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Einleitung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten von Bauteilen, wie beispielsweise Rahmenteile, Blechteile oder Profilteile, mit einer Pulverschicht, die mittels elektrostatisch geladener Pulverpartikel an den geerdeten zu beschichtenden Bauteilen herstellbar ist, umfassend eine das Pulver austragende Einrichtung, dessen Austrag mit einer Elektrode zur Aufladung der Pulverpartikel zusammenwirkt, wobei das zu beschichtende Bauteil an einer Fördereinrichtung angeordnet ist, über die das Bauteil geerdet ist, sodass beim Auftreffen des geladenen Pulverteilchens der Hafteffekt am Bauteil gegeben ist.
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Stand der Technik
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Beim elektrostatischen Pulversprühverfahren wird das Pulver mittels eines Luftstromes fluidisiert und über einen Schlauch zum Sprühorgan transportiert, wo es elektrostatisch aufgeladen und mittels einer Düse auf das Substrat, hier Bauteil, gesprüht wird. Die Abscheidung der aufgeladenen Pulverpartikel auf dem geerdeten Substrat erfolgt durch elektrostatische Anziehungskräfte. Da beim Sprühvorgang nur ein Teil des versprühten Pulvers auf das Bauteil gelangt, wird das nicht abgeschiedene Pulver, das sogenannte Overspray, mittels einer Absaugung aus der Beschichtungskabine abgesaugt und wieder dem Pulverbehälter zugeführt.
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In der Regel werden die Sprühaggregate, beispielsweise Sprühpistolen, mittels einer automatischen Hubeinrichtung auf- und abbewegt bei vertikal angeordneten Bauteilen wobei bei einer horizontalen Anordnung des Bauteiles die Sprühpistolen hin- und herbewegt werden, um durch Überlappung der Lackierstreifen alle Bereiche der mittels einer Fördereinrichtung an dem Sprühorgan vorbei bewegten Bauteile beschichten zu können.
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Bei einer derartigen nach dem Stand der Technik bekannten Beschichtungsvorrichtung, wobei es sich hier um eine Sprüheinrichtung mit Sprühpistolen handelt, wird am Austrag eine Staubwolke erzeugt. Dabei erzeugt im Austragsbereich eine Hochspannungskaskade die nötige Hochspannung an der Elektrode, um auf diese Weise ein elektrisches Feld in Bezug zum beschichtenden Bauteil bereitzustellen. Auf diese Weise werden die einzelnen Pulverpartikel ionisiert, bevor sie sich an dem geerdeten Werkstück oder Bauteil ablegen oder anhaften.
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Die Besprühung der Bauteile oder der Gegenstände erfolgt hierbei in sogenannten Kabinen, wobei zusätzlich auch Absaugungseinrichtungen vorgehalten werden, um hier die durch die Druckluft erzeugte Pulverwolke wieder einzufangen. Eine derartige nach dem Stand der Technik bekannte Kabinentechnik erfordert hierbei einen hohen Platzbedarf mit hohen Installationskosten. Zudem werden aufgrund der hohen Luftvolumenströme bzw. Luftströmungsgeschwindigkeiten beim Aufsprühen des Pulvers auf das Bauteil neben einer Pulverwolke auch auftretende Turbulenzen erzeugt, die Schichtdickeschwankungen und Partikelgrößenseparierungen hervorrufen. Weiterhin ergeben sich Verschiebungen des Partikelgrößenspektrums im Pulverkreislauf, was zu Beschichtungsstörungen führen kann.
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Ein wesentlicher Nachteil bei den bekannten Beschichtungseinrichtungen ist es, dass insbesondere die hohen Pulverfördergeschwindigkeiten, die mit den Sprühaggregaten erzeugt werden, die zusätzliche Luftströmungsturbulenzen im Sprühstrahlenbereich hervorrufen, was zu zusätzlichen Schichtdickenschwankungen führen kann. Aufgrund der erzeugten Pulverwolke ergibt sich auch eine äußerst schwierige Rückgewinnung des Pulvermaterials, da insbesondere die Pulverwolke abgesaugt und eingefangen werden muss, um dann die Pulverpartikelteilchen aus dem Luftfeststoffgemisch herauszufiltern. Dies erfordert eine Rückgewinnungseinrichtung mit einem Zyklon, die äußerst kostenintensiv ist.
