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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage zum Beschichten
eines Werkstücks,
welche ein Tauchbad eines Lackes und eine Umwälzvorrichtung zum Umwälzen des
Tauchbades umfasst.
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Dabei
ist die vorliegende Erfindung bei beliebigen Beschichtungsverfahren
anwendbar, insbesondere einer elektrophoretischen Beschichtung oder
Lackabscheidung, wie beispielsweise der KTL (Kathodische Tauchlackierung
oder Kataphorese) oder der ATL (Anodische Tauchlackierung oder Anaphorese),
oder bei einer autophoretischen Beschichtung oder Lackabscheidung.
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Die
autophoretische Beschichtung oder Lackabscheidung (auch Autodeposition
genannt) ist im Unterschied zu einer elektrophoretischen Beschichtung
oder Lackabscheidung, wie beispielsweise der KTL oder der ATL, ein
Beschichtungs- oder Lackabscheidungsverfahren,
bei dem kein Strom fließt.
Deshalb wird die autophoretische Beschichtung auch ”außen stromloses
Verfahren” genannt.
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Wird
ein Werkstück
aus Stahl in das Tauchbad eines autophoretischen Lackes eingetaucht,
so wird die Stahloberfläche
durch Flusssäure,
die in einer Konzentration von ungefähr 1,5 g/l im Tauchbad vorliegt,
angebeizt, so dass Eisenionen in das Tauchbad abgegeben werden.
Diese Eisenionen destabilisieren die dispergierten Lackpartikel
und führen
zu deren Koagulierung und somit zu einer Lackabscheidung an der
Werkstückoberfläche.
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Die
autophoretische Lackabscheidung beinhaltet also die Schritte Beizen
und Koagulieren.
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Der
Lack-Festkörperanteil
im Tauchbad liegt bei der autophoretischen Beschichtung beispielsweise
in einem Bereich von 3 Gewichtsprozent bis 7 Gewichtsprozent.
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Der
pH-Wert des Tauchbades liegt aufgrund des Vorhandenseins der Flusssäure zwischen
ungefähr
2 und ungefähr
3.
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Bekannte
Umwälzvorrichtungen
zum Umwälzen
eines Tauchbades aus Autophorese-Lack umfassen Axialrührer, insbesondere
Propellerrührer, welche
unmittelbar in dem Tauchbad innerhalb eines Tauchbeckens angeordnet
sind. Solche Axialrührer erzeugen
eine Badströmung,
deren Hauptströmungsrichtung
längs der
Rührerachse
verläuft. Wenn
der Einbau der Rührer
von außen
in das Tauchbecken über
den Behälterrand
erfolgt und wenn die Rührerachse
nicht zu dem Werkstück
hin weist, kann ein Umströmen
des Werkstücks
durch die Badströmung
nur durch Einbauten von Umlenkblechen, beispielsweise auf dem Beckenboden,
realisiert werden.
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Bekannte
Umwälzvorrichtungen
für Autophorese-Lack
umfassen ferner einen Filterkreislauf mit einer Druckluftmembranpumpe,
welche nur eine geringe Scherbelastung auf den Autophorese-Lack ausübt. Eine
solche Druckluftmembranpumpe weist eine geringe Pumpleistung von
höchstens
ungefähr 30
m3/h auf, so dass bei großen Tauchbädern nur
ein geringer Anteil des gesamten Badvolumens des Tauchbades durch
die Druckluftmembranpumpe und die derselben zugeordnete Filtereinrichtung
hindurch gefördert
werden kann.
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Da
nur ein geringer Anteil des von den Axialrührern und der Druckluftmembranpumpe
erzeugten Umwälzvolumenstroms
durch die Druckluftmembranpumpe und die derselben zugeordnete Filtriervorrichtung
strömt
und daher der größte Anteil
des Umwälzvolumenstroms
unfiltriert bleibt, kann es durch im Tauchbad vorhandene Schmutzpartikel
zu Schmutzeinschlüssen
kommen, welche das optische Erscheinungsbild der erzeugten Beschichtung
negativ beeinflussen und/oder durch eine Nachbearbeitung entfernt
werden müssen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtungsanlage
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine Beschichtung
des Werkstücks
in hoher Qualität
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Beschichtungsanlage zum Beschichten eines
Werkstücks
mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Umwälzvorrichtung
eine Pumpenanordnung mit mindestens einer Pumpe umfasst, wobei der
Pumpenanordnung im Betrieb der Beschichtungsanlage ein Umwälzvolumenstrom
von mindestens einem Badvolumen des Tauchbades pro Stunde zuführbar ist.
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Dadurch,
dass ein vergleichsweise großer Umwälzvolumenstrom
von mindestens einem Badvolumen des Tauchbades pro Stunde dem Tauchbad entnehmbar
und über
die, vorzugsweise externe, Pumpenanordnung dem Tauchbad wieder zuführbar ist,
ist es möglich,
durch Einspeisung des Umwälzvolumenstroms
in das Tauchbad eine starke Badströmung zu erzeugen, welche die
Werkstückoberfläche gezielt
umströmt,
so dass eine geschlossene Beschichtung an dem Werkstück erzielt
wird.
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Durch
die Entnahme eines großen
Umwälzvolumenstroms
aus dem Tauchbad ist es ferner möglich,
den in diesem Umwälzvolumenstrom
enthaltenen Lack in gewünschter
Weise zu konditionieren, insbesondere hinsichtlich seiner Temperatur
einzustellen und/oder durch Filtration von Verunreinigungen zu befreien.
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Durch
eine solche Konditionierung des im Umwälzvolumenstrom enthaltenen
Lacks wird die Qualität
der erzeugten Beschichtung verbessert.
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Die
erfindungsgemäße Beschichtungsanlage
eignet sich für
beliebige Beschichtungsverfahren, beispielsweise zum elektrophoretischen
Beschichten eines Werkstücks,
vorzugsweise durch KTL oder ATL, oder, besonders vorteilhaft, zum
autophoretischen Beschichten eines Werkstücks in einem Tauchbad eines
autophoretischen Lackes.
