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Verfahren und Vorrichtung zum Sprüh-
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beschichten von Gegenständen mit Pulver Die Erfindung betrifft ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Sprühbeschichten von Gegenständen nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 b2w.des Patentanspruches 5.
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Die DE-AS 27 04 501 zeigt eine Vorrichtung zum Sprühbeschichten von
Gegenständen mit Pulver, deren Sprühkopf eine schlitzartige Düse zum Zerstäuben
des Pulvers aufweist. Dabei entstehen große Probleme zur Erzielung einer gleichförmigen
Pulververteilung über die gesamte Düsenbreite.
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Zur Aufteilung des Pulvers auf die gesamte Düsenbreite sind in der
Düse eine Vielzahl von
Elementen mit Prallflächen zum Abbremsen
der Pulverteilchen vorgesehen. Die aufprallenden Pulverteilchen sintern jedoch an
den Prallflächen fest und führen dadurch zu einer fortschreitenden Verengung ser
Düsenöffnung.Sich in der Düse ablagerndes Pulver führt auch zu ungleichmäßigen Konzentrationen
an Pulver in dem zerstäubten Sprühstrahl. Die bekannte Vorrichtung ist deshalb nur
für geringe Pulverdurchflußmengen geeignet.Durch die längliche Form der Düsenaustrittsöffnung
für das Pulver ergibt sich jedoch ein breiter Pulversprühstrahl, mit dem eine verhältnismäßig
große Fläche beschichtet werden kann.Das Pulver kann mit Hochspannung elektrostatisch
aufgeladen werden und haftet dann von Anfang an verhältnismäßig gut an dem zu beschichtenden
Gegenstand. Die Pulverschicht wird anschließend auf dem Gegenstand zum Schmelzen
gebracht und haftet dann fest auf dem Gegenstand.
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Die GB-PS 488 192 zeigt ebenfalls eine Sprühbebeschichtungsvorrichtung
zum breitflächigen und damit verhältnismäßig schnellen Beschichten der Innenwand
von rohrförmigen Körpern.Ein einziger Zufuhrkanal für das Pulver endet an der Stirnfläche
einer Stellschraube. Senkrecht zur Zufuhrkanalachse sind eine Vielzahl von Bohrungen
gebildet, welche als Austrittsöffnungen zum Versprühen des Pulvers dienen.
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Die Austrittsöffnungen sind von einer Spiralfeder teilweise abgedeckt,
deren Steigung mit der Stellschraube veränderbar ist. An der den Zufuhrkanal verschließenden
Stirnfläche der Stellschraube kann sich Pulver ablagern und teilweise sogar aufsintern.
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Aus der -DE-AS 2 914 960 ist es bekannt, mit einer Sprühbeschichtungsvorrichtung,
die zwei qetrennte Austrittsöffnungen zum Zerstäuben von Pulver hat, verschiedene
Bereiche der Innenwand von rohrförmigen Körpern verschieden stark mit Pulver zu
beschichten.
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Eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen von Pulver, damit
es besser an dem zu beschichtenden Gegenstand haftet, ist aus der DE-PS 2 030 388
bekannt.
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Ferner ist es in der Praxis bekannt, den zu beschichtenden Gegenstand
bereits vor dem Beschichtungsvorgang auf die Schmelztemperatur des Beschichtungspulvers
zu erwärmen, so daß das auf den Gegenstand auftreffende Pulver im wesentlichen sofort
auf den Gegenstand aufschmilzt und fest an diesem haftet.
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Auch ist es in der Praxis bekannt, das zerstäubte Pulver noch im Flug
im wesentlichen auf die Schmelztemperatur zu erwärmen, so daß es dann ebenfalls
beim Auftreffen auf den zu beschichtenden Gegenstand verhältnismäßig fest an diesem
haftet.
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Aus den DE-OS 2 854 639 und der US-PS 4 171 096 ist es beim Beschichten
von Gegenständen mit flüssigem Beschichtungsmaterial bekannt, den Sprühstrahl durch
einen kegelformigen Gasmantel zu umgeben, um die Streuwirkung des Sprühstrahles
zu begrenzen und verhältnismäßig scharfrandig begrenzte Beschichtungsbereiche zu
erzielen.
