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Dokumentenidentifikation DE102004033260A1 19.01.2006
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Aushärten von strahlungsinduziert härtbaren Lacken
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Kettemann, Bernd-Uwe, Dipl.-Ing., 71272 Renningen, DE;
Schatton, Ulrich, Dipl.-Ing., 72622 Nürtingen, DE
DE-Anmeldedatum 09.07.2004
DE-Aktenzeichen 102004033260
Offenlegungstag 19.01.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.01.2006
IPC-Hauptklasse B05D 3/06(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse B05D 3/00(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zum Aushärten von strahlungsinduziert härtbaren Lacken auf einem Substrat, insbesondere auf Karosseriebauteilen, sowie eine korrespondierende Vorrichtung hierzu beschrieben. Dabei wird der auf das Substrat beschichtete Lack sowohl der die Aushärtung induzierenden Strahlung ausgesetzt als auch einer Erwärmung unterzogen. Erfindungsgemäß erfolgt die Erwärmung in der Art, dass die beschichtete Seite des Substrats zur Erwärmung mittels einer Heizstrahlung bestrahlt wird. Dabei kann die Bestrahlung beispielsweise bereits unmittelbar nach der Beschichtung erfolgen, also ohne zuvor einen Trockenofen durchlaufen zu müssen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aushärten von strahlungsinduziert härtbaren Lacken, insbesondere UV-Lacken, auf einem Substrat, insbesondere auf Karosseriebauteilen, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Aushärten von strahlungsinduziert härtbaren Lacken nach der im Oberbegriff von Anspruch 14 näher definierten Art.

Die DE 102 24 514 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aushärten von mittels UV-Strahlung strahlungsinduziert härtbaren Lacken, sogenannten UV-Lacken, auf einem Träger, beispielsweise einem Karosseriebauteil. Neben der eigentlichen Thematik der o.g. Schrift, nämlich der Inertisierung der Lackoberflächen während einer radikalischen Polymerisation zur Härtung nach Aktivierung der Fotoinitiatoren mittel UV-Strahlung, wird ferner der Eintrag von Wärme in den Träger beschreiben. Dabei soll die Erwärmung des Trägers und ggf. des Inertgases die besonders effiziente Härtung des Lackes bewirken.

Der entscheidende Nachteil der o.g. DE 102 24 514 A1 liegt dabei in der Art der Erwärmung. Die Erwärmung des zumindest im Verhältnis zum Lack selbst recht voluminösen Trägers benötigt eine vergleichsweise hohe thermische Energiemenge und eine entsprechend lange Zeit, bis die Erwärmung in dem gewünschten Maße erfolgt ist. Nach erfolget Aushärtung muss dann der Träger wieder auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden, was erneut eine entsprechend große Energiemenge zur Kühlung und eine entsprechend lange Zeit erfordert. Letztendlich erfordert die Erwärmung des Trägers außerdem einen gut wärmeleitenden Träger, weil hier ja offensichtlich der Lack miterwärmt werden soll.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, welche bei flexibler Wahl des Trägermaterials eine qualitativ hochwerte Aushärtung von strahlungsinduziert härtbaren Lacken auf einem Substrat energieeffizient und schnell ermöglicht.

Erfindungsgemäß wir diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 14 gelöst.

Durch die Erwärmung des beschichten bzw. aufgetragenen Lackes mittels der Heizstrahlung von seiner dem Substrat abgewandten Seite – also seiner Oberfläche – aus, kommt es zu einer sehr schnellen und gezielten Aufheizung des Lackes selbst. Aufgrund der typischerweise sehr dünnen Lackschichten von höchstens einigen wenigen hundert &mgr;m, kann bei einer reinen Erwärmung des Lackes durch Strahlung von seiner Oberfläche aus die durch Wärmeleitung von dem Lack in das Substart in dasselbe eingetragenen Wärmemenge stark reduziert werden. Damit kann sowohl eine Einsparung an Energie bei der Erwärmung des beschichteten Substarts, als auch bei dessen Abkühlung nach dem Aushärten des Lackes erzielt werden.