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Eine
oder mehrere, insbesondere alle, Pumpen der Pumpenanordnung können außerhalb
des Tauchbades (d. h. mit einem Abstand zum Tauchbad) angeordnet
sein. In diesem Fall kann die Pumpenanordnung als eine ”externe
Pumpenanordnung” bezeichnet
werden.
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Es
kann aber auch vorgesehen sein, dass eine oder mehrere, insbesondere
alle, Pumpen der Pumpenanordnung in das Tauchbad integriert sind.
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Dabei
kann das Gehäuse
einer solchen Pumpe oder der Pumpenanordnung mit dem Becken, in
dem das Tauchbad angeordnet ist, fest verbunden oder einstückig mit
demselben ausgeführt sein.
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Hierdurch
können ”Toträume”, die ansonsten mit
Flüssigkeit
gefüllt
werden müssten,
durch ein gekapseltes Pumpengehäuse
ausgefüllt
werden, so dass weniger Medium für
das Tauchbad nötig
ist.
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Auch
eine oder mehrere Flutleitungen, welche einen Transfer des umgepumpten
Mediums von einer oder mehreren Pumpen der Pumpenanordnung zu dem
Tauchbad ermöglichen,
können
mit dem Becken, in dem das Tauchbad angeordnet ist, fest verbunden
oder einstückig
mit demselben ausgebildet sein.
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Hierdurch
kann eine Materialeinsparung erzielt werden.
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Ferner
können
auch ein oder mehrere Eduktoren, über welche das umgepumpte Medium
von einer oder mehreren Pumpen der Pumpenanordnung dem Tauchbad
zuführbar
ist, mit dem Becken, in dem das Tauchbad angeordnet ist, fest verbunden
oder einstückig
mit demselben ausgebildet sein, wodurch ebenfalls eine Materialeinsparung
erzielt werden kann.
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Dadurch,
dass die Umwälzung
des Tauchbades zumindest teilweise oder vorzugsweise vollständig nicht
mittels in dem Tauchbad angeordneter Rührer, sondern mittels der,
vorzugsweise externen, Pumpenanordnung erfolgt, kann ein Tauchbad
mit einem geringeren Badvolumen verwendet werden, das in einem kleineren
Tauchbecken angeordnet ist.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass der Pumpenanordnung im Betrieb der Beschichtungsanlage
ein Umwälzvolumenstrom
von mindestens drei Badvolumina des Tauchbades pro Stunde, insbesondere
von mindestens vier Badvolumina des Tauchbades pro Stunde, zuführbar ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
die Pumpenanordnung mindestens eine Kanalrad-Kreiselpumpe, mindestens
eine Freistromrad-Kreiselpumpe, mindestens eine Drehkolbenpumpe,
mindestens eine Schlauchpumpe und/oder mindestens eine Exzenterschneckenpumpe
umfasst.
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Die
genannten Pumpentypen sind für
die Förderung
von scherempfindlichen Medien, vorzugsweise Lack, insbesondere von
Autophorese-Lack, besonders geeignet.
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Die
maximale Drehzahl der jeweiligen Pumpe wird vorzugsweise so eingestellt,
dass eine Schädigung
der Lackdispersion, vorzugsweise einer Autophorese-Lackdispersion, beim
Durchlaufen der betreffenden Pumpe vermieden wird.
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Eine
Kanalrad-Kreiselpumpe oder eine Freistromrad-Kreiselpumpe wird vorzugsweise
mit einer maximalen Drehzahl von ungefähr 1.500 U/min betrieben.
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Eine
Drehkolbenpumpe wird vorzugsweise mit einer maximalen Drehzahl von
ungefähr
500 U/min betrieben.
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Eine
Schlauchpumpe wird vorzugsweise mit einer maximalen Drehzahl von
ungefähr
100 U/min betrieben.
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Um
den apparativen Aufwand für
die Erzeugung eines hohen Umwälzvolumenstroms
durch die Pumpenanordnung zu begrenzen, ist es von Vorteil, wenn
die Pumpenanordnung mindestens eine Pumpe mit einer Pumpkapazität von mehr
als 30 m3/h, vorzugsweise von mehr als 50
m3/h, umfasst.
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Die
Gesamt-Pumpkapazität
der Pumpenanordnung beträgt
vorzugsweise mindestens 100 m3/h.
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Das
Badvolumen des Tauchbades beträgt vorzugsweise
mindestens 50 m3.
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Mit
dem Begriff Korngröße (oder
auch freier Kugeldurchgang) wird bei einer Pumpe der Durchmesser
des größten kugelförmigen Körpers bezeichnet,
welcher die betreffende Pumpe verstopfungsfrei durchlaufen kann.
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Um
eine besonders schonende Umwälzung des
Lacks, insbesondere eines Autophorese-Lacks, durch die Pumpenanordnung
zu erreichen, ist es günstig,
wenn die Pumpenanordnung mindestens eine Pumpe mit einer Korngröße von 1
cm oder mehr umfasst.
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Besonders
günstig
ist es, wenn alle Pumpen der Pumpenanordnung eine Korngröße von 1
cm oder mehr aufweisen.
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Um
in einfacher Weise eine starke gerichtete Badströmung zu erzeugen, welche die
Werkstückoberfläche gezielt
umströmt,
ist es von Vorteil, wenn zumindest ein Teil des Umwälzvolumenstroms
dem Tauchbad über
mindestens einen Eduktor wieder zuführbar ist.
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Eine
oder mehrere Flutleitungen oder dergleichen können einen Transfer des umgepumpten Mediums
von der Pumpenanordnung zu dem Tauchbad ermöglichen, wobei jeweils ein
Eduktor den Endabschnitt einer solchen Leitung bildet.