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Flüssiges Beschichtungsmaterial verhält sich jedoch beim Beschichtungsvorgang
anders als pulverförmiges Beschichtungsmaterial. Pulverförmiges Beschichtungsmaterial
wird im folgenden einfach als Pulver bezeichnet. Während flüssiges Beschichtungsmaterial
eine kleinere Streuwirkung hat und im wesentlichen sofort auf dem zu beschichtenden
Gegenstand
haftet, hat Pulver eine größere Streuwirkung und die Pulverteilchen prallen an dem
zu beschichtenden Gegenstand leicht ab.Zerstäubtes Pulver kann, noch bevor es auf
den zu beschichtenden Gegenstand auftrifft, durch Erwärmen haftfähig oder ganz verflüssigt
werden. Viele Pulver haben jedoch die Eigenschaft, daß sie sofort nach der Verflüssigung
wieder mit der Aushärtung beginnen, auch wenn die Temperatur über dem Schmelzpunkt
liegt. Deshalb muß solches nach dem Versprühen im Flug erwärmtes Pulver sofort auf
die zu beschichtende Fläche gebracht werden, und jede Streuwirkung muß vermieden
werden, weil sonst die Pulverteilchen teilweise wieder aushärten, bevor sie auf
die zu beschichtende Fläche gelangen. Zu spät auftreffende oder abgeprallte Pulverteilchen,
die wieder auf die Fläche zurückfallen, geben der Fläche ein unschönes rauhes Aussehen.
Hinzu kommt, daß nicht in allen Beschichtungsfällen genügend Platz für eine Heizquelle
zwischen Sprühbeschichtungsvorrichtung und zu beschichtendem Gegenstand vorhanden
ist, oder Teile der Anlage die Wärme nicht vertragen.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Beschichtungsgeschwindigkeit
zu erhöhen, ohne daß andere Nachteile auftreten, insbesondere beim Beschichten von
engen rohrförmigen Körpern. Dabei soll die Beschichtung ausreichend dick und gleichförmig
sein. Das zur Beschichtung dienende pulverförmige Material
soll
in großer Menge versprüht werden können, ohne daß ungleichmäßige Pulverkonzentrationen
auf dem zu beschichtenden Gegenstand auftreten, ohne daß Pulverteilchen durch Zerstäubungs-Streuwirkung
oder Abprallen vom Gegenstand verloren gehen und ohne daß solche Pulverteilchen
die zu beschichtende Oberfläche körnchenartig rauh machen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Durch den Gasvorhang kann die relative Geschwindigkeit zwischen dem
Sprühkopf und dem zu beschichtenden Gegenstand wesentlich erhöht werden. Der Gasvorhang
verhindert, daß der Gegenstand Pulverteilchen aufwirbelt und über den Bereich des
wolkenartigen Pulversprühstrahles hinaus mitreißt. Er treibt in kurzer Zeit in ihn
gelangende Pulverteilchen auf die Beschichtungsfläche. Dadurch wird verhindert,
daß Pulverteilchen verloren gehen oder sich auf einem bereits beschichteten Flächenbereich
ablagern und dort auf der Beschichtung körnchenartig die Beschichtung aufrauhen,
weil sie wegen zu spätem Auftreffen nicht vollständig in die Beschichtung einschmelzen.
