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Verfahren und Vorrichtung zum gerichteten
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Auftragen pulverförmiger Anstrichstoffe Beschreibung Die Erfindung
betrifft ein Verfahren, sowie Vorrichtunen zur Durchführung des Verfahrens, mit
welchem der Auftrag von Stäuben auf Werkstückoberflächen verbessert werden soll.
Es ist von besonderer Pedeutung für die elektrostatische Kunststoffbeschichtung,
insbesondere von starke Vertiefungen aufweisenden Oberflächen. Im allgemeinen ist
das Eindringen in Vertiefungen stets erschwert, wenn die aufzutragenden Partikel
mit Hilfe eines Gases vorzugsweise Druckluft - zerstäubt worden sind, und dieses
Trägergas nach Abgabe der von ihm getragenen Partikel aus den Vertiefungen zurückprallt
und das Einströmen nachfolgenden, noch Partikeln
enthaltenden Trägergases
behindert. Besonders erschwert ist das Eindringen jedoch, wenn ein elektrisches
Feld zwischen dem Sprühorgan - meist irgendeine Sprühpistole - und der Werkstückoberfläche
besteht und somit die Vertiefungen in der Werkstückobenfläche als sog. "Faraday'sche
Käfige bezeichnet werden können. Bei der elektrostatischen Pulverbeschichtung ist
jedoch das elektrische Feld unerläßlich, weil nur mit Hilfe der dadurch erzielten
elektrischen Ladung der Partikel diese auf der Werkstückoberfläche zum Haften gebracht
werden können.
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Die Aufgabenstellung für ein Verfahren zur elektrostatischen Beschichtung
von sog. zerklüfteten Oberflächen umfaßt folgende Kriterien: 1. Sämtliche von dem
zum Transpor41ienenden Gasstrom zu dem Sprühorgan geförderten Partikel sind möglichst
vollständig voneinander zu trennen, damit ihre Oberflächen ein Maximum an elektrischer
Ladung erhalten. Diese Forderung läßt nicht zu, den Förderstrom ohne weiteres einfach
auf das Werkstück zu richten; zu viele Teilchen würden aneinander haften bleiben
bzw. blieben zu nahe beieinander, um genügend Ionen anzulagern.
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2. Die kinetische Energie des Förderstromes soll möglichst vernichtet
werden, da es sonst, wie oben erwähnt, zu einem Rückprall des Fördergases käme.
Ein zu scharfer Strahl würde zudem das an Kanten bereits abgeschiedene Pulver wieder
abblasen.
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3. Auch die kinetische Energie der Teilchen sollte möglichst in der
Nähe der Elektrode, wo die höchste Felddichte besteht, vernichtet werden oder vernichtet
sein, um eine gewisse Verweildauer der Partikel in dieser Zone zu erhalten.
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4. Ein möglichst hoher Anteil an Partikeln soll in nicht zu hoher
Geschwindigkeit, jedoch in Form eines gerichteten Strahles in die Vertiefungen eingebricht
werden.
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Die Fordermngen 1 bis 3 werden im allgemeinen durch Anordnung eines
sog. PrallkörpWers vor der Mündung des Sprühorganes erfüllt; der Gas-/ Pulverstrom
trifft auf die stark divergierende Prallkörperoberfläche auf und wird radial nach
außen gelenkt. Da jedes Teilchen zu einem benachbarten in etwas anderem Winkel abgelenkt
wird, erzielt man eine ausreichend gute Trennung voneinander. Fördergas und Partikel
werden dabei durch die starke Ausbreitung des Fördergases stark abgebremst.
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Die entstehende Sprühwolke ist jedoch tellerförmig - gut geeignet
zur Flächenbeschichtung, jedoch schlecht geeignet zum Eindringen in Vertiefungen.
Es sind Lösungen bekannt, diese tellerförmige Wolke durch Anordnung von Gas- bzw.
Luftdüsenkränzen - sog. Lenkluft-Brausen-rund um die Sprühorganmündung durch Blasen
mittels Zusatz-Luftstrahlen umzuformen. Das Ergebnis ist unzureichend, denn die
Verweildauer der Partikel wird herabgesetzt, zu scharfe Luftstrahlen führen zu Rückprall,
während zu weiche Strahlen zu wenig Umlenkung bewirken.
