Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von in Lackieranlagen auf ein Ob- jekt aufgebrachten, wasserhaltigen Lacken und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In der Lackiertechnik werden in zunehmenden Maße anstelle von Basislacken mit organischen Lösemitteln Basislacke mit Wasser als Lösemittel, im folgenden Was- serlack genannt, verarbeitet, die lediglich noch einen Anteil organischer Lösemittel von wenigen Prozenten enthalten und somit in ökologischer Hinsicht konventionellen lösemittelhaltigen Basislacken weit überlegen sind.

Die Verarbeitung von Wasserlacken gestaltet sich jedoch insofern problematisch, als sich Wasser im Vergleich zu Lösemitteln wesentlich langsamer verflüchtigt und somit unter gleichen Betriebsbedingungen in Lackierkabinen für Wasserlacke im Vergleich zu lösemittelhaltigen Basislack erheblich längere Ausdampf-und Trockenzeit benötigt werden, da die übliche Geschwindigkeit der laminar strömenden Luft in Lackier-bzw.

Spritzkabinen nur ca. 0,2-0, 5 m/sec beträgt.

Die Trocknung von lackierten Objekten erfolgt in der Regel nach drei Methoden.

Weit verbreitet ist das sogenannte Konvektionsverfahren. Hier überträgt ein zirkulie- render Heißluftstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 bis 15 m/sec durch Wärmeaustausch seinen Wärmeinhalt auf das Werkstück. Hauptvorteile dieses Ver- fahrens sind, das alle wärmehärtenden Lacksysteme und Werkstückformen trocken- bar sind und eine hervorragende optische Qualität der Lackierung erzielbar ist.

Nachteilig ist die erforderliche lange Verweilzeit im Trockner, die je nach Lacksystem, Schichtdicke des Lackauftrages und nach angewandter Temperatur zwischen 3 und 35 Minuten betragen kann. Im Falle der Lackierung von Kunststoffen beträgt die Ver- weilzeit im Trockner typischerweise 8 bis 10 Minuten. Das Konvektionsverfahren er- fordert also einen Energie-Aufwand und-wenn hohe Stückzahlen je Zeiteinheit zu lackieren sind-einen hohen apparativen Aufwand.

Ein zweites, mögliches Verfahren zur Trocknung von lackierten Werkstücken ist die sogenannte Kondensationstrocknung. Hier wird mittels eines zirkulierenden, stark entfeuchteten Luftstromes (Feuchtengehalt < 6g/kg Luft) dem Lackfilm die Feuchtig- keit entzogen. Die Verweilzeit im Trockner beträgt zwischen 4 und 8 Minuten, die Trocknungstemperatur ca. 300°C. Auf Grund dieses, im Vergleich zur Konvektions- trocknung stark reduzierten Aufwandes für Trocknungstemperatur und Trocknungs- zeit ist das Kondensationsverfahren kostengünstig. Allerdings erhält man mit dem Kondensationsverfahren nur eine-bezogen auf die geforderten Spezifikationen in der Automobilindustrie-unzureichende Oberflächenqualität des lackierten Werkstü- ckes, so dass es hauptsächlich für die Antrocknung oder die Vortrocknung beim Nass-in Nass-Lackaufbau verwendet wird.

Ein drittes Trocknungsverfahren, das zunehmend an Bedeutung gewinnt, ist das Trocknen mittels Strahlen, bevorzugt mittels Infrarotstrahlen. Hiermit sind direkt bestrahlbare Werkstück-Partien in kurzer Zeit und mit guter Oberflächenqualität tro- ckenbar. Hinterschneidungen lassen sich dagegen nur über Wärmeleitungen trock- nen, mit der Gefahr örtlicher Überhitzung.

Bekannt ist aus der DE 19937 193 A1 ein Verfahren zum Trocknen von wasserhalti- gem Basislack sowie Einrichtung und Nachrüstsatz für Lackierkabinen zur Durchfüh- rung des Verfahrens.