Ferner wird durch den Einsatz einer gezielt auf die Lackoberfläche gerichteten Strahlungswärmequelle die für die Erwärmung benötigte Zeit verkürzt. Zu einer weitren Verkürzung der zur Trocknung und Aushärtung benötigten Zeit kommt es ohnehin schon durch die eingesparte Energiemenge sowohl zur Erwärmung also auch zur späteren Abkühlung des beschichteten Substrats, da wenigen Wärme in das und aus dem beschichteten Substrat gebrachten werden muss, so dass dies was folglich auch in kürzerer Zeit erfolgen kann.

Darüber hinaus wird das Substrat selbst nicht als wärmeleitendes Element benötigt, so dass beliebige Substrate, beispielsweise auch Kunststoffe, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können.

Eine sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Verfahrens wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 beschrieben.

Unter Bestrahlung ist dabei sowohl die Bestrahlung mit der Heizstrahlung als auch die mit der die Aushärtung induzierenden Strahlung zu verstehen. Die Bestrahlung erfolgt dabei unmittelbar – also ohne weiteren Zwischenschritt – nach der Beschichtung.

In dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann also auf einen beim herkömmlichen Verfahrensablauf eingesetzten Trocknungsschritt bei erhöhter Temperatur verzichtet werden. In typischer Weise werden für derartige Trocknungsschritte Umluftöfen eingesetzt. Die darin bewegte Luft enthält jedoch unvermeidbar immer einen gewissen Anteil an Schmutz oder Staubpartikeln, welche in einem solchen Trocknungsschritt in den Bereich der Lackoberfläche gelangen können und dann deren Qualität verschlechtern. Außerdem muss in einem solchen Trocknungsofen auch immer das Substrat und die Träger- bzw. Fördereinrichtung, das so genannte Lackierskit mit erwärmt und danach wieder abgekühlt werden. Eine solche herkömmliche Trocknung stellt daher immer einen sehr zeit- und energieaufwändigen Verfahrensschritt dar.

Durch die unmittelbar erfolgende Bestrahlung kann dieser zeit- und energieaufwändige Trocknungsschritt eingespart werden. Ferner können dadurch die dort typischerweise unvermeidbaren Qualitätsproblem durch Staub und Schmutz weitestgehend umgangen werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3.

Dadurch, dass die Erwarmung so erfolgt, dass die Lacke wahrend der strahlungsinduzierten Härtung bereits/noch erwärmt sind, erreicht der Lack seinen Glaspunkt später. Damit bleiben die Polymerketten länger und besser beweglich, wodurch ein höherer Umsatz von Polymeren bei der strahlungsinduzierten radikalischen Polymerisation erreicht wird. Der Lack härtet so schneller und besser zu höherer Härte aus.

Um diesen positiven Effekt gemäß der vorteilhaften Weiterbildung zu erzielen, spielt es keine Rolle, ob die Erwärmung dabei vor, während oder nach dem Start der strahlungsinduzierten Härtung erfolgt. Letztendlich reicht es aus, dass zumindest während eines Teils der radikalischen Polymerisation, welche beispielsweise mittels eines kurzen UV-Blitzes gestartet wird, ein erwärmter Zustand des Lackes vorliegt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 15 beschrieben.

Durch die Fördereinrichtung entsteht eine Durchlaufanlage, welche eine kontinuierliche Beschickung und Verarbeitung mit den beschichteten Substraten erlaubt. Eine solche Anlage kann dabei sehr einfach und effizient in eine bestehende Fertigung integriert werden.

Der besondere Vorteil tritt dabei in Verbindung mit den oben dargelegten Einsparungen an Energie und Zeit beim erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zutage. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Vorrichtung zum Trocknen und Aushärten von Lacken, welche typischerweise einfach als Trockner bezeichnet wird, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer vorteilhaften Weiterbildung nämlich bei gleicher Fördergeschwindigkeit sehr viel kürzer gebaut werden, da die Erwärmung, Trocknung und Aushärtung sehr viel schneller abläuft.

