DE102019216959B4 - Powder coating process - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Pulverbeschichtung,
wobei Pulver als entnommenes Pulver einem Behälter (1) entnommen wird, in welchem das Pulver (3) mit einer Ausgangspartikelgrößenverteilung von Pulverpartikeln vorliegt,
das entnommene Pulver in einem Sprühvorgang auf ein Werkstück gesprüht wird,
im Sprühvorgang nicht auf dem Werkstück abgeschiedenes Pulver als rückgewonnenes Pulver rückgewonnen wird und
das rückgewonnene Pulver dem Behälter (1) zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Entnahme des Pulvers (3) aus dem Behälter (1) eine Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers auf Grundlage einer Partikelgrößenverteilung des rückgewonnenen Pulvers und/oder einer Mischung des rückgewonnenen Pulvers mit im Behälter (1) verbliebenen Pulver (3) und/oder einer Mischung des rückgewonnenen Pulvers mit im Behälter (1) verbliebenen Pulver (3) und mit in den Behälter (1) zugeführtem Pulver, das die Ausgangspartikelgrößenverteilung aufweist, mittels Sichtung so eingestellt wird, dass eine Mischung des dem Behälter (1) zugeführten rückgewonnenen Pulvers mit dem im Behälter (1) verbliebenen Pulver (3) eine Größenverteilung der Partikel aufweist, die der Ausgangspartikelgrößenverteilung entspricht oder dass eine Partikelgrößenverteilung des auf dem Werkstück abgeschiedenen Pulvers der Ausgangspartikelgrößenverteilung entspricht.
powder coating process,
wherein powder is removed as removed powder from a container (1) in which the powder (3) is present with an initial particle size distribution of powder particles,
the removed powder is sprayed onto a workpiece in a spraying process,
Powder that is not deposited on the workpiece during the spraying process is recovered as recovered powder and
the recovered powder is fed to the container (1),
characterized in that
when removing the powder (3) from the container (1), a particle size distribution of the removed powder based on a particle size distribution of the recovered powder and/or a mixture of the recovered powder with powder (3) remaining in the container (1) and/or a mixture of the recovered powder with powder (3) remaining in the container (1) and with powder supplied into the container (1), which has the initial particle size distribution, is adjusted by means of sifting so that a mixture of the recovered powder supplied to the container (1) with the powder (3) remaining in the container (1) has a particle size distribution that corresponds to the initial particle size distribution or that a particle size distribution of the powder deposited on the workpiece corresponds to the initial particle size distribution.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pulverbeschichtung, wobei Pulver einem Behälter entnommen wird, in welchem das Pulver mit einer Ausgangspartikelgrößenverteilung vorliegt, das entnommene Pulver auf ein Werkstück gesprüht wird, nicht auf dem Werkstück abgeschiedenes Pulver rückgewonnen wird und das rückgewonnene Pulver dem Behälter zugeführt wird, wobei bei der Entnahme des Pulvers aus dem Behälter eine Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers mittels Sichtung so eingestellt wird, dass die Mischung des rückgewonnenen Pulvers mit dem in Behälter verbliebenen Pulver eine wesentliche konstante Ausgangspartikelgrößenverteilung beibehält und/oder dass auf dem Werkstück abgeschiedenes Pulver die Ausgangspartikelgrößenverteilung hat. Die Anmeldung beschreibt außerdem einen Wirbelkammersichter, der in dem Verfahren zur Anwendung kommen kann, sowie einen Fluidisierbehälter, mit dem das Verfahren ausführbar ist.The invention relates to a method for powder coating, wherein powder is removed from a container in which the powder with an initial particle size distribution is present, the removed powder is sprayed onto a workpiece, powder not deposited on the workpiece is recovered and the recovered powder is fed to the container, wherein when the powder is removed from the container, a particle size distribution of the removed powder is adjusted by means of sifting so that the mixture of the recovered powder with the powder remaining in the container maintains a substantially constant initial particle size distribution and/or that powder deposited on the workpiece has the initial particle size distribution. The application also describes a vortex chamber classifier that can be used in the process and a fluidization container with which the process can be carried out.
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Pulverbeschichtung, die zum Beispiel bei der Pulverlackierung zum Einsatz kommt. Die Möglichkeit zur Rückgewinnung und Wiederverwendung von nicht auf dem zu beschichtenden Objekt abgeschiedenen Pulver, dem sogenannten Overspray-Pulver, ist einer der Hauptvorteile gegenüber Flüssigbeschichtungen, wie beispielsweise Flüssiglacklackierungen. Eines der Probleme bei der Pulverbeschichtung ist jedoch, dass sich die Eigenschaften des Pulvers im Kreislauf von denen des frischen Pulvers unterscheiden. Meistens reichert sich das Feinpulver, das sich nicht so gut auf dem Werkstück abscheidet, im Kreislaufpulver an und führt zu einer Verringerung des Auftragswirkungsgrades. Für eine konstante Schichtdicke muss daher der Pulverausstoß aus den Sprühpistolen manuell erhöht werden. Dieses manuelle Nachstellen führt nicht nur zu unbeherrschbaren Qualitätseinbußen, sondern auch zu hohen Materialverlusten durch Überbeschichtung. Dabei spielen die Applikations- und Kabinenbedingungen, aber auch das gewählte Verfahren zur Rückgewinnung des Overspray-Pulvers sowie auch das Pulvermaterial selbst, eine wichtige Rolle.The present invention relates to the field of powder coating, which is used, for example, in powder painting. The ability to recover and reuse powder that has not been deposited on the object to be coated, the so-called overspray powder, is one of the main advantages over liquid coatings, such as liquid paint finishes. However, one of the problems with powder coating is that the properties of the powder in circulation differ from those of the fresh powder. In most cases, the fine powder, which does not deposit well on the workpiece, accumulates in the circulating powder and leads to a reduction in application efficiency. To ensure a constant layer thickness, the powder output from the spray guns must be increased manually. This manual adjustment not only leads to uncontrollable losses in quality, but also to high material losses due to overcoating. The application and cabin conditions, as well as the selected process for recovering the overspray powder and the powder material itself, play an important role.
Die
In
Ein Teil der aufgesprühten Teilchen wird auf dem Werkstück abgeschieden. Dabei werden häufig größere Teilchen besser abgeschieden als kleinere Teilchen, so dass die Partikelgrößenverteilung auf dem Werkstück gegenüber dem Frischpulver etwas zu größeren Teilchen hin verschoben ist.Some of the sprayed particles are deposited on the workpiece. Larger particles are often separated better than smaller particles, so that the particle size distribution on the workpiece is slightly shifted towards larger particles compared to the fresh powder.
Im Rahmen dieses Dokuments sollen die Begriffe Teilchen und Partikel synonym verwendet werden.In the context of this document, the terms particle and particulate should be used synonymously.
Aufgrund dieser Verschiebung weist jedoch das Overspraypulver eine Größenverteilung auf, wie sie beispielsweise in 114 gezeigt ist, in welcher die Teilchengrößen etwas zu kleineren Teilchen hin verschoben sind als im Frischpulver 111. Ein Anteil 115 des Overspraypulvers schlägt sich in der Anlage nieder und kann zur Rückgewinnung ausgetragen werden. Die sich niederschlagenden Teilchen haben eher eine große Partikelgröße. Ein anderer Teil des Oversprays 116 wird abgesaugt. Die abgesaugten Teilchen haben eher eine kleinere Größe als im Frischpulver. Ein grobes Verständnis des in dem Diagramm 113, 114, 115 und 116 gezeigten Verhaltens der Partikelgrößen erhält man, wenn man berücksichtigt, dass sehr große Partikel weniger auf elektromagnetische Wechselwirkung und Luftstrom reagieren und hauptsächlich der Schwerkraft unterworfen sind, während sehr kleine Partikel wenig auf Schwerkraft und elektromagnetische Wechselwirkung reagieren und hauptsächlich dem Luftstrom folgen. Mittelgroße Partikel eignen sich besonders gut zur elektromagnetischen Abscheidung und werden daher tendenziell am stärksten abgeschieden. Da vor allem die kleinen Teilchen dem Luftstrom folgen, dominieren sie im abgesaugten Overspray, während im niedergeschlagenen Overspray aufgrund der hauptsächlichen Schwerkraftwirkung die sehr großen Teilchen dominieren.Due to this shift, however, the overspray powder has a size distribution as shown, for example, in 114, in which the particle sizes are slightly shifted towards smaller particles than in the fresh powder 111. A portion 115 of the overspray powder is deposited in the system and can be used for recovery be carried out. The particles that precipitate tend to have a large particle size. Another part of the overspray 116 is sucked off. The extracted particles tend to be smaller in size than in the fresh powder. A rough understanding of the behavior of particle sizes shown in diagrams 113, 114, 115 and 116 is obtained by considering that very large particles are less responsive to electromagnetic interaction and airflow and are primarily subject to gravity, while very small particles are less responsive to gravity and electromagnetic interaction and mainly follow the air flow. Medium-sized particles are particularly suitable for electromagnetic separation and therefore tend to be deposited the most. Since it is mainly the small particles that follow the air flow, they dominate in the extracted overspray, while in the deposited overspray the very large particles dominate due to the main effect of gravity.
