DE4337438A1 - Verfahren zum Durchlauf-Vakuum-Rundumbeschichten - Google Patents
Verfahren zum Durchlauf-Vakuum-RundumbeschichtenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Durchlauf-Vakuum-Rundumbeschichten von zumindest
überwiegend prismatischen, längs zu sich selbst
geförderten Werkstücken in einer
Durchlauf-Vakuum-Beschichtungskammer, in welche die
Werkstücke einzeln nacheinander durch eine
Eintrittsschablone ein- und durch eine
Austrittsschablone abgefördert, sowie in der Kammer
bedarfsweise zusätzlich förderbahngetreu geführt
werden, wobei die Werkstücke im Innern der stark und
hochbelastbar besaugten Kammer jeweils einen
trombenförmigen Eingangs- sowie einen
Ausgangs-Luftbeschichtungsmittel-Schachtschleier
ausgesetzt sind und mit in die Kammer eingebrachten
Beschichtungsmittel überzogen werden.
Die Erfindung betrifft außerdem eine
Vakuum-Durchlauf-Rundum-Beschichtungskammer für
überwiegend prismatisch geformte Werkstücke mit jeweils
den Werkstückquerschnitt mit Übermaß eingepaßter
Eintritts- sowie Austrittsschablone und mit in der
Kammer eingeordneten Förder- und Führungsmitteln mit
einem Sauganschluß zum Erzeugen eines vakuumnahen,
stabilen Unterdruckes und mit in der Kammer
angeordneten Ausflußöffnungen für flüssiges
Beschichtungsmittel.
Verfahren und Vorrichtung der eingangs genannten Art
basieren auf dem DE GM 92 14 293.1. Diese Druckschrift
repräsentiert den Gipfelpunkt aber auch zugleich das
Ende einer langjährigen Entwicklung der
Flüssigbeschichtungstechnik. Es wurden mit Hilfe dieser
bekannten Technik durch ständiges Verbessern,
Maximieren und Optimieren der Einzelbedingungen
wesentliche Materialeinsparungen, insbesondere am
flüssigen Beschichtungsmittel, aber auch am
Energieverbrauch bei gleichzeitig möglicher hoher
Qualität der Beschichtung erzielt.
Leider haben sich in der Praxis zunächst völlig
unverständliche Nachteile eingestellt. Es zeigte sich,
daß während eines Arbeitsganges bei laufender
Beschichtung von Werkstücken plötzlich
Beschichtungsfehler auftraten. Es wurden z. B.
tiefliegende Nuten nicht beschichtet, andere
überflutet, Vorder- oder Hinterenden von Werkstücken
übermäßig, zu schwach oder gar nicht beschichtet usw.
Die Beschichtungsgeschwindigkeit lag weit unterhalb der
üblichen Arbeits- und Laufgeschwindigkeiten einer
Fabrikationsanlage und ließ sich nicht steigern. Waren
Beschichtungsmittel zäh und viskös, dann fand keine
Beschichtung statt. Ein Einzelstück konnte niemals in
einem Durchgang allein einwandfrei beschichtet werden.
Bevor im weiteren erläutert wird, warum die genannten
Nachteile auftraten, soll für den folgenden Text
definiert werden, daß unter "Werkstücken" Gegenstände
aller Art gemeint sind, und zwar unabhängig davon, aus
welchem Material sie bestehen oder ob sie aus
unterschiedlichen Materialien zusammengefügt sind, ob
sie klein oder groß sind, solange sie nur die Bedingung
erfüllen, überwiegend prismatisch zu sein. Der für die
Flüssigbeschichtung wesentliche, trombenförmige
Luftwirbelschleier läßt sich nämlich nur über eine
definierte Spaltweite zwischen Werkstück einerseits und
Ein- bzw. Austrittsschablone andererseits erzeugen.
Unter Beschichtungsmittel werden im folgenden alle
Flüssigkeiten verstanden, die fließfähig, pump- und
filtrierbar sind und die zur Oberflächenbehandlung
üblich sind. Es kann sich um Korrosionsschutzmittel,
Holzschutzmittel, Farben, Lacke usw. handeln.
Im folgenden Text wird ferner der Begriff "Kammer" der
einfachheithalber benutzt, obwohl es vollständig heißen
müßte "Durchlauf-Vakuum-Rundum-Beschichtungskammer".
