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Verfahren und Vorrichtung zur elektrostatischen Beschichtung eines Gegenstandes mit pulverisiertem Überzugsmaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrostatischen Beschichtung eines Gegenstandes mit pulverisiertem Überzugsmaterial, bei welchem das aufzutragende Pulver in der Vorrichtung elektrisch aufgeladen und das aufgeladene Pulver an dem, als Elektrode mit bestimmtem Potential und Polarität geschalteten Gegenstand abgesetzt wird.
Um beispielsweise einen metallischen Gegenstand mit einem Schutz- oder Farbüberzug zu versehen, wird das Überzugsmaterial als feines Pulver auf den zu überziehenden Gegenstand aufgebracht und in einer nachfolgendenwärmebehandlung an diesen angesintert. Die mangelhafte Kohäsionund Adhäsion der weitaus meisten anwendbaren pulverisierten Materialien erschwert beträchtlich die Herstellung einer ausrei- chend dicken, gleichmässigen und festhaftenden Schicht.
Zur Herstellung solcher Schichten sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekanntgeworden.
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"Wirbelsintern".ObjektindiesesSinterbad eingetaucht. Um von diesem lästigen und unwirtschaftlichen Vorheizen des zu beschichtenden Gegenstandes loszukommen, ist man dazu übergegangen, das Objekt gegenüber der Badwandung auf Hochspannung zu legen, so dass sich die im wesentlichen elektrisch ungeladenen Pulverpartikel elektrostatisch an dieses anlagern konnten (S ames). Eine Abwandlung hievon hat als"Beflockungs- verfahren" praktische Bedeutung erlangt.
Zum Beflocken wird das aufzutragende zerkleinerte Überzugsmaterial auf eine ebene, als Elektrode ausgebildete Unterlage lose aufgeschichtet und der als zweite Elektrode geschaltete zu überziehende Gegenstand darüber hinweggeführt, wobei beide Elektroden an einen Gleichspannung erzeugenden Hochspannungsgenerator angeschlossen sind, so dass die auftretenden elektrostatischen Kräfte sowohl den Transport des Überzugsmaterials als auch dessen Haftung am Gegenstand übernehmen.
Einen wesentlichen Fortschritt gegenüber diesen ursprünglichen und einfachen Verfahren brachte das elektrostatische Pulversprühen, bei welchem das zu überziehende Objekt an Erde gelegt und das Pulver durch eine an Hochspannung angeschlossene Sprühvorrichtung elektrisch aufgeladen und gegen das Objekt hin zerstäubt wird. Mit diesem Verfahren werden im allgemeinen befriedigende Resultate erzielt. Schwierigkeiten treten jedoch immer dann auf, wenn beispielsweise Gegenstände mit tiefen Einbuchtungen, wie schmalen Nuten, belegt werden sollen und wenn in einem Arbeitsgang auch die Rückseiten grösserer Objekte beschichtet werden sollen.
Es ist versucht worden, diese Mängel durch Variation der angelegten Gleichspannung, Partikelgrösse, Sprühgeschwindigkeit, durch Anordnung von elektrostatischen Gegenfeldern, besondere Ausbildung der Spruhkopfe usw. zu beseitigen, befriedigende Ergebnissesindjedochbisher nicht erreicht worden.
Zweck der Erfindung ist, ein elektrostatisches Pulversprühverfahren aufzuzeigen. mit dem auf prak- tisch beliebig geformten Gegenständen eine gleichmässige, aus einem pulverisierten Überzugsmaterial bestehende Schicht aufgebracht werden kann.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässenver- fahrens anzugeben.
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Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass das aufzutragende Pulver mittels eines Gasstro- mes durch einen isolierten Kanal geblasen wird, in dem sich die Pulverpartikel durch Reibung elektrisch aufladen und dass die elektrisch geladenen Pulverpartikel durch den Gasstrom zum zu beschichtenden und auf einem bestimmten Potential liegenden Gegenstand transportiert werden.
In einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäss um einen rohrförmigen, aus einem isolierenden Kunststoff bestehenden, einerends an einem der Zuführung des Gas-Pulvergemisches dienenden Kunststoffrohr angeschlossenen und andernends in einer trichterförmigen Öffnung auslaufenden
Ladekanal ein zylinderförmiger, um seine Längsachse mit einstellbarer Geschwindigkeit umlaufender und aus einem zum Material des Ladekanals mindestens äquivalenten Material gefertigter Rotor angebracht, so dass durch Relativverschiebung von Rotor und Ladekanal zwischen Trichterrand und vorderer Rotoröff- nung eine in ihrer Länge verstellbare zylindrische Mantelfläche entsteht und dass im Bereich der Öffnung des Ladekanals eine zentrale Prallplatte wegnehmbar angeordnet ist,
so dass durch Variation der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors und Änderung der Länge der Zylindermantelfläche eine beliebige Änderung des Öffnungswinkels des Pulver-Sprühstrahles erreicht wird. Dass Pulver beim Durchblasen z. B. durch eine Düse elektrisch aufgeladen wird, ist altbekannt. Auch praktische Anwendungsbeispiele hiezu lassen sich finden. PauthenierverwendetbeispielsweisedenEffekt, dass sich Pulver aus einem Isoliermaterial im Luftstrom elektrisch auflädt, zur Erzeugung von Hochspannung.
Da hiebei die Ladung der Pulverpartikel üblicherweise an einen Kondensator abgegeben und die Hochspannung vom Kondensator abgenommen wird, kommt es nicht so sehr darauf an, welche spezielle Ladungsmenge von jedem Pulverkorn mitgeführt wird, vielmehr ist es erwünscht, dass sich die Pulverpartikel zur Erreichung eines guten Wirkungsgrades möglichst hoch aufladen. Dementsprechend wird das Pulvermaterial ausgewählt, werden die Betriebsbedingungen bestimmt und wird die Einrichtung so konstruiert, dass die gewünschte Hochspannung schnell erreicht wird. Beim Pulversprühen zur Erzeugung von Überzügen liegen die Verhältnisse völlig anders.
Hier ist das Pulvermaterial und seine Korngrösse primär bestimmt und die vom Pulverkorn mitzuführende Ladungistbeigegebener Anordnung nur in bestimmten, wenn auch weiten Grenzen optimal. Unter diesen Umständen ist es naheliegend, das Pulver durch an Hochspannung liegende Elektroden aufzuladen, wie dies bisher auch durchgeführt worden ist.
In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass mit den bekannten Sprühverfahren, bei welchen das Pulver durch Hochspannung führende Elektroden aufgeladen wird, nur relativ einfach geformte Gegenstände mit einer einwandfreien Schicht belegt werden können und dass die auf komplizierten Gebilden aufgebrachten Schichten die eingangs summarisch dargelegten Mängel aufweisen.
Die erfindungsgemässe Verwendung der Aufladung eines in einem Gasstrom geförderten Pulvers zur elektrostatischen Abscheidung dieses Pulvers auf einem geerdeten Objekt entbehrt somit nicht eines gewissen Überraschungsmomentes.
In zahlreichen Versuchen ist festgestellt worden, dass das Abblasen elektrisch selbstaufgeladenen Pulvers für eine elektrostatische Beschichtung e : nes Gegenstandes derart günstige Voraussetzungen schafft, dass bereits in vielen Fällen ohne zusätzlichen Aufwand auch bei kompliziert geformten Gegenständen gleichmässige und einwandfreie Schichten erhalten werden.
Den verschiedenen Aufgaben entsprechend, welche die auf Gegenständen aufgebrachten Überzüge zu erfüllen haben, werden für deren Herstellung auch die verschiedensten Materialien in verschiedenen Korngrössen verwendet. Es ist bereits erwähnt worden, dass es bei der elektrostatischen Bestäubung zur Erzielung einwandfreier Schichten erforderlich ist, die Ladung der Pulverpartikel in bestimmten Grenzen zu halten.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird demnach allgemein nur dann anwendbar sein, wenn die Selbstaufladung des Pulvers in irgendeiner Form steuerbar ist. Zur Steuerung der Selbstaufladung bieten sich viele Möglichkeiten an, die letztlich in zwei Kategorien aufteilbar sind : Beeinflussung derSelbstaufladung durch Änderung der physikalischen Eigenschaften der Bestäubungskomponenten Pulver und Gas, wie z. B. Feuch- tigkeit, Dampfgehalt, partielle Ionisation usw. und Änderungen in der Anordnung bzw. der elektrischen Schaltung der Vorrichtung, wie z, B. der Länge des isolierten Ladekanals oder des Zuführungsrohres, Verwendung von Sprühköpfen verschiedener Masse und Oberfläche und damit verschiedener Kapazität bzw.
Änderung der Kapazität eines Sprühkopfes durch Aufsteck-oder Zwischenringe, partielle Erdung der Zu- fuhrung z. B. durch Umwicklung mit einem geerdeten Band, Einschalten von Halbleiterelementen zwischen Ladekanal oder Zuführung und Erde usw. Zur Steuerung der Selbstaufladung sind somit offensichtlich ge- nügend variierbare Parameter vorhanden, um für jede spezielle Aufgabe leicht die optimalen Bedingungen zu schaffen.
SelbstverständlichkommtaúchdemSprühstrahl selbst zur Erzielung möglichst gleichmässiger Schich-
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möglichst grossen Öffnungswinkel aufweist, Gegenstände mit tiefen und schmalen Einschnitten dagegen mitcinemschmalenSprühstrahl, damit eine möglichst hohe Tiefenwirkung erzielt wird. Dies hat mit dem erfindungsgemässen Verfahren an sich direkt nichts zu tun, muss aber bei einer Vorrichtung beachtet werden, wenn diese in allen praktisch vorkommenden Fällen bei beliebig geformten Gegenständen gleichmässige und einwandfreie Schichten liefern seI !.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt.
Auf das Ende einer Rohrleitung oder eines Schlauches 1 z. B. aus Kunststoff ist der Ladekanal 2 aufgesetzt. Der Ladekanal 2 hat die Form eines Rohrstückes, dessen freie Öffnung in einen Trichter 3 ausläuft und ist ebenfalls aus Kunststoff gefertigt. Die Rohrleitung 1 dient-der Zuführung des PulverGasgemisches, das in einem besonderen Aggregat in bekannter Weise vorbereitet wird. Um den Ladekanal
2 ist, um dessen Achse rotierend, ein zylindrischer Teil als Rotor 4 angeordnet. Die Antriebs-und Lagerteile für den Rotor 4 sind in der Zeichnung nur schematisch dargestellt und mit 8 bezeichnet.
Die Lagerung ist derart, dass der Rotor 4 gegenüber dem Ladekanal axial verschoben werden kann, so dass zwischen der Öffnung des Rotors 4 und des Trichters 3 eine zylindrische Mantelfläche 5 mit variabler Länge entsteht. In der Achse des Ladekanals und vor der Trichteröffnung ist eine Prallplatte 7 angeordnet, die mit Vorrichtungen zum Herausklappen ausgestattet ist und mit einer zentralen Öffnung versehen sein kann. Vor der Mündung des Rotors 4 können in an sich bekannter Weise Gitter oder Stäbe 6 angeordnet sein, die zusammen mit dem Rotor 4 quer zur Achse des Ladekanals ? rotieren und ein Wirbelfeld erzeugen, in welchem dieStaubpartikel des Sprühstrahles eine Bewegungskomponente senkrecht zur Ladekanalachse erhalten, so dass der Sprühstrahl auseinandergezogen wird.
Der Sprühkopf selbst hat lediglich die Aufgabe, den Öffnungswinkel des Sprühstrahles den gestellten Anforderungen anzupassen. ZurErzielung einer Tiefenwirkung ist ein möglichst gebündelter Sprühstrahl erforderlich. Die Bündelung des Sprühstrahls kann durch Änderung der Drehzahl zusammen mit Änderung der Länge des zylindri- schen Mantelteiles, also durch eine Relativverschiebung von Rotor und Ladekanal leicht beliebig eingestellt werden, wobei zur Erzielung eines sehr engen Sprühstrahles die Prallplatte 7 aus dem Sprühstrahl entfernt und durch mehr oder weniger schnelle Rotation des Sprühkopfes die Förderluft seitlich abgezogen wird, wobei die mit hoher kinetischer Energie behafteten Pulverteilchen geradeaus als relativ scharfer Strahlweiterfliegenunddie Kavitätenhineingelangen.
DasEinklappenderPrallplatte bewirkt bereits eine erhebliche Verbreiterung des Spriihstrahles. Ist die Prallplatte ausserdem in axialer Richtung verschiebbar angeordnet, so kann auch leicht die Korngrösse des Pulvers berücksichtigt werden, so dass leicht eine grosse Flächenwirkung erzielt werden kann. Eine kombinierte Flächen- und Tiefenwirkung ist erreichbar, wenn die Prallplatte mit einer zentralen Öffnung versehen ist, so dass der axiale Teil des Sprühstrahles durch diese Öffnung hindurchgeht.
Die Aufladung des Pulvers erfolgt im Ladekanal und natürlich auch in der Zuführungsleitung. Das Ladungsvorzeichen hängt von den verwendeten Materialien ab, und hat wegen des geerdeten Gegenstandes keinen Einfluss auf die Schichtbildung.
In Sonderfällen kann es vorkommen, dass ein Pulver verwendet werden muss, das zufolge von Eigen- leitfähigkeit seine Ladung leicht verliert. In diesen Fällen ist es dann erforderlich, das Pulver nach den herkömmlichen Verfahren zusätzlich durch eine Hochspannung aufzuladen. Wie gesagt, sind dies jedoch SonderfäDe, die praktisch nur sehr selten vorkommen.
Die hier in grossen Zügen beschriebene und in der Zeichnung schematisch dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist nur einmusfübrungsbeispiel. Je nach den gewellten Anforderungen sind die verschiedensten Ausbildungen und Variationen möglich, die dann jedoch imnier so ausgeführt sein müssen, dass die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens auch voll zur Wirkung kommen.
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