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Der
Eduktor kann beispielsweise als Düse, Blende oder Strömungsleitelement
ausgebildet sein.
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Der
Eduktor kann fest installiert sein, mit einer zur Vertikalen und
gegebenenfalls zur Horizontalen geneigten Ausströmrichtung.
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Der
Eduktor kann auch mit einem verstellbaren Leitgitter und/oder einer
verstellbaren Klappe versehen sein, so dass sich eine hinsichtlich
der Ausströmrichtung
und/oder des Ausströmquerschnittes veränderbare
Ausströmöffnung ergibt.
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Ein
oder mehrere Eduktoren können
so ausgerichtet sein, dass ein in einer Beschichtungsstellung in
das Tauchbad eingebrachtes Werkstück von einer durch die Eduktoren
erzeugten Badströmung umspülbar ist.
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Besonders
günstig
ist es, wenn mittels der Eduktoren eine Badströmung mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von mindestens 0,1 m/s, vorzugsweise von mindestens 0,2 m/s, an
der Werkstückoberfläche erzeugbar
ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
ein oder mehrere Eduktoren so ausgerichtet sind, dass mindestens
eine Oberfläche
eines in einer Beschichtungsstellung in das Tauchbad eingebrachten
Werkstücks,
welche in der Beschichtungsstellung des Werkstücks im Wesentlichen horizontal
ausgerichtet ist, von einer durch die Eduktoren erzeugten Badströmung, welche
vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der betreffenden Oberfläche des
Werkstücks
gerichtet ist, überstreichbar
ist.
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Um
den dem Tauchbad wieder zugeführten Lack,
insbesondere Autophorese-Lack,
einer möglichst
geringen Scherbeanspruchung auszusetzen, ist es günstig, wenn
mindestens ein Eduktor als ein offenes oder gequetschtes Rohrleitungsteil
ausgebildet ist.
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Ferner
ist es günstig,
wenn mehrere Eduktoren eine Seitenfluteinrichtung bilden, mittels
welcher das Werkstück
von den seitlichen Rändern
des Tauchbades her, vorzugsweise in im Wesentlichen horizontaler
Richtung, anströmbar
ist.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass mehrere Eduktoren eine Bodenfluteinrichtung
bilden, mittels welcher das Werkstück von einem unteren Rand des Tauchbades
her, beispielsweise in vertikaler Richtung, anströmbar ist.
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Um
den durch die Pumpenanordnung geführten Umwälzvolumenstrom teilweise oder
vorzugsweise vollständig
filtrieren und so von Schmutzpartikeln befreien zu können, ist
es von Vorteil, wenn die Umwälzvorrichtung
mindestens eine außerhalb des
Tauchbades (d. h. mit einem Abstand zum Tauchbad) angeordnete Filtriervorrichtung
umfasst.
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Vorzugsweise
beträgt
der Durchsatz durch die Filtriervorrichtung oder, im Falle einer
Mehrzahl von Filtriervorrichtungen, der Gesamt-Durchsatz durch alle
Filtriervorrichtungen, mindestens ein Badvolumen des Tauchbades
pro Stunde.
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Auf
diese Weise ist ein sehr großer
Anteil des Umwälzvolumenstroms
durch die Pumpenanordnung, vorzugsweise der vollständige Umwälzvolumenstrom
durch die Pumpenanordnung, filtrierbar, so dass an dem Werkstück eine,
insbesondere autophoretische, Beschichtung ohne Schmutzpartikeleinschlüsse erzielbar
ist.
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Ferner
ist es günstig,
wenn die Umwälzvorrichtung
mindestens einen außerhalb
des Tauchbades (d. h. mit einem Abstand zum Tauchbad) angeordneten Wärmetauscher
umfasst, durch welchen der durch die Pumpenanordnung umgewälzte Lack zumindest
teilweise oder vollständig
hinsichtlich seiner Temperatur konditionierbar ist.
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Mittels
eines solchen Wärmetauschers
kann die Temperatur des Tauchbades mit einer geringen Toleranz von
beispielsweise +/–1°C auf einer
im Wesentlichen konstanten Temperatur, beispielsweise von ungefähr 21°C bis ungefähr 24°C, gehalten
werden.
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Durch
die Verwendung eines externen, außerhalb des Tauchbades angeordneten
Wärmetauschers
kann die Größe des Tauchbades
und somit die Größe des Beckens,
welches das Tauchbad aufnimmt, weiter verringert werden.
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Um
zu erreichen, dass im Wesentlichen der gesamte Umwälzvolumenstrom
des Tauchbades durch die, insbesondere externe, Pumpenanordnung umgewälzt wird
(und dabei insbesondere filtriert und/oder hinsichtlich seiner Temperatur
konditioniert werden kann) ist es besonders günstig, wenn die Umwälzvorrichtung
keinen innerhalb des Tauchbades angeordneten Umwälzmechanismus, insbesondere
keinen innerhalb des Tauchbades angeordneten Rührmechanismus, aufweist.
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Ferner
umfasst die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage
vorzugsweise eine Fördervorrichtung
zum Einbringen eines Werkstücks
in das Tauchbad und/oder zum Entnehmen des Werkstücks aus dem
Tauchbad.
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Eine
solche Fördervorrichtung
kann beispielsweise als eine Überheberanlage
ausgebildet sein.
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Alternativ
oder ergänzend
hierzu kann vorgesehen sein, dass eine Fördervorrichtung als ein Power & Free-Förderer,
als ein Pendelförderer
oder als ein Rotationsförderer
ausgebildet ist.
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Die
erfindungsgemäße Beschichtungsanlage
eignet sich für
beliebige Beschichtungsverfahren, beispielsweise zum elektrophoretischen
Beschichten oder zum autophoretischen Beschichten, insbesondere
zum elektrophoretischen oder autophoretischen Beschichten von Fahrzeugkarosserien.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Beschichten
eines Werkstücks
in einem Tauchbad eines Lackes.