In der Oversprayrückgewinnung werden die niedergeschlagenen Teilchen 115 und die abgesaugten Teilchen 116 des Oversprays gemischt. Wird zur Rückgewinnung ein Zyklon verwendet, so führt dieser häufig zu einem Verlust besonders kleiner Teilchen, wie im Diagramm 118 zu erkennen ist. Das rückgewonnene Overspray hat eine Teilchenverteilung wie sie beispielsweise in 117 gezeigt ist. Optional kann das Overspray noch weiter behandelt werden, so dass sich eine von 117 abweichende Größenverteilung 119 ergeben kann. Der Effekt ist aber derselbe, auch wenn direkt die Größenverteilung 117 der Pulverlackversorgung zugeführt wird. In der Pulverlackversorgung 120 wird das rückgewonnene Overspraypulver 119 mit dem Frischpulver 111 gemischt. Da das rückgewonnene Overspraypulver 119 eine zu kleineren Teilchengrößen hin verschobene Partikelgrößenverteilung aufweist, hat auch die Mischung der rückgeführten Teilchen mit dem Frischpulver eine etwas zu kleineren Teilchen hin verschobene Teilchengrößenverteilung.In the overspray recovery, the precipitated particles 115 and the suctioned-off particles 116 of the overspray are mixed. If a cyclone is used for recovery, this often leads to a loss of particularly small particles, as can be seen in diagram 118. The recovered overspray has a particle distribution such as that shown in Figure 117. Optionally, the overspray can be treated further, so that a size distribution 119 that deviates from 117 can result. But the effect is the same, even if the size distribution 117 is fed directly to the powder coating supply. In the powder coating supply 120, the recovered overspray powder 119 is mixed with the fresh powder 111. Since the recovered overspray powder 119 has a particle size distribution that is shifted toward smaller particle sizes, the mixture of the recycled particles with the fresh powder also has a particle size distribution that is shifted somewhat toward smaller particles.
Der in
Um die Separierung des Rückgewinnungspulvers und damit das Wegdriften des Kreislaufpulvers hin zu kleineren Teilchengrößen zu vermeiden, wird im Stand der Technik teilweise sogar ohne Rückgewinnung, das heißt auf Verlust gefahren und der Vorratsbehälter, der die Sprühpistolen speist, ausschließlich mit Frischpulver geführt. Dadurch entstehen hoher Material- und Zeitverlust und dadurch beträchtliche Zusatzkosten.In order to avoid the separation of the recovery powder and thus the circulation powder from drifting towards smaller particle sizes, the prior art sometimes even operates without recovery, i.e. at a loss, and the storage container that feeds the spray guns is kept exclusively with fresh powder. This results in a high loss of material and time and therefore considerable additional costs.
Im Jahr 2016 wurden weltweit 1,8 Millionen Tonnen Pulverlack mit einem Produktionswert von 7.885 Millionen Dollar produziert. Man schätzt die Verluste bei der Pulverapplikation, u. a. durch das Wegdriften im Kreislauf trotz Rückgewinnung auf ca. 4 %. Dies entsprach 2016 weltweit einem Verlust von ca. 72.000 Tonnen Pulverlack mit einem Produktionswert von ca. 316 Millionen Dollar. Nicht erfassbar ist dabei der Anteil an Pulverlack, der aus „Sicherheitsgründen“ zur Einhaltung der minimal erforderlichen Schichtdicke zusätzlich appliziert wird und der die statistisch erfassten Verluste sehr wahrscheinlich bei Weitem überschreitet.In 2016, 1.8 million tons of powder coating were produced worldwide with a production value of $7,885 million. The losses during powder application are estimated, among other things. due to drifting away in the circuit despite recovery to approx. 4%. In 2016, this corresponded to a loss of around 72,000 tonnes of powder coating worldwide with a production value of around $316 million. What cannot be recorded is the proportion of powder coating that is additionally applied for “safety reasons” to maintain the minimum required layer thickness and which most likely far exceeds the statistically recorded losses.
Der Anteil der Pulverbeschichtung bei industriell lackierten Oberflächen betrug im Jahre 2015 in Europa ca. 10 %. Weltweit lag der Anteil von Pulverlacken an der Gesamtmenge an VOC-freien und VOC-armen Lacken im Jahre 2016 bei ca. 7-8 %. Pulverlacke bergen noch erhebliches Potenzial zur Steigerung in sich. Das Nichtausschöpfen des Potenzials liegt zu einem erheblichen Anteil an der nicht ausreichenden Produktionssicherheit des Pulverbeschichtungsprozesses, insbesondere wenn hohe Anforderungen an die dekorative Beschichtungsqualität und die Schichtdickenkonstanz gestellt werden. Dies gilt in besonderem Maße bei häufigen Farbwechseln. So sind Verschmutzung und Agglomeratbildung neben der Partikelseparierung weitere Ursachen für den hohen Pulververlust. Ungünstige Prozessparameter können zu einer unerwünschten Verschiebung der Partikelgrößenverteilung im Kreislauf und damit zu Veränderungen des Auftragswirkungsgrades und der mittleren Schichtdicke führen.The proportion of powder coating on industrially painted surfaces was around 10% in Europe in 2015. Worldwide, the share of powder coatings in the total amount of VOC-free and low-VOC coatings was around 7-8% in 2016. Powder coatings still have considerable potential for improvement. The failure to exploit the potential is largely due to the insufficient production reliability of the powder coating process, especially when high demands are placed on decorative coating quality and layer thickness consistency. This is particularly true with frequent color changes. In addition to particle separation, contamination and agglomerate formation are other causes of high powder loss. Unfavorable process parameters can lead to an undesirable shift in the particle size distribution in the circuit and thus to changes in the application efficiency and the average layer thickness.
Am Fraunhofer-Institut IPA wurde ein Simulationsprogramm entwickelt, mit dem durch einfache Pulversprayversuche das Kreislaufverhalten des Pulvers simuliert werden konnte. Es hat sich gezeigt, dass das Pulver sich im Kreislauf nicht beliebig verfeinert, sondern dass sich nach einer gewissen Zahl von Umläufen asymptotisch ein Gleichgewichtszustand zwischen abgeschiedenem und rückgewonnenem Pulver einstellt, bei dem schließlich das auf dem Werkstück abgeschiedene Pulver-Partikelgrößenspektrum dem des Frischpulvers, also des Ausgangspulvers entspricht. Dieses Verhalten ist in
Um ein moderates Absinken der Partikelgröße des Kreislaufpulvers und damit des Auftragswirkungsgrads zu erhalten, kann ein gesichtetes Pulver eingesetzt werden, bei dem der Feinkornanteil reduziert wird. Dies führt jedoch zu Materialverlust beim Pulverhersteller. Eine andere Möglichkeit besteht darin, separierungsarme Sprühdüsen einzusetzen.In order to achieve a moderate reduction in the particle size of the circulating powder and thus in the application efficiency, a sifted powder can be used in which the proportion of fine particles is reduced. However, this leads to material loss for the powder manufacturer. Another option is to use low-separation spray nozzles.
Eine weitere Möglichkeit, das beschriebene Problem zu lösen besteht darin, möglichst kleine Pulver-Vorratsbehälter zur Speisung von Sprühpistolen zu verwenden. Ein möglichst gleichbleibendes Niveau des Füllstands im Vorratsbehälter durch kontinuierliche Zudosierung führt zu geringen Schwankungen der Schichtdicke auf dem Werkstück, da sich nur geringe, aber zeitlich konstante Pulvermengen im Kreislauf befinden.Another way to solve the problem described is to use powder storage containers that are as small as possible to feed spray guns. Keeping the fill level in the storage container as constant as possible through continuous metering leads to small fluctuations in the layer thickness on the workpiece, since only small but constant amounts of powder are in the circuit.
