EP0880001B1 - Verfahren zur Trocknung von Lacken auf metallischen oder nichtmetallischen Einzelteilen oder montierten Baugruppen beliebiger Struktur - Google Patents

Verfahren zur Trocknung von Lacken auf metallischen oder nichtmetallischen Einzelteilen oder montierten Baugruppen beliebiger Struktur Download PDF

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EP0880001B1
EP0880001B1 EP98107504A EP98107504A EP0880001B1 EP 0880001 B1 EP0880001 B1 EP 0880001B1 EP 98107504 A EP98107504 A EP 98107504A EP 98107504 A EP98107504 A EP 98107504A EP 0880001 B1 EP0880001 B1 EP 0880001B1
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    • F26B3/34—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action by using electrical effects
    • F26B3/347—Electromagnetic heating, e.g. induction heating or heating using microwave energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F26B3/343—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action by using electrical effects in combination with convection

Definitions

  • the invention relates to a method for energy saving Drying of paints on metallic or non-metallic Individual parts or assembled assemblies of any structure and with complicated geometry in a continuous process or in stationary operation in a heated drying room, especially of paints on aluminum components or on components made of fiber composite materials for aircraft, wherein preferably water-dilutable as well as solvent-based varnishes
  • One or two component paints on epoxy or Polyurethane base are used, being the heat source in the Drying room at least one microwave module for generation of by means of waveguides with defined outlet openings used microwaves introduced into the drying room and where air to flow around the individual parts or Assemblies are introduced into the drying room.
  • Drying on metallic components or components lacquers applied from fiber composite materials, in particular of two-component paints, in convection ovens by means of warm air within a temperature range of e.g. B. 40 to 90 ° C is generally known.
  • The is also known Drying of such varnishes with the help of infrared radiation. Disadvantages of these drying processes are proportionate high energy consumption and in long drying times to see. Can also disadvantageously by means of infrared radiation due to the formation of shadows Components of simple geometric shape are dried.
  • FR 24 58 323 describes a method for coating a Described substrate with which a thin on the substrate Layer of a coating is applied.
  • the substrate can consist in particular of glass or an analog material.
  • the coating is made by applying microwave energy treated warm, the special feature of which is that this energy in a selected frequency range lies, which is suitable for certain components of the Selectively stimulate coating.
  • the regulation of the microwave is designed in such a way that the microwave radiation fed into the drying room so far changed in frequency is that the temperature of the coating is constant Maintains nominal value. This is done with a commercially available Pyrometer.
  • the microwave directly affects the coating here.
  • Some of the varnishes are specially made for microwave drying modified, e.g. through coal dust. It will uses only non-conductive substrate materials, frequencies higher than 2.45 Ghz are also used.
  • DE 41 21 is the closest prior art 203 A1 a method and an apparatus for drying water-soluble dispersion varnish on paper or cardboard webs known or arcs using microwaves. It will preferably commercially available and approved oscillators used the microwave energy in multiple arrangement couple into waveguide. The webs or arches are dried in a pass, and remains after drying a negligible residual moisture with the most economical Energy.
  • the invention is therefore based on the object of an energy-saving To create drying process with which also a fast drying of components with complicated geometry is ensured.
  • the object is achieved in that the air introduced with an additive with a dipole character is enriched so that the air mixture has a relative Share of additive within a given controllable range from 20% to 90%, and that the proportion of additive in the drying room complied with becomes.
  • the method according to the invention is advantageous fast drying of components of any geometry at relatively low temperatures and at a uniform heating of the paint surfaces achieved what is special for aluminum components used in aircraft construction or components made of fiber composite materials are an advantage is.
  • the method according to the invention advantageously makes itself take advantage of the fact that to run a more effective chemical crosslinking is part of the additive for those surrounding the individual parts or assembled assemblies Air serves as a reaction partner. That from air and one admixed additive produced air mixture flows around the components or assemblies in the drying room, the molecules of the air mixture from the microwaves in Vibrations are set. That way in the air mixture resulting heat energy is on the to be dried Paint surface transfer and favors chemical cross-linking.
