DE60022156T2

DE60022156T2 - Verfahren zum bedecken eines objektes mit einem film

Info

Publication number: DE60022156T2
Application number: DE60022156T
Authority: DE
Inventors: Ariel Bru; Don London INCULET; Arnaud Tedoldi
Original assignee: Arkema France SA; Arkema SA
Current assignee: Arkema France SA
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: DE60022156D1; CN1320061A; KR20010074831A; CA2340033C; JP2003501259A; DE60022156T3; ES2248086T3; EP1119422B1; ATE302653T1; CA2340033A1; FR2795004A1; EP1119422B2; WO2000076677A1; AU5540000A; CN1204980C; JP4705292B2; ES2248086T5; EP1119422A1; KR100602822B1; US6506455B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Objekts mit einem Film, der von der Fusion einer dünnen Schicht von Pulver stammt, das vorher auf das Objekt aufgebracht wurde, und das Gerät für den Einsatz dieses Verfahrens. Es geht insbesondere darum, alle Arten von Objekten mit Hilfe eines Pulvers in einem Wirbelbett zu beschichten. Dieses Pulver ist in Form von festen Partikeln von geringer Größe, beispielsweise zwischen 0,01 und 1 mm, mit beliebiger Form vorhanden, die sich im Wirbelstromsinterzustand im Inneren des Betts im Beisein von Luft oder jedes anderen Gases befinden.
Derzeit gibt es auf industrieller Ebene mehrere Beschichtungsverfahren.
Das erste ist das elektrostatische Stauben, das darin besteht, das Pulver mit statischer Elektrizität aufzuladen und mit dem zu beschichtenden Objekt, das mit einem Nullpotenzial verbunden ist, in Kontakt zu bringen. Beispielsweise wird das im Wirbelstromsinterzustand gehaltene Pulver in eine elektrostatische Pistole eingespritzt, die das Pulver durch Corona-Effekt, durch Triboelektrifizierung oder eine Kombination der beiden auflädt. Das so aufgeladene Pulver wird auf das mit einem Nullpotenzial verbundene zu beschichtende Objekt projiziert. Die Beschichtung erfolgt entlang der elektrischen Feldlinien. Aus diesem Grund werden die Zonen, die Faraday'sche Käfige aufweisen, schlecht beschichtet, wie beispielsweise die Schnittstellen oder die Hohlteile. Ferner wird viel Pulver nicht auf das Objekt aufgebracht und muss somit rezykliert werden. Das mit Pulver beschichtete Objekt wird dann in einem Ofen mit einer ausreichenden Temperatur angeordnet, um eine Beschichtung durch Fusion des Pulvers sicher zu stellen, die die Filmbildung hervorruft. Beispielsweise reicht für ein Polyamidpulver 12 eine Erhitzung auf 200 °C aus.
Das zweite besteht darin, das zu beschichtende Objekt auf eine höhere Temperatur als die Fusionstemperatur des Pulvers zu erhitzen. Wenn es erhitzt ist, wird das Objekt sofort in ein Wirbelbett getaucht, das Pulver schmilzt im Kontakt mit dem heißen Objekt und bildet einen Film. Auf diese Weise wird eine feste Beschichtung gewährleistet. Bei diesem Verfahren wird ein heißes Objekt in einem kalten Wirbelbett gehärtet, und um gegen den Wärmeverlust anzukämpfen, ist ein Ofen mit einer höheren Temperatur als der für die Filmbildung notwendigen erforderlich, was zu einen erhöhten Energieverbrauch führt. Das gesamte Pulver wird allerdings in dem Bett gehalten, und die Beschichtung ist nicht von den Bereichen beeinträchtigt, die einen Faraday'schen Effekt aufweisen. Die Dicke hängt von der Form des Objekts ab und kann nicht völlig einheitlich sein. Die vorliegende Erfindung betrifft das elektrostatische Stauben.
[Vorveröffentlichte Technik]
Es gibt herkömmliche elektrostatische Wirbelbetten, wie beispielsweise in dem Patent US 4 381 728 beschrieben, in denen Elektroden angeordnet sind, die auf sehr hohe Potenziale gebracht werden. In solchen elektrostatischen Wirbelbetten werden die Partikel durch Corona-Effekt aufgeladen, der darin besteht, die Luft in der Nähe einer Spitze zu ionisieren und somit die Partikel in dieser Zone elektrisch aufzuladen. Das zu beschichtende Objekt wird in das Wirbelbett getaucht. Gute Beschichtungen werden in solchen Betten erhalten, aber sie weisen eine gewisse Gefahr auf Grund des Vorhandenseins von Elektroden, die auf ein hohes Potenzial gebracht werden, auf, die zu Lichtbögen mit dem zu beschichtenden Objekt führen können.