Damit ergeben sich einige weitere entscheidende Vorteile. Eine kürzere Anlage erfordert zu ersten eine deutlich geringere Investition und benötigt deutlich weniger Raum. Zum zweiten verweilen die Teile deutlich kürzer in der Anlage. Sie sind damit auch nur über eine deutlich kürzere Zeit der in einer solchen Anlage unvermeidlich geringfügig staubigen Umgebung ausgesetzt. Die Gefahr einer Oberflächenbeeinträchtigung des noch nicht vollständig ausgehärteten Lackes in der Anlage kann somit verringert werden. Zum weiteren befinden sich in einer deutlich kürzeren Anlage auch deutlich weniger Bauteile. Falls es zu einer Qualitätseinbuße aufgrund eines fehlerhaften Anlagenteils oder einer Fehlfunktion z.B. im Bereich des Beschichtens kommt, was typischerweise erst nach dem Verlassen des Trockners festgestellt wird, sind somit deutlich weniger Bauteile davon betroffen, als bei einem herkömmlichen Trockner.

Weitere besonders günstige Ausgestaltungsvarianten der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und werden anhand der Ausführungsbeispiele, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren eingehend erläutert werden, deutlich.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung des Aushärtens einer Schicht eines Lackes auf einem Substrat gemäß der Erfindung;

2 eine schematische Darstellung des Prozessablaufs von Beschichtung und Aushärtung;

3 ein Prozessschema einer ersten Ausführungsform einer Trocknungs- und Aushärtstation gemäß der Erfindung;

4 ein Prozessschema eines Detail der Ausführungsform gemäß 3; und

5 ein Prozessschema einer weiteren Ausführungsform einer Trocknungs- und Aushärtstation gemäß der Erfindung;

In 1 ist ein Substrat 1 schematisch angedeutet, welches mit einer stark überhöht dargestellten Schicht eines strahlungsinduziert härtbaren Lackes 2 beschichtet ist. Bei diesem Lack 2 kann es sich sowohl um einen Monocure- als auch um einen Dualcure-Lack handeln. Solche Lacke sind allgemein üblich und bekannt. Die strahlungsinduzierte Härtung erfolgt über Fotoinitiatoren in dem Lack 2, welche durch geeignete Strahlung, meist UV- oder Elektronenstrahlung, "gestartet" werden. Sie bewirken dann eine radikalische Vernetzung von Polymeren in dem Lack 2 und damit eine Aushärtung des Lacks 2. Bei den Dualcure-Lacken erfolgt zusätzlich eine ebenfalls bekannte thermische Vernetzung z.B. auf der Basis von Isocyanaten.

Als Substrat 1 kommen verschiedenartigen Materialien in Frage. Solche können beispielsweise Metalle oder Kunststoffe, vorzugsweise aus kostengünstigem und leicht zu verarbeitendem Polypropylen, sein wie sie im Bereich von Fahrzeugkarosserien für die Karosserie selbst und für Karosserieanbauteile, wie beispielsweise Stoßfänger oder dergleichen, eingesetzt werden. Im Sinne des hier vorliegenden Beispiels kann und soll der Begriffe des Substrats 1 auch solche Substrate 1 umfassen, welche an sich bereits eine Beschichtung, beispielsweise mit einem Füller, eine Haftvermittler, einer Grundlackschicht oder dergleichen, aufweisen. Auf das Substrat 1 kann dann der abschließende als Decklack zu verstehende Lack 2 in einer oder mehreren Schichten aufgetragen werden. Zur Trocknung und Aushärtung des Lackes 2 wird das Substrat 1 anschließend von seiner den Lack 2 aufweisenden Seite aus mittels wenigstens zweier Strahlungsquellen 3, 4 bestrahlt.

Die eine der Strahlungsquellen 3, nachfolgend als Heizstrahler 3 bezeichnet, bestrahlt die beschichtete Seite des Substrats 1 zwecks Erwärmung mit der schematisch angedeuteten Heizstrahlung 5. Als Heizstrahlung 5 kommen dabei alle Arten von thermischer Strahlung oder auch Mikrowellenstrahlung in Betracht. Die thermische Strahlung, typischerweise mittels Infrarot-(IR)-Strahlern erzeugt, ist dabei sehr verbreitet und einfach zu beherrschen. IR-Strahler als Strahlungsquelle 3 sind billig und sehr gut verfügbar. Die im Gebiet der Aushärtung von Lacken noch relativ junge Technik der Mirkowellenbestrahlung ist entsprechend teurer und komplexer zu beherrschen. Sie bietet jedoch den Vorteil, dass durch sie eine gezielte Erwärmung des beschichteten Lackes 2 ermöglicht wird, während das Substrat 1, zumindest durch die Heizstrahlung 5 selbst weitgehend unerwärmt beleibt.

Durch den Einsatz der Heizstrahlung 5 zum Bestrahlen der mit dem Lack 2 beschichteten Seite des Substrats 1 kommt es jedoch auch beim Einsatz von thermischer Strahlung als Heizstrahlung 5 nur zu einer geringfügigen Erwärmung des Substrats 1 durch Wärmeleitung, während der Lack 2 eine stärkere Erwärmung erfährt. Da die Dicke der Schicht des Lacks 2 typischerweise gegenüber der Dicke des Substrats 1 sehr klein ist, kann die Wärmeleitung von dem Lack 2 in das Substrat 1, insbesondere bei schlecht wärmeleitenden Substraten 1, wie z.B. solchen aus Kunststoff, oder bei mit einer schlecht wärmeleitenden Schicht beschichteten Substraten 1, jedoch weitgehend vernachlässigt werden.

Die andere Strahlungsquelle 4 bestrahlt das mit dem Lack 2 beschichtete Substrat 1 mit der die Aushärtung induzierenden Strahlung. Diese Strahlung, welche hier exemplarisch mit dem Bezugszeichen 6 versehen ist, kann typischer Weise als UV-Strahlung oder als Elektronenstrahlung ausgebildet sein. Aufgrund der leichteren und billigeren Verfügbarkeit hat sich die UV-Strahlung bei kommerziell genutzten Anlagen überwiegend durchgesetzt, sodass zur Vereinfachung nachfolgend von UV-Strahlung 6 beziehungsweise UV-Strahlern 4 gesprochen wird, ohne dass damit jedoch eine Anwendung mit Elektronenstrahlung ausgeschlossen werden soll.

Durch den gemäß der Darstellung in 1 parallelen oder zeitlich geringfügig versetzten Einsatz sowohl von Heizstrahlung 5 als auch UV-Strahlung 6 kann einen gezieltes Erwärmen und Aushärten des Lacks 2 erfolgen. Aufgrund der gezielten Erwärmung des Lacks 2 durch die Bestrahlung des Substrats 1 auf seiner mit dem Lack 2 beschichteten Seite, kann der Lack 2 sehr energie- und zeiteffizient auf Temperaturen von 60 bis 160°C, vorzugsweise 80 bis 120°C, erwärmt werden. Wie bereits eingangs erläutert kann dadurch Zeit und Energie sowohl beim Erwärmen als auch beim späteren Abkühlen des mit dem Lack 2 beschichteten Substrats 1 eingespart werden.

Durch die Kombination der Bestrahlung mit der Heizstrahlung 5 und der UV-Strahlung 6 kann ferner erreicht werden, dass die Polymere in dem erwärmten Lack 2 eine höhere Beweglichkeit aufweisen. Der Glaspunkt bzw. die Zunahme der Viskosität des Lacks 2 kann durch die Wärme hinausgezögert werden. Die UV-induzierte radikalische Polymerisation kann aufgrund der dadurch gegebenen höheren Beweglichkeit der Polymere zu längeren Polymerketten erfolgen. Außerdem wird der Gesamtumsatz der in dem Lack 2 vorhandenen Polymere erhöht. Die Aushärtung des Lacks 2 wird so beschleunigt und erheblich verbessert.

In 2 ist ein möglicher Prozessablauf bei der Beschichtung von Bauteilen schematisch dargestellt. In einem ersten Prozessschritt erfolgt in einer Beschichtungsstation 7 die Beschichtung des Substrats 1 mit dem Lack 2, typischerweise der Decklackschicht.

Der Auftrag des Lacks 2 in der Beschichtungsstation 7 kann dabei in herkömmlicher Art und Weise durch Spritzlackieren, Tauchlackieren oder dergleichen erfolgen. Unmittelbar nach dem Auftrag des Lacks 2 in der Beschichtungsstation 7 gelangt das beschichtete Substrat 1 in eine Trocken- und Aushärtstation 8. In dieser Trocken- und Aushärtstation 8 erfolgt dann sowohl die Trocknung bei erhöhter Temperatur sowie ggf. die thermische Vernetzung als auch die strahlungsinduzierte Aushärtung des Lacks 2, in der oben bereits beschriebenen Art und Weise. Auf den beim Stand der Technik üblichen Trocknungsschritt vor der eigentlichen Aushärtung, welcher typischerweise in einem Heißluftofen erfolgt, kann hier verzichtet werden. Damit wird die für die Aufheizung des kompletten Bauteils einschließlich des Substrat 1 und dessen spätere Abkühlung benötigte Energie eingespart. Außerdem wird durch den Verzicht auf dem Trocknungsschritt sowohl Prozesszeit als auch bauliche Länge der Beschichtungsanlage eingespart. Damit lässt sich wiederum Durchlaufzeit für jedes einzelne Bauteil einsparen. Es sind außerdem weniger Bauteile in der Anlage, so dass bei eventuellen Qualitätsproblemen, welche erst nach dem verlassen der Anlage entdeckt werden, weniger Bauteile betroffen sind, wie eingangs bereits erläuterten wurde.

Ferner ist in Heißluftöfen zur Trocknung ein geringer Anteil an Staub und Schmutz nicht zu vermeiden. Durch die Bewegung der heißen Luft wird dieser jedoch aufgewirbelt und kann sich so auf der Oberfläche des Lacks 2 absetzen. Die Oberflächenqualität des Lacks 2 wird dadurch teilweise erheblich beeinträchtigt. Durch den Verzicht auf dem Trocknungsschritt im Heißluftofen kann ebenfalls sowohl Energie als auch Zeit eingespart werden. Ferner kann eine bessere Qualität der Oberfläche des Lacks 2 erzielt werden, da eine Beeinträchtigungen mit Staub und Schmutz so weitgehend ausgeschlossen werden kann.

In der Trocken- und Aushärtstation 8 erfolgt dabei sowohl die Trocknung als auch die Aushärtung des Lacks 2 auf dem Substrat 1 in der eingangs bereits erläuterten Weise durch die Bestrahlung mit den Heizstrahlen 5 sowie den UV-Strahlen 6. Neben den bereits genannten Vorteilen dieser kombinierten Bestrahlung des Lacks 2 kann also unter Einsparung eines eigenen Trocknungsschritts eine optimale Trocknung und Aushärtung des Lacks 2 erzielt werden. Durch eine zumindest in geringem Maße auftretende Wärmeleitung in dem Lack werden außerdem auch die im Schatten der auch UV-Strahlung 6 liegenden Bereiche des Lacks 2 zumindest getrocknet und bei Dualcure-Lacken auch thermisch vernetzt. Der Lack 2 wird dadurch auch in den Schattenbereichen zumindest grifffest und gebrauchsfähig, auch wenn ihm hier die Härte fehlt, welche in den mit der UV-Strahlung 6 bestrahlten Bereichen zu erzielen ist.

In die 3 ist ein Prozessschema einer derartigen Trocken- und Aushärtstation 8 zu erkennen. Die Trocken- und Aushärtstation 8 ist dabei als Durchlaufanlage ausgebildet, um sich in bestehende Prozessabläufe im Rahmen üblicher Lackier- bzw. Fertigungsanlagen problemlos einzufügen. Die Substrate 1 mit dem zu trocknenden und auszuhärtenden Lack 2, welche in den folgenden Figuren nicht mehr dargestellt sind, gelangen über eine Fördereinrichtung 9 in die Trocken- und Aushärtstation 8. Die beschichteten Substrate 1 werden dann in der Trockenund Aushärtstation 8 durch die Fördereinrichtung 9 unter den hier exemplarisch angedeuteten Strahlungsquellen 3, 4 hindurch bewegt. Um die Anlage möglichst flexibel zu halten, können die Strahlungsquellen 3, 4, wie durch die beiden Doppelpfeile A angedeutet, in der Höhe und damit in ihrem Abstand zu den beschichteten Substraten 1 bzw. zu der Fördereinrichtung 9 verstellt werden. Dadurch können unterschiedlich große und dicke Substrate 1 getrocknet und ausgehärtet und unterschiedliche Bedingungen bei der Bestrahlung derselben problemlos eingestellt werden.

Der hier dargestellte Aufbau kann in der durch den Pfeil B angedeuteten Durchlaufrichtung der beschichteten Substrate 1 durch die Trocken- und Aushärtstation 8 an erster und/oder zweiter Position jeweils Heizstrahler 3 und/oder UV-Strahler 4 aufweisen. Als besonders sinnvoll hat es sich erwiesen, in Durchlaufrichtung der Trocken- und Aushärtstation zuerst einen Heizstrahler 3 anzuordnen, welchem dann ein UV-Strahler 4 und/oder eine Kombination aus UV-Strahler 4 und Heizstrahler 3 folgt. Dadurch wird eine Erwärmung des auf dem Substrat 1 befindlichen Lacks 2 noch vor der UV-Bestrahlung erreicht, so dass nach erfolgter UV Bestrahlung, welche typischerweise in Form eines UV-Blitzes zum Aktivieren der Fotoinitiatoren erfolgt, eine ausreichend hohe Temperatur in dem Lack 2 vorliegt, so dass neben der Trocknung und gegebenenfalls der thermischen Vernetzung eine hohe Beweglichkeit der Polymere in der Lackschicht erzielt werden kann. Die durch den UV-Blitz gestartete radikalische Polymerisation kann dadurch zu sehr langen Polymerketten und zu einem hohen Umsatz der verfügbaren Polymere führen. Der Lack 2 härtet dadurch schneller und besser aus.

In 3 sind außerdem Inertgasquellen 10 zu erkennen, welche hier optional angedeutet sind. Diese Inertgasquellen 10 ermöglichen die Aushärtung des Lacks 2 in einer Inertgasatmosphäre. Diese Inertgasatmosphäre spielt dabei insbesondere bei der strahlungsinduzierten Aushärtung eine Rolle, da hier eine Reaktion der im Oberflächenbereich des Lacks 2 befindlichen, durch die Fotoinitiatoren gebildeten Radikalen mit dem Luftsauerstoff zu befürchten ist. Dies führt dann zu einer Belegung der eigentlich für die weitere Polymerisation vorgesehenen Enden der Radikalen, so dass im Oberflächenbereich des Lacks 2 eine nicht ausreichende Polymerisation stattfindet. Die Oberflächenqualität des Lacks 2 kann dadurch erheblich beeinträchtigt werden. Unter Inertgasatmosphäre kann eine derartige Reaktion der Radikalen mit dem Luftsauerstoff weitgehend verhindert werden, so dass harte und hochwertige Oberflächen des Lacks 2 erzielt werden können.

Als Inertgas ist im Prinzip jegliches Gas geeignet, das den Luftsauerstoff aus dem Bereich der beschichteten Substrate 1 zumindest während der Aushärtung, also typischerweise nach der Startaktivierung der Fotoinitiatoren mittels des UV-Blickes verdrängt. Besonders günstig ist die Verwendung von Kohlendioxyd als Inertgas, das dieses typischerweise sehr kostengünstig verfügbar ist. Ferner ist Kohlendioxyd schwerer als Luft und kann dadurch aus den Inertgasquellen 10 in der Art einer Dusche ausströmen. Es bildet sich dann eine Art "Inertgas-Vorhang", welcher die beschichteten Substrate 1 und ihre Inertgasatmosphäre umhüllt.

Wie in 4 exemplarisch dargestellt ist, kann mittels der oberhalb der Fördereinrichtung 9 bzw. der beschichteten Substrate 1 angeordneten Inertgasquellen 10 eine solche Inertgasatmosphäre in der gesamten Trocken- und Aushärtstation 8 aufgebaut werden. Das die beschichteten Substrate 1 von oben nach unten umströmende Inertgas kann dann in einem Inertgasbecken 11 unterhalb der Fördereinrichtung 9 gesammelt werden. Dieses Inertgasbecken 11 kann dabei auch so ausgebildet sein, dass es sich gegenüber den umgebenden Bereichen der Fertigungsanlage absenkt, so dass die beschichteten Substrate 1 in dieses Inertgasbecken 11 hinunterfahren bzw. eintauchen. Das sich in dem Becken sammelnde Inertgas kann dann über einen Inertgaskreislauf 12 mit einer Fördereinrichtung, welche hier exemplarisch angedeutet ist, zu den Inertgasquellen 10 zurückgeführt werden. Damit lässt sich der überwiegend größte Teil des Inertgases in diesem Kreislauf führen, wodurch ein kostengünstiger Betrieb der Trocken- und Aushärtstation mit Inertgas möglich wird, da nur eine vergleichsweise kleine Teilmenge des Inertgases jeweils erneuert werden muss, um die Inertgasatmosphäre aufrechtzuerhalten.

Das Inertgas bietet darüber hinaus zwei weitere Vorteile. Die in dem Bereich der Inertgasatmosphäre befindlichen beschichteten Substrate 1 sind vergleichsweise gut geschützt, da hier auch keine explosiven Gemische oder dergleichen beim Abdampfen von z.B. Lösungsmittel zu befürchten sind, welche in Form einer Verpuffung oder dergleichen reagieren könnten.

In 5 ist ein weiterer Aufbau eines Prozessschemas für eine Trocken- und Aushärtstation 8 dargestellt. Diese unterscheidet sich gegenüber den bereits beschriebenen Aufbauten lediglich dadurch, dass eine größere Anzahl an Strahlungsquellen 3, 4 vorgesehen ist. Auch diese können wieder, um eine entsprechende Variabilität der Anlage zu gewährleisten, in ihrer Höhe, wie durch die Pfeile A angedeutet, einstellbar sein. Ferner kann der gesamte Bereich der Strahlungsquellen 3, 4 und der Inertgasquellen 10, welche hier durch eine gestrichelte Linie zu einem oberen Anlagenteil 13 zusammengefasst ist, gegenüber der Fördereinrichtung 9 in seiner Höhe verstellt werden, so dass Ein- und Auslaufhöhe in die Trocken- und Aushärtstation 8 flexibel sind, wie durch den Pfeil C angedeutet, und an die Größe der zu trocknenden bzw. auszuhärtenden beschichteten Substrate 1 angepasst werden kann.

