DE19911374A1

DE19911374A1 - Sprühvorrichtung für Gießformen

Info

Publication number: DE19911374A1
Application number: DE19911374A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Wollin
Original assignee: WOTEC Automationssysteme GmbH
Current assignee: WOTEC Automationssysteme GmbH
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 1999-11-18
Also published as: WO1999047295A1; AU5263999A

Abstract

Es wird ein Sprühverfahren zum Aufsprühen von Trennmitteln auf Gießformen (1) mittels eines Sprühwerkzeuges (3) und mittels Luft oder Flüssigkeit als Transportmittel für das Trennmittel, mit Sprühdüsen (8) und mit Zuführungskanalen (7), über die die Trennmittel zugeleitet werden sowie mit Einrichtungen zum Bewegen des Sprühwerkzeuges (3, 8) vorgeschlagen, wobei die Trennmittel (über einen Hochspannungserzeuger) elektrostatisch gegenüber der geerdeten Gießform (1) geladen werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Sprühvorrichtung von Trennmitteln auf Gießformen nach der Gattung des Hauptanspruchs sowie des Nebenanspruchs 8.

Bei bekannten gattungsgemäßen Sprühvorrichtungen (DE-PS 37 09 666 und EP 0 398 389) wird ein flüssiges Trennmittel durch Luft zerstäubt und über Düsen auf die Gießform gesprüht. Hierbei wird nicht nur die Form gesäubert durch das Ausblasen, sondern es wird ein Trennfilm aufgetragen auf die Formkontur, sowie ein Schmierfilm auf die bewegten Teile. Außerdem wird dadurch, nämlich durch Entziehung von Verdampfungswärme auch an besonders heißen Stellen die Formoberfläche gekühlt. Hierdurch kann die Formkonstruktion verhältnismäßig einfach gehalten werden.

Jede Form muß nach dem Gießvorgang zur Entnahme des Werkstückes geöffnet werden. Anschließend werden die beiden Formhälften automatisch besprüht und die Form für den nächsten Aufguß wieder geschlossen, oder es wird das Trennmittel über die Gießkammer in die geschlossene Form eingeblasen. Letzteres Prinzip ist jedoch nur bei einem geringen Teil einfacher Gießformen anwendbar.

In jedem Fall ist angestrebt, einerseits einen möglichst gleichmäßigen Sprühmittelauftrag zu erhalten und andererseits den Besprühvorgang möglichst kurz zu halten.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Die erfindungsgemäße Sprühvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und den Nebenansprüchen 5 und 8 hat demgegenüber den Vorteil, daß, aufgrund der elektrostatischen Ladung, das Trennmittel dünn und gleichmäßig aufgetragen wird bei einem Minimum an Zeitaufwand und Luftverbrauch und/oder Flüssigkeitsverbrauch, da, aufgrund der beim Beschichten sich ergebenden Entladung der Sprühmittelteilchen, eine sehr gleichmäßige Auftragung gegeben ist - die noch geladenen Sprühmittelteilchen suchen Stellen, die noch nicht beschichtet und damit isoliert sind - wobei dieser Transport mit Luft und/oder Wasser mit geringem Druck und geringer Geschwindigkeit erfolgen kann.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Trennmittel Pulver verwendet. Das Beschichten von Gegenständen durch entsprechendes Pulver und das Aufbringen des Pulvers über elektrostatische Sprühverfahren ist als Lackierverfahren mit seinen Vorteilen seit länger als 20 Jahren bekannt. Dabei wird nach dem Besprühen durch Wärmebehandlung das Pulver verflüssigt, so daß dadurch eine feste Beschichtung auf der Formoberfläche entsteht. Bei der erfindungsgemäßen Anwendung solcher pulverförmigen Trennmittel auf Gießformen bestehen gegenüber den bekannten Verfahren erhebliche Vorteile. Der Trennmittelverbrauch kann bis zu 80% und der Druckluftverbrauch bis zu 70% reduziert werden. Ggf. kann auf Wasser im Trennmittel völlig verzichtet werden. Die Formstandzeit kann je nach Form um 20 bis 60% erhöht werden und der Ausschuß an Werkstückteilen bis zu 50% reduziert werden. Besonders durch den Wegfall von Wasser vermindert sich die durch Wasserdampfblasen verursachte Lunkerbildung im Werkstück. Aufgrund der mittels der elektrostatischen Verteilung gewonnenen, gleichmäßigen Trennschicht treten weniger örtliche Überhitzungen auf.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Trennmittel Flüssigkeit verwendet, wobei die bisherigen Anlagen mit geringen Ergänzungen verwendet werden können. Entscheidend ist hierbei, daß die Flüssigkeit ab der Aufladung zum Sprühkopf hin isoliert ist, um nicht vorzeitig neutralisiert zu werden.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthalten die flüssigen Trennstoffe Wasser mit den bekannten Vorteilen der durch den Entzug von Verdampfungswärme gegebenen Kühlung.

