DE3001931C2 - Verfahren zum Pulverbeschichten von Werkstücken - Google Patents

Description

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D'e Erfindung betriff! ein Verfahren zum Pulverbeschichten von Werkstücken, wobei aufeinanderfolgend Sprühpulver für eine erste und eine zweite Pulverschicht mittels eines elektrostatischen Feldes, das beim Übergang von einem Auftragsvorgang zum nächsten umgepolt wird, zum Werkstück geführt, auf dessen Oberfläche anhaftend niedergeschlagen und dort angeschmolzen wird.

Zum Beschichten mit dem bekannten Verfahren werden Pulverteilchen aus verschiedenen organischen Kunststoffen eingesetzt, die — meist mittels einer Sprühpistole — in ein elektrostatisches Hochspannungsfeld eingesprüht werden, das durchweg von einer ^ im Zerstäubungsbereich vorgesehenen Elektrode zum geerdeten Werkstück verläuft. In der Regel wird das Pulver dabei in einem Fördergasstrom durch ein Sprührohr zugefühn und beim Austritt aus dem Sprührohr durch Ablenken und Entspannen der Luft versprüht, wobei das elektrostatische Feld von einer oder mehreren Aufladeelektroden ausgeht, die Spannungen bis über 60 000 Volt führen können. Außenelektroden für die Außenaufladung sind außerhalb des Sprührohres im Bereich der Zerstäubungsstelle angebracht, Innenelektroden für die Innenaufladung rückseitig von der Sprühstelle im oder am Sprührohr.

In einem Forschungsbericht von Adolf Mandel der Robert Bosch GmbH betreffend »Untersuchung und Festlegung der Eigenschaften elektrostatischer Beschichtungspulver« ist festgehalten, daß die Aufladung der Pulverteilchen in zwei Stufen erfolgt:

a) Flugaufladung während des Fluges durch das elektrostatische Feld (ca. 10 bis 20% der Sättigungsladung).

b) Nachladung während des Verweilens der bereits auf dem Werkstück niedergeschlagenen Teilchen (80 bis 90% der Sättigungsladung).

Diese Nachladung der Teilchen auf dem Werkstück führt dazu, daß während der Beschichtung bei steigender Schichtdicke das sich um diese Schicht herum aufbauende elektrische gleichpolige Feld so stark wird, daß sich eine »Gegencorona« aufbaut, die schließlich zum »Rücksprühen« führt, was letztendlich die erreichbare Schichtdicke begrenzt, die u. a. durch die Art des verwendeten Pulvers beeinflußt ist. Durch dieses »Rücksprühen«, d. h. Abweisen neu aufgesprühter Pulverteilchen, wird eine Vergleichmäßigung der Schichtdicke auch dann erzielt, wenn das Pulver örtlich unterschiedlich dick aufgetragen wird. Dies begünstigt die Aromatisation des Beschichtungsverfahrens und ermöglicht es, statt versierter Farbspritzer angelernte Arbeitskräfte einzusetzen. Andererseits ist es wegen des Rücksprühvorganges nicht möglich, beliebig große Schichtdicken aufzutragen.

Je kleiner die Nachladung ist, umso später tritt ein Rücksprühen auf und um so größere Schichtdicken lassen sich erreichen. Ein Mittel ist die Innenaufladung und ein anderes ein geerdetes Gitter, das zwischen Sprühstelle und Werkstück angebracht wird.

In der US-PS 33 23 934 ist bereits ein Verfahren beschrieben, bei welchem Werkstücke hintereinander durch mehrere Sprühstationen hindurchgefahren werden, in welchen sie aufeinanderfolgend von Pulversprühpistolen besprüht werden, die abwechselnd jeweils entgegengesetzt gepolt sind. Begonnen wird dabei in einem elektrostatischen Feld mit negativer Feldspannung. Auf diese Weise wird zunächst das Werkstück negativ aufgeladen, und diese negative Spannung wird im elektrostatischen Feld der folgenden Beschichtungsstation zunächst einmal verringert, bevor das Werkstück eine positive Spannung annimmt. Das Pulver wird dort erst angeschmolzen, nachdem mehrere Schichten übereinander aufgetragen sind, was außergewöhnlich große Bcschichuingsstärken ermöglicht.