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Das erfindungsgemåße Verfahren erfüllt nicht nur die Forderung 4 auf
andere eise, sondern löst die Gesamtaufgabe insofern vollkommener, weil insbesondere
Forderung 3 besser erfüllt wird, indem die Teilchen länger verweilen und weniger
stark beschleunigt werden.
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Das Prinzip beruht darauf, die durch in bekannter Weise erzielte tellerförmige
Wolke nicht durch Anblasen zu verformen, sondern in ihrer Nähe eine oder mehrere
als Injektor wirkende Strahldüseflanzuordnen
und von dort feine
Zusatzgasstralllen in Richtung auf die problematischen Vertiefungen zu blasen. Die
sich ergebende Saugwirkung bringt die Umgebungsluft dazu, in breitem Strom mit geringer
Geschwindigkeit von rundum auf die tellerförmige Wolke zuzuströmen und sie in einem
umfangreichen Strahl langsam in Richtung Berkstück strömen zu lassen. Da hierbei
die Geschwindigkeit des Strahles in der Mitte am größten und außen am geringsten
ist, ergibt sich optimales Eindringen bei relativ geringem Rückprall.
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Die Untersuchung verschiedener Ausführungsformen solcher Injektordüsen
zeigt, daß dann das günstigste Verhältnis zwischen Lenkgas-/ Lenkluftmenge und Partikelmenge
erzielt wird, wenn die Mündung der Düse möglichst nahe an der Sprühwolke angebracht
wird. Das bedeutet, daß die Düse nahe am Rande der Pralltellerrückseite anzuordnen
ist.
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Um unkontrollierte Wirbel möglichst zu vermeiden, ist es zweakmäßig,
entweder den Strahl konvergierend entlang einer Kegeloberfläche gem. Fig. 7 zur
Mitte hinströmen zu lassen, oder aber die Ausbildung eines kontrollierten Ringwirbels
durch entsprechende ringmuldenartige Ausformung der Prallkörperrückseite gem. Fig.
2 zu begünstigen. Bei letzterer Lösung braucht der Strahl nicht so stark zu konvergieren,
ohne daß die Kegelspitze zu schlank ausgebildet sein muß.
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Im übrigen führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einem weiteren
beträchtlichen Vorteil gegehüber den bekannten Systemen: Die Aufgabenstellung, einerseits
höchsten Auftragswirkungsgrad zu erreichen - d.h. einen möglichst hohen Anteil der
versprühten Partikel auf der Oberfläche abzuscheiden - und andererseits bestes Eindringvermögen
in Vertiefungen der Werkstückoberfläche zu erzielen, stellt einander entgegen gerichtete
Forderungen, weil nämlich jede
Beschleunigung der Partikel in irgendeine
Richtung zwangsläufig dazu führt, daß mehr Partikel an dem Werkstück vorbeifliegen,
wenn es sich - wie üblich - um eng begrenzte Werkstückoberflaihen handelt. Die bekannten
Systeme stellen daher jeweils Kompromisse zwischen beiden Teilaufgaben dar.
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Das vorleigende Verfahren hingegen ermöglicht, durch zeitweise Verstärkung
bzw. Drosselung der Injektorgasmenge jeweils der einen oder der anderen Forderung
mehr zu entsprechen; die Sprühwolkenform also der augenblicklich zu beschichtenden
Oberflächenform besser anzupassen.
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Im übrigen ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die husformung
des Sprühstrahles als sog. Flachstrahl. Zu diesem Zweck wird ein Anteil der am Außenrand
der Prallkörperrückseite angeordneten Düsen bzw. Ringdüsen konvergierend und ein
anderer Teil divergierend gerichtet, vorzugsweise dergestalt, daß sich je zwei konvergierend
gerichtete Gruppen von Einzeldüsen und zwei divergierend gerichtete Gruppen gem.
Fig. 5 gegenüberstehen. Auf diese Weise wird ein weicher Flachstrahl mit ausgezeichnetem
Zerstäubungsverhalten erzeugt, wie er zum Beschichten langgestreckter Hohlräume
- z.B.
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von Heizkonvektoren - benötigt wird.
