CH664908A5 - Vorrichtung zum auftragen pulverfoermiger stoffe auf werkstuecke. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die vorliegende Erfindung kann beim Beschichten von Werkstücken mit Hilfe von Triboaufladung pulverförmiger Stoffe eingesetzt werden.

Zum besseren Verständnis möchten wir hier erwähnen, dass wir unter Triboaufladung die Bildung und Trennung statischer Ladungen beim Kontakt von zwei Körpern aus

Stoffen, die durch die Eigenschaft der Triboaufladung gekennzeichnet sind, bzw. bei der Lösung dieses Kontakts verstehen, obwohl einem auf diesem Gebiet tätigen Fachmann zweifelsohne der Begriff Triboaufladung bekannt ist.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke kann auch zum Mischen und Zerstäuben pulverförmiger und flüssiger Stoffe als Strahlapparat verwendet werden, z. B. als Sandstrahlgebläse und in Abscheideapparaten wie Zyklonen und Elektrofiltern und auch als Generator statischer Elektrizität.

Bekannt ist eine Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke, die ein Gehäuse mit einer Zarge enthält, die aus einem stromleitenden Material zum Ableiten der statischen Elektrizität angefertigt ist. Das Gehäuse hat die Form eines Zylinders aus einem Polymerdielektri-kum, der einen Eingangsteil für den Zutritt eines Pulver-Luft-Gemisches und einen Austrittsteil hat. Im Gehäuse befindet sich ein Schaft, der koaxial zum Gehäuse verläuft und auf seiner Länge an das Gehäuse anliegt.

Zur Vorrichtung gehört eine Einrichtung für den Durchgang des Pulver-Luft-Gemisches durch das Gehäuse und dessen Triboaufladung. Diese Einrichtung stellt einen wendeiförmigen Kanal dar, der von aufeinanderfolgenden, im Schaft in Form eines Schneckengangs eingeschnittenen Windungen und der zylindrischen Wand des Gehäuses gebildet wird.

Vorgesehen ist ein tropfenförmiger Zerteiler, der ausserhalb des Gehäuses in der Nähe seines Austrittsteils angebracht ist. Der Zerteiler ist an einer Schraube befestigt, die auf der Achse des Schafts liegt und in Längsrichtung des Schafts bewegt werden kann (Siehe z.B. den Sammelband der auf dem Seminar des Leningrader Hauses der wissenschaftlich-technischen Propaganda vorgestellten Arbeiten «Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendung pulverförmiger Polymer- und Oligopolymerstoffe», Leningrad, 1976, Seite 78 bis 79, russ.)

In der bekannten Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Polymerstoffe mit solcher konstruktiven Ausführung ist die Effektivität des Prozesses der Triboaufladung mangelhaft.

Das erklärt sich dadurch, dass die bekannte Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke, die eine Einrichtung für den Durchgang eines Pulver-Luft-Gemisches durch das Gehäuse und dessen Triboaufladung in Form eines spiralförmigen Kanals hat, dem Strom des Pulver-Luft-Gemisches einen ziemlich hohen aerodynamischen Widerstand entgegensetzt, was zu einer Verringerung der Geschwindigkeit des Stroms und der Teilchen des pul-verförmigen Stoffs und folglich zum teilweisen Verlust der kinetischen Energie der Teilchen führt.

Ausserdem verursacht ein grosser aerodynamischer Widerstand eine Verringerung der Masse des in einer Zeiteinheit in die Einrichtung für den Durchgang des pulverförmi-gen Stoffs gelangenden pulverförmigen Stoffs, was wiederum zu einer Verringerung der Leistung der bekannten Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke rührt.

Die beschriebene Ausführung des Kanals ermöglicht keine vollkommene Ausnutzung seiner Oberfläche für die Triboaufladung, da bei dieser Ausführung Hohlräume an den Stellen auftreten, wohin die Teilchen des pulverförmigen Stoffs nicht gelangen können bei ihrer Bewegung im Strom des Pulver-Luft-Gemisches.

Experimentell ist nachgewiesen worden, dass das optimale Verhältnis der Grösse der triboaufgeladenen Oberflächen S„ der Summe der Teilchen und der Grösse der triboaufla-denden Oberfläche Sy im Querschnitt der Vorrichtung zum Auftragen auf Werkstücke pulverförmiger Stoffe, die an der

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

664 908

Erzeugung von Ladungen in einer Schicht des Stroms des Pulver-Luft-Gemisches bei dessen Durchgang durch die Einrichtung für die Triboaufladung in einer Zeiteinheit gleichzeitig teilnehmen folgender Bedingung entsprechen muss:

103 > Sy/Sn è 8

Bei einem Verhältnis Sy/Sn = 8 erreicht der Verbrauch an pulverförmigem Stoff einen Grenzwert, bei dem eine für das Auftragen auf Werkstücke minimal zulässige Grösse der Triboaufladung auf den Teilchen des pulverförmigen Stoffs gewährleistet wird.

Das Verhältnis Sy/S„ = 103 entspricht dem minimalen Verbrauch an pulverförmigem Stoff, d.h. die Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe wird nicht effektiv ausgelastet. Die Grösse der Triboaufladung auf den Teilchen des pulverförmigen Stoffs kann einen Durchschlagswert von E = 33 kV erreichen, was den vollkommenen Verlust der Triboladung bewirkt.

