DE2726429C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Versprühen einer lösungsmittelverdünnten flüssigen Überzugszusammensetzung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Versprühen einer lösungsmittelverdünnten flüssigen Überzugszusammensetzung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versprühen einer lösungsmittelverdünnten flüssigen Überzugszusammensetzung auf die Oberfläche eines Substrats, gemäß dem die Überzugszusammensetzung in For.Ti eines ausgerichteten Sprühnebels aus einer Vielzahl von Flüssigkeitstropfen in Richtung auf die zu überziehende Oberfläche abgegeben und mit unter Druck stehender Sekundärluft in der Nähe des Ursprungs des Sprühnebels in Kontakt gebracht wird.
Auf Grund von starken Schwankungen der Atmosphäre in Spritzkabinen ergeben sich ständig Schwierigkeiten in Verbindung mit der Aufbringung von lösungsmittelverdünnten flüssigen Überzugszusammensetzungen. Derartige Überzugszusammensetzungen werden gewöhnlich mit einem Lösungsmittel zur Verringerung ihrer Viskosität verdünnt, um für eine optimale Zerstäubung und damit eine einheitliche Bedeckung der Oberfläche des zu überziehenden Substrats zu sorgen. Die verdünnte Überzugszusammensetzung besitzt im allgemeinen eine Viskosität, die nicht ausreicht, um ein unerwünschtes Heruntertropfen oder Ablaufen des auf das Substrat aufgebrachten Flüssigkeitsfilms zu verhindern, insbesondere dann, wenn dieser auf senkrechte Oberflächen aufgebracht wird. Diese Schwierigkeit wird durch eine geregelte Verdampfung des Lösungsmittels aus den Flüssigkeitstropfen in dem Sprühnebel während des Weges von der Düse zur Oberfläche des Substrats überwunden. Der erwünschte Verdampfung- ρ rad des Lösungsmittels kann bis zu einem gewissen Grad durch eine sorgfältige Mischung von organischen Lösungsmitteln und durch Anpassung des Abstandes zwischen der Düse und der zu überziehenden Oberfläche geregelt werden.
In der Vergangenheit wurden durch die Anpassung der Lösungsmittelarten, die bei mit organischen Lösungsmitteln verdünnten Überzugszusammensetzungen verwendet werden, Schwierigkeiten im Zusammenhang mit starken Temperaturschwankungen innerhalb der Spritzkabine überwunden. Staatliche Beschränkungen bezüglich der Verwendung von derartigen Lösungsmitteln infolge von deren leichter Entflammbarkeit haben jedoch zu erneuten Schwierigkeiten geführt. Diese existieren insbesondere bei den aus dem vorstehenden Grunde verwendeten wasserverdünnten flüssigen Überzugszusammensetzungen, bei denen sowohl die Temperatur als auch die Feuchtigkeit der Atmosphäre in der Spritzkabine die Verflüchtigung des Wassers aus dem Sprühnebel wesentlich beeinflußt und das Wasser selbst im Vergleich zu gebräuchlichen organischen Lösungsmitteln eine verhältnismäßig geringe Flüchtigkeit aufweist. Bei extrem hohen Feuchtigkeitsgraden ist es auf Grund einer minimalen Verdampfung des Wassers aus dem Sprühnebel nahezu unmöglich, derartige wäßrige Überzugszusammensetzungen zufriedenstellend aufzubringen. Versuche, den Verdampfungsgrad des Wassers aus derartigen wäßrigen Systemen durch
Verwendung von Zerstäuberluft unter höherem Druck und Anbringung der Spritzpistole in einem größeren Abstand von der zu überziehenden Oberfläche zu erhöhen, führten zu keinen zufriedenstellenden Ergebnissen. Auch wurde bereits erwärmte Zerstäuberluft eingesetzt, oder die flüssige Überzugszusammensetzung selbst wurde vor der Zerstäubung erwärmt. Keine der vorstehend genannten Arbeitsweisen war jedoch in bezug auf die Qualität des aufgebrachten Überzuges zufriedenstellend, insbesondere was das Arbeiten mit wäßrigen Überzugszusammensetzungen anbetraf.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE-OS 2005 830 bekanntgeworden. Bei diesem Verfahren wird ein Düsenkopf eingesetzt, der eine mittig angeordnete Flüssigkeits- und Luftaustrittsöffnung aufweist und bei dem radial außerhalb davon Abgabeöffnungen für Sekundärluft vorgesehen sind, über die unter Druck stehende Sekundärluft auf den gebildeten Sprühstrom gerichtet wird. Dabei dient diese Sekundärluft ausschließlich dazu, die Form des abgegebenen Sprühstrwmes zu verändern, d. h. aus einem konischen bzw. tulpenförmigen Sprühstrom soll ein Sprühstrom in Form eines abgeflachten Ellipsoides hergestellt werden. Die unter hohem Druck abgegebene Sekundärluft trifft dabei auf die Außenseite des Sprühstromes auf (:r. Tangentialrichtung) und bewirkt dadurch eine Abflachung des Sprühstromes.
Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß Umgebungsluft ungehindert an den Sprühstrom nach dessen Abgabe herantreten und sich mit diesem vermischen kann. Das bedeutet, daß insbesondere bei wasserhaltigen Systemen stark schwankende Umgebungsverhältnisse (Temperatur, Feuchtigkeit) den Verdampfungsgrad des Lösungsmittels (Wasser) und damit die Viskosität der Überzugszusammensetzung so beeinflussen können, daß eine Konstanz der genannten Parameter nicht mehr gewährleistet ist. Die daraus resultierenden Nachteile in bezug auf einen ungleichmäßigen Überzug sind offensichtlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Versprühen einer lösungsmittelverdünnten flüssigen Überzugszusammensetzung auf die Oberfläche eines Substrats zu schaffen, bei dem der Verdampfungsgrad des LösungsmiUels weitgehend frei von Einflüssen der umgebenden Atmosphäre geregelt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem eingangs beschriebenen Verfahren dadurch gelöst, daß der Eintritt von Umgebungsluft in den Sprühnebel durch die dei< Sprühnebel umgebende, in ihrem Strömungsbild regelbare Sekundärluft im wesentlichen ausgeschlossen, die Sekundärluft unter niedrigem Druck in den Sprühnebel eingeführt und die Temperatur und/oder Feuchtigkeit der eingeführten Sekundärluft zur Erzielung einer gewünschten Verdampfung des Lösungsmittels geregelt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch zwei grundlegende Merkmale aus:
1. Der Eintritt von Umgebungsluft in den abgegebenen Sprühnebel wird weitgehend ausgeschlossen, und
2. Sekundärluft wird unter niedrigem Druck in den Sprühnebel eingeführt, wobei die Temperatur und/oder Feuchtigkeit der Sekundärluft zur Erzielung einer gewünschten Verdampfung des Lösungsmittels geregelt wird.
Offensichtlich kann bei dem au* der DE-OS 2005 830 bekannten Verfahren Umgebungsluft ungehindert an den abgegebenen Sprühnebel herantreten und sich mit diesem mischen. Darüber hinaus wird, wie bereits erwähnt, Sekundärluft nur zur Formung des Sprühnebels abgegeben. Im Gegensatz dazu soll bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine derartige Beeinflussung des Sprühnebels durch die Sekundärluft gerade vermieden werden; die Sekundärluft soll
ίο vielmehr ohne Veränderung der Form des Sprühnebels mit diesem in Kontaktgebrachtwerden.umdie Verdampfung des im Sprühnebel enthaltenen Lösungsmittels zu regeln bzw. um einen zusätzlichen Schutz gegenüber dem Eintritt von Umgebungsluft zu
ii schaffen. Die Sekundärluft wird folglich unter niedrigen Druckverhältnissen so abgegeben, daß zumindest eine teilweise Vermischung mit dem Sprühnebel stattfindet. *
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich
in eine geregelte Verdampfung des Lc.ingsmiuels, insbesondere wäßrigen Lösungsmittels, iir Sprühnebei erzielen, wodurch sich eine einheitliche Bedeckung der Oberfläche eines Substrats mit einem flüssigen Film erreichen läßt. Es lassen sich relativ dicke Filme
:·5 aufbringen, ohne daß ein erwünschtes Heruntertropfen oder Ablaufen stattfindet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Sprühnebel durch Zerstäubung der Überzugszusammensetzung mit Luft erzeugt werden; es ist jedoch
«ι ebenfalls möglich, den Sprühnebel ohne Zufuhr von Zerstäuberluft zu erzeugen. Hierbei wird die flüssige Uberzugszusammensetzungselbst durch Aufbringung hoher Drücke (über 140 bar) in einen Sprühnebel überführt. Je nach der verwendeten Art der Erzeu-
i'i gung des Sprühnebels kann die Überzugszusammensetzung und/oder die Zerstäuberluft erwärmt werden. Besonders gute Ergebnisse werden mit einer Ausführungsform des Verfahrens erzielt, bei der als flüssige Überzugszusammensetzung eine mit Wasser verdünnbare Farbe mit einem Gehalt an nichtflüchtigen Stoff-n von etwa 25-28% abgegeben wird und bei der die Temperatur und/oder Feuchtigkeit der eingeführten Sekundärluft so geregelt wird, daß auf der Oberfläche des Substrats ein flüssiger Film mit einem
γ, Gehalt an nichtflüchtigen Stoffen von mehr als 32% und weniger als 40% abgelagert wird.