Eine höhere Beschichtungsgeschwindigkeit erfordert auch die Zerstäubung einer größeren
Pulvermenge in kurzer Zeit.Wenn der Sprühkopf klein sein muß, beispielsweise beim
Beschichten des Inneren von engen Rohren, ergeben sich jedoch die anfangs genannten
Schwierigkeiten, weil die Umlenkung von Pulver, insbesondere von Pulver-Förderluft-Gemischen,
bei den bekannten Vorrichtungen zu ungleichen Pulverkonzentrationen, über den Strömungsquerschnitt
des Pulversprühstrahles gesehen, führt. Größere Pulvermengen können ohne diese Nachteile
versprüht werden, wenn der Pulversprühstrahl entsprechend den Unteransprüchen aus
einer Vielzahl von einzelnen regulierbaren, prallfrei
geführten
Pulverströmen gebildet wird. Dabei ergeben sich auch bei sehr hohen Beschichtungsgeschwindigkeiten
gleichförmige Beschichtungen.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden mit Bezug
auf die Zeichnungen als Beispiele beschrieben. Es zeigen Fig.1 eine erfindungsgemäße
Sprühbeschichtungsvorrichtung in einem im Längsschnitt dargestellten rohrförmigen
Körper, wobei die Zeichnung wegen Platzmangel axial verkleinert und radial vergrößert
dargestellt ist, Fig.2 eine stirnseitige Ansicht in Richtung des Pfeiles II in Fig.1
gesehen, Fig.3 eine abgebrochen gezeigte Ansicht auf die zur Zerstäubung des Pulvers
dienenden Austrittsöffnungen eines Sprühkopfes der Sprühbeschichtungsvorrichtung,
Fig.4 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform mit einem durch ein Rohrbündel
gebildeten Sprühkopf' Fig.5 eine andere Ausführungsform zum Beschichten von größeren
Außenflächen von Gegenständen, Fig.6 eine stirnseitige Ansicht in Richtung des Pfeiles
VI in Fig.5 gesehen.
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In den Figuren der Zeichnungen sind einander funktionsmäßig entsprechende
Teile jeweils mit gleichen Bezugszahlen versehen.
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Die in Figur 1 gezeigte Sprühbeschichtungsvorrichtung beinhaltet einen
Sprühkopf 1, dessen Pulver-Zufuhrleitungen 2 Ventile 3 zur stufenlosen Einstellung
der Pulver-Durchflußmenge enthalten und an Versorungsleitungen 4 eines Pulverbehälters
5 angeschlossen sind. Die Zufuhrleitungen 2 haben im Sprühkopf 1 um ungefähr 900
bogenförmig verlaufende Endabschnitte 6 mit düsenartigen Austrittsöffnungen 7 zum
Versprühen des Pulvers. Die bogenförmigen Endabschnitte 6 können durch eingefügte
Schlauchleitungen 8 ausgekleidet werden. Eine solche
schlauchförmige
Auskleidung 8 hat eine glattere Innenwand als ein beispielsweise durch Bohren oder
Fräßen hergestellter Leitungskanal. Je glatter die Innenwand der Zufuhrleitungen
2 ist, desto günstiger ist der Strömungszustand des Pulvers beim Austritt aus den
Austrittsöffnungen 7. Zwischen den Austrittsöffnungen 7 befinden sich jeweils Elektroden
9 zum elektrostatischen Aufladen des Pulvers.
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Hinter den Austrittsöffnungen 7 zum Versprühen des Pulvers befindet
sich am Sprühkopf 1 eine Einrichtung 11 zur Erzeugung eines Gasvorhanges 12, der
die Ausbreitung von zerstäubten Pulverteilchen in Richtung der Relativbewegung des
zu beschichtenden Gegenstandes verhindert und in ihn gelangende zerstäubte Pulverteilchen
gegen den zu beschichtenden Gegenstand treibt. Eine Gasquelle 13 speist über ein
stufenlos einstellbares Ventil 14 eine durch den Sprühkopf 1 hindurchführende Gasleitung
15.
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Diese führt zu düsenartigen Auslaßöffnungen 16 und 17, über welche
das zur Erzeugung des Gasvorhanges dienende Gas abgegeben wird. Als Gas dient normalerweise
Luft.
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Bevorzugt besteht jedoch der Gasvorhang aus inertem Gas.
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Dies vermeidet Reaktionen mit dem Pulver, insbesondere Explosionen.
