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Verfahren und Einrichtung zum Auftragen von Überzugsmaterial auf einen Gegenstand
Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. Einrichtungen zum Auftragen von flüssigen oder pulverför- migen Überzugsstoffen auf Fertigungsgegenstände. Die Erfindung ist besonders anwendbar auf elektrostatische Spritzgeräte, jedoch nicht unbedingt auf diese beschränkt.
Bei Verwendung üblicher nicht elektrostatischer Spritzpistolen ist es weder schwierig, einen gleichmässigen konischen Strahl zerstäubten Materials zu erhalten, noch bereitet es einem geübten Arbeiter Schwierigkeiten, mit solchen Spritzpistolen Gegenstände jeder Form und Grösse mit einem gleichmässigen Überzug zu versehen. Hingegen ist das Arbeiten mit solchen Spritzpistolen sehr verschwenderisch hinsichtlich des Materialverbrauches, und es ist zu rechnen, dass 60% der zerstäubten Farbe den betreffenden Gegenstand nicht erreichen. Bei elektrostatischen Spritzsystemen wird die Farbe in bezug auf den zu bearbeitenden Gegenstand elektrostatisch aufgeladen, so dass sie zu ihm hingezogen wird, mit dem Erfolg, dass der Farbverlust weniger als 151o beträgt.
Um eine wirksame Ladung der Farbpartikel zu erreichen, wird die Farbe vom Randbereich einer geladenen rotierenden Glocke aus versprüht, mit dem Ergebnis allerdings, dass der erzielte Farbstrahl nicht mehr gleichmässig ist, sondern ringförmigen oder ovalringförmigen Querschnitt besitzt. Nicht nur, dass ein ungleichmässigerFarbstrahl einen unregelmässigen Überzug auf dem zu überziehenden Gegenstand ergibt, können konkave Oberflächenteile des Gegenstandes wegen des Faradayeffektes nur mit dünnen Über- zugsschichten versehen werden.
Wird weiters bei einem elektrostatischen Farbspritzsystem die Umlaufgeschwindigkeit der Spritzglocke zugunsten einer Steigerung des Farbstrahldurchmessers verringert, so wird auch die Zerstäubungsqualität wesentlich verringert. Wird anderseits die Drehzahl zwecks Herbeiführung einer guten Zerstäubung erhöht, treten an den Partikeln und damit am Farbstrahl, wesentliche radiale Geschwindigkeitskomponenten auf, so dass er ebenfalls ungleichmässig wird.
Versuche, die Streuung des Farbstrahles durch einen Luftstrom zu beseitigen, der diesen vom Zerstäuber aus gegen den Gegenstand hintreibt, haben nicht befriedigt, weil der Strahl nicht gleichmässig wurde und vielmehr seine ovale Form noch mehr betont wurde. Überdies führen diese Methoden zu einer schwierigen und heiklen Sprühtechnik, denn es ist nicht mehr möglich, die Strahlstärke auf einfache Weise durch Änderung der Entfernung des Sprühkopfes vom zu besprühenden Gegenstand einzustellen.
Diese Nachteile sind umso gewichtiger beim elektrostatischen System, als die Bewegungsmöglich-
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darstellt, bilden die Ungleichmässigkeit des Strahles, die Ungeeignetheit mancher Gegenstandsformen, erfolgreich behandelt zu werden, und die erhöhte Feues- un Explosionsgefahr Nachteile, die eine allge- meineAblehnung dieses Systems zur Folge hatten. Es ist demnach Ziel der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zum Überziehen von Gegenständen, besonders eine elektrostatische Spritzpistole zu schaf-
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fen, die die oben angeführten Nachteile im wesentlichen nicht mehr aufweisen.
Gemäss einem Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zum Auftragen von Überzugsmaterial auf einen Gegenstand, bei dem zwischen einem rotierenden Spritzkopf und dem zu besprühenden Gegenstand ein elektrostatisches Feld aufrechterhalten, ein Luftstrom vom Spritzkopf zum Gegenstand gerichtet und das zu versprühende Material mit einer radialen Geschwindigkeitskomponente aus dem Spritzkopf ausge- stossen und auf den Gegenstand unter der Wirkung des elektrostatischen Feldes und des Luftstromes ge- schleudert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftstrom in mehrere Einzelstrahlen aufgeteilt wird, von denen wenigstens einige gegen die Rotationsachse des Spritzkopfes hin konvergieren.
Eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Einrichtung, enthaltend einen rotierenden Spritz- kopf, Einrichtungen zum Einführen des aufzutragenden Materials in diesen Spritzkopf, einen denselben wenigstens teilweise umgebenden Schirm und Einrichtungen zum Erzeugen eines von diesem Schirm aus- gehenden und auf den Gegenstand gerichteten Druckluftstromes ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeich- net, dass im Schirm Bohrungen mit geringem Querschnitt für die Drucklufteinzelstrahlen vorgesehen sind.
Vorzugsweise wird das Material mittels eines Fliehkraftzerstäubers aufgetragen, wobei der rotierende Spritz- kopf im wesentlichen die Form einer Glocke aufweist und die Zerstäubung von einem Randbereich ausgeht und
Einrichtungen zum Zuführen des Materials in das Innere dieser Glocke vorgesehen sind und der Schirm die
Glocke mit radialem Abstand umgibt, welche Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schirm soweit hinter dem Spritzkopfrand angeordnet ist, dass eine gedachte Verbindungslinie zwischen jeder
Durchtrittsbohrung am Schirmrand und dem Spritzkopfrand mit der Rotationsachse einen Winkel von wenig- stens 40 einschliesst.
Ein leicht konisch divergierender Strahlkonus kann durch Begrenzung der Wirkung der Luftstrahlen auf die zerstäubten Partikel, oder dadurch, dass einige der Luftstrahlen divergent gemacht werden, herbeige- führt werden. Ersteres wird erreicht, indem die Luftstrahlen mit extrem kleinem Durchmesser und/oder sehr niedrigem Druck ausgeführt werden. Der divergente und gleichmässige Sprühstrahl ermöglicht eine steuerbare und ökonomische Bedeckung der Gegenstände.
Es wurde festgestellt, dass der das zerstäubte Überzugsmaterial umgebende, konvergierende Druck- fluidstrom die mittlere Leerstelle der üblichen ringförmigen Sprühbilder weitgehend ausfüllen kann, und ebenso hat sich gezeigt, dass der zur möglichen Verwendung mit einem elektrostatischen Feld zwischen demFliehkraftzerstäuberkopf und dem zu beaufschlagenden Gegenstand konstruierteSpritzapparattatsäch- lich auch ohne Anlegen eines elektrostatischen Feldes eingesetzt werden kann. In diesem Falle hat das erzeugte Spritzbild im wesentlichen die Form der normalerweise in der Mitte des Ringbildes ausgesparten Kreisscheibe, das entsteht, wenn der Apparat zwar mit'elektrostatischem Feld, jedoch ohne die erfin- dungsgemässenLuftstrahlen eingesetzt wird.
Daher können durch einfaches Abschalten oder Verminderung der Hochspannung beim Spritzen konkave Flächenteile oder Höhlungen gleichmässig bedeckt werden.
Die Erfindung eignet sich sowohl zum Zerstäuben von pulverförmigem Material als auch von flüssigen Überzugsstoffen. Gleichgültig, welches Material verwendet wird, ist es möglich, durch Anordnung der Elementarfluidstrahlen um den vom elektrostatischen Spritzapparat erzeugten Sprühnebel herum, das auf einer Fläche erzeugteSprühbild so zu wählen, dass bei geradliniger Bewegung zwischen der zu beaufschlagenden Fläche und dem Spritzapparat ein gleichmässigerer Überzug hergestellt wird, als er mit andern bekannten Spritzgeräten erzielt werden kann. Es kann oft vorteilhaft sein, ein nichtbrennbares Gas, beispielsweise Stickstoff, zur Erzeugung der Fluidstrahlen zu verwenden : in andern Fällen ist es vorteilhaft, ein flüssiges Lösungsmittel zu verwenden.
Es ist zu bemerken. dass im praktischen Betrieb der grösste Teil des vom Zerstäuber mechanisch ab- geschleuderten Spritzgutes beim Eintritt in-das elektrostatische Feid aufgeladen und entsprechend auf den zu spritzenden Gegenstand umgelenkt wird. Nicht aufgeladene Teilchen wandern auf einer spiralförmigen Bahn in Richtung zum Fluidstrom und, sobald sie dessen Wirkungsbereich erreichen, wird ihnen eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung zum zu bespritzenden Gegenstand hin erteilt, so dass dieser von ihnen grösstenteils erreicht wird.
Versuche haben erwiesen, dass die übliche Leerstelle in dem Ringmuster durch die Verwendung von Luftstrahlen praktisch ausgefüllt werden kann. Es wird angenommen, dass die ungeladenen Teilchen teilweise hiezu beitragen, selbstverständlich jedoch werden auch geladene Teilchen durch die konvergierenden Luftstrahlen von ihrer normalen Bahn abgelenkt.