Ergänzend zum Stand der Technik sei noch auf ein Verfahren verwiesen, das aus der FR-PS 2177391 bekanntgeworden ist und das mit dem erfindungsge-
-,o mäßen Verfahren gewisse Berührungspunkte aufweist. Der grundsätzliche Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und diesem bekannten Verfahrer. besteht jedoch darin, daß erfindungsgemäß die über den Umfang des Sprühnebels hinausgehende
ν-. Atmosphäre nicht b-^influßt wird, während bei dem bekannten Verfahren ein relativ großer, den Sprühnebel umgebender Bereich in bestimmter Weise konditioniert werden muß, um die angestrebten Ziele zu ei reichen. Mit anderen Worten, bei dem bekannten
ho Verfahren werden die zu überziehenden Gegenstände in eine Kammer eingeführt, in der sich das verdampfte Lösungsmittel befindet, und in dieser Kammer wird der eigentliche Sprühvorgang durchgeführt. Dies ist jedoch mit schwerwiegenden Nachteilen verbunden,
,5 da die Verwendung von großen Mengen organischer Lösungsmittel entsprechende Gefahren mit sich bringt. Demgegenüber kommt es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht auf die den Sprühnebel um-
gebende Atmosphäre an, da das Verfahren ja gerade so arbeitet, daß die umgebende Atmosphäre den Sprühvorgang nicht beeinflussen kann.
Die Erfindung betrifft des weiteren eine Voruchtungzur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens mit einer Spritzpistole einschließlich einer Düse zur Abgabe der lösungsmittelverdünnten flüssigen Überzugszusammensetzung in Form eines ausgerichteten Sprühnebels aus einer Vielzahl von Flüssigkeitstropfen und einer Hinrichtung zur Abgabe von unter Druck stehender Sekundärluft, so daß diese in der Nähe der Düse mit dem Sprühnebel in Kontakt tritt, sowie mit einer mit der Abgabccinrichtimg in Verbindung stehenden Vorratseinrichtung für die Sekundärluft. Eine derartige Vorrichtung ist ebenfalls aus der eingangs genannten DFi-OS 2005 830 bekanntgeworden.
Die crfindungsgemaMe Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus. daß an der Spritzpistole enganliegend eine Ummantelung befestigt ist, die einen ersten Wandteil aufweist, der hinter dem Abgabepunkt der Düse angeordnet ist, und einen zweiten Wandteil, der sich von dem ersten Wandteil nach vorn und im Ab stand zur Abgabeachse der Düse rund um dieselbe erstreckt, wobei das vordere Ende des zweiten Wandteils nach außen im Abstand vom Abgabepunkt der Düse angeordnet ist und eine Abgabeöffnung für den Sprühnebel bildet, daß die Ummantelung mit einer Öffnung zur Einführung der Sekundärluft in das Ummantelungsinnere versehen und daß eine Tcmperatur- und oder Feuchtigkeitsregel vorrichtung für die Sekundärluft in der Vorratseinrichtung derselben vorgesehen ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert so. daß aus der Düse eine lösungsmittel verdünnte flüssige Uberzugszusammensetzung in Form eines ausgerichteten Sprühnebels in Richtung auf die zu überziehende Oberfläche abgegeben wird. Durch die Ummantelung wird vermieden, daß Umgebungsluft in der Nähe des Ursprungs des Sprühnebels, d. h. im Bereich der
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zum Versprühen einer lösungsmittelverdünnten flüssigen Überzugszusammensetzung,
Fig. 2 eine Vorderansicht der Düse und der Ummantelung der in Fig. 1 gezeigten Spritzpistole,
Fig. 3 einen Horizontalschnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 2, und
Fig. 4 eine Teilunteransicht der Ummantelung und des vorderen Endes der in Fig. 2 dargestellten Spritzpistole.
Die in Fig. I dargestellte Vorrichtung ist insbesondere geeignet furche Sprühaufhringung wässeriger lösungsmittel verdünnter Farhzusammensctzungcn. da die Trocknungsgeschwindigkeit des zerstäubton Sprühnebels nicht nur durch die Temperatur, sondern auch durch die Feuchtigkeit der umgebenden Luft beeinflußt wird, und da solche Zusammensetzungen beträchtliche Mengen Wasser als Lösungsmittel erforderlich machen, wie z. B. wenigstens 80% Wasser, bezogen auf das gesamte vorhandene Lösungsmittel. Beispiele hierfür sind acrylartige Lacke aus einem Harz mit Carboxylgruppen, die mit einem Amin neutralisiert werden, um dem organischen Harz Wasserlöslichkeit zu erteilen, wobei beständige Zusammensetzungen erhalten werden, die nur so geringe Mengen wie 20% organisches Lösungsmittel und als Rest Wasser benötigen. Normalerweise müssen derartige mit Wasser verdünnbare acrylartige Lackfarben auf eine Konzentration an nicht-flüchtigen oder festen Stoffen von etwa 25% bis etwa 28% verdünnt werden, um eine Viskosität von 50 mPas zu erzielen, bei welcher zufriedenstellende Sprühnebel unter Verwendungeiner gebräuchlichen Spritzpistole erzielt werden können. Jedoch ist eine Viskosität in der Größenordnung von etwa 4000 mPas, entsprechend einem Gehalt an nichtflüchtigen Stoffen von etwa 32% erforderlich, um ein unerwünschtes Laufen oder Heruntertropfen eines flüssigen Überzugs oder Films aus dieser mit Wasser verdünnbaren Farbe zu verhindern. Es ist daher ersichtlich, daß eine beträchtliche Lösungsmittelmenge aus den Flüssigkeitstropfen während des * ■«-» r\ lA rt r· \~\ · · *■ rt ~ . . .4 „ ..
die Ummantelung verhindert ein Mitreißen von Umgebungsluft infolge Venturieffekt. Statt dessen wird in die Ummantelung Sekundärluft mit geregelter Temperatur und/oder Feuchtigkeit unter niedrigem Druck und hoher Geschwindigkeit eingeführt, so daß sie den Sprühnebel umgibt und in diesem mitgerissen wird. Dadurch wird eine geregelte Verdampfung eines gewünschten Teils des Lösungsmittels in den Flüssigkeitstropfen während des Weges von der Düse zu der zu überziehenden Oberfläche erzielt.
