Schonend und energieeffizient

Nachhaltigkeitsanforderungen und schärfere VOC-Vorschriften machen lösemittelbasierte Lacke unbeliebter. Der Umstieg auf umweltfreundlichere Systeme erfordert jedoch auch ein Weiterdenken bei der Lacktrocknung. Je nach Anforderungen an Zeit und Energieaufwand stehen verschiedene Systeme zur Auswahl.

„Generell sind moderne Wasserlacke deutlich anwenderfreundlicher, als man ihnen nachsagt“, meint Reinhard Huber, gelernter Tischler und Anwendungstechniker bei der Adler-Werk Lackfabrik Johann Berghofer GmbH & Co KG im österreischen Schwaz. Bei vielen Wasserlacken verläuft die Trocknung etwas langsamer als bei Lösemittellacken. „Wichtig sind dabei die richtigen Umgebungsbedingungen. Ideal ist ein klimatisierter Trockenraum mit regulierter Luftfeuchtigkeit, in dem die Luft in Bewegung ist“, sagt Huber. In der Industrie ersetzte bisher oft ein Ofen diesen Trocknungsraum, wobei auch hier die Luftzirkulation wichtig war.

Lacktrocknung erfordert viel Energie

Doch starke Schwankungen bei Energiepreisen und zeitweise Angst vor einem Gasmangel ließen andere Trocknungsmöglichkeiten interessant erscheinen. Denn man benötigt viel Energie für das Trocknen von Wasserlacken: Ungefähr 2350 bis 2500 Kilojoule sind für die Verdunstung von einem Liter Wasser erforderlich.

Grund genug, den Trocknungsprozess genau unter die Lupe zu nehmen und nach Effizienzpotenzialen zu suchen. Die Harter GmbH in Stiefenhofen hat es getan und bietet Anlagen zur Kondensationstrocknung auf Wärmepumpenbasis an. Sie arbeiten bei Temperaturen zwischen 20 und 90 Grad Celsius, je nach Anwendung – was einem empfindlichen Substrat wie Holz entgegenkommt.

Neben der Wärmepumpe trägt auch die Entfeuchtungstechnik zur Energieeffizienz bei: Die feuchte und erwärmte Luft aus dem Trockenraum wird in einen Vorkühler und dann in einen Luftkühler geführt. Dort schlägt sich die Feuchtigkeit an den Lamellen des Luftkühlers nieder und läuft aus der Trocknungsanlage. Beim Kondensieren wird außerdem die Verdunstungsenergie wieder frei, die man im Vorerhitzer für das erneute Erwärmen der Luft nutzen kann – ohne zusätzliche Energiezufuhr. Der Lufterhitzer in der folgenden Stufe erwärmt dann die Luft auf die geforderte Prozesstemperatur, bevor sie wieder in den Trockenraum gelangt.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist die Schnelligkeit: Im Vergleich zu konventionellen Verfahren wie der Heißlufttrocknung oder einfachen Gebläsetechniken lässt sich laut Harter mit der Kondensationstrocknung bis zu 50 Prozent der Zeit einsparen.

Auch die Hellmann-Hygrex GmbH in Kaltenkirchen bietet ein eigenes Trocknungsverfahren an, das deutlich weniger Energie als konventionelle Trockner verbraucht – bis zu 80 Prozent. Die Vorteile beruhen auf der Luftfeuchtigkeitssenkung durch einen Industrietrockner. Der freie Wasserdampf in der Feuchtluft werde von den Maschinen durch Ausfrieren oder Kondensation entzogen und die Luft anschließend über den Kältekreislauf wieder erwärmt. Die warme Luft kann dann im Trockenraum wieder mehr Feuchtigkeit aufnehmen als kalte.

Das Verfahren ist durch das Wärmepumpenprinzip sehr energiesparend, zusätzliche Heizregister sind nicht erforderlich. Die Verdunstungsenergie – bis 2500 Kilojoule je Kilogramm Wasser – wird bei der Kondensation von Wasserdampf im Trockenluftgenerator wieder frei. Sie wird zur Trockenlufterwärmung übertragen und dem Trockenprozess wieder zugeführt, es handelt sich um einen geschlossenen Kreislauf. Ein Trockenluftgenerator des Unternehmens erzeugt mit einem Kilowatt Antriebsleistung circa drei bis vier Kilowatt Kälteleistung (Kondensation von Wasser) und vier bis fünf Kilowatt Wärmeleistung (Erwärmung der Trockenluft), wie bei einer Wärmepumpe.

Schonende Trocknung für Holzsubstrat gut geeignet

Dem empfindlichen Substrat Holz kommt das Verfahren entgegen: Bei einer Trockenluft-Temperatur von 20 bis 35 Grad Celsius werden die wässrigen Lacke ohne thermische Belastung getrocknet. Die Gefahr einer Hautbildung ist dabei deutlich geringer, als bei einer thermischen Trocknung oder bei Infrarot-Bestrahlung. Denn der Lackfilm bildet sich auch bei einer dicken Decklackschicht erst dann, wenn das Wasser von innen nach außen gleichmäßig diffundiert und verdunstet ist. Deshalb können auch große Schichtdicken bei optimaler Oberflächenqualität getrocknet werden.

