DE2349165B2 - Verfahren zum lackieren von duennwandigen rotationskoerpern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eiin Verfahren zum Lackieren von elektrisch leitenden dünnwandigen Rotationskörpern, wobei der Lackfilm mittels Induktionswärme getrocknet bzw. eingebrannt wird.

Bei der serienmäßigen Kraftfahrzeug- und Blechemballagenlackierung erfolgt das Trocknen und Einbrennen des Lackfilms, nachdem dieser z. B. durch Spritzlackierung mit lösungsmittelhaltigen Lacken auf die zu lackierenden Oberflächen aufgetragen worden ist, meistens in großräumigen Durchlauftrockenöfen bzw. in Trockenanlagen mit Umluftheizung, wobei Temperaturen von ca. 120 bis 240° C und Trockenzeiten bis zu 12 Minuten benötigt werden. Die frei werdenden Lösungsmitteldämpfe müssen entweder zurückgewonnen oder verbrannt werden.

Zur Verringerung des für die Lacktrocknung notwendigen Aufwandes und der Anlagengröße hat man schneller trocknende Lacksysteme entwickelt, die jedoch teuer sind. Die Zufuhr der für das Verdampfen des Lösungsmittels und das Einbrennen erforderlichen Wärme mittels Umluft birgt außerdem die Gefahr in sich, daß die äußerste Lackschicht bereits chemisch reagiert, »verhornt« und damit eine weitere Diffusion der Lösungsmittel erschwert, so daß sich Lackblasen bilden.

Wird die für Trocknung bzw. Einbrennen notwendige Wärmemenge von innen über das Blech dem Lackfilm zugeführt, was sich z. B. durch Induktionswärme realisieren läßt, so erhält man sehr kurze Trockenzeiten.

Die Anwendung der Induktionswärme für die Lackierung blieb aber bisher auf kleine Gegenstände oder solche mit fast ebener Form, z. B. Radkappen für Kraftfahrzeuge, beschränkt:. Einer breiteren Anwendung des Verfahrens standen auch die strengen Sicherheitsauflagen entgegen, die sorgfältigste Abschirmung der Elektroanlagen gegen die Lösungsmitteldämpfe vorschrieben. Zudem war beim Erwärmen von dünnwandigen Hohlkörpern nicht zu vermeiden, daß Wärmestauungen auftraten, die den Lackfilm überhitzten und zerstörten. Die Ursache lag in den im verformten Blech durch die Erwärmung frei werdenden Spannungen, die die vorgeschriebene Form veränderten. Dadurch ändert sich auch der sorgfältig angepaßte Induktorenabstand, und schädliche Überhitzungen im Bereich der kleinsten Abstände traten ein.

Es war zwar möglich, mit größerem Induktorenabstand zu arbeiten und dadurch den Einfluß der Formänderungen zu verringern. Durch diese Maßnahme wird aber der Wirkungsgrad einer solchen Anlage erheblich schlechter, so daß bei den im allgemeinen hohen Kosten für Elektroenergie das Verfahren unwirtschaftlich wird.

Die Verwendung von wasserverdünnbaren, d. h. wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Lacksystemen anstelle von solchen, die organische Lösungsmittel enthalten, sollte für die Trocknung von Lackfilmen auf großvolumigen Blechemballagen mittels Induktionswärme von besonderem Interesse sein, da hier auf die für die Entfernung der organischen Lösungsmittel notwendigen Vorrichtungen und Vorsichtsmaßnahmen verzichtet werden kann.

Werden derartige Wasserlacke auf dünne, ebene Stahlbleche in den für Blechemballagen üblichen Schichtdicken von 25 bis 35 μΐη aufgetragen und mittels Induktionswärme auf die Reaktionstemperatur der Lacke erhitzt, so erhält man schon nach 10 bis 20 Sekunden Trockenzeit grifftrockene Lackschichten mit sehr gutem Glanz und Korrosionsfestigkeit.

Versuche, in gleicher Weise Lackfilme aus Wasserlacken auf großvolumigen, dünnwandigen Rotationskörpern, wie z. B. Blechemballagen, zu trocknen, waren jedoch ohne Erfolg, da die oben bereits erwähnten Formänderungen beim Erhitzen Lackschädigungen oder -Zerstörungen bewirkten.