Um jeden Lichtbogen zwischen der Elektrode und dem zu beschichtenden Objekt zu vermeiden, ist es möglich, diese Elektrode unter einer porösen Platte anzuordnen, wie in dem Patent GB 1.487.195 beschrieben.
Ein Nachteil dieser herkömmlichen Systeme eines elektrostatischen Wirbelbettes mit Corona-Ladung besteht in der Tatsache, dass die Aufbringung eines Pulvers nicht homogen ist. Insbesondere die konkaven Teile eines Werkstücks sind schwer zugänglich. In dem Patent US 4 689 241 sind Einschränkungen beschrieben, wie beispielsweise die fehlende Dicke in den Faraday'schen Käfigen, die von dem zu beschichtenden Objekt gebildet werden. Schließlich ist ein Dickenunterschied bei der Pulveraufbringung zwischen den am weitesten von der Ladungselektrode entfernten Teilen zu beobachten. Weitere Beschreibungen von herkömmlichen elektrostatischen Wirbelbetten mit Corona-Effekt sind zu finden in „Electrostatic fluidised bed, theory, design, application", American Paint Journal 1972, 57 (11) 53-5, 66, 68, 70-2 und in „ANTEC, Conference Proceedings (Part 2)", Society of Plastics Engineers, 1994 – Brookfield, CT, USA – Seite 2329, 2331.
Um diese Probleme zu lösen, wurden Alternativlösungen vorgeschlagen. In dem Patent WO 96 11061 ist ein Ladesystem beschrieben, das nicht mit Corona-Effekt sondern mit Induktion ist. Jedoch diese Technik bleibt nur für Pulver mit geringem elektrischem Widerstand anwendbar.
In der Veröffentlichung „Triboelectrification of polymer powders in a fluidised bed", Power Engineering; Journal of the Academy of Science of the USSR Band 19, Nr. 6, Seite 75–83, ist ein triboelektrisches Ladesystem beschrieben, das aber auch durch mit einer hohen Spannung verbundene Elektroden unterstützt wird.
Schließlich ist in der Veröffentlichung „Charge of powdered paint according to a triboelectric mechanism during its fluidisation", Journal Lakokras, Mater, IKH, Primen (1979), (4), 30-2 die triboelektrische Ladung in einem herkömmlichen Wirbelbett an den Wänden der Wanne beschrieben. Jedoch sie erwähnt die zeitlichen Einschränkungen der elektrischen Ladung auf Grund des Überzugs der Wände durch Pulverpartikel ab den ersten Momenten des Wirbelstromsinterns.
[Kurzbeschreibung der Erfindung]
Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet eine andere Triboaufladevorrichtung als die Wände der Wanne und verwendet keine Elektroden, die mit einer elektrischen Energiequelle verbunden sind.
So ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Beschichten eines Objekts mit einem Film, der von der Fusion einer dünnen Schicht von Pulver stammt, bei dem:

(a) in einer Wanne ein elektrostatisches Pulverwirbelbett vorhanden ist, wobei dieses Pulver im Wesentlichen mit einer Triboaufladevorrichtung die nicht in den Wänden der Wanne besteht und sich in der Wanne befindet, aufgeladen wird,
(b) das Objekt, das an ein Nullpotenzial oder ein ausreichendes Potenzial, um es mit Pulver zu beschichten, angeschlossen ist, in die Wanne getaucht wird,
(c) dann das mit Pulver beschichtete Objekt in einen Ofen bei einer ausreichenden Temperatur gestellt wird, bis der Beschichtungsfilm durch Fusion des Pulvers erhalten wird.

Es handelt sich um ein elektrostatisches Wirbelbett, das im Wesentlichen mit Hilfe einer Triboaufladevorrichtung, die nicht von den Wänden der Wanne gebildet ist, aufgeladen wird. Das Pulver ist tribogeladen und erzeugt somit eine starke räumliche Ladungsdichte im Inneren des Wirbelbettes. Das Pulver wird aufgeladen und im Wirbelstrom gesintert. Wenn ein zu beschichtendes Objekt, das an ein Nullpotenzial oder ein ausreichendes Potenzial angeschlossen ist, in das aufgeladene Bett getaucht wird, ist ein elektrisches Feld vorhanden, das von dem aufgeladenen Pulvervolumen erzeugt wird. Dies trägt zu einer guten Elektrobeschichtung auf dem Objekt an der Erde bei. Das Objekt kann eine positive, negative oder Null-Polarisierung aufweisen. Vorzugsweise ist die Triboaufladevorrichtung wabenförmig.
Bei dieser Erfindung ist das Pulver tribogeladen, d.h. durch Kontakt oder Reibung aufgeladen. Die Reibung ist durch die Luft oder das Wirbelstromsintergas gewährleistet, das (die) die Pulverpartikel antreibt und es diesen ermöglicht, mit den Triboladesystemen in Kontakt zu kommen, die in der Folge beschrieben sind. Das in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Ladesystem ist autonom und erfordert keine andere Energiezufuhr als das Gas, das das Wirbelstromsintern des Pulvers sicher stellt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch das Gerät für den Einsatz des Verfahrens.
[Detaillierte Beschreibung der Erfindung]
Die Objekte, die beschichtet werden können, können von jeglicher Art sein, vorausgesetzt dass sie in die Wirbelstromsinterwanne getaucht werden und der Temperatur des Ofens standhalten können. Als Beispiel können die Metalle, wie Aluminium, Aluminiumlegierungen, Stahl und seine Legierungen, genannt werden. Die Erfindung ist insbesondere für die Metallkörbe von Geschirrspülmaschinen nützlich.
Was die Pulver betrifft, sind diese von einer Substanz gebildet, die durch Erhitzung einen Schutzfilm des Objekts bildet. Als Beispiel können die Polyamide, die Polyolefine, die Epoxide und die Polyester genannt werden.
Unter Polyamid sind zu verstehen die Kondensationsprodukte:

– von einer oder mehreren Aminosäuren, wie beispielsweise Aminocapronsäure, Amino-7-heptansäure, Amino-11-undecansäure und Amino-12-dodecansäure eines oder mehrerer Lactame, wie beispielsweise Cacprolactam, Oenantholactam und Lauryllactam;
– von einem oder mehreren Salzen oder Diaminmischungen, wie beispielsweise Hexamethylendiamin, Dodecamethylendiamin, Metaxylendiamin, bis-p-Aminocyclohexylmethan und Trimethylhexamethylendiamin mit zweibasischen Säuren, wie beispielsweise Isophthalsäure, Terephthalsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Suberinsäure, Sebacinsäure und Dodecandikarbonsäure; oder von den Mischungen all dieser Monomere, was zu Copolyamiden führt.

Unter Polyolefine sind Polymere zu verstehen, umfassend Olefinmotive, wie beispielsweise Ethylenmotive, Propylenmotive, Buten-1-Motive, usw...
Als Beispiele können genannt werden:

– Polyethylen, Polypropylen, die Copolymere des Ethylens mit Alphaolefinen. Diese Produkte können durch Anhydride von ungesättigten Karbonsäuren, wie beispielsweise Maleinanhydrid, oder ungesättigten Epoxyden, wie beispielsweise Glycidylmethacrylat, veredelt werden;
– die Copolymere des Ethylens mit mindestens einem Produkt, das unter (i) den ungesättigten Karbonsäuren, ihren Salzen, ihren Estern, (ii) den Vinylestern von gesättigten Karbonsäuren, (iii) den ungesättigten Dikarbonsäuren, ihren Salzen, ihren Estern, ihren Hemiestern, ihren Anhydriden, (iv) den ungesättigten Epoxyden ausgewählt wird. Diese Copolymere des Ethylens können durch Anhydride von ungesättigten Dikarbonsäuren oder ungesättigte Epoxyde veredelt werden.

Besonders bevorzugte Substanzen sind das Polyamid 11 und das Polyamid 12. Die Größe des Pulvers liegt vorteilhafterweise zwischen 0,01 mm und 1 mm.
Unter „dünne Pulverschicht" ist eine Dicke bis 2 mm und vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,6 mm zu verstehen.
Das Wirbelbett ist derart dimensioniert, dass das zu beschichtende Werkstück zur Gänze eingetaucht ist. Seine Form ist von wenig Bedeutung ab dem Zeitpunkt, wenn es das erforderliche Pulvervolumen enthält, das zu beschichtende Werkstück zur Gänze eingetaucht werden kann und das Wirbelstromsintern richtig erfolgt.
Um ein Material auszuwählen, das das Pulver richtig tribolädt, kann eine erste Auswahl getroffen werden, indem die Arbeitsfunktionen des Pulvers und des betreffenden Materials verglichen werden. Dies kann erfolgen, indem die Werte der Arbeitsfunktionen in Elektrovolt der beiden betreffenden Gattungen und ihre jeweiligen Positionen in einer triboelektrischen Reihe betrachtet werden. Je größer der Unterschied [Ft Pulver – Ft Material] ist, umso leichter wird das Pulver aufgeladen. Es ist zu empfehlen, dass dieser Wert größer als 0,5 eV im Absolutwert ist. „Ft" bezeichnet die Arbeitsfunktion, diese Werte werden in Tabellen von triboelektrischen Reihen abgelesen, wie beispielsweise ELECTROSTATICS von J.A. CROSS, IOP Publishing 1987. Es können geringere Werte angenommen werden, wobei klar ist, dass folglich die Triboladung weniger gut und somit die Beschichtung weniger wirksam ist.
