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Beschreibung
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Die Aufspritzung von Metall im geschmolzenen Zustand auf metallische
und nicht-metallische Werkstücke ist bekannt. Wegen der Einfachheit und Kostengünstigkeit
hat sich dieses Vorgehen in den letzten Jahren zunehmend durchgesetzt, insbesondere
wo es darum geht, auf ein Werkstück aus billigerem Material eine Schicht aus Edelmetall,
Bronze u.ä. aufzutragen.
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Bisher konnte eine solcherart aufgetragene Metallschicht in der Hauptsache
nur ästhetischen Zwecken dienen; als Schutzschicht z.B. gegen Korrosion war sie
mangelhaft. Während der Zerstäubung des,aufgespritzten Metalls werden in der sauerstoffhaltigen
Atmosphäre viele Metallteilchen oxydiert und tragen zu der Bildung von Lunkern und
zu der Gestaltung einer sinterähnlichen Schichtoberfläche bei. Die Metallschicht
wird entsprechend gas- und feuchtigkeitsdurchlässig und kann keinen dauerhaften
Korrosionsschutz des Werkstückmaterials gewährleisten. Ein Abschleifen der aufgetragenen
Metallschicht ist nicht nur wegen der geringen Stärke (0,2 bis 0,6 mm), sondern
vor allem deswegen nicht möglich, weil die sinterähnliche Struktur sich durch die
gesamte Schicht erstreckt.
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Um eine glatte und lunkerfreie Schichtoberfläche zu gestalten, muß
der Aufspritzvorgang in einem sauerstoffreien Raum erfolgen. Angesichts der erheblichen
wirtschaftlichen Bedeutung eines lunkerfreien glatten Metallauftrags im Aufspritzverfahren
hat
man es vielfach versucht, ein solcher sauerstoffreier Spritzraum zu schaffen. Auch
der Anmelder hat derartige Versuche unternommen. Druckschriftliche Beschreibungen
von Versuchen Dritter ist ihm nicht bekannt.
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Es liegt nahe, den Aufspritzvorgang in einem mit Edelgas oder Stickstoff
gefüllten Raum auszuführen und den Spritzdruck mit komprimiertem Edelgas oder Stickstoff
zu erzeugen. Selbst bei kleinen Spritzräumen von 1000 1 und darunter, die ohnehin
technisch nur für kleine Werkstücke ausreichen, ist die Verwendung von Stickstoff
als Medium viel zu teuer, um eine Wirtschaftlichkeit auch nur annähernd zustande
zu bringen, von Edelgas gar nicht erst zu reden. Es zeigte sich ebenfalls, daß Kohlendioxyd
als Spritzmedium zwar billiger, aber immer noch zu wirtschaftlich nichttragbaren
Kosten führen. Versuche, den Spritzraum zu evakuieren und so den N- bzw. CO2 Verbrauch
zu verringern, schlugen gänzlich fehl. Ganz abgesehen von den Kosten und dem Gewicht
eines druckfesten Spritzraumes bleibt der Aufwand an Druckmedium immer noch unangemessen
hoch; dazu kommt, daß in einem hinreichend luftverdünnten Raum ein fest gebündelter
Metallspritzstrahl nicht mehr möglich ist.
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Ein gemeinsamer Nachteil an Edelgas, N- und C02 ist, daß diese Gase,
die nur in besonderen oder Großbetrieben hergestellt werden, in Druckflaschen vorlie-'gen
müssen. Für eine 5 m3- Spritzkabine reicht eine normale Druckflasche nur für rd.
10 Füllungen, dazu
kommt dann der Verbrauch an Druckgas für das
Spritzgerät. Damit die Bedienungsperson nicht gezwungen ist, eine Atemmaske zu tragen,
muß vor jeder Herausnahme des Werkstücks das Gasmedium herausgepumpt und von Frischluft
ersetzt sein.
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Die Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem
ein Aufspritzen von geschmolzenem Metall auf ein Werkstück in einem sauerstoffreien
Gasmedium einfach und kostengünstig ausführbar ist, wobei das Gasmedium in beliebiger
Menge an Ort und Stelle herstellbar und gleichzeitig als Druckgas für das Spritzgerät
verwendbar ist. Eine weitere Erfindungsaufgabe ist die Schaffung einer diesem Gasmedium
angepaßten Spritzkabine, die gasdicht und schalldämmend die Bedienungsperson von
dem Spritzvorgang trennt, ihn also nicht zum Tragen von Atemmaske oder Gehörschutz
zwingt, und ihm trotzdem eine hinreichend genaue Steuerung des Spritzvorganges gewährleistet.