Es wird ein Verfahren und eine Einrichtung zu dessen Durchführung beschrieben, um den Trockenprozess von wasserhaltigem Basislack in Lackierkabinen besonders wirtschaftlich gestalten zu können. Hierzu wird vorgeschlagen, innerhalb der Lackier- kabine Kabinenluft zu beschleunigen und das lackierte Objekt diesen beschleunigten Luftmassen auszusetzen. Die Einrichtung ist gekennzeichnet durch eine Lackierkabi- ne, deren Kabinenraum über die Kabinendecke erwärmte Luft gefiltert zuführbar und über den Kabinenboden absaugbar ist, wobei zu mindest im oberen Drittel des Kabi- nenraumes wenigstens ein Gebläse zur Erzeugung eines am lackierten Objekt vor- beizuführenden Luftmassenstromes vorgesehen ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Nachrüstsatz für eine Lackierkabine zur Durchführung des Verfahrens.

Des Weiteren ist an der DE 41 06 573 C1 eine Vorrichtung zur kapazitiven Streufeld- trocknung von Wasserlacken auf ebenen Holz-und Holzwerkstoffflächen bei Arbeits- breiten Größen 500mm bekannt.

Mit Rücksicht auf die gleichmäßige Trocknung über die ganze Arbeitsbreite ist die HF-Einspeisung in Verbindung mit der Anpassung so gestaltet, dass ein hochfre- quentes elektrisches Streufeld ohne Magnetfeld zwischen den aufeinanderfolgenden Stabelektroden entsteht und auf die Wasserlacklamelle wirkt. Bei dem geringen Zugriff des elektrischen Feldes auf das Trägermaterial bleibt dies ohne störende Er- wärmung und bedarf keiner nachträglichen Kühlung.

Wasserlacke haben gegenüber herkömmlichen Lacken vor allem Nachteile bei der Trocknung. Die Nachteile liegen darin, dass diese ein Gemisch mit geringen Anteilen an organischen Lösungsmitteln und einen hohen Anteil an Wasser und Zusatzstoffen, wie Emulgatoren, enthalten. Wasser lässt sich naturgemäß wesentlich schwerer trocknen, als ein organisches Lösungsmittel. Weiterhin gibt es auf Grund der Zusatz- stoffe auch noch schwerflüchtige Reste, welche die Trocknung verzögern und die Lackqualität beeinträchtigen können.

Bei Trockenverfahren, die mit Konvektionswärme bzw. mit IR-Licht, UV-Strahlen oder Mikrowellen arbeiten, liegen die Nachteile in der geringen Durchlaufgeschwin- digkeit der lackierten Objekte, sowie der übermäßigen Erwärmung des Trägermateri- als und der Umgebung. Die Folge sind höhere Energie Verluste und zusätzlich län- gere Kühlzeiten. Um eine höhere Durchlaufgeschwindigkeit zu erreichen, und damit eine Verkürzung der Abdunst-und Trockenzeit, wird das lackierte Objekt mit be- schleunigter Luft abgeblasen. Zur Erzeugung des beschleunigten Luftstromes wird Pressluft verwendet. Dazu ist zum einen ein entsprechend hoher Energiebedarf und zum anderen eine Aufbereitungsanlage zur Abscheidung von Öl und anderen Verun- reinigungen notwendig, Des weiteren besteht die Gefahr, dass die mit hoher Ge- schwindigkeit austretende Luft Staub und Farbreste aufwirbelt und diese sich an der lackierten Oberfläche ablagern, wodurch die Lackoberfläche beschädigt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Trocknungsver- fahren für Wasserlacke zur Verfügung zu stellen, bei dem, bei höherer Durchlaufge- schwindigkeit, die Temperatur im Trägermaterial und der unmittelbaren Umgebung klein gehalten wird, eine gleichmäßigere Trocknung und eine hohe Lackoberflächen- qualität erzielt wird. Des weiteren zielt die Erfindung darauf ab, eine entsprechende Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem der auf das Objekt aufgebrachte Wasserlack nach Durchlauf einer an sich bekannten Abdunstzo- ne in zwei in Reihe geschalteten Kondensationsstufen und einer Konvektionsstufe getrockneten wird. In der Abdunstzone werden Anteile von organischen Lösungsmit- teln bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 260°C, einer relativen Luftfeuchte von 50 bis 80% über einen vorgegebenen Zeitraum von mindestens 2 Minuten ent- fernt. Insbesondere hier erfolgt eine Beruhigung des Lackfilms, so dass eingeschlos- sene Luft entweichen kann.