Eine elektrostatische Spritzpistole gemäss der Erfindung wird nun an Hand der beifolgenden schematischen Zeichnungen beschrieben, u. zw. zeigt Fig. l eine
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weise im Schnitt das Vorderende der Spritzpistole von Fig. l, Fig. 3 einen Schnitt durch den Kopf der Spritzpistole von Fig. l und 2, Fig. 4, 5 und 6 Einzelteile des Kopfes nach Fig. 3 in Richtung der Pfeile
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gesehen, und Fig. 7 ein Schaubild einer kompletten Farbspritzanlage gemäss der Erfindung.
Nach Fig. l weist die Spritzpistole einen Zylinder 21 in Form eines isolierenden Rohres auf. Den
Zylinder 21 umgibt eine Befestigungsschelle 22 zur Anbringung eines Handgriffes 23. Der Hand- griff 23 enthält einenAbzug 24 zur Betätigung eines Mikroschalters 25, an den ein zum hinteren Ende der Spritzpistole verlaufendes Kabel 26 angeschlossen ist.
Der Kopf der Spritzpistole besteht aus einem Schirm 27 und einer drehbaren Glocke 28. Glocke und Schirm bestehen aus isolierendem Material, es ist jedoch erwünscht, dass leitendes oder halbleitendes
Material auf das isolierende Material aufgetragen oder in diesem eingeschlossen ist, um dem Schirm und dem Topf einen sehr hohen elektrischen Widerstand zu verleihen, der jedenfalls über dem des Trägermaterials liegt. Luft wird dem Schirm unter Druck mittels einer Luftleitung 29 zugeführt, die auf einen
Druckluftstutzen 30 aufgesteckt wird. Die Farbe wird der rotierenden Glocke unter Druck mittels eines
Farbzuführungsschlauches 31 zugeführt, deraufeinenFarbzuführungsstutzen 32 passt.
Wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist, wird die Glocke. 28 mittels eines Druckluftmotors 33 mit einer Antriebsspindel 35 in Umlauf versetzt. Luft wird unter Druck dem Druckluftmotor 33 mittels einer Luftleitung 34 zugeführt, die durch den Zylinder der Spritzpistole verläuft. Der Druckluftmotor 33 dient auch als elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungsquelle und der Glocke 28. Die Hoch- spannungszuführung erfolgt über das Kabel 36, das über einen Vorschaltwiderstand 37 und eine Feder 33 andenDruckluftmotor 33 angeschlossenist. DerVorschaltwiderstand 37 istineinemGehäuse 39 un- tergebracht.
Aus Fig. 2 ist zu ersehen, dass am Ende des Zylinders 21 mittels einer Schraube 41 ein Nylon- block 40 angebracht ist. Dieser Block weist eine Gewindebohrung auf, in der der Farbzuführungsstutzen
32 verschraubt wird, ferner eine Bohrung 42, die dasGewindeloch für den Farbstutzen 32 mit einer weiteren Bohrung verbindet, in die eine Farbdüse 43 eingeschraubt wird. Die Farbdüse wird mittels einer Mutter 44 festgeschraubt und die Bohrung 42 mittels einer Schraube 45 verschlossen.
Der Kopf der Spritzpistole ist im einzelnen in Fig. 3 veranschaulicht, und, wie ersichtlich, besteht der Schirm 27 zunächst aus zwei Teilen 46 und 47, die miteinander durch eine Vielzahl von Nylon- schrauben 48 verbunden sind. Der hintere Teil 46 enthält eine Gewindebohrung, in die der Luftan- schlussstutzen 30 eingeschraubt ist. Das innere Ende des Luftanschlussstutzens weist zwei Löcher auf, von denen eines bei 49 sichtbar ist, das mit einer Axialbohrung in Längsrichtung des Stutzens in Ver- bindung steht. Durch diese Anordnung kann dem Stutzen 30 zugeführte Luft in einen in die Vorderseite des Teiles 46 eingearbeiteten Ringkanal strömen. Der hintere Teil 46 ist ausserdem mit einem Längs- schlitz 51 versehen, durch den die Wellenspindel 35 und die Düse 43 hindurchtreten können.