Schließlich soll die erfindungsgemäße Spritzkabine eine weitgehende Automatisierung
des Spritzvorganges ermöglichen und auch für den Einsatz an einer Werkzeugmaschine
(Aufspritzen einer Metallschicht auf ein dort zu bearbeitendes Werkstück) geeignet
sein.
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Diese Erfindungsaufgaben werden mit den in den Ansprüchen beschriebenen
Lösungsmitteln gelöst.
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Ausführungsbeispiel Anhand der Figuren wird in der Folg ein Ausführungsbeispiel
dargestellt und erläutert. Es zeigen Figur 1 eine erfindungsgemäße Spritzkabine
in einer Frontansicht, teilweise im Schnitt, Figur 2 die Spritzkabine Fig. 1 in
einer Seitenansicht, ebenfalls teilweise im Schnitt, Figur 3 ein in die Spritzkabine
Fig. 1 und 2 eingebrachtes und auf einem längsverschieblichen Vertikalmanipulator
aufgestelltes Werkstück, in einer Frontansicht und Figur 4 die Spritzkabine Fig.
2 mit geöffneter Luke.
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Die Bezugsziffern auf den Figuren zeigen an : 1 Abzugsrohr der Spritzkabine
2 Sichtfenster 3,4,5 Dichtelemente für Schieber 6 6 Schieber als Träger der Spritzpistole
7 61,62 Endstücke des Schiebers 6 7 Spritzpistole 8 Dichtbalg an der Spritzpistole
7 9 Gasbrenner (Abgaserzeuger) 10 Gebläse am Gasbrenner 9 11 Brenngaszuleitung zum
Gasbrenner 9 12 Gegenstrom-Wärmetauscher 13 Niederdruckgebläse für Wärmetauscher
12 14 Kühlluftabzug am Wärmetauscher 12 15 Ventilklappe vor dem Wärmetauscher 12
16 Stutzen am Eingang des Wärmetauschers 12 17 Stutzen am Ausgang des Wärmetauschers
12 18 Ventilklappe für Stutzen 16 19 Ventilklappe für Stutzen 17 20 Rohrleitung
Wärmetauscher 12 - Spritzkabine 21 Mitteldruckgebläse am Rohrleitung 20 22 Ausgleichskessel,
zugleich Schalldämpfer 23 innerhalb der Spritzkabine verlaufendes Rohrstück der
Rohrleitung 20
24 Abgasdüsen am Rohrstück 23 25 Gasmeßgerät 26
Antriebsmotor für Gaskompressor 27 27 Gaskompressor 28 Druckausgleichsgefäß 29 Druckleitung
zur Spritzpistole 7 30 Druckausgleichsventil 31 Manometer 32,33 Schmelzdrähte 34,35
Dichtmanschetten für die Schmelzdrähte 36 Werkstück 37 Vertikalmanipulator 38 Vierkantrohr
für Vertikalmanipulator 39,ao Riemenräder 41 endloser Keilriemen 42 Getriebemotor
für Riemenräder 39,40 43,44 Pedale für Ein- und Ausschalter und Steuerung des Getriebemotors
42 45 Stützleisten für das Werkstück 46 Luke zum Ein- und Ausbringen des Werkstücks
36 47 Schaltpult 48 Frontluke (alternativ zur Luke 46) 49 Schleuse
Die
mit Scha:Lldämmschichten versehene Spritzkabine ist bi3 auf ein Abzugsrohr 1 nach
allen Seiten hin luftdicht, das an einen Schornstein (nicht gezeichnet) angeschlossew,n
ist. An der Frontseite ist die Spritzkabine mit einem schräggestellten Sichtfenster
2 versehen, das sich im Wesentlichen über die ganze Kabinenfront erstreckt. Etwa
im Anschluß an das Sichtfenster 2 ist ein in Dichtelementen 3,4,5 gelagerter Schieber
6 angeordnet, der in den Dichtelementen eine seitliche Bewegungsfreiheit besitzt.