Die Voraussetzung des Funktionierens der eingangs
genannten, bekannten Beschichtungstechnik war das
Erzeugen und Aufrechterhalten eines vakuumnahen
Zustandes im Inneren der Kammer. Der Unterdruck durfte
auch dann nicht zusammenbrechen, wenn beide Öffnungen
an der Eintrittsschablone bzw. der Austrittsschablone
offen, d. h., ohne Werkstück waren. Die Folge dieser
extremen Druckunterschiede, nämlich normaler Luftdruck
außen, vakuumnaher Zustand innen, führte zu
überschallnahen Strömungsgeschwindigkeiten durch die
Schablonenöffnungen und an deren Kanten und so zum
Entstehen von Wirbeln und Turbulenzen. Das
Gesamtergebnis war ein trichterförmig trombenartiger
Schleier aus in Wirbeln und Turbulenzen überschnell
strömender Luft.
In der Kammer waren zugleich Austrittsöffnungen für
Beschichtungsmittel angebracht. Gelangten
Flüssigkeitstropfen in diese Wirbel und Turbulenzen, so
wurden sie buchstäblich physikalisch zerrissen
- atomisiert - und in den Schleier integriert.
Hinreichend große Zufuhr von Flüssigkeit an bestimmten
Stellen der Kammer sollte bei der bekannten Technik
dafür sorgen, daß in allen Bereichen des Schleiers
innerhalb der Turbulenzen und Wirbel hinreichend große
Mengen an Beschichtungsflüssigkeit enthalten war.
Ein Aufprallen der Wirbel- und Turbulenzströmungen auf
die Werkstückoberfläche führte zum Niederschlagen der
flüssigen Beschichtungsmittelfracht auf dem Werkstück.
Jegliche auf dem Werkstück aufliegende
Flüssigkeitsüberschüsse wurden von der hochturbulenten
Wirbelströmung wieder abgetragen.
Die Erfinder der vorgenannten, bekannten
Beschichtungstechnik haben übersehen, daß ultraschnelle
Turbulenz- und Wirbelströmungen physikalisch unter den
Begriff des Chaos fallen.
In der Physik ist der Begriff "Chaos" als derjenige
Zustand oder diejenige Situation definiert, bei bzw. in
der nichts mehr vorhersagbar und auch nichts
vorherberechenbar ist - Unberechenbarkeit -.
Es gehört demnach also zu den Gegebenheiten des Chaos,
daß sich im vorliegenden Fall der
Luft-Beschichtungsmittel-Turbulenzen- oder
Wirbelschleier aus den unterschiedlichsten
Einzelluftwirbeln oder Turbulenzen zusammensetzt, deren
Ort und Verlauf dem Zufall überlassen sind. So ist also
verständlich, daß z. B. ein Oberflächenbereich eines
Profiles - Werkstückes -, der bei vorherigen
Kammerdurchläufen beschichtet wurde, plötzlich nicht
mehr beschichtet wird; die für die Beschichtung
erforderliche Einzelströmung oder die dazu benötigten
Turbulenzen sind dann unpassend verlaufen oder gar nicht
aufgetreten.
Es gibt auch eine andere Erklärung, nämlich die, daß
die zugeführte und durch Wirbel und Turbulenzen
atomisierte Beschichtungsflüssigkeit in bestimmten
Strömungsbereichen bleibt, während Nachbarzonen
weitgehend beschichtungsmittelfrei bleiben, ohne daß
eine starke oder intensive, gegenseitige Vermischung
eintritt. Auch in solchen Fällen würde die
Beaufschlagung der Werkstückoberfläche mit Turbulenzen
und Wirbeln, die keine Beschichtungsmittelfracht mit
sich tragen, den Effekt des Nicht-Beschichtens
hervorrufen.
Genaugenommen ist ein Zustand , bei dem der
Turbulenzen-Wirbelschleier rund um den
Werkstückquerschnitt einen weitgehend gleichen
Beschichtungsmittelgehalt hat, nur ein möglicher,
glücklicher Sonderfall unter vielen anderen weniger
günstigen. In der Praxis kommt es aber zuweilen darauf
an, an bestimmten Bereichen des Werkstückumfanges,
nämlich im Bereich starker Gliederungen und
Konturierungen, Mehrbeschichtungsmittel zur Verfügung
zu haben, als an anderen Umfangsstellen. Solch ein
Zustand kann zwar eintreten, er läßt sich aber nicht
willkürlich herbeiführen. Die Folge davon ist, daß
stark gegliederte Bereiche von Werkstücken bei
Anwendung der eingangs genannten, bekannten Technik
nicht selten "unterbeschichtet" sind.