Die Erfindung verfolgt nun die Aufgabe, das eingangs definierte Verfahren so weiterzubilden, daß sich durch die Kombination der übereinandergelagerten und gleichzeitig eingeschmolzenen Pulverschichten bestimmte Sch;ittierungseffekte, bildliche Muster u.dgl. erzielen lassen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß darin gesehen, daß die zweite Pulverschicht in anderer Tönung und/oder Farbe als die erste Schicht mittels

eines Aufladesystems mit Außenaufladung auf einen begrenzten Teil der von der ersten Pulverschicht zu bedeckenden Werkstückoberfläche aufgetragen wird. Wie Versuche mit anderen Aufladesystemen, insbesondere auch mit Innenaufladung, ergeben haben, konnte nur mit Außenaufladung die notwendige scharfe Abgrenzung zwischen den unterschiedlich beschaffenen Schichten erreicht werden. Mit anderen Aufladesystemen haben sich recht unkontrollierte und z.T. undefinierbare Übergänge ergeben, wie sie selbst für einfache Schattierungseffekte nicht brauchbar sind. Dagegen lassen sich mit Außenaufladung nicht nur verhältnismäßig scharfe Abgrenzungen, sondern auch fließende Übergänge erreichen, wenn man die zweite Farbschicht zu ihrem Rand hin gleichmäßig ausdünnt.

Durch die DE-AS 26 53 219 ist es zwar schon bekannt, mehrere Schichten aus Pulver untei schiedlicher LSeschaffenheit und unterschiedlicher Farbe elektrostatisch übereinander aufzutragen. Dabei geht es jedoch nur darum, für die Grundschicht verunreinigtes Pulver einsetzen zu können. Es wird weder umgepoit, noch wird der Art des Aufladesystems irgendwelche Bedeutung beigemessen, und es wird auch keine der beiden Schichten auf eine nur begrenzte Fläche aufgetragen.

In der Regel sollte die zweite Pulverschicht als Außenschicht über einer ganzflächigen Grundschicht aufgebracht werden. Es kann aber auch angebracht sein, über der zweiten Pulverschicht eine Pulverdeckschicht aus durchsichtigem oder durchscheinendem Werkstoff aufzubringen.

Die einzelnen Schichten lassen sich nach Belieben mit gleicher oder unterschiedlicher Dicke auftragen. Normalerweise kommt man zwar mit zwei einzelnen Schichten aus, aber es können deren durchaus mehr sein. Im Prinzip ist es sogar möglich auf diese Weise in sich stabile und formbeständige Schichtkörper zu schaffen, die lediglich auf einer dünnen Trägerhaut aufgebracht bzw. vor oder nach dem Brennen von ihrer Trägerfläche gelöst werden.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, das Pulver für die zweite Pulverschicht mittels einer Nadelelektrode aufzuladen, die eine schärfere Ausrichtung des elektrostatischen Feldes und damit eine bessere Bündelung des Sprühstrahles zum Nachzeichnen von Konturen ermöglicht und zu einer weiteren Verbesserung des Auftragswirkungsgrades führt.

Zweckmäßigerweise werden aufeinanderfolgend ein Aufladesystem mit Außenaufladung und ein solches mit Innenaufladung oder mit einem zwischen Sprühelektrode und Werkstück eingeschalteten geerdeten Gitter zur Anwendung gebracht. Der sich sonst einstellende schlechtere Auftragswirkungsgrad der beiden letztge- _ nannten Verfahren wird dabei durch die Umkehrpolung' wesentlich verbessert.

Anstatt nun einen einzigen Hochspannungserzeuger umzupolen, wird wirtschaftlicher das Werkstück an mehreren in seiner Förderrichtung hintereinander angeordneten Auftragsvorrichtungen mit jeweils entgegengesetzt gepolten elektrostatischen Feldern entlanggeführt. Dies kann in der gleichen Kabine erfolgen, sofern hinreichend Abstand ist, damit sich die elektrischen Felder nicht stören. Man kann aber auch eine Förderbahn durch mehrere aneinanderstehende oder wiederum auf Zwischenabstand gehaltene Kabinen hindurchführen.

Beispiel

Als Probe wurde ein quadratisches Stahlblech mit 2 mm Dicke und einer Fläche 400 mal 400 mm lotrecht aufgehängt und aus einem Abstand von ca. 25 cm mit einer von Hand geführten Pulver-Sprühpistole be-

'" sprüht. Die Pistole hatte einen lösbar angebauten Becher, in den 40 g weißes Epoxy-Harz-Pulver mit geringem Fein- und Grobanteil eingefüllt wurden. Die Sprühdüse war so beschaffen, daß das Pulver beim Austritt aus dem Sprührohr durch einen Prallkegel '«.radial abgelenkt und dann durch eine außen liegende Konusfläche teilweise wieder zurückgeführt wurde, während die Förderluft größtenteils nach außen entwich. Als Sprühelektrode wurde eine aus dem Prallkegel nach vorne herausgeführte Nadelelektrode

-'" eingesetzt, die an einen Hochspannungsgenerator mit 60 000 Volt negativer Spannung angeschlossen war.