Das erwähnte Verhältnis hängt von der spezifischen Oberfläche des pulverförmigen Stoffs ab, die wir als ein Verhältnis der Grösse der Oberfläche des pulverförmigen Stoffs zu seiner Masse (m2/kg) betrachten, und auch von der Form und den Abmessungen der triboaufladenden Oberfläche im Querschnitt der Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe.

Ein Kanal ist fast immer durch das Verhältnis Sy/Sn ^ 1 gekennzeichnet. In diesem Fall, wenn der Durchmesser des Kanals und des Teilchens des pulverförmigen Stoffs gleich ist, steht ein kugelförmiges Teilchen im zylindrischen Kanal mit dem Kanal auf seiner gesamten Umfangslinie in Berührung. In diesem Fall wird der maximale Wert des Verhältnisses erreicht, der gleich 1 ist.

Bei einer Vergrösserung des Durchmessers des Kanals verringert sich erheblich die Kontaktfläche im Querschnitt, da nur Teile der Kreislinien des Umfangs des Kanals und der Teilchen miteinander in Kontakt treten. Dabei wird die tri-boaufladende Oberfläche der Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke nur zu 10 bis 20% ausgelastet, weshalb nicht das optimale Verhältnis der triboaufladenden und triboaufgeladenen Oberflächen in den Grenzen von IO3 > Sy/S„ ^ 8 erreicht wird, welches eine ausreichende Grösse der Triboaufladung auf den Teilchen des pulverförmigen Stoffs bei der Triboaufladung in der Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke bei grossem Pulververbrauch sicherstellt.

Bei der Triboaufladung eines pulverförmigen Stoffs werden, wie experimentell nachgewiesen worden ist, in einem Kanal gleichzeitig in einer Schicht des Stroms des Pulver-Luft-Gemisches auf der Querschnittsfläche der Vorrichtung nur 10 bis 20% der Teilchen des pulverförmigen Stoffs tribo-aufgeladen, die sich im Strom mit den ungeladenen Teilchen vermengen und ihre Ladungen austauschen, wodurch der ursprüngliche Wert der Ladung verringert wird. Auf diese Weise wird im Endergebnis ein geringer Wert der Triboladung der Teilchen des pulverförmigen Stoffs erreicht, von denen nur 10 bis 20% einen ausreichend hohen Wert der Triboaufladung beim Austritt aus dem Gehäuse haben.

Solch ein geringer Anteil triboaufgeladener Teilchen im Strom des Pulver-Luft-Gemisches führt zu einer geringen Leistung der Vorrichtung auf Grund der geringen Menge der Teilchen des pulverförmigen Stoffs, die auf den Werkstük-ken niedergeschlagen wird und der ungenügenden Dichte der Schicht des Beschichtungsmaterials, was eine niedrige Qualität der BeSchichtung verursacht.

Das Abführen der Ladung von der Zarge des Gehäuses ist wenig effektiv, da die statische Ladung eines Dielektrikums nur eine geringe Beweglichkeit aufweist und sie nur mit Unterbrechungen zu einem stromleitenden Stoff (zur Zarge) hin wandert, wodurch ein unbeständiger Betrieb der bekannten Vorrichtung bei ununterbrochener Arbeitsweise und ein kleiner Wert der Triboladung auf den Teilchen des pulverförmigen Stoffs verursacht wird.

Ausserdem bekommen die Teilchen des pulverförmigen Stoffs nur eine gleichpolige Ladung, was beim Auftragen dicker Schichten fast immer zur Erscheinung einer «rückläufigen Korona» und zur Entstehung von Kratern und Durchbrüchen nach der Wärmebehandlung führt.

Unter dem Begriff «rückläufige Korona» verstehen wir eine Überschlussladung auf der Oberfläche der aufgetragenen Schicht des pulverförmigen Stoffs auf dem Werkstück, die ein elektrisches Feld mit einer Energie erzeugt, die der Durchschlagsspannung entspricht und die zum Durchschlag der Pulverschicht (Bildung von Kratern und Durchbrüchen) führt, was wiederum eine geringe Qualität der entstehenden BeSchichtung bewirkt und die Entstehung dickwandiger Be-schichtungen ausschliesst.

In der bekannten Vorrichtung befindet sich der Zerteiler in der Nähe des Austrittsteils des Gehäuses und zerkleinert und zerschlägt deshalb die bereits triboaufgeladenen Teilchen des pulverförmigen Stoffs, wodurch ihre spezifische Oberfläche vergrössert, aber die Oberflächendichte 5 der Ladung verringert wird, wobei wir unter Oberflächendichte der Ladung das Verhältnis der Grösse der Triboladung q (C-Coulomb) zur Grösse der Oberfläche des Teilchens S (m2): S = q/S(C/m2) verstehen.

Beim Lagern und Transport wirken die dielektrischen Polymerteilchen des pulverförmigen Stoffs aufeinander ein, koagulieren, d.h. sie haften aneinander an, und gelangen zur Triboaufladung als Konglomerate mit verringerter spezifischer Oberfläche, was einen ungenügenden Wert der Triboladung der Teilchen des pulverförmigen'Stoffs bei der Anordnung des Zerteilers hinter dem Austrittsteil des Gehäuses verursacht, wenn die Teilchen vor der Triboaufladung nicht zerschlagen (nicht zerkleinert) werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solch eine Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke zu schaffen, in der das Gehäuse, der Schaft und der Zerteiler so konstruiert sind, dass ein verhältnismässig hoher Wert der Triboladung der Teilchen des pulverförmigen Stoffs bei dessen hohem Verbrauch gewährleistet wird.

