Pulverlack mit Infrarotstrahlern effizient einbrennen

Bei der Entwicklung schneller und kompakter Pulverbeschichtungskonzepte, die z.B. im Precoatingbereich (Coil- und Can-Coating) für flache Substrate oder Kleinteile erforderlich sind, setzt das Fraunhofer IPA auf schnelle Einbrenntechniken. Die IR-Technik stellt dabei eine wichtige Alternative bzw. Ergänzung zur klassischen Temperaturbehandlung der Pulverlackschicht mittels Umluftofens dar.

Gasbetriebener Keramikstrahler; für industrielle Applikationen ist eine Rauchgasabsaugung erforderlich. Quelle: Fraunhofer IPA -

Um mit der IR-Technik hohe Leistungsdichten zu erzielen, verfolgt das IPA prinzipiell zwei Wege: einerseits die Erzeugung hoher Strahlertemperaturen, andererseits die Bereitstellung möglichst großer strahlender Oberflächen. Bei den elektrischen IR-Strahlern wird üblicherweise der Weg über die hohe Strahlertemperatur gewählt, da die strahlende Oberfläche (meist eine Glühwendel) im Vergleich zur Fläche des Gesamtstrahleraufbaus eher gering ist. So wird bei den im Bereich der elektrischen IR-Strahler leistungsstärksten NIR-Strahlern bei einer Strahlertemperatur von bis über 3000 °C je nach Aufbau eine Flächenleistungsdichte bezogen auf die Fläche des Gesamtstrahleraufbaus von bis zu 1000 kW/m² erzielt. Bei geringeren Strahlertemperaturen dagegen arbeiten elektrische Strahler, die eine größere Oberfläche der aktiv oder passiv strahlenden Teile des Strahlers besitzen, wie beispielsweise Carbonstrahler oder Strahler, bei denen z.B. mittels einer keramischen Beschichtung auf der Quarzglashülle die strahlende Oberfläche vergrößert wird.

VORTEILE

Die Vorteile der Gasinfrarot-Einbrenntechnik gegenüber den elektrischen IR-Strahlern liegen im breiteren Arbeitsfenster bei geringeren Strahlertemperaturen und in den geringeren Energiekosten (etwa Halbierung verglichen mit elektrischer Energie). Die Vorteile der elektrischen IR-Strahler liegen in den schnelleren Aufheiz- und Abkühlzeiten der Strahler (u. a. wichtig zur Vermeidung des Überbrennens der Lackschicht bei Anlagenstillstand), in der einfacheren Steuer- und Regelbarkeit sowie in geringeren Investitionskosten, da kostspielige sicherheitstechnische Komponenten, wie bei Gas­infrarotstrahlern erfor­der­lich, wegfallen.

Bei Gasinfrarotstrahlern werden hohe Leistungsdichten in der Regel bei relativ niedrigen Temperaturen durch die Verbrennung des Gases an einer Matrix mit großer Oberfläche erzielt. Die derzeit leistungsstärkste Variante ist der Porengasstrahler mit einer Strahlertemperatur von ca. 1400 °C und einer Flächenleistungsdichte bis ca. 1000 kW/m². Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten am Fraunhofer IPA zeigen, dass sich das Aufschmelzen und Vernetzen von Pulverlackschichten bei geringeren Strahlertemperaturen und größerer Strahleroberfläche günstig auf die Energieeffizienz und die Beschichtungsqualität auswirkt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei diesen mittelwelligen Strahlertypen das Emissionsspektrum der Strahler besser mit dem Absorptionsspektrum der Pulverlackschicht übereinstimmt.

Lesen Sie den gesamten Beitrag in besser lackieren. Nr. 14/2015.

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, Dr. Michael Hilt, Tel. + 49 711 970-3820, michael.hilt@ipa.fraunhofer.de; Markus Cudazzo, Tel. +49 711 970-1761, markus.cudazzo@ipa.fraunhofer.de, www.ipa.fraunhofer.de/beschichtung

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