Problematisch ist hierbei jedoch, dass sich der Gleichgewichtszustand stets erst nach einer gewissen Zeit einstellt, in bisherigen Technologien frühestens nach ca. 25 Minuten. Da in der Produktion häufig das Pulver gewechselt wird, beispielsweise bei Farbwechseln bei Pulverlackierung, wird in der Praxis fast nie ein stationärer Zustand bei der Kreislaufführung erreicht. Oft werden beispielsweise Farben jede halbe Stunde gewechselt. In diesem Fall findet schon vor Erreichen des stationären Zustands der nächste Farbwechsel statt. Der stationäre Zustand muss sich dann erneut einstellen. In der Praxis muss daher von Hand durch Änderung des Förderluftvolumenstroms die Schichtdicke angepasst werden.The problem here, however, is that the equilibrium state always only occurs after a certain amount of time; in previous technologies, at the earliest after about 25 minutes. Since the powder is changed frequently in production, for example when changing colors in powder coating, in practice a stationary state is almost never achieved in the circulation system. For example, colors are often changed every half hour. In this case, the next color change takes place before the stationary state is reached. The stationary state must then re-establish itself. In practice, the layer thickness must therefore be adjusted manually by changing the conveying air volume flow.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Pulverbeschichtung anzugeben, mit dem sofort oder zumindest nach deutlich kürzerer Zeit als im Stand der Technik ein stationärer Zustand der Partikelgrößenverteilung des auf dem Werkstück abgeschiedenen Pulvers erreicht werden kann.The object of the present invention is to provide a method for powder coating with which a stationary state of the particle size distribution of the powder deposited on the workpiece can be achieved immediately or at least after a significantly shorter time than in the prior art.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1. Die jeweiligen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Pulverbeschichtung an.The object is achieved by the method according to claim 1. The respective dependent claims specify advantageous developments of the powder coating method according to the invention.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Pulverbeschichtung angegeben. Die Pulverbeschichtung kann beispielweise Pulverlackierung sein. Es wird dabei Pulver aus einem Behälter entnommen. Das entnommene Pulver wird im Folgenden als entnommenes Pulver bezeichnet. In dem Behälter liegt das Pulver mit einer Ausgangspartikelgrößenverteilung der Pulverpartikel vor. Mit der Ausgangspartikelgrößenverteilung wird das Pulver beispielsweise vom Hersteller geliefert.According to the invention, a process for powder coating is specified. The powder coating can be, for example, powder painting. Powder is removed from a container. The removed powder is hereinafter referred to as removed powder. The powder is present in the container with an initial particle size distribution of the powder particles. The powder is supplied with the initial particle size distribution by the manufacturer, for example.
Sofern hier von einer Partikelgrößenverteilung die Rede ist, kann dies zum einen den Medianwert oder Durchschnittswert der Partikelgrößen bezeichnen, oder eine diskretisierte Größenverteilung. Im Fall einer diskretisierten Größenverteilung wird der Bereich der auftretenden Partikelgrößen in zumindest zwei Intervalle unterteilt und für jedes Intervall die Anzahl der Partikel oder der Anteil der Partikel an der Gesamtmenge aller Partikel bestimmt, deren Größe in dem entsprechenden Intervall liegt. Üblich ist beispielsweise eine optionale Unterteilung in fünf Klassen, die für die kleinsten Partikel Feinkorn heißen, für die nächstgrößeren Partikel Mittelfeinkorn, für die nächstgrößeren Partikel Mittelkorn, für die nächstgrößeren Partikel Mittelgrobkorn und für die größten Partikel Grobkorn.If we are talking about a particle size distribution, this can refer to the median or average value of the particle sizes, or a discretized size distribution. In the case of a discretized size distribution, the range of particle sizes occurring is divided into at least two intervals and the number of particles or the proportion of particles in the total amount of all particles whose size lies in the corresponding interval is determined for each interval. For example, an optional subdivision into five classes is common, which are called fine grain for the smallest particles, medium fine grain for the next largest particles, medium grain for the next largest particles, medium coarse grain for the next largest particles and coarse grain for the largest particles.
Erfindungsgemäß wird das entnommene Pulver in einem Sprühvorgang auf ein Werkstück gesprüht. Beispielsweise kann das Pulver mittels einer Sprühpistole oder Sprühdüse auf das Werkstück gesprüht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in allen Pulverbeschichtungsanlagen ausführbar. Beispielsweise kann es für die elektrostatische Pulverbeschichtung eingesetzt werden, wo die Teilchen elektrostatisch aufgeladen werden und das Werkstück auf ein Potential gesetzt wird, so dass die Teilchen elektrostatisch zum Werkstück bewegt werden und am Werkstück anhaften.According to the invention, the removed powder is sprayed onto a workpiece in a spraying process. For example, the powder can be sprayed onto the workpiece using a spray gun or spray nozzle. The process according to the invention can be carried out in all powder coating systems. For example, it can be used for electrostatic powder coating, where the particles are electrostatically charged and the workpiece is set to a potential so that the particles are electrostatically moved to the workpiece and adhere to the workpiece.
Erfindungsgemäß wird Pulver, das im Sprühvorgang nicht auf dem Werkstück abgeschieden wurde, als sogenanntes rückgewonnenes Pulver oder Overspraypulver zurückgewonnen. Derartiges Pulver kann abgesaugtes Pulver und/oder in der Apparatur abgelegtes Pulver sein. Das rückgewonnene Pulver wird dem Behälter zugeführt, so dass im Behälter eine Mischung des Ausgangspulvers und des rückgewonnenen Pulvers vorliegt.According to the invention, powder that was not deposited on the workpiece during the spraying process is recovered as so-called recovered powder or overspray powder. Such powder can be vacuumed powder and/or powder deposited in the apparatus. The recovered powder is fed to the container so that there is a mixture of the starting powder and the recovered powder in the container.
Erfindungsgemäß wird bei der Entnahme des Pulvers aus dem Behälter eine Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers so eingestellt, dass eine Mischung des rückgeführten rückgewonnenen Pulvers mit dem im Behälter verbliebenen Pulver eine Größenverteilung der Partikel aufweist, die der Ausgangspartikelgrößenverteilung entspricht, oder so eingestellt, dass eine Partikelgrößenverteilung des auf dem Werkstück abgeschiedenen Pulvers der Ausgangspartikelgrößenverteilung entspricht. Die Partikelgrößenverteilung der Mischung oder des abgeschiedenen Pulvers kann der Ausgangspartikelgrö-ßenverteilung entsprechen, wenn die Durchschnittsgröße der Partikel gleich oder im Wesentlichen gleich ist, wenn der Median der Partikelgrößen der Mischung und der Ausgangspartikel oder im Wesentlichen gleich ist und/oder wenn die Anteile der Partikel in Größenklassen, in die die Partikel unterteilt werden, gleich oder im Wesentlichen gleich ist. Zum Vergleich können die Partikelgrößen zum Beispiel in zwei oder drei Klassen unterteilt werden, besonders bevorzugt in fünf Klassen. Es sei betont, dass zwei Klassen für die Ausführung des Verfahrens hinreichend sein können, da bereits bei einer Unterteilung in nur zwei Klassen, also eine Klasse feiner Teilchen und einer Klasse grober Teilchen, erkennbar ist, wenn sich die Teilchengröße zu kleinen Teilchen hin verschiebt. Die Verwendung mehrerer Klassen erlaubt eine präzisere Steuerung des Verfahrens.According to the invention, when the powder is removed from the container, a particle size distribution of the removed powder is set so that a mixture of the returned recovered powder with the powder remaining in the container has a size distribution of the particles that corresponds to the initial particle size distribution, or set so that a particle size distribution of the powder deposited on the workpiece corresponds to the initial particle size distribution. The particle size distribution of the mixture or the deposited powder can correspond to the initial particle size distribution if the average size of the particles is the same or substantially the same, if the median of the particle sizes of the mixture and the initial particles is or is substantially the same and/or if the proportions of the particles is the same or essentially the same in size classes into which the particles are divided. For comparison, the particle sizes can be divided, for example, into two or three classes, particularly preferably into five classes. It should be emphasized that two classes can be sufficient for carrying out the process, since even with a division into just two classes, i.e. a class of fine particles and a class of coarse particles, it can be seen when the particle size shifts towards small particles. The use of multiple classes allows more precise control of the process.
Die Einstellung der Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers erfolgt dabei mittels Sichtung. Die Sichtung ist dabei bevorzugt eine nicht trennscharfe Sichtung, die keine Teilchengrößen entfernt, sondern lediglich die Teilchengrößenverteilung verschiebt. Werden beispielsweise im konkreten Beschichtungsverfahren kleine Partikel weniger gut abgeschieden als gröbere Partikel, so kann die Partikelgrößenverteilung durch die Sichtung zu kleineren Partikeln hin verschoben werden.The particle size distribution of the removed powder is adjusted by sifting. The sifting is preferably a non-selective sifting that does not remove any particle sizes but merely shifts the particle size distribution. For example, if small particles are deposited less well than coarser particles in the specific coating process, the particle size distribution can be shifted towards smaller particles through screening.