Eine weitere, auch für sich geltend gemachte Ausgestaltung der Erfindung weist die Verwendung von pulvrigen Trennmitteln als auch flüssigen Trennstoffen auf. Bei dieser Kombination ergänzen sich die Vorteile beider Trennmittel, nämlich Pulver und Flüssigkeit, in nahezu idealer Weise, wobei dieses Verfahren bei nahezu allen Gießformen einsetzbar ist. Durch das mit flüssigen Trennmitteln gegebene Naßverfahren wird die beim Pulver kaum vorhandene Kühlwirkung erzielt. Als flüssiges Kühlmittel kann beispielsweise nur Wasser dienen, ohne zusätzliche Trennmittel, welches fein zerstäubt und natürlich auch elektrostatisch aufgeladen wird. Zudem ist es möglich bei der gleichen Sprühmaschine nur flüssige Trennmittel, nur pulverförmige oder flüssige und pulverförmige Trennmittel zu verwenden, und zwar sowohl gleichzeitig, als auch nacheinander. Das Wasser wird dabei nur, oder vorzugsweise, an die heißen Stellen der Form gesprüht, wobei das Wasser möglichst vollständig verdampft, um die erwünschte, größte Kühlwirkung zu erzielen und vor allem keine Lunkerbildung im Werkstück entstehen kann. Hierdurch ist nicht ausgeschlossen, daß auch andere Kühlstoffe als Ergänzung verwendet werden, wie beispielsweise gekühlte Druckluft, Flüssigluft oder Alkohol, obwohl dieses nur in Extrem- oder Sonderfällen von Vorteil ist. Die kombinierte Verwendung von flüssigen und pulverförmigen Sprühmitteln ist auch für andere Anwendungszwecke interessant, wie beispielsweise spezielle Beschichtungsverfahren mit stark hinterschnittenen Formen u. dgl.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sprühverfahrens erfolgt die elektrostatische Aufladung der Trennmittel als Innenaufladung, Außenaufladung oder Reibungselektrizität.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Trennmittel durch Förderluft transportiert, wobei als Transportmittel, wie eingangs ausgeführt, auch Flüssigkeit dienen könnte.

Nach einer vorteilhaften, die Sprühvorrichtung betreffenden Ausgestaltung der Erfindung dient zur elektrostatischen Aufladung ein Hochspannungserzeuger. Während die Zeit für die Auf- und Entladung sehr kurz ist, muß dieses für die Lage des Hochspannungserzeugers berücksichtigt werden.

Nach einer weiteren diesbezüglichen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die elektrische Aufladung der Trennmittel als Außenaufladung am Ausgang der Düse oder als Innenaufladung innerhalb des Zuführungskanals der Trennmittel zur Düse oder als Kombination dieser beiden, wobei es auch denkbar ist, daß bei einem Sprühkopf mit mehreren Düsen oder Ausgängen, insbesondere in Kombination mit Handpistolen o. dgl., ein Teil des Trennmittels durch Außenaufladung und ein anderer Teil durch Innenaufladung erfolgt. Natürlich ist auch denkbar, daß diese beiden Aufladungssysteme an nur einer Leitung/Düse erfolgt. Nicht zuletzt kann die Hochspannungserzeugung auch im Tribologie-Verfahren erfolgen, bei welchem die Elektrizität durch Reibung erzeugt wird. Da die Zeit für Auf- und Entladung sehr kurz ist, bedeutet dieses auch schnellere Gieß- bzw. Sprühzyklen mit entsprechend höherer Aufladung und der damit erforderlichen höheren Sicherheit für die bedienende Person.

Beachtenswert ist, daß der Umbau einer solchen Anlage von einem bekannten Naßverfahren oder Pulververfahren zu dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Trocken- und/oder Naßverfahren mit verhältnismäßig wenig Aufwand verbunden ist. Schwieriger ist hierbei die Anordnung der Geräte für die elektrostatische Aufladung und die Erzeugung der Hochspannung mit der dabei erforderlichen Zuführung des Stroms über entsprechende Kabel. Erfindungsgemäß können jedoch Sprühplatten der bekannten Art verwendet werden, wenn diese gegenüber der Sprühmaschine bzw. den Platten des Sprühkopfs gegenüber der Sprühmaschine isoliert sind. Grundsätzlich sind hier die Aufgaben die gleichen, wie man sie aus dem lange bekannten elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren kennt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Teile der Trennmittelleitung innerhalb von Sprühkopf und Maschine aus Kunststoff, ausgenommen die Teile, welche der elektrostatischen Aufladung dienen bzw. es bestehen die zwischen Sprühkopf und Maschine angeordneten Vorrichtung steile aus Kunststoff. Hiermit wird vor allem der Problematik der elektrischen Isolation begegnet, ganz abgesehen von Korrosionsvorteilen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Trennmittel aus einem Vorratsbehälter und einer Saugleitung nach dem Injektor-Prinzip durch die Förderluft mitgerissen und transportiert oder aber nach einem Wirbelkammerprinzip.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist mit Varianten in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer Sprühvorrichtung und

Fig. 2 die Sprühvorrichtung nach Fig. 1 innerhalb einer Sprühanlage.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels mit Varianten

Eine Sprühmaschine 2 einer Sprühvorrichtung für Pulver als Trennmittel mit Sprühplatten 3 ist zwischen den zwei Formhälften 1 einer Gießform eingefahren. Zwischen der Sprühmaschine 2, die aus meist leitendem Metall besteht, und den Sprühplatten 3, die ebenfalls aus leitendem Metall bestehen, ist ein Isolator 4 angeordnet. Die beispielsweise in einer Kaskade erzeugte Hochspannung wird über ein Steuergerät 5 und eine Hochspannungsleitung 6 durch den Isolator 4 zu den Sprühplatten 3 geführt. Die Hochspannung wird an die Sprühplatte 3 angelegt. Die Sprühplatte 3 steht damit komplett unter Hochspannung und damit ebenso mit ihr verbundene Sprührohre 7 mit Sprühdüsen 8, die ebenfalls aus Metall bestehen.

Damit steht an einer beliebigen Zahl von möglichen Sprühdüsen 8 eine Hochspannung zwecks Aufladung von als Trennmittel vorgesehenen Pulverteilchen zur Verfügung. Der Isolator 4 schützt vor unerwünschten Spannungsentladungen zu der Sprühmaschine 2 hin. Im Behälter 9 befindet sich das als Trennmittel vorgesehene Pulver 10, welches durch eine Injektordüse 11 angesaugt und dosiert der in der Leitung 12 strömenden trockenen Luft beigemischt wird. Der Pulverstrom wird über eine Sprühleitung 13 den Sprühplatten 3, bzw. den Sprühdüsen 8, zugeführt. Der ausströmende Pulverluftstrom 14 wird in dem elektrischen Feld zwischen Düse 8 und Form 1 (Korona) elektrisch aufgeladen und von den geerdeten Formhälften 1 angezogen. Die Dosierung erfolgt über einen Regler 15. Das Säubern der Form erfolgt über einen Hochdruck- Blaskreis 16.

Die Vorteile dieses Systems sind:

- Es sind jeweils nur ein Hochspannungserzeuger, Hochspannungsregler 15 und Steuerung 5 sowie eine Hochspannungsleitung 6 nötig, um beliebig viele Sprühdüsen 8 zu versorgen.
- Die Sprühplatten 3 sind wie gewohnt in der Handhabung gießereitauglich, absolut unempfindlich gegen Hitze (Ausstrahlung heiße Form) und Stöße. Die Sprühleitungen 13 sind die gleichen wie bei flüssigen Trennstoffen.
- Es können beliebig viele Sprühleitungen 13 problemlos installiert und richtungsorientiert justiert werden.
- Das ganze System ist äußerst kostengünstig, da mit einer, aber konsequent gießereitauglichen Versorgung an Pulverstrom und Hochspannung beliebig viele Sprühstellen versorgt werden.
- Entsprechend der Anzahl der Injektoren entstehen eine entsprechende Anzahl unabhängig steuerbarer Sprühkreise, wie beim Naßsprühen.

