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Verfahren zum Überziehen von Gegenständen im elektrischen Feld Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum überziehen von Gegenständen mit feinverteilten
flüssigen oder festen Stoffen und insbesondere die Kombination einer trägerlosen
Zerstäubung des überzugsgutes mit der Niederschlagung unter Benutzung elektrischer
Kräfte.
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Die Verwendung eines Trägergasstromes zur Zerstäubung und gleichmäßigen
Verteilung in dem Spritzraum bringt den Nachteil mit sich, daß die überzugsteilchen
beim Eintritt in das elektrische Kraftfeld eine Eigengeschwindigkeit besitzen, die
es verhindert, daß restlos alle Teilchen den elektrischen Kraftlinien folgend auf
die zu überziehenden Oberflächen auftreffen. Man hat deshalb schon eine Anzahl von
Zerstäubungs- und Niederschlagsverfahren entwickelt, bei denen die Zerstäubung ohne
Trägerstrom stattfindet. Einerseits hat man die Zerstäubung rein. elektrisch bewirkt;
dann muß aber das überzugsgut aus feinsten Düsen austreten, die hohe Präzision bei
ihrer Herstellung erfordern. Andererseits hat man die Zerstäubung mittels Zentrifugalkraft
oder mittels Bürstenauftragswalzen und deren Kombination mit dem elektrostatischen
Niederschlagsverfahren vorgeschlagen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum überziehen von Gegenständen
im elektrischen Feld mit durch hochfrequente mechanische Schwingungen trägerstromlos
zerstäubten, feinverteilten flüssigen oder festen Stoffen, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß die hochfrequenten mechanischen Schwingungen auf die freie Oberfläche eines
mit den flüssigen oder festen Stoffen gefüllten Behälters ausgeübt werden.
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Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung werden zweckmäßig
Flüssigkeiten durch eintauchende oder längs ihrer Oberfläche angeordnete gitter-,
sieb-, netz- oder zellenartig ausgebildete Schwingungsüberträger erregt.
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Man kann sich dabei vorteilhaft der bisher mehr als unangenehme Störung
beschriebenen Erscheinung bedienen, daß unter Ultraschalleinwirkung stehende Flüssigkeiten
sich unter Bildung feinster Nebel zerstäuben. Andererseits kann man auch mit niedrigeren
mechanischen Frequenzen eine ausreichende Zerstäubung an der Oberfläche von Flüssigkeiten
erreichen. Wählt man die Frequenz so, daß sich bei der jeweiligen überzugsmasse
an der Oberfläche Kapillarwellen ausbilden, dann beobachtet man ein Zersprühen der
Flüssigkeiten an den Gipfelpunkten dieser Oberflächenwellen, sobald zwischen der
Flüssigkeit und dem zu überziehenden Gegenstand ein hoher Spannungsunterschied besteht.
Wenn Gegenstände von geringen Querschnittsdimensionen zu überziehen sind, z. B.
langgestreckte Stäbe oder Drähte, dann kann man mitunter auf die Verwendung besonderer
Hochspannungsgeneratoren bzw. Hochspannungsgleichrichter verzichten. Und zwar kann
man entweder den bekannten Wasserfalleffekt, bei dem die zerstäubten Teilchen einen
bestimmten Ladungssinn gegenüber der Umgebung annehmen, ausnutzen oder den sogenannten
Gradienteneffekt, welcher zur Anziehung von kleinen Teilchen an in der Nähe befindliche,
elektrisch aufgeladene Gegenstände führt, sofern diese Teilchen aus einer Masse
mit höherer Dielektrizitätskonstanten als diejenige des umgebenden Gases bestehen.
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Zum überziehen von Drähten werden diese in Längsrichtung durch den
freien Raum einer horizontal gelagerten Röhre geführt, die bis auf die Durchlaßöffnungen
für die Drähte beiderseits geschlossen und teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist.
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Sind Gegenstände von größeren Abmessungen zu überziehen, dann wird
man auch bei der Anwendung des neuen Verfahrens mehrere Spritzorgane von verschiedenen
Seiten auf den Gegenstand einwirken lassen. Die Erfindung sieht derartige Spritzorgane
vor, deren Wirkungsrichtung innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches verändert
werden kann.
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Fig. 1 und 2 zeigen schematisch die Anwendung der Erfindung auf die
elektrostatische Niederschlagung von flüssigem bzw. festem überzugsgut; Fig. 3 stellt
den Zerstäubungseffekt an den- Kapillaroberflächenwellen einer hoch aufgeladenen
Flüssigkeit dar; in Fig. 4 ist ein Beispiel wiedergegeben für schwenkbare Spitzorgane,
und
Fig.5 und 6 geben das Prinzip von gemäß der Erfindung vorgeschlagenen
Lackiervorrichtungen für Drähte wieder.
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In Fig. 1 ist ein Behälter 1 dargestellt, der mit einer Flüssigkeit
2 gefüllt ist. Diese Flüssigkeit wird durch den Ultraschallgenerator 3 unter Vibration
gesetzt, wobei die Frequenz unter Berücksichtigung der Viskosität der überzugsmasse
und ihrer sonstigen mechanischen Eigenschaften so gewählt ist, d'aß an der Oberfläche
ständig ein Teil der Flüssigkeit zu feinstem Nebel zerstäubt wird. Die Nebeltröpfchen
4 worden auf einen zu überziehenden Gegenstand 5 niedergeschlagen, wenn zwischen
der Flüssigkeit 2 und dem Gegenstand 5 ein hoher Spannungsunterschied besteht. Die
elektrostatische Niederschlagung kann. jedoch auch dadurch erreicht werden, daß
der Flüssigkeitsnebel 4 durch Sprühorgane 6 auf Hochspannung geladen wird.
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In Fig. 2 ist ein Behälter 7 mit einem feinverteilten festen Stoff
8, beispielsweise in Pulver-, Blättchen-oder Faserform, gefüllt. Der Behälter 7
ist bei 9 so gelagert, daß er unter dem Einfluß eines nicht dargestellten. Vibrators
in Schwingungen versetzt werden kann. Die Schwingungsfrequenz ist unter Berücksichtigung
der Eigenschaften des Niederschlagsgutes so zu wählen, daß sich die Oberfläche auflockert
bzw. zerstäubt. Gelingt das nicht ausreichend durch Erschütterung des Behälters
7, so kann die Schwingungsübertragung auf das überzugsgut auch mittels eines siebförmigen
oder ähnlich ausgebildeten Schwingungsüberträgers 10 stattfinden, der innerhalb
des Vorrats an überzugsmasse angebracht ist und durch einen nicht dargestellten
Generator zur Vibration gebracht wird. Um den die Oberfläche verlassenden Teilchen
des überzugsgutes eine elektrische Ladung gegenüber der Oberfläche 12, welche
zu überziehen ist, zu verleihen, kann beispielsweise der Schwingungsüberträger
10 an den einen Pol einer Hochspannungsquelle angeschlossen werden, deren
anderer Pol mit dem Gegenstand 12 verbunden ist.
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Die Fig. 3 zeigt einen ebenfalls nach oben offenen Behälter 13, der
mit einer Flüssigkeit 14 angefüllt ist, die nach einer der oben beschriebenen Methoden
mechanisch derart erregt ist, daß sich an der Oberfläche Kapillarwellen ausbilden
oder daß die Oberfläche derart in Unruhe gerät, daß sie stark zerklüftet erscheint.
Besteht zwischen der Flüssigkeit 14 und einem nicht dargestellten. Gegenstand, auf
den die Flüssigkeit niedergeschlagen werden soll, ein entsprechender Spannungsunterschied,
so tritt eine Zerstäubung der Flüssigkeitsoberfläche ein, und die feinen Flüssigkeitströpfchen
schlagen sich auf den Ggenstend nieder. Die zum Einsatz des Zerstäubungseffektes
erforderlichen Feldstärken hängen stark von der Gestalt der vibrierenden Flüssigkeitsoberfläche
ab. Als Beispel kann angegeben werden, daß eine nicht zur Schwingung angeregte Flüssigkeitsoberfläche
bei Feldstärken in der Größenordnung von 20 bis 40 kV/cm bei Annäherung einer vermöge
ihrer Aufladung eine solche Feldstärke her-
vorrufenden Spitze sich in Form
einer Spitze nach oben zieht und sich zu zerstäuben beginnt. Werden solche Spitzen
durch mechanische Schwingungen erzwungen, so tritt die Zerstäubung auch schon bei
geringeren Feldstärken ein.
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In Fig. 4 ist ein Spritzorgan 15 dargestellt, welches aus einem Behälter
16 besteht, der durch eine poröse Wand 17 verschlossen ist. Der Behälter wird durch
eine Zuleitung 16a mit dem Überzugsgut, vorzugsweise in. flüssiger Form, versorgt.
Das überzugsgut wird durch die poröse Wandung 17 am Ausfließen aus dem Behälter
16 gehindert, oder, falls das nicht ausreichend der Fall ist, der Behälter wird
in Ruhestellung so geschwenkt, daß die Wandung 17 horizontal verläuft und nach oben
zeigt. Die poröse Wandung 17 enthält ein vorzugsweise metallisches, gitterartiges
Gerüst 18, welches durch einen Vibrator 19 in heftige mechanische Schwingungen versetzt
werden kann. Der Vibrator 19 besteht dabei einfachstenfalls aus einer wechselstromerregten
Spule 20 und einem in diese eintauchenden, mit dem Gitter 18 verbundenen Eisenkern
21. Die Vibration des Eisenkernes 21 wird auf das Gitter 18 und damit auf die ganze
poröse Wandung 17 übertragen. Da mit der Wand 17 auch die in dem Behälter 16 befindliche
Flüssigkeit in Berührung steht, wird der Teil der Flüssigkeit, der durch die Poren
der Wand 17 hindurchdringt, fein zerstäubt und bildet außerhalb des Behälters einen
entsprechenden Nebel. Errichtet man zwischen dem Gitter 18 und den zu überziehenden
Teilen 22 ein starkes elektrisches Feld, so werden die Teilchen dieses Nebels gleichmäßig
auf die Oberfläche der Gegenstände 22 niedergeschlagen. Solange der Vibrator 19
in Betrieb ist, kann die Spritzvorrichtung 15 etwa in die gezeichnete Stellung geschwenkt
werden, so daß man auch in annähernd horizontaler Richtung spritzen kann.
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Die bisher beschriebenen Vorrichtungen, die als Ausführungsbeispiele
für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergegeben sind, haben gegenüber
den bisher bekannten elektrostatischen Verfahren mit rein elektrischer Zerstäubung
des überzugsgutes den Vorteil, daß größere Austrittsquerschnitte für das Überzugsgut
zur Anwendung kommen können, d. h. daß mit einem einzelnen Spritzorgan mehr Material
in der Zeiteinheit verarbeitet werden kann. Ferner kommt es bei weitem nicht so
sehr auf mechanische Präzision bei der Anfertigung. der Vorrichtungen an.
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Eine besonders zweckmäßige Vorrichtung ergibt sich unter Anwendung
des neuen Verfahrens zur Lackierung von Drähten und ähnlich gebildeten Gegenständen.
In der Fig. 5 ist im Querschnitt ein Rohr 23 dargestellt, das in Blickrichtung beiderseits
durch Blenden verschlossen ist. Ein Draht 24 wird an der einen Stirnwand, beispielsweise
in der Mitte, in das Innere des Rohres hineingeführt und tritt an der anderen Stirnwand,
vorzugsweise durch eine etwas größere Öffnung 25 als der Drahtquerschnitt, wieder
aus. Das horizontal liegende Rohr 23 ist mit der Überzugsflüssigkeit 26 so weit
gefüllt, daß zwischen der Flüssigkeitsoberfläche und dem Draht nur ein geringer
Abstand, beispielsweise von einem oder mehreren Zentimetern, besteht. Die ganze
Anordnung ist daneben auch noch einmal von der Seite gesehen im Schnitt wiedergegeben.
Versetzt man nun die Flüssigkeit 26 in hochfrequente mechanische Schwingungen bis
zur Nebelbildung an der Oberfläche, so braucht nur eine geringe Kraft angewendet
zu werden, um den gesamten Flüssigkeitsnebel auf den Draht niederzuschlagen. Als
Kraft für die Anziehung der Teilchen an die Oberfläche des Drahtes kommt zunächst
die einfache elektrostatische Anziehung in Frage. Hierzu muß der Draht gegenüber
der Flüssigkeit 26 auf passende Gleichspannung aufgeladen werden. Um ungewollte
Entladungen im Inneren
des Rohres zu vermeiden, kann man auch den
Draht mit einer Wechselspannung beaufschlagen, wobei man dann im wesentlichen den
Gradienteneffekt zur Niederschlagung des Flüssigkeitsnebels ausnutzt. Ein Durchschlag
zwischen Draht und Gehäusewandungen bzw. zwischen Draht und Flüssigkeit tritt dann
erst bei höheren Spannungen auf, wenn Gleichspannung angewendet wird. Je näher man
mit dem Draht an die Oberfläche herangeht, um so weniger hoch braucht die Spannung
gewählt zu werden. Statt eines einzelnen Drahtes können auch mehrere Drähte nebeneinander
verwendet werden, wobei beispielsweise zwischen je zweien die Wechselspannung angelegt
werden kann, während das Gehäuse 23 geerdet ist.
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In der Fig. 6 ist eine einfache Ausführung wiedergegeben, wie auch
in vertikaler Anordnung dieses Verfahren zum Überziehen von Drähten ausgenutzt werden
kann. In dem zylindrischen Behälter 27 befindet sich in einer oder mehreren Etagen
eine zur Schwingung erregte Flüssigkeitsschicht 28. Etwa in zier Mitte des Behälters
27 ist eine Durchtrittsöffnung für den oder die Drähte vorgesehen, und zwar in Form
einer Röhre, die den Draht gegenüber der Flüssigkeit trennt und kurz oberhalb der
Flüssigkeit endet. Der Flüssigkeitsnebel umgibt auf diese Weise den Draht 29 und
kann unter Anwendung einer der genannten Kräfte ohne irgendwelche Materialverluste
auf den Draht niedergeschlagen werden. Jedes Teilchen, das etwa die Oberfläche des
Drahtes nicht erreichen kann, schlägt sich entweder auf die Innenwand des Gehäuses
27 nieder, von wo es wieder herunterfließt, oder es fällt unmittelbar auf die Oberfläche
der Flüssigkeit 28 zurück, wo es erneut der Zerstäubung unterworfen wird.
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In manchen Fällen werden die Verhältnisse bezüglich Dielektrizitätskonstante
und Teilchengröße der zerstäubten überzugsmasse so günstig liegen, daß infolge des
Wasserfalleffektes der Flüssigkeitsnebel gegenüber der zurückbleibenden flüssigen
Phase eine elektrische Ladung besitzt. In solchen Fällen braucht nur dafür gesorgt
zu werden, daß die zu überziehenden Gegenstände das gleiche Potential haben wie
die nicht zerstäubte Flüssigkeit, um zu erreichen, daß der Nebel sich auf diese
Gegenstände niederschlägt.
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Zur Erregung der Schwingungen kommen je nach der Art der überzugsmasse
und nach der Art der Schwingungsübertragung auf die Oberfläche des Uberzugsgutes
alle bisher bekanntgewordenen Vibrationsverfahren in Frage. Vibratoren, die bei
Netzfrequenz elektromagnetisch erregt oder auch bei höheren Frequenzen betrieben
werden, wie auch die bekannten magnetostriktiven und pietzoelektrischen Ultraschallgeneratoren
ebenso wie Ultraschallsirenen, die den Vorteil haben, besonders hohe Schwingungsintensitäten
zu liefern, sind hierfür geeignet.
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Neben den dargestellten Ausführungsbeispielen ist noch eine große
Zahl anderer Anwendungsmöglichkeiten der prinzipiellen Gedanken denkbar, die der
vorliegenden Erfindung zugrunde liegen. Es wird deshalb betont, daß die Erfindung
nicht auf die genannten Ausführungsbeispiele beschränkt sein soll.