Auf Grund dessen, dass der Zerteiler am vorderen Ende des Schafts in Form eines Kegels ausgeführt und mit seinem Scheitelpunkt im Raum des Eingangsteils des Gehäuses entgegen dem Strom gelegen ist, wird eine Zerkleinerung der ungeladenen Teilchen des pulverförmigen Stoffs erreicht, wodurch die triboaufgeladene Oberfläche der Teilchen vergrössert wird. Im Anfangsstadium der Triboaufladung des pulverförmigen Stoffs kommt es zu einer Veränderung der Form des Stroms des Pulver-Luft-Gemisches beim Übergang von seinem Lauf als Strahl entlang der Achse mit einem kreisrunden Querschnitt des Strahls zum Lauf am Aus-senrand des Schafts mit einem ringförmigen Querschnitt des Strahls, was besonders erwünscht ist bei einer Vorrichtung, die eine Einrichtung für den Durchgang des Pulver-Luft-Gemisches durch das Gehäuse und dessen Triboaufladung in Form einer Menge Kanäle hat, bevor der Strom des Pul-ver-Luft-Gemisches in einzelne, getrennt verlaufende Kanäle aufgeteilt wird.

Bei solch einem Lauf am Rand des Schafts verteilt sich der Strom der Teilchen des Pulver-Luft-Gemisches zu einer Schicht auf der triboaufladenden Fläche, wodurch ein hoher Wert der Triboladung jedes einzelnen Teilchens des pulverförmigen Stoffs im Strom erzielt wird.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

664 908

4

Die Ausführung des am Eingangsteil des Gehäuses gelegenen Raums in Form eines allmählich sich in Stromrichtung erweiternden Kegelstumpfes gewährleistet eine optimale Verbreiterung des Stroms des Pulver-Luft-Gemisches bei der oben erwähnten Veränderung der Form des Stroms, was zur Verteilung der Teilchen des pulverförmigen Stoffs in eine Schicht auf der triboaufladenden Fläche ohne wesentliche Erhöhung des aerodynamischen Widerstands bei wesentlicher Vergrösserung der triboaufladenden Fläche der Vorrichtung zum Auftragen pulverförmigen Stoffe auf Werkstücke beiträgt.

Das erklärt sich dadurch, dass die Vielzahl einzelner, parallel verlaufender Kanäle, die zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Wand des Schafts gebildet werden und zwischen dem vorderen und dem hinteren Ende des Schafts verlaufen, die Möglichkeit schaffen, die triboaufla-dende Fläche der Vorrichtung um das Mehrfache zu ver-grössern ohne wesentliche Erweiterung seiner Abmessungen, wodurch die Einhaltung des optimalen Verhältnisses 103 > Sy/Sn 2: 8 gewährleistet wird.

Dabei vergrössert sich fast nicht der aerodynamische Widerstand. und der nutzlose Verlust kinetischer Energie (der Geschwindigkeit) der Teilchen des pulverförmigen Stoffes, die bei der Triboaufladung in elektrische Energie gewandelt wird, wird vermieden.

Die Vielzahl paralleler Kanäle gewährleistet einen hohen Wert der Triboaufladung des gesamten Stroms des pulverförmigen Stoffs, da gleichzeitig fast alle Teilchen in getrennten Kanälen triboaufgeladen werden, die zur Triboaufladung zerkleinert und mit grosser kinetischer Energie gelangen. Dabei wird eine um das Mehrfache grössere Leistung der Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke und eine überaus hohe Qualität der entstehenden Beschichtungen'erzielt.

Die Vielzahl getrennter Kanäle vermeidet fast vollkommen den Kontakt der Teilchen miteinander und einen Austausch der Ladungen der Teilchen während ihrer Triboaufladung, wodurch höhere Werte der Triboladung auf jedem Teilchen des pulverförmigen Stoffs erzielt werden.

Es ist klar ersichtlich, dass bei Vergrösserung der Anzahl der voneinander getrennten Kanäle die Möglichkeit besteht, den Verbrauch an pulverförmigem Stoff und auch die Leistung der angebotenen Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe zu erhöhen bei Gewährleistung des optimalen Verhältnisse in den Grenzen:

103 > Sy/Sn ^ 8

Es ist empfehlenswert, dass die Innenwand des Gehäuses zylindrisch ausgeführt wird und die Vielzahl der Kanäle in der Wand des Schafts durch wendeiförmig verlaufende Rippen gebildet werden, deren Scheitel sich in der Zone des Zer-teilers in der Strömungsrichtung allmählich verbreitert.

Die zylindrische Ausführung der Innenwand des Gehäuses und die Bildung einer Vielzahl von Kanälen durch wendeiförmig auf dem Schaft in Form eines mehrgängigen Gewindes verlaufenden Rippen ist am vorteilhaftesten und ökonomisch und technologisch gerechtfertigt. Bei Pannen der Vorrichtung wird gewöhnlich nur der Schaft ausgewechselt als Teil, der am meisten dem Verschleiss unterworfen ist.

Die Rippen gewährleisten am besten die Triboaufladung des pulverförmigen Stoffs, besonders dann, wenn sie mit einer Vertiefung an der Oberfläche auf dem einen Teil ihrer Länge ausgeführt sind und einen runden oder fast runden Querschnitt jedes einzelnen Kanals gewährleisten.