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Der
Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren
zu schaffen, mit dem eine Beschichtung hoher Qualität an dem
Werkstück erzeugbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks in einem Tauchbad eines
Lackes gelöst,
welches folgenden Verfahrensschritt umfasst:
- – Umwälzen des
Tauchbades mittels einer Pumpenanordnung mit mindestens einer Pumpe,
wobei
der der Pumpenanordnung zugeführte
Umwälzvolumenstrom
mindestens ein Badvolumen des Tauchbades pro Stunde beträgt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird vorzugsweise mittels der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage durchgeführt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann als ein beliebiges Beschichtungsverfahren ausgebildet sein,
beispielsweise als ein Verfahren zum elektrophoretischen Beschichten
eines Werkstücks,
vorzugsweise durch KTL oder ATL, oder, besonders vorteilhaft, als
ein Verfahren zum autophoretischen Beschichten eines Werkstücks in einem
Tauchbad eines autophoretischen Lackes.
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Durch
das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren
und die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage
wird eine unzureichende Filtration der im Tauchbad enthaltenen Lackdispersion,
welche Partikeleinschlüsse
in der ausgehärteten
Lackschicht zur Folge haben könnte,
vermieden.
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Ferner
wird durch das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage
eine unzureichende Umströmung
des Werkstücks,
welche unbeschichtete und durch Korrosion angreifbare Stellen an
dem Werkstück
zur Folge haben könnte,
vermieden.
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Durch
gezielte Umströmung
der Werkstückoberfläche mit
einer ausreichend starken Badströmung
und durch eine vorzugsweise vollständige Filtrierung des Umwälzvolumenstroms
wird eine geschlossene Beschichtung des Werkstücks ohne Partikeleinschlüsse erzielt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
Die Ausführungsbeispiele
beziehen sich auf Beschichtungsanlagen und Verfahren zum autophoretischen
Beschichten von Werkstücken;
die beschriebenen Merkmale dieser Anlagen und Verfahren können aber
auch bei erfindungsgemäßen Beschichtungsanlagen
zur Durchführung
anderer (beispielsweise elektrophoretischer) Beschichtungsverfahren
bzw. bei anderen (beispielsweise elektrophoretischen) Beschichtungsverfahren
verwendet werden.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Blockdarstellung einer Beschichtungsanlage zum autophoretischen Beschichten
eines Werkstücks,
wobei die Beschichtungsanlage ein Tauchbad eines autophoretischen Lackes
und eine Umwälzvorrichtung
zum Umwälzen des
Tauchbades umfasst;
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2 einen
schematischen Längsschnitt durch
eine Kanalrad-Kreiselpumpe;
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3 einen
schematischen Längsschnitt durch
das Kanalrad der Kanalrad-Kreiselpumpe aus 2;
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4 einen
schematischen Querschnitt durch das Kanalrad aus 3;
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5 einen
schematischen Längsschnitt durch
eine Freistromrad-Kreiselpumpe;
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6 einen
schematischen Längsschnitt durch
das Freistromrad der Freistromrad-Kreiselpumpe aus 5;
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7 einen
schematischen Querschnitt durch das Freistromrad aus 6;
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8 einen
schematischen Längsschnitt durch
eine Drehkolbenpumpe;
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9 einen
schematischen Querschnitt durch eine radiale Schlauchpumpe; und
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10 eine
schematische Prinzipdarstellung einer Exzenterschneckenpumpe.
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Gleiche
oder funktional äquivalente
Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Eine
in 1 als Ganzes dargestellte, mit 100 bezeichnete
Beschichtungsanlage umfasst ein Tauchbecken 102, das bis
zu einem Badpegel 104 mit einem Bad 106 eines
autophoretischen Lackes befüllt
ist.
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Um
eine gewünschte
Zusammensetzung des Tauchbades 106 einstellen zu können, ist
dem Tauchbad 106 über
eine Nachspeisungsleitung 108 eine Dispersion eines autophoretischen
Lackes aus einer Lackdispersions-Quelle 110 zuführbar.
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Über eine
Oxidationsmittel-Nachspeisungsleitung 112 ist dem Tauchbad 106 Wasserstoffperoxid
(H2O2) aus einer
Oxidationsmittel-Quelle 114 zuführbar.
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Zur
Niveauergänzung
ist dem Tauchbecken 102 über eine Wasserzuführleitung 116 voll
entsalztes Wasser (VE-Wasser) aus einer VE-Wasser-Quelle 118 zuführbar.
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Um
den Gehalt des Tauchbades 106 an Eisenionen auf einem vorgegebenen
Maximalwert (von höchstens
ungefähr
2 g/l) halten zu können,
ist Autophorese-Lack aus dem Tauchbad 106 durch einen Überlauf 120 und
eine Ionenaustauscher-Zulaufleitung 122 einem Ionenaustauscher 124 zuführbar.
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Nach
dem Entfernen der Eisenionen aus dem Autophorese-Lack ist der Autophorese-Lack aus
dem Ionenaustauscher 124 über eine Ionenaustauscher-Rücklaufleitung 126 wieder
dem Tauchbad 106 zuführbar.
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Um
ein autophoretisch zu lackierendes Werkstück 128 in das Tauchbad 106 aus
Autophorese-Lack einbringen und nach erfolgter Lackierung wieder
aus dem Tauchbad 106 ausbringen zu können, umfasst die Beschichtungsanlage 100 ferner eine
hierfür
geeignet ausgebildete Fördervorrichtung 130,
welche beispielsweise als eine Überheberanlage 132 ausgebildet
sein kann.