Allerdings sind diese Werte nur theoretisch, und die Tatsache, ob eine gute Triboladung zwischen dem Material und dem Pulver erhalten wird, kann durch das Experiment überprüft werden, das von I.I. Inculet et al. in dem Patent US 5 289 922 beschrieben ist und darin besteht, das Pulver in einem Zylinder tribozuladen, der aus dem Triboaufladematerial in Drehung gebildet ist, und dann die erhaltene Ladung zu messen. Mit dieser Testart ist, wenn das erhaltene Verhältnis Q/m (massebezogene Ladung) für das Pulver im Absolutwert größer als 0,5 10**(–6) C/kg ist, nun die volumenbezogene Ladung, die in einem größeren Bett als das zu beschichtende Objekt erhalten wird, ausreichend. Es können immer noch Materialen getestet werden, die geringere Werte ergeben, wobei klar ist, dass die Beschichtung beeinträchtigt wird. Als Beispiele für Triboaufladematerialien können das PVC, PTFE und der rostfreie Stahl genannt werden.
Das Pulver wird durch Triboelektrifizierung, d.h. durch Reibung oder Kontakt mit einem guten Triboaufladematerial geladen. Das Triboaufladematerial wird nach den vorher definierten Kriterien ausgewählt. Mehrere Triboaufladelösungen sind möglich:

– Reibung auf Kugeln oder Granulat aus einem entsprechenden Material, das ein gutes Triboaufladematerial des Pulvers ist, die in dem Bett vorhanden sind. Ihre Kontaktfläche mit dem Pulver ist sehr groß. Um einen engeren Kontakt zu gewährleisten, ist es vorzuziehen, ihre Dichte anzupassen. Es kann gleichzeitig ein anderer Typ von leitenden oder halbleitenden Kugeln verwendet werden, um die Ladung mit entgegen gesetzter Polarität zu abzuleiten, die sich auf den isolierenden Kugeln aus einem Triboaufladematerial anhäuft.
– Reibung auf einer „wabenförmigen" Vorrichtung, die sich in der Wanne befindet, wobei diese Vorrichtung im Detail im weiteren Text beschrieben ist.

Es würde nicht über den Rahmen der Erfindung hinausgehen, wenn ein Triboaufladematerial auch an den Wänden der Wanne angeordnet würde, was nur eine Ergänzung zur Haupttriboaufladevorrichtung darstellt.
Die Kontaktfläche zwischen dem Pulver und dem Triboaufladematerial kann vergrößert werden. Beispielsweise kann auf diese Weise eine Änderung durch Beeinflussung der Rauheit der Oberfläche oder durch Kleben von Röhren oder halben Röhren an die Wände herbeigeführt werden. So kann auch ein System von vibrierenden Ablenkblechen am Boden des Bettes oder ein System hinzugefügt werden, das sich aus jedem anderen im Bett vorhandenen Objekt zusammensetzt und das Wirbelstromsintern nicht stört und eine gute Triboaufladung gewährleistet.
Es ist wichtig zu erwähnen, dass mehrere der vorher beschriebenen Techniken kombiniert werden können. Es können auch mehrere Materialien kombiniert werden.
Vorzugsweise wird eine „wabenförmige" Struktur (siehe 1 und 2) verwendet. Es handelt sich um eine Struktur, die sich aus geometrischen Elementen zusammensetzt, deren Querschnitt von jeder Art von Polygon (wobei die Elemente Prismen sind) bis zu einem Kreis (wobei die Elemente Röhren sind) geht. Diese Elemente sind hohl, weisen eine Dicke vorzugsweise zwischen 1 und 10 mm auf; ihre Länge liegt beispielsweise zwischen 15 und 25 cm. Diese Röhren sind aneinander geklebt, um eine feste und homogene Einheit zu bilden. Die Zwischenräume zwischen den Röhren sind durch ein beliebiges Mittel, wie beispielsweise Aluminiumblättchen, gefüllt. Obwohl jeder Typ von polygonalem Querschnitt vorgesehen werden kann, ist die zylindrische Struktur vorzuziehen. Eine zylindrische Geometrie wird bevorzugt, um ein homogenes Wirbelstromsintern zu gewährleisten. Randeffekte sind durch eine entsprechende Länge der die wabenförmige Struktur bildenden Röhren begrenzt, d.h. dass diese Röhren vorzugsweise länger als 15 cm sind.
Das Äußere der Röhren ist vorzugsweise mit einem metallischen Anstrich oder jedem anderen leitenden Material beschichtet, in Verbindung mit einem Nullpotenzial oder einem ausreichenden Potenzial, um die Ladungen zu beseitigen. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass sie eine zeitlich kontinuierliche Triboaufladung des Pulvers ermöglicht. Durch Reibung auf dem Material erhält das Pulver nämlich eine gegebene Ladung, das Material lädt sich mit der entgegen gesetzten Polarität auf. Um allerdings ein kontinuierliches Ladungsphänomen zu erhalten, müssen die Ladungen mit einer zu jener des Pulvers entgegen gesetzten Polarität beseitigt werden, die sich an den Innenwänden der Röhren anhäufen. Diese Ladungen werden tatsächlich zum leitenden äußeren Bereich der Röhre und vorzugsweise zur Erde beseitigt. Dies ermöglicht eine ständige Verfügbarkeit der triboaufladenden Oberfläche.
Um die Wirksamkeit der Wabenstruktur zu erhöhen, ist sehr zu empfehlen, eine große Anzahl kleiner zur Röhre senkrechter Löcher zu bohren, um die Wege zur Beseitigung der Ladungen vom Inneren zur leitenden Außenfläche zu vervielfachen. Diese kleinen Löcher können einen Durchmesser zwischen 0,05 und 2 mm aufweisen.
Eine weitere Lösung besteht darin, in die Dicke des die Triboaufladeröhre bildenden Materials leitende Elemente einzuschließen, die elektrisch mit dem metallischen Anstrich oder dem leitenden Material selbst, das elektrisch an eine Erde angeschlossen ist, verbunden sind.
Diese „wabenförmige" Struktur ist am Boden des Bettes angeordnet (siehe 3). Es muss oben im Bett ausreichend Platz gelassen werden, um das Objekt einzu tauchen und um das Objekt eine ausreichende Raumladungsdichte anzuordnen, um die Elektrobeschichtung zu gewährleisten.
Die „wabenförmige" Struktur ist möglichst weit unten im Bett angeordnet, um den Kontakt in den Röhren zu optimieren, ohne allerdings das Wirbelstromsintern zu stören. Der Durchmesser der Röhren wird möglichst gering gewählt, um die Kontaktfläche zu vergrößern, aber es ist dennoch sicher zu stellen, dass sich die Röhren nicht bewegen und somit ausreichend groß sind, um ein richtiges Wirbelstromsintern zu gewährleisten. Je länger diese Röhren sind, desto besser ist die elektrische Ladung, die auf den Pulverpartikeln erzeugt wird, allerdings besteht eine Einschränkung durch den für das Eintauchen der Ware frei zu lassenden Raum. Zum Beispiel können Röhren mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Länge von 150 mm verwendet werden. Sie sind vorzugsweise aus PVC.
Wie in 3 zu sehen ist, wird die ausgewählte Luft oder das ausgewählte Gas zum Wirbelstromsintern in einen unter dem Bett angeordneten Windkasten eingeleitet. Die Luft strömt dann durch eine poröse Struktur oder ein Gitter oder eine perforierte Metallplatte, deren Ladungsverlust derart gewählt wird, dass das Pulver richtig durch Wirbelstrom gesintert wird. Die verwendete Luftgeschwindigkeit liegt zwischen Umf, der minimalen Wirbelstromsintergeschwindigkeit, und Umb, der minimalen Durchperlgeschwindigkeit. Es wird davon abgeraten, sich deutlich über der Umb anzusiedeln, da dies zu einem Sieden und einer Projektion feiner geladener Partikel außerhalb des Bettes führt. Man sollte über der Umf bleiben, um ohne Probleme das zu beschichtende Objekt in das Pulver einzuführen.
Als Beispiel stellte die Anmelderin eine wabenförmige Struktur her, wobei sie PVC-Röhren mit 2,5 cm Durchmesser, mit einer Normdicke und 15 cm Länge neben einander legte. Jede Röhre ist außen mit einer Schicht eines leitenden Anstrichs überzogen. Diese wabenförmige Struktur wird mit gleichwertigem Querschnitt wie jener des Wirbelbettes, das für die Beschichtung verwendet wird, vorgesehen. Dieses Bett hat Abmessungen gleich 40 mal 40 cm und 60 cm Höhe. Die „Wabenstruktur" wird in einem Abstand von 5 cm über dem Luftverteiler zum Wirbelstromsintern angeordnet.
Eine Berechnung ermöglicht es, sich zu vergewissern, dass dank des vorgesehenen Systems ausreichend elektrische Ladungen in dem Bett vorgesehen und diesem zugeführt werden, um eine Beschichtung von Objekten in einem industriellen Arbeitstakt zu ermöglichen.