Für den Umbau zu erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind handelsübliche Spritzdüsen und Spritzpistolen der verschiedensten Arten geeignet einschließlich der gebräuchlichen Luftzerstäuber-Spritzpistolen und -düsen, luftlosen Spritzpistolen und -düsen, elektrostatischen Spritzpistolen und -düsen, einschließlich der handbetriebenen und automatischen Versionen, geeignet. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ferner die Anbringung von Leitflächen an der Ummantelung vorgesehen, um dadurch das Strömungsbild der eingeführten Sekundärluft regeln zu können und außerdem jede unerwünschte Verzerrung des aus der Düse abgegebenen Sprühnebels zu verhindern.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend aniiand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
Fig 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung
werden muß.
Unter der Bezeichnung »tropffreier Punkt« soll die Konzentration nicht-flüchtiger Stoffe oder Feststoffe in einer lösungsmittelverdünnten Überzugszusammensetzung verstanden werden, bei welcher die Viskosität des Films ausreichend hoch ist, um ein unerwünschtes Herunterlaufen oder Tropfen des Flüssigkeitsfilms auf einer senkrechten Oberfläche zu verhindern. Der Ausdruck »Gelpunkt« wird definiert als die Konzentration nicht-flüchtiger Stoffe in einer lösungsmittelverdünnten Überzugszusammensetzung, bei welcher die Viskosität des Flüssigkeitsfilms so hoch ist, daß eine geeignete Nivellierung des Films während der Aufbringung nicht mehr stattfindet. Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß die regulierte Trocknung der Flüssigkeitstropfen im Sprühnebel stattfinden muß, um den nicht-flüchtigen Inhalt der Flüssigkeitstropfen, welche die Oberfläche des Substrats berühren, innerhalb eines Bereiches vom tropffreien Punkt bis zum Gelpunkt zu halten.
Die vorstehend angegebenen Grenzen schwanken in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und den Eigenschaften des verwendeten Trägers sowie der Dicke des gewünschten Flüssigkeitsfilms. Bei der Anwendung von Acryllacken in der Autoindustrie ist beispielsweise eine Trockenfilmdicke (lösungsmittelfrei) von etwa 0,04—0,06 mm erforderlich, was die
Anwendungeines Fliissigkeitsfilmsauf feuchter Basis mit einer Dicke im Bereich von etwa 0,15-0,25 mm erforderlich macht. Dicken dieser Größenordnung werden normalerweise in Form einer Reihe von aufeinanderfolgenden Schritten aufgebracht, wie z. B. etwa vier aufeinanderfolgenden Schritten von jeweils etwa '.,04-0,06 mm Dicke.
Obgleich die vorliegende Erfindung insbesondere beim Aufspritzen von mit Wasser verdünnbaren Farben der vorstehend genannten Art anwendbar ist. werden die Vorteile auch in Verbindung mit gebräuchlichen flüssigen Cbcrzugszusammensetzungen mit organischen Lösungsmitteln erzielt, bei welchen es gewöhnlich erforderlich ist. wenigstens 25r'r und mehr des insgesamt vorliegenden Lösungsmittels an rasch verdunstenden Lösungsmitteln zu verwenden, wie beispielsweise Aceton. Methylethylketon, Me-
Kinbeziehung solcher rasch verdunstenden organischen Lösungsmittel wird normalerweise die erforderliche Trocknung der Flüssigkeitstropfen während des Weges von der Spritzdüse zu der Oberfläche erzielt. Dessenungeachtet treten Schwierigkeiten als Folge extremer Temperaturschwankungen der Sprühncbelumgebutig auf, welche eine unzweckmäßige oder extreme Trocknung der Sprühnebeltropfen verursachen oder dauernde Angleichungen der Lösungsmittclmischung zur Aufrechterhaltung einer zufriedenstellenden Durchführung erforderlich machen. Obg .'ich die relative Trocknungsgeschwindigkeit des Sprühnebels bei Farbsystemen mit organischen Lösungsmitteln vom Feuchtigkeitsgrad unabhängig ist, wird eine zufriedenstellende Regulierung der Trockmingsgeschwindigkeit durch eine Regulierung der I emperatur der Sekundärluft erreicht.
