Spritzbeschichtungsverfahren und Gerät zur Durchführung des Verfahrens Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spritzbe- schichtungsverfahren und ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens.
Das erfindungsgemässe Spritzbeschichtungsverfah- ren ist von der Art, in welcher ein feinkörniges Material in solcher Weise auf einen Gegenstand auf gespritzt wird, dass es daran haften bleibt und eine Deckschicht bildet, wobei zunächst eine zumindest im unteren Teil gegenüber der Aussenatmosphäre unter Überdruck stehend:
-. durchgarte Masse des feinkörnigen Beschichtungsmaterials in einem Durch- gasungsgefäss hergestellt wird, und der Grad der Durchgasung höchstens dem entspricht, der in einer Wirbelschicht erreichbar ist, und ein mit Gas durch- setzter Strom des feinkörnigen Materials mit einstell barer Geschwindigkeit aus dem Durchgasungsgefäss einer Spritzmündung zugeführt wird, und das Ver fahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass das Material an einer unterhailb der Oberfläche des durchgarten Materials liegenden Stelle ausschliesslich mittels des im Durchgasungsgefäss an der Austrittsstelle herrschen- den Überdrucks, entzogen wird, und der in dichter Phase austretende Materialstrom Mitteln zugeführt wird, die zur Weiterführung und Aufspritzung des feinkörnigen Materials auf den zu beschichtenden Gegenstand ausgebildet sind.
Insbesondere kann das Verfahren so durchgeführt werden, dass das feinkörnige Material in dem Durch- gasungsgefäss in einen echten Wirbelschichtzustand oder vorzugsweise in einen mittleren durchgasten Zu stand versetzt wird, der zwischen dem einer echten, durch turbulente Teilchenbewegung gekennzeichneten Wirbelschicht und dem Zustand der normalen, losen Schüttung liegt, wobei das statische Acrat in diesem Zwischenzustand einen hohen Beweglichkeitsgrad besitzt, im Gegensatz zur Wirbelschicht jedoch einen Schüttwinkel aufweist,
der allerdingsi kleiner ist als der Schüttwinkel des undurchgasten Materials und wobei in diesem durchgarten Zustand im Gegensatz zur Wirbelschicht wenig oder gar keine Relativbe wegung zwischen benachbarten Teilchen herrscht, so lange die Masse ungestört bleibt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsweise des Ver fahrens wird das dem Durchgasungsgefäss entzogene durchgarte Material ausschliesslich mittels des ge nannten Drucks bis zur Aussprühstehe weitertrans portiert, an welcher lediglich der Restdruck für den Spritzbetrieb verwendet wird. Der Druck im Durch- gasungsgefäss beträgt beispielsweise zwischen 0,5 und 7,0 atü.
Die Form und Qualität des Sprühstrahls wird bei spielsweise mittels entsprechender Deflektoren ein gestellt, die sich im Weg des bereits aus der Aus- spritzstelle getretenen freien Strahles befinden, wobei die Querschnittsfläche an der Ausspritzstelle im Ver gleich zur Querschnittsfläche der Rohrleitung nicht verengt wird.
Anderseits ist es auch möglich, bei niederem Druck zu arbeiten und das entzogene Material, z. B. in der weiter unten beschriebenen Weise mit einem Fördergas zu vermischen.
Das Verfahren lässt sich so durchführen, dass ein thermoplastisches Kunststoffpulver, z. B. Po yäthylen, Polyamid, Polyvinylharz oder dergleichen auf den vorerhitzten Gegenstand aufgespritzt wird, wobei die bevorzugte Teilchengrösse zwischen etwa 75 und 400 Mikron, z. B. zwischen 150 und 400 Mikron beträgt und die einzelnen Teilchen möglichst frei von Vorsprüngen sind. Dabei hat es sich als vorteil haft erwiesen, wenn das Pulver auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur, bei welscher es klebrig wird, vorerhitzt wird, z.
