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Vorrichtung zum Sprühbeschichten von Gegenständen
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mit Pulver Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sprühbeschichten
von Gegenständen mit Pulver mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus der GB-PS 488 192 bekannt. Dabei
endet die einzige, allen zur Zerstäubung dienenden Austrittsöffnungen gemeinsame
Zufuhrleitung an der Stirnfläche einer Stellschraube.
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Die Austrittsöffnungen sind durch senkrecht zur Zufuhrleitungsachse
verlaufende Bohrungen gebildet, die von einer Spiralfeder teilweise abgedeckt sind,
deren Steigung mittels der Stellschraube veränderbar ist. Das Gemisch aus pulverfdrmigem
Beschichtungsmaterial
und Fördergas wird an der Stirnfläche der
Stellschraube plötzlich abgebremst, so daß am Leitungsende nahe der Stellschraube
wesentlich mehr Pulver und Fördergas austritt als an den weiter stromaufwärts liegenden
Austrittsöffnungen. Ferner kann sich an der Stvllschraube Pulver ablagern, wobei
Pulverteilchen infolge der hohen Auftreffgeschwindigkeit teilweise auch auf der
Stellschraube auf sintern können.
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Die DE-AS 27 04 501 zeigt eine bezüglich der gleichmäßigen Pulververteilung
verbesserte Vorrichtung.
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Das Pulver wird über eine Schlitzdüse versprüht, in welcher eine Vielzahl
von Prallelementen untergebracht sind, auf welche die Pulverteilchen aufprallen
und dadurch abgebremst werden. Auch hier macht es jedoch große Schwierigkeiten,
eine gleichmäßige Pulverkonzentration über den gesamten Querschnitt des zerstäubten
Pulverstrahles zu erzielen.
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Ein weiterer Nachteil sind Pulverablagerungen auf den Prallelementen,
welche ebenfalls die Durchflußmenge Je nach Ablagerungsmenge verändern. Außerdem
werden abgelagerte Pulverteilchen von Zeit zu Zeit von anderen Teilchen mitgerissen,
so daß sich auch hier ungleiche Pulverkonzentrationen und damit auch ungleiche Beschichtungsflächen
ergeben. Schnell e f die Prallelemente auftreffende Pulverteilchen sintern an diesen
fest. Die bekannte Vorrichtung ist deshalb nur für geringe Materialdurchflußmengen
geeignet.
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Bei den bekannten Vorrichtungen ergeben sich somit große Probleme
bei der Umlenkung des Beschichtungsmaterials um ungefähr '° in einem verhältnismäßig
kleinen Raum. Eine räumlich kleine Vorrichtung
ist sowohl allgemein
beim Beschichten von Oberflächen erwünscht als auch bei der Beschichtung von Innenflächen
in engen rohrförmigen Körpern unbedingt erforderlich.Das mit der Luft mitgeführte
pulverförmige Beschichtungsmaterial hat jedoch infolge seines spezifischen Gewichtes
ein wesentlich größeres Trägheitsmoment als die zur Förderung des Pulvers dienende
Luft.Ferner müssen bei den bekannten Vorrichtungen Düsenteile häufig gereinigt und
Einzelteile mit aufgesintertem Pulver ausgewechselt werden. Die zur Erzielung einer
gleichförmigen Pulververteilung erforderliche Anzahl, Größe und Position der Prallelemente
muß durch Versuche für jeden einzelnen Anwendungsfall mühsam ermittelt werden.
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Aus der DE-AS 2 914 960 ist eine Vorrichtung zum Sprühbeschichten
des Inneren von eine Naht aufweisenden rohrförmigen Körpern mit Pulver bekannt,
bei weicher zwei Sprühdüsen vorgesehen sind, die gleichzeitig, jedoch auf verschiedene
Bereiche des rohrförmigen Körpers und mit unterschiedlichen Strömungsmengen Pulver
sprühen.
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Ferner zeigt die US-PS 3 081 947 einen um eine Längsachse rotierenden
Sprühkopf zum Innenbeschichten von rohrförmigen Gegenständen mit flüssigem Beschichtungsmaterial.
Dabei erzeugen zwei Sprühdüsen getrennte Sprühstrahlen. Die Zuleitungen der Düsen
enthalten Auf-Zu-Ventile und werden von einer gemeinsamen Hauptleitung gespeist.
Die beiden Düsen sind auf verschiedene
Bereiche des Gegenstandes
gerichtet. Beim Beschichten von Gegenständen mit flüssigen Beschichtungsmaterialien
ergeben sich Jedoch ganz andere Strömungsverhältnisse äls beim Beschichten mit Pulver.
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Aus der DF-nS 28 54 639 und der US-PS 4 171 096 ist es ferner bekannt,
beim Sprühbeschichten mit flüssigem Beschichtungsmaterial den Sprühstrahl durch
einen Gasmantel vollständig zu umgeben und dadurch den Sprühstrahl auf einen eng
beschränkten Beschichtungsbereich zu richten.