Anschließend durchläuft das lackierte Objekt eine erste Kondensationstrockenstufe.

Die Trocknung erfolgt über einen Zeitraum von 1 bis 3 Minuten bei einer Luftge- schwindigkeit von 0,05 bis 5m/sec, einer Temperatur im Bereich von 25 bis 350°C und einer Luftfeuchte von 1 bis 5g/kg Luft. Das Einblasen der Luft erfolgt über die Filterdecke bzw. die Wände oder alternativ über Düsen. In dieser Zone beginnt die Entfeuchtung des Lackfilms bei niedrigeren Luftströmungsgeschwindigkeiten.

Danach durchläuft das lackierte vorgetrocknete Objekt eine zweite Kondensationstro- ckenstufe. Hier wird der Lackfilm über einen Zeitraum von 2 bis 8 Minuten bei einer Luftgeschwindigkeit von 0,5 m/sec bis 12m/sec, einer Luftfeuchte von 1 bis 5 g/kg Luft und einer Temperatur im Bereich von 25 bis 350°C getrocknet. Der Lufteinlass erfolgt wiederum über eine Filterdecke bzw. Wände oder alternativ über Düsen. In dieser Zone erfolgt die weitere Entfeuchtung des Lackfilms bei einer höheren Luft- Strömungsgeschwindigkeit auf einen Wert unter 10% Restfeuchte im Lackfilm. Daran schließt sich in Reihe geschaltet eine Konvektionstrockenstufe an, wobei das la- ckierte Objekt über einen Zeitraum von 2 bis 5 Minuten mit Luft bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 900°C abgeblasen wird. Hier erfolgt eine oberflächige Vernet- zung des Lackfilms. Restwassergehalt und Restgehalt an organischen Lösemitteln werden auf ein Minimum reduziert.

Abschließend werden die lackierten Objekte in einer Kühlzone auf eine Temperatur unter 300°C gekühlt. In Abhängigkeit zum Werkstoff wird in der Regel mit vorgekühl- ter Luft eine Absetzung der Objekttemperatur erreicht.

Mit der Erfindung wird erreicht, dass störende Einflüsse des Gehaltes an Wasser und organischen Lösungsmitteln auf Farbton und Farbbrillanz eliminiert werden. Weiter- hin wird der Lackfilm infolge der Warmiufttrocknung in der Konvektionstrockenstufe zusätzlich an der Oberfläche vernetzt. Durch den gezielten Einsatz der Kondensati- onstrocknung in Verbindung mit der Konvektionstrocknung und der Tatsache, dass eine aufwendige Kühlung nach dem Trockenprozess entfallen kann, lassen sich die Prozesszeiten um ca. 40% und die Energiekosten um ca. 20% reduzieren.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher beschrieben werden.

Die dazugehörige Figur 1 zeigt ein Schema der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Einrichtung besteht aus einen Kabinenraum 1, in der in Reihe nacheinander eine Abdunstzone 2, eine erste Kondensationstrockenstufe 3, eine zweite Kondensations- trockenstufe 4, eine Konvektionsstufe 5 und eine Abkühizone 6 angeordnet sind. Je- <BR> <BR> de der einzelnen Zonen bzw. Stufen weist eine separate Luftzufuhr bzw. -abfuhr<BR> auf.Im Kabinenraum 1 ist ein Deckenbereich ein Seilförderer angeordnet. Dieser trans- portiert die an eine Gehänge angeordnete Objekte-in diesem Beispiel Stoßfänger- durch die im Kabinenraum 1 angeordneten Zonen bzw. Stufen.