Die Gasauslaßöffnungen 16 sind ungefähr rechtwinkelig zu den Pulver-Austrittsöffnungen
7 angeordnet, während die Gasauslaßöffnugen 17 in gleicher Richtung wie die Austrittsöffnungen
7 ausmündet.
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Der Sprühkopf 1 befindet sich in einem rohrförmigen Körper 21, dessen
innere Mantelwand beschichtet wird. Der rohrförmige Körper 21
wird
dadurch hergestellt, daß mehrere Metallbänder 22 über eine Wickelhülse 23 unter
Bildung eines Rohres miteinander verbunden werden. Dabei dreht sich das Rohr 21
mit hoher Geschwindigkeit um seine Rohrachse 24 und relativ zum Sprühkopf auch mit
hoher Geschwindigkeit in axialer Richtung 25. Der Sprühkopf 1 ist ortsfest angeordnet,
durch die axiale Bewegung 25 des rohrförmigen Körpers 21 hat er jedoch eine relative
axiale Bewegungsrichtung 26.
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Wie insbesondere Figur 2 zeigt, befinden sich alle Gasauslaßöffnungen
16 und 17 radial außerhalb der Drehachse 24 des rohrförmigen Körpers 21. Dadurch
rotiert der Gasvorhang 12 innerhalb des im wesentlichen kreisrunden Rohrkörpers
21 zyklonartig in Drehrichtung 27, so daß in den Gasvorhang 12 gelangende Pulverteilchen
nicht mit hoher Fluggeschwindigkeit, sondern mit einer tangentialen Bewegungskomponente
und damit mit verringerter Fluggeschwindigkeit gegen den rohrförmigen Körper 21
getrieben werden. Die Drehrichtung 28 des rohrförmigen Körpers 21 entspricht der
Drehrichtung 27 des Gasvorhanges 12, so daß die Relativgeschwindigkeit zwischen
dem Rohrkörper 21 und den auftreffenden Pulverteilchen verhältnismäßig klein ist.
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Damit wird ein Abprallen am Rohrkörper 21 verhindert, obwohl die Pulverteilchen
verhältnismäßig schnell innerhalb des Gasvorhanges zum Rohrkörper 21 gebracht werden.
Die Pulver-Einzelsprühstrahlen 29 der Austrittsöffnungen 7 liegen so eng beieinander,
daß sie sich zu einem wolkenartigen Gesamtsprühstrahl 30 mit homogener Pulververteilung
vereinigen. Durch den Gasvorhang 12 wird auch bei sehr hohen Bewegungsgeschwindigkeiten
des Rohrkörpers
21 verhindert, daß Pulverteilchen aus dem Gesamtsprühstrahl
30 im Rohrkörper 21 mitgerissen und verwirbelt werden, anstatt sich auf der Innenwand
abzusetzen.
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Die Herstellung des Sprühkopfes 1 wird wesentlich vereinfacht, wenn
er aus einem mehrteiligen Materialblock besteht und die Pulverzufuhrleitungen 2,
vorzugsweise auch die Gaszufuhrleitung 15, in den Grenzflächen 33 zwischen den einzelnen
Blockteilen 34,35,36 und 37 gebildet sind. Die Grenzflächen 33 liegen in den Ebenen
der bogenförmigen Leitungsendabschnitte 6. Dadurch können die Leitungen in die Grenzflächen
eingefräßt werden. Bei der Herstellung des Sprühkopf es im Gießverfahren, beispielsweise
unter Verwendung von Kunststoff, können die einzelnen Leitungen in Form von Nuten
in den Grenzflächen 33 gebildet werden.
