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Beschichtungsanlage Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage
mit einer zum Hindurchführen der zu beschichtenden Werkstücke bestimmten, tunnelartigen
Kabine und mit zumindest einer an eine Hochspannungsquelle angeschlossenen elektrostatischefl
Sprühpistole zur Abgabe von pulverförmigem Beschichtungsmaterial, wobei die Kabine
mit Einlaßöffnungen zum Einblasen von Spülluft und mit Auslaßöffnungen zum Absaugen
überschüssiger Luft versehen ist.
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Derartige Pulverkabinen sind im allgemeinen derart ausgebildet, daß
die Spülluft von der Kabinendecke und gegebenenfalls den Kabinenseitenwänden her
zugeführt wird und daß am Kabinenboden eine Absaugung der mit überschüssigem Pulver
beladenen Luft erfolgt.
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Die abgesaugte Luft wird dann gefiltert und das ausgefilterte Pulver
in den Pulver-Vorratsraum zurückgeführt. Bei einer anderen bekannten Pulverkabine
befindet sich am Kabinenboden ein umlaufendes Filterband, durch welches hindurch
die Luft abgesaugt wird; das sich dabei am Filterband absetzende Pulver wird durch
dieses fortlaufendaus der Kabine hinausgefördert, dort vom Band abgenommen und in
den Vorratsbehälter zurückgebracht. Allen diesen
bekannten Pulverkabinen
gemeinsam ist der Grundgedanke, das nicht am Werkstück haften bleibende Pulver möglichst
vollständig und möglichst schnell aus der Kabine zu entnehmen und einer Wiedergewinnung
zuzuführen. Dieses Herausführen des überschüssigen Pulvers aus der Kabine und Zurückführen
desselben in den Vorratsbehälter erfordert jedoch nicht nur einen beträchtlichen
konstruktiven Aufwand,sondern schafft einen Uberzündungsweg vom Inneren der Pulverkabine
zum Vorratsbehälter, was unter bestimmten Umständen zu gefährlichen Entzündungen
außerhalb der Pulverkabine, ja sogar im Vorratsbehälter führen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es,eine Beschichtungsanlage zu schaffen,
deren Pulverkabine so gestaltet ist, daß der konstruktive Aufwand erniedrigt, die
Wirtschaftlichkeit verbessert und die Sicherheit erhöht ist. Diese Aufgabe wird
durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik geht die Erfindung davon aus, daß
dasjenige Pulver, welches sich nicht sofort am Werkstück niederschlägt, in der Kabine
verbleiben soll, und zwar in Form einer sich im Kabinenzentrum zusammengehaltenen
Schwebewolke. Diese Schwebewolke soll dann zur Beschichtung des nächstfolgenden
Werkstückes beitragen. Mit anderen Worten, es soll kein Pulver die Kabinenseitenwände
und den Kabinenboden erreichen, so daß es gar nicht erforderlich ist, überschüssiges
Pulver aus der Kabine herauszubefördern. Diese im Kabinenzentrum zusammengehaltene
Schwebewolke wird nun zum einen durch die erfindungsgemäße Luftführung erreicht,
wobei die Spülluft im wesentlichen das Kabineninnere von unten nach oben durchströmt,
und darüberhinaus durch den Einsatz von Abweiselektroden, welche so geladen sind,
daß sie die
Pulverpartikel abstoßen. Erst durch die Kombination
dieser beiden - technisch gesehen völlig unterschiedlichen - Maßnahmen wird erreicht,
daß die Pulverwolke ohne die Kabinenwände zu erreichen, im Kabineninneren konzentriert
wird. Dieser dem berührungslosen Konzentrieren eines Plasmas vergleichbare Vorgang
setzt selbstverständlich eine exakte Bemessung und Verteilung der Luftströmung durch
die Düsen und des Abweisfeldes durch die Abweiselektroden voraus, jedoch haben praktische
Versuche ergeben, daß bei entsprechender Abströmung die Kabine auch nach längerem
Betrieb überraschend sauber bleibt und eine Zwischenreinigung, wenn überhaupt, nur
nach sehr langen Betriebszeiten oder bei Farbumstellungen erforderlich wird. Darüberhinaus
hat sich ergeben, daß auch die Gleichmäßigkeit der Beschichtung, insbesondere bei
sehr unregelmäßig geformten Werkstücken, verbessert wird.
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In den Unteransprüchen sind besonders zweckmäßige Ausgestaltungen
der Beschichtungsanlage gekennzeichnet. Dabei sind insbesondere die Gestaltung des
Kabinenbodens und die Verteilung der Blasdüsen sowie der Abweiselektroden von Bedeutung.