Der Vorderteil 47 ist im allgemeinen in Form eines niedrigen Kegelstumpfes gehalten und weist einen im wesentlichen ringförmigen Kanal 52 auf. Dieser Kanal verläuft zur Vorderseite des Kegel- stumpfes, in der eine Vielzahl sehr feiner Löcher, wie bei 53 und 54, gebohrt sind. Die Löcher 53 und
54 befinden sich am Umfang eines Kreises, dessen Mitte in der Drehachse der Glocke 28 liegt und ein Teil dieses aus Löchern, etwa 53, bestehenden Ringes ist in Fig. 4 angedeutet. Jedes Loch erstreckt ; ; ich durch das Isoliermaterial, aus dem derVorderteil 47 hergestellt ist, und wirkt wie eine sehrkleine
Luftdüse. Die Achse der Luftdüse 53 ist durch die gestrichelte Linie 55 angedeutet, wogegen die
Achse des Luftstrahles 54 durch die gestrichelte Linie 56 wiedergegeben ist.
Die von den Achsen aufeinanderfolgender Strahlen mit der Drehachse der Glocke 28 gebildeten
Winkel ändern sich in festliegender Folge um den Kreisumfang herum, auf dem die Löcher angeordnet sind. Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel ist die Reihenfolge 50, 80, 110, 80, 50, 80, 110 usw.. und bei diesem Beispiel sind 88 mit einem Bohrer Nr. 80 (0, 0135" = 0, 34 mm) gebohrte Löcher vorhan- den.
Der Kanal 52 ist mit einer schulterartigen Einschnürung 57 versehen, auf der ein Ring 58 an- geordnet ist, von dem ein Teil in Fig. 5 deutlicher veranschaulicht ist. Eine Anzahl Löcher 59 ist im
Ring 58 ausgebohrt, und bei dem besonderen Beispiel mit 88 Luftstrahlen können sechsunddreissig
Löcher 59 vorhanden sein. Der Gesamtquerschnitt der sechsunddreissig Löcher 59 ist etwas grösser als der Gesamtquerschnitt der achtundachtzig Löcher, wie sie bei 53 und 54 angedeutet sind. Diese An- ordnung ermöglicht einen dauernden Rückdruck in dem zwischen dem Ring 58 und dem Vorderende des
Kanals 52 ausgebildeten Hohlraum. Der Vorderteil 47 ist ebenfalls mit einer schulterartigen Ein- schnürung 60 versehen und auf dieser Schulter ist ein weiterer Ring 61 angeordnet. Ein Teil dieses
Ringes ist in Fig. 6 deutlicher veranschaulicht.
Wie ersichtlich, ist dieser Ring mit einer Anzahl Löcher 62 versehen und in dem angegebenen besonderen Beispiel sind acht Löcher vorhanden. Wieder ist der Gesamtquerschnitt der acht Löcher 62 grösser als der Gesamtquerschnitt der sechsunddreissig Löcher 59, so dass ein Rückdruck in dem Hohl-
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raum zwischen den beiden Ringen aufrechterhalten bleibt.
Die in Ebonit ausgeführte Glocke 28 enthält einen Metallspindeleinsatz 63, in den das Ende der Welle 35 eingeschraubt ist. Die Glocke weist eine flache Scheibe 64 auf, die mittels dreier Stege 66 mit einem äusseren, topfförmigen Teil 65 verbunden ist. Die Mündung der Glocke läuft konisch zu einer verhältnismässig scharfen Kante 67 zu, die etwa 5, 6 mm oder zirka 3 mm vor dem Schirm 27 endet. Ferner beträgt der radiale Abstand zwischen der Kante 67 und demKreisumfang mit den Löchern 53 und 54 ebenfalls zirka 5, 6 mm.
Die Anlage nach Fig. 7 enthält eine Handspritzpistole 2 ähnlich der an Hand der Fig. l - 6 be- schriebenen. die in einerSpritzkammer 15 eingesetzt wird. Der zu bespritzende Gegenstand wird beispielsweise durch einen Stuhl 1 dargestellt, der mittels eines den Stuhl mit einer Erdungsschiene 17 verbindenden Metallhakens 16 geerdet ist. Die Spritzpistole ist mit dem übrigen Apparat mittels eines mehrgliedrigen Kabels 18 verbunden, das eine Luftleitung 3 für den Motor, einen Farbschlauch 4, ein Hochspannungskabel 5. ein Abzugschaltkabel 6 und einen Luftschlauch 29 für die Luftzufüh- rung zum Schirm enthält.
Das Abzugschaltkabel 6 verbindet den Mikroschalter 25 mit der Schalteinrichtung 18, die auf einem Radiofrequenz-Hochspannungsgenerator 7 angebracht ist, dessen Gehäuse geerdet ist. Die Schalt- einrichtung und der Hochspannungsgenerator sind über ein Zuleitungskabel 15 an die Hauptstromleitung angeschlossen. Die Schalteinrichtung ist mittels eines Verbindungskabels 9 mit einer Reihe von drei ferngesteuerten Ventilen 19, 20 und 8 verbunden. Das Ventil 19 verbindet die Farbleitung 4 über eine weitere Farbleitung 11 mit einer Farbzuführung in einem Farbbehälter 13.