  • nine microwave modules with four magnetrons each with a high-frequency power from Z. B. 1.2 KW each can be used. From this results the total output of 43.2 KW, of which about 36 KW can be used.
  • the additive preferably water vapor
  • the object is also achieved in that the coatings with a polarizable dielectric as an additive be enriched and that the additive during the microwave radiation directly to increase the temperature of the Lacquer layer and / or by exiting the lacquer layer in the air surrounding the individual parts or assemblies and thus to increase the temperature of the mixture of air and additive is used.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur energiesparenden Trocknung von Lacken auf metallischen bzw. nichtmetallischen Einzelteilen oder montierten Baugruppen beliebiger Struktur und mit komplizierter Geometrie im Durchlaufverfahren bzw. im stationären Betrieb in einem erwärmten Trocknungsraum, insbesondere von Lacken auf Aluminiumbauteilen oder auf Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen für Luftfahrzeuge, wobei als Lacke vorzugsweise wasserverdünnbare wie auch lösemittelhaltige Ein- oder Zweikomponentenlacke auf Epoxyd- oder Polyurethanbasis verwendet werden, wobei als Wärmequelle im Trocknungsraum mindestens ein Mikrowellenmodul zur Erzeugung von mittels Hohlleitern mit definierten Austrittsöffnungen in den Trocknungsraum eingeleiteten Mikrowellen verwendet wird und wobei Luft zur Umströmung der Einzelteile bzw. Baugruppen in den Trocknungsraum eingeleitet wird.
Eine Trocknung von auf metallischen Bauteilen oder Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen aufgebrachten Lacken, insbesondere von Zweikomponentenlacken, in Konvektionsöfen mittels warmer Luft innerhalb eines Temperaturbereiches von z. B. 40 bis 90 °C ist allgemein bekannt. Ebenso bekannt ist die Trocknung derartiger Lacke mit Hilfe von Infrarotstrahlung. Nachteile dieser Trocknungsverfahren sind in einem verhältnismäßig hohen Energieaufwand sowie in langen Trocknungszeiten zu sehen. Auch können nachteiligerweise mittels der Infrarotstrahlung wegen entstehender Schattenbildung lediglich Bauteile von einfacher geometrischer Gestalt getrocknet werden.
In der "Deutsche Farben-Zeitschrift, 23. Jahrgang, Nr. 12, 1969" ist auf Seite 585 auf die Möglichkeit der Trocknung von Lacken mittels Mikrowellenstrahlen hingewiesen. Hierbei führt die Einwirkung von in kommerziell verfügbaren Anlagen erzeugten Mikrowellen in einem Bereich von 108 bis 1010 Hz zu einer Erwärmung von Filmmaterial, die im wesentlichen die Überführung in den festen Zustand bewirkt. Die Erwärmung erfolgt durch die auftretenden dielektrischen Verluste; sie ist hochwirksam und sofort einsetzend. Besonders geeignet sind Lacke, die Wasser als Lösungsmittel enthalten. Auch für Druckfarben ist die Mikrowellentrocknung im Prinzip anwendbar. Es ist zweifelhaft, ob Standard-Lacksysteme ohne besondere dielektrische Eigenschaften auf dem obigen Wege zu trocknen sind.
Weiterhin ist es aus den "Patent Abstracts of Japan, C-1021, 1993, Vol. 17, No 46 JP 4-260472 A" bekannt, einen speziellen Lack zu verwenden, der ein durch Mikrowellen erwärmbares Pulver enthält. Die Erwärmung des Pulvers führt dann zur Trocknung des Lackfilmes, wobei die Harze des Lackes und die Substratwerkstoffe wärmebeständig sein müssen. Besondere Eigenschaften, die der Lack anscheinend besitzt, sind aber der Druckschrift nicht zu entnehmen.
In der FR 24 58 323 ist ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrates beschrieben, mit dem auf das Substrat eine dünne Schicht eines Überzugs aufgetragen wird. Das Substrat kann insbesondere aus Glas oder einem analogen Werkstoff bestehen. Der Überzug wird durch Aufbringung von Mikrowellenenergie warm behandelt, wobei die besondere Eigenschaft darin liegt, daß diese Energie in einem ausgewählten Frequenzbereich liegt, der dazu geeignet ist, bestimmte Bestandteile des Überzugs selektiv anzuregen. Die Regelung der Mikrowelle ist derart gestaltet, daß die in den Trockenraum zugeführte Mikrowellenstrahlung in ihrer Frequenz insoweit verändert wird, daß die Temperatur der Beschichtung einen konstanten Nennwert beibehält. Dies geschieht mit einem handelsüblichen Pyrometer. Die Mikrowelle wirkt hier direkt auf die Beschichtung. Die Lacke werden teilweise speziell für die Mikrowellentrocknung modifiziert, z.B. durch Kohlestaub. Es werden ausschließlich nicht-leitende Substratwerkstoffe verwendet, wobei auch höhere Frequenzen als 2,45 Ghz Anwendung finden.