Die wendeiförmige Ausführung der Vielzahl der Kanäle in Form eines mehrgängigen Schraubengewindes führt zur Entstehung von Fliehkräften bei der Translationsbewegung des Pulver-Luft-Gemisches. Diese Fliehkräfte drücken die Teilchen des pulverförmigen Stoffs an die Wände der Kanäle (der Rippen), wobei sie in einer Schicht über die triboaufla-dende Fläche verteilt werden und die Kontaktkräfte bei der Triboaufladung und demnach die Reibungsarbeit ohne Erhöhung des aerodynamischen Widerstands zunehmen.

Die Ausführung der Rippen an der Aussenseite des Schafts mit gleichmässig sich in Stromrichtung verbreiternden Scheiteln am Eingang, die im zylindrischen Teil des Schafts senkrecht zur Achse verlaufen, gewährleistet eine stufenlose Verbindung mit dem kegelförmigen Zerteiler und gewährleistet auch in bester Weise eine Zerkleinerung der Teilchen des pulverförmigen Stoffs und eine gleichmässige Verteilung des Pulver-Luft-Gemisches über die Vielzahl der Kanäle.

Es ist auch empfehlenswert, dass die Stirnseite des hinteren Teils des Schafts eine parabolische Aussparung mit dem Scheitelpunkt auf der Achse des Schafts hat, in deren Mittelpunkt sich ein windschnittiger Vorsprung befindet.

Solch eine Ausführung der Stirnseite des hinteren Teils des Schafts gewährleistet ein besseres Vermischen der einzelnen Ströme des triboaufgeladenen, durch die Vielzahl der Kanäle strömenden Pulver-Luft-Gemisches zu einem Strom.

Der windschnittige Vorsprung gewährleistet ein allmähliches Vermischen der einzelnen Ströme des Pulver-Luft-Gemisches zu einem Strom, vergrössert die triboaufladende Fläche und Grösse der Triboladung der Teilchen und verringert den aerodynamischen Widerstand beim Mischen der Ströme.

Es ist erwünscht, dass die Vorrichtung einen am Austrittsteil des Gehäuses abnehmbar befestigten Aufsatz mit einer Innenfläche in Form einer Kontraktions-Diffusor-Düse mit einem Hals aufweist, der einen gleichmässigen Übergang zwischen dem Kontraktionsstück und dem Diffusor bildet, und einen Zylinder hat, der auf den Aufsatz aufgesetzt und mit ihm durch eine Schraubverbindung zur Veränderung der Form der Fackel verbunden ist.

Beim Auftragen eines pulverförmigen Stoffs auf ein breitflächiges Werkstück mit Hilfe der Vorrichtung bei der für den Durchgang des Pulver-Luft-Gemisches durch das Gehäuse und dessen Triboaufladung eine Vielzahl von Kanälen vorgesehen ist, ist der abnehmbar am Austrittsteil des Gehäuses befestigte Aufsatz besonders vorteilhaft, der die Fackel verbreitert, und somit ein grosser Teil der Oberfläche des Werkstücks bei gleichzeitiger zwei-, drei- und mehrmaliger Beschichtung erfasst wird, wobei eine ebensolche Erhöhung der Leistung erzielt wird.

Die Ausführung des Innenraums des Aufsatzes in Form einer Kontraktions-Diffusor-Düse mit einem Hals ermöglicht in bester Weise eine allmähliche Vereinigung der Vielzahl der Ströme zu einem Strom und den Übergang vom strahlenförmigen Strom zu einer weit ausladenden Fackel am Ausgang, wodurch um zwei, drei und mehr mal die von der Fackel erfasste Fläche bei gleichzeitigem Auftragen des pulverförmigen Stoffs vergrössert wird.

Zur Beschichtung von Werkstücken mit komplizierter Form und schwer zugänglichen Stellen (Nuten, Vertiefungen, Raumgitter) empfiehlt sich die Anbringung eines auf den Aufsatz aufgesteckten und mit ihm durch ein Gewinde verbundenen Zylinders, wodurch die Form und die Abmessungen der Fackel, d.h. des Stroms des triboaufgeladenen Pulver-Luft-Gemisches, von maximal sich verbreiternder Form der Fackel bis zu einer strahlenförmigen Fackel reguliert werden kann.

Dadurch werden die technologischen Möglichkeiten der Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke erweitert.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

664 908

Es ist günstig, dass in der Kontraktions-Diffusor-Düse ein windschnittiges Element installiert ist, das einen ringförmigen Kanal zwischen dem Kontraktionsstück und dem Diffusor bildet und mit seinem verjüngten Teil gegen den Strom gerichtet ist.

Das windschnittige Element in der Kontraktions-Diffu-sor-Düse verringert die Geschwindigkeit des Stroms des triboaufgeladenen Pulver-Luft-Gemisches, wodurch in unmittelbarer Nähe ausserhalb der Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe ein maximaler Niederschlag der triboaufgeladenen Teilchen des pulverförmigen Stoffs auf den Werkstücken erzielt wird.

Besonders zweckmässig ist die Anbringung des windschnittigen Elements in der Kontraktions-Diffusor-Düse beim Auftragen eines pulverförmigen Stoffs auf Werkstücke mit besonders komplizierter Form und beim Auftragen auf schwer zugängliche Stellen.

Es ist empfehlenswert, dass die Vorrichtung einen Kollektor enthält, der aus einem stromleitenden Material besteht und elektrisch miteinander verbundene Elemente hat, von denen das eine die Form eines Stutzens hat und abnehmbar am Eingangsteil des Gehäuses befestigt ist, und das andere mindestens ein ringförmiges Element darstellt, welches die Peripherie des Schaftes umfasst.

