DE102008004960A1

DE102008004960A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten

Info

Publication number: DE102008004960A1
Application number: DE102008004960A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Heidrich; Wolfgang Prof. Dr. Ing. habil. Kleber; Falk Schoenfeld
Original assignee: THERMOTEC GmbH
Current assignee: THERMOTEC GmbH
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-07-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten. Sie ist besonders für die Beschichtung von stark durchbrochenen Werkstücken, Drahtwaren und Kleinteilen, die üblicherweise von Werkstückträgern gehalten werden, in Kabinen geeignet. Erfindungsgemäß werden alle Kabinenöffnungen mit Ausnahme einer eng begrenzten Zuluftöffnung (9) verschlossen. Infolgedessen kann insbesondere beim Beschichten mit einem geringen Pulverausstoß die Absaugleistung gegenüber herkömmlichen Verfahren verringert werden. Auf diese Weise wird einerseits der Erst-Auftragswirkungsgrad erhöht und andererseits können gleichmäßigere Schichten hergestellt werden. Durch eine gezielt auf die Werkstücke gerichtete Luftführung in der Beschichtungskabine wird der Erst-Auftragswirkungsgrad zusätzlich erhöht. Es ist vorgesehen, vor und meistens auch hinter den bestückten Werkstückträgern (6) horizontal und vertikal verlaufende streifen- bzw. rahmenartige Abdeckungen (7) zu positionieren, die die breiten Stege der Werkstückträger (3) abdecken. Die Abdeckungen sind so angeordnet, dass sie Fenster (12) bilden, durch die ein verlustarmes Beschichten der Werkstücke ermöglicht wird. Das auf den Abdeckungen (7) haftende Pulver wird durch Abreinigen zurückgewonnen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen Beschichten, das besonders für die Beschichtung von stark durchbrochenen Werkstücken, Drahtwaren und an Werkstückträgern angeordneten Kleinteilen geeignet ist. Durch die Erfindung werden Pulververluste verringert und somit der Erst-Auftragswirkungsgrad erhöht. Darüber hinaus können, verglichen mit herkömmlichen Verfahren, gleichmäßigere Schichten hergestellt werden.
Beim Pulverlackieren werden Pulverlackteilchen bzw. Teilchen aus Trockenemail oder ähnlichen Materialien, die typischerweise eine durchschnittliche Korngröße von 10–120 μm haben, mit Hilfe eines Pulver-Sprühgeräts entweder durch ionisierte Luft (Korona-Applikation) oder durch Reibung (Tribo-Applikation) elektrostatisch aufgeladen und anschließend mit elektrischen Feldkäften auf das Werkstück gesprüht.
Die elektrostatisch aufgeladenen Partikel haften an den geerdeten Werkstücken aufgrund ihrer Spiegelladung. Auf diese Weise bilden sich auf den Werkstücken dichte, sich in der Schichtdicke selbst begrenzende Pulverschichten. Nach dem Beschichten werden die Pulverschichten eingebrannt. Hierbei werden die Partikel aufgeschmolzen bzw. aufgesintert und chemisch ausgehärtet. Infolgedessen bildet sich eine dichte und feste Filmschicht, die zudem am Werkstück, meist auf Grund von mechanischer Verklammerung, gut haftet.
Die Pulverlackierung erfolgt in speziellen mit Absaugungen versehenen Kabinen, die jeweils einen Sprüh- bzw. Beschichtungsbereich und einen Absaugbereich aufweisen. Die Absaugung muss, um die Bildung von explosiven Pulverstaub-Luft-Gemischen auszuschließen, einen Mindest-Luftvolumenstrom gewährleisten, d. h. die sog. untere Explosionsgrenze unterschreiten. Der Mindest-Luftvolumenstrom ist dabei abhängig von der pro Zeit versprühten Pulverlackmenge.
Gleichzeitig ist aus Gründen des Gesundheitsschutzes eine bestimmte Lufteintrittsgeschwindigkeit in die Kabinenöffnungen gefordert, um sicherzustellen, dass kein Pulver aus der Kabine austritt. Bei einer Pulverlackierung von Werkstücken, bei deren Beschichtung üblicherweise nur ein geringer Pulverausstoß aus den Sprühgeräten notwendig ist, wird bei Kabinen, die zur Ein- und Ausfahrt der Beschichtungsteile vergleichsweise große Öffnungen haben, die erforderliche Absaugleistung ausschließlich von der Größe der Kabinenöffnungen bestimmt.
Bei hohen Absaugleistungen wird beim Besprühen von Werkstücken ein größerer Anteil des gesprühten Pulvers, von der Absaugung mitgerissen, anstatt den elektrostatischen Kräften folgend auf das Werkstück geführt zu werden. Je höher die Luftgeschwindigkeit am Werkstück ist, desto größer ist dieser Anteil. Im Bereich von stark durchbrochenen Werkstücken, Drahtwaren und Kleinteilen, die meistens in großer Anzahl auf Metallträgern angeordnet werden, bilden sich turbulente Strömungen und infolgedessen hohe Luftgeschwindigkeiten. Es treten demgemäß bei derartigen Werkstücken besonders hohe Pulververluste auf, die auch bei Anlagen mit Rückgewinnungssystemen nur zum Teil und vergleichsweise aufwändig rückgeführt werden können. Nachteilig ist außerdem, dass die Luftgeschwindigkeiten über den Werkstücken zeitlich und örtlich stark variieren, was zu einer ungleichmäßigen Anlagerung von Partikeln und letztlich zu ungleichmäßigen Schichtdicken führt.