Wie man Fig. 1 entnehmen kann, weist die Vorrichtung zum Versprühen der Überzugszusammensetzung eine Spritzpistole 10 gebräuchlicher Art mit Luftzerstäubung einschließlich eines Handgriffs 12 und eines drehbar angebrachten Drückers 14 zur Regelung der Abgabe eines zerstäubten Farbsprühnebels aus einer Mischdüse 16 auf. Das Endstück des Handgriffs 12 ist durch einen Schlauch 18 mit einer Quelle von unter Druck stehender Zerstäuberluft, z. B. einem Gebläse 20, verbunden, weiche außerdem einen Wärmetauscher 22 zur Regelung der Temperatur der der Spritzpistole zugeführten Zerstäuberluft umfassen kann. Der vordere Endbereich der Spritzpistole ist über eine Leitung 24 mit einem Vorratsbehälter für lösungsmittelverdünnte flüssige Farbe 26 verbunden. In der Leitung ist eine Pumpe 28 und ein Wärmetauscher 30 als wahlweises Element für die Regelung der Temperatur der der Spritzpistole zugeführten flüssigen Farbe angeordnet. Gegebenenfalls kann die Leitung 24 mit einem Vorratsbehälter für die Farbe verbunden sein, welche durch An- oder Absaugen daraus abgezogen wird.
Eine zylindrische Ummantelung 32 ist abnehmbar an dem vorderen Teil der Spritzpistole befestigt, so daß sie die Mischdüse 16 umgreift. Sie ist an ihrem unteren Ende über einen leichten biegsamen Schlauch 34 mit dem Austrittsende einer Expansionskammer 36 eines Zufuhrsystems für Sekundärluft verbunden. Ein Pitotscher Durchflußmesser 38 und ein Thermoelement 40 sind in der Expansionskammer 36 bzw. dem Schlauch 34 zum Messen der Fließgeschwindigkeit und der Temperatur der der Ummantelung zugeführten Luft vorgesehen.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist ein Wärmetauscher 42, z. B. ein mit Wasserdampf arbeitender Wärmetauscher, vorgesehen, der zwei Einlaßöffnungen 44 aufweist, in welche Luft durch die durch einen Luftinjektor 46 geschaffene Saugwirkung eingesogen und in einen eingeengten Teil 48 gefördert wird. Die eingesogene Luftmenge kann durch Regelung des Druckes der dem Injektor zugeführten Luft reguliert werden, wobei der Durchflußmesser 38 als Kontrollinstmment dient Die Temperatur der Sekundärluft wird durch die Temperatur des dem Wärmetauscher 42 zugeführten Wasserdampfs reguliert, wobei das Thermoelement 40 zur Überwachung dient.
Bei der in Fig. 1 gezeigten schematischen Darstellung is! die Ummantelung 32 mit einer nach vorn gerichteten Abgabeöffnung 50 versehen, die der Sprühnebel, wie bei 52 gezeigt, zusammen mit der 'lern inneren der UniniBntelun0 durch den Schlauch 34 zugeführten Sekundärluft durchdringt. Der Sprühnebel 52 ist zweckmäßigerweisc gegen die Oberfläche eines Werkstücks oder einer Platte 54 gerichtet, die son einem Haken 56 herabhängt, der mit einem Fördergerät 58 verbunden ist, welches innerhalb einer belüfteten Spritzkabine 60 angeordnet ist. die mit einem Schacht 62 versehen ist.
Die Mischdüse 16 der Spritzpistole ist von gebräuchlicher Bauart (vgl. Fig. 2 und 3) und umfaßt eine axiale Kammer 64. in welcher ein Nadelventil 66 angeordnet ist, das auf die Betätigung des Drückers 14 anspricht. Die Mischdüse 16 umfaßt ferner einen Luftzerstäuberkopf 68 mit einer ringförmigen öffnung 69, welche die Kammer 64 umgreift und in Verbindung mit einer ringförmigen Kammer 70 angeordnet ist, welche mit der unter Druck stehenden Zerstäuberluftquelle verbunden ist. Die aus der ringförmigen öffnung 69 abgegebene Zerstäuberluft konvergiert an einem Punkt, welcher im Abstand vor dem Abgabepunkt der Axialkammer 64 angeordnet ist, und bewirkt eine Zerstäubung der Flüssigkeit zu einem konischen Sprühnebel. Ein Teil der Zerstäuberluft wird durch kommunizierende ringförmige Bohrungen 72 geleitet und aus Düsenöffnungen 74 abgegeben, die in diametral vorspringenden Teilen des Zerstäuberkopfes ausgebildet sind. Die dargestellte Anordnung ist dazu geeignet, einen zerstäubten Sprühnebel einer fächerartigen oder elliptischen Form zu bilden, der in Vertikalrichtung, wie in Fig. 2 dargestellt, ausgerichtet ist.
Es ist ersichtlich, daß auch andere Ausführungsformen von Luftzerstäuberdüsen sowie sogenannte »Ijftlose Spritzdüsen« in zufriedenstellender Weise verwendet werden können. Derartige »luftlose Spritzdüsen« basieren auf der Anwendung hoher Drücke, die auf die flüssige Farbe aufgebracht werden, um eine Zerstäubung zu bewirken, wie z. B. mehr als etwa 140 bar. Die Form des Sprühnebels kann auch von elliptischen oder fächerartigen Gebilden in konische Formen unterschiedlicher Divergenz verändert werden, um eine optimale Abdeckung von Oberflächen zu erzielen.