Grundsätzlich kann als Sichtungsverfahren jedes Verfahren zur Anwendung kommen, das die Größenverteilung von Partikeln in die gewünschte Richtung verändert. Die Einstellung der Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers mit der Sichtung kann dabei im einfachsten Fall auf Grundlage der Partikelgrößenverteilung des rückgewonnenen Pulvers erfolgen. Ist die Partikelgrößenverteilung des rückgewonnenen Pulvers bekannt, so kann darauf geschlossen werden, wie die Rückführung des Pulvers in den Behälter die Partikelgrößenverteilung im Behälter verändern würde.In principle, any method that changes the size distribution of particles in the desired direction can be used as a screening method. In the simplest case, the particle size distribution of the removed powder can be adjusted using the sifting process on the basis of the particle size distribution of the recovered powder. If the particle size distribution of the recovered powder is known, it can be concluded how returning the powder to the container would change the particle size distribution in the container.
Erfindungsgemäß erfolgt die Einstellung der Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers auf Grundlage einer Partikelgrößenverteilung des rückgewonnenen Pulvers und/oder einer Partikelgrößenverteilung einer Mischung des rückgewonnenen Pulvers mit im Behälter verbliebenen Pulver und/oder einer Partikelgrößenverteilung einer Mischung des rückgewonnenen Pulvers mit im Behälter verbliebenen Pulver und mit in den Behälter zugeführtem Pulver, das die Ausgangspartikelgrößenverteilung aufweist. Dem Behälter kann Pulver mit der Ausgangspartikelgrößenverteilung zugeführt werden, um den Beschichtungsvorgang aufrechtzuerhalten. Die Partikelgrößenverteilung kann dann in der fertigen Mischung erfolgen, und/oder vor der Zudosierung des Frischpulvers, das die Ausgangspartikelgrößenverteilung aufweist. Das rückgewonnene Pulver kann auch vor Mischung mit dem im Behälter verbliebenen Pulver vermessen werden. Welche dieser Optionen zum Einsatz kommt, kann davon abhängig gemacht werden, wo der gegeben apparative Aufbau eine günstige Messung zulässt. Da alle genannten Partikelgrößen bekannt sind, bzw. gemessen werden können, lassen sie sich ineinander umrechnen.According to the invention, the particle size distribution of the removed powder is adjusted based on a particle size distribution of the recovered powder and/or a particle size distribution of a mixture of the recovered powder with powder remaining in the container and/or a particle size distribution of a mixture of the recovered powder with powder remaining in the container and with in the Powder supplied to the container, which has the initial particle size distribution. Powder with the initial particle size distribution can be supplied to the container to maintain the coating process. The particle size distribution can then take place in the finished mixture and/or before the fresh powder, which has the initial particle size distribution, is added. The recovered powder can also be measured before mixing with the powder remaining in the container. Which of these options is used can depend on where the given equipment structure allows a favorable measurement. Since all of the particle sizes mentioned are known or can be measured, they can be converted into one another.
Ist die Situation der Pulverabscheidung dergestalt, dass feinere Partikel in geringerem Anteil abgeschieden werden als gröbere Partikel, so kann vorteilhaft die Sichtung die Partikelgrößenverteilung zu feineren Partikeln hin verschieben. Das Overspray-Pulver hat dann eine feinere Partikelverteilung als das Ausgangspulver, während jedoch im Vorratsbehälter der Anteil größerer Partikel steigt, da mittels der Sichtung feinere Partikel bevorzugt entnommen werden. Entspricht die Zusammensetzung des auf dem Werkstück abgeschiedenen Pulvers der Zusammensetzung des Ausgangspulvers, so addiert sich die Partikelgrößenverteilung der Mischung des im Behälter verbliebenen Pulvers und mit jener des rückgeführten Overspraypulvers im Wesentlichen zur Ausgangsgrößenverteilung. Da dieser Zustand innerhalb eines Durchlaufes des Pulvers erreicht wird, kann der gewünschte stabile Zustand sofort oder spätestens mit Rückführung des ersten Overspraypulvers eingestellt werden.If the powder separation situation is such that finer particles are separated in smaller proportions than coarser particles, screening can advantageously shift the particle size distribution towards finer particles. The overspray powder then has a finer particle distribution than the starting powder, while the proportion of larger particles in the storage container increases because finer particles are preferably removed by means of sifting. If the composition of the powder deposited on the workpiece corresponds to the composition of the starting powder, the particle size distribution of the mixture of the powder remaining in the container and that of the returned overspray powder essentially adds up to the starting size distribution. Since this state is achieved within one pass of the powder, the desired stable state can be set immediately or at the latest when the first overspray powder is returned.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Sichtung dadurch erfolgen, dass das entnommene Pulver dem Behälter über eine zumindest teilweise über dem im Behälter befindlichen Pulver angeordnete und in Richtung des Pulvers offene Verwirbelungskammer entnommen wird. Ist das Pulver im unverwirbelten Zustand, so begrenzt die obere Grenzfläche des Pulvers vorteilhaft diese Verwirbelungskammer nach unten hin. Vorteilhafterweise ist die Verwirbelungskammer zu den Seiten hin und nach oben mit Ausnahme von ein- und austretenden Rohren geschlossen.In an advantageous embodiment of the invention, the sifting can take place in that the removed powder is removed from the container via a turbulence chamber which is at least partially arranged above the powder in the container and is open in the direction of the powder. If the powder is in the non-turbulent state, the upper boundary surface of the powder advantageously limits this turbulence chamber downwards. The turbulence chamber is advantageously closed on the sides and upwards with the exception of incoming and outgoing pipes.
In dieser Ausgestaltung der Erfindung kann in der Verwirbelungskammer Verwirbelungsgas, beispielsweise Luft, auf oder in das Pulver geblasen werden, wodurch das Pulver aufgewirbelt wird. Versuche haben gezeigt, dass sowohl ein Blasen des Verwirbelungsgases auf das Pulver wie auch in das Pulver den gewünschten Effekt erzielt.In this embodiment of the invention, swirling gas, for example air, can be blown onto or into the powder in the swirling chamber, whereby the powder is whirled up. Tests have shown that blowing the fluidizing gas onto the powder as well as into the powder achieves the desired effect.
Vorteilhafterweise kann das Verwirbelungsgas über eine Düse auf oder in das Pulver geblasen werden, die auf die Oberfläche des Pulvers im Ruhezustand gerichtet ist oder die in das Pulver eintaucht.Advantageously, the fluidizing gas can be blown onto or into the powder via a nozzle which is directed onto the surface of the powder at rest or which is immersed in the powder.
Bevorzugterweise kann das Pulver dem Vorratsbehälter über ein Saugrohr entnommen werden, dass in der Verwirbelungskammer endet. Das Saugrohr kann dann Pulver ansaugen, das durch das Verwirbelungsgas aufgewirbelt wurde. Da Partikel unterschiedlicher Größe auf das Verwirbelungsgas unterschiedlich stark reagieren, hat das aufgewirbelte Pulver eine andere Größenverteilung als das nicht aufgewirbelte Pulver. Beispielsweise können Partikel geringerer Größe dem Verwirbelungsgas leichter folgen und können daher durch dieses leichter aufgewirbelt werden. Das aufgewirbelte Pulver kann daher eine zu kleineren Partikelgrößen hin verschobene Größenverteilung haben als das nicht aufgewirbelte Pulver im Behälter. Durch Einstellen von Parametern der Verwirbelungskammer kann die Partikelgrößenverteilung des Pulvers eingestellt werden.Preferably, the powder can be removed from the storage container via a suction pipe that ends in the swirling chamber. The suction tube can then suck in powder that has been whirled up by the fluidizing gas. Since particles of different sizes react differently to the fluidizing gas, the fluidized powder has a different size distribution than the non-fluidized powder. For example, particles of smaller size can follow the fluidizing gas more easily and can therefore be whirled up more easily by it. The whirled up powder can therefore have a size distribution that is shifted towards smaller particle sizes than the non-fluidized powder in the container. By adjusting parameters of the swirl chamber, the particle size distribution of the powder can be adjusted.