Diese Bewegungsfreiheit ist durch die Länge der seitlich aus der Spritzkabine herausragenden
Endstücken 61,62 des Schiebers 6 definiert-. In der Mitte des Schiebers 6 befindet
sich die Lichtbogen-Spritzpistole, die über einen elastischen- Dichtbaig 8 am Schieber
6 befestigt ist und eine gewisse vom Dichtbalg 8 abhängige Schwenkfreiheit besitzt.
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Die sauerstoffreie Atmosphäre in der Spritzkabine kommt dadurch zustande,
daß Abgase eines Gasverbrennungsvorganges in die Spritzkabine eingeleitet werden,
bis die letzten Sauerstoffteile über das Abzugs rohr 1 verdrängt sind. Die Abgase
werden in einem Gasbrenner 9 nach DIN 4756 erzeugt und mittels eines am Gasbrenner
9 angeordneten Gebläses 10 in die Spritzkabine eingeblasen. Der Gasbrenner 9 wird
über eine Brennzugasleitung 11 mit Brenngas versorgt. Unterwegs werden die Abgase
in einem Gegenstromwärmetauscher 12 gekühlt, indem ein Niederdruckgebläse 13 Kühlluft
in den-WSrmetauscher 12 einbläst. Die erwärmte Kühlluft verläßt den Wärmetauscher
durch den Kühlluftabzug 14. Der Wärmetauscher 12 kann auch wassergekühlt sein.
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Zwischen dem Abgas erzeuger 9 und demGegensttomwärmetauscher 12 ist
eine Ventilklappe 15 eingeschaltet. Vom Gegenstromwär:netausclter 12 führen zwei
Stutzen 16,17 unmittelbar in clas Kabineninnere hinein; jeder Stutzen 16,17 ist
mittels einer Ventilklappe 18,19 abschließbar (symbolisiert durch Handgriffe).
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Von dem Gegenstromwärmetauscher 12 führt eine Rohrleitung 20 in den
unteren Teil der Spritzkabine 1 hinein; in diese Rohrleitung sind ein Mitteldruckgebläse
21 und ein gleichzeitig al: Schalldampfer dienender Ausgleichkessel 22 eingeschaltet.
Das in den Innenraum der Spritzkabine 1 h.neinragende Stück 23 der Rohrleitung 20
ist mi- einer Anzahl Düsenöffnungen 24 versehen. Das Rohrstück 23 ist etwas tiefer
als die Spritzpistole 8 angeordnet.
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Das Begasen der Spritzkabine fängt mit der Öffnung der Ventilklappen
15,18 an, die VesItilklappe 1-9 bleibt geschlossen. Zugleich wird das Niederdruckgebläse
13 in Gang gesetzt und Kühlluft durch den Gegenstromwärmetauscher 12 geleitet. Der
Abgaserzeuger 9 wird gezündet. Das Abgas fließt durch den Wärmetauscher 12 und den
Stutzen 16 in die Spritzkabine hinein und verdrängt die hier befi3ldlicheatmosphärische
Luft, die aus der einem Schornstein (nicht gezeichnet) angeschlossenen Abzugsleitung
1 entweicht.
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Die Begasung wird solange fortgese@zt, bis das seitlich an der Spritzkabine
angebrach1:e elektronische Gasmeßgerät 25 anzeigt, daß die Schutzgasatmosphäre in
der Spritzkabine sauerstoffrei ist.
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Dann schließt man die Ventilklappe 18, öffnet die Ventilklappe 19
und setzt das Mitteldruckgebläse 20 in Gang. Das jetzt in der Schutzkabine befindliche
Abgas wird nun am Stutzen 17 abgesaugt, im Wärmetauscher 12 nochmals gekühlt und
über Rohrleitung 20,23 wieder in den Kabineninnenraum hineingeblasen.
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Wenn es zweckmäßig erscheint, einen leichten, das Eindringen von Luft
in die Kabine verhindernden Überdruck zu erstellen, kann der Abgaserzeuger 10 bei
geöffneter Ventilklappe 15 weiterlaufen, ggfl. mit gedrosselter Flamme und entsprechend
gedrosseltem Gebläse. Ansonsten bleibt die Ventilklappe 15 geschlossen.
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Die Spritzkabine ist jetzt betriebsbereit. Nach dem Spritzbetrieb,
der in Einzelheiten weiter unten beschrieben wird, erfolgen Entgasen und Belüften,
indem die Ventilklappe 15 geöffnet wird und das Gebläse 10 bei nicht-gezündetem
Abgaserzeuger 9, unterstützt durch das Mitteldruckgebläse 20, solange Frischluft
durch die Spritzkabine durchpumpt, bis daselektronische Gasmeßgerät 25 flga5fre'iflanzeigt.
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Das Druckgas für die Spritzpistole 7 wird an der Kabinenrückwand abgesaugt
und in einem von einem Antriebsmotor 26 angetriebenen Gaskompressor 27 auf den gewünschten
Spritzdruck gebracht, DazuDruckgas wird zunächst in ein Druck-ausgleich.'3gefäß
=Z8 eingeführt, von welchem es über ein Reduzierventil (nicht gezeichnet) und eine
Druckleitung 29 an die Spritzpistole 7 gebracht wird. Der gewünschte Spritzdruck
wird mittels Druckausgleichsventil 30 und Druckmesser (Manometer) 31 eingestellt.
Unter Umständen kann bei
Verwendung eines Schraubenkompressrjrs
auch ohne Druckausgleichsgefäß ein für den Sritzvorgang ausreichend gleichmäßiger
Spritzdruck erzielt werden.
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Die Versorgung der Spritzpistole 7 mit SchmelzdrähtEn 32,33 erfolgt
über Dichtmanschetten 34,35, durch welche die Schmelzdrähte in die Kabine hineingeführt
werden.
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Das zt bespritzende Werkstück 36 (lig. 3) ist auf den rnnenförmigen
Halter eines Vertikalmanipulators 37 auigebracht, der längsverschieblich an einem
Vierkantrohr 38 angeordnet ist. Die Verschiebung des Vertikalmanipulators 37 erfolgt
mittels eines über Riemenräder 39,40 verlaufenden endlosen Keilriemens 41; das untere
Riemenrad 40 wird von einem Getriebemotor 42 angetrieben, der wiederum über zwei
Pedale 43,44 in Gang gesetzt und gesteuert wird.
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Damit längliche Werkstücke 36 nicht unter den Spritzdruck seitlich
abkippen können, sind parallel zu dem Vertikalmanipulator 37 und in gleicher Ebene
mit dessen Anlagefläche eine Anzahl Stitzleisten 45 angeordnet:.
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Das Werkstück 36 wird durch eine rundum abgedichtete Luke 46 (Fig.
4) in die Kabine eingeführt. Wie vorhin beschrieben, findet die Handhabung der Spritzkabine
in drei Arbeitsstufen statt
1. Einbringen des Werkstück, Begasen
der Sprivzkabine mit Abgas, 2. Umwälzen des Abgases in der Kabine, anschließend
Bespritzen des Werkstücks, 3. Entgasen und Belüften der Spritzkabine, Herausnahme
des WerkstücJ-s.
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Nach Einbringen des Werkstücks werden durch Betätigung des Schaltknopfs
"I" (Schaltpult 47) die folgenden Arbeitsvorgänge automatisch eingeleitet: 11. Verriegelung
der Luke 46 12. Öffnung der Ventilklappen 15,18 13. Zündung des Abgaserzeugers 9
14. Ingangsetzung des Niederdruckgebläses 13 Wenn das Gasmeßgerät 25 die vollständige
Begasung anzeigt, wird der Schaltknopf "I" betätigt und damit: 21. die Ventilklappe
19 geschlossen, 22. die Ventilklappe 18 geöffnet, 23. das Mitteldruckgebläse 21
in Gang gesetzt, (24.)(ggfl.) den Abgaserzeuger 9 und sein Gebläse 10 abgestellt
und die Ventilklappe 15 geschlossen), (25.) (oder Abgaserzeuger und Gebläse gedrosselt),
26. der Abgaskompressor 27 eingeschaltet.
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Nach einem Umwälzungszeitraumvon etwa 10 Sekunden (Kabinengröße 5000
1) kann der Spritzvorgang beginnn. Um das Werkstück 36 fltichendeckend zu bespritzen,
wird es durch Betäti<Jung der Pedale 43,44 auf- und abwärts geführt, während
mandie Spritzpistole 7 am Schieber 6 entsprechendseitlich verschiebt.