Als nächstkommenden Stand der Technik sind aus der DE 41 21 203 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von wasserlöslichem Dispersionslack auf Papier- oder Kartonbahnen oder -bögen mit Hilfe von Mikrowellen bekannt. Es werden vorzugsweise im Handel erhältliche und zugelassene Oszillatoren eingesetzt, die in mehrfacher Anordnung die Mikrowellenenergie in Hohlleiter einkoppeln. Die Bahnen oder Bögen werden im Durchlauf getrocknet, und nach dem Trocknen verbleibt eine zu vernachlässigende Restfeuchte bei sparsamstem Energieeinsatz.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein energiesparendes Trocknungsverfahren zu schaffen, mit dem auch eine schnelle Trocknung von Bauteilen mit komplizierter Geometrie sichergestellt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die eingeleitete Luft mit einem Zusatzstoff mit Dipolcharakter derart angereichert wird, daß das Luftgemisch einen relativen Anteil an Zusatzstoff innerhalb eines vorgegebenen steuerbaren Bereiches von 20% bis 90% aufweist, und daß der Anteil an Zusatzstoff im Trocknungsraum eingehalten wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorteilhafterweise eine schnelle Trocknung von Bauteilen beliebiger Geometrie bei verhältnismäßig geringen Temperaturen sowie bei einer gleichmäßigen Erwärmung der Lackoberflächen erzielt, was besonders für von im Luftfahrzeugbau verwendete Aluminiumbauteile oder Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen von Vorteil ist. Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich in vorteilhafterweise den Umstand zunutze, daß zum Ablauf einer wirkungsvolleren chemischen Vernetzung ein Teil des Zusatzstoffes für die die Einzelteile oder montierten Baugruppen umgebende Luft als Reaktionspartner dient. Das aus Luft und einem beigemischten Zusatzstoff hergestellte Luftgemisch umströmt die im Trocknungsraum befindlichen Bauteile oder Baugruppen, wobei die Moleküle des Luftgemisches von den Mikrowellen in Schwingungen versetzt werden. Die auf diese Weise im Luftgemisch entstehende Wärmeenergie wird auf die zu trocknende Lackoberfläche übertragen und begünstigt die chemische Vernetzung. Hierbei können beispielsweise neun Mikrowellenmodule mit jeweils vier Magnetrons mit einer Hochfrequenzleistung von z. B. jeweils 1,2 KW verwendet werden. Hieraus ergibt sich die gesamte aufgewendete Leistung von 43,2 KW, wovon etwa 36 KW nutzbar sind.
Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 beschrieben. Diese Ausgestaltungen bestehen beispielsweise darin, daß die Einzelteile auf einem Förderband - vorzugsweise in auf dem Förderband befindlichen Behältnissen - durch den Trocknungsraum transportiert werden. Auch kann ein Kettenförderer mit hängend durch den Trocknungsraum transportierten Einzelteilen oder Baugruppen oder auch ein Chargentrockner im stationären Betrieb verwendet werden.
Der Zusatzstoff, vorzugsweise Wasserdampf, kann zur Erzeugung des vorgebenen Feuchteanteiles entweder durch in der Umgebung der Magnetrons der Mikrowellenmodule angeordnete Feinvernebelungsdüsen oder mittels regelbarer Klimatisierungsgeräte in den Trocknungsraum eingeleitet werden. Auch ist vorgesehen, daß als Zusatzstoff zur Erzeugung des vorgegebenen Feuchteanteiles eine in der Nähe der Magnetrons der Mikrowellenmodule angeordnete Lösung mit bekanntem Dampfdruck verwendet wird, die über ein Gebläse in den Trocknungsraum eingeleitet wird.
Um auf Strukturen mit komplizierten Geometrien aufgebrachte Lacke nach dem erfindungsgemäßen Verfahren trocknen zu können, ist die Erzeugung eines inhomogenen Mikrowellenfeldes im Trocknungsraum erforderlich. Dieses kann durch eine gezielte Steuerung der Hochfrequenzleistung der Magnetrons und/oder des Verhältnisses aus Luft und Zusatzstoff erfolgen.
Neben den eingangs erwähnten Ein- oder Zweikomponentenlacken auf Epoxyd- oder Polyurethanbasis ist mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auch die Trocknung von Lacken auf anderer chemischer Basis möglich, beispielsweise von Alkydharz-Lacken.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, daß die Lacke mit einem polarisierbaren Dielektrikum als Zusatzstoff angereichert werden, und daß der Zusatzstoff während der Mikrowellenbestrahlung direkt zur Temperaturerhöhung der Lackschicht und/oder durch Austritt aus der Lackschicht in die die Einzelteile oder Baugruppen umgebenden Luft und damit zur Temperaturerhöhung des Gemisches aus Luft und Zusatzstoff herangezogen wird.
Weiterbildungen dieses Verfahrens sind darin zu sehen, daß
  • der Zusatzstoff den Lacken vor dem Auftragen auf die Einzelteile oder Baugruppen zugegeben wird, daß
  • der Zusatzstoff den Lacken bei deren Auftragung auf die Einzelteile oder Baugruppen zugegeben wird, daß
  • die Verwendung von Lacken auf Alkydharzbasis, Acrylharzbasis oder anderer chemischer Basis neben den eingangs erwähnten Lacken auf Epoxyd- oder Polyurethanbasis vorgesehen ist, und daß
  • als Zusatzstoff für das Gemisch aus Luft und Zusatzstoff aus wasserbasierenden oder wasserverdünnbaren Lacken gewonnener Wasserdampf verwendet wird.