Die üblicherweise verwendeten Werkstückträger aus Metall, die der Fixierung und Erdung der Werkstücke während des Beschichtens dienen, werden mitbeschichtet, wodurch weitere Pulververluste verursacht werden. Dies ist besonders dadurch der Fall, dass die Werkstückträger für den nachfolgenden Ofenprozess weiterverwendet und die Pulverteilchen auf dem Träger eingebrannt werden.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Anregungen bekannt, die das Ziel haben, die Luftführung der Absaugungen von Kabinen für die Pulver-Lackbeschichtung zu verbessern.
So wird in DE 33 18 043 C2 vorgeschlagen, Abtrennungen zwischen dem Sprüh- und dem Absaugbereich der Kabinen für die Pulverlack-Beschichtung anzubringen. Die Abtrennungen sind jedoch bestimmungsgemäß unmittelbar vor dem Austrittsfilter angeordnet und haben in Verbindung mit einem zusätzlichen Luftstrom lediglich die Aufgabe, den Filter von Pulver freizuhalten.
In DE 33 02 593 A1 wird angeregt, im Inneren des Sprühraums Leitbleche anzubringen, um den Anteil des austretenden Pulvers zu verringern.
In DE 92 07 787 U1 wird eine zusammenlegbare Kabine vorgestellt, deren Wände, Decke und Boden sich zusammenfalten lassen bzw. entsprechend verschieb- oder verfahrbar sind, wobei die Kabine mit einer Rückgewinnungsvorrichtung versehen ist, deren Ansaugfläche während des Beschichtens nahe an die Werkstücke bzw. die Werkstückhalterungen herangeführt werden kann. Damit wird die angestrebte verbesserte Absaugwirkung erreicht.
Schließlich wird in DE 100 28 553 A1 eine Pulverbeschichtungskabine gezeigt, bei der der Absaugstrom vom Kabinenzentrum weg zu Wanddurchgängen verlagert wird.
Obwohl mit den o. g. Lösungen eine Verbesserung der Luftführung in den Beschichtungskabinen erreicht wird, bietet keine der Lösungen einen Ansatz dafür, dass beim Lackieren mit einem geringen Pulverausstoß nur die im Hinblick auf die Vermeidung von explosiven Gemischen unbedingt notwendige Absaugleistung abgefordert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere soll bei kleinteiligen Massenprodukten, stark durchbrochenen Werkstücken sowie Drahtwaren, die mit einem vergleichsweise geringen Pulverausstoß beschichtet werden, der Erst-Auftragswirkungsgrad erhöht und zudem eine gleichmäßigere Beschichtungsdicke erreicht werden. Des Weiteren soll der Anteil der Oberflächen der Werkzeugträger verringert werden, die eigentlich nicht zu beschichten sind, auf die jedoch verfahrensbedingt Pulver auftrifft.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst; vorteilhafte Ausführungen und Verwendungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und 3 sowie 4 bis 10.
Erfindungsgemäß werden nach dem Einbringen der Werkstücke zunächst alle Kabinenöffnungen mit Ausnahme einer eng begrenzten Zuluftöffnung geschlossen. Anschließend werden die Werkstücke beschichtet. Infolgedessen wird bei Beschich tungsprozessen, die mit einem vergleichsweise geringen Pulverausstoß arbeiten, die erforderliche Absaugleistung erheblich verringert.
Andererseits wird die geforderte Lufteintrittsgeschwindigkeit, da Luft ausschließlich durch die eng begrenzte Zuluftöffnung einströmen kann, sicher erreicht. Sofern vorgesehen ist, in der Kabine nicht nur automatisch, sondern auch von Hand zu beschichten, wird die Zuluftöffnung in ihrer Größe, Form und Anordnung so gestaltet, dass die ausführende Person möglichst wenig Staub ausgesetzt ist.
Nach dem Einfahren der Werkstücke werden vor und meist auch hinter den Werkstückträgern horizontal und vertikal verlaufende streifenartige Abdeckungen positioniert, wodurch die Werkstückträger und besonders deren massive Rahmenteile verdeckt sind. Die Abdeckungen sind so angeordnet, dass sie Fenster für die Werkstückanordnungen bilden, durch die das Beschichten ermöglicht wird.
Nach dem Ausfahren der Werkstückträger mit den Werkstücken werden die Abdeckungen innerhalb der Kabine gereinigt. Das gewonnene Pulver kann problemlos zur Beschichtung wieder verwendet werden, da es nach wie vor dieselbe Partikelgrößenverteilung hat.
Zum Pulverbeschichten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Beschichtungskabine verwendet, die bis auf eine eng begrenzte Zuluftöffnung staubdicht verschließbar ist. Zum Verschließen der Kabinenöffnungen kann die Kabine mit bewegbaren Wänden ausgerüstet sein, die mit Antihaftbeschichtungen versehen sind, die z. B. aus Polytetrafluorethylen (Teflon) oder Nanopartikeln bestehen. Zum Ein- und Ausfahren der Werkstücke hat die Kabine entweder zwei separate Öffnungen, die vorteilhafterweise in die gegenüberliegenden Wänden der Kabine eingebracht sind, oder die Kabine hat hierzu nur eine Öffnung.