Die Ausführung des Kollektors aus mehreren Elementen ist besonders erwünscht in einer Vorrichtung, in der für den Durchgang des Pulver-Luft-Gemisches durch das Gehäuse und dessen Triboaufladung eine Vielzahl einzelner Kanäle vorhanden sind, da in diesem Fall die Triboaufladung äusserst effektiv vor sich geht und die triboelektrisierende Fläche sich schnell mit Ladungen der entgegengesetzten Polarität füllt, die möglichst vollkommen und schnell zur Gewährleistung einer zuverlässigen Triboaufladung des neu hinzukommenden pulverförmigen Stoffs abgeleitet werden müssen.

Das vom Kollektor aufgenommene Potential wird zweckmässigerweise auf das Werkstück zur Beschleunigung des Absetzens der triboaufgeladenen Teilchen übertragen, während der Überschuss des Potentials zur Erde abgeführt wird.

Die Schaffung eines Potentials mit einer zur Ladung der Teilchen entgegengesetzten Polarität am Werkstück beschleunigt das Niederschlagen der triboaufgeladenen Teilchen und erhöht die Dichte der Schicht der niedergeschlagenen Teilchen des pulverförmigen Stoffs, wodurch die Qualität der Beschichtung verbessert wird.

Das Vorhandensein eines Kollektors aus mehreren Elementen gewährleistet eine bipolare Triboaufladung des pulverförmigen Stoffs bei dessen Durchgang durch die Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke. Dieser Umstand ermöglicht wiederum das Auftragen verhältnismässig dicker Schichten des pulverförmigen Stoffs, da der Effekt der «rückläufigen Korona» erheblich verringert und die Dichte der Schicht des auf die Werkstücke aufgetragenen pulverförmigen Stoffs erhöht wird, wodurch eine höhere Qualität der Beschichtung erzielt wird.

Unter bipolarer Triboaufladung eines pulverförmigen Stoffs verstehen wir die Triboaufladung der Teilchen sowohl mit positiver als auch mit negativer Ladung während des Durchgangs der Teilchen vom Eingangsteil des Gehäuses durch den Kollektor bis zu seinem Austrittsteil. Auf diese Weise entstehen auf der Oberfläche der Teilchen überaus hohe Ladungen sowohl positiver als auch negativer Polarität.

Die Ausführung eines Elements des Kollektors in Form eines Stutzens mit einem Kanal und dessen Anordnung im Eingangsteil des Gehäuses gewährleistet die effektivste Abführung der Ladung von der triboelektrisierenden Fläche der Vorrichtung zu Beginn der Triboaufladung, wenn dieser Vorgang am intensivsten abläuft. Dabei verbleibt ein Teil der empfangenen Ladung den Teilchen des pulverförmigen Stoffs bei ihrem Kontakt mit einem Element des Kollektors.

Die Ausführung des anderen Elements in Form eines quer zum Strom des Pulver-Luft-Gemisches zwischen dem Gehäuse und dem Schaft angeordneten Rings verkürzt den Weg, auf dem die Ladung von den elektrisierenden Flächen aller Kanäle gleichzeitig vom Eingangsteil bis zum Austrittsteil auf der Länge des Gehäuses der Vorrichtung auf Werkstücke abgeleitet wird, sowie vergrössert die Ladung negativer Polarität am pulverförmigen Stoff.

Folglich gewährleistet die erfindungsgemässe Vorrichtung auf Werkstücke eine Erhöhung der Leistung, eine Qualitätsverbesserung der Beschichtung, die Möglichkeit des Auftragens pulverförmiger Stoffe auf breitflächige Werkstücke und auf Werkstücke mit komplizierter Form in sowohl dünnen als auch dicken Schichten bei einmaliger Beschichtung.

f)ie erwähnten Besonderheiten und andere Vorteile der Erfindung werden verständlicher durch folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und die beiliegenden Zeichnungen, und zwar zeigt:

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke im Längsschnitt;

Fig. 2 wie 1, einen Schnitt gemäss der Linie II—II in Fig. 1, in vergrössertem Massstab;

Fig. 3 eine Stelle A in Fig. 1, einen Schnitt durch den Schaft.

Die Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke, die im folgenden der Kürze halber mit «Vorrichtung» bezeichnet wird, enthält ein zylindrisches Gehäuse I (Fig. 1) aus einem dielektrischen Polymerstoff, das eine Zarge 2 aus einem stromleitenden Material zum Ableiten der statischen Ladung hat.

Das Gehäuse 1 besitzt einen Eingangsteil 3 für die Zuleitung eines Pulver-Luft-Gemisches in das Gehäuse 1 und einen Austrittsteil 4.

Die Aussenfläche des Eingangsteils 3 hat an der Stirnseite eine Stufe 3a, die einen Abschnitt mit geringerem Durchmesser als das Gehäuse 1 bildet. Mit Hilfe der Stufe 3a wird das Gehäuse 1 in einem Handgriff (nicht abgebildet) fixiert, mit dessen Hilfe die bedienende Person die erfindungsgemässe Vorrichtung in der gewünschten Lage hält. Im Eingangsteil 3 des Gehäuses 1 ist ein Hohlraum 5 in Form eines sich in Stromrichtung erweiternden Kegelstumpfes ausgebildet.

Im Gehäuse 1 befindet sich ein Schaft 6, der auf der Länge an der Innenfläche des Gehäuses 1 anliegt.

Die Vorrichtung enthält einen Zerteiler 7 für die Zerkleinerung der Teilchen des pulverförmigen Stoffs und die Veränderung der Form des Stroms.

Der Zerteiler 7 ist am vorderen Ende des Schafts 6 in Form eines Kegels ausgeführt.

Der Zerteiler 7 befindet sich im Raum 5 des Eingangsteils 3 des Gehäuses 1 und ist mit seinem Scheitelpunkt gegen den Strom des Pulver-Luft-Gemisches gerichtet. Durch solch eine Lage und Form des Zerteilers 7 geschieht die Zerkleinerung der Teilchen des pulverförmigen Stoffs zu Beginn der Triboaufladung, wodurch sie fast eine gleiche Korngrösse haben, was für die Triboaufladung pulverförmiger Stoffe äusserst vorteilhaft ist. Dabei nimmt der dem Strom entgegengesetzte aerodynamische Widerstand fast nicht zu.

Die Vorrichtung hat für den Durchgang des Pulver-Luft-Gemisches durch ihr Gehäuse 1 und dessen Triboaufladung, eine Vielzahl von Kanälen 8.

Die Kanäle 8 verlaufen zwischen dem vorderen (nicht bezeichnet) und dem hinteren Ende 9 des Schafts 6 und werden

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

664 908

6

von der Innenwand des Gehäuses 1 und der Wand des Schafts 6 gebildet.

Die Innenwand des Gehäuses 1 hat eine zylindrische Form. Die Vielzahl der Kanäle 8 ist in der Wand des Schafts 6 durch wendelartig in Form eines mehrgängigen Schraubengewindes verlaufende Rippen 10 gebildet.

Die Rippen 10 haben in der Zone des Zerteilers 7 Scheitel 11, die sich allmählich in Strömungsrichtung und in radialer Richtung von der Achse (nicht bezeichnet) des Schafts 6 zu seinem Umfang hin verbreitern.

Eine konkrete Ausführungsvariante hat, wie in Fig. 2 abgebildet, sechs Kanäle 8, die von sechs, symmetrisch auf dem Schaft 6 angeordneten Rippen 10 gebildet werden.

Die Stirnseite des hinteren Endes 9 des Schafts 6 hat eine parabolische Aussparung 12 (Fig. 3) mit dem Scheitelpunkt auf der Achse des Schafts 6, in deren Mittelpunkt sich ein windschnittiger, kegelförmiger Vorsprung 13 befindet.

Die parabolische Aussparung 12 gewährleistet zusammen mit dem windschnittigen Vorsprung 13 ein allmähliches Vermischen der einzelnen Ströme des durch die sechs Kanäle 8 strömenden Pulver-Luft-Gemisches, ohne den aerodynamischen Widerstand bei maximaler Ausnutzung der kinetischen Energie zu erhöhen, die fast vollkommen für die Triboaufladung der Teilchen des pulverförmigen Stoffs bei Vergrösserung der triboaufladenden Fläche der Vorrichtung ausgenutzt wird.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung besitzt einen Aufsatz 14 (Fig. 1), der mit Hilfe eines an der zylindrischen Innenfläche des relativ zum Strom anfänglichen Teils (nicht bezeichnet) des Aufsatzes 14 ausgeführten Gewindes 15 abnehmbar am Austrittsteil 4 des Gehäuses 1 befestigt ist.

Die Innenfläche des Aufsatzes 14 ist hinter der erwähnten zylindrischen Fläche in Form einer Kontraktions-Diffusor-Düse ausgebildet, und zwar eines Kontraktionsstücks 16 und eines Diffusors 17, die durch einen Hals 18 verbunden sind, der einen stufenlosen Übergang zwischen dem Kontraktionsstück 16 und dem Diffusor 17 bildet.

Der in Form einer Kontraktions-Diffusor-Düse mit einem Hals 18 ausgeführte Aufsatz 14 dient dem effektiven Vermischen der einzelnen Ströme des Pulver-Luft-Gemisches zu einem Strom und dessen stufenfreiem Austritt in Form einer sich weit ausbreitenden Fackel, was besonders bei einer Vielzahl von Kanälen 8 erwünscht ist.

Die Vorrichtung enthält auch einen auf den Aufsatz 14 aufgesteckten Zylinder 19, der mit ihm durch eine Schraubverbindung 20 verbunden ist, die ihre Bewegung relativ zueinander ermöglicht, wodurch die Form und die Abmessungen der Fackel verändert und so die Möglichkeiten beim Auftragen eines pulverförmigen Stoffs auf breitflächige Werkstücke und Werkstücke mit schwer zugänglichen Stellen erweitert werden.

Durch die Möglichkeit einer Bewegung des Zylinders 19 über die Aussenfläche des Aufsatzes 14 kann man leicht die Form und Abmessungen der Fackel während des Betriebs regulieren und einrichten.

Die Vorrichtung hat ein windschnittiges Element 21, das in der Kontraktions-Diffusor-Düse unter Bildung eines ringförmigen Kanals zwischen der Düse und dem Element installiert und mit seinem verjüngten Teil 22 gegen den Strom gerichtet ist.

Das windschnittige Element 21 stellt einen in Strömungsrichtung konisch verjüngten Körper dar, der axial installiert und mit Stiftschrauben 23 lösbar am Aufsatz 14 befestigt ist.

Das windschnittige Element 21 gewährleistet eine effektive Verminderung der Geschwindigkeit des Stroms des triboaufgeladenen Pulver-Luft-Gemisches beim Austritt aus dem Aufsatz 14 und eine Verwirbelung ausserhalb der Vorrichtung, was ein äusserst effektives Niederschlagen der triboaufgeladenen Teilchen auf die Werkstücke bewirkt.