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Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 die Pulverkabine in perspektivischer Darstellung,
wobei die vordere Seitenwand weggebrochen ist, Fig. 2 in skizzenhafter Darstellung
einen Querschnitt durch die Pulverkabine von Fig. 1, Fig. 3 einen Teil der Kabinenseitenwand
in Vorderansicht (vom Kabineninneren her gesehen) Fig. 4 einen Teil der Kabinenseitenwand
in Rückansicht (von ausserhalb
der Kabine her gesehen), Fig. 5
einen Schnitt durch einen Teil der Kabinenseitenwand mit Blasdüse, und Fig. 6 einen
Schnitt durch einen Teil der Kabinenseitenwand mit Abweiselektrode.
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Die in Fig. 1 dargestellte Pulverkabine hat die äußere Gestalt eines
langgestreckten Quaders und stellt einen Tunnel zum Hindurchfördern der zu beschichtenden
Werkstücke dar. Die Kabine besteht aus einer Decke 10, aus einem Boden 11 und aus
zwei Seitenwänden 12 und 13 an den Quader-Längsseiten. Die kurzen Seitenwände der
Kabine sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel offen.
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Die Kabinenwände 10, 11, 12 und 13 sind von einem Außengehäuse umgeben,
bestehend aus der Gehäusedecke 14, dem Gehäuseboden 15 und den beiden Gehäuse-Seitenwänden
16 und 17. Zwischen den Kabinenwänden 10, 11, 12 und 13 einerseits und den Außengehäusewänden
14, 15, 16 und 17 andererseits besteht ein Hohlraum, der stirnseitig durch Abdeckungen
18 bzw. 19 abgedeckt ist.Die Kabinendecke 10 sowie die Gehäusedecke 14 sind mittig
unterteilt und lassen einen über die ganze Kabinenlänge verlaufenden Schlitz 20
frei, wobei Abdeckungen 21 und 22 für die Abdichtung des Hohlraums zwischen Kabinenwänden
und Außengehäusewänden sorgen. Der Schlitz 20 ist erforderlich, um die zu beschichtenden
Werkstücke 23 (Fig. 2) durch die Kabine hindurchführen zu können. Die Werkstücke
23 hängen - wie üblich - an Halterungsdrähten 24, die ihrerseits an einer über der
Kabine laufenden Förderkette 25 befestigt sind. Im Hohlraum zwischen Kabinendecke
10 und Gehäusedecke 14 sind in gleichmäßiger Verteilung Ventilatoren 26 untergebracht,
deren Funktion später noch erläutert werden wird. In den Seitenwänden -von Kabine
und Außengehäuse.befinden sich Vertikalschlitze 27,
durch welche
die Rohre der nicht gezeichneten Sprühpistolen hindurchgesteckt werden. Der Boden
11 der Kabine besteht aus einem schmalen, horizontal verlaufenden Mittelteil 11a
und aus zwei sich daran beidseitig anschließenden und in die Kabinenseitenwände
12, 13 übergehenden Schrägflächen 11b und 11c.
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Die Kabinendecke 10 und der Mittelteil 11a des Kabinenbodens bestehen
aus luftdurchlässigem Material, beispielsweise einem Gewebe oder einem Filtermaterial.
Die Kabinenseitenwände 12, 13 sowie die Bodenschrägflächen 11b und 11c dagegen bestehen
aus luftundurchlässigem Material, nämlich massiven Platten. Wesentlich ist, daß
alle Kabinenwände 10, 11, 12 und 13 aus dielektrischem Material gefertigt sind.
Auch die Wände 14, 15, 16 und 17 des Aussengehäuses sowie die Abdeckungen 18, 19,
21 und 22 bestehen vorzugsweise aus dielektrischem Material, jedoch ist dies -im
Gegensatz zu den Kabinenwänden- nicht unbedingt erforderlich.
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Der Aufbau der Kabinenseitenwände 12, 13 ergibt sich am besten aus
den Fig. 3, 4, 5 und 6. Die Wände 12 und 13, von denen auf den erwähnten Figuren
jeweils nur ein Tiel der Wand 12 dargestellt ist, sind mit Durchbrechungen 28 versehen,
die sich in Richtung zum Kabineninneren konisch erweitern und in die Deckel 29 mit
konischem Rand derart eingesetzt sind, daß -wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich-
Ringdüsen mit sich stark konisch erweiternder Strahlrichtung entstehen. Weiterhin
werden die Kabinenwände 12, 13 von Stiftelektroden 30 durchsetzt, deren eine Enden
gemäß Fig. 6 mit der Kabineninnenfläche fluchten und deren hinterer Bereich in Isolierscheiben
31 geführt ist. Das Rückende aller Stiftelektroden 30 ist an Leiterdrähte 32 angeschlossen,
die zu einer nicht gezeichneten Gleichspannungsquelle führen. Die Verteilung
der
Ringdüsen 28, 29 und der Nadelelektroden 30 ist den Figuren klar entnehmbar; die
Ringdüsen und Nadelelektroden befinden sich also jeweils gegeneinander versetzt
an den Knotenstellen eines gedachten Netzes, dessen Maschenweite in der Praxis vorzugsweise
zwischen 30 und 50 cm liegt.