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So ist beispielsweise aus dem Stand der Technik gemäß der
DE 697 12 270 darüber hinaus eine Beschichtungsvorrichtung bekannt, welche eine Transportvorrichtung, eine Zerstäubungsvorrichtung mit einem Auslass für das zerstäubte Beschichtungsmaterial und ein zwischen dem Auslass und der Transportvorrichtung angeordnetes an Hochspannung legbares elektrisches Leitungsmittel in Form von feststehenden Drahtelektroden aufweist.
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Aufgabe
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Beschichtung von Bauteilen, wie beispielsweise Bauelemente, Rahmenteile, Blechteile oder Profilteile, mit einer Pulverschicht derart weiterzubilden, die die vorgenannten Nachteile überwindet, wobei insbesondere gewährleistet werden soll, dass die Beschichtung im Wesentlichen staubfrei und gleichmäßig vorgenommen werden soll, wobei insbesondere das Pulvermaterial einfach und schnell rückführbar ist, unter der Voraussetzung, dass die Vorrichtung kostengünstig ausführbar ist.
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Lösung
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den rückbezogenen Unteransprüchen.
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Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen im Wesentlichen darin, dass infolge einer Schwerkraftverteilung des Pulvers sowie infolge der Gestaltung eines Schwerkraftaustrags des Pulvers die Bildung eines Pulvernebels oder einer Pulverwolke dadurch eingeschränkt wird. Denn dadurch, dass das Pulver ausschließlich durch die Schwerkraft an einer Fläche frei fällt, bildet sich dadurch ein aus Pulver bestehender Flächenvorhang, der nur dadurch beeinflusst wird, dass hinter dem Flächenvorhang gesondert die zur elektrostatischen Aufladung von bestimmten Teilchen die Elektroden angeordnet sind. Die Elektroden laden die Pulverpartikel elektrostatisch auf, die in den Bereich der Elektroden gelangen bzw. vor der Elektrode vorbeifallen. Für den Auftrags- und Hafteffekt wandern die Partikel dann entsprechend der sich einstellenden Feldlinien zum zu beschichtenden Bauteil.
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Wesentlicher Vorteil bei dieser Ausgestaltung ist, dass kein ursächlicher Luftstrom erzeugt wird, um die Pulverpartikel zu einer Wolke zu verteilen, um auf diese Weise die elektrifizierten Teilchen auf das zu beschichtende Bauteil zu schießen. Dies erfolgt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausschließlich gravitativ durch den sich ergebenden Flächenvorhang, der durch die dahinter liegende Elektrode beeinflusst wird. Wird also ein Bauteil durch die Vorrichtung gefahren, so stellt sich insbesondere aufgrund des geerdeten Bauteils entsprechend der Feldlinienhorizont her, über den dann die Teilchen an das zu beschichtende Bauteil fliegen bzw. angezogen werden. Zudem birgt die Vorrichtung noch den Vorteil, dass aufgrund der äußerst geringen Staubentwicklung sich die Teilchen am Boden selbsttätig schnell ablagern. Eine Zuführung in den Materialkreislauf ist dadurch wesentlich einfacher zu gestalten, da insbesondere keine Absaugung mit einem Zyklonabscheider erforderlich ist. Das zurückgewonnene Material kann mittels einfach ausgelegter Pumpen wieder dem Prozess zugeführt werden, was sich insbesondere für die Ausführung einer kostengünstigen Vorrichtung auswirkt.