Auf jeden Fall wird die Mischdüse von einer ringförmigen Seitenwand 76 und einer End- oder Rückwand 78 umfaßt, die mit einer mit Flansch versehenen kreisförmigen öffnung 80 in ihrem Mittelteil versehen ist, urn die Mischdüse der Spritzpistole gleitend zu überlagern und abnehmbar mit dieser in Eingriff zu stehen. Das Vorderende der Seitenwand 76 bildet die Abgabeöffnung 50. Bei der gezeigten Ausführungs-
form ist die obere Kante der Seitenwand 76 (vgl. Fig. 2 und 4) mit einer gewölbten Ausnehmung 82 versehen, um Raum zu schaffen für eine unbehinderte Abgabe des aufrechten fächerförmigen Sprühnebels.
Um jegliche unerwünschte Beeinträchtigung des Sprühnebels durch die Sekundärluft zu vermeiden, die durch den Schk uch 34 in das Innere der Ummantelung eingeführt wird, ist ein Paar von sich radial und axial erstreckenden Leitflächen 84 durch mit Gewinde versehene Schraubenklammern 86 an ausgewählten Stellen cntkmg der Seitenwand einstellbar befestigt. Des weiteren ist eine sich axial erstreckende V-förmige Leitfläche 88 vorgesehen, welche direkt über dem Mittelpunkt einer Einlaßöffnung 90 angebracht ist, die in dem unteren Teil der Seitenwand der Ummantelung ausgebildet ist und durch die die konditionierte Sekundärluft eingeführt wird.
Die Ouerschnittsgestaltuiii! der Ummantelung und die Art und Anzahl der LcitTläehen hängen von der Art der verwendeten Spritzdüse und der Beschaffenheit des hieraus abgegebenen Sprühnebels ab. In jedem Fall ist jedoch die Rückwand der Ummantelung um den vorderen Teil der Spritzpistole herum befestigt, um den Zustrom von Umgebungsluft in die Ummantelung und ein anschließendes Mitführen derselben im Sprühnebel auszuschließen. Uei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung wird die Mischdüse von der in die Ummantelung eingeführten Sekundärluft eingehüllt, und der daraus abgegebene Sprühnebel bewirkt ein Mitreißen dieser Sekundärluft, welche die Flüssigkeitstropfen umgibt, wodurch eine Umgebung geschaffen wird, welche die Verdampfungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels und die Trocknung der Flüssigkeitstropfen reguliert. Die Mitführung der Sekundärluft im Spriihnebel wird durch einen Venturi-Effekt erzielt, welcher sein größtes Ausmaß am Abgabepunkt der Düse und der Zerstäubungsöffnungen hat. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen nimmt bei der Fortbewegung von der Düse rasch ab, so daß außerhalb der Abgabeöffnung der Ummantelung hum noch Umgebungsluft miigetuhrt wird, die allenfalls geringe Auswirkungen auf die Trocknungseigenschaften des Sprühnebels hat, welche leicht durch Angleichung der Temperatur und/oder Feuchtigkeit der Sekundärluft ausgeglichen werden können.
Die Sekundärluft wird dem Inneren der Ummantelung unter einem niedrigen Druck zugeführt. Dieser Druck soll so groß sein, daß das erforderliche Volumen an Sekundärluft zugeführt wird, um das Innere der Ummantelunggefülltzu halten, und daß die durch den Venturi-Effekt herausgezogene Menge, die in dem Sprühnebel mitgeführt wird, ergänzt wird.
Der Einsatz der Sprühvorrichtung macht nur verhältnismäßig kleine Mengen an Sekundärluft erforderlich, welche leicht erwärmt, abgekühlt, mit Feuchtigkeit angereichert und/oder von Feuchtigkeit befreit werden können, wie dies zur Erzielung der gewünschten Sprühnebelumgebung erforderlich ist. Unter Bedingungen, bei denen die in der Spritzkabine vorherrschende Umgebung zum Versprühen günstig ist, kann die Ummantelung leicht von dem vorderen Teil der Spritzpistole entfernt und die Sekundärluftzufuhr abgeschaltet werden, wodurch eine Arbeitsweise gemäß der gebräuchlichen Praxis möglich isi. Bei Farben auf der Basis organischer Lösungsmittel werden durch Regulierung der Temperatur der Sekundärluft allein die geeigneten Trocknungsbedingungen der Flüssigkeitstropfen wähund ihres Weges von der Düse zum Substrat geschaffen. Im Falle wässeriger Farbsysteme, bei weichen bet;ächtliche Wassermengen als Lösungsmittel vorhanden sind, kann normalerweise durch Regulierung der Temperatur allein gewöhnlich eine angemessene Regulierung der Trocknungsgeschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen auf dem Weg zum Substrat erreicht werden. Unter Bedingungen hoher Temperatur und außerordentlich niedriger Feuchtigkeit kann eine übermäßige Trocknung des Sprühnebels auftreten, was dazu führt, daß der Fliissigkeitsfilm den Gelpunkt übersteigt. Unter solchen Umständen kann eine Abkühlung der Sekundärluft und/oder eine Befeuchtung derselben /ur Veningerungder Trocknungsgeschwindigkcit der Sprühnebeltropfcn erfolgen. In einem derartigen Fall kann Feuchtigkeit beispielsweise in Form von Wasserdampf in die Vorratseinrichtung für die Sekundärluft eingeführt werden, der durch ein Ventil 92 und ein Rohr 94 in Verbindung mit der Injektorlcitung 46 steht. Wie bereits angegeben, können die Zerstäuberluft und die flüssige Farbe selbst erwärmt werden, um die Verdampfungsgeschwindigkeit zu erhöhen oder eine Verringerung der Lösungsmittelmenge zu erreichen. Die Vorrichtung ermöglicht darüber hinaus eine wesentliche Herabsetzung der bisher üblichen Farbverkiste.