B. durch Erhitzung des Durchgasungsgefässes als solches oder durch Ver wendung eines heissen Durchgasungsmittels, beispiels weise eines gegenüber dem Kunststoff inerten Gases, z. B. Stickstoff Kohlenstoffdioxyd oder Industrieab- gas@ mit einem geringen Sauerstoffgehalt und ohne Be standteile, die chemisch mit dem Pulver reagieren.
Anderseits ist es auch möglich, feste Teilchen, z. B. Glasper?en, Sand oder dergleichen auf eine klebrige Oberfläche aufzuspritzen, auf der sie bei Berührung festkleben.
Falls zumindest für einen Teil der Beschichtung ein thermoplastisches Kunststoffpulver Verwendung findet, kann der zu beschichtende Gegenstand erhitzt werden, indem er unter eine oben und seitlich ge schlossene Haube gebracht, die Haub-, mit heissem Gas gefüllt und danach die Haube relativ zum Ge genstand aufwärts bewegt wird, um den Gegenstand für die weitere Behandlung zugänglich zu machen, wozu die Haube vorzugsweise mit Gegengewichten versehen ist, wobei die Beheizung vorzugsweise mit tels einer oder mehrerer unter die Haube gerichteter Gasflammen erfolgt.
Das erfindungsgemässe Gerät zur Durchführung des Verfahrens. besitzt ein Durchgasungsgefäss mit einer Austrittsöffnung für das durchgaste Material in Bodennähe des Gefässes, und ist dadurch gekenn zeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um das frei und in dichter Phase aus der Austrittsöffnung aus strömende, feinkörnige Material aufzugreifen, weiter- zutransportieren und auf den zu beschichtenden Gegenstand aufzuspritzen, wobei die Grösse der Aus trittsöffnung vorzugsweise verstellbar ist.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist unterhalb der Austrittsöffnung des Durchgasungsgefässes ein nach oben hin offener, an der Oberseite unter Atmo sphärendruck stehender Trichter so ausserhalb des Durchgasungsgefässes angebracht, dass das frei aus der Austrittsöffnung fliessende feinkörnige Material in den Trichter hineinfällt, wobei der Trichter gleich zeitig den Eingangsstutzen einer Fördereinrichtung bildet, wodurch das in den Trichter gefallene, fein körnige Material gemeinsam mit einem Fördergas angesogen wird. Das Fördergas wird gegebenenfalls vorerhitzt.
Bei einer anderen Ausführung weist das Durch- gasungsgefäss zum Betrieb unter Druck oberhalb der Füllhöhe des durchgasten Materials eine verengte Gasöffnung auf und ist die Austrittsöffnung in der Durchgasungszone direkt mit einer Ausspritzöffnung, von der aus das Material, auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgespritzt wird, mittels einer Leitung verbunden oder verbindbar.
Die Verbindung zwischen der Austritts- und der Ausspritzöffnung wird beispielsweise von einem ver hältnismässig kurzen Rohr bzw. Schlauch mit 0,8 bis 3,5 mm Innendurchmesser, vorzugsweise von der Grössenordnung von 1,2 mm, oder einem längeren Rohr bzw. Schlauch, z. B. von etwa 10 m Länge, mit einem Innendurchmesser zwischen beispielsweise etwa 3 und 13 mm bewerkstelligt, wobei ein dün ner Draht im Innern des Rohres bzw. Schlauches vorgesehen sein kann, womit man Verstopfungen ent gegenwirken kann, sofern diese eintreten. Ferner werden Verengungen am eigentlichen Aussprühende vermieden.
Vorzugsweise ist am Ausspritzungspunkt des Gerätes ein geeignetes Mundstück vorgesehen, z. B. als ein oder mehrere Deflektoren ausgebildet, die vorzugsweise verstellbar oder austauschbar sind, da mit man verschiedene Formen des Sprühstrahles er zeugen kann.
