendeten Komponenten.

In Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine im Grundsatz herkömmliche Spritzkabine bezeichnet, in welcher Fahrzeugkarosserien 2 lackiert werden. Die Fahrzeugkarosse- rien 2 werden mit Hilfe eines nicht im Detail dargestellten Fördersystems senkrecht zur Zeichenebene ins Innere der Spritzkabine 1 und wieder aus dieser herausbefördert. Diese Förderbewegung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen; der Lack kann manuell oder durch automatisch geführte Applikationseinrichtungen aufgebracht werden.

Die Decke 3 der Spritzkabine 1 ist in bekannter Weise als Filterdecke ausgebildet. Konditionierte Luft, die sich in einem oberhalb der Decke 3 befindlichen Luftplenum 4 befindet, kann die Filterdecke 3 durchtreten und im Sinne der Pfeile 5 beidseits der Fahrzeugkarosserien 2 nach unten strömen. Unter "Konditionierung" ist dabei insbesondere die Einstellung einer bestimmten Temperatur, Feuchtigkeit und Reinheit gemeint. Die Luft transportiert dabei den Overspray ab, der nicht an den Fahrzeugkarosserien 2 haften bleibt .

Der Boden 6 der eigentlichen Spritzkabine 1 ist zumindest teilweise als Rost ausgebildet, derart, daß er von der Luft durchströmt werden kann.

Unterhalb des Bodens 6 der Spritzkabine 1 befindet sich ein Nassabscheidungssystem, in der Fachsprache "Auswa- schung" genannt, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnet ist. Diese Auswaschung 7 dient dazu, die Overspray-Feststoffe aus der Luft zu entfernen. Sie umfaßt zwei als Abscheidekörper dienende Rieselbleche 8, 9, die sich im wesentlichen über die gesamte Kabinenlänge senkrecht zur Zeichenebene erstrecken und so geneigt sind,

daß sie in Richtung auf die Kabinenmitte aufeinanderzu konvergieren. Beide Rieselbleche 8, 9 sind mit ihren oberen Rändern mit überlaufrinnen 10, 11 verbunden, die etwa in Höhe des Bodens 6 der Spritzkabine 1 angeordnet sind. Während das in der Zeichnung linke Rieselblech 8 nicht bis ganz in die Mitte der Spritzkabine 1 reicht, erstreckt sich das in der Zeichnung rechte überlaufblech 9 über die Spritzkabinenmitte 1 hinweg und endet mit dem senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Rand vertikal unterhalb des entsprechenden Randes des linken Rieselbleches 8. Auf diese Weise entsteht zwischen den beiden genannten Rändern der Rieselbleche 8, 9 eine schlitzartige Durchtrittsöffnung 12.

Seitlich von der Durchtrittsöffnung 12 verläuft, ebenfalls senkrecht zur Zeichenebene und über die gesamte Länge der Spritzkabine 1 hinweg, ein annähernd vertikal ausgerichtetes Prallblech 13. Die von dem Prallblech 13 weiter entfernte Seitenwandung der Auswaschung 7 wird von einem Filter 14 gebildet, dessen Bauweise und Funktion weiter unten erläutert wird. Der stromab von dem Filter 14 liegende Raum 15 ist über eine Rückführungsleitung 16, in welcher ein Gebläse 17 liegt, mit dem Luftplenum 4 verbunden.

Anders als bei herkömmlichen Auswaschungen werden die als Abscheideflächen dienenden Oberseiten der Rieselbleche 8, 9 nicht von Wasser, sondern von einem öl überströmt, das über die überlaufrinnen 10, 11 zugeführt wird. Das öl wird nach folgenden Gesichtspunkten gewählt: Es sollte ein möglichst großes Aufnahmevermögen für die Feststoffe des Oversprays aufweisen, einen niedrigen Dampfdruck bei den Betriebstemperaturen der Anlage besitzen, keine chemische Bindung mit den Feststoffen des Oversprays eingehen und diese auch nicht lösen können, so daß eine

leichte Trennung des öls von den Feststoffen möglich ist. Außerdem sollte die Viskosität so sein, dass eine ausreichende Fließgeschwindigkeit erzielbar ist. Beispiele für derartige öle sind Pflanzenöle, insbesondere Rapsöl und Palmöl. Neben ölen kommen auch andere Flüssigkeiten, beispielsweise Glykolether, in Frage, soweit sie die oben genannten Anforderungen erfüllen. Auch Mischungen aus öl bzw. ölen und Glykolether sind möglich, um sowohl das Ausnahmevermögen als auch die Fließeigenschaften zu verbessern. Ggfs. kann zur Veränderung der Fließeigenschaften auch die Temperatur der gewählten Flüssigkeit verändert werden.

Im unteren Bereich des Abscheiders 7 befindet sich ein Sumpf 18, in dem sich das herabfließende, Feststoff- haltige öl sammelt. Eine Leitung 19 führt vom Sumpf 18 zu einem Abscheider 19, der in der Lage ist, das öl von den von ihm mitgeführten Feststoffen des Oversprays zu trennen. Letztere werden in einem Behälter 21 gesammelt und der Weiterverwertung oder Entsorgung zugeführt.

Eine Leitung 22 führt vom Abscheider 20 über eine Pumpe 22 zurück zu den überlaufrinnen 10 und 11. Eine Abzweigung 22a der Leitung 22 führt außerdem zu dem Prallblech 13, das ebenfalls von dem öl überströmt wird.