Verbesserte Ergebnisse können zwar erreicht werden, wenn man die Versuchsobjekte stufenweise erwärmt, da sich die Wärme schon bei kurzen Zwischenpausen in dem Blech gleichmäßig verteilen kann, doch waren bei dieser Arbeitsweise die Gesamtrocknungszeiten zu lange.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren aufzuzeigen, das unter Verwendung von Induktionswärme die Trocknung von Wasserlacken auf dünnwandigen, elektrisch leitenden Rotationskörpern, wie z. B. Blechemballagen, ohne Lackschädigungen bei möglichst kurzen Gesamttrocknungszeiten gestattet, wobei Lackierungen mit sehr guten Eigenschaften, insbesondere hoher Korrosionsfestigkeit, gleichmäßiger Oberfläche und hohem Glanz erhalten werden sollen.

Diese Aufgabe ließ sich überraschenderweise dadurch lösen, daß der mit dem Wasserlackfilm überzogene Rotationskörper im elektromagnetischen Kraftfeld mindestens eines Induktors um seine Längsachse rotiert und durch die dabei entstehende Induklionswärme mindestens auf die zur Trocknung und Härtung notwendige Temperatur erhitzt wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Lackieren von elektrisch leitenden dünnwandigen Rotationskörpern durch Aufbringen eines Kunstharzlackes auf die Oberfläche des Rotations-

körpers und Trocknen des Lackfilmes mittels Induktionswärme, die durch mindestens einen in geringem Abstand vom Rotationskörper angeordneten Induktor erzeugt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Rotationskörper mit einem wäßrigen Kunstharzlack überzogen wird und im elektromagnetischen Kraftfeld mindestens eines Induktors um seine Längsachse rotiert, wobei der Lackfilm mindestens auf die zur Trocknung und Härtung notwendige Temperatur erhitzt wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß der oder die Induktoren so angeordnet sind, daß das erzeugte elektromagnetische Kraftfeld konzentrisch oder exzentrisch auf den Rotationskörper einwirkt. »5

Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren ferner dadurch gestalten, daß der Rotationskörper mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 40 bis 150 m/min um seine Längsachse rotiert.

Einige Beispiele für mögliche Formen und Anordnungen des oder der Induktoren zu den um ihre Längsachse rotierenden Rotationskörpern sind F i g. 1 bis 8 zu entnehmen. Fig. 1 und 2 zeigen z. B. in Längs- und Querschnitt (Schnittlinie AB) einen in Form einer Haube ausgebildeten Induktor (1), wobei der Rotationskörper (2) auf einem Drehteller (3) im konzentrisch auf ihn einwirkenden elektromagnetischen Kraftfeld um seine Längsachse rotiert.

Eine weitere mögliche Induktorform und -anordnung zeigen Fig. 3 und 4. Der Induktor(1) hat hier z. B. die Form eines einseitig abgewickelten Haarnadelbügels, der neben dem Rotationskörper (2) angeordnet ist, wobei das elektromagnetische Kraftfeld nur auf einen Ausschnitt des zu erwärmenden Rotationskörpers einwirkt.

Fig. 5 und 6 zeigen in Längsschnitt und Draufsicht ein Beispiel dafür, daß leistungsstarke Anlagen besser und mit nur sehr geringen Streuverlusten genutzt werden können, wenn ein Kraftfeld, das beispielsweise durch einen die Form eines beidseitig abgewinkelten haarnadelförmigen Bügels aufweisenden Induktors (1) erzeugt wird, gleichzeitig auf zwei um ihre Längsachse rotierende Rotationskörper (2 und la) einwirkt.

Andererseits ist es auch möglich, wie beispielsweise F i g. 7 und 8 in Längs- bzw. Querschnitt zu entnehmen ist, zwei oder mehrere elektromagnetische Kraftfelder, die durch entsprechend geformte und angeordnete Induktoren (1 und la), z. B. abgewinkelte Bügel, erzeugt werden, auf einen Rotationskörper (2) einwirken zu lassen, falls der Rotationskörper sehr groß und/oder besonders starkwandig ist oder die energieliefernden Anlagen klein sind bzw. durch besonders hohe Energiekonzentralion besonders kurze Trockenzeiten erzielt werden sollen.

Wie aus diesen Beispielen zu ersehen ist, können die zur Erzeugung der elektromagnetischen Kraftfelder verwendeten Induktoren sehr verschieden geformt sein. Im allgemeinen sind sie der Form des zu lackierenden Rotationskörpers angepaßt. Besonders wirtschaftlich ist auch eine schleifenförmige Ausbildung der Induktoren.