Das Ventil 20 verbindet die Luftleitung 3 für den Motor über eine Leitung 70, ein aus Feuchtigkeitsabscheider, selbsttätiger Schmiervorrichtung und Zerstäuberschalter kombiniertes Gerät 10 und eine weitere Luftleitung 12 mit einem Hauptlufteinlass 14. Das Ventil 8 verbindet die Luftleitung 29 für den Schirm über eine Luftleitung 71 mit einem Anschlussstück in der Luftleitung 70.
Der Lufteinlass 14 ist über ein Reduzierventil 72 mit dem Inneren des Farbbehälters 13 verbunden, so dass der Leitung 11 unter Druck Farbe zugeführt wird. Zum Anzeigen des Druckes im Be- hälter ist ein Druckmesser 73 vorgesehen.
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dingungen nicht völlig schliesst, sondern immer noch eine kleine Luftmenge unter Druck zum Schirm gelangen lässt. Dadurch werden die feinen Bohrungen im Schirm immer sauber gehalten.
Im Betrieb wird die Farbspritzpistole mit dem Kopf in kleinem Abstand von dem zu bespritzenden Gegenstand gehalten und Farbe wird der Rückseite der Scheibe 64 zugeführt. Sie wird von dieser Oberfläche durch Fliehkraft abgeschleudert und bildet auf der Innenfläche der Topfwände 65 einen Film. Durch Fliehkrafteinfluss wandert die Farbe zum Konusrand 67 und wird von dessen Kante aus zerstäubt.
Die zerstäubte Farbe wird dann durch das elektrostatische Feld aufgeladen und infolgedessen zu dem zu bespritzenden Gegenstand hin gezogen, da dies das nächste Ziel mit Erdpotential ist. Bleibt die Luft aus den Luftstrahldüsen im Schirm aus, würde die Bahn jedes Farbteilchens durch seine Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung bei Verlassen der Glocke, durch seine Masse, seine elektrische Ladung und durch die Ausbildung des elektrischen Feldes längs seiner Bahn bestimmt.
Ist der zu bespritzende Gegenstand von flacher Form und verläuft er im wesentlichen senkrecht zur Achse der Spritzpistole, ergäbe das durch den Sprühnebel erzeugte Sprühbild einen Ring mit einer mittleren Leerstelle. Bei eingeschaltetem Luftstrom dagegen wird, da die Luftstrahlen unter verschiedenen Winkeln zur Achse der Pistole zu konvergieren, eine Anzahl der normalerweise unter Bildung eines Ringmusters zum Gegenstand gelangenden Farbpartikel nach einwärts lenkt, so dass sie die mittlere Leerstelle ausfüllen. Das Ergebnis ist, dass bei richtiger Einstellung der Luftstrahlen das bei Anwendung elektrostatischer Spritzgeräte üblicherweise entstehende Ringbild durch ein gleichmässiges, rundes Sprühbild ersetzt werden kann.
Die Luftstrahlen haben noch eine weitere Aufgabe insofern, als sie die wenigen ungeladenen Farbteilchen, die normalerweise radial vom Sprühkopf abgeschleudert würden, am Wegfliegen hindern und dieselben auf den zu spritzenden Gegenstand lenken. Ebenso hat sich die Nützlichkeit der Luftstrahlen insoweit erwiesen, als sie die erforderliche Zeit zwischen dem Spritzvorgang und dem Einbrennen durch
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Auftrocknen eines Teiles des im Spritzgut enthaltenen Lösungsmittels während des Sprühvorganges verringern.
Normalerweise läuft der Druckluftmotor mit 6 000-10 000 Umdr/min und die Luft wird dem Schirm unter einem Druck von 2, 8 bis 3, 5 kg/cm2 zugeführt. Alles in der Beschreibung der Einfachheit halber auf die Verwendung von Luft bezogene schliesst natürlich auch die Verwendung eines inerten Gases an Stelle von Luft ein. Schliesslich kann dieSpritzpistolenanordnung sowiedie Hilfseinrichtung mit Brandschutz versehen werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abwandlungen möglich, besonders bezüglich der Gestalt und Form des in der Beschreibung beispielsweise als glockenförmig bezeichneten mechanischen Zentrifugal-Zerstäuberkopfes.
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