Die Erfahrung mit den eingangs genannten
Beschichtungstechniken haben gezeigt, daß vorzugsweise
waagerechte, relativ breite, ebene Flächen fast nie
einheitlich glatt beschichtet werden, sondern gewisse
unregelmäßige Muster aufzeigen. In diesen Mustern
schlagen sich sowohl die unterschiedlichen Gehalte an
Beschichtungsmittelfracht pro Einheit strömender
Wirbelluft als auch der von Fall zu Fall unvorhersagbar
wechselnde Verlauf der Einzelströmungen ab.
Die Unfähigkeit, dickflüssigere, viskoserer
Beschichtungsmittel zu verarbeiten, ergibt sich bereits
aus den vorstehenden Erläuterungen von selbst. Die
aufgrund der höheren Zähigkeit bei gleichzeitiger
infolge Viskosität erhöhte Kohäsion solcher
Beschichtungsmittel führt dazu, daß beim Abtropfen aus
Öffnungen größere Tropfen in die Turbulenzen und Wirbel
gelangen, sich aber aufgrund der Kohärenz unter dem
energetischen Einfluß der Turbulenzen und Strömungen
nicht auflösen, sondern entweder in Richtung
Sauggebläse aus der Kammer abgesaugt und mitgerissen
werden oder durch den Turbulenzen-Wirbelschleier
hindurchfallen, ohne zu einer Beschichtungsmittelfracht
im Turbulenzen- und Wirbelstrom zu werden. - Viele Lacke
und auch manche Lasuren sowie Deck- und
Oberflächenbeschichtungen sind aber mit derartigen
Mitteln höherer Viskosität herzustellen.
Die schon erwähnte Tatsache, daß sich bei Anwendung des
eingangs genannten, bekannten Verfahrens die
Arbeitsgeschwindigkeit nicht auf befriedigende Werte
erhöhen läßt, ist darauf zurückzuführen, daß der
Turbulenz- und Wirbelstrom oder -schleier die der
Beschichtungskammer zugeführte Beschichtungsflüssigkeit
zunächst einmal aus der groben Tropfenform zunächst in
einen Flüssigkeitsnebel verwandeln muß. Das ist ein
Prozeß, der eine gewisse Zeit braucht. Die auch noch so
kleinen Flüssigkeitsperlen oder -tröpfchen müssen
beschleunigt werden, damit sie zur
Beschichtungsmittelfracht des erwähnten Schleiers
werden können. Auch dieser Vorgang verbraucht Zeit. Der
Steigerung der Beschichtungsmittelfracht, d. h. der
Menge an Flüssigkeit, die in dem Turbulenzen- und
Wirbelschleier aufgelöst und mitgeführt wird, sind
Grenzen gesetzt, die je nach "Chaos-Zustand" einmal
höher, ein andermal tiefer liegen können und deren
Überschreitung dazu führt, daß das Mehr an
Beschichtungsflüssigkeit herunterfällt und nicht mehr
zur Beschichtung benutzt wird. Wie schnell die beiden
Phasen-: - Atomisieren und Beschleunigen der
Beschichtungsmitteltropfen - ablaufen, läßt sich nicht
vorherberechnen und vorhersagen.
Die mit der bekannten Technologie der eingangs
genannten Art erzielten Beschichtungen fallen
außerordentlich dünn aus - was materialsparend ist -,
können aber andererseits auch nicht vorsätzlich dicker
oder mit vorbestimmbarer Dicke ausgeführt werden, und
zwar auch nicht durch Verlangsamung der
Arbeitsgeschwindigkeit. Jeglicher aus dem Turbulenz-
und Wirbelstrom niedergeschlagener Flüssigkeitsanteil
des Beschichtungsmittels, der nicht Kontakt mit der
Werkstückoberfläche hat, bzw. mit dieser verhaftet ist,
wird von Turbulenzen, wie schon erwähnt, auch wieder
abgetragen.
Zusammengefaßt läßt sich feststellen, daß das bekannte
Verfahren und die bekannte Beschichtungskammer
unvorhersehbar unzuverlässig arbeiten und nicht in der
Lage sind, dicke, insbesondere einstellbare dicke
Beschichtungen zu erzeugen oder dickflüssigere
Beschichtungsmittel zu verarbeiten und nur mit
begrenzter, nicht steigerbarer Geschwindigkeit
betrieben werden können.