Beispiel: Herstellung von Geschirrspülkörben, die mit Polyamid 11 mit einer Korngröße von 200 μm, verkauft unter der Marke RILSAN^® von der Anmelderin, beschichtet wurden. Ein Amperemeter ist zwischen der „Wabenstruktur" und der Erde angeordnet, wobei es die Messung des Stroms ermöglicht, die in dem Bett erzeugte Ladungsmenge zu kennen; die Triboladung an den Wänden des Bettes oder auf jeder anderen Fläche als der „Wabenstruktur" wird hier nicht berücksichtigt. Die auf einem herkömmlichen Geschirrspülkorb aufgebrachte Pulvermasse beträgt: 130 g. Die durch Triboelektrifizierung erzielte Ladung in diesem Bett beträgt 0, 5 10^–6 C/kg. Jeder beschichtete Korb erfordert somit eine Ladung von 0,065 10^–6 C. Eine industrielle Produktionslinie eines Geschirrspülkorbes stellt 1 Korb her oder vervielfacht alle 10 Sekunden um 1 Korb. Dieses Vielfache hängt von der Ausführung der Linie und der Größe der Wirbelstromwanne ab. Im Verhältnis von 1 Korb alle 10 Sekunden werden 0,065 10^–6 C, d.h. ein Gleichstrom von 6,5 10^–9 Ampere, entnommen. Es ist somit erforderlich, dass der gelieferte Strom identisch oder vorzugsweise größer ist. In unserem Beispiel wurde ein Maximum von 10 10^–9 Ampere gemessen.
Nach einer besonderen Form der Erfindung wird mit niedriger Temperatur gearbeitet. Da die Entladungskinetik bei niedriger Temperatur minimiert wird, wird das vorher beschriebene Bett mit einer Hülle umgeben, die ein kaltes Fluid oder jedes Kühlmittel für das Bett enthält. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet „niedrige Temperatur" unter 20 °C.
Es kann kalte Luft oder kaltes Gas zum Wirbelstromsintern verwendet werden, d.h. mit einer Temperatur unter 20 °C. Nach einer weiteren Form der Erfindung kann die Luft oder das Gas zum Wirbelstromsintern pulsieren. Wenn die Luftgeschwindigkeit nämlich hoch ist, wird die Reibung Pulver/Material erhöht, was die an das Bett gelieferte Ladungsmenge erhöht. Wenn hingegen ein Objekt eingetaucht wird, ist für die Gewährleistung einer maximalen Elektrobeschichtung die größte Masseladungsdichte erforderlich, was eine geringe Wirbelstromsintergeschwindigkeit voraussetzt, die allerdings den Wirbelstromzustand aufrecht erhält. Ein Bett kann bei einer Geschwindigkeit unter Umf in einen Wirbelstrom versetzt werden, wenn eine Vibration hinzugefügt wird. So kann ein bewegter, dann ruhiger Zustand beim Eintauchen erzeugt werden, und so weiter.
Nach einer weiteren Form der Erfindung wird ein Vibriermechanismus verwendet, um die Pulverpartikel freizusetzen, die auf den triboaufladenden Oberflächen haften geblieben sind.
Nach einer weiteren Form der Erfindung wird die elektrische Ladung, die im Inneren des Bettes durch das Triboaufladematerial erzeugt wird, begünstigt, indem die Feuchtigkeit der Luft zum Wirbelstromsintern verringert wird. Dies stellt ein einfaches und wirksames Mittel zur Verbesserung der Elektrobeschichtung dar. Diese Verringerung der Feuchtigkeit erfolgt durch einen Lufttrockner oder durch Kompression.
4 stellt eine industrielle Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Nach einer weiteren Form der Erfindung erfolgt die Vorbehandlung der Oberfläche am Objekt, bevor es in das Bett eingeführt wird. Es handelt sich um herkömmliche Vorbehandlungen, die in der Industrie der Kunststoffbeschichtung verwendet werden: Phosphatieren, Entfetten, Stahlsanden, Aufbringen einer primären Flüssigkeit oder eines primären Pulvers, usw... Diese Liste ist nicht erschöpfend. Die zu beschichtenden Objekte werden durch einen geerdeten Förderer zugeführt. Das Pulver wird nun in dem vorher beschriebenen triboaufgeladenen Bett geladen. Beim Eintauchen erfolgt die Elektrobeschichtung. Je nach dem Ladungsniveau des Bettes ist es wichtig, das Werkstück ständig mehr oder weniger zu bewegen. Dieses Bewegen kann durch kleine Hämmer erzeugt werden, die auf dem Förderer oder jedem anderen System vorhanden sind. Ein Rüttelsystem ermöglicht es, den Pulverüberschuss beim Austritt des Objekts aus dem Wirbelbett zu beseitigen.
Dank dieses Systems und dieses Verfahrens können auch nicht metallische Objekte, wie beispielsweise Holz oder Kunststoff, mit Pulver beschichtet werden.