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Die Überheberanlage 132 ist
dazu in der Lage, einen Warenträger 134 in
einer (senkrecht zur Zeichenebene der 1 verlaufenden)
Förderrichtung 136 in
eine Position vertikal über
dem Tauchbad 106 zu fördern
und dann längs
einer (beispielsweise im Wesentlichen vertikalen) Absenkrichtung 138 in das
Tauchbad 106 abzusenken, bis das am Warenträger 134 angeordnete
Werkstück 128 vollständig in das
Tauchbad 106 eingetaucht ist.
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Nach
einer vorgegebenen Verweilzeit im Tauchbad 106, nach welcher
die autophoretische Tauchlackierung des Werkstücks 128 abgeschlossen ist,
ist der Warenträger 134 mit
dem daran angeordneten lackierten Werkstück 128 mittels der Überheberanlage 132 in
einer (beispielsweise im Wesentlichen vertikalen) Anheberichtung 140 aus
dem Tauchbad 106 heraushebbar.
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Um
den Autophorese-Lack im Tauchbad 106 umwälzen und
eine die Oberflächen
des Werkstücks 128 in
der in 1 dargestellten Beschichtungsstellung überstreichende
Badströmung
erzeugen zu können,
umfasst die Beschichtungsanlage 100 ferner eine Umwälzvorrichtung 142,
welche ihrerseits eine Pumpenanordnung 144 mit mehreren,
im dargestellten Ausführungsbeispiel
beispielsweise drei, Pumpen 146 umfasst.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Pumpen 146 der Pumpenanordnung 144 zwei Pumpengruppen 148a und 148b zugeordnet.
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Die
erste Pumpengruppe 148a umfasst beispielsweise zwei Pumpen 146,
deren Saugseiten Autophorese-Lack aus dem Tauchbad 106 über eine erste
Abführleitung 150,
welche in zwei Zweigabführleitungen 152 verzweigt,
zuführbar
ist.
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Die
Druckseite jeder Pumpe 146 ist über eine Rückführleitung 154 mit
einer Rückführ-Sammelleitung 156 verbunden.
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In
jeder Rückführleitung 154 ist
ein Filterelement 158 zum Filtrieren des druckseitig von
der jeweils zugeordneten Pumpe 146 abgegebenen Autophorese-Lacks
angeordnet.
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Mittels
der Filterelemente 158 sind in dem Autophorese-Lack enthaltene
Verunreinigungen, insbesondere Schmutzpartikel, aus dem umgewälzten Autophorese-Lack
abtrennbar.
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In
der Rückführsammelleitung 156 ist
ein außerhalb
des Tauchbades 106 befindlicher, externer Wärmetauscher 160 angeordnet,
welcher einerseits von dem Autophorese-Lack und andererseits von
einem Wärmetauschermedium
durchströmbar
ist, welches über
einen Wärmetauschermedium-Zulauf 162 aus
einer Wärmetauschermediumsquelle 164 zuführbar und über einen
Wärmetauschermedium-Ablauf 166 an
eine Wärmetauschermedium-Senke 168 abführbar ist.
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Als
Wärmetauschermedium
kann jedes zur Wärmespeicherung
fähige,
fließfähige Medium
verwendet werden.
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Mittels
des externen Wärmetauschers 160 ist
der umgewälzte
Autophorese-Lack
hinsichtlich seiner Temperatur konditionierbar, so dass insbesondere
durch Kühlung
des umgewälzten
Autophorese-Lacks die Temperatur des Tauchbades 106 abgesenkt
werden kann.
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Erforderlichenfalls
wäre es
auch möglich, mittels
des externen Wärmetauschers 160 durch
Erwärmen
des umgewälzten
Autophorese-Lacks die Temperatur des Tauchbads 106 zu erhöhen.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
den das Tauchbad 106 bildenden Autophorese-Lack auf einer konstanten
Temperatur im Bereich von ungefähr 21°C bis ungefähr 24°C mit einer
geringen Toleranz von +/–1°C zu halten.
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Die
Rückführsammelleitung 156 verzweigt
in eine Mehrzahl von Flutleitungen 170, die zu Eduktoren 172 führen, über welche
der durch die Pumpen 146 umgewälzte Autophorese-Lack wieder
dem Tauchbad 106 wieder zuführbar ist.
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Eine
oder mehrere Flutleitungen 170 oder dergleichen ermöglichen
einen Transfer des umgepumpten Mediums, insbesondere des Autophorese-Lacks,
von der Pumpenanordnung 144 zum Tauchbecken 102.
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Dabei
bilden die Eduktoren 172 den jeweiligen Endabschnitt einer
Leitung und können
gegebenenfalls als Düsen,
Blenden oder Strömungsleitelemente
ausgeführt
sein.
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Die
Eduktoren 172 können
fest installiert sein, mit einer zur Vertikalen und gegebenenfalls
zur Horizontalen geneigten Ausströmrichtung.
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In
einem modifizierten Ausführungsbeispiel können die
Eduktoren 172 mit verstellbaren Leitgittern oder Klappen
versehen sein, so dass sich eine hinsichtlich der Ausströmrichtung
und/oder des Ausströmquerschnittes
veränderbare
Ausströmöffnung ergibt.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bilden mehrere
jeweils im Bereich einer Seitenwand 174 des Tauchbeckens 102 angeordnete Eduktoren 172a ein
Seitenflutsystem 176, während mehrere
im Bereich einer Bodenwand 180 des Tauchbeckens 102 angeordnete
Eduktoren 172b ein Bodenflutsystem 178 bilden.
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Das
Bodenflutsystem 178 dient insbesondere dazu, eine Sedimentation
des Festkörperanteils des
Autophorese-Lacks am Boden des Tauchbades 106 zu verhindern.
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Die
Eduktoren 172 des Bodenflutsystems 178 sind vorzugsweise
so ausgerichtet, dass der Autophorese-Lack schräg nach oben oder im Wesentlichen
senkrecht nach oben aus den Austrittsöffnungen der Eduktoren 172b in
das Tauchbad 106 austritt.