Zur Einstellung der Partikelgrößenverteilung kann insbesondere ein Volumen der Verwirbelungskammer oberhalb der Oberfläche des Pulvers im unverwirbelten Zustand verändert werden und/oder ein Abstand des innerhalb der Verwirbelungskammer liegenden Endes des Saugrohrs von der Oberfläche des Pulvers im unverwirbelten Zustand, eine Geschwindigkeit des auf das Pulver geblasenen Verwirbelungsgases und/oder einen Abstand der Düse von der Oberfläche des Pulvers im unverwirbelten Zustand. Da diese Parameter auf Grundlage der Partikelgrößenverteilung des rückgewonnenen Pulvers, ggf. gemischt mit im Behälter verbliebenen Pulver und/oder Frischpulver, der Partikelgrößenverteilung des auf dem Werkstück abgeschiedenen Pulvers geregelt oder der Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers werden können, ist es nicht erforderlich, spezifische Werte dieser Parameter auszurechnen. Es ist vielmehr ausreichend, die entsprechenden Parameter empirisch an die konkreten Partikelgrößenverteilungen anzupassen. Ergibt sich beispielsweise im auf dem Werkstück abgeschiedenen Pulver eine feinere Partikelgrößenverteilung als im Ausgangspulver, so kann über die genannten Parameter der Verwirbelungskammer die Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers zu größeren Größen verschoben werden. Ergibt sich hingegen auf dem Werkstück eine zu größeren Partikeln hin verschobene Verteilung, so kann der Anteil feiner Partikel durch die genannten Parameter der Verwirbelungskammer verringert werden.To adjust the particle size distribution, in particular a volume of the turbulence chamber above the surface of the powder in the non-turbulence state can be changed and/or a distance within the turbulence chamber lying end of the suction tube from the surface of the powder in the non-fluid state, a speed of the fluidizing gas blown onto the powder and / or a distance of the nozzle from the surface of the powder in the non-fluid state. Since these parameters can be regulated based on the particle size distribution of the recovered powder, possibly mixed with powder and/or fresh powder remaining in the container, the particle size distribution of the powder deposited on the workpiece, or the particle size distribution of the removed powder, it is not necessary to specify specific values of these Calculate parameters. Rather, it is sufficient to empirically adapt the corresponding parameters to the specific particle size distributions. For example, if there is a finer particle size distribution in the powder deposited on the workpiece than in the starting powder, the particle size distribution of the removed powder can be shifted to larger sizes via the parameters of the swirling chamber mentioned. However, if there is a shift towards larger particles on the workpiece, the proportion of fine particles can be reduced by the aforementioned parameters of the swirl chamber.
Die Partikelgrößenverteilung des rückgewonnenen Pulvers kann dazu dienen, die Sichtung des entnommenen Pulvers anzupassen. Die Partikelgrößenverteilung des rückgewonnenen Pulvers kann vorteilhaft vermessen oder simuliert werden. Eine Vermessung der Partikelgrößenverteilung ist beispielsweise mittels Differenzdruckmessung oder mittels eines Laserbeugungsmessverfahrens möglich, wie sie beispielsweise in „Moderne pharmazeutische Technologie, Cornelia M. Keck, Rainer H. Müller 2009, Kap. 3.1 S. 50 Laserdiffraktometrie“ beschrieben sind. Im Falle des Laserbeugungsmessverfahrens können Partikelgrößenverteilungen durch Messung der Winkelabhängigkeit der Intensität von gestreutem Licht eines Laserstrahls, der eine trocken dispergierte Partikelprobe durchdringt, ermittelt werden. Große Partikel streuen Licht mit kleinen Winkeln relativ zum Laserstrahl, während kleine Partikel zu großen Streuwinkeln führen. Im Falle der Differenzdruckmessung sind kostengünstige Messgeräte verfügbar, bei denen ein Schlauch direkt ins Pulverfluid eingetaucht werden kann. Bei Partikelverfeinerung und einer daraus folgenden schlechteren Fluidisierbarkeit bis hin zur Kanalbildung im Pulverfluid nimmt der Differenzdruck ab. Auf diese Weise kann aus dem Differenzdruck auf die Partikelgrößenverteilung geschlossen werden.The particle size distribution of the recovered powder can be used to adjust the screening of the removed powder. The particle size distribution of the recovered powder can advantageously be measured or simulated. A measurement of the particle size distribution is possible, for example, using differential pressure measurement or using a laser diffraction measurement method, as described, for example, in “Modern pharmaceutical technology, Cornelia M. Keck, Rainer H. Müller 2009, chap. 3.1 p. 50 Laser Diffractometry”. In the case of the laser diffraction measurement method, particle size distributions can be determined by measuring the angular dependence of the intensity of scattered light of a laser beam that penetrates a dry dispersed particle sample. Large particles scatter light at small angles relative to the laser beam, while small particles result in large scattering angles. In the case of differential pressure measurement, inexpensive measuring devices are available in which a hose can be immersed directly into the powder fluid. With particle refinement and the resulting poorer fluidizability up to the formation of channels in the powder fluid, the differential pressure decreases. In this way, the particle size distribution can be determined from the differential pressure.
Eine Simulation der Partikelgrößenverteilung des abgeschiedenen Pulvers oder des Overspraypulvers kann beispielsweise mittels eines CAD-Modells des Werkstücks erfolgen. In einer solchen Simulation kann die Abscheidung von Pulver bekannter Partikelgrößenverteilung auf das modellierte Werkstück simuliert werden und simuliert werden, welche Partikelgrößenverteilung das Overspray-Pulver aufweist.A simulation of the particle size distribution of the deposited powder or the overspray powder can be done, for example, using a CAD model of the workpiece. In such a simulation, the deposition of powder with a known particle size distribution onto the modeled workpiece can be simulated and the particle size distribution of the overspray powder can be simulated.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann auch die Partikelgrößenverteilung des im Behälter vorliegenden Pulvers gemessen werden, wobei hier ebenfalls Differenzdruckmessung vorteilhaft ist aber auch ein Laserbeugungsmessverfahren zur Anwendung kommen kann. Es kann dann die Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers angepasst werden, wenn die Messung der Partikelgrößenverteilung im Behälter eine Veränderung der Partikelgrößenverteilung des im Behälter vorliegenden Pulvers anzeigt. Auch basierend auf dieser Größe kann die Sichtung des entnommenen Pulvers geregelt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the particle size distribution of the powder present in the container can also be measured, with differential pressure measurement also being advantageous here, but a laser diffraction measuring method can also be used. The particle size distribution of the removed powder can then be adjusted if the measurement of the particle size distribution in the container indicates a change in the particle size distribution of the powder present in the container. The screening of the removed powder can also be regulated based on this size.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Verwirbelungsgas mit einer Geschwindigkeit von größer oder gleich 3 m/s, vorzugsweise größer oder gleich 20 m/s, vorzugsweise größer oder gleich 40 m/s und/oder kleiner oder gleich 80 m/s, vorzugsweise kleiner oder gleich 60 m/s, vorzugsweise kleiner oder gleich 50 m/s auf die Oberfläche des Pulvers im Vorratsbehälter geblasen werden.In an advantageous embodiment of the invention, the fluidizing gas can have a speed of greater than or equal to 3 m/s, preferably greater than or equal to 20 m/s, preferably greater than or equal to 40 m/s and/or less than or equal to 80 m/s, preferably less than or equal to 60 m/s, preferably less than or equal to 50 m/s, are blown onto the surface of the powder in the storage container.
Vorteilhaft kann ein Volumenstrom des Verwirbelungsgases, das auf die Oberfläche des Pulvers im Behälter geblasen wird größer oder gleich 0,5 m3/h, vorzugsweise größer oder gleich 1 m3/h, vorzugsweise von 2 m3/h und/oder kleiner oder gleich 5 m3/h, vorzugsweise kleiner oder gleich 3 m3/h betragen.Advantageously, a volume flow of the fluidizing gas that is blown onto the surface of the powder in the container can be greater than or equal to 0.5 m 3 /h, preferably greater than or equal to 1 m 3 /h, preferably 2 m 3 /h and/or less or equal to 5 m 3 /h, preferably less than or equal to 3 m 3 /h.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers vermessen werden und anhand der Messung die Sichtung so eingestellt werden, dass die Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers die gewünschte Verteilung annimmt. Da sich die Veränderung der Größenverteilung in Folge der Veränderung von Parametern der Verwirbelungskammer in der Messung sofort zeigt, kann der zur Einstellung der Sichtung verwendete Parameter ohne weiteres so eingeregelt werden, dass sich in der Messung die gewünschte Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers ergibt. Vorteilhafterweise wird die Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers dann so eingestellt, dass auf dem Werkstück Pulver mit der Ausgangspartikelgrößenverteilung abgeschieden wird und/oder dass sich dem Sprühvorgang eine Partikelgrößenverteilung des rückgewonnenen Pulvers ergibt, die bei Mischung mit dem im Behälter verbliebenen Pulver zu einer Partikelgrößenverteilung der Mischung führt, die der Ausgangspartikelgrößenverteilung entspricht.In an advantageous embodiment of the invention, the particle size distribution of the removed powder can be measured and, based on the measurement, the screening can be adjusted so that the particle size distribution of the removed powder assumes the desired distribution. Since the change in the size distribution as a result of the change in the parameters of the turbulence chamber is immediately apparent in the measurement, the parameter used to adjust the sifting can easily be adjusted so that the desired particle size distribution of the removed powder results in the measurement. Advantageously, the particle size distribution of the removed powder is then adjusted so that powder with the initial particle size distribution is deposited on the workpiece and/or that the spraying process results in a particle size distribution of the recovered powder, which, when mixed with the powder remaining in the container, leads to a particle size distribution of the mixture , which corresponds to the initial particle size distribution.