Der Abstand des Induktors vom Rotationskörper wird jeweils so gewählt, daß sich beide bei der Rotation nicht berühren und liegt im allgemeinen in einem Bereich von 2 bis 20, vorzugsweise 2 bis 10 mm.

Als nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu lackierende Rotationskörper kommen in Frage: zylindrische, angenähert zylindrische, kegelstumpfförmige sowie derartige Rotationskörper mit Abflachungen, also annähernd vier-, sechs-, acht- oder mehreckige Rotationskörper. Bei den Rotationskörpern mit Abfiachungen müssen allerdings der oder die Induktoren der Umfangsform nachgeführt, d. h. in etwa gleichbleibendem Abstand zur zu trocknenden lackierten Oberfläche gehalten werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Lackierung von Blechemballagen, wie einseitig oder beidseitig geschlossenen Fässern, Hobbocks und Dosen sowie anderen als Rotationskörper ausgebildeten dünnwandigen, metallischen Behältern, Rohren und Gehäusen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich vorzugsweise dünnwandige Rotationskörper aus ferritischen Materialien, wie Eisen-, Stahl- und Weißbleche. Bei Anwendung höherfrequenter Kraftfelder können jedoch auch Rotationskörper aus austenitischen Materialien sowie aus Nichteisenmetallen, wie z. B. Aluminium, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Erfolg behandelt werden.

Unter dünnwandigen Rotationskörpern werden dabei im allgemeinen solche mit Blechwandstärken zwischen etwa 0,2 und 2 mm verstanden.

Durch Verändern der Rotationsgeschwindigkeit lassen sich auf einfache Weise optimale Trocknungsabläufe einstellen. Die für das erfindungsgemäße Verfahren in Frage kommende Rotationsgeschwindigkeit liegt im allgemeinen zwischen 10 und 100, vorzugsweise bei ca. 60 Umdrehungen/Minute, die Umfangsgeschwindigkeit etwa in einem Bereich von 40 bis 150, vorzugsweise bei etwa 80 bis 100 m/Minute.

Für das erfindungsgemäße Verfahren kommen Frequenzen zwischen etwa 1000 bis 30 000, vorzugsweise zwischen 2000 und 10 000 Hz in Betracht. Die Anlagengröße kann dabei in weiten Bereichen, beispielsweise zwischen 10 und 500 kW Leistung, variieren.

Ein weiterei Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist außerdem, daß der Abstand Induktor — Rotationskörperoberfläche sehr gering, im allgemeinen unter 10 mm, gehalten werden kann, so daß kaum Streuverluste auftreten.

Als für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Lacke kommen alle üblichen wäßrigen Kunstharzlacke in Frage, wie z. B. wäßrige pigmentierte und unpigmentierte sowie mit den in der Lacktechnik üblichen Zusätzen versehenen Lacke auf Polyesterharz-, Alkydharz-, Vinylharz-, Acrylharz-, Epoxidharz-, Polyurethan-, Harnstoff- und Melaminharzbasis sowie deren Gemische, die sowohl in gelöster als auch in dispergierter Form vorliegen können.

Die für die Trocknung bzw. das Einbrennen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren notwendigen Temperaturen, die durch Induktionswärme erreicht werden, richten sich nach Trocknungsgeschwindigkeit und der Reaktionsfähigkeit der verwendeten Lacksysteme.

Soweit es sich nur um physikalisch trocknende Lacke handelt, genügt es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, das wäßrige Verdünnungsmittel zu entfernen, wofür im allgemeinen schon ein Temperaturbereich von ca. 80 bis 120° C genügt. Bei Anwendung hitzehärtbarer Lacke ist dagegen meist eine Erhitzung auf über 120° C. vorzugsweise 150 bis 250° C, angebracht.