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Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, dass die Vorrichtung aus einem als Tauchbecken ausgebildeten Behältnis besteht, in das die zu beschichtenden Bauteile mittels der Förderereinrichtung in das Behältnis einfahren und wieder ausfahren, wobei innen an den zueinander parallel ausgerichteten Seitenwänden des Behältnisses die Austragseinrichtungen für das Pulver angeordnet sind. Unabhängig getrennt von den Austragseinrichtungen sind separat angeordnet die Elektroden ebenfalls an Seitenwänden befestigt. Wie bereits schon gesagt, ergeben sich hierbei sogenannte Feldlinienflächen oder Horizonte, die insbesondere das herabfallende Pulver, welches hier in diesen Feldlinienhorizont fällt, zur Beschichtung anregt.
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In Weiterbildung der Erfindung wirkt das Behältnis mit einer die nicht-haftenden Pulverpartikel sammelnden Rückführeinrichtung zusammen, die das Pulver zu den Austragseinrichtungen zurück fördert. Hierbei sind die Austragseinrichtungen sowie die Elektroden in dem Behältnis an den Seitenwänden gegenüberliegend angeordnet, dies aus dem Grund, dass hier eine beidseitige gleichmäßige Pulverbeschichtung des Bauteils, wie beispielsweise eines Fahrradrahmens, vorgenommen werden kann.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung, wie bereits schon ausgeführt, ist die Austragseinrichtung derart ausgebildet, dass das Pulver unter der Wirkung der Schwerkraft aus der Einrichtung strömt bzw. freigegeben wird. Die Austragseinrichtung ist dabei derart ausgestaltet, dass sie einen an der Seitenwand des Behältnisses eine aus dem Pulvermaterial gebildeten Flächenvorhang erzeugt. Der aus den Pulverpartikeln gebildete Flächenvorhang verläuft hierbei unter einem Parallelabstand zur Seitenwandfläche. Hinter dem Flächenvorhang, also in dem Raum zwischen der Seitenwandfläche und der Rückseite des Vorhanges ist wenigstens eine einen Teilbereich der Rückseite des Vorhanges überdeckende Elektrode angeordnet, die entsprechend der Größe des zu beschichtenden Bauteils ausgelegt ist. Aufgrund dieser Ausbildung der Einbindung der Elektroden besteht nun die Möglichkeit, dass für unterschiedlich groß ausfallende Bauteile hinter dem Flächenvorhang entsprechend die Elektrodenbauteile konfektioniert werden können, wobei dies auch insbesondere die Ausgestaltung in der Breite des Pulvervorhanges betrifft.
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Nach einer besonders vorteilhaften Gestaltung verfügen die Austragseinrichtungen über eine Vorkammer, in der ein Pulvermengenvorrat vor einem Austragsverteiler gespeichert ist. Der Verteiler verfügt über eine Vielzahl von Auslassöffnungen, über die das Pulvermaterial rieselfähig durch Verdrängung unter Schwerkrafteinwirkung in der Fläche austreten kann. Hierbei kann insbesondere die Gestaltung der Austragseinrichtung mit einem Verteiler, beispielsweise als Rohr, Stab oder als Kasten, ausgebildet sein.
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Nach einer besonderen Weiterbildung kann das Behältnis bzw. Tauchbecken einen gewinkelten Boden mit einem Auslass aufweisen, in dem die nicht geladenen Pulverpartikel für den Wiederauftrag sammelbar sind. Denkbar wäre auch, im Bodenbereich einen Förderer, wie beispielsweise einen Schneckenförderer oder ein Förderband vorzusehen, um die Pulverpartikel zu einem Auslass zu fördern. Die Pulverpartikel werden dann in eine Absetzeinrichtung gefördert, bevor sie wieder den Austragseinrichtungen zugeführt werden. Dabei wird das Pulvermaterial mittels einer Pumpe befördert, die als Verdrängerpumpe zum Transport ausgelegt ist.
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Die Elektroden sind hierbei in vorteilhafter Weise als Punktelektroden ausgebildet, wobei diese in Form eines Stabes an der Seitenwand befestigt sind. Denkbar sind auch andere Formen, die hier entsprechend auf das zu beschichtende Bauteil konfiguriert werden können. Die einzelne Elektrode besteht aus einem leitenden Rohr- oder Stabelement, an dem über die Länge verteilt Punktelektroden in Form von Nadeln oder Spitzen angeordnet sind, zur Bereitstellung der elektrostatischen Feldlinien gegenüber dem durchfahrenden zu beschichtenden Bauteil in der Vorrichtung.