Schließlich fällt beim Anwenden der eingangs genannten,
bekannten Beschichtungstechnik auf, daß es, von
Zufällen abgesehen, unmöglich ist Einzelstücke zu
beschichten. Für diese Erscheinung ist zunächst
verantwortlich, daß die Zerstäubung und
Stäubungsmitnahme des Beschichtungsmittels in der
Kammer zeitkonsumierende Vorgänge sind. Wenn eine
Beschichtungskammer längere Zeit nur besaugt wird und
z. B. mit abgestellter Beschichtungsmittelzufuhr läuft,
dann braucht es eine erhebliche Zeit bevor sich
überhaupt eine nennenswerte Beschichtungsmittelfracht
im Wirbel- und Turbulenzenschleier einstellt, welcher
in der Lage wäre, eine Beschichtung in hinreichender
Qualität zu gewährleisten, wenn die
Beschichtungsmittelzufuhr wieder eingestellt wird. Zu
berücksichtigen ist aber, daß der Vorgang des Eintritts
eines Werkstückes in die Schablone einen der gröbsten
Eingriffe in die Arbeitsbedingungen oder
Zustandsbedingungen der Turbulenz- und Wirbelströmung
der Luft darstellt. Der zwischen Werkstückoberfläche
und Schablone verbleibende Spalt hat insgesamt nur noch
eine Querschnittsfläche, die vielleicht 1/4 oder
weniger des vollen Querschnittes beträgt, den die
Schablone ohne Werkstück hätte. Damit wird das
Luftvolumen, das pro Zeiteinheit unter Bildung der
Turbulenz- und Wirbelschleierströmung gesaugt werden
kann, entsprechend reduziert. Weil sich ein höherer
Differenzbetrag zwischen Innendruck und Außendruck
- Potentialgefälle - aufbaut, kann die
Strömungsgeschwindigkeit zum Teil mehr oder weniger
stark ansteigen. Hohe Geschwindigkeit steigert zwar die
Fähigkeit der Flüssigkeitsvernebelung und -aufnahme,
vergrößert also in gewissem Umfang die
Beschichtungsmittelfracht; dieser Vorteil geht aber
wegen der reduzierten Volumenströmung für den
Beschichtungsvorgang verloren.
Berücksichtigt man unter diesen Gesichtspunkten, daß
die turbulenten Wirbelschleierströmungen unter den
Begriff des "Chaos" fallen, so ist verständlich, daß
das Eintreten eines Werkstückes durch die
Eintrittsschablone keineswegs schalterartig einen
optimalen Beschichtungszustand herbei führt, sondern daß
die Reaktion auf den Eintritt des Werkstückes mehr oder
weniger verzögert und auch teilweise sofort eintreten,
ohne daß irgendwelche Gründe für die jeweilige Situation
findbar sind.
Das hat die Bedeutung, daß die Einzelbeschichtung von
Werkstücken nach der bekannten, eingangs genannten
Beschichtungstechnik nicht durchführbar ist oder,
präzise abgedrückt, zu Beschichtungsergebnissen führt,
die keineswegs repräsentativ aussagefähig für Qualität
und Art der Beschichtung in Serie sein können. Die
zuverlässige Aussage, daß die Probebeschichtung eines
Versuchswerkstückes beim Arbeiten in der Serie genau
die gleiche Qualität haben wird oder, wenn nichts
unternommen wird, die gleichen Fehler haben wird wie
das Einzelmuster, ist eine sehr wichtige Voraussetzung
für einen gut geplanten und wirtschaftlich arbeitenden
Beschichtungsbetrieb. Wenn sich nämlich herausstellt,
daß bestimmte Oberflächenbereiche schlecht oder zu
schwach beschichtet sind, andere Bereiche hingegen zu
satt beschichtet sein sollten, dann muß, bevor in Serie
gearbeitet werden kann, zunächst einmal die Möglichkeit
bestehen, derartige Schwächen oder Fehler zu erkennen
und danach die grundsätzliche Möglichkeit gegeben sein,
derartige Fehler abzustellen. Diese Möglichkeit, diese
Korrigierbarkeit und Prüffähigkeit fehlen bei der
bekannten, eingangs genannten Beschichtungstechnik und
zwar eindeutig und unweigerlich deshalb, weil die
Ausbildung des turbelnd und in Wirbeln strömenden
Luft-Beschichtungsmittelschleiers in den Bereich des
physikalischen "Chaos" fällt.