Für die Beschichtungspulver, die eine Primärseite erfordern, kann diese zuerst auf das Objekt aufgebracht werden, bevor es in das Pulverwirbelbett getaucht wird, wobei es sich um eine flüssige oder feste Primärseite handeln kann.
Im Falle einer festen Primärseite kann diese durch elektrostatisches Pulvern, Corona-Pistole, Tribo oder beides aufgebracht werden. Die Primärseite kann auch mit einem triboaufgeladenen Bett aufgebracht werden. Die Partikel der Primärseite sind sehr klein, die Primärseite kann somit nicht alleine im Wirbelbett gesintert werden. Aber wenn in ein erstes Bett die Primärseite mit dem Pulver gemischt wird, mit dem beschichtet werden soll, wird ein Primärgehalt von mindestens 1 Gew.-% (bezogen auf das Pulvergewicht) und vorzugsweise von 5 bis 10 Gew.-% verwendet, wobei nun das Wirbelstromsintern der kleinen Primärpartikel durch die groben Pulverwirbelpartikel sicher gestellt wird. Dieses erste triboaufgeladene Bett ist von demselben Typ wie jene, die vorher beschrieben wurden. Die von einen Partikel erworbene Ladung ist mehr oder weniger umgekehrt proportional zu seinem Radius. Die stärker geladenen kleinen Primärpartikel sichern im Wesentlichen die Elektrobeschichtung. Das Objekt wurde somit mit einer festen Primärseite beschichtet. Dann wird das Objekt mit einer zweiten Schicht in einem triboaufgeladenen Bett beschichtet, das nur das Beschichtungspulver enthält. Bei Verfahren mit der Primärseite kann, falls erwünscht, ein erstes Brennen dieser Primärseite durchgeführt werden, wobei dieses Zwischenbrennen auch vermieden und die zweite Beschichtung und dann ein globales Brennen vorgenommen werden kann.
Wenn das Objekt in dem Bett beschichtet ist, wird es in einen Ofen (siehe 4) eingeleitet, in dem ein Brennen erfolgt. Je nach der Geometrie des Objekts, den Eigenschaften des Pulvers und dem gewünschten Produktionstakt kann ein Konvektionsofen, ein Infrarotofen oder ein Induktionsofen verwendet werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist besonders geeignet für die Polyamidpulver, ferner weist es eine ausgezeichnete Sicherheit auf. Explosivitätstests wurden mit diesem triboaufgeladenen Bett durchgeführt. Für ein triboaufgeladenes Bett aus Polyamid wurden hohe Potenziale (30 kV) angelegt, sowie hohe Energien (1 Joule) wurden in das Bett entladen, während die Verbrennungsenergie des Pulvers nur einige Millijoule beträgt. Der Durchbruch der Luft wurde in dem Bett beobachtet, wobei Funken entstanden. Es konnte keine Explosion hervorgerufen werden.
Die 1 bis 4 stellen das Beschichtungssystem dar, in dem die Schlüsselelemente von 1 bis 15 nummeriert sind.
Die Legende für diese Ziffern ist unten angeführt:

1: Metallbeschichtung (kann eventuell mit Kleber gemischt werden)
2: Röhren, die aus einem Triboaufladematerial gebildet sind
3: Aluminiumpapier
4: Wabenförmige Struktur
5: Pulverpartikel
6: Wirbelbett, aus einem entsprechenden Material gebildet
7: Windkasten, Material wenig wichtig
8: Poröse Schicht
9: Zu beschichtendes Objekt
10: Förderer
11: Vorbehandlung der zu beschichtenden Objekte (zu definieren, um die Qualität der Beschichtung zu optimieren)
12: Ofen zur Wärmebehandlung, um die Beschichtung zu verfilmen
13: Luftzufuhr
14: Isolierfuß, der das Bett über dem Boden anordnet
15: Amperemeter, das mit der Wabenstruktur verbunden ist.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht von 4, der „wabenförmigen" Struktur.
2 zeigt eine Draufsicht dieser „wabenförmigen" Struktur.
3 zeigt im Detail das Wirbelbett, in dem das Pulver im Wirbelstrom gesintert und triboaufgeladen wird.
4 ist eine allgemeine Ansicht des Beschichtungssystems, das eine Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durchführt.
Die 1 und 2 zeigen im Detail die „wabenförmige" Struktur. Diese Struktur 4 ist von Röhren aus einem entsprechenden Triboaufladematerial gebildet. Die Außenfläche und die Enden der Röhren 2 sind metallisiert oder mit einer leitenden Schicht 1 überzogen. 1 wird geerdet, wie in den 3 und 4 zu sehen ist. Die Röhren 2 werden aneinander geklebt, mit Hilfe des metallischen Anstrichs 1 oder durch ein wenig Kleber. Die Zwischenräume zwischen den Röhren 2 werden durch Aluminiumpapier 3 gefüllt.
3 stellt ein Wirbelbett 6 dar, das aus einem entsprechenden Material gebildet ist und von dem Fuß 14 getragen und zum Boden hin isoliert wird. Gekühlte oder nicht gekühlte und/oder getrocknete oder nicht getrocknete Druckluft oder jedes andere Wirbelgas wird in den Windkasten 7 durch eine Leitung 13 eingeleitet. Die Luft strömt dann durch die poröse Schicht 8, die horizontal am Bett befestigt und zwischen dem Bett 6 und dem Windkasten 7 angeordnet ist, die verschraubt sind. In einem gewissen Abstand über der porösen Schicht 8 ist horizontal die Wabenstruktur 4 angeordnet. Diese Wabenstruktur ist die, die hauptsächlich die Triboladung des Pulvers 5 in dem Wirbelbett 6 sicher stellt. Die Wabenstruktur 4 wird geerdet. Das Amperemeter 15 kontrolliert das Ladungsniveau.
In 4 ist zu sehen, dass die zu beschichtenden Objekte 9, die über den Förderer 10 geerdet sind, aus der Vorbehandlungszone 11 austreten, wo eine entsprechende Vorbehandlung erfolgt, bevor sie zu dem Wirbelbett 6 durch den Förderer 10 gebracht werden. Der Förderer 10 bringt die Objekte 9 in das triboaufgeladene Wirbelbett 6, auch kann das Bett 6 zu den Ob jekten 9 gebracht werden. Die Objekte 9 treten somit zur Gänze in das triboaufgeladene Wirbelbett ein, es erfolgt eine Elektropulverbeschichtung 5 mit einer ausreichenden Menge, um eine gute Beschichtung zu gewährleisten. Der Förderer 10 führt seine Bewegung fort, und die Objekte 9 sind aus dem Bett 6 ausgetreten und werden in den Ofen 12 geleitet, in dem das Pulver zum Film wird und die gewünschte Beschichtung bildet.
Die hier verwendeten Begriffe und Ausdrücke sind rein beschreibend und stellen keine Einschränkungen dar. Es ist nicht beabsichtigt, bei der Verwendung dieser Begriffe jedes Äquivalent des beschriebenen Materials auszuschließen, und es ist somit anerkannt, dass Änderungen möglich sind, ohne über den Rahmen der Erfindung hinauszugehen.

Claims

Verfahren zum Beschichten eines Objekts mit einem Film, der von der Fusion einer dünnen Schicht von Pulver stammt, bei welchem: (a) man in einer Wanne über ein elektrostatisches Pulverwirbelbett verfügt, wobei dieses Pulver im Wesentlichen von einer Triboaufladervorrichtung aufgeladen wird, die nicht aus den Wänden der Wanne besteht, das sich in der Wanne befindet, wobei diese Triboaufladervorrichtung keine Elektroden verwendet, die an eine elektrische Stromquelle angeschlossen sind, (b) man das Objekt, das an ein Nullpotenzial oder an ein ausreichendes Potenzial angeschlossen ist, um es mit Pulver zu beschichten, in die Wanne taucht, (c) man anschließend das mit Pulver beschichtete Objekt in einen Ofen bei einer ausreichenden Temperatur stellt, bis man den Beschichtungsfilm durch Fusion des Pulvers erzielt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Pulver aus Polyamid 11 oder aus Polyamid 12 besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Triboaufladervorrichtung aus Kugeln oder Granulat aus Triboaufladermaterial besteht, das in dem Wirbelbett angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem das Wirbelbett auch Kugeln oder Granulat aus leitendem oder halbleitendem Material enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Triboaufladervorrichtung eine Wabe ist, die im unteren Teil der Wanne angeordnet ist und die aus Prismen oder senkrechten Rohren besteht, die an den zwei Enden offen sind.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Wabenrohre außen mit einem Metallanstrich oder einem leitenden Material beschichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Wand der Rohre der Wabe mit kleinen Bohrungen durchbohrt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Wand der Rohre leitende Elemente enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das zu beschichtende Objekt zuerst mit einer Grundierung aus Pulver beschichtet wird, dann eventuell in einem Ofen zum Brennen der Grundierung behandelt wird, und dann in die Wanne getaucht wird, um mit dem Pulver beschichtet zu werden.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Beschichtung durch die Grundierung aus Pulver in einem elektrostatischen Pulverwirbelbett durchgeführt wird, das aus dem Pulver des Verfahrens des Anspruchs 1 besteht und mindestens 1 Gew.-% und vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-% Grundierung enthält.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Grundierungsvorabbeschichtung in einem elektrostatischen Pulverwirbelbett vorgenommen wird, wobei dieses Pulver mit einer Triboaufladervorrichtung aufgeladen wird.