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Figurenliste
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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt:
- 1: eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung in der Gestalt eines Tauchbeckens,
- 2 eine geschnittene Stirnansicht der Vorrichtung gemäß der 1,
- 3 eine Ansicht einer Seitenwand der Vorrichtung von der Innenseite,
- 4 eine weitere Ansicht einer Seitenwand der Vorrichtung von der Innenseite mit angedeutetem Rahmenteil,
- 5 eine Ansicht in offener Darstellung einer kastenförmigen Austragseinrichtung,
- 6 eine weitere Ausführung einer Austragseinrichtung gemäß der Erfindung,
- 7 eine weitere Ausgestaltung einer Austragseinrichtung in Form eines Rohres mit Öffnungen gemäß der Erfindung,
- 8 eine Draufsicht auf eine stabförmige Elektrode und
- 9 eine geschnittene Seitenansicht der Elektrode mit Nadelelektroden gemäß der Erfindung.
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Die 1 und 2 zeigen die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in unterschiedlichen Ansichten, wobei die 1 eine schematisch dargestellte Vorrichtung 1 zur Beschichtung von Bauteilen 2, wie beispielsweise Rahmenteile, Blechteile oder Profilteile, mit einer Pulverschicht zeigt. Zur Beschichtung sind die elektrostatisch geladenen Pulverpartikel 3, insbesondere in den 2, 3, 4, 5 und 6 zu erkennen, die an dem geerdeten zu beschichtenden Bauteil 2 haften.
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Hierbei umfasst die Vorrichtung 1 eine die Pulverpartikel 3 austragende Einrichtung 4, dessen Austrag 5 mit einer Elektrode 6 zur Aufladung der Pulverpartikel 3 zusammenwirkt. Das zu beschichtende Bauteil 2 ist, wie in den 1 und 2 erkennbar, an einer Fördereinrichtung 7 hängend angeordnet. Das Bauteil 2 wird hierbei über die Fördereinrichtung geerdet, sodass beim Auftreffen des geladenen Pulverteilchens 3 der Hafteffekt am Bauteil 2 erzielt oder gegeben ist, wie sich dies aus der Zusammenschau der 1, 2, 3 und 4 ergibt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 besteht aus einem als Tauchbecken ausgebildeten Behältnis 8, in den das zu beschichtende Bauteil 2 mittels der Fördereinrichtung 7 in das Behältnis 8 ein- und wieder ausfährt. Innen in dem Behältnis 8, welches von den zueinander parallel ausgerichteten Seitenwänden 9 und 10 gebildet wird, sind die Austragseinrichtungen 4 für die Pulverpartikel 3 angeordnet, wie dies insbesondere aus der 2 in der geschnittenen Ansicht, aber auch in den 3 und 4 erkennbar ist. Dabei sind unabhängig von den Austragseinrichtungen 4 separat die Elektroden 6 angeordnet, die ebenfalls an den Seitenwänden 9 und 10 befestigt sind. Diese sind insbesondere auch in der 2, aber auch angedeutet an der jeweiligen Seitenwand 9, 10 in den 3 und 4, zu erkennen bzw. angedeutet. Die einzelne Elektrode 6 ist in Einzeldarstellung in den 7 und 8 näher gezeigt, wobei hier die Elektrode 6 in Draufsicht und in der geschnittenen Seitenansicht dargestellt ist.