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Der Auftrag der Klarlacke bzw. pigmentierten Lacke auf die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnden Rotationskörper kann nach den für die Verarbeitung von Wasserlacken üblichen Applikationsverfahren erfolgen, wie z. B. durch Tauchen, Aufwalzen, Aufbürsten, Fluten, elektrochemische Abscheidung (anodische bzw. kathodische Abscheidung) sowie vorzugsweise durch Spritzen der auf die für die Verarbeitung notwendige Viskosität eingestellten Lacke.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es. Rotationskörper auf der Innen- oder Außenseite sowie in einem Arbeitsgang beidseitig zu lackieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich nicht nur durch seine Umweltfreundlichkeit, sondern auch durch eine wesentliche Zeit- und Platzersparnis aus. So ist es möglich, die Trockenzeiten von Wasserlacken, die bei Anwendung konventioneller Methoden beispielsweise bei 12 bis 3 Minuten liegen, durch das erfindungsgemäße Verfahren auf 10 bis 15 Sekunden zu reduzieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aufgrund dieser Vorteile ausgezeichnet für die quasikontinuierliche Großserienfertigung (Fließband, Taktstraße).

Die F i g. 1 bis 8 zeigen schematische Beispiele möglicher Ausführungsarten des erfindungsgemäßen Verfahrens, ohne damit seine Variationsmöglichkeiten zu begrenzen.

Die in den Beispielen angeführten Teile und Prozente beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf das Gewicht.

Beispiel 1

Auf ein Weithalsfaß mit 40 1 Inhalt, aus Feinblech von 0,5 mm Dicke, Gewicht 3,0 kg, wird ein Lackfilm von 60 (im Dicke mittels Spritzlackierung aufgetragen.

Der Lackfilm besteht aus ca. 40% handelsüblichem Alkydharz, 3% Phthalocyaninblau, 7% eines handelsüblichen Melaniinharzes, 10% Butyldiglykol und 40% Wasser.

Das Faß wird mit der Öffnung nach unten auf einen Drehteller aufgesetzt, der mit 60 Umdrehungen/Minute rotiert.

Im Abstand von 8 mm zum Flugkreis des Weithalsfasses ist ein haarnadelförmig gebogener, den Faßboden bis zur Mitte überragender Induktor angebracht (vgl. Fig. 3 und 4). Der Induktor ist wassergekühlt. Er ist an einen Mittelfrequcnzgenerator angeschlossen, der 30 kW Leistung bei einer Frequenz von 10 000 Hz liefert.

Das um den Induktor aufgebaute elcktromagnetische Feld wirkt auf einen Faßsektor von ca. 60° ein. Bei voller Beaufschlagung mit 30 kW Gencratorleistung wird das Blech in 5 Sekunden auf 160° C erwärmt. Dabei dampft das Wasser aus dem noch flüssigen Lackfilm aus. Die chemische Reaktion des Lakkes ist nach weiteren 7 Sekunden so weit beendet, daß das Faß grifftrocken abgenommen werden kann.

Der Lackfilm härtet noch etwas nach. Seine Dicke beträgt schließlich 25 um. Glanz, Oberflächenrauhigkeit und Farbe entsprechen den Normvorschriften.
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Beispiel 2

Auf ein 40-1-Weithalsfaß, Abmessungen usw. wie im Beispiel 1, wird bei gleicher apparativer Anordnung wie im Beispiel 1 auf die Außenfläche ein Kunstharzlack gleicher Zusammensetzung wie bei Beispiel 1, jedoch mit Titandioxid als Pigment, und auf die Innenfläche ein wassergelöstcr handelsüblicher Epoxidharzlack aufgetragen.

Das Faß wird beim Rotieren auf 180° C während 15 Sekunden erhitzt. Beide Lackfilme binden grifftrocken ab. Die Außenschicht ist 22 (im, die Innenschicht 10 um dick.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Lackieren von elektrisch leitenden dünnwandigen Rotationskörpern durch Aufbringen eines Kunstharzlackes auf die Oberfläche des Rotationskörpers und Trocknen des Lackfilmes mittels Induktionswärme, die durch mindestens einen in geringem Abstand vom Rotationskörper angeordneten Induktor erzeugt wird, dadurchgekennzeichnet, daß der Rotationskörper mit einem wäßrigen Kunstharzlack überzogen wird und im elektromagnetischen Kraftfeld mindestens eines Induktors um seine Längsachse rotiert, wobei der Lackfilm mindestens auf die zur Trocknung und Härtung notwendige Temperatur erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Induktoren so angeordnet sind, daß das erzeugte elektromagnetische Kraftfeld konzentrisch auf den Rotationskörper einwirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß der oder die Induktoren so angeordnet sind, daß das erzeugte elektromagnetische Kraftfeld exzentrisch auf den Rotationskörper einwirkt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 40 bis 150 m/min um seine Längsachse rotiert.