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Die ständige und kontinuierliche Regulierbarkeit jedes einzelnen Pulverstrahles
29 durch die Ventile 3 ist besonders wichtig. Ebenfalls wichtig ist, daß die Endabschnitte
6 kontinuierlich bogenförmig verlaufen und keine Prallflächen für das hindurchströmende
Pulver bilden. Das Pulver wird normalerweise durch Förderluft transportiert. Die
Wichtigkeit dieser Merkmale ergibt sich dadurch, weil es besonders schwierig ist,
Luft und mitgeführtes Pulver auf verhältnismäßig kleinem Raum und damit verhältnismäßig
scharfkantig um 900 abzulenken und gleichzeitig an den Austrittsöffnungen eine gleichmäßig
verteilte Materialkonzentration an Luft und Pulver zu erhalten. Das mit der Luft
mitgeführte
Pulver hat infolge seines spezifischen Gewichtes ein wesentlich größeres Trägheitsmoment
und ist dadurch noch schwerer umzuleiten als die Luft.
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Damit die Pulverteilchen durch den Gasvorhang 12 nicht von dem zu
beschichtenden Gegenstand 21 weggeblasen werden, müssen besondere Vorkehrungen getroffen
werden, daß die Pulverteilchen sofort beim Auftreffen an dem Gegenstand 21 haften
bleiben. Dazu sind bei der Ausführungsform nach Figur 1 zwei Maßnahmen getroffen.
Einerseits wird durch elektrostatisch aufgeladenen Elektroden 9 und eine Erdungsvorrichtung
41 das Pulver elektrostatisch stark aufgeladen und dadurch von dem Gegenstand 21
angezogen. Ferner ist eine Heizvorrichtung 42 zur Erwärmung des Rohrköpers 21 auf
die Schmelztemperatur des Pulvers vorgesehen.
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Bei der in Fig.4 gezeigten weiteren Ausführungsform enthält der Sprühkopf
51 ein Bündel von Rohren 52 und 53. Die Rohre 52 dienen zur Pulverzerstäubung und
entsprechen den Leitungen 2 von Fig.1. Das Rohr 53 dient zur Gaszufuhr zur Bildung
des Gasvorhanges 12 und entspricht der Gasleitung 15 von Fig.1 Die Leitungen 52
und 53 werden von einem Gehäuseteil 54 zusammengehalten.
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Dieses trägt auch eine Heizeinrichtung 55 zur Erwärmung des zerstäubten
Pulvers 29 und 30 auf dessen Schmelztemperatur. Bei der Heizeinrichtung 55 kann
es sich um einen Wärmestrahler oder um eine Vorrichtung zur Abgabe einer Gasflamme
handeln.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.4 können in den Pulverzufuhrleitungen52
Regelventile 3 entfallen,
wenn in der dargestellten Weise an sich
bekannte Injektoren 56 verwendet werden. Eine Gasquelle 57 liefert über ein stufenlos
einstellbares Steuer-oder Regelventil 58 Förderluft in den Injektor 56.
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Die Förderluft entzieht durch Injektor- bzw.
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Diffusorwirkung in an sich bekannter Weise dem Behälter 5 Pulver.
Die entzogene Pulvermenge ist von der Stärke der Förderluft abhängig. Eine Feinregulierung
kann dadurch erzielt werden, daß in ebenfalls an sich bekannter Weise von einer
Druckgasquelle 59 über ein stufenlos regelbares Steuer- oder Regelventil 60 Steuergas
in den Unterdruckbereich des Injektors gegeben wird.Dadurch ist es möglich, die
in jeder Leitung 52 geförderte Pulvermenge durch Einstellung an den Ventilen 58
und 60 stufenlos äußerst fein auf gewünschte Werte einzustellen.
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Bei der weiteren Ausführungsform nach der Erfindung entsprechend den
Figuren 5 und 6 wird Pulver in ähnlicher Weise wie in Figur 4 einem Sprühkopf 61
zugeführt. Der Sprühkopf 61 dient zusammen mit einer Heizeinrichtung 55 zur breitflächigen
Beschichtung von schnellbewegten Gegenständen 64, die sich in Richtung 65 am Sprühkopf
61 vorbeibewegen. Dieser enthält eine Reihe von Pulver-Austrittsöffnungen 7 und
eine dazu parallel angeordnete Reihe von Gasauslaßöffnungen 17 zur Erzeugung eines
Gasvorhanges 66 hinter dem wolkenartigen Pulver-Gesamtsprühstrahl 30.
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