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Das Behältnis 8, welches hier als Tauchbecken ausgelegt ist, wirkt hierbei mit einer die nicht-haftenden Pulverpartikel 3 sammelnden Rückführeinrichtung 11 zusammen, die die Pulverpartikel 3 zu den Austragseinrichtungen 4 wieder zurückfördert. Diese sogenannte Rückführeinrichtung 11 ist in der 1 und auch in der 2 dargestellt, wobei in der 2 insbesondere die Verbindung mit den Austragseinrichtungen 4 dargestellt ist. Für den Förderkreislauf des Pulverpartikelstromes in dem Umwälzprozess ist eine Abführförderpumpe 12 und wahlweise eine Zuführförderpumpe 13 vorgesehen, die die Umwälzung des Pulvermaterials hier bewerkstelligen. Der Umwälzprozess kann hierbei auch ausschließlich durch die Abführförderpumpe 12 erfolgen. Wie aus der 2 näher zu erkennen ist, sind die Austragseinrichtungen 4, sowie die Elektroden 6 in dem Behältnis 8 an den Seitenwänden 9 und 10 gegenüberliegend angeordnet, wie dies insbesondere in der 2 deutlich zu erkennen ist. Somit wird sichergestellt, dass beidseits eine Beschichtung des Bauteils 2 erfolgt, sodass eine Rundumbeschichtung, hier beispielsweise eines Fahrradrahmens, so wie dieser in der 4 angedeutet ist, vorgenommen werden kann.
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Hierbei ist die einzelne Austragseinrichtung 4 in ihrer Ausgestaltung, dargestellt in den 5, 6 und 7 derart ausgeführt, dass die Pulverpartikel 3 ausschließlich durch Verdrängung sowie unter der Wirkung der Schwerkraft aus der Austragseinrichtung 4 austreten bzw. freigegeben werden, wie dies in den 5 und 6 in der kastenförmigen Ausführungsform der Austragseinrichtung 4 sowie in der 7 in der rohrförmigen Ausführungsform der Austragseinrichtung 4 gezeigt wird. Die Besonderheit bei der Ausführungsform der 6 ist, dass Pulverpartikel 3 über eine Kante ausgetragen werden, wenn die Vorkammer 17 einen bestimmten Überfüllungsgrad erreicht hat.
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Hinsichtlich der Einbindung der Austragseinrichtungen 4 in dem Behältnis 8 sind diese an den Seitenwänden 9 und 10 derart festgelegt, dass sie einen an der Seitenwand 9, 10 des Behältnisses 8 einen aus Pulvermaterial gebildeten Flächenvorhang 14 erzeugen, wie dieser in der 2, in der 3 und in der 4 angedeutet wird. Der aus den Pulverpartikeln 3 gebildete Flächenvorhang 14 verläuft hierbei unter einem Abstand 15 zur Seitenwandfläche 16. Hinter dem Flächenvorhang 14, also an seiner Rückseite, ist wenigstens eine einen Teilbereich des Vorhanges 14 überdeckende Elektrode 6 angeordnet, die entsprechend der Größe des zu beschichtenden Bauteils 2 ausgelegt ist. So ist z. B. in der 4 ein Bauteil 2 als Fahrradrahmen gezeigt, der aufgrund seiner baulichen Form das Erfordernis mit sich bringt, dass eine Konfiguration der Elektroden 6 an den Seitenwänden 9, 10 vorzunehmen ist, um hier die effektivste Beschichtung zu erhalten. So sind dort beispielsweise Stabelektroden 6 angedeutet, die die Bereiche des Rahmens hier beim Vorbeifahren abdecken sollen. Sollen wesentlich kompaktere kleinere Bauteile 2 beschichtet werden, so bedarf es dann möglicherweise nur einer Elektrode 6, oder bei noch größeren Bauteilen 2, dass dann hier die Anzahl der Elektroden 6 an der Seitenwandfläche 16 aufgestockt werden muss.