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Das
Seitenflutsystem 176 dient insbesondere dazu, eine das
Werkstück 128 auf
allen Seiten umströmende
Badströmung
in dem Tauchbad 106 aus Autophorese-Lack zu erzeugen.
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Die
Eduktoren 172 des Seitenflutsystems 176 sind vorzugsweise
so ausgerichtet, dass die Badströmung
im Wesentlichen parallel zu in der Beschichtungsstellung horizontal
ausgerichteten Oberflächen
des Werkstücks 128 verläuft.
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Ein
weiteres Seitenflutsystem wird von der zweiten Pumpengruppe 148b der
Pumpenanordnung 144 gespeist.
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Die
zweite Pumpengruppe 148b umfasst beispielsweise eine Pumpe 146,
deren Saugseite Autophorese-Lack aus dem Tauchbad 106 über eine zweite
Abführleitung 182 zuführbar ist.
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Die
Druckseite dieser Pumpe 146 ist über eine Rückführleitung 184 mit
den Eduktoren 172a des Seitenflutsystems 176' verbunden.
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In
der Rückführleitung 184 ist
ein Filterelement 158 zum Filtrieren des druckseitig von
der Pumpe 146 abgegebenen Autophorese-Lacks angeordnet.
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Mittels
des Filterelements 158 sind in dem Autophorese-Lack enthaltene
Verunreinigungen, insbesondere Schmutzpartikel, aus dem umgewälzten Autophorese-Lack
abtrennbar.
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Das
zweite Seitenflutsystems 176' dient ebenfalls
insbesondere dazu, eine das Werkstück 128 von allen Seiten
umströmende
Badströmung
in dem Tauchbad 106 aus dem Autophorese-Lack zu erzeugen.
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Die
Anzahl und die Pumpleistung der Pumpen 146 der Pumpenanordnung 144 wird
je nach Größe des Tauchbeckens 102 und
nach Pumpentyp so ausgewählt,
dass mittels der Umwälzkreisläufe durch
die Pumpengruppen 148a und 148b eine Badumwälzung von
ungefähr
4 bis ungefähr
4,5 Badvolumina pro Stunde realisiert wird.
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Die
Geschwindigkeit der Badströmung
an den Werkstückoberflächen beträgt vorzugsweise
ungefähr
0,2 m/s bis ungefähr
0,25 m/s.
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Das
Volumen des Tauchbads 106 aus dem Autophorese-Lack in dem
Tauchbecken 102 kann je nach Größe der zu beschichtenden Werkstücke 128 im
Bereich von ungefähr
1 m3 bis ungefähr 100 m3 liegen.
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Bei
einem Autophorese-Becken für
großvolumige
Werkstücke 128 beträgt der gesamte
Umwälzstrom
durch die Pumpenanordnung 144 also von ungefähr 400 m3/h bis ungefähr 450 m3/h.
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Der
gesamte Umwälzvolumenstrom
wird durch die Filterelemente 158 geleitet und somit vollständig filtriert,
so dass eine Beschichtung ohne Partikeleinschlüsse erzielt wird.
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Durch
die gezielte Umströmung
der Werkstückoberfläche mittels
der Seitenflutsysteme 176, 176' wird eine vollständig geschlossene
Beschichtung des Werkstücks 128 erzielt.
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Dadurch,
dass die Umwälzpumpen 146 der Pumpenanordnung 144 und
der Wärmetauscher 160 vollständig außerhalb
des Tauchbades 106 und mit einem Abstand zum Tauchbad 106 angeordnet
sind, kann die Größe des Tauchbades 106 und
des Tauchbeckens 102 minimiert werden.
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In
einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann
vorgesehen sein, dass eine oder mehrere Pumpen 146 der
Pumpenanordnung 144 samt Flutleitung 170 und Eduktor 172 an
günstiger
Stelle in das Tauchbad 106 integriert sind.
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Dabei
kann ein Gehäuse
der betreffenden Pumpe 146 oder der Pumpenanordnung 144 mit
dem Tauchbecken 102 fest verbunden oder einstückig mit demselben
ausgeführt
sein.
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Dadurch
können ”Toträume”, die ansonsten mit
Flüssigkeit
gefüllt
werden müssten,
durch ein gekapseltes Pumpengehäuse
ausgefüllt
werden, so dass weniger Medium für
das Tauchbad 106 nötig
ist.
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Auch
die Flutleitungen 170 können
mit dem Tauchbecken 102 fest verbunden oder einstückig mit demselben
ausgeführt
sein, wodurch eine Materialeinsparung erzielbar ist.
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Das
in das Tauchbad 106 zurückgespeiste Badmedium
wird über
die Eduktoren 172 so eingespeist, dass das Werkstück 128 oder
gegebenenfalls mehrere Werkstücke
von allen Seiten umströmt
wird bzw. werden.
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Um
zu verhindern, dass es beim Einspeisen in das Tauchbad 106 zu
einer zu hohen Scherbelastung des Autophorese-Lacks kommt, ist es
günstig, wenn
für die
Einspeisung offene oder gequetschte Rohrleitungsteile (statt der
sonst für
Beschichtungsbäder üblichen
Düsen)
als Eduktoren 172 verwendet werden.
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Die
Pumpkapazität
der Pumpen 146 der Pumpenanordnung 144 liegt vorzugsweise
bei jeweils mehr als 50 m3/h.
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Insbesondere
kann die Leistung der Umwälzpumpen
in einer Rasterung von 30 m3/h bei beispielsweise
ungefähr
60 m3/h, 90 m3/h,
120 m3/h, 150 m3/h,
180 m3/h, 210 m3/h
oder 240 m3/h liegen.
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In
diesem Leistungsbereich können
insbesondere Kanalrad-Kreiselpumpen, Freistromrad-Kreiselpumpen,
Drehkolbenpumpen, Schlauchpumpen und/oder Exzenterschneckenpumpen
eingesetzt werden.