Die Sprühplatten 3 vermindern durch die Metalloberfläche (Kapazität) etwas die Feldstärke und damit den Wirkungsgrad der Aufladung. Dem steht die absolute Gießereitauglichkeit gegenüber.

Eine Variante dieses Ausführungsbeispieles wäre, die Sprühplatten 3 aus einem gießereitauglichen Kunststoff herzustellen bzw. die Metall-Flächen zu isolieren oder reduzieren. Die Hochspannung wird dann isoliert in der Kunststoffplatte den Sprührohren zugeführt. In jedem Fall ist die Düse aus Metall und hat durch eine spitz zulaufende Form eine optimale Aufladezone (Korona). Gleichzeitig ist die Metalldüse robust und unempfindlich. Diese Variante ist etwas wirkungsvoller, aber deutlich teurer und nicht so robust.

- Der Isolator selbst muß sauber gehalten werden von leitenden Teilen (Metallfilter oder Wasserteilchen, Feuchtigkeit etc.). Beim Hochfahren des Sprühwerkzeugs wird deshalb der Isolator automatisch geschützt (Hülse oder Balg) oder über einen Abstreifer gereinigt.
- Die Hochspannungserzeuger-Leitung muß vom Hochspannungserzeuger ohne jegliche Unterbrechung bis zu den Sprühplatten geführt werden, um Entladungen zu vermeiden, wobei es besser wäre, den Hochspannungserzeuger vor dem Isolator 4 zu plazieren oder noch besser in den Isolator zu integrieren.
- Die Pulverleitung hat einen permanenten, ganz schwachen Luftstrom, damit keine Feuchtigkeit oder Schmutz in die Düsen eintritt und kein Restpulver sich absetzen kann.

Alternativ kann, statt der beschriebenen Pulverleitung, eine geschlossene Ringleitung verwendet werden, bei der permanent das Pulver vom Behälter über das Sprühwerkzeug und zurück zum Behälter im Kreis geführt und nur beim Sprühen ein Teilstrom entnommen wird. Vorteil ist ein konstanter, gleichmäßiger Pulverstrom ohne Anfangsstoß, wobei die Dosierung über die Anzahl der Sprühdüsen je Fläche erfolgt.

- Der Pulver-Behälter hat für das sehr feine Pulver eine spezielle Fluidisierung, um eine Verklumpung zu vermeiden und den Behälter bis auf eine kleine Restmenge im Automatikbetrieb betreiben zu können Besonders vorteilhaft ist ein Wirbelkammerprinzip ohne Injektor, um so möglichst strömungsfrei zu arbeiten und auch bei feinen Dosiermengen im physikalischen Grenzbereich eine stabile Förderung zu erhalten.
- Am Steuer- und Versorgungsschrank 16 ist ein Verteiler 17 befestigt, der über die Hochspannungsleitungen 6 und die Sprühleitung 13 das automatisch arbeitende Pulver- Sprühsystem versorgt als auch über die Leitungen 6 und 18 eine manuelle Pulver-Sprühpistole 1 versorgen kann. Diese Pistole ist ebenfalls speziell für den rauhen Gießereibetrieb geeignet und hat keinen eingebauten Hochspannungserzeuger, sondern wird bei Bedarf wie die übrige Automatik, mit einer Hochspannungsleitung 6 bzw. Pulversprühleitung 18 versorgt. Wesentlich hierbei ist, daß nach dem Griff 20 mit Zustimmungsschalter und Personenschutzeinrichtung und dem Isolator 21 ein Bogen 22 mit seitlichem Pulveraustritt angeordnet ist, was der Anordnung der Formhälften 1 besser entspricht und die Arbeitsweise bei Formhinterschnitten entscheidend erleichtert. Die Bogenspitze besteht aus der oben beschriebenen Düse aus Metall (gießereitauglich!). Der gekrümmte Bogen für den Pulveraustritt kann mit einer zusätzlich integrierten Hochdruck-Ausblasleitung zum Säubern der Form ausgestattet sein, also zwei Funktionen in einer Pistole. Dies vereinfacht die Handhabung und spart Zeit und Kosten.
- Eine weitere Variante besteht darin, aus dem Pulver- Behälter das Pulver in einen Zwischenbehälter zu fördern, der in der Nähe des Sprühwerkzeugs sitzt, beispielsweise im Isolator. Die Pulvermenge im Zwischenbehälter kann gering sein und nur für einige Gußteile ausreichen. Die Sprühdüsen werden als Injektoren ausgebildet und sind somit einzeln dosierbar (wie bei Nassprühen). Die Pulversprühleitung vom Zwischenbehälter zu den Sprühdüsen ist sehr kurz und tendenziell weniger störanfällig. Durch diese Variante kann die Prozeßsicherheit weiter erhöht werden. Diese Variante ist zudem besonders beim kombinierten Flüssigkeit-Pulver- Verfahren von Vorteil und bei entsprechender Anordnung eines Zwischenbehälters für Wasser. Die zu versprühende Wassermenge muß am Sprühwerkzeug bereit gehalten werden. Eine stehende Flüssigkeitssäule nach hinten, z. B. Wasserschlauch, wäre der Entladungsgefahr wegen ungeeignet.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