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Wie insbesondere aus den 5 und 6 erkennbar ist, verfügt die Austragseinrichtung 4 über eine Vorkammer 17, in der ein Pulvervorrat vor einem Austragsverteiler 18 gespeichert wird. Somit wird sichergestellt, dass aufgrund des Speichervorrates sich eine gewisse Menge von Pulverpartikel 3 innerhalb des Verteilers 18 bildet, der in Folge der Verdrängung und unter Wirkung der Schwerkraft die einzelnen Pulverpartikel 3 aus dem Verteiler 18 drückt. In Weiterbildung kann hierbei der Verteiler 18 über eine Vielzahl von Austragsöffnungen 19 oder über eine Überlaufkante, wie in der 6 gezeigt, verfügen, über die die Pulverpartikel 3 rieselförmig in der Fläche austreten, wie dies in den 5 und 6 angedeutet wird. Die Austragseinrichtungen 4 können hierbei rohr-, stab- oder kastenförmig ausgebildet sein, wobei insbesondere in der 7 eine rohrförmige Austragseinrichtung 4 gezeigt wird.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das Behältnis 8 eine gewinkelte Bodenwanne 20 mit einem Auslass 21 am tiefsten Punkt auf, in der die nicht geladenen Pulverpartikel 3 für den Wiederauftrag sammelbar sind. In der Ausgestaltung der Bodenwanne 20 sind unterschiedliche Ausformungen denkbar, wobei die dargestellte Form nur ein Beispiel für die mögliche Gestaltung der Bodenwanne 20 wiedergibt. Die Pulverpartikel 3 werden hierbei in eine Absetzeinrichtung 22 gefördert, bevor sie wieder den Austragseinrichtungen 4 zugeführt werden. Der Umwälzungsprozess des Pulvermaterials erfolgt hierbei mittels einer Pumpe 12 und gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Pumpe 13 die das Pulvermaterial mittels Verdrängung drucklos durch die Aggregate pumpen.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Elektroden 6, die mit einer Hochspannungseinrichtung 23 verbunden sind, als Punktelektroden oder Nadelelektroden 24 ausgebildet, wie diese in den 8 und 9 näher zu erkennen sind. Dabei sind die Punktelektroden 24 in Stabform an der Seitenwand 9, 10 befestigt. Die einzelne Elektrode 6 besteht hierbei aus einem leitenden Rohr- oder Stabelement 25, an dem über die Länge verteilt die Punktelektroden oder Nadelelektroden 24 angeordnet sind. Die Punkt- oder Nadelelektroden 24 stellen die elektrostatischen Feldlinienbereiche gegenüber dem durchfahrenden Bauteil 2 in der Vorrichtung 1 bereit.
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Es versteht sich, dass wenn ein Bauteil 2 in das Behältnis 8 einfährt, und an dem als Fläche ausgebildeten Pulverpartikelvorhang 14 vorbeifährt, dass dann die elektrostatisch aufgeladenen Pulverpartikel 3 des Flächenvorhanges 14 sich auf dem geerdeten Bauteil 2 an der Fördereinrichtung 7 ablegen und anhaften. Ist das Bauteil 2 dann gänzlich beschichtet, wird es wieder aus dem Behältnis 8 herausgefahren. Das beschichtete Bauteil 2 kann dann direkt einem nicht näher dargestellten Ofen zugeführt werden, in dem auf dem Bauteil 2 eine feste mit gleichmäßiger Schichtdicke und beständige Lackschicht bildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Bauteil
- 3
- Pulverpartikel
- 4
- Austragseinrichtung
- 5
- Austrag
- 6
- Elektrode
- 7
- Fördereinrichtung
- 8
- Tauchbecken / Behältnis
- 9
- Seitenwand
- 10
- Seitenwand
- 11
- Rückführeinrichtung
- 12
- Abführpumpe
- 13
- Zuführpumpe
- 14
- Flächenvorhang Pulverpartikel
- 15
- Abstand zwischen Seitenwandfläche und Rückseite Flächenvorhang
- 16
- Seitenwandfläche
- 17
- Vorkammer
- 18
- Austragsverteiler
- 19
- Austragsöffnungen
- 20
- Bodenwanne
- 21
- Auslass Bodenwanne
- 22
- Absetzeinrichtung
- 23
- Hochspannungseinrichtung
- 24
- Punktelektrode / Nadelelektrode
- 25
- Rohr- oder Stabelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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