Der Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der
Technik die Aufgabe zugrunde, die auf anderen Aspekten
eines Beschichtungsbetriebes, insbesondere ökologisch
und ökonomisch, vorteilhafte Beschichtungstechnik der
eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die
geschilderten Nachteile vermieden werden, d. h., daß
eine zuverlässige, in der Schichtdicke steuerbare
Rundum-Beschichtung von Werkstücken aller Art mit
Beschichtungsmitteln herkömmlicher, auch viskoser Art
in beliebiger, auch insbesondere hoher
Arbeitsgeschwindigkeit ebenso zuverlässig durchführbar
ist, wie eine Einzelbeschichtung eines einzigen
Werkstückes.
Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich ein
Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
dadurch, daß die Oberfläche der Werkstücke aus gegen
diese Oberflächen gerichtete Düsen gesteuert und unter
einstellbarem Druck zumindest weitgehend hüllend
unmittelbar mit Beschichtungsmittel in Berührung
gebracht wird.
Ferner kennzeichnet sich eine Kammer der eingangs
genannten Art, insbesondere zur Durchführung des
Verfahrens der vorstehenden Art, erfindungsgemäß
dadurch, daß in der Kammer ein rohrartig ausgebildeter
Düsenträger vorgesehen ist, welcher außerhalb der
Kammer mit einer steuerbaren und druckregelbaren
Beschichtungsmittelfördereinrichtung verbindbar ist,
daß eine Vielzahl von Düsen entweder am Düsenträger
unmittelbar ausgebildet und/oder mittels Rohrstücken
angepaßter Länge gebildet sind, daß alle Düsen eine
waagerecht oder lotrecht verlaufende Düsenachse haben,
daß alle Düsenöffnungen zusammen auf einer im
Werkstückquerschnitt mit gewissem begrenzten Abstand
entsprechenden Kurve angeordnet sind und daß das
Beschichtungsmittel aus den Düsen nahezu unmittelbar,
weitestgehend deckend auf die Werkstücksoberfläche
aufbringbar ist.
Die erfinderische Beschichtungstechnik offenbart als
Verfahren und als Kammer zur Ausübung des Verfahrens
die Verwirklichung eines wesentlichen Hauptgedankens:
Das flüssige Beschichtungsmittel muß, im Gegensatz zum
Bekannten, ohne jegliche Beeinflussung oder gar
Beeinträchtigung durch die Turbulenz- und Wirbelströme
der Luft unmittelbar auf die Oberfläche der Werkstücke
aufgebracht werden. Das Mittel, dieses Vorgehen
durchzuführen, sind Düsen - mathematisch gesehen ist
jedes Loch eine Düse -, die möglichst nahe der
Oberfläche des Werkstückes angeordnet und dann mit
einstellbarem Druck und wählbarer Menge flüssiges
Beschichtungsmittel auf die Werkstückoberfläche
unmittelbar auftragen. Durch Auswahl der Düsengröße
kann auf eine bestimmte Oberflächenzone demzufolge mehr
Beschichtungsmittel aufgebracht werden, als auf eine
andere. Die Rundum-Beschichtung läßt sich somit
beliebig den Bedürfnissen entsprechend einstellen und
durchführen. Die Turbulenz- und Wirbelströmungen der
Luft haben auf dem kurzen Weg von der Düse zur
Werkstückoberfläche auch infolge des auf den
Förderdruck beruhenden Zustandes eines mehr oder
weniger kompakten Strahls eine hinreichend große
Stabilität gegenüber dem Einfluß dieser Luftströmungen.
Es also klar herauszustellen: Es wird nicht der
Turbulenz-Wirbelschleier weggelassen, sondern es wird
verhindert, daß die Turbulenz- und Wirbelströmung als
tragendes Medium zwischen der
Beschichtungsflüssigkeitsaustrittsöffnung in der Kammer
und der Werkstückoberfläche wirken kann.
Weil auf diese Weise vorhersagbare, einstellbare
Bedingungen für die Beschichtungsmittelzufuhr der
Werkstückoberfläche geschaffen werden, das bezüglich
der Luftströmungen weiterbestehende Chaos keinen
Einfluß auf den Übergang des Beschichtungsmittels auf
das Werkstück hat, lassen sich alle Arbeitsarten, die
bisher unmöglich waren, verwirklichen. Eine Einmal
bzw. Probebeschichtung ist möglich, und sie offenbart
ein Beschichtungsergebnis, das repräsentativ für alle
anderen Werkstücke gleicher Art ist, die in Serie
beschichtet werden. Dickere Beschichtungen waren bisher
nicht zu erzielen. Sie können nunmehr durch Verstärkung
der Beschichtungsmittelzufuhr zum Werkstück
herbeigeführt werden. Bezirke höheren
Beschichtungsmittelverbrauches, d. h.,
Oberflächenbereiche des Werkstückes mit extremer
Gliederung, können zuverlässig dadurch mit der
entsprechenden dicken Beschichtung versehen werden,
wenn die zugehörigen Düsen die entsprechende
Öffnungsgröße haben und bei Nuten möglichst weit an
oder in die Nute reichen.