Der am Gehänge fixierte Stoßfänger tritt am Eingang des Kabinenraumes 1, nach dem er in einer nicht näher dargestellten Lackieranlage mit einem Wasserlackfilm versehen wurde, in die Abdunstzone 2 ein. Zur Abdunstung von organischen Lö- sungsmitteln und zur Beruhigung des Lackfilms verweilt der Stoßfänger ca. 3 Minuten in der Abdunstzone 2. Bei einer Lufttemperatur von 230°C und einer relativen Luft- feuchte von 65% können organische Lösungsmittel abdunsten.

Nach Ablauf der Verweilzeit tritt der Stoßfänger in die erste Kondensationstrocken- stufe 3 ein. Bei einer Verweilzeit von 1 Minute und einer Luftfeuchte von 3g/kg Luft beginnt die Entfeuchtung des auf den Stoßfänger angebrachten Lackfilmes. Die Temperatur der eingebrachten Luft beträgt 300°C. Die Luft wird mittels eines oder mehren Ventilatoren 7 über eine Filterdecke bzw. -wände eingeblasen.

Die Strömungsgeschwindigkeit ist mit 0,5 m/sec niedrig eingestellt. Die Ventilatoren 7 sind so angelegt, dass sie vorzugsweise stufenlos einstellbar sind.

Anschließend erfolgt die Weiterleitung des Stoßfängers in die zweite Kondensations- trockenstufe 4. Hier wird der Lackfilm bei einer Verweilzeit von 4 Minuten, einer Tem- peratur von 300°C und einer Luftfeuchte von 3g/kg Luft weiter getrocknet. Die Luft wird mittels Ventilatoren 7 über die Filterdecke bzw. -wände eingeblasen. Die Strö- mungsgeschwindigkeit beträgt 1 m/sec und liegt damit höher als in der Kondensati- onstrockenstufe 3. In der Kondensationstrockenstufe 4 wird der Lackfilm auf eine Restfeuchte unter 10% getrocknet.

Anschließend wird der Stoßfänger in die Konvektionstrockenstufe 5 verfahren. Bei einer Verweilzeit von 3 Minuten und einer Lufttemperatur von 600°C erfolgt eineo- berflächige Vernetzung des Lackfilms. Restwassergehalt und Restgehalt an organi- schen Lösungsmittel werden auf ein Minimum reduziert.

In der sich daran anschließenden Kühlzone 6 wird der Stoßfänger auf eine Objekt- temperatur unter 300°C gekühlt und verlässt dann über den Ausgang den Kabinen- raum 1.

Um die entsprechenden Verweilzeiten des Stoßfängers in den Zonen bzw. Stufen zu realisieren sind diese entsprechend in ihrer Länge ausgebildet. Es besteht auch die Möglichkeit, den Förderer entsprechend so auszubilden, dass bei konstanter Länge der Zonen bzw. Stufen die geforderten Verweilzeiten realisiert werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Förderer eine mäanderförmige Bahn in- nerhalb des Kabinenraumes 1 beschreibt. Jeder der einzelnen Stufen bzw. Stufen sind Ventilatoren 7, die in ihrer Drehzahl stufenlos verstellbar sind, sowie Einrichtun- gen 8 zur Aufheizung bzw. Abkühlung der einzublasenden Luft zugeordnet. Über entsprechende Messwertaufnehmer können die Parameter in jeder Zone ermittelt werden und die Aggregate gesteuert werden. Insgesamt ergibt sich eine Einrichtung zur Trocknung, die im Durchlaufverfahren arbeitet.

- Patentansprüche-