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Die Pulverkabine arbeitet folgendermaßen. Zunächst werden die Ventilatoren
26 eingeschaltet. Diese Ventilatoren sind derart in den Hohlraum eingesetzt, daß
sie Luft durch die poröse Kabinendecke 10 hindurch ansaugen. Damit strömt also im
Kabineninnenraum Luft vertikal nach oben, wie dies in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet
ist.
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Die von den Ventilatoren 26 angesaugte Luft kann von diesen nach unten
in den Hohlraum zwischen den Kabinenseitenwänden 12, 13 und den Kabinenboden 11
einerseits und den Gehäuseseitenwänden 16, 17 in und den Gehäuseboden 18 andererseits
abgegeben werden, was/der Fig. 2 ebenfalls durch entsprechende Pfeile angegeben
ist. Ein Teil der von den Ventilatoren angesaugten Luft wird jedoch trotzdem nach
außen abgeführt, um so im Kabineninneren einen wenn auch geringen Unterdruck aufrechtzuerhalten.
Ein geringer Unterdruck im Kabineninneren ist nämlich deshalb vorteilhaft, weil
dadurch ein Austreten von Pulver, beispielsweise durch die Pistolenschlitze 27 hindurch,
vermieden wird. Die von den Ventilatoren 26 -wie erwähnt- nach unten in den Hohlraum
gedrückte Luft strömt durch die Ringschlitze 28, 29 der Seitenwände 12, 13 und der
Boden-Schrägflächen 11b und 11c sowie durch das poröse Boden-Mittelteil 11a in das
Innere der Kabine. Auch diese Strömungsvorgänge sind in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet.
Wesentlich dabei ist, daß die Strömungsrichtung dieser Blasluft vom Kabinenboden
11 her im wesentlichen nach oben gerichtet ist, von den Kabinenseitenwänden dagegen
teilweise in Richtung nach innen, teilweise in Richtung
entlang
der inneren Oberflächen der Seitenwände 12, 13.
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Durch die erwähnte Wirkung der Ventilatoren 26 mit nur teilweiser
Rückführung der Luft in die Kabine ergibt sich ein Unterdruck, der zur Folge hat,
daß auch von den offenen Kabinenwänden der Kabinenschmalseiten her eine gewisse
Luftströmung in das Kabineninnere hinein erfolgt. Es ergibt sich somit vom Kabinenboden
und von allen vier Kabinenseiten her eine Luftströmung in Richtung auf das Zentrum
des Kabineninnenraums, sowie eine Luftabströmung vom Zentrum des Kabineninnenraums
nach oben in Richtung auf die Kabinendecke. Befindet sich nun im Zentrum des Kabineninnenraums
ein zu beschichtendes Werkstück 23 und wird durch den Schlitz 27 hindurch von einer
Sprühpistole elektrostatisch aufgeladenes Pulver in Richtung auf das Werkstück gesprüht,
dann wird durch die erwähnte Luftströmung das nicht sofort am Werkstück haften bleibende
Pulver als Pulverwolke um das Werkstück 23 herum im Kabinenzentrum konzentriert.
Dabei wirkt der auf die Pulverteilchen ausgeübten Schwerkraft nicht nur die nach
oben gerichtete Luftströmung des Kabinenbodens 11 entgegen sondern auch die nach
oben gerichtete Saugströmung der Kabinendecke 10. Mit anderen Worten, durch geeignete
Bemessung und Abstimmung der Strömuhgsdrücke ist es möglich, das in der Kabine befindliche,
noch nicht am Werkstück haftende Pulver in einer Schwebewolke im Kabinenzentrum
zu halten, ohne daß Pulverteilchen nach unten auf den Boden 11 absinken, nach der
Seite zu den Seitenwänden 12, 13 gelangen oder nach oben gegen die Decke 10 gesaugt
werden können.
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In der Praxis ist jedoch das erwähnte Festhalten der Pulverwolke im
Kabinenzentrum allein durch die Blas- und Saugströme nicht hundertprozentig erreichbar.
Aus diesem Grund sind bei der Erfindung noch weitere Maßnahmen vorgesehen, die eine
Niederschlagung von
freiem Pulver an den Kabinenwänden unterstützen.