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Wenn der Spritzvorgang beendet ist, drückt man den Schaltknopf "III",
der die Entgasung und Belüftung der Kabine steuert 31. die Ventilklappe 15 wird
voll geöffnet, 32. das Gebläse 10 wird bei richt-gezündetem Abgaserzeuger 9 voll
eingeschaltet, 33. und bläst unterstützt vomMitteldruckgebläse 26 Frischluft in
die Spritzkabine hinein, 34. bis das elektronische Gasmeßgerät 25 "gasfrei" meldet,
35. dann schalten die Gebläse 10,21 ab und die Luke 46 wird entriegelt.
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Bei einer Kabinengröße von rd. 5000 1 ist die Taktdauer der Begasung
etwa gleich derjenigen der Entgasung und Belüftung, 20 bis 30 Secunden. Die Dauer
des Umwälzens ist, wie gesagt, kürzer, etwa 10 Sek.
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Im Vergleich zu der Dauer der Bespritzung selbst eines kleineren Werkstücks
fallen diese Zwischenzeiter kaum ins Gewicht, insbesondere angesichts der
Tatsache,
daß der spritzende Arbeiter weder Atemschutzmaske noch Gehörschutz zu tragen braucht
(die Beschichtung einer Werkstückfläche von 1 m2 dauert im Schnitt: 20 rein.) In
einer Abänderung des Ausführungsbeispiels ist eine kleinere Spritzkabine ohne Vertikalmanipulator
vorgesehen, die über eine Drehbank oder eine sonstige herkömmliche Werkzeugmaschine
überstülpbar ist (nicht gezeichnet). Bei dieser Ausführungsform ist es zweckmäßig,
den Abgaserzeuger 9, sein Gebläse 10, den Gegenstromwärmetauscher 12 und den Abgaskompressor
26,27 in einem ambulanten Gerät zusammenzufassen und an Ort und Stelle mit der Spritzkabine
zu verbinden.
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In einer weiteren Variante des Ausführungsbeispiels ist der die Spritzpistole
7 tragende Schieber 6 als endloses Band gestaltet, das um zwei seitlich angeordnete
Rollen verläuft und von der einen, elektromotorisch angetriebenen Rolle bewegt wird
(nicht gezeichnet). In dieser Weise kann der Kabinenraum voll ausgenutzt und der
Spritzvorgang automatisiert werden.
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Je nach Gestalt und Umfang des Werkstücks kann alternativ zu der seitlichen
Luke 4z eine Frontluke 48 (auf Fig. 3 gestrichelt angedeutet) oder eine Bodenluke
(nicht gezeichnet) vorgesehen sein.
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Um in einem industriell angelegten Massenfertigungsv-rgang den Arbeitstakt
zu kürzen, kann seitlich an der Spritzkabine eine Gasschleuse (auf Fig. 3 unter
Bezugsziffer 49) der gleichen Frontbreite wie die Spritzkabine selbst angeordnet
sein, die in der gleichen Weise mit dem Gasbrenner 9 verrunden ist. Während des
Spritzvorgangs füllt der Gasbrenner 9 die Schleuse 49 mit Abgas; sobald der Syritzvorgang
beendet ist, wird das fertig beschichtete Werkstück mittels luftdicht geführter
Manipt latoren (nicht gezeichnet) in die Schleuse 49 hiraus- und das folgende Werkstück
aus der Schleuse 49 in die Spritzkabine hineingeschoben.
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Gleiclzeitig stellt man den Abgasfluß von der Schleuse auf die Spritzkabine
um usw. In analoger Weise kann die Schleuse auch unter der Spritzkabine angeordnet
sein.
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Wie bereits vorhin gesagt, handelt es sich bei der Spritzpistole 7
- selbstverständlich - um ein Lichtbogengerät. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
sind die elektrischen Zuleitungen, Schaltungen u.s.w.
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nicht gezeichnet.
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Wie im Oberbegriff angedeutet, ist die erfindungsgemäße Erstellung
eines sauerstoffreien Bespritzungs raumes und eines ebenfalls sauerstoffreien Einspritzmediums
nicht auf Metallspritzverfahren beschränkt.
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Die Erfindung ist selbstverständlich auch bei anderen einschlägigen
Spritzverfahren, wie z.B. beim Lackieren, verwendbar.