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Pulverförmiges Beschichtungsmaterial kann elektrostatisch aufgeladen
werden, beispielsweise nach der DE-PS 2 030 388, damit es an dem zu beschichtenden
Gegenstand besser haftet und möglichst nicht abprallt. Bei der Innenbeschichtung
von engen Rohren kann jedoch nicht elektrostatisch gearbeitet werden. In solchen
Fällen muß das Rohr auf die notwendige Schmelztemperatur des Pulvers vorgewärmt
werden.Wäre dies nicht der Fall, würde das Pulver, bedingt.
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durch die verhältnismäßig hohe Austrittsgeschwindigkeit des Pulvers'ständig
von der Rohrwand abprallen. Als Folge dieser Vorwärrr ng entsteht Jedoch eine andere
Schwierigkeit dadurch, daß vagabundierende Pulverteilchen sich infolge der im Rohrinnern
herrschenden Wärme zu Körnchen verhärten und sich erst dann auf der bereits festgewordenen
Beschichtungs des Rohres aufsetzen. Aut der Beschichtung bilden sie dann einen unerwUnscht
n Rauhheitseffekt. Die Pulverteilchen schmelzen zwar zunächst in der Wärme, beginnen
jedoch dann unabhängig von der Temperatur
sofort wieder hart zu
werden. Sie müssen also schnell auf die zu beschichtende Fläche gebracht werden.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, auch bei größeren
Ausstoßmengen an Pulver eine gleichmäßige Beschichtung zu erzielen, ohne daß dazu
ein komplizierter Sprühkopf erforderlich ist und ohne daß Teile des Sprühkopfes
häufig gereinigt oder ausgewechselt werden müssen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Ein Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß jeder einzelne Pulversprühstrahl
ständig und kontinuierlich eingestellt werden kann. Dadurch können Pulverwolken
mit einer über den gesamten Querschnitt im wesentlichen gleichförmigen Pulverkonzentration
mühelos erzeugt werden. Die gleiche Vorrichtung kann für das Beschichten von verschiedenen
Pulversorten und mit verschiedenen Pulvergeschwindigkeiten verwendet werden, da
durch die genannte Regulierbarkeit auf leichte Weise eine Anpassung an die jeweilige
Situation möglich ist. Ferner können sehr große Pulvermengen ausgestoßen werden.
Dadurch können sehr große Flächen verhältnismäßig schnell an dem Sprühkopf der Sprühvorrichtung
vorbeibewegt werden. Die Beschichtungsgeschwindigkeit wird noch erhöht, wenn entsprechend
den Unteransprüchen hinter dem Pulversprühstrahl ein entsprechend ausgebildeter
Gasvorhang erzeugt wird.
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Dieser Gasvorhang ermöglicht nicht nur eine höhere Beschichtungsgeschwindigkeit,
sondern auch die Beschichtung der Innenwand von sehr engen Rohren,
in
welchen beispielsweise nicht mehr elektrostatisch beschichtet werden kann.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden mit Bezug
auf die Zeichnungen als Beisp -1.e beschrieben. Es zeigen Fig.l eine erfindungsgemäße
Sprühbeschichtungsvorrichtung in einem im Längsschnitt dargestellten rohrförmigen
Körper, wobei die Zeichnung wegen Platzmangel axial verkleinert und radial vergrößert
dargestellt ist.
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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 Sprühbeschich ngsvorrichtung,
Fig.4 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform mit einem durch ein Rohrbündel
gebildeten Sprühkopf.
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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 Sprühbeschichtungs vorrichtung 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
Schlauch-.
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leitungen 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 Uber 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 Relativgeschwindig keit zwischen
dem Rohrkörper 21 und den auftreffenden Pulverteilchetverhgltntsmäßig klein ist.
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Damit wird ein Abprallen am Rohrkörper 21 verhindert, obwohl die Piriverteilchen
verhältni8mäßig schnell innerhalb des Gasvorhanges zum Rohrkörper 21 gebracht werden.
Die Pulver-Einzelsprüh strahlen 29 der Austrittsdffrungen 7 liegen so eng beieinander,
daß sie sich zu einem wolkenartigen Gesamtsprühstrahl 30 mit homogener Pulververteilung
vereinigen. Durch den Gaavorhang 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 SprUhkopfes 1 wird wesentlich vereinfacht, -"?nn
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 eingefräst werden. Bei der Herstellung des Sprühkopfes 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
Wichvigkeit dieser Herkmzlo ergibt sich dadurch, weii 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 Pulvertejlchen 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 enthalt der Sprühkopf
51 ein Bündel von Rohren 52 und 53. Die Rohre 52 dienen zur Pulverzerstäubung und
entsprechen den Leitungen 2 von Fig.l. Das Rohr 53 dient zur Gaszufuhr zur Bildung
des Gasvorhanges 12 und entspricht der Gasleitung 15 von Fig.l 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 Schmeiztemperatur. 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 Pulverzufuhrleltungen52
Regelventile 3 entfallen,
wenn in der dargestellten Welse 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 Pulvenmenge ist von der Stärke der Förderluft abhängig. Eine Feinregulierung
kann dadurch ersielt 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.Didurch 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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