Oberflächenunregelmäßigkeiten in der Beschichtung
werden verhindert, weil das Beschichtungsmittel aus
dicht an dicht angeordneten Düsen weitgehend deckend
auf die Oberfläche aufgebracht wird. Dieser Prozeß ist
zuverlässig und nicht von den Unwägbarkeiten einer
Wirbelströmung abhängig, die vernebeltes
Beschichtungsmittel mit sich trägt, aber niemals
gewährleisten kann, daß die Menge des pro Luftvolumen
tragenden Beschichtungsmittels konstant ist.
Man kann bei Werkstücken mit poröser oder saugfähiger
Oberfläche entweder durch Reduzierung der
Fördergeschwindigkeit oder durch Erhöhen der
Beschichtungsmittelzufuhrmenge erreichen, daß das
Beschichtungsmittel in die Werkstückoberfläche
eindringt und eingesaugt wird, bevor die turbulenten
Luftströmungen zur Wirkung kommen und
Flüssigkeitsüberschuß wieder abtragen.
Erfindungsgemäß ist durch die Unabhängigkeit der
Beschichtung und von der
Beschichtungsmitteltragfähigkeit der Luftwirbelströmung
nahezu jede beliebige, praxisnahe
Arbeitsgeschwindigkeit möglich. So wurde bereits mit
einer Geschwindigkeit von 300 m pro Minute zuverlässig
erfolgreich beschichtet.
Der bisher nie verwirklichbare Traum des Beschickens
mit zähflüssigen, viskösen Beschichtungsmitteln läßt
sich mit Hilfe der Erfindung verwirklichen. Die
Turbulenz, die Wirbel, die hohe Luftgeschwindigkeit
machen es möglich, auch zähflüssige
Beschichtungsmittelüberflüsse von den
Werkstückoberflächen abzutragen.
Musterungen oder maserungsartige Spuren auf breiten
Oberflächen von Werkstücken, vorzugsweise bei
waagerechter Lage derselben, rühren bei den bekannten
Techniken daher, daß die aus turbulenten
Wirbelströmungen bestehenden
Luft-Beschichtungsmittelschleier niemals homogen mit
Beschichtungsmittel gesättigt sind und daß der Schleier
aus zahllosen Einzelwirbeln und Turbulenzen
zusammengesetzt ist, von denen einige wenig oder gar
keine Beschichtungsmittelfracht mitsichführen. Die
wahlweise zufällig erfolgenden Kontakte mit der
Werkstückoberfläche verursachen daher die unruhige
musterartige Oberfläche, welche ein Zeichen für
unregelmäßige Beschichtung darstellt. Erfindungsgemäß
leiten die in dichtem Abstand nebeneinander
angeordneten Düsen soviel Beschichtungsflüssigkeit auf
die Werkstückoberfläche, daß sie grundsätzlich
flächendeckend beschichtet ist.
Die vorliegende Erfindung ist kein Rückfall in die
"Steinzeit", der Beschichtungstechnik. Vor ca. 15 bis 20
Jahren gab es Maschinen, bei denen das
Beschichtungsmittel aus Rinnen mit Tropfkanten in Form
eines Flüssigkeitsschleiers von oben her aus lief,
während darunter Werkstücke, vorzugsweise flache
Gegenstände, entlang gefördert wurden. Dabei wurde mit
sehr erheblichem Beschichtungsmittelüberfluß
gearbeitet. Es verspritzte sehr viel
Beschichtungsmittel, und die Überschüsse auf dem
Werkstück mußten mit Verschlichtungs- und
Abtragebürsten abgearbeitet werden. Diese
Uralt-Verfahren waren technisch sehr aufwendig. Es gab
viel Bürstenverschleiß und es fand auch ein sehr hoher
Beschichtungsmittelverbrauch statt, denn in den
Beschichtungsmitteln sammelten sich
Oberflächenstaubanteile der Werkstücke ebenso an, wie
Abriebteile der Bürsten usw. Es erforderte einem
erheblichen, Aufwand an Trenn- und Filtertechnik, um
wenigsten einen Teil des Beschichtungsmittelüