Title:
Lackierkabine mit schutzversiegelter Innenwandung und Verfahren zur Schutzversiegelung der Innenwandung
Kind Code:
B4


Abstract:

Lackierkabine (1), die eine Innenwandung mit einer Beschichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung eine Innenauskleidung aus Edelstahlblech umfasst, und die Beschichtung eine schutzversiegelnde Glaskeramikschicht (3) aus Siliziumdioxid (SiO2) ist, die über einen Sol-Gel-Prozess mit Einbrennen und Keramisieren der Schicht bei einer Temperatur unterhalb von 200°C hergestellt ist.




Inventors:
Klose, Stephan, Dr.-Ing. (75382, Althengstett, DE)
Pießlinger-Schweiger, Siegfried (85591, Vaterstetten, DE)
Rolland, Calixte, Dr. (73312, Geislingen, DE)
Application Number:
DE102010049448A
Publication Date:
06/25/2015
Filing Date:
10/23/2010
Assignee:
Daimler AG, 70327 (DE)
POLIGRAT GmbH, 81829 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE202009001462U1N/A2009-04-30
DE19959942C1N/A2001-06-21
DE19739644A1N/A1999-03-25
DE8312480U1N/A1984-10-04



Foreign References:
CH283612A1952-06-15
FR1392029A1965-03-12
FR2166276A11973-08-17
GB533718A1941-02-19
21517331939-03-28
Other References:
coatings made by sol-gel and chemical nanotechnology. Journal of sol gel science and technology : entfällt, 47/2008. 203-236. - ISBN 0928-0707
Claims:
1. Lackierkabine (1), die eine Innenwandung mit einer Beschichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung eine Innenauskleidung aus Edelstahlblech umfasst, und die Beschichtung eine schutzversiegelnde Glaskeramikschicht (3) aus Siliziumdioxid (SiO2) ist, die über einen Sol-Gel-Prozess mit Einbrennen und Keramisieren der Schicht bei einer Temperatur unterhalb von 200°C hergestellt ist.

2. Lackierkabine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenauskleidung aus einer Vielzahl von Tafelungselementen (2) gebildet wird, wobei die Glaskeramikschicht (3) auf einer in das Innere der Lackierkabine (1) weisenden Seite aufgebracht ist.

3. Lackierkabine (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaskeramikschicht (3) eine Schichtdicke von 0,5 bis 2 μm aufweist.

4. Lackierkabine (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaskeramikschicht (3) transparent oder farblos transparent ist.

5. Verfahren zur Schutzversiegelung einer Innenwandung einer Lackierkabine (1), umfassend den Schritt:
– Auftragen einer Schicht durch einen Sol-Gel-Prozess auf ein Edelstahlblech,
– Bilden einer glaskeramischen Schicht aus Siliziumdioxid (SiO2) durch Einbrennen und Keramisieren der Schicht bei einer Temperatur unterhalb von 200°C und
– Erhalten der Glaskeramikschicht (3),
– Umformen und Zuschneiden des beschichteten Blechs zu Tafelungselementen (2),
– und Aufbauen einer Innenauskleidung an der Innenwandung der Lackierkabine (1) mit den beschichteten Täfelungselementen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Auftragen Tauchen, Spritzen oder Rollen umfasst.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Lackierkabine mit Innenwandung, die eine schutzversiegelnde Beschichtung aufweist, und Verfahren, um eine solche Schutzversiegelungsschicht zu erzielen.

Die Reinigung und Instandhaltung von Lackierkabinen sind ständige Kostenfaktoren in der Kraftfahrzeug produzierenden Industrie. Werden als Auskleidungen für die Lackierkabinen beispielsweise unbeschichtete Edelstähle verwendet, so müssen diese in regelmäßigen Abständen von Lackrückständen, die aus dem Overspray entstehen, gereinigt werden. Unter Overspray wird bei Spritz- und Sprühapplikationen der Anteil des verspritzten Materials, etwa eines Lacks, verstanden, der nicht auf das Werkstück gelangt, sondern an den Innenwänden der Lackierkabine anhaftet. Herkömmliche Reinigungsvorgänge sehen den Einsatz von Lösemitteln vor. Ein anderer Ansatz, um die Reinigung zu erleichtern, liegt in der Abklebung der Auskleidungen von Lackierkabinen mit wieder entfernbaren Folien, die zusammen mit den darauf abgeschiedenen Lackrückständen entsorgt werden.

So beschreibt die DE 10 2007 010 480 A1 ein Verfahren zum Schutz und zur Reinigung von Lackierkabinen, das mit minimiertem Aufwand durchgeführt werden kann. Dazu werden vor dem Beginn der Lackierarbeiten die Innenwände der Kabinen mit einer dünnen Schutzfolie versehen, die nach den Lackierarbeiten entfernt werden, woraufhin vor Beginn erneuter Lackierarbeiten die Innenwände wieder mit einer dünnen Schutzfolie versehen werden.

In der CA 1 139 550 A wird eine Lackierkabine beschrieben, deren Innenwände mit einem farbabweisenden Material wie Polytetrafluorethylen ausgekleidet sind. Gegenstand jener Erfindung ist eine Absaugvorrichtung, die über die Innenwände der Lackierkabine bewegt werden kann, und dort das nicht anhaftende Overspray teils während des Betriebs oder während kurzer Pausen durch Absaugen des Lackmaterials reinigt. Damit die Absaugvorrichtung die gesamte Innenwand erreicht, hat diese Lackierkabine abgerundete Ecken.

Die JP 2004-275818 A beschreibt eine Lackierkammer, in der Wasser vernebelt wird, das an einer Kabinenwand leicht kondensiert und somit ein Anhaften des Lackmaterials verhindert, während die Lackierkabine gleichzeitig mit einer Rückgewinnungsleitung für das Overspray ausgestattet ist.

DE 10 2008 064 043 A1 beschreibt eine Lackiervorrichtung, die flexibel einsetzbar und Platz sparend ist und eine möglichst geringe Anzahl von Komponenten aufweist. Dazu kann mit der Appliziereinheit nicht nur ein Lack sondern auch verschiedene weitere Medien auf Werkstücke aufgebracht werden. Ein solches Medium kann beispielsweise ein Reinigungsmedium sein, um die Oberfläche von dem Lack-Overspray zu reinigen. Die Appliziereinheit kann aber auch verwendet werden, um die Oberfläche der Lackierkabine mit einem Schicht bildenden Medium zu beschichten. Jenes Schicht bildende Medium umfasst dabei eine Substanz, die mit dem Lack-Overspray reagieren kann und vorzugsweise damit in einen gelartigen Zustand übergeht, der dann leicht abgereinigt werden kann.

Die DE 20 2009 001 462 U1 beschreibt eine Vorrichtung zum Abfangen des Spritzlacküberschusses, mit einer Wand mit lackundurchlässiger Täfelung. Es ist ein Fluidansaugbereich vorgesehen, der Lackreste mitreißt und zwischen mindestens einem ersten und einem zweiten Teil der undurchlässigen Täfelung liegt.

Die DE 8312480 U1 offenbart eine Sprühkabine für elektrostatische Pulverbeschichtungsanlagen, deren tragende Wandung aus einzelnen, ggf. an einem Traggerüst angebrachten leitfähigen, geerdeten Plattenelementen zusammengesetzt und innen mit einer eine glatte Begrenzungsfläche bildenden Beschichtung versehen ist.

Die DE 197 39 644 A1 beschreibt eine Wand für die Kabine einer Lackieranlage aus mehreren Wandelementen. Die Platten der Wandelemente sind bevorzugt aus Glas oder korrosionsbeständigem Blech.

Im Artikel ”Coatings made by solgel and chemical nanotechnology” (Aegeter, et al., J. Sol-Gel Sci. Technol. (2008) 47: 203–236) werden wasserabweisende Gläser, bzw. glasartige Beschichtungen beschrieben, die nach dem Sol/Gel-Verfahren aus Perfluoralkylsilanen hergestellt werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, eine Lackierkabine zu schaffen, von der unkompliziert und zeit- und kostengünstig auch getrocknete Lackrückstände einfach und vollständig entfernt werden können, wobei der Reinigungsumfang bezüglich Lösemittelverbrauch und mechanischem Aufwand minimiert werden soll.

Diese Aufgabe wird durch eine schutzversiegelt beschichtete Lackierkabine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Ein Verfahren, welches die Aufgabe der Herstellung einer entsprechend schutzversiegelt beschichteten Lackierkabine löst, wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 5 gelöst.

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lackierkabine und des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.

Eine erfindungsgemäß ausgestaltete Lackierkabine weist eine schutzversiegelt beschichteten Innenwandung auf, die vorteilhaft eine Beschichtung aus einer Glaskeramikschicht aufweist. Diese Glaskeramikschicht, die die Innenwandung hinsichtlich Aussehen, Struktur und Haptik unverändert lässt, verhindert, dass trocknende Lackreste fest an der Schichtoberfläche anhaften. Damit wird die eigentliche Oberfläche der Innenwandung nicht verschmutzt und auch durch das Reinigen nicht beschädigt, etwa durch Zerkratzen, so dass die Glaskeramikschicht quasi eine Schutzversiegelung erzeugt. Dadurch kann die Lackierkabine leicht und kostengünstig gerade auch von getrockneten Lackrückständen gereinigt werden. Sowohl Lösemittelverbrauch als auch mechanischer Aufwand zum Reinigen der Innenwandung werden minimiert.

Diese Innenwandung der Lackierkabine kann zudem eine Innenauskleidung umfassen, die aus einem Metall, insbesondere etwa aus einem Edelstahlblech, bestehen kann, wobei dann die glaskeramische Beschichtung auf der Innenseite der Innenauskleidung vorgesehen ist.

Die Innenauskleidung kann aus entsprechenden Täfelungselementen gebildet sein; entsprechend wird die Glaskeramikschicht auf der in das Innere der Lackierkabine weisenden Seite aufgebracht.

Die erfindungsgemäß zur Beschichtung der Innenwandung der Lackierkabine vorgesehene Glaskeramikschicht kann dabei von 0,5 bis 2 μm dünn sein. Die dünne Glaskeramikschicht ist homogen mit der metallischen Oberfläche haftfest verbunden und weist eine hohe Schlagfestigkeit und Oberflächenhärte auf, ohne zu verspröden oder zu altern.

Da die Glaskeramikschicht transparent, insbesondere farblos transparent sein kann, wird die metallische Edelstahloberfläche in ihrem Erscheinungsbild nicht verändert.

Um die Innenwandung der Lackierkabine zu versiegeln, so dass selbst getrockneter Lack leicht abgereinigt werden kann, umfasst ein Verfahren zur Schutzversiegelung der Innenwandung die Schritte des Auftragens einer Schicht durch einen Sol-Gel-Prozess auf die Innenwandung der Lackierkabine, die dann bei einer Temperatur unterhalb von 200°C eingebrannt bzw. keramisiert wird, wobei die Glaskeramikschicht erhalten wird.

Ist die Innenwandung der Kabine mit einer Innenauskleidung ausgekleidet, so kann die zur Bildung der Glaskeramik vorgesehene Schicht durch den Sol-Gel-Prozess auf die Innenauskleidung aufgebracht werden, beispielsweise durch Spritzen.

Alternativ zum Auftragen der glaskeramischen Schicht auf die Innenwandung beziehungsweise Innenauskleidung, kann die Schutzversiegelung der Innenwandung der Lackierkabine mit den Schritten eines weiteren Verfahrens durchgeführt werden, wobei durch den Sol-Gel-Prozess eine Schicht zunächst auf ein Edelstahlblech aufgebracht wird und bei einer Temperatur unterhalb von 200°C eingebrannt bzw. keramisiert wird. Das so erhaltene glaskeramisch beschichtete Edelstahlblech kann dann zu den Täfelungselementen umgeformt und zugeschnitten werden, aus denen dann die Innenauskleidung an der Innenwandung der Lackierkabine aufgebaut wird. Die dünne Glaskeramikschicht lässt aufgrund der homogenen Haftung an dem Edelstahlblech das Abkanten und/oder Schneiden zu, ohne rissig zu werden oder sich abzulösen.

Bei diesem Verfahren kann das Auftragen der Beschichtung im Rahmen des Sol-Gel-Prozesses durch Tauchen der Täfelungselemente, durch Aufrollen oder durch Spritzen erfolgen.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitende Figur dargelegt. Der Bezug auf die Figur in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figur ist lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.

Dabei zeigt:

1 eine perspektivische Teilschnittansicht auf den Innenraum einer Lackierkabine.

Unter Glaskeramik wird hier ein teilkristalliner Werkstoff verstanden, der im So-Gel-Prozess durch unvollständige Kristallisation im Rahmen der Kondensation der Schicht durch die Temperaturbehandlung gebildet wird. Dabei entsteht eine teils glasige, teils polykristalline Struktur aus Siliziumdioxid (SiO2), welche farblos und transparent ist. Das Prinzip des Sol-Gel-Prozesses ist wie folgt:

Das Ausgangsmaterial, ein Orthosilikat, wird zu einem Sol hydrolysiert, woraufhin das aus dem Sol entstehende Gel aus einer intermediären Spezies gebildet wird. Aus dem Gel wird durch die Temperaturbehandlung (ΔT) die glaskeramische Schicht auskondensiert.

Die in der Figur dargestellte Lackierkabine 1 weist als Innenwandung eine Innenauskleidung aus Täfelungselementen 2 aus Edelstahlblech 4 auf, die mit einer Glaskeramikschicht 3 versehen ist. Generell kann die Innenauskleidung auch aus einem anderen Material beschaffen sein, es kann sich auch direkt um eine Innenwand ohne Auskleidung handeln, die mit der Glaskeramik beschichtet ist.

Die Wände und die Decke der Lackierkabine 1 sind vollständig mit der Glaskeramikschicht 3 ausgestattet. Es ist aber auch denkbar, dass lediglich Teile der Innenwandung, etwa eine Wand, auf die eine Lackapplikationseinrichtung – wie die Lackdüsen 5 in 1 – gerichtet ist, glaskeramisch beschichtet sind. Anders als bei der Darstellung in 1, in der der Kabinenboden mit der Lackabtropfwanne 6 unbeschichtet ist, kann das Innere einer Lackierkabine, also auch der Boden, komplett glaskeramisch beschichtet sein.

Die Glaskeramikschicht 3 weist eine Schichtdicke von 0,5 bis 2 μm auf und ist farblos transparent.

Die Innenwandung respektive Innenauskleidung der Lackierkabine werden mittels eines Sol-Gel-Prozesses mit einer Schicht versehen, die dann dort eingebrannt, bzw. keramisiert wird. Diese Schritte können vor dem Umformen und Beschneiden der Edelstahl-Blechtafeln 4 zu den fertigen Vertäfelungselementen 2 durchgeführt werden, es kann aber auch die fertige Auskleidung nachträglich beschichtet und eingebrannt werden. Je nach dem erfolgt das Auftragen der Schicht durch Spritzen, Tauchen oder andere Applikationsmaßnahmen. Die Keramisierung findet bei einer Temperatur unterhalb von 200°C statt.

Das Applizieren der glaskeramischen Beschichtung kann weitgehend unabhängig von Form und Größe der zu beschichtenden Objekte erfolgen. Zudem ist es möglich, beschädigte Stellen vor Ort zu reparieren.

Weitere Vorteile in der glaskeramischen Beschichtung liegen in ihrer Temperaturbeständigkeit (bis 500°C), und dass sie unbrennbar und feuerbeständig ist, so dass sich im Brandfall keine Gase oder Dämpfe entwickeln. Ferner ist die glaskeramische Beschichtung unempfindlich gegen Alterung, UV-Strahlen und Chemikalien mit Ausnahme von Flusssäure und konzentrierter Natronlauge.

Als glaskeramische Beschichtung für die Innenauskleidung der Lackierkabine kommt beispielsweise Poliant® in Frage, erhältlich von Poligrat, eine glaskeramische Beschichtung für Metalloberflächen. Poliant® ist eine transparente, anorganische Beschichtung aus Siliziumdioxid (SiO2).

Die beschichteten Metalloberflächen werden unsichtbar und dauerhaft vor Verschmutzung geschützt und der Reinigungsumfang wird minimiert. Verunreinigungen durch Sprühfarben können mit einfachen Reinigungsmitteln rückstandsfrei entfernt werden.

Zur Veranschaulichung der Verbesserung der Abreinigungsfähigkeit der beschichteten, im Vergleich zu unbeschichteten Edelstahloberflächen, wurden Versuche mit verschiedenen Lacksystemen, verschiedenen Reinigungsmethoden und Spülmedien durchgeführt. In den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 sind die Ergebnisse der Reinigungsversuche der unbeschichteten Edelstahloberfläche beziehungsweise der beschichteten Edelstahloberfläche aufgeführt.

Die Beschichtungsstoffe, die zur Durchführung der Versuche auf das beschichtete und unbeschichtete Edelstahlsubstrat appliziert wurden, sind Füller, Basislack und 2K Klarlack einer Automobilserie und ein 2K Topcoat Flugzeuglack.

Da ein Lack generell beständig sein und sich nicht vom Untergrund ablösen soll, bildet er mit dem Untergrund eine feste Schicht. Bei 2K-Lacken handelt es sich um Zweikomponentensysteme, bei denen das Bindemittel aus Harz und Härter besteht.

Wie aus der nachfolgenden Tabelle 1 ersichtlich wird, wurden nach Trocknung der Beschichtungsstoffe verschiedene Reinigungsmethoden untersucht, um das Overspray von dem unbeschichteten Edelstahlsubstrat abzureinigen. Bei den Reinigungsmethoden kamen eine Spritzflasche, eine Hochdruckbecherpistole und ein Abwischtuch unter Verwendung des jeweilig angegebenen Spülmediums zum Einsatz. Die Spritzflasche wurde mit schwachem Druck 5 Sekunden lang betätigt; die Hochdruckbecherpistole 5 Sekunden lang in 5 cm Abstand einmal mit 2 bar und einmal mit 5 bar betätigt. Mit dem Abwischtuch (Polytex®) wurde das Edelstahlsubstrat kreisend mit schwachem Druck in 20 Zyklen bearbeitet. Zudem wurde eine Haftungsprüfung (ohne Spülmedium) mit einem schwach angedrückten Polyester-Klebeband durchgeführt.

Lediglich im Falle des Füller-Oversprays auf dem unbeschichteten Edelstahlsubstrat konnte mit dem Spülmedium B (13% Butylglykol und 87% vollentsalztes Wasser) eine teilweise Enthaftung (indiziert mit 1 in der Tabelle) bei der Reinigungsmethode „Abwischen mit Tuch” erzielt werden. Bei allen anderen Lacken, Spülmedien und allen anderen Reinigungs- und Testmethoden konnte keine Enthaftung (indiziert mit 0 in der Tabelle) des Oversprays festgestellt werden. Tabelle 1: Overspray auf unbeschichtetem Edelstahlsubstrat (0 = keine Enthaftung, 1 = teilweise Enthaftung, 2 = vollständige Enthaftung)

BeschichtungsstoffeFüller, dunkelgrau, Wasserbasis, Einbrennlack (Automobilserie)Basislack, schwarz uni, Wasserbasis, Einbrennlack (Automobilserie)2K Klarlack, konventionell Einbrennlack (Automobilserie)2K Topcoat, weiß, konventionell, lufttrocknend (Flugzeuglack)Trocknung bei Raumtemperatur (Tage)3433SpülmediumABABACACSpritzflasche1)00000000Hochdruckbecherpistole 12)00000000Hochdruckbecherpistole 23)00000000Abwischen mit Tuch4)01000000Haftungsprüfung5)0000
A: vollentsalztes Wasser (VE-Wasser); B: 13% Butylglykol/87% VE-Wasser; C: Universalverdünnung;
1) 5 Sekunden mit schwachem Druck;
2) 2 bar, 5 sec, Rundstrahl, 5 cm Abstand;
3) 5 bar, 5 sec, Rundstrahl, 5 cm Abstand;
4) Polytex, 20 Zyklen, kreisend mit schwachem Druck;
5) mit Polyester-Klebeband schwach angedrückt, Test ohne Spülmedium.

Für das glaskeramisch beschichtete Edelstahlsubstrat wird hingegen aus der Tabelle 2 ersichtlich, dass dort deutlich verbesserte Enthaftungsresultate erhalten werden.

Das Füller-Overspray konnte mit Spülmedium B sowohl mit der Hochdruckbecherpistole bei 5 bar als auch durch „Abwischen mit Tuch” vollständig enthaftet werden.

Für den Basislack konnte mit der Hochdruckbecherpistole bei 5 bar schon bei der Verwendung von VE-Wasser (Spülmedium A) eine minimale Enthaftung bei einem von drei Versuchen (0*) festgestellt werden, mit Spülmedium B erzielte die gleiche Testmethode eine teilweise Enthaftung. Hingegen konnte durch „Abwischen mit Tuch” bei beiden Spülmedien vollständige Enthaftung erzielt werden.

Die Versuche, das 2K Klarlack-Overspray von dem beschichteten Edelstahlsubstrat zu entfernen, ergaben für die Hochdruckbecherpistole bei 2 und 5 bar mit Spülmedium C (Universalverdünnung) eine vollständige Enthaftung im Sprühbereich und Anlösen des Spritznebels in der benässten umgebenden Fläche (2**) und eine vollständige Enthaftung für „Abwischen mit Tuch” mit Spülmedium C. Mit Spülmedium A konnte für den 2K Klarlack mit der Hochdruckbecherpistole, 5 bar, eine vollständige Enthaftung bei einem von fünf Versuchen festgestellt werden, vier Versuche blieben ohne Enthaftung (2*).

Lediglich der 2K Topcoat Flugzeuglack zeigte bei keiner der Reinigungsmethoden eine Enthaftung.

Dafür konnte im Haftungstest mit dem Polyester-Klebeband eine teilweise Enthaftung auch bei dem 2K Topcoat Flugzeuglack festgestellt werden, während die Lacke der Automobilserie, Füller, Basislack und 2K Klarlack, in der Haftungsprüfung vollständige Enthaftung zeigten. Tabelle 2: Overspray auf beschichtetem Edelstahlsubstrat (0 = keine Enthaftung, 1 = teilweise Enthaftung, 2 = vollständige Enthaftung, 0* = minimale Enthaftung bei 1 von 3 Versuchen, 2* = vollständige Enthaftung bei 1 von 5 Versuchen, 4 Versuche ohne Enthaftung, 2** = vollständige Enthaftung im Sprühbereich und Anlösen des Spritznebels in der benässten umgebenden Fläche)

BeschichtungsstoffeFüller, dunkelgrau, Wasserbasis, Einbrennlack (Automobilserie)Basislack, schwarz uni, Wasserbasis, Einbrennlack (Automobilserie)2K Klarlack, konventionell Einbrennlack (Automobilserie)2K Topcoat, weiß, konventionell, lufttrocknend (Flugzeuglack)Trocknung bei Raumtemperatur (Tage)3433SpülmediumABABACACSpritzflasche1)00000000Hochdruckbecherpistole 12)000002**00Hochdruckbecherpistole 23)020*12*2**00Abwischen mit Tuch4)02220200Haftungspräfung5)2221
A: VE-Wasser; B: 13% Butylglykol/87% VE-Wasser; C: Universalverdünnung; Testmethoden:
1) 5 Sekunden mit schwachem Druck;
2) 2 bar, 5 sec, Rundstrahl, 5 cm Abstand;
3) 5 bar, 5 sec, Rundstrahl, 5 cm Abstand;
4) Polytex, 20 Zyklen, kreisend mit schwachem Druck;
5) mit Polyester-Klebeband schwach angedrückt, Test ohne Spülmedium;