Die Vorrichtung enthält einen Kollektor 24, der Elemente darstellt, die aus einem stromleitenden Material bestehen und elektrisch miteinander verbunden sind.

Ein Element 25 stellt einen Stutzen mit einem Kanal dar, der abnehmbar am Eingangsteil 3 des Gehäuses 1 befestigt ist, während das andere in der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ein ringförmiges Element 26, das aus Draht besteht, sich in einer (nicht bezeichneten) Eindrehung auf der Aussenfläche des Schaftes 6 befindet und am Schaft 6 an der Peripherie seines Querschnittes anliegt, sowie ein ringförmiges Element 27 darstellt, das sich in einer (nicht bezeichneten) Eindrehung am Körper des Gehäuses 1 befindet.

Das Element 25 des Kollektors 24 hat ein Gewinde 28 für die Verbindung mit dem Eingangsteil 3 des Gehäuses 1 und einen durchgehenden zylindrischen Kanal (nicht gekennzeichnet), der sich in Stromrichtung bis zur Verbindung mit der Oberfläche des Hohlraums 5 des Eingangsteils 3 des Gehäuses 1 allmählich erweitert.

Das Element 27 befindet sich im Körper des Gehäuses 1 an dessen zylindrischer Innenfläche, und das Element 26 im Körper des Schafts 6 an der Aussenfläche des Schafts 6.

Solch eine Anordnung der Elemente 25,26, 27 gewährleistet eine bipolare Triboaufladung der Teilchen des pulverförmigen Stoffs, wodurch die Geschwindigkeit des Niederschlags und die Dichte der Schicht der auf den Werkstücken niedergeschlagenen pulverförmigen Teilchen erhöht wird.

Die bipolare Triboaufladung ist ein äusserst wesentlicher Faktor beim Auftragen dicker Schichten, da sie wesentlich den Effekt der «rückläufigen Korona» vermindert.

Mit Hilfe des Kollektors 24 kann man am wirksamsten die Ladung von der triboaufladenden Fläche ableiten und das entstandene Potential nutzbringend verwenden, indem es auf das Werkstück übertragen und so eine Geschwindigkeit des Absetzens des triboaufgeladenen Stoffs erhöht wird, wobei die Leistung der Vorrichtung zunimmt und eine hohe Dichte der abgesetzten Schicht des pulverförmigen Stoffs gewährleistet wird.

Der Überschuss des Potentials wird zur Erde geleitet.

Die Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke funktioniert folgendermassen.

Der pulverförmige Stoff wird durch Ejektion aus einem Speiser in Form eines Pulver-Luft-Gemisches von bestimmter Konzentration erfasst und pneumatisch auf beliebige bekannte Weise durch das Element 25 zum Eingangsteil 3 transportiert. Beim Durchgang durch das aus einem stromleitenden Material bestehende Element 25 werden die Teilchen des pulverförmigen Stoffs negativ aufgeladen und gelangen in den Raum 5 des Eingangsteils 3 des Gehäuses 1.

Im Raum 5 wird der Strom des Pulver-Luft-Gemisches in der Form eines Strahls von axialem Querschnitt durch den kegelförmigen Zerteiler 7 des Schafts 6 zerteilt. Dabei kommt es zur Zerkleinerung und Triboaufladung der Teilchen durch eine positive Ladung, was durch die Auswahl des Materials für die Herstellung des Schafts 6, des Gehäuses 1 und des Aufsatzes 14 bewirkt wird.

Die weitere Veränderung der Form des Stroms bis zur peripheren Strömung, die Zerkleinerung der Teilchen des pulverförmigen Stoffs und ihre Triboaufladung geschieht durch die Gesamtheit folgender Elemente: des Raums 5 in Form eines Kegelstumpfs, des Zerteilers 7 in Form eines Kegels auf dem Schaft 6, der mit seiner Spitze gegen den Strom gerichtet ist, und der Rippen 10 mit allmählich sich in Stromrichtung verbreiternden Scheiteln 11. Die Rippen 10 sind symmetrisch angeordnet und aerodynamisch mit dem Zerteiler 7 verbunden und lenken den Randstrom des Pulver-Luft-Gemisches in einer Schicht über die elektrisieren5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7

664 908

den Flächen in einzelne Kanäle 8 zur weiteren Triboaufladung.

In den Kanälen 8 wandern die Teilchen des pulverförmigen Stoffs des Pulver-Luft-Gemisches als Strom entlang am Rand jedes Kanals 8, wobei sie dessen Querschnitt praktisch frei lassen, lagern sich in sehr dünner Schicht auf der Oberfläche der Rippen 10 und des Gehäuses 1 an und bewegen sich auf den Rippen 10 fort, wobei sie ihre Geschwindigkeit verringern und positiv aufgeladen werden.

Der Effekt der Triboaufladung erhöht die Effektivität der Rippen 10, da bei dieser Ausführung der Rippen 10 die Teilchen des pulverförmigen Stoffs auf Grund der bei ihrer Bewegung durch die Kanäle 8 entstehenden Fliehkräfte stärker an die Rippen 10 angedrückt werden. Die Rippen selbst bekommen dabei eine Ladung entgegengesetzter Polarität, die durch die Elemente 26, 27 abgeleitet wird.

Bei der weiteren Bewegung vom Eingangsteil 3 zum Austrittsteil 4 und der Verringerung der Geschwindigkeit beim Lauf entlang der Rippen 10 kommen die Teilchen des pulverförmigen Stoffs mit den Elementen 26,27 in Kontakt und erhalten an den Kontaktstellen eine negative Ladung.