Vorteilhafterweise sortiert die Sichtung des entnommenen Pulvers keine Partikelgrößen aus dem Gemisch der Partikel aus, sondern verschiebt nur den Anteil der Partikelgrößen. Unterteilt man die Partikelgrößen in Größenklassen, so enthält daher vorzugsweise die Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers Partikel aller Größenklassen, die auch im Ausgangspulver vorhanden sind.Advantageously, the screening of the removed powder does not sort out particle sizes from the mixture of particles, but only shifts the proportion of particle sizes. If the particle sizes are divided into size classes, the particle size distribution of the removed powder preferably contains particles of all size classes that are also present in the starting powder.
Wie beschrieben kann die Sichtung auf Grundlage der Partikelgrößenverteilung des rückgewonnenen Pulvers und/oder des auf dem Werkstück abgeschiedenen Pulvers und/oder des Pulvers im Behälter und/oder einer Mischung des rückgewonnenen Pulvers mit im Behälter verbliebenen Pulver und/oder einer Mischung des rückgewonnenen Pulvers mit im Behälter verbliebenen Pulver und mit in den Behälter zugeführtem Pulver, das die Ausgangspartikelgrößenverteilung aufweist, erfolgen. Die Sichtung kann durch Einstellen von Parametern des Wirbelkammersichters erfolgen. In einem einfachen Fall kann vorteilhaft die Zuordnung zwischen der gemessenen Partikelgrößenverteilung und dem entsprechenden Parameter des Wirbelsichters oder zwischen der gemessenen Partikelgrößenverteilung und der Partikelgrö-ßenverteilung des entnommenen Pulvers über eine Tabelle, eine empirische Funktion oder ein neuronales Netz erfolgen, wobei die Tabelle, die empirische Funktion oder das neuronale Netz die Partikelgrößenverteilung des rückgewonnenen Pulvers, ggf. gemischt mit im Behälter verbliebenen Pulver und/oder Frischpulver, des abgeschiedenen Pulvers und/oder des Pulvers im Behälter mit dem entsprechenden Parameter der Sichtung oder der Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers verknüpft.As described, the sifting can be based on the particle size distribution of the recovered powder and/or the powder deposited on the workpiece and/or the powder in the container and/or a mixture of the recovered powder with powder remaining in the container and/or a mixture of the recovered powder powder remaining in the container and with powder fed into the container and having the initial particle size distribution. The sifting can be done by setting the parameters of the vortex chamber sifter. In a simple case, the association between the measured particle size distribution and the corresponding parameter of the vortex classifier or between the measured particle size distribution and the particle size distribution of the removed powder can advantageously be carried out via a table, an empirical function or a neural network, the table being the empirical Function or the neural network links the particle size distribution of the recovered powder, possibly mixed with powder and/or fresh powder remaining in the container, of the separated powder and/or the powder in the container with the corresponding parameter of the screening or the particle size distribution of the removed powder.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Behälter ein Fluidisierbehälter sein. Ein solcher kann zum einen einen Behälter aufweisen und zum anderen einen in dem Behälter angeordneten Fluidisierboden. Über dem Fluidisierboden kann in dem Behälter ein Pulvervolumen vorliegen, in welchem zu fluidisierendes Pulver anordenbar ist oder angeordnet ist. In einem solchen Fluidisierbehälter kann von unterhalb des Fluidisierbodens Luft oder ein anderes Gas in das über dem Fluidisierboden vorhandene Pulver geleitet werden, wodurch das Pulver fludisiert wird.In an advantageous embodiment of the invention, the container can be a fluidizing container. On the one hand, such a container can have a container and, on the other hand, a fluidizing base arranged in the container. A powder volume can be present in the container above the fluidizing base, in which powder to be fluidized can be arranged or is arranged. In such a fluidization container, air or another gas can be passed from below the fluidization base into the powder present above the fluidization base, whereby the powder is fluidized.
Vorteilhafterweise kann der Fluidisierbehälter eine Verwirbelungskammer aufweisen, die über dem Pulver angeordnet ist und die zum Pulvervolumen hin offen ist. Der Fluidisierbehälter kann dann, beispielsweise als Teil der Verwirbelungskammer, ein Saugrohr aufweisen, das ein offenes Ende innerhalb der Verwirbelungskammer oberhalb des Pulvervolumens aufweist. Das Pulvervolumen kann dabei jenes Volumen sein, das vom Pulver eingenommen wird, wenn Pulver über dem Fluidisierboden vorhanden ist und die Fluidisierung abläuft, aber keine Verwirbelung erfolgt.Advantageously, the fluidizing container can have a swirling chamber which is arranged above the powder and which is open to the powder volume. The fluidizing container can then, for example as part of the swirling chamber, have a suction pipe which has an open end within the swirling chamber above the powder volume. The powder volume can be the volume that is occupied by the powder when powder is present above the fluidization base and fluidization is taking place but no turbulence occurs.
Der Fludisierbehälter kann außerdem eine Gasdüse aufweisen, mit der Verwirbelungsgas auf das Pulver blasbar ist. Hierzu kann die Gasdüse in der Verwirbelungskammer oder in dem Pulvervolumen eine Düsenöffnung aufweisen, die beispielsweise in Richtung des Fluidisierbodens gerichtet sein kann. Die Düse kann in einem einfachen Fall ein Schlauch sein, vorzugsweise mit konstantem Innendurchmesser, dessen eine Öffnung, dann als Düse fungiert. Ein solcher Schlauch kann beispielsweise einen Innendurchmesser von 8 mm aufweisen, wobei jedoch andere Innendurchmesser ebenfalls möglich sind. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Kappe auf die dem Pulver zugewandte Öffnung aufgesetzt sein, die eine Mehrzahl an Düsenöffnungen, zum Beispiel 8 Düsenöffnungen, aufweist, die dem Pulver zugewandt sind. Diese Düsenöffnungen können beispielsweise jeweils einen Durchmesser von 1 mm haben.The fluidizing container can also have a gas nozzle with which fluidizing gas can be blown onto the powder. For this purpose, the gas nozzle in the swirling chamber or in the powder volume can have a nozzle opening, which can be directed, for example, in the direction of the fluidizing base. In a simple case, the nozzle can be a hose, preferably with a constant inner diameter, one opening of which then functions as a nozzle. Such a hose can, for example, have an inner diameter of 8 mm, although other inner diameters are also possible. In an advantageous embodiment, a cap can be placed on the opening facing the powder, which has a plurality of nozzle openings, for example 8 nozzle openings, which face the powder. These nozzle openings can each have a diameter of 1 mm, for example.
Vorteilhafterweise kann ein Abstand des offenen Endes des Saugrohrs von dem Pulvervolumen größer oder gleich 10 mm, vorzugsweise größer oder gleich 20 mm und/oder kleiner oder gleich 50 mm, vorzugsweise kleiner oder gleich 30 mm betragen.Advantageously, a distance of the open end of the suction tube from the powder volume can be greater than or equal to 10 mm, preferably greater than or equal to 20 mm and/or less than or equal to 50 mm, preferably less than or equal to 30 mm.
Die Verwirbelungskammer kann zusammen mit dem Saugrohr und der Gasdüse einen Wirbelkammersichter bilden. Es wird nachfolgend ein Wirbelkammersichter angegeben, der vorteilhaft im beschriebenen Verfahren zum Einsatz kommen kann. Ein solcher Wirbelkammersichter kann eine zu einer Seite hin offene Verwirbelungskammer aufweisen, die mit ihrer offenen Seite über Pulver in einem Behälter, beispielsweise einem Fluidisierbehälter, anordenbar ist. Der Wirbelkammersichter kann darüber hinaus eine Düse aufweisen, mit der Verwirbelungsgas in Richtung der offenen Seite blasbar ist. Ein Abstand der Düse von der offenen Seite der Verwirbelungskammer kann vorteilhaft variierbar sein, wenn über den Abstand der Düse die Partikelgrößenverteilung eingestellt werden soll.The swirl chamber can form a swirl chamber classifier together with the suction pipe and the gas nozzle. A vortex chamber classifier is specified below, which can be advantageously used in the method described. Such a swirl chamber classifier can have a swirl chamber that is open to one side and can be arranged with its open side over powder in a container, for example a fluidizing container. The swirl chamber classifier can also have a nozzle with which swirling gas can be blown towards the open side. A distance of the nozzle from the open side of the swirl chamber can be advantageously varied if the particle size distribution is to be adjusted via the distance from the nozzle.
Der Wirbelkammersichter kann außerdem ein Saugrohr aufweisen, dass im Inneren der Verwirbelungskammer eine Öffnung aufweist und sich durch eine Wandung der Verwirbelungskammer aus dieser heraus erstreckt. Auch das Saugrohr kann in Richtung seiner Länge bzw. in Richtung der Öffnung der Verwirbelungskammer verschiebbar sein, wenn dieser Abstand zur Einstellung der Partikelgrößenverteilung bei der Sichtung dienen soll.The swirl chamber classifier can also have a suction pipe that has an opening inside the swirl chamber and extends out of the swirl chamber through a wall. The suction tube can also be displaceable in the direction of its length or in the direction of the opening of the turbulence chamber if this distance is to be used to adjust the particle size distribution during sifting.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Verwirbelungskammer ein in Richtung des Pulvers offenes Tauchrohr sein, das mit seiner offenen Seite in das Pulver eintauchbar ist. Ein solches Tauchrohr kann beispielsweise zylindrischen Querschnitt haben. Das genannte Saugrohr kann dann beispielsweise koaxial zu dem Tauchrohr verlaufen, aber innerhalb des Tauchrohrs enden. Die Verwirbelungsluft kann beispielsweise seitlich durch das Tauchrohr in das Tauchrohr eingeführt werden und in dem Tauchrohr zu der Düse geleitet werden, die dann beispielsweise parallel zur Zylinderachse des Tauchrohrs orientiert sein kann.In an advantageous embodiment, the swirling chamber can be a dip tube that is open in the direction of the powder and has its open side can be immersed in the powder. Such a dip tube can, for example, have a cylindrical cross section. The said suction pipe can then, for example, run coaxially to the dip tube, but end within the dip tube. The swirling air can, for example, be introduced laterally through the dip tube into the dip tube and be guided in the dip tube to the nozzle, which can then be oriented, for example, parallel to the cylinder axis of the dip tube.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft ausführbar mit dem beschriebenen Fluidisierbehälter und/oder dem beschriebenen Wirbelkammersichter. Vorteilhaft kann der Fluidisierbehälter einen Wirbelkammersichter wie beschrieben enthalten.The method according to the invention can be carried out particularly advantageously with the fluidizing container described and/or the vortex chamber classifier described. The fluidizing container can advantageously contain a vortex chamber classifier as described.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren beispielhaft erläutert werden. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen dabei gleiche oder entsprechende Merkmale. Die in den Beispielen gezeigten Merkmale können auch unabhängig vom konkreten Beispiel realisiert sein und zwischen den Beispielen kombiniert werden.The invention will be explained below by way of example using a few figures. The same reference numbers indicate the same or corresponding features. The features shown in the examples can also be implemented independently of the specific example and can be combined between the examples.
Es zeigt
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1 den Effekt der Pulververfeinerung in einem Kreislauf von Beschichtungspulver, -
2 der Verlauf der Partikelgröße über die Zeit in einem solchen Kreislauf, -
3A und3B ein beispielhaftes Verhalten von Partikelgrößen in einem Kreislauf von Beschichtungspulver, -
4 ein erstes Beispiel eines Fluidisierbehälters mit einem Wirbelkammersichter, -
5 ein weiteres Beispiel eines Fluidisierbehälters mit einem Wirbelkammersichter, und -
6 eine beispielhafte Anlage, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist, und in der die Fluidisierbehälter der4 und5 zum Einsatz kommen können.
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1 the effect of powder refinement in a coating powder cycle, -
2 the course of particle size over time in such a cycle, -
3A and3B an exemplary behavior of particle sizes in a coating powder cycle, -
4 a first example of a fluidization container with a vortex chamber classifier, -
5 another example of a fluidization container with a vortex chamber classifier, and -
6 an exemplary system with which the method according to the invention can be carried out, and in which the fluidization containers4 and5 can be used.
Es soll nun davon ausgegangen werden, dass 66 g, also zwei Drittel des im Vorratsbehälter befindlichen Pulvers, versprüht werden. Dabei wird Pulver dem Vorratsbehälter entnommen und erfindungsgemäß gesichtet. Im gezeigten Beispiel ergibt sich durch die Sichtung, dass von den 66 g des versprühten Pulvers 8 g Feinkornpulver ist, 18 g Mittelfeinkorn, 28 g Mittelkorn, 10 g Mittelgrobkorn und 2,66 g Grobkorn. Die Sichtung wird dabei so durchgeführt, dass sich die Partikelgrößenverteilung des versprühten Pulvers gegenüber dem Pulver im Vorratsbehälter zu den feineren Kornklassen hin verschiebt. Insbesondere wird der Anteil der Klassen Feinkorn und Mittelfeinkorn größer als im Vorratsbehälter.It should now be assumed that 66 g, i.e. two thirds of the powder in the storage container, will be sprayed. Powder is removed from the storage container and viewed according to the invention. In the example shown, inspection shows that of the 66 g of sprayed powder, 8 g is fine grain powder, 18 g is medium fine grain, 28 g is medium grain, 10 g is medium coarse grain and 2.66 g is coarse grain. The sifting is carried out in such a way that the particle size distribution of the sprayed powder shifts towards the finer grain classes compared to the powder in the storage container. In particular, the proportion of the fine grain and medium fine grain classes becomes larger than in the storage container.
Die in
Die rechte Seite der
Es ist zu erkennen, dass die Sichtung des entnommenen Pulvers, das hier das versprühte Pulver ist, dadurch eingestellt werden kann, dass die Partikelgrößenverteilung des Pulvers auf dem Werkstück, des Overspraypulvers oder des Restpulvers im Vorratsbehälter bestimmt wird. Die Bestimmung kann dabei über Messung erfolgen oder aber auch über Simulation. Eine solche Simulation kann beispielsweise mittels eines CAD-Modells des Werkstücks erfolgen. Die Messung der Partikelgrößen kann beispielsweise mittels Differenzdruckmessung oder mittels Laserbeugungsmessverfahrens erfolgen.It can be seen that the screening of the removed powder, which here is the sprayed powder, can be adjusted by determining the particle size distribution of the powder on the workpiece, of the overspray powder or of the residual powder in the storage container. The determination can be made via measurement or via simulation. Such a simulation can be carried out, for example, using a CAD model of the workpiece. The particle sizes can be measured, for example, using differential pressure measurement or using laser diffraction measurement methods.
Der Fluidisierbehälter weist außerdem ein Tauchrohr 4 als Teil des Wirbelkammersichters auf, wobei das Tauchrohr 4 hier als eine Verwirbelungskammer 4 dient. Die Verwirbelungskammer 4 hat hier eine Zylinderform und taucht mit ihrem unteren Ende in das Pulver 3 ein. Die Verwirbelungskammer 4 ist nach unten offen, so dass das Pulver 3 in die Verwirbelungskammer 4 eintritt. Das Pulver 3 liegt dann im Inneren der Verwirbelungskammer 4 in unverwirbeltem Zustand mit einer koplanaren Oberfläche zum Pulver außerhalb der Verwirbelungskammer 4 vor.The fluidizing container also has a dip tube 4 as part of the swirl chamber classifier, the dip tube 4 serving here as a swirl chamber 4. The swirling chamber 4 here has a cylindrical shape and its lower end is immersed in the powder 3. The swirling chamber 4 is open at the bottom, so that the powder 3 enters the swirling chamber 4. The powder 3 is then present inside the turbulence chamber 4 in a non-turbulence state with a coplanar surface to the powder outside the turbulence chamber 4.