Die Pistole wurde nach Sprühbeginn hin- und hergehend von oben nach unten und anschließend mit Abstand am Rand der Platte entlanggeführt. Nach ca. 5 s

-' war die Probenoberfläche soweit bedeckt, daß mit dem bloßen Auge keine Farbunregelmäßigkeiten mehr wahrgenommen werden konnten. Bis dahin ist der weitaus größte Teil des angesprühten Pulvers (schätzungsweise 90 bis 95%) auf dem Werkstück niederge-

"' schlagen worden. Dieser Niederschlag-Wirkungsgrad verschlechterte sich jedoch Zusehens, wie sich anhand der niedergefallenen Menge Sprühpulver feststellen ließ, bis nach 15 bis 16 s ein ständig größer werdender Anteil des auf das Werkstück aufgebrachten Pulvers von diesem wieder abfiel. Daraufhin wurde der erste Sprühvorgang beendet.

Sodann wurde der Hochspannungserzeuger umgepolt und die Sprühelektrode an +60 000VoIt angeschlossen. In den Becher wurden 25 g rotes Epoxy-Harz-Pulver der gleichen Beschaffenheit wie beim ersten Sprühvorgang eingefüllt. Die Pistole wurde dann mit einem Abstand von 18 cm auf einen Punkt gerichtet, der von zwei Seitenkanten der Probe einen Abstand von 5 cm hatte. Daraufhin wurde die eingefüllte Pulvermen-

ge versprüht.

Trotz der exzentrischen Anordnung wurde fast der ganze Anteil des Pulvers auf der Probe niedergeschlagen. Von der besprühten Ecke nahm jedoch die Niederschlagsstärke vor allem zur diagonal gegenüber-

liegenden Ecke ständig ab, wobei sich eine kreisbogenförmige Übergangszone ergab, in der zwischen einem Radius von 27 bis 31 cm der Farbton vom noch dichten Rot zum nahezu reinen Weiß überging. Diese Farbverteilung und -abgrenzung blieb auch nach dem

Brennen erhalten, wobei sich lediglich die Rot-Tönung etwas geändert hat.

Die zweischichtige Beschichtung wurde anschließend bei 200°C über 15 min im Ofen eingebrannt und die Oberfläche überprüft. Die beiden Schichten stellten sich

dabei als eine einzige dar, die sich außergewöhnlich glatt und gleichmäßig darbot.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Pulverbeschichten von Werkstücken, wobei aufei .anderfolgend Sprühpulver für eine erste und eine zweite Pulverschicht mittels "· eines elektrostatischen Feldes, das beim Übergang von einem Auftragsvorgang zum nächsten umgepolt wird, zum Werkstück geführt, auf dessen Oberfläche anhaftend niedergeschlagen und dort angeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß w die zweite Pulverschicht in anderer Tönung und/ oder Farbe als die erste Schicht mittels eines Aufladesystems mit Außenaufladung auf einen begrenzten Teil der von der ersten Pulverschicht zu bedeckenden Werkstückoberfläche aufgetragen ·5 wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Pulverschicht als Außenschichi über einer ganzflächigen Grundschicht aufgebracht wird. -"

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über der zweiten Pulverschicht eine Pulverdeckschicht aus durchsichtigem oder durchscheinendem Werkstoff aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch -5 gekennzeichnet, daß das Pulver für die zweite Pulverschicht mittels einer Nadelektrode aufgeladen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Schichten aufeinan- ^!l> derfolgend mittels Außenaufladung aufgetragen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten mittels Aufladesystemen mit unterschiedlicher ^ir> Elektrodenanordnung und/oder Feldlinienführung aufgetragen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufladesystem mit Innenaufladung oder mit einem zwischen Sprühelektrode und Werkstück eingeschalteten geerdeten Gitter zur Anwendung gebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück an mehreren in seiner Förderrichtung hintereinander angeordneten Auftragsvorrichtungen mit jeweils entgegengesetzt gepolten elektrostatischen Feldern entlanggeführt wird.