Die Niederschlagung an den Seitenwänden 12, 13 und den Boden-Schrägflächen lib,
11c wird durch die Abweiselektroden 30 verhindert. Diese Abweiselektroden liegen
nämlich über den Leitungsdrãhts 32 an einer Gleichspannung, welche dieselbe Polarität
aufweist wie sie den Pulverteilchen durch die Ladeelektrode der Sprühpistole aufgeprägt
wird. Damit aber werden die Pulverteilchen durch die Abweiselektroden gleicher Polarität
abgestoßen. Versuche haben ergeben, daß es dabei genügt, wenn die Abweiselektroden
30 in Abständen von 30 bis 50 cm angeordnet sind; offenbar ergibt sich nämlich durch
diese Abweiselektroden auf der inneren Oberfläche der Seitenwände ein Oberflächenpotential,
das sicherstellt, daß auch in den Bereichen zwischen den Elektroden 30 eine Niederschlagung
von Pulver vermieden wird. Andererseits jedoch ist es so, daß es im allgemeinen
nicht genügt, die Seitenwände nur mit Abweiselektroden 30 zu versehen und die Blasluftdüsen
28, 29 wegzulassen; hier können nämlich dann trotzdem Pulverniederschlagungen auftreten,
vermutlich infolge kaum beeinflußbarer Ladungsumkehrungen der Pulverteilchen. Der
Boden-Mittelteil 11a könnte zwar ähnlich ausgebildet werden wie die Boden-Schrägflächen
1lb, 11c und die Seitenwände 12, 13, jedoch ist die vorgeschlagene Verwendung eines
Gewebes als Mittelteil 11a zweckmäßiger, weil dieser bezüg-Teil lich einer Pulverablagerung
gefährdetsteJder Kabine damit eine stärkere Blasluftströmung aufweist und darüberhinaus
erforderlichenfalls auch leichter zu ersetzen oder manuell zu reinigen ist.
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Eine derartige Erfordernis kann insbesondere dann auftreten, wenn
Farbumstellungen vorgenommen werden, also beispielsweise anschließend an ein Beschichten
mit weißem Pulver ein Beschichten mit schwarzem Pulver erfolgen soll. Die Decke
10 schließlich kann -wie schon erwähnt- ebenfalls aus einem Gewebe oder einem
anderen
porösen Material bestehen. Wird nun, wie oben beschrieben worden ist, die Saugluft
von den Ventilatoren 26 wieder in die Kabine zurückgedrückt, dann ist es vorteilhaft,
die Kabinendekke als Filter auszubilden und zusätzlich in den Saugeinlaß der Ventilatoren
26 Feinfilter einzusetzen. Eventuell kann die Decke 10 auch als umlaufender Bandfilter
ausgebildet werden. Jedenfalls ist dafür Sorge zu tragen, daß die von den Ventilatoren
26 wieder zurück in die Kabine gedrückte Luft frei von Pulverteilchen ist, weil
sonst die Gefahr einer Verstopfung der Blasdüsen besteht.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt. So ist es insbesondere in vielen Fällen zweckmäßiger, die von den Ventilatoren
26 angesaugte Luft vollständig nach außen abzuführen und für die Blasluft zusätzliche
Ventilatoren vorzusehen, welche Luft von außen ansaugen. Damit wird zwar der Energiebedarf
größer, jedoch ergeben sich keine Schwierigkeiten bezüglich der Filterung der Umluft.
Weiterhin können Zahl, Gestalt (Schlitzdüsen) und geometrische Anordnung der Blasdüsen
und der Abweiselektroden zahlreiche Abwandlungen erfahren, je nach dem speziellen
Anwendungsfall der Praxis. Auch die Strömungsdrücke der Luft und die Höhe der an
die Abweiselektroden zu legenden Spannung sind in weiten Grenzen veränderbar. Für
die Strömungsdrücke ist lediglich wesentlich, daß im Kabineninnenraum ein geringer
Unterdruck aufrechterhalten bleibt, während bezüglich der Spannungshöhe der Abweiselektroden
lediglich zu sagen ist, daß diese im allgemeinen wesentlich anders sein kann als
die Spannung, welche für die Speisung der Ladeelektrode der Sprühpistole erforderlich
ist. Schließlich können auch noch besondere Maßnahmen an den im Ausführungsbeispiel
offenen Schmalseiten der Kabine getroffen werden. Diese Schmalseiten können durch
geteilte Vorhänge
abgedeckt werden oder mit Ausschnitten versehene
Wände sein, die ähnlich gestaltet sind wie die Seitenwände 12, 13 der Kabine Die
Notwendigkeit solcher Maßnahme für die Schmalseiten der Kabine, anders ausgedrückt
für den Tunneleingang und -ausgang, hängt insbesondere von der Länge der Kabine
ab. Selbstverständlich sind auch zahlreiche Möglichkeiten für die elektrische Verbindung
der Abweiselektroden denkbar, etwa auch die Anbringung gedruckter Leiter an der
äußeren Oberfläche der Kabinenwände.