Es hat sich als günstig erwiesen, mindestens zwei Durchgasungsgefässe vorzusehen, und zwar so, dass jedes Durchgasungsgefäss eine eigene Austritts öffnung für das durchgaste Material aufweist, und dass die Grössen sämtlicher Austrittsöffnungen ver stellbar sind, um die Zufuhr von durchgastem Mate rial aus den verschiedenen Durchgasungsgefässen nach einer einzigen Leitung bzw. einem einzigen Mund stück in vorbestimmten Mengenverhältnissen einstel len zu können.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die folgenden Beispiele und Zeichnung hinge wiesen, die zwei Ausführungsformen des erfindungs gemässen Gerätes darstellen. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform, Fig.2 eine Seitenansicht eines Gerätes zum Be trieb mit höherem überdruck, Fig.3 und 4 zwei verschiedene Mündungsan sätze, Fig. 5 eine graphische Darstellung der Pulver- strömungsgeschwindigkeiten durch Schläuche ver schiedener Innendurchmesser bei Verwendung ver schiedener Drücke.
<I>Beispiel 1</I> Betrieb mit Fördergebläse Gemäss Fig. 1 besteht das Gerät aus einer Gas kammer 1 mit einer Gaszufuhr 2. über der Gas kammer und von ihr mittels eines Filters 3 abge trennt sind zwei Durchgasungsgefässe 4 und 5 vor gesehen. Die Oberseiten der Durchgasurigsgefässe sind mit einem Filtertuchdeckel 6 verschossen.
Das Filtertuch 6 dient dazu, dass Entweichen vom mit geschlepptem Pulver zu verhindern und erzeugt gleichzeitig einen Gegendruck in den Durchgasungs- gefässen. Jedes Durchgasungsgefäss ist mit einem Schlitz 7 etwas oberhalb des Filters 3 versehen. Diese Schlitze kann man in gewünschtem Masse mittels eines Schiebers 8 öffnen oder schliessen. In dieser Weise ist es möglich, die Geschwindigkeit einzustel len, mit welcher das durchgaste Pulver aus dem Durchgasungsgefäss in den Trichter 9 des Förder- gebläses 10 ausströmt.
Die Austrittsöffnung des- För- dergebläses ist mit dem Schlauch 11 verbunden, des sen äusserstes Ende mit einem geeigneten Mündungs ansatz verbunden werden kann, von dem zwei Bei spiele in Fig. 3 und 4 gezeigt sind. Der Mündungsansatz 12 gemäss Fig. 3 erzeugt einen una.bgelenkten kegelförmigen Sprühstrahl, wäh rend der Mündungsansatz 13 gemäss Fig. 4 mit einem winkelförmigen Ablenkblech 14 versehen ist, das eine fächerförmige Zerstäubung zustande bringt.
In der Praxis kann das Gefäss 4 mit einem Pul ver gefüllt werden, das sich besonders zur Grun dierung eignet und das Gefäss 5 mit einem Pulver für die Oberschicht. Luft oder ein anderes Gas unter geringem Überdruck wird in die Gaskammer 1 durch die Gaszufuhr 2 eingeführt. Das Gas bläst durch das Filter 3 und durchgast die Pulver in den Ge fässen 4 und 5 im gewünschten Masse.
Je nach den Fliesseigenschaften des Pulvers kann man die Pul ver entweder in einen Wirbelzustand versetzen, oder in den obengenannten Zwischenzustand des statischen Aerats. Mittlerweile erhitzt man den zu beschich tenden Gegenstand auf eine Temperatur, bei welcher das Kunststoffpulver mühelos zerfliesst, ohne über mässige Zersetzung oder Oxydation. Bei der Ver wendung von Polyäthylenpulver liegt die Tempera tur gewöhnlich etwa zwischen 180 und 200 C. Das Fördergebläse wird dann eingeschaltet und der Schieber 8 des Gefässes 4 im gewünschten Masse geöffnet.
Der durch die Mündung 12 oder 13 ausge- spritze Sprühstrahl wird dann auf den zu beschich tenden Gegenstand gerichtet, vorzugsweise etwa in rechtem Winkel auf die zu beschichtende Ober fläche. Ein Teil des Pulvers haftet an dem erhitz ten Gegenstand und bildet eine Deckschicht. Nach dem eine Grundierschicht der gewünschten Dicke aufgebaut ist, wird der Schieber 8 des: Gefässes 4 geschlossen und der entsprechende Schieber des. Gefässes 5 geöffnet und das Spritzverfahren fort gesetzt, bis eine Deckschicht der gewünschten Dicke und Qualität aufgebaut ist. Der Ansatz 12 oder 13 kann auch durch einen Flemmenspritzansatz ersetzt werden.