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Die
genannten Pumpentypen sind für
die Förderung
von scherempfindlichen Medien, insbesondere von Autophorese-Lack,
geeignet.
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Dadurch,
dass die Spalte zwischen dem jeweiligen Pumpengehäuse und
den im Gehäuse
rotierenden Pumpeneinbauten ausreichend groß bemessen werden und/oder
dadurch, dass eine maximale Drehzahl der jeweiligen Pumpe ausreichend
niedrig eingestellt wird, kann die Scherbelastung des Autophorese-Lacks
in den Spalten der jeweiligen Pumpe so eingestellt werden, dass
eine Schädigung
der Autophorese-Lackdispersion beim Durchlaufen der jeweiligen Pumpe
vermieden wird.
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Die
maximale Drehzahl für
Kanalrad-Kreiselpumpen und Freistromrad-Kreiselpumpen beträgt vorzugsweise
von ungefähr
500 U/min bis ungefähr 1.500
U/min.
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Die
maximale Drehzahl für
Drehkolbenpumpen beträgt
vorzugsweise von ungefähr
100 U/min bis ungefähr
500 U/min.
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Die
maximale Drehzahl für
Schlauchpumpen beträgt
vorzugsweise von ungefähr
10 U/min bis ungefähr
100 U/min.
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Kanalrad-Kreiselpumpen
und Freistromrad-Kreiselpumpen sind diejenigen Bauformen von Kreiselpumpen,
welche die schonendste Medienförderung
ermöglichen.
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Eine
Kanalrad-Kreiselpumpe ist schematisch in den 2 bis 4 dargestellt.
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Die
als Ganzes mit 186 bezeichnete Kanalrad-Kreiselpumpe umfasst
ein Pumpengehäuse 188 mit
einem Saugrohrflansch 190 zum Anschließen eines (in 2 in
gebrochenen Linien dargestellten) Saugrohrs 192, welches
koaxial zu einer Pumpenachse 194 der Kanalrad-Kreiselpumpe 186 angeordnet
ist.
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Ferner
ist das Pumpengehäuse 188 mit
einem Druckrohrflansch 196 zum Anschließend eines (in 2 nicht
dargestellten) Druckrohres versehen.
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Außerdem ist
das Pumpengehäuse 188 mit einem
Antriebsflansch 198 zum Anschließen einer Antriebseinheit 200 versehen.
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Im
Inneren des Pumpengehäuses 188 ist
ein Kanalrad 202 um die Pumpenachse 194 drehbar
angeordnet.
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Das
Kanalrad 202 ist mittels der Antriebseinheit 200 zu
einer Drehbewegung antreibbar.
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Das
Kanalrad 202 ist in den 3 und 4 einzeln
dargestellt. Aus den Schnittdarstellungen der 3 und 4 ist
zu ersehen, dass das Kanalrad 202 einen axial ausgerichteten
Zulauf 204 aufweist, von dem mehrere, beispielsweise zwei,
Kanäle 206 abzweigen,
welche zu jeweils einer Austrittsöffnung 208 des Kanalrads 202 führen.
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Die
in den 2 bis 4 dargestellte Kanalrad-Kreiselpumpe 186 ist
als eine Zweikanalradpumpe ausgebildet.
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Alternativ
hierzu kann auch eine Dreikanalradpumpe verwendet werden, deren
Kanalrad 202 drei von dem axialen Zulauf 204 abzweigende
Kanäle 206 aufweist,
welche an drei verschiedenen Austrittsöffnungen 208 münden.
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Im
Betrieb der Kanalrad-Kreiselpumpe 186 rotiert das Kanalrad 202 kontinuierlich
um die Pumpenachse 194. Das zu fördernde Medium, beispielsweise
der Autophorese-Lack, welcher über
das Saugrohr 192 in das Pumpengehäuse 188 und durch den
Zulauf 204 in das Kanalrad 202 eintritt, wird
vom rotierenden Kanalrad 202 mitgerissen und auf eine Kreisbahn
nach außen
gezwungen. Die dabei aufgenommene kinetische Energie des zu fördernden
Mediums wird in Druckenergie umgewandelt, so dass das zu fördernde
Medium durch die Austrittsöffnungen 208 der
Kanäle 206 in
das Druckrohr gepresst wird.
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Die
in den 2 bis 4 dargestellte Kanalrad-Kreiselpumpe 186 ist
als eine Radialpumpe mit einem radial zur Pumpenachse 194 gerichteten Austritt
ausgebildet.
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Dabei
ist das Pumpengehäuse 188 so
ausgeführt,
dass es im Bereich des Druckrohrflansches 196 eng am Kanalrad 202 anliegt
und sich zum Druckrohr hin bis auf den Durchmesser des Druckrohres
erweitert.
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Eine
in den 5 bis 7 dargestellte, als Ganzes mit 210 bezeichnete
Freistromrad-Kreiselpumpe unterscheidet sich von der in den 2 bis 4 dargestellten
Kanalrad-Kreiselpumpe 186 dadurch, dass das Laufrad dieser
Kreiselpumpe nicht als geschlossenes Kanalrad 202, sondern
stattdessen als auf der Zulaufseite offenes Freistromrad 212 ausgebildet
ist, welches in den 6 und 7 einzeln
dargestellt ist.
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Das
Freistromrad 212, welches um die Pumpenachse 194 drehbar
im Pumpengehäuse 188 angeordnet
ist, weist an seiner dem Saugrohr 192 zugewandten Seite
in radialer Richtung verlaufende Rippen 214 auf, durch
welche das zu fördernde
Medium, insbesondere der Autophorese-Lack, beschleunigt wird, ohne
dass das Freistromrad 212 den gesamten Durchflussquerschnitt
im Pumpengehäuse 188 der Freistromrad-Kreiselpumpe 210 überdeckt.
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Hierdurch
ist die Freistromrad-Kreiselpumpe 210 sehr sicher vor Verstopfung.