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In den Zeichnungen sind bevorzugte Ausführungsformen entsprechender
Prallkörper dargestellt, wie sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
dienen
Fig. 1 zeigt im Querschnitt die Mündung t10) mit Elektroden
(11) einer Sprühpistole (1) mit einem als rund zu betrachtenden Prallkörper (12),
an dessen kreisförmiger Rückseite (121) ein Kranz von etwa gleichgerichteten Injektordüsen
(123) für den durch den hohlen Träger (13) strömenden Zusatzgasstrom (131) angeordenet
ist.
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Die mit dem Förderstrom (111) aus der Miindung (10) austretenden Partikel
(14) prallen auf die Borderseite (122) des Prallkörpers (12) und werden nach außen
abgelenkt. Dabei verlieren sie sogleich mit dem sich ausbreitenden Fördergas den
größten Teil ihrer Geschwindigkeit, und umgeben schwebend den Prallkörper, bis sie
in den Bereich der von den Zusatzgasstrahlen (132) angesaugten Umgebungsluft (133)
gelangen und mit dieser zusammen etwa parallel zu ihrer ursprünglichen Förderrichtung
abströmen.
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Fig. 2 zeigt ebenfalls im Querschnitt ein Sprühorgan (2) mit Mündung
(21) und einem ebenfalls kreisarunden oder ovalen Prallkörper (22) , an dessen äußerem
Rand (221) eine vom Zentrum (222) versorgte Ringdüse (223) verläuft, deren innerer
Rand (224) um ein mehrfaches der Düsenspaltweite (225) über das Ende (226) des äußeren
Randes (221) hinausgezogen ist, wobei die Richtung leicht konvergiert. Die Rückseite
(227) des Prallkörpers (22) ist mit einer Ringmulde (228) ausgestattet, in welcher
der sich bildende Rückwirbel (23) stabil steht und den abströmenden Ringstrahl (24)
stabilisiert. Auch hier werden die rund um den Prallkörper (22) schrebenden Partikel
(25) von dem als Injektor arbeitenden Ringstrahl (24) mit Hilfe der Umgebungsluft
angesaugt und mitgerissen und in die vom Ringstrahl (24) vorgegebene Richtung bewegt.
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Fig. 3 zeigt im Querschnitt durch einen Prallkörper(3), daß die an
dessen äußerem Rand (31) angeordneten Düsen (32) divergierend nach außen gerichtet
sein können; Fig. 4 ebenfalls im Querschnitt
durch den Prallkörper
4, daß derart angeordnete Düsen (41) auch konvergierend nach innen weisen können.
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Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Rückseite eines Prallkörpers.
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Besonders vorteilhaft ist die hier gezeigte Anordnung je zweier Gruppen
divergierender (51) und konvergierender (52) Düsen, wodurch die Partikel in Form
eines durch die divergierenden Strahlen breitgefächerten gleichzeitig aber durch
die konvergierenden Strahlen plattgedrückten Flachstrahles abströmen.
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Fig. 6 und 7 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform in zwei verschiedenen
Betriebszuständen, ebenfalls im Querschnitt mit Sprühorgan (6) bzw. (7) und Prallkörper
(61) bzw. (71). Diese Ausführung hat sich besonders dort bewährt, wo sowohl größere
Flächen als auch stärkere Vertiefungen in stets wechselnder zeitlicher Folge zu
beschichten sind. In Fig. 6 ist das Zusatzgas abgeschaltet bzw. stark reduziert
und man erkennt die Form der sich bildenden tellerartigen Sprühwolke (62). Der Förderstrom
(63) wird an der Vorderseite (64) des Prallkörpers (61) aufgespalten, und die ankommenden
Partikel (65) werden voneinander getrennt und abgebremst.
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In Fig. 7 wurde zwecks Einbringung der'Partikel (75) in Vertiefungen
der Werkstückoberfläche (nicht dargestellt) der Zusatzgasstrom (76) eingeschaltet,
wodurch sich eine an der als Kegel ausgebildeten Rückseite L712 rgierende Strömung
(78) ergibt.
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Von dieser als Injektor wirkenden Strömung wird die Umgebungsluft
(79) angesaugt und von jener die Partikel (75) wiederum etwa parallel zu der ursprünglichen
Förderstromrichtung (73) in Strahlform (72) bewegt.
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