Als weitere Besonderheit weist das Prozessschema der Anlage nach 5 eine Fördereinrichtung 9 auf, welche in hier sechs Teilfördereinrichtungen 9a bis 9f unterteilt ist. Diese einzelnen Teilfördereinrichtungen 9a bis 9f können dabei in ihrer Geschwindigkeit unabhängig voneinander geregelt werden. Dadurch kann ein verlangsamtes Durchführen der Bauteile, was selbstverständlich nicht langsamer als die Taktfrequenz des eigentlichen Fertigungsprozesses sein kann, im Bereich der typischerweise in Förderrichtung B zuerst angeordneten Heizstrahlern 3 erfolgen. Im Bereich der UV-Strahler 4 kann dann eine entsprechende schnellere Förderung der beschichteten Substrate 1 erfolgen, da zum Start der strahlungsinduzierten Aushärtung typischerweise auch eine relativ kurze Bestrahlung mit den UV-Strahlen 6 ausreicht. Natürlich wird sich dadurch der Abstand zwischen der beschichteten Substraten 1 ändern, solange die Trocken- und Aushärtstation 8 aber am Ein- und Auslauf die erforderlichen Parameter einhält ist es für den weitren Fertigungsablauf natürlich unerheblich was in der Trocken- und Aushärtstation selbst passiert. Im Bereich einer beispielsweise nach der Bestrahlung mit den UV-Strahlen angeordneten erneuten Bestrahlung mit Heizstrahlen 5, zum Aufrechterhalten der Temperatur des Lacks 2 während dem dann noch laufenden Prozess der strahlungsinduzierten Aushärtung, kann durch die dort angeordnete Teilfördereinrichtung wieder eine Verlangsamung des Durchlaufs erfolgen. Damit kann die Trocken- und Aushärtstation im Rahmen der von den vorgeschalteten Stationen vorgegebenen Prozesszeit eine sehr große Flexibilität erreichen, so dass unterschiedliche Substrate 1 aus unterschiedlichen Materialien, in unterschiedlichen Größen und mit unterschiedlichen Lacksystemen durch die sehr flexible gehaltene Anlage ideal getrocknet und ausgehärtet werden können.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Aushärten von strahlungsinduziert härtbaren Lacken, insbesondere UV-Lacken, auf einem Substrat, insbesondere auf Karosseriebauteilen, wobei der auf das Substrat beschichtete Lack sowohl der die Aushärtung induzierenden Strahlung ausgesetzt als auch einer Erwärmung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die beschichtete Seite des Substrats (1) zur Erwärmung mittels einer Heizstrahlung (5) bestrahlt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung unmittelbar nach der Beschichtung erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstrahlung (5) in der Art eingesetzt wird, dass die Lacke während zumindest eines Teils der strahlungsinduzierten Härtung erwärmt sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung mit der Heizstrahlung (5) und mit der die Aushärtung induzierenden Strahlung (6) nacheinander erfolgt, wobei die beschichteten Substarte (1) relativ zu den die Strahlungen (5,6) emittierenden Strahlungsquellen (3,4) bewegt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Bestrahlung mit der Heizstrahlung (5) in Richtung der Relativbewegung vor der Bestrahlung mit der die Aushärtung induzierenden Strahlung (6) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als die die Aushärtung induzierende Strahlung (6) UV-Strahlung oder Elektronenstrahlung und als Heizstrahlung (5) thermische Strahlung oder Mikrowellenstrahlung verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Arten der Bestrahlung nacheinander in einer Arbeitsstation (8) erfolgen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Bestrahlung mit der die Aushärtung induzierenden Strahlung (6) unter Inertgas-Atmosphäre erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Inertgas Kohlendioxid verwendet wird, welches die beschichteten Substrate (1) von oben anströmt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas in einem Becken (11) unter den beschichteten Substraten (1) aufgefangen und in einen Inertgas-Kreislauf (12) eingespeist wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack (2) mittels der Heizstrahlung (5) auf eine Temperatur von 60°C bis 160°C, vorzugsweise 80°C bis 120°C, aufgeheizt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lacksystem eingesetzt wird, welches unter der Einwirkung der Heizstrahlung (5) eine thermische Vernetzung, insbesondere auf der Basis von Isocyanaten, erfährt, während die die Aushärtung induzierende Strahlung (6) mittels Fotoinitiatoren eine radikalische Polymerisation bewirkt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat (1) ein Kunststoffbauteil, vorzugsweise aus Polypropylen, verwendet wird.
  14. Vorrichtung zum Aushärten von strahlungsinduziert härtbaren Lacken, insbesondere UV-Lacken, auf einem Substrat, insbesondere auf Karosseriebauteilen, welche wenigstens eine Strahlungsquelle zur Bestrahlung des Lackes mit der die Aushärtung induzierenden Strahlung und wenigstens ein Erwärmungsmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Erwärmungsmittel als Strahlungsquelle (3) zum Emittieren einer Heizstrahlung (5) auf die beschichtete Seite des Substrats (1) ausgebildet ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14 gekennzeichnet durch eine Fördereinrichtung (9) zur Durchlauf-Förderung der beschichteten Substrate (1) während der Bestrahlung.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Richtung des Durchlaufs zuerst zumindest ein Teil der Strahlungsquellen (3) zum Emittieren der Heizstrahlung (5) und danach die Strahlungsquellen (4) zur Bestrahlung des Lackes mit der die Aushärtung induzierenden Strahlung (6) angeordnet sind.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der durchlaufenden beschichteten Substraten (1) ein Inertgas-Becken (11) angeordnet ist, in welchem sich die beschichteten Substrate (1) von oben umströmendes als Inertgas verwendetes Kohlendioxid sammelt.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquellen (3,4) so angeordnet sind, dass ihr Abstand zu dem beschichteten Substrat (1) variierbar ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (9) aus in Förderrichtung mehreren Teilfördereinrichtungen (9a bis 9f) besteht, welche in ihrer Fördergeschwindigkeit unabhängig voneinander regelbar sind.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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