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Im Übrigen stimmt
die in den 5 bis 7 dargestellte
Freistromrad-Kreiselpumpe 210 hinsichtlich Aufbau und Funktion
mit der in den 2 bis 4 dargestellten
Kanalrad-Kreiselpumpe 186 überein, auf deren vorstehende
Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 8 schematisch dargestellte Drehkolbenpumpe 216 ist
als eine ventillose, positive Verdrängerpumpe mit zwei innerhalb
eines Pumpengehäuses 218 drehbar
angeordneten und zu einer Drehbewegung antreibbaren, ineinander
greifenden Drehkolben 220 ausgebildet.
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Das
Pumpengehäuse 218 weist
einen Saugrohrflansch 222 zum Anschließen eines Saugrohrs und einen
dem Saugrohrflansch 222 gegenüberliegenden Druckrohrflansch 224 zum
Anschließen
eines Druckrohrs auf.
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Durch
die Drehung des Paars von Drehkolben 220 entsteht an der
Ansaugseite ein Vakuum, durch welches das zu fördernde Medium, insbesondere
der Autophorese-Lack, angesaugt wird. Das zu fördernde Medium gelangt, da
es durch die Drehkolben 220 verdrängt wird, entlang der Innenwand
des Pumpengehäuses 218 zur
Austrittsöffnung
der Pumpe am Druckrohrflansch 224.
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Die
Drehkolbenpumpe 216 ist aufgrund ihrer großen Korngröße (auch
als freier Kugeldurchgang bezeichnet) und der niedrigen Pumpendrehzahlen gegenüber Verstopfungen
unempfindlich und zur Förderung
von scherempfindlichen Medien wie Autophorese-Lack besonders gut
geeignet.
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Eine
in 9 schematisch dargestellte Schlauchpumpe 226 ist
beispielsweise als eine radiale Schlauchpumpe ausgebildet und umfasst
einen Pumpenkopf 228 mit einer Aufnahme 230 für einen U-förmig gebogenen
Schlauch 232, welcher einen Saugrohrflansch 234 zum
Anschließen
eines Saugrohrs 236 und einen Druckrohrflansch 238 zum
Anschließen
eines Druckrohrs 240 miteinander verbindet.
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Der
Schlauch 232 stützt
sich an seiner Außenseite
an dem Pumpenkopf 228 ab und wird an seiner Innenseite
mittels Rollen 242 abgeklemmt, welche, vorzugsweise einander
diametral gegenüberliegend,
an einem drehbar gelagerten und zu einer Drehbewegung antreibbaren
Rotor 244 gehalten sind.
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Die
Abklemmstellen, an denen der Schlauch 232 durch jeweils
eine Rolle 242 abgeklemmt wird, bewegen sich aufgrund der
Drehung des Rotors 244 entlang des Schlauches 232,
wodurch das sich zwischen den Abklemmstellen befindliche, zu fördernde Medium,
beispielsweise der Autophorese-Lack, zum Ausgang der Schlauchpumpe 226 hin
gefördert
wird.
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Am
Eingang der Schlauchpumpe 226 entsteht hierdurch ein Unterdruck,
durch welchen das zu fördernde
Medium angesaugt wird.
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Eine
in 10 schematisch dargestellte Exzenterschneckenpumpe 246 umfasst
einen wendelförmigen
Rotor 248, welcher zu einer Drehbewegung um die Längsachse
eines Pumpengehäuses 250 antreibbar
ist, und einen beispielsweise durch eine schneckenförmig gewendelte
Innenwand des Gehäuses
gebildeten Stator 252, auf dem sich der Rotor 248 bei
seiner Drehbewegung abwälzt,
wobei die Figurenachse des Rotors 248 eine exzentrische
Drehbewegung um die Statorachse, d. h. die Längsachse des Pumpengehäuses 250,
ausführt.
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Der
Außendurchmesser
des Rotors 248 ist dabei gerade so groß gewählt, dass der Rotor 248 auf
einander gegenüberliegenden
Seiten jeweils die Innenseite des Stators 252 berührt. Hierdurch
entstehen durch den Stator 252 und den Rotor 248 voneinander
abgetrennte Kompartimente 254, die sich während der
Abwälzbewegung
des Rotors 248 an dem Stator 252 längs der
Statorachse bewegen und darin enthaltenes zu förderndes Medium, beispielsweise Autophorese-Lack,
mitnehmen.
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Der
Statorumfang beträgt
vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches des Rotorumfangs, damit der
Rotor 248 nach einem vollständigen Umlauf um die Statorachse
den Stator 252 wieder in einer passenden Kontaktlinie berührt.
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Beispielsweise
kann der Statorumfang doppelt so groß sein wie der Rotorumfang.
In diesem Fall führt
der Rotor 248 während
einer Umwälzung
um die Statorachse auch genau eine Umdrehung um seine eigene Figurenachse
aus.
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Die
Schnecke des Stators 252 kann als ein zweigängiges Gewinde
ausgebildet sein, während die
Schnecke des Rotors 248 eingängig ist.
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Dadurch,
dass der Stator 252 mit einer steileren Gewindeteilung
versehen ist, ergibt sich eine Bewegung der durch die Berührlinie
zwischen dem Rotor 248 und dem Stator 252 abgeteilten
Kompartimente, durch welche das zu fördernde Medium durch die Exzenterschneckenpumpe 246 gefördert wird.
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Der
Rotor 248 kann aus einem hoch abriebfesten Material, beispielsweise
aus Stahl, gebildet sein.
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Der
Stator 252 kann aus einem elastischen Material, beispielsweise
aus einem Gummimaterial, gebildet sein.
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Da
die Form der Kompartimente während des
Fördervorgangs
konstant bleibt, wird das zu fördernde
Medium nicht gequetscht, so dass auf das zu fördernde Medium nur sehr kleine
Scherkräfte
einwirken.