Das oben schon angesprochene Filter 14 besitzt eine Bauweise, die derjenigen ähnlich ist, die in der WO 2004/ 008034 Al beschrieben ist. Es enthält eine Naßfilterein- richtung mit einer Mehrzahl von aus Kunststoff oder Metallfäden gestrickten Schläuchen als Filterelementen, die in vertikaler Ausrichtung eng nebeneinander angeordnet sind und an denen die Luft entlang strömt. Die Innenräume der Schläuche werden vorzugsweise von demselben öl von oben nach unten unter dem Einfluß der Schwerkraft

durchströmt, die auch über die Rieselbleche 8, 9 fließt. Grundsätzlich könnte aber hier auch eine andere flüssige Substanz gewählt werden. Das öl tritt aufgrund der Durchlässigkeit der Wände der gestrickten Schläuche nach außen aus und strömt über die Außenfläche der gestrickten Schläuche nach unten.

Die Schläuche können auch poröse Kunststoffschlauche sein. Generell wird hier unter dem Begriff "Schlauch" ein von Flüssigkeit durchströmbarer, länglicher Hohlkörper verstanden.

Am unteren Ende des Filters 14 befindet sich ein eigener, diesem Filter 14 zugeordneter Sumpf 24, der über eine Leitung 25 mit einer Regenerationsvorrichtung 26 verbunden ist, auf deren Funktion weiter unten eingegangen wird.

Eine weitere Leitung 27 führt über eine Pumpe 28 zurück zum Filter 14 und zwar zu einem oberen Verteilraum 29, über welche die Innenräume der gestrickten Schläuche zugänglich sind. Auf diese Weise ist der Kreislauf für das das Filter 14 durchströmende öl geschlossen.

Die oben beschriebene Anlage arbeitet wie folgt:

Die zu lackierenden Fahrzeugkarosserien 2 werden mit Hilfe des nicht dargestellten Transportsystems in den Innenraum der Spritzkabine 1 eingebracht und dort, wie schon erwähnt, manuell oder automatisch mit Lack beauf- schlagt. Der nicht auf den Fahrzeugkarosserien 2 haften bleibende Overspray wird von den die Spritzkabine 1 von oben nach unten im Sinne der Pfeile 5 durchfließenden Luftströmen mitgenommen; im Falle von Lösemittel - lacken gilt dasselbe auch für Lösemittel, so daß der Boden 6 der Spritzkabine von einer Mischung aus Luft,

Lack-Feststoffen und Lösemitteln durchtreten wird.

Diese Mischung trifft nun zunächst auf das öl, welches die beiden Rieselbleche 8, 9 überströmt. Bereits an dieser Stelle wird ein Teil der Feststoffe von dem öl aufgenommen. In der Durchtrittsoffnung 12 zwischen den beiden Rieselblechen 8, 9 wird die Strömungsgeschwindigkeit der fraglichen Mischung erhöht, was zu einer Wirbelbildung und damit einer noch besseren Durchmischung der Fest- Stoffe und Lösemittel mit sich führenden Luft mit dem öl führt und die Aufnahme der Feststoffpartikel in das öl weiter fördert. Dem gleichen Zweck dient der Aufprall der Luft-/Feststoff-/Lösemittelmischung auf das mit dem öl überströmte Prallblech 13.

Das Feststoff-haltige öl fließt dann weiter nach unten in Richtung auf den Sumpf 18 ab, wird über die Leitung 19 dem Abscheider 20 zugeführt, wo die Feststoffe in geeigneter Weise herausgefiltert und dem Behälter 21 zugeführt werden. Das so von Feststoffen befreite öl kehrt mit Hilfe der Pumpe 23 über die Leitung 22 zu den überlaufrinnen 10, 11 bzw. zur Prallplatte 13 zurück.

An der Prallplatte 13 kehrt sich außerdem die Strömungs- richtung der Luft, die nunmehr nur noch ganz wenig Feststoffe, jedoch noch in gewissem Umfange Lösemittel enthält, um nahezu 180° um. Diese Mischung durchströmt nunmehr das Filter 14. Das öl, welches durch die gestrickten Schläuche des Filters 14 zirkuliert, ist nunmehr in der Lage, aus der durchströmenden Luft das Lösemittel aufzunehmen, so daß die über die Leitung 16 von dem Gebläse 17 in das Luftplenum 4 der Spritzkabine 1 zurückgeführte Luft im wesentlichen lösemittelfrei ist.

Sofern die Luft vor dem Durchtritt durch das Filter

14 noch einen geringen Feststoffanteil enthält, wird dieser ebenfalls an den Oberflächen der gestrickten Schläuche des Filters 14 abgeschieden.

Das öl des Filters 14 wird in der Regenerationsvorrichtung 26 von Lösemittel befreit. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Stripp- oder Destillations-Anlage oder eine sonstige Phasentrenneinrichtung handeln, wie diese an und für sich bekannt ist. Bei Kleinanlagen ist es auch möglich, auf die Regenerationsvorrichtung 26 zu verzichten und das öl des Filters 14 von Zeit zu Zeit auszutauschen und das verbrauchte öl dem Hersteller zur Reinigung zurückzuleiten.

Bei starker Oxidationsneigung des verwendeten Pflanzenöls besteht auch die Möglichkeit, dieses mit Lösemitteln verunreinigte öl als Ersatzbrennstoff für eine thermische Verwertung zu verwenden, deren Wärmeenergie beispielsweise für einen Trockner eingesetzt werden kann.