Der Wirbelkammersichter weist außerdem ein Rohr 5 auf, mit dem Verwirbelungsgas in die Verwirbelungskammer 4 einleitbar ist. Das Rohr 5 tritt in radialer Richtung durch die Wand der Verwirbelungskammer 4 in deren Inneres ein, läuft dann in einer 90°-Kurve nach unten und ist nach unten in Richtung des Fluidisierbodens geöffnet. Wird Luft in das Rohr 5 eingeleitet, so tritt diese nach unten aus und trifft auf die Oberfläche des Pulvers 3 im Fluidisierbehälter und in der Verwirbelungskammer. Im gezeigten Beispiel kann das Verwirbelungsgas in das Rohr 5 beispielsweise mit einem Volumenstrom von 2 m3/h eingeleitet werden. Dieser Wert kann variiert werden, um die Partikelgrößenzusammensetzung von aufgewirbeltem Pulver 6 im Inneren der Verwirbelungskammer 4 einzustellen.The swirl chamber classifier also has a tube 5 with which swirl gas can be introduced into the swirl chamber 4. The tube 5 enters the interior of the swirling chamber 4 in the radial direction through the wall, then runs downwards in a 90 ° curve and is opened downwards towards the fluidization base. If air is introduced into the tube 5, it exits downwards and hits the surface of the powder 3 in the fluidization container and in the swirling chamber. In the example shown, the fluidizing gas can be introduced into the pipe 5, for example, with a volume flow of 2 m 3 /h. This value can be varied in order to adjust the particle size composition of fluidized powder 6 inside the swirling chamber 4.
Die Verwirbelungskammer 4 weist in ihrem Inneren ein Saugrohr 7 auf, das von oben koaxial zur Verwirbelungskammer in diese eintritt und nach unten geöffnet ist, wobei die Öffnung des Saugrohres 7 im Inneren der Verwirbelungskammer liegt und oberhalb der Oberfläche des Pulvers 3 im unverwirbelten Zustand liegt. Über das Saugrohr 7 kann aufgewirbeltes Pulver 6 abgesaugt werden und über eine Leitung 8 beispielsweise einer elektrostatischen Pulversprühpistole 9 zugeführt werden. Die Partikelgrößenverteilung des entnommenen Pulvers, welches das im Saugrohr 7 zur Pulversprühpistole 9 fließende Pulver ist, kann über verschiedene Parameter eingestellt werden, beispielsweise die folgenden Parameter, wobei jeweils in Klammern beispielhafte Werte der Parameter angegeben werden.The swirling chamber 4 has a suction tube 7 in its interior, which enters the swirling chamber from above coaxially with the swirling chamber and is opened downwards, the opening of the suction pipe 7 being located inside the swirling chamber and above the surface of the powder 3 in the non-swirled state. Swirled powder 6 can be sucked off via the suction pipe 7 and fed via a line 8, for example, to an electrostatic powder spray gun 9. The particle size distribution of the removed powder, which is the powder flowing in the suction pipe 7 to the powder spray gun 9, can be adjusted using various parameters, for example the following parameters, with exemplary values of the parameters being given in brackets.
Einstell-Parameter:
- vFI: Fluidisierluftgeschwindigkeit [m/s](0,009)
- LR: Länge Tauchrohr 7 [m](0,22)
- DQR: Durchmesser Tauchrohr 7 [m](0,02)
- DQR: Durchmesser Schlauch [m] (0,01)
- DpFl: Differenzdruck Pulver-Fluid
- im Fluidisierbehälter 1 [Pa](300-500)
- v FI : Fluidizing air speed [m/s](0.009)
- L R : Length of immersion tube 7 [m] (0.22)
- D QR : Dip tube diameter 7 [m](0.02)
- D QR : Hose diameter [m] (0.01)
- DpFl: Differential pressure powder-fluid
- in the fluidization tank 1 [Pa](300-500)
Die
- Dps: Differenzdruck im Schlauch [Pa]
- DpR: Differenzdruck im Tauchrohr 7 [Pa]
- vRL: Luftgeschwindigkeit Tauchrohr 7 [m/s]
- vRP: Pulvergeschwindigkeit Tauchrohr 7 [m/s]
- vW: Luftgeschwindigkeit in Pulverwolke in der Verwirbelungskammer 4 [m/s]
- V̇R: Luftvolumenstrom Tauchrohr 7 saugseitig [m3/h]
- V̇LS: Luftvolumenstrom im Pulver-Schlauch [m3/h]
- V̇P: Pulverausstoß aus Sprühpistole 9 [g/min]
- Dps: Differential pressure in the hose [Pa]
- Dp R : Differential pressure in the dip tube 7 [Pa]
- v RL : air speed in the dip tube 7 [m/s]
- v RP : powder speed dip tube 7 [m/s]
- v W : Air speed in powder cloud in the swirl chamber 4 [m/s]
- V̇ R : Air volume flow, dip tube 7, suction side [m 3 /h]
- V̇ LS : Air volume flow in the powder hose [m 3 /h]
- V̇ P : Powder output from spray gun 9 [g/min]
Auch in
Die Verfahrensparameter sind im in
Zur elektrostatischen Auftragung befindet sich die elektrostatische Sprühpistole 9 auf einem Potential, das im hier gezeigten Beispiel durch die Steuerelektronik 12 angelegt wird. Ein zu beschichtendes Werkstück 13 ist geerdet, so dass sich aufgrund der elektrostatischen Anziehung durch die elektrostatische Sprühpistole aufgeladene Teilchen des Pulvers 6 auf das Werkstück 13 bewegen und dort anhaften. Die Beschichtung findet hier in einer Beschichtungskammer 14 statt, aus der nach unten Overspraypulver über eine Leitung 15 absaugbar ist. Das abgesaugte Overspraypulver kann dann über die Leitung 15 einem Abscheidersystem zur Pulverrückgewinnung 16 zugeführt werden, in dem das Pulver abgeschieden wird. Das abgeschiedene Pulver wird dann über eine Leitung 17 von dem Abscheidersystem 16 zurück in den Fluidisierbehälter 1 geführt. Aus einer Frischpulverversorgung 18 wird außerdem frisches Pulver, also Pulver mit der Ausgangspartikelgrößenverteilung, dem Fluidisierbehälter 1 zudosiert. Im in
Die vorliegende Erfindung erlaubt es, Pulverbeschichtungen extrem platzsparend mit einem stabilen Pulverkreislauf zu bewirken und dabei Material einzusparen und die Qualität bei elektrostatischer Pulverbeschichtung zu verbessern. Bei Pulverlackbeschichtungen sind Farbwechsel unkritisch, da das kleine Sichtersystem sehr leicht reinigbar ist. Da nicht erforderlich ist, die Einstellung des Gleichgewichts abzuwarten, kann mit einer stabilen Partikelgrößenverteilung des aufzutragenden Pulvers gearbeitet werden, ohne die Einstellung eines Gleichgewichtszustands abwarten zu müssen.The present invention allows powder coatings to be carried out in an extremely space-saving manner with a stable powder circuit, thereby saving material and improving the quality of electrostatic powder coating. Color changes are not critical for powder coatings because the small sifter system is very easy to clean. Since it is not necessary to wait for the equilibrium to be established, it is possible to work with a stable particle size distribution of the powder to be applied without having to wait for the equilibrium state to be established.
Das beschriebene Sichterprinzip kann außerdem auch für nicht trennscharfe Sichtungen im Lebensmittelbereich, Arzneimittelbereich, landwirtschaftlichen Bereich oder bei der Kunststoffherstellung Einsatz finden. Insbesondere der beschriebene Wirbelkammersichter kann hier zum Einsatz kommen.The sifter principle described can also be used for non-selective sifting in the food sector, pharmaceutical sector, agricultural sector or in plastics production. In particular, the swirl chamber classifier described can be used here.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4239611A1 (en) | 1992-11-25 | 1994-05-26 | Werner Dipl Ing Brosowski | Light bulk solids grains graded in fluid bed from heavy grains through raising-lowering extraction cone - reduces energy requirement for grading grains such as cement and ore |
DE19808765A1 (en) | 1998-03-02 | 1999-09-16 | Wagner Int | Powder coating system and method for feeding and mixing powder in a coating system |
US6361605B1 (en) | 1993-05-25 | 2002-03-26 | Nordson Corporation | Vehicle powder coating system |
DE102010049808A1 (en) | 2010-10-27 | 2012-05-03 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for monitoring characteristic of fluidized powder in fluidizing device, involves bringing measuring point of pressure sensor into fluidized powder in fluidizing device |
-
2019
- 2019-11-04 DE DE102019216959.7A patent/DE102019216959B4/en active Active
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