In einem Alisführungsbeispiel wurde ein mit Wasser verdünnbares Farbsystem aus einem hitzehärtbaren Acrylpolymerisat eingesetzt, das durch Neutralisierung der Carboxylgruppen mit einem organischen Amin und Vernetzung mit einem Melaminformaldehydharz in einem Verhältnis von Acrylharz zu MeI-aminformaldchyd von etwa 70 Teilen Acrylsäure zu 30 Teilen Melamin mit Wasser verdünnbar gemacht wurde. Die flüssige Überzugszusammensetzung umfaßte ferner gebräuchliche Pigmente, Füllstoffe od. dgl. sowie ein Lösungsmittel aus 80-85 Γί Wasser und 15-20% mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmitteln zur Erzielung eines Gehalts an nichtflüchtigen Stoffen von 25%. Eine Bewertung der flüssigen uberzugszusaiiimensei/.ung zeigte einen ιίομί-freien Punkt von etwa 32% an nicht-flüchtigen Stoffen. Der Gelpunkt dieser Uberzugszusammensetzung lag bei etwa 40% an nicht-flüchtigen Stoffen. Es wurden Testplatten überzogen, indem die Spritzpistole mit einer üblichen Standardspritzgeschwindigkeit von etwa 502 cm1 je Minute unter Verwendung von Sekundärluft mit einer Fließgeschwindigkeit von etwa 4,25 m' je Minute bei etwa I 10° C und einem Überdruck von etwa 0,034 bar betrieben wurde. Ein flüssiger Film von etwa 0,15-0,25 mm wurde in vier getrennten Schritten aufgebracht, wobei jeweils dazwischen eine Verweilzeit von 60 Sekunden eingehalten wurde. Das Abgabeende der Düse wurde etwa 35,5 cm von der zu überziehenden Platte entfernt gehalten. Die Atmosphäre der Spritzkabine wurde auf eine Temperatur von 25" C und eine relative Feuchtigkeit von etwa 85% eingestellt. Das wässerige Farbsystem wird im allgemeinen als geeignet für das Besprühen von Substraten bezeichnet, wenn die relative Feuchtigkeit der Atmosphäre des Farbsprühnebels im Bereich von etwa 30-60% bei Umgebungstemperaturen von etwa 18,3-32,2° C liegt. Wenn die relative Feuchtigkeit etwa 65% übersteigt, erfolgt ein unerwünschtes Heruntertropfen. Diese Schwierigkeiten wurden durch die Verwendung der erfindv.ngsgemäßen Vorrichtung unter Anwendung der vorstehend
angegebenen Bedingungen vollständig behoben, wobei einwandfrei Testplatten mit einem gleichförmigen iropfenfreien Oberflächenüberzug hergestellt werden konnten.
Die spezifischen Bedingungen, die in dem vorstehenden Beispiel Anwendung fanden, schwanken in Abhängigkeit von dem Gehalt an nicht-flüchtigen Stoffen des der Spritzpistole zugeführten mit Wasser verdünnbaren Farbsystöms. Bei einem tropffreien Punkt von etwa 32% an nicht-flüchtigen Stoffen der spezifischen Überzugszusammensetzung, clic bewertet wurde, muß zur Erzielung einer größeren Verdampfung von Wasser aus den Flüssigkeitstropfen eine um so größere Wärmemenge mit der Sekundärluft zugeführt werden, je niedriger der Gehalt an nicht-flüchtigen Stoffen in dem Überzug ist. Beispielsweise macht die flüssige Überzugszusammensetzung bei einem Gehalt an nicht-flüchtigen Stoffen von 30rr und bei einer Spritzgcrchwindigkeit von etwa 502 cm' je Minute eine Zuf 'hr von etwa 84400 J je Minute erforderlich, welche durch Sekundärluft bei einer Temperatur von etwa 35° C und einer Fallgeschwindigkeit von 7,36 m' je Minute oder durch Sekundärluft bei einer niedrigeren Fließgeschwindigkeit, jedoch einer höheren Temperatur, wie z. B. etwa 107° C bei etwa 0,85 m1 je Minute zugeführt werden kann. Ein Gehalt an nicht-flüchtigen Stoffen von 25r'r erfordert zur F:rzielung eines tropffreien Punktes auf der Plattenoberfläche eine Wärmezufuhr von etwa 295400 J je Minute, welche durch Sekundärluft bei einer Temperatur von etwa 59° C und einer Fließgeschwindigkeit von etwa 7,36 m' je Minute oder Sekundärluli bei etwa 135° C und einer Fließgeschwindigkeit von etwa 2,27 m' je Minute zugeführt werden kann. Bei einem Gehalt an nicht-flüchtigen Stoffen von nur 22,5 % sind etwa 411 450 J je Minute erforderlich, welche durch Sekundärluft bei etwa 74° C bei etwa 7,36 nr' je Minute oder bei etwa 140 C bei etwa 3.1 2 m'je Minute zugeführt weiden können. Bei dem in Fig. 1 gezeigten System wird eine Fließgeschwindigkeit von etwa 0,85 in1 je Minute (Sekundärluft bei etwa 107 C) bei einem Überdruck von nur etwa 0,00020 bar erzieh: eine Fließgeschwindigkeit von etwa 2.27 m'je Minute wird hei einem Überdruck von etwa 0.0020 bar erzielt; eine Fließgeschwindißkeit \on etwa 3,1 2 m' wird bei einem Überdruck von etwa 0,0048 bar erzielt; und eine Fließgeschwindigkeit von etwa 7.3d m' je Minute wird bei einem Überdruck von etwa 0.020 bar erzielt. Die vorstehend angegebenen Werte verdeutlichen außerdem das Verhältnis von Druck. Temperatur und Volumen der Sekundärluft, das für die Versprühung eines typischen, mit Wasser verdünnbaren Acryüacks mit einem tropffreien Punkt von etwa 32 r'r erforderlich ist.
Hierzu 1 Blatt Zeiehiumeen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Versprühen einer lösungsmittelverdünnten flüssigen Überzugszusammensetzung auf die Oberfläche eines Substrats, gemäß dem die Überzugszusammensetzung in Form eines ausgerichteten Sprühnebels aus einer Vielzahl von Flüssigkeitstropfen in Richtung auf die zu überziehende Oberfläche abgegeben und mit unter Druck stehender Sekundärluft in der Nähe des Ursprungs des Sprühnebels in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt von Umgebungsluft in den Sprühnebel durch die den Sprühnebel umgebende, in ihrem Strömungsbild regelbare Sekundärluft im wesentlichen ausgeschlossen, die Sekundärluft unter niedrigem Druck in den Sprühnebel eingeführt und die Temperatur und/oder Feuchtigkeit der eingeführten Sekundärluft ioir Erzielung einer gewünschten Verdampfung des Lösungsmittels geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühnebel durch Zerstäubung der Überzugszusammensetzung mit Luft erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugszusammensetzung und/oder die Zerstäuberluft erwärmt werden.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden jo Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssige Überzugszusammensetzung eine mit Wasser verdünnbare Farbe mit einem Üehalt an nichtflüchtigen Stoffen von etwa 25-28% abgegeben wird und daß die Temperatur und. oder Feuchtig- r> keit der eingeführten Sekundärluft so geregelt wird, daß auf der Oberfläche des Substrats ein flüssiger Film mit einem Gehalt an nichtflüchtigen Stoffen von mehr als 32% und weniger als 40% abgelagert wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Spritzpistole einschließlich einer Düse zur Abgabe der lösungsmittelverdünnten flüssigen Überzugszusammensetzung in Form eines ausgerichteten Sprühnebels aus einer Vielzahl von Flüssigkeitstropfen und einer Einrichtung zur Abgabe von unter Druck stehender Sekundärluft, so daß diese in der Nähe der Düse mit dem Sprühnebel in Kontakt tritt, sowie mit einer mit der Abgabeeinrichtung in Verbindung stehenden Vorratseinrichtung für die Sekundärluft, dadurch gekennzeichnet, daß an der Spritzpistole (10) enganliegend eine Ummantelung (32) befestigt ist, die einen ersten Wandteil (78) aufweist, der hinter dem Abgabe- v, punkt der Düse (16) angeordnet ist, und einen zweiten Wandteil (76), der sich von dem ersten Wandteil nach vorn und im Abstand zur Abgabeachse der Düse (16) rund um dieselbe erstreckt, wobei das vordere Ende des zweiten Wandteils ho (76) nach außen im Abstand vom Abgabepunkt der Düse angeordnet ist und eine Abgabeöffnung (50) für den Sprühnebel bildet, daß die Ummantelung (32) mit einer Öffnung (90) zur Einführung der Sekundärluft in das Ummantelungsinnere ver- (,5 sehen und daß eine Temperatur- und/oder Fcuchtigkeitsregelvorrichtung für die Sekundärluft in der Vorratseinrichtung derselben vorgesehen
6. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (32) Leitflächen (84, 88) zur Regelung des Strömungsbildes der eingeführten Sekundärluft umfaßt.
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