Bei der weiteren Triboaufladung durch die Rippen 10 und den Aufsatz 14 erhalten die Teilchen des pulverförmigen Stoffs eine positive Ladung, die wesentlich grösser ist als die negative Ladung.

An Endteil 9 des Schafts 6 umspült das Pulver-Luft-Gemisch gleichmässig die Rippen 10 und den Vorsprung 13, wobei es seine Geschwindigkeit verringert und eine positive Ladung aufnimmt. In der Zone der parabolischen Aussparung 12 und des windschnittigen Vorsprungs 13 kommt es zum Vermischen der einzelnen Ströme zu einem Strom.

Bei der weiteren Bewegung wird das Pulver-Luft-Gemisch durch den Kontraktionsteil 16 des Aufsatzes 14 zu einem einheitlichen Strom zusammengedrückt, wonach im Hals 18 zusammen mit dem verjüngten Teil 22 des windschnittigen Elements 21 und dem Diffusor 17 die strahlartige Form des Stroms des triboaufgeladenen Pulver-Luft-Gemi-sches zu einer ringartigen Form mit einer weit sich ausbreitenden Fackel und geringer Austrittsgeschwindigkeit der Teilchen verändert wird.

Bei der Bewegung des Zylinders 19 vom Austrittsteil 4 des Gehäuses 1 zum fixierenden Vorsprung 29 hin mit Hilfe des Gewindes 20 wird die Form und Abmessung der Fackel von weit ausladender bis zur strahlartigen Form in Abhängigkeit von der Form und den Abmessungen des Werkstücks reguliert.

Ein Versuchsmuster der Vorrichtung hat erfolgreich die Erprobung bestanden und bewiesen, dass die Vorrichtung effektiv zum Auftragen pulverförmiger Stoffe sowohl auf breitflächige Werkstücke als auch auf Werkstücke mit komplizierter Form und schwer zugänglichen Stellen verwendet werden kann. Dabei wird eine Beschichtung von verhältnismässig hoher Qualität beim Auftragen dünner und dicker Schichten eines pulverförmigen Stoffs gewährleistet.

Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Vorrichtung besteht in der Möglichkeit einer Veränderung der Form und Abmessungen der Fackel beim Auftragen eines pulverförmigen Stoffs auf verschiedene Werkstücke im Betrieb'szustand und eines Auftragens sowohl dünner als auch dicker Schichten auf Werkstücke.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

S

1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. 664 908

   2

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Vorrichtung zum Auftragen pulverförmiger Stoffe auf Werkstücke, mit einem Gehäuse (1), das einen Eingangsteil (3) für ein Pulver-Luft-Gemisch und einen Austrittsteil (4) aufweist, und, im Gehäuse (1) untergebracht, einen Schaft (6) und eine Einrichtung für den Durchgang des Pulver-Luft-Gemisches durch das Gehäuse (1) und dessen Triboauf-ladung sowie einen Zerteiler (7) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass im Eingangsteil des Gehäuses ein Hohlraum in Form eines Kegelstumpfs ausgeführt ist, der sich in Strömungsrichtung erweitert, wobei der Zerteiler (7) am vorderen Ende des Schafts (6) die Form eines Kegels hat, der im Raum (5) des Eingangsteils (3) des Gehäuses (1) gelegen und mit seiner Spitze gegen den Strom gerichtet ist, und für den Durchgang des Pulver-Luft-Gemisches durch das Gehäuse (1) und dessen Triboaufladung eine Menge Kanäle (8) vorhanden sind, die zwischen der Innenwand des Gehäuses (1) und der Wand des Schafts (6) angeordnet sind und die zwischen dem vorderen und hinteren (9) Ende des Schafts (6) verlaufen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des Gehäuses (1) zylindrisch ausgeführt ist und die Kanäle (8) in der Wand des Schafts (6) durch wendeiförmig verlaufende Rippen (10) gebildet sind, deren Scheitel (11) sich in der Zone des Zerteilers (7) allmählich verbreitern.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite des hinteren Teils (9) des Schafts (6) eine parabolische Aussparung (12) mit dem Scheitelpunkt auf der Achse des Schafts (6) hat, in deren Mittelpunkt sich ein windschnittiger Vorsprung (13) befindet.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen am Austrittsteil (4) des Gehäuses (1) abnehmbar befestigten Aufsatz (14) mit einer Innenfläche in Form einer Kontraktions-Diffusor-Düse mit einem Hals (18) aufweist, der einen gleichmässigen Übergang zwischen dem Kontraktionsstück (16) und dem Diffusor (17) bildet, und einen Zylinder (19) hat, der auf den Aufsatz (14) aufgesetzt und mit ihm durch eine Schraubverbindung (20) zur Veränderung der Form der Fackel verbunden ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kontraktions-Diffusor-Düse ein windschnittiges Element (21) installiert ist, das einen ringförmigen Kanal zwischen dem Kontraktionsstück und dem Diffusor bildet und mit seinem veijüngten Teil (22) gegen den Strom gerichtet ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Kollektor (24) enthält, der aus einem stromleitenden Material besteht und elektrisch miteinander verbundene Elemente (25,26,27) hat, von denen das eine (25) die Form eines Stutzens hat und abnehmbar am Eingangsteil (3) des Gehäuses (1) befestigt ist, und das andere mindestens ein ringförmiges Element (26, 27) darstellt, welches die Peripherie des Schaftes (6) umfasst.