Es ist vorteilhaft, die Beschichtungskabine an der Grenze zwischen dem Beschichtungskompartiment, also dem zur Beschichtung vorgesehenen Teil der Kabine, und dem Absaugkompartiment, also dem für die Absaugung vorgesehenen Teil der Kabine, zu trennen, und, um ein Öffnen bzw. Verschließen der Kabine zu ermöglichen, das gesamte Beschichtungskompartiment gegenüber dem Absaugkompartiment entweder horizontal oder vertikal verschiebbar zu lagern. Vorgesehen ist, das Beschichtungskompartiment auf einem Fahrgestell zu montieren, mit dem das komplette Beschichtungskompartiment zum Öffnen der Kabine vom Absaugkompartiment weg und zum Schließen der Kabine zu diesem hin bewegt wird.
Denkbar sind auch Varianten, bei denen das Beschichtungskompartiment derart beweglich gelagert ist, dass es zum Öffnen der Kabine nach oben/unten oder nach links/rechts verschoben werden kann.
Da die Abdeckungen für die Werkstückträger während des gesamten Lackierbetriebs nicht aus der Kabine entfernt werden, ist es von Vorteil, die Abdeckungen horizontal verschiebbar mit der Kabine zu verbinden. Hierzu können die Abdeckungen Rollen aufweisen, die durch an der Decke der Kabine angebrachte Schienen geführt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; hierzu zeigen:
1: die Seitenansicht der geöffneten Beschichtungskabine,
2: die Seitenansicht der geschlossenen Beschichtungskabine,
3: die Draufsicht der geöffneten Beschichtungskabine,
4: die Draufsicht der geschlossenen Beschichtungskabine,
5: einen Werkstückhalter mit Abdeckungen vor der Positionierung und
6: einen Werkstückhalter mit Abdeckungen nach der Positionierung,
7: detaillierte Darstellung des Werkstückträgers in Draufsicht, Seitenansicht und perspektivischer Ansicht.
Wie aus den 1 und 3 ersichtlich, besteht die Beschichtungskabine aus jeweils einem Absaugkompartiment 3, an dessen hinterem Ende die Absaugung, die sich aus dem Filter 2 und dem Absaugventilator 1 zusammensetzt, installiert ist, und einem Beschichtungskompartiment 10, in dem sich das Pulver-Sprühgerät 8 befindet. In der Decke des Beschichtungskompartiments 10 ist die eng begrenzte Zuluftöffnung 9 eingebracht. Das Beschichtungskompartiment 10 ist in bevorzugter Weise auf einem nicht dargestellten Fahrgestell befestigt, mit dessen Hilfe das Kompartiment 10 vor bzw. zurück, d. h. zum Absaugkompartiment 3 hin bzw. von diesem weg bewegt werden kann.
An den einander zugewandten Seiten des Absaugkompartiments 3 und des Beschichtungskompartiments 10 sind in bevorzugter Ausführung spiegelsymmetrisch jeweils sich im Querschnitt verjüngende, flexible Verbindungsstücke 5 angebracht. Bei geöffneter Kabine, d. h. bei zurückgefahrenem Beschichtungskompartiment 10, haben die Enden der Verbindungsstücke 5 einen so großen Abstand voneinander, dass der Werkstückträger 6 mit den zu beschichtenden Werkstücken unkompliziert eingebracht werden kann. Der Träger 6 wird mit einem Haltebügel in einer an der Kabine angebrachten Schiene eingehängt. Auf beiden Seiten des Werkstückträgers 6 sind Abdeckungen 7 angeordnet. Sie sind mit Rollen versehen, die durch senkrecht zur Schiene angeordnete Laufschienen geführt werden.
Die Beschichtungskabine wird dadurch geschlossen, dass das Beschichtungskompartiment 10 mit Hilfe des Fahrgestells in Richtung des Absaugkompartiments 3 bewegt wird. Wie aus den 2 und 4 ersichtlich ist, werden die flexiblen Verbindungsstücke 5 nach dem Schließen der Kabine von beiden Seiten auf den Werkstückträger 6 gepresst, wodurch eine staubdichte Verbindung zwischen Absaug- 3 und Beschichtungskompartiment 10 erreicht wird. Durch das Schließen der Kabine werden zudem die beiden Abdeckungen 7 nahe an die Werkstückträger 6 herangeführt.
Die Ausformung der Verbindungsstücke 5 bewirkt, dass die Luftströmung 4 das gesprühte Pulver gezielt in Richtung des Werkstückträgers 6 und der darauf befindlichen Werkstücke trägt, wodurch der Erst-Auftragswirkungsgrad noch weiter erhöht wird.
Wie aus 5 und 6 ersichtlich, werden durch Positionieren der horizontal und vertikal verlaufenden, streifenartigen Abdeckungen 7, die breiten Stege 11 des Werkstückträgers 6 abgedeckt. Die Abdeckungen 7 sind so angeordnet, dass sie Fenster ausbilden, die ein Beschichten der Werkstücke nahezu ohne Pulververlust ermöglichen. Wie in 7 dargestellt, ist der Werkstückträger 6 mit zahlreichen Haken 13 versehen, die ein unkompliziertes Befestigen der Werkstücke am Träger 6 ermöglichen.