Claims (14)

  1. Verfahren zur energiesparenden Trocknung von Lacken auf metallischen bzw. nichtmetallischen Einzelteilen oder montierten Baugruppen beliebiger Struktur und mit komplizierter Geometrie im Durchlaufverfahren bzw. im stationären Betrieb in einem erwärmten Trocknungsraum, insbesondere von Lacken auf Aluminiumbauteilen oder auf Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen für Luftfahrzeuge, wobei als Lacke vorzugsweise wasserverdünnbare wie auch lösemittelhaltige Ein- oder Zweikomponentenlacke auf Epoxyd- oder Polyurethanbasis verwendet werden, wobei als Wärmequelle im Trocknungsraum mindestens ein Mikrowellenmodul zur Erzeugung von mittels Hohlleitern mit definierten Austrittsöffnungen in den Trocknungsraum eingeleiteten Mikrowellen verwendet wird und wobei Luft zur Umströmung der Einzelteile bzw. Baugruppen in den Trocknungsraum eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeleitete Luft mit einem Zusatzstoff mit Dipolcharakter derart angereichert wird, daß das Luftgemisch einen relativen Anteil an Zusatzstoff innerhalb eines vorgegebenen steuerbaren Bereiches von 20% bis 90% aufweist, und daß der Anteil an Zusatzstoff im Trocknungsraum eingehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile bzw. Baugruppen auf einem Förderband durch den Trocknungsraum transportiert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kettenförderer mit hängend durch den Trocknungsraum transportierten Einzelteilen bzw. Baugruppen verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im stätionären Betrieb ein Chargentrockner verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff Wasserdampf verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff zur Erzeugung des vorgegebenen Feuchteanteiles durch in der Umgebung der Magnetrons der Mikrowellenmodule angeordnete Feinvernebelungsdüsen in den Trocknungsraum eingeleitet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff zur Erzeugung des vorgegebenem Feuchteanteiles eine in der Nähe der Magnetrons der Mikrowellenmodule angeordnete Lösung mit bekannten Dampfdruck verwendet wird, die über ein Gebläse in den Trocknungsraum eingeleitet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff zur Erzeugung des vorgegebenen Feuchteanteiles mittels regelbarer Klimatisierungsgeräte in den Trocknungsraum eingeleitet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Erzeugung eines inhomogenen Mikrowellenfeldes im Trocknungsraum.
  10. Verfahren zur energiesparenden Trocknung von Lacken auf metallischen bzw. nichtmetallischen Einzelteilen oder montierten Baugruppen beliebiger Struktur und mit komplizierter Geometrie im Durchlaufverfahren bzw. im stationären Betrieb in einem erwärmten Trocknungsraum, insbesondere von Lacken auf Aluminiumbauteilen oder auf Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen für Luftfahrzeuge, wobei als Lacke vorzugsweise wasserverdünnbare wie auch lösemittelhaltige Ein- oder Zweikomponentenlacke auf Epoxyd- oder Polyurethanbasis verwendet werden und wobei als Wärmequelle im Trocknungsraum mindestens ein Mikrowellenmodul zur Erzeugung von mittels Hohlleitern mit definierten Austrittsöffnungen in den Trocknungsraum eingeleiteten Mikrowellen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Lacke mit einem polarisierbaren Dielektrikum als Zusatzstoff angereichert werden, und daß der Zusatzstoff während der Mikrowellenbestrahlung direkt zur Temperaturerhöhung der Lackschicht und/oder durch Austritt aus der Lackschicht in die die Einzelteile oder Baugruppen umgebenden Luft und damit zur Temperaturerhöhung des Gemisches aus Luft und Zusatzstoff herangezogen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff den Lacken vor dem Auftragen auf die Einzelteile oder Baugruppen zugegeben wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß daß der Zusatzstoff den Lacken bei deren Auftragung auf die Einzelteile oder Baugruppen zugegeben wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10, 11 oder 12, gekennzeichnet durch die Verwendung von Lacken auf Alkydharzbasis, Acrylharzbasis oder anderer chemischer Basis.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff für das Gemisch aus Luft und Zusatzstoff aus wasserbasierenden oder wasserverdünnbaren Lacken gewonnener Wasserdampf verwendet wird.
EP98107504A 1997-05-22 1998-04-24 Verfahren zur Trocknung von Lacken auf metallischen oder nichtmetallischen Einzelteilen oder montierten Baugruppen beliebiger Struktur Expired - Lifetime EP0880001B1 (de)

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