Was in der Praxis erreicht werden kann, zeigen Projekte von Harter. In einem Fall wollte ein Hersteller von Fensterrahmen die Niedertemperaturtrocknung wegen schonender Entfeuchtung, des sicheren Prozesses und zur Energieeinsparung einsetzen. Harter rüstete dazu eine bereits bestehende Trockenkammer mit Kettenförderer auf sein Verfahren um. Dazu wurde die Kammer mit einem Umluftsystem ausgestattet und ein Wärmepumpenmodul angekoppelt. Bei einer Temperatur von circa 40 Grad Celsius trocknen die Fensterrahmen innerhalb von etwa zehn Minuten, die Anlage benötigt dafür eine Nennleistung von 9,5 Kilowatt.

Zusätzlich zur Energieeinsparung durch Wärmepumpentrockner und abluftfreies Trocknen ermöglicht das Verfahren einen reproduzierbaren Prozess ohne Blasen und Kocher, weil die Trocknung von innen heraus erfolgt. In einem zweiten Fall wollte ein Hersteller von Bierbankgarnituren die Qualität der Lackierung verbessern und eine Blockfestigkeit erreichen, den Nachfolgeprozess in der Produktion sicherstellen, die Taktzeit verkürzen, die Produktionskapazitäten erhöhen, Energie sparen und überdies eine Neuanlage in extrem enge Platzverhältnisse integrieren. Harter baute dafür einen Trockenschrank in einer Nische ein und installierte das Wärmepumpenmodul im ersten Stock.

Beide Anlagenteile sind über eine isolierte Verrohrung verbunden. Bei einer Temperatur von etwa 40 Grad Celsius trocknen die Bierbänke jetzt innerhalb von 20 Minuten – zuvor waren es zwei bis drei Tage. Dafür genügt eine Anlage mit einer Nennleistung von 8,3 Kilowatt. Außerdem hat der Hersteller die Blockfestigkeit sowie einen reproduzierbaren Prozess erreicht. Die kürzere Taktzeit ermöglicht auch einen höheren Ausstoß. Hinzu kommt die Energieeinsparung

Auch Infrarot-Trocknung entwickelt sich weiter

Doch auch andere Trocknungsverfahren entwickeln sich weiter. So hat zum Beispiel die Excelitas Noblelight GmbH in Hanau Carbon-Infrarotstrahler auf den Markt gebracht. Während konventionelle mittelwellige Strahler mit einer Heizwendel aus legiertem Widerstandsdraht aus Eisen, Chrom und Aluminium ausgestattet sind, findet sich bei den neuartigen Strahlern dort ein Carbonband (siehe auch Seite 36-38).

Wie sich Infrarot-Strahler in der Praxis sinnvoll einsetzen lassen, erläutert Noblelight anhand eines Beispiels: Bei der Fertigung von Möbeln werden Paneele aus unbehandeltem Holz farbig gebeizt und dann mit einem UV-Lack beschichtet. Die Beize muss vollständig getrocknet sein, bevor der UV-Lack aufgebracht werden kann. Farbbeizen auf Wasserbasis können hier Probleme verursachen, denn Wasser trocknet relativ langsam.

Schnelle Trocknung hat je nach Anwendung Vorrang

Ein schottisches Unternehmen verglich bei der Suche nach einer effizienten Trocknung verschiedene Verfahren. Sie zogen zunächst Gaskonvektionsöfen in Betracht, verwarfen aber diese Möglichkeit: Sie hätten eine Stellfläche mit einer Länge von etwa 20 Metern benötigt und für die vollständige Trocknung wäre eine Verweilzeit von etwa 30 Minuten erforderlich gewesen.

Schließlich entschied man sich für zwei mittelwellige Infrarot-Module von Noblelight. Sie sind etwa zwei Meter lang und trockneten mit einer Leistung von jeweils 12 Kilowatt die Platten vollständig, selbst bei einer Liniengeschwindigkeit von 10 Metern pro Minute. Die Infrarot-Module erreichen in weniger als zwei Minuten die erforderliche Temperatur, so dass sie in der Mittagspause und während längerer Pausen abgeschaltet werden können. Gasöfen hingegen müssen den ganzen Arbeitstag über auf Temperatur gehalten werden. Somit hilft die Carbonstrahler-Infrarottechnolgoie, die Lacktrocknung energieeffizienter zu gestalten.

Noch schneller geht das Aushärten der Lacke mit UV-Strahlung. Allerdings funktioniert das nur mit speziellen UV-Lacken. Genau genommen trocknen diese Lacke auch nicht: Der Übergang vom flüssigen Lack zur festen Lackschicht erfolgt über eine chemische Reaktion, die Lackmoleküle vernetzen miteinander.

Aus diesem Grund ist eine „UV-Trocknung“ nur sehr bedingt mit anderen Verfahren vergleichbar. Ihr Vorteil ist, dass der Lack mit wenig Energieeinsatz innerhalb von Sekunden aushärtet. Die Oberfläche ist trocken, abriebfest und lässt sich sofort weiter verarbeiten.

Adler-Werk Lackfabrik Johann Berghofer GmbH & Co KG
www.adler-lacke.com

Excelitas Noblelight GmbH
www.noblelight.com

Harter GmbH
www.harter-gmbh.de

Hellmann-Hygrex GmbH
www.hygrex.de