In diesem Fall muss man sehr darauf achten, dass eine unerwünschte Oxydation und Zersetzung des Kunststoffpulvers vermieden wird. Man kann diese Schwierigkeit weitgehend vermeiden, wenn man Stickstoff oder Kohlendioxydgas in den Trichter des Gefässes 'leitet. Diese Verfahrensweise ist besonders dann wirtschaftlich, wenn Industrieabgase verfügbar sind, die das Kunststoffpulver bei den herrschenden Temperaturbedingungen nicht angreifen.
<I>Beispiel 2</I> Vorerhitzen des Sprühstrahles Das gleiche Gerät wie im Beispiel 1 kann ver wendet werden. Abzuggas mit einer Temperatur von etwa. 85 C wird in die Gaskammer eingeleitet, wo durch das Polpäthylenpulver in dem Durchgasungs- gefäss vorgeheizt wird. Das Pulver wird dann in der im vorigen Beispiel beschriebenen Weise auf den vorerhitzten Gegenstand aufgespritzt, und man stellt eine merkliche verbesserte Haftung des Pulvers an der beschichteten Oberfläche fest.
Wenn zusätzlich heisses Abzugsgas von 85 C in den Trichter des Gebläses geleitet wird, wird der Anteil des Pulvers, der an dem Werkstück haften bleibt, annähernd verdoppelt.
<I>Beispiel 3</I> Betrieb mit Druckdurchgasungsgefäss Die Apparatur gemäss Fig. 2 ist ausgebildet, um zumindest Überdrücken von 7 atü standzuhalten. Wiederum besteht das Gerät aus einer Gaskammer 15 mit einer mit Ventil versehenen Gaszufuhr 16 und einem Durchgasungsgefäss 17 oberhalb der Gas kammer, das von ihr mittels eines Filters. 18 abge trennt ist, das ein sehr dicht gewebtes synthetisches Filtertuch enthält. Das Durch,gasungsgefäss ist mit einem Deckel 19 verschlossen, der mit einem Mano meter 20 und einem Ausgangsventil 21 versehen ist, mittels dessen man den erwünschten Druck im Durchgasungsgefäss einstellen kann.
Ein Filtertuch 22 ist zwischen dem Durchgasungsgefäss und dem Deckel 19 vorgesehen, um jede Möglichkeit des Ein trittes von Pulver in dass Manometer 20 oder das Ventil 21 auszuschliessen. Zwei Austrittsventile 23 sind am unteren Ende der Durchgasungskammer vor gesehen, um die Zufuhr des, durchgasten feinkörni gen Materials durch die Schläuche 24 zu regeln.
Die Enden der Schläuche 24 können wiederum mit Mündungssätzen wie in Fig. 3 oder 4 versehen sein. Vorteilhafterweise sind diese jedoch für die Arbeitsweise unter Druck so ausgebildet, dass am Mündungsende des Schlauches keine Verengung statt findet.
Ein Umlenkblech 25 ist innerhalb des Durch- gasungsgefässes vorgesehen, um die Austrittsventile 23 abzuschirmen und ein vorzeitiges Ausströmen des Gases durch die Ventile zu vermeiden.
Mit diesem Gerät gelang es am Ende eines ein Meter langen Schlauches mit 1,2 mm Innendurch messer einen ein Meter langen Sprühstrahl zu er zeugen, bei einem Überdruck im Durchgasungsgefäss von etwa 1,4 atü. Durch Änderung des Druckes und/oder der Verengung zwischen der Austrittsstelle und dem Schlauch gelang es, den Durchsatz des Kunststoffpulvers zwischen etwa 2,2 und 45 kg/Std. ohne Schwierigkeiten zu variieren. Bei 1,8 atü in einer Wirbelschicht wurden 23 kg/Std. durchgesetzt.