1: Absaugventilator
2: Filter
3: Absaugkompartiment
4: Luftströmung
5: Verbindungsstücke
6: Werkstückträger
7: Abdeckung
8: Pulver-Sprühgerät
9: Lufteintrittsöffnung
10: Beschichtungskompartiment
11: Stege
12: Fenster
13: Haken

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3318043 C2 [0009]
- DE 3302593 A1 [0010]
- DE 9207787 U1 [0011]
- DE 10028553 A1 [0012]

Claims

Verfahren zum elektrostatischen Beschichten von stark durchbrochenen Werkstücken, von Drahtwaren und von an Werkstückträgern (6) angeordneten Kleinteilen in einer Kabine, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsvorgang nach dem Schließen aller Kabinenöffnungen mit Ausnahme einer eng begrenzten Zuluftöffnung (9) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückträger (6) innerhalb der Kabine während der Beschichtung durch horizontal und vertikal verlaufende streifen- bzw. rahmenartige Abdeckungen (7), die so angeordnet sind, dass sie Fenster (12) bilden und soweit abgedeckt werden, dass nur die Werkstücke und der für den Umgriff der Pulverwolke notwenige Bereich um das Werkstück zur elektrostatischen Beschichtung frei bleiben.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schließen der Kabinenöffnungen bewegbare Wände verwendet werden, die mit einer Antihaftbeschichtung versehen sind.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Beschichtung vorgesehene Kompartiment (10) der Kabine und das für die Absaugung vorgesehene Kompartiment (3) der Kabine voneinander getrennt sind, und zum Öffnen und Verschließen der Kabine das Beschichtungskompartiment (10) gegenüber dem Absaugkompartiment (3) verschiebbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungskompartiment (10) auf einem horizontal verschiebbaren Fahrgestell angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckungen (7) für die Werkstückträger (6) horizontal verschiebbar mit der Kabine verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckungeh (7) Rollen aufweisen, die durch an der Decke der Kabine angebrachte Schienen geführt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der stetig verlaufende vertikale Querschnitt der Beschichtungskabine in dem Bereich, wo das Beschichtungs- (10) und das Absaugkompartiment (3) aneinander grenzen, eingeschnürt ist, und hier beim Durchführen des Verfahrens die Werkzeugträger (6) und Abdeckungen (7) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl am Beschichtungs- (10) als auch am Absaugkompartiment (3) jeweils an der Seite, an der beide aneinander grenzen, sich im Querschnitt verjüngende Verbindungsstücke (5) angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstücke (5) aus einem flexiblen, staubdichten Material bestehen.