1. Sprühverfahren zum Aufsprühen von Trennmitteln auf Gießformen (1) mittels eines Sprühwerkzeuges (3) und mittels Luft oder Flüssigkeit als Transportmittel für das Trennmittel, mit Sprühdüsen (8), über die die Trennmittel austreten und in Richtung Gießform gesprüht werden, mit Zuführungskanälen (7), über die die Trennmittel zugeleitet werden und mit Einrichtungen zum Bewegen des Sprühwerkzeuges (3, 8), dadurch gekennzeichnet, daß die Trennmittel (über einen Hochspannungserzeuger) elektrostatisch gegenüber der geerdeten Gießform (1) geladen werden.

2. Sprühverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennmittel ein Pulver dient, welches auf der heißen Gießform (1) zur Erzeugung der Trenn- und Schmierwirkung schmilzt und eine entsprechende Schicht bildet.

3. Sprühverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennmittel flüssige Trennstoffe dienen.

4. Sprühverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Trennstoffe Wasser enthalten.

5. Sprühverfahren, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von pulvrigen Trennmitteln als auch flüssigen Trennstoffen.

6. Sprühverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Aufladung der Trennmittel als Innenaufladung, Außenaufladung oder durch Reibungselektrizität erfolgt.

7. Sprühvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennmittel durch Förderluft transportiert werden.

8. Sprühvorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Sprühverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
mit Sprühköpfen (3) bzw. Sprühpistolen als Sprühwerkzeuge zum Aufsprühen der Trennmittel auf Gießformen mit Sprühdüsen (8) für die Trennmittelversprühung mit Verbindungskanälen (7) zur Weiterleitung der Trennmittel und
mit Betätigungseinrichtungen zum Verfahren des Sprühwerkzeuges vor und/oder während des Sprühens, dadurch gekennzeichnet,
daß im Zufuhrbereich des Trennmittels eine Vorrichtung zur, gegenüber der Gießform (1), elektrostatischen Aufladung des Trennmittels angeordnet ist.

9. Sprühvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorrichtung zur elektrostatischen Aufladung ein Hochspannungserzeuger (5) dient.

10. Sprühvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Aufladung der Trennmittel als Außenaufladung am Ausgang der Düse erfolgt.

11. Sprühvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Aufladung des Trennmittels als Innenaufladung innerhalb des Zuführungskanals des Trennmittels zur Düse erfolgt.

12. Sprühvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Trennmittelleitung innerhalb von Sprühkopf (3) und Maschine (2) aus Kunststoff bestehen, ausgenommen die Teile, welche der elektrostatischen Aufladung dienen.

13. Sprühvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Sprühkopf (3) und Maschine (2) angeordneten Vorrichtungsteile aus Kunststoff bestehen.

14. Sprühvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmittel (10) aus einem Vorratsbehälter (9) und einer Saugleitung nach dem Injektorprinzip oder dem Wirbelkammerprinzip durch die Förderluft mitgerissen und transportiert wird.