Es fand ein Polyäthylenpulver mit einer Teilchen grösse zwischen etwa 300 und 50 Mikron in diesem Versuch Verwendung.
Die obengenannten Ergebnisse liessen sich mit einem Pulver erzeugen, welches sich in dem Durch- gasungsgefäss 17 in einem echten Wirbelschichtzu- stand befand. Eine Verstopfung des Schlauches 24 fand praktisch nicht statt, und etwaige Verstopfun gen liessen sich ohne weiteres durch leichtes Bewe gen eines dünnen im Schlauch 24 angebrachten Drah tes beseitigen.
Das Gerät funktionierte jedoch am besten beim Betrieb mit dem obengenannten Zwischenzustand. Dabei ergaben sich die Vorteile eines erheblich ver ringerten Verbrauches an Durchgasungsmittel, einer praktisch vollständigen Ausschaltung von Verstop- fungen, so dass man auf den Draht im Schlauch 24 verzichten konnte, und eines noch konzentrierteren und regelmässigeren Kunststoffpulvertransportes durch den Schlauch 24.
Im Falle von Polyäthylenpulver erwies sich dee Telchengrössenbdreich von 400 bis 150 Mikron als am vorteilhaftesten. Beim Be trieb mit kurzen Rohrlängen 24 ist es vorteilhaft, sehr kleine Innendurchmesser zu verwenden, um einen schnellen Durchfluss durch den Schlauch zu erhalten. Bei längeren Schläuchen ist es besser, Schläuche mit etwas grösserem Innendurchmesser, z. B. zwischen etwa 3 und 13 mm zu verwenden.
Vorerhitzen des Durchgasungsmittels und/oder des Durchgasungsgefässes kann auch in dieser Betriebs weise mit Vorteil angewendet werden.
<I>Beispiel 4</I> Strömungsgeschwindigkeiten durch Rohre mit verschiedenen Durchmessern Schlauchabschnitte von 9,14 m Länge und mit verschiedenen Innendurchmessern wurden an den Ventilen 23 des im vorigen Beispiel beschriebenen Gerätes angeschlossen. Die Apparatur wurde mit einem Polyäthylenpulver hoher Dichte gefüllt, mit einer Teilchengrösse zwischen 400 und 150 Mikron. Es wurde die Zeit in Sekunden gemessen, die benö tigt wurde, um 227 g des Kunststoffpulvers mittels verschiedener Luftdrücke durch die Schläuche zu för dern. Die Ergebnisse sind in Fig. 5 aufgezeichnet.
Obwohl Drücke zwischen 0,5 und 7 atü befrie digende Ergebnisse zeigten, besteht kein ernster Grund, warum man nicht auch höhere Drücke anwenden kann; nur führen höhere Drücke zu einer grösseren Verdünnung des: Pulvers mit Durchr gasungsmittel in dem sich ergebenden Sprühstrahl.
Die Ergebnisse der Fig. 5 wurden mit dem Pul ver im Zwischenzustand des statischen Aerats er halten. Der Begriff des statischen Aerates und die Herstellung dieses Zustandes wird ausführlich in der österreichischen Patentschrift Nr. 231594 beschrieben.
Zu den Beispielen 1 bis 3 sei noch zu erwähnen, dass zur Vorerhitzung der zu beschichtenden Gegen stände Aluminiumhauben Verwendung fanden, in denen die Gegenstände aufgehängt bzw. aufgestellt wurden, worauf die Atmosphäre unter den Hauben mittels Gasbrennern erhitzt wurde. Es standen zu diesem Zwecke verschiedene Ausführungsformen der Haube zur Verfügung.
Eines dieser Geräte für klei niere Arbeiten bestand aus einem rechteckigen Kasten aus poliertem Aluminiumblech mit offenem Boden, der über einem Tisch an einem Kabel auf gehängt war, das über eine Rolle zu einem Fuss hebel lief, womit die Haube von dem Tisch abge hoben werden konnte. Auf dem Tisch war ein Gas brenner angebracht, der im angezündeten Zustand unter die Haube durch den offenen Boden desselben blies, zu welchem Zweck eine kleine Lücke zwischen dem Tisch und der Haube eingehalten wurde. Diese gestatteten auch das Entweichen der Gase aus der Haube. Für grössere Beschichtungsarbeiten standen auch grössere Hauben zur Verfügung, die direkt über dem Fussboden der Werkhalle aufgehängt waren.
Eine solche Ausführungsform war aus standardisierten Tafeln zusammengebaut, aus welchen man Hauben der jeweils benötigten Grösse zusammenstellen kann.
In einer weiteren Ausführungsform war um die erste Haube ein Aussenmantel angebracht, dessen Bodenkante tiefer als die Bodenkante der Innen haube war und dessen Oberende mit einem Abzug versehen war. Bei dieser Vorrichtung entweichen die Rauchgase unter der Bodenkante der Innenhaube und ziehen dann zwischen Innenhaube und Mantel aufwärts. Diese Vorrichtung liefert eine beheizte Isolierung der Haube und hilft somit, Brennstoff zu sparen. Die Abführung der Rauchgase macht keine Schwierigkeiten.
Man fand, dass die Temperatur innerhalb der Haube im wesentlichen gleichmässig ist, und dass das Haubeninnere sehr schnell auf die benötigte Tem peratur gebracht werden kann. Falls erwünscht, kann im Innern der Haube ein Ventilator angebracht werden.
Um Gegenstände mit Kunststoff zu beschichten, werden erstere einzeln oder zusammen unter die Haube gebracht, im gewünschten Masse vorerhitzt und dann zur Weiterbearbeitung entfernt, nachdem man die Haube hochgehoben hat. Die Hauptvorteile dieser Arbeitsweise sind in der leichten Zugänglich keit der Gegenstände zu suchen und in der Brenn stoffersparnis, da beim Heben und Senken der Haube sehr wenig heisses Gas verlorengeht, im Vergleich mit den sehr viel grösseren Verlusten, die beim Öff nen und Schliessen einer Ofentür entstehen und in der besseren Erhaltung einer inerten Gasatmosphäre.
Offensichtlich kann man die gleiche relative Be wegung wie beim Heben und Senken der Haube auch dadurch erhalten, dass man den Tisch unter einer feststehenden Haube hebt oder senkt.
Diese Verfahrensweise ist auch besonders zur Beschichtung grosser Gegenstände geeignet, die nicht leicht beweglich sind. In diesem Falle wird eine ent sprechend aufgehängte leichte Aluminiumhaube über dem Gegenstand aufgebaut, worauf die Gasflammen in die Haube gerichtet werden. Die Haube wird hochgehoben, um das Bespritzen des Gegenstandes zu gestatten, und von Zeit zu Zeit gesenkt, um den Gegenstand im gewünschten Temperaturbereich für das Spritzverfahren zu halten.
Die Herstellung dieser Hauben kostet einen klei nen Bruchteil der Kosten eines üblichen Heizofens, wie sie bisher in Kunststoffbeschichtungsanlagen Ver wendung fanden.
Bei der Verfahrensweise gemäss Beispiel 3 ergibt sich ein weiterer Vorteil von entscheidender Bedeu tung.
In dieser Art Spritzverfahren verl'ässt das Pulver den Ausspritzpunkt in einer sehr konzentrierten Form, verhältnismässig wenig verdünnt mit Durchgasungs- mittel. Ein zusätzliches Fördergas ist überflüssig. So- mit kann das Pulver tatsächlich mehr als 280mal konzentrierter sein als in der üblichen Verfahrens weise. Die üblichen Verfahren verwenden einen sehr verdünnten Pulverstrahl mit einem hohen Anteil an Fördergas.
Dies erweist sich manchmal als schwer wiegender Nachteil, besonders wenn es gilt, schwer zugängliche Ecken zu beschichten, da das Gas dazu neigt, die Teilchen von dem zu beschichtenden Ge genstand abzublasen, bevor die Verklebung statt finden kann. Das Gas kann auch eine nachteilige Kühlwirkung haben. Bei der Erzeugung solcher Luft- oder Gasströme wird ferner Energie vergeudet.