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Verfahren und Vorrichtung zum Überziehen von
Gegenständen durch Aufbringen einer Schicht
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gebracht bzw. mit der gewünschten elektrostatischen Ladung versehen werden. Die Leitung kann einen geradlinigen oder ringförmigen Umriss des Querschnitts besitzen, um flache oder ringförmige Strahlen herzustellen. Die Ionisationelektrode besitzt dann eine geradlinige oder entlang eines Umfangs verlau- fende Form. Andere Abwandlungen dieser Grundformen sollen im folgenden noch erläutert werden.
Eine Grundform der Düse einer Spritzpistole zum elektrostatischen Zerstäuben von pulverigem Ma- terial, die zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung geeignet ist, ist in den Fig. 1 und 2 dar- gestellt. Die Düse besitzt ein äusseres Glied 1, das im wesentlichen als Kegelstumpf ausgebildet ist und eine darin verlaufende Leitung aufweist. Diese Leitung besitzt einen axialen Einlassabschnitt 5, dem sich eine nach aussen erweiternde Aussparung anschliesst, die sich nach aussen zum Auslassende der Düse hin öffnet. In der Aussparung ist z.
B. mit Hilfe radial verlaufender Arme, von denen einer in Fig. 1 zur Un- terseite hin verlaufend sichtbar ist, ein im wesentlichen konisches inneres Glied 2 gehaltert, das so ausge- bildet ist, dass es eine schmale ringförmige Durchflussleitung 3 zwischen diesen beiden Gliedern begrenzt.
Das äussere Glied 1 besitzt eine verhältnismässig scharfe ringförmige Kante 4, die über das entsprechende
Ende des inneren Gliedes am Auslassende der Düse hervorragt, wie in Fig. 1 gezeigt ist, und als Ionisa- tionselektrode dient, wie im folgenden näher erläutert werden soll. Bei diesem Ausführungsbeispiel be- steht das äussere Glied 1 aus elektrisch leitendem Material und ist im Betriebszustand mit einer Gleich- spannungsquelle hoher Spannung verbunden, wie später näher erläutert werden soll. Das innere Glied 2 kann aus elektrisch leitendem oder aus dielektrischem Material bestehen.
ImBetriebszustand ist der Einlassabschnitts der Düse beispielsweise mitHilfe desdargestellten Schrau- bengewindes mit dem äusseren Ende einer rohrförmigen Einrichtung einer Spritzpistole verbunden, die mit einem Zufuhrbehälter für das gewünschte pulverige Material in Verbindung steht, das in Luft mit geeig- netem Überdruck suspendiert wird, wie später noch beschrieben werden soll. Wenn die Pistole, beispiels- weise durchFingerdruck auf einen Abzug, betätigt wird, strömt die aus Luft und Pulverteilchen bestehen- de Mischung in den Einlassabschnitt 5 der Düse und damit durch die schmale ringförmige Leitung 3, so dass sich ein ringförmiger Strahl ergibt.
Ein derartiger Strahl ist dadurch gekennzeichnet, dass er entlang irgendeines Querschnitts eine Abmessung (die radiale Abmessung oder Dicke) besitzt, die verhältnismä- ssig sehr klein im Vergleich zu der andern (d. h. entlang des Umfangs verlaufenden) Abmessung des Quer- schnitts ist. Wenn also ein derartiger ringförmiger Strahl aus der Düse austritt und an der ringförmigen
Kante 4 des äusseren Gliedes 1 vorbeiströmt, die den Bereich der Ionisationselektrode darstellt, kann die- ser Strahl sehr gut entlang seiner gesamten radialen Dicke ionisiert werden, so dass praktisch alle Teil- chen des Strahls, die aus der Düse austreten, auf ein gemeinsames Potential des gewünschten Vorzeichens und mit dem verlangten hohen Wert aufgeladen werden.
Es wurde festgestellt, dass praktisch alle Teil- chen, die den Strahl bilden, so beeinflusst werden können, dass sie die Oberfläche des Gegenstandes allein unter dem Einfluss des elektrostatischen Feldeserreichen, wenn ein Strahl dieser Art auf den geerdeten Ge- genstand gerichtet wird. Dabei wird höchstens eine vernachlässigbare Anzahl von Teilchen auf benach- barte Oberflächen gestreut. Die auf die Oberflächen des Gegenstandes einmal niedergeschlagenen Teil- chen binden darüber hinaus an ihnen auf Grund der länger anhaltenden Wirkung der elektrostatischen
Kräfte gut ab.
Das abgewandelteAusführungsbeispiel einerDüse, das in Fig. 3 dargestellt ist, unterscheidet sich von der gerade beschriebenen Ausführungsform nur dadurch, dass die Ionisationselektrode durch die scharfe
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das innere Glied hier aus elektrisch leitendem Material und ragt in axialer Richtung über das äussere Glied 1 hervor, das aus leitendem oder nicht leitendem Material bestehen kann..
In dem weiteren in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht sowohl das äussere Glied 1 als auch das innere Glied 2 aus elektrisch leitendem Material. Beide sind so angeordnet, dass sie mit einer gemeinsamen Hochspannungsquelle verbunden werden können, und beide Glieder weisen scharfe ringförmige Kanten 4 bzw. 6 auf, die praktisch in einer gemeinsamen Auslassebene der Düse liegen.
Bei dem in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Ionisationselektrode nicht als Teil eines oder beider die Düse bildenden koaxialen Glieder ausgebildet, sondern als getrenntes Drahtstück 8, das zu einem Ring umgebogen ist und durch Tragarme 9 und einen scheibenförmigen Naben- teil gehaltert wird, der am inneren Körperglied 2 mit Hilfe einer Schraube 10 befestigt ist, die an dem Nabenteil angreift und in eine zentrale Gewindeöffnung des Gliedes 2 eingeschraubt ist. Das innere Glied 2 besteht aus elektrisch leitendem Material und kann mit einer Hochspannungsquelle verbunden werden, während das äussere Glied 1 leitend oder nichtleitend sein kann.
Es ist ersichtlich, dass die Drahtelektrode 8 ebenso von dem äusseren Glied 1 an Stelle des inneren Gliedes getragen werden kann, in welchem Falle das äussere Glied aus leitendem Material bestehen müsste und mit der Hochspannungsquelle verbun-
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den wäre. Als weitere Abwandlung dieser Ausführungsform kann der Elektrodendraht 8 direkt mit der
Hochspannungsquelle verbunden werden, indem er von dem äusseren oder dem inneren Glied (oder von beiden) in einerLage ähnlich der in Fig. 5 gezeigten Weise gehaltert wird. In diesem Fall könnten sowohl das innere als auch das äussere Glied 1 bzw. 2 der Düse aus dielektrischem Material bestehen, was in i manchen Verwendungsfällen von Vorteil sein kann.
Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Düse einer elektrostatischen Spritzpistole für pulveriges Material, die so ausgebildet ist, dass ein flacher bandförmiger Strahl aus dem Pulver an Stelle eines ringförmigen Strahls in der bisher beschriebenen Weise erzeugt wird. Die Düse 11 weist zwei im
Abstand zueinander angeordnete Platten 12 und 13 mit im wesentlichen dreieckförmiger oder trapezarti- ger Gestalt auf, die zwischen sich eine schmale Leitung von dem axialen Einlassabschnitt 5 zu dem brei- ten flachen Auslassende der Düse begrenzen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Platten
12 und 13 an demAuslassendederDüse mit scharfen flachen Kanten 14 bzw. 15 versehen, die in einerge- . meinsamen Auslassebene der Düse liegen und die Ionisationselektrodenteile bilden.
Beide Platten 12 und
13 bestehen aus leitendem Material und sind im Betriebszustand an eine Hochspannungsquelle angeschlos- sen. Eine andere Ausführungsform, die in den Fig. 10-12 dargestellt ist, könnte darin bestehen, ein ge- trenntes Ionisations. glied in der Form eines geradlinigen Drahtstückes 8 vorzusehen, das vor dem Ausgang der Düse 11 im Weg des flachen Teilchenstrahls angebracht ist.
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Teilchenstrahls befindlichen Teils verläuft, sondern sinusförmig oder wellenförmig gebogen ist.
Es ist zu beachten, dass eine ähnliche Abwandlung bei dem Ausführungsbeispiel vorgenommen werden kann, das anHand derFig. 5 und 6 beschrieben wurde, wo der im wesentlichen ringförmige Elektrodendraht 8 ebenfalls wellenförmig verlaufen kann, während er seine ringförmige Ausbildung im übrigen beibehält. Der hauptsächliche Vorteil eines wellenförmig gebogenenElektrodendrahts besteht darin, dass erbesser als ein gerader Draht mit dem Querschnitt des Teilchenstrahls zusammenfällt, der aus der Düse austritt. Dies bedeutet, dass der maximale Abstand von irgendwelchen Teilchen des Strahls zu einer Stelle auf dem Ionisationsdraht sogar weiter vermindert ist.
Ein anderer Vorteil der wellenförmig ausgebildetenElektrode besteht in einer Konzentration des elektrostatischen Feldes, die an den Stellen der grössten Krümmung auftritt, die auf diese Weise in Längsrichtung des Umrisses des Drahts ausgebildet sind. Gewünschtenfalls kann der Elektrodendraht nicht nur sinusförmig, wie dargestellt ist, sondern auch wendelförmig ausgebildet sein.
Während eine Düse in den bisher dargestellten Formen gemäss der Erfindung einen flächenförmigen Strahl aus Pulver mit einem grossen Verhältnis von Breite zu Dicke aus den bereits erwähnten Gründen erzeugt, kann gemäss der Erfindung auch eine Anzahl derartiger Düsenelemente so kombiniert werden, dass sich ein räumlicher Strahl ergibt, der irgendeine gewünschte Dicke und Tiefe aufweist, wenn dies wünschenswert ist. Fig. 14 zeigt einen derartig zusammengesetzten Zerstäuberkopf, der sechs nebeneinander angeordnete Einzeldüsen aufweist, von denen jede irgendeine der Ausführungsformen besitzen kann, die
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sprechender Ausbildung gehaltert, und ihre betreffenden Einlassenden stehen mit einem gemeinsamen Einlass 5 in Verbindung. Die Auslassenden der Düsen liegen parallel nebeneinander, wie aus Fig. 14 ersichtlich ist.
Der Einfachheit halber sind die Einzelheiten der Einzeldüsen in Fig. 14 nicht dargestellt. Es ist jedoch ersichtlich, dass jede Einzeldüse jeweils mit einer eigenen Ionisationselektrode versehen ist, die sich im wesentlichen zusammen mit der schmalenQuerschnittsabmessungderbetreffendenEinzeldüse ent- sprechend der Lehre der Erfindung erstreckt.
Die Fig. 15-17 zeigen eine andere Ausführungsform einer Düse gemäss der Erfindung, die einen sich erweiternden kegelstumpfförmigenGrundteil14 aufweist, der mit einem axialen Einlass 5 für Luft und das pulverige Material versehen ist. Im Auslassteil der Düse ist ein Gebläserad 15 angeordnet, dessen Nabe 17 drehbar in einem Lager 19 in einem stromlinienförmigen Stützglied gelagert ist, das zentral zum Düsen- körper 14 mit Hilfe eines oder mehrerer radialer Arme 18 angebracht ist. Jeder der Flügel. des Gebläserades 15 ist mit einem verhältnismässig scharfkantigen Rand 16 versehen. Die Flügel des Gebläserades 15
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hung versetzt, die von dem Einlass 5 zugeführt wird.
Die äusseren Kanten der umlaufenden, auf Spannung befindlichen Flügel desGebläserades erzeugen eine sehr wirkungsvollelonisation der Teilchen, wenn diese daran vorbeiströmen.
Eine weitereAusführungsform ist in den Fig. 18 und 19 dargestellt. Die Düse weist dort einen sich. er-
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einen ändern flexiblen Leiter 44 mit der Spannungsquelle 39 mit einer Klemme niedriger Spannung in Verbindung steht.
Ein Vorrat des zu versprühenden pulverigen Materials ist in einem Tank 41 enthalten, der im Betriebszustand vorzugsweise ständig mit Hilfe eines üblichen Vibrators 42 in Bewegung gehalten wird, der an einer verdickten Grundwand des Behälters 41 angreift und von der Spannungsquelle 39 über einen Leiter 43, der niedrige Spannung führt, gespeist wird. Der Boden des Vorratsbehälters 41 ist trichterförmig ausgebildet und weist einen Auslass für das pulverige Material zu einer schmalen auslasskammer 51 auf, von der eine Seite über eine flexible Leitung 52 mit einem Pulvereinlass verbunden ist, der an der Rückseite der Spritzpistole 37 vorgesehen ist. Die Durchsatzmenge des Pulvers durch den Auslass in die Kammer 51 wird durch Einstellung eines Nadelventils 50 gesteuert, das am Auslass derselben angeordnet ist.
Von einer entsprechenden, nicht dargestellten Vorrichtung wird Druckluft mit mässigem Druck zu dem Griff 35 der Pistole 37 über eine flexible Leitung 45 geführt, U. zw. mit Hilfe eines normalerweise geschlossenen Einlassventils, das sich in diesem Griff befindet und das bei Betätigung des Abzugs 36 geöffnet wird. Wenn dieses Ventil geöffnet ist, gelangt die Druckluft von der Leitung 45 über eine andere flexible Leitung 46, die mit dem Griff 35 verbunden ist, in die andere Seite der Kammer 51 des Vorratsbehälters 41. Gleichzeitig wird ein Teil dieser Luft über eine Steigleitung 47 abgezweigt, die sich nach oben durch das im Vorratsbehälter befindliche Pulver 49 erstreckt und eine Öffnung in dem Raum über dem Pulver aufweist, so dass einDruck in diesem Raum aufgebaut wird, der die Förderung des Pulvers durch den Auslass in die Kammer 51 begünstigt.
Solange der Abzug 36 betätigt wird. wird also eine bestimmte Strömungsmenge aus Luft und Pulver von der Kammer 51 des Vorratsbehälters 41 aber die Leitung 52 in das hintere Ende der Spritzpistole 37 ge fuhrt, vqn wo sie in das Einl. assende (wie beispielsweise 5 in denFig. 1-20) derDüse 38 gelangt. Gleichzeitigwerden die Ionisationselektrode oder die Ionisationselektroden der Düse 38 wie erwähnt auf eine hohe elektrische Spannung gebracht, solange der Abzug 36 betätigt wird. Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung sollte die Elektrode der Düse auf eine so hohe Spannung gebracht werden, dass sich ein Spannungsgradient von wenigstens etwa 7 KV/cm, vorzugsweise von wenigstens etwa 10 KV/cm zwischen der Düse und der Oberfläche des zu bespritzenden Gegenstandes ergibt.
Das Pulver tritt aus der Düse 38 in Form eines Strahls aus, der entlang seiner Dicke oder Tiefe vollständig ionisiert ist, wie bereits eingehend beschrieben wurde. Diese ionisierten Teilchen bewegen sich mit einer verhältnismässig niedrigen Geschwindigkeit, um die geerdeten Oberflächen des Gegenstandes 31, vor dem die Pistole 37 angeordnet ist, auszusuchen und zu erreichen.
Wenn das beschriebene oder ein ähnliches Verfahren verwendet wird, für dessenDurchführung einSprühstutzen in einer der beschriebenen Ausführungsformen Verwendung. findet, erreichen praktisch alle Teilchen des von der Düse austretenden Strahls die Oberflächen des Gegenstandes, u. zw. sowohl die Oberflächenbereiche, die der Düse unmittelbar zuge- wendet sind, als auch diejenigen Oberflächenbereiche, die von der Düse aus gesehen durch andere Teile des Gegenstandes verdeckt bzw. ihr abgewendet sind, also z. B. die Hinterseite des Stuhlrahmens, der in Fig. 22 dargestellt ist. Darüber hinaus haften die so niedergeschlagenen Teilchen an den Oberflächen, ohne dass zusätzliche Massnahmen (wie ein Vorwärmen) während einer beträchtlichen Zeitspanne von z. B. mehreren Stunden erforderlich wären.
Die nachträgliche Wärmebehandlung, die in dem Ofen 34 durchgeführt werden kann, ist allerdings im allgemeinen erforderlich, um ein dauerhaftes Anhaften des Überzugs auf dem Gegenstand durch teilweisesverschmelzen oderaushirten der Teilchen zu erzielen. Wenn es erwünscht ist, kann diese nachträgliche Wärmebehandlung erst nach einer beträchtlichen Zeitspanne erfolgen oder in manchenfällen sogar weggelassen werden.
Diese vorteilhaften Ergebnisse, die im Gegensatz zu den Bedingungen stehen, die sich bisher mit üblichen elektrostatischen Spritzeinrichtungen zum Überziehen mit pulverigem Material ergaben, werden im wesentlichen der Tatsache zugeschrieben, dass alle Teilchen des Strahls, der aus der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Düse austritt, in wirksamer Weise die gesamte Tiefe des Strahls hindurch ionisiert sind und dass alle elektrisch mit einer Ladung desselben Vorzeichens und nicht nur teilweise und/oder statistisch verteilt aufgeladen sind, wie dies häufig bei Strahlen aus pulverigem Material der Fall war, die von üblichen elektrostatischen Düsen abgegeben werden.
Aus den genannten Gründen wurde ferner festgestellt, dass es normalerweise völlig überflüssig ist, eine Vorwärmung des Gegenstandes vor dem Spritzen durchzuführen. Diese Möglichkeit bestand nicht bei irgendeinem bekannten elektrostatischen Spritzverfahren. Es wurde ferner festgestellt, dass es durch die Erfindung möglich ist, zufriedenstellende Überzüge auf elektrisch nicht leitenden Stoffen herzustellen, wenn die zu überziehenden Oberflächen zuerst benetzt werden.
Fig. 23 dient zur Erläuterung des Verfahrens und einer Vorrichtung gemäss der Erfindung im Zusammenhang mit dem Überziehen eines endlosenGegenstandeswie z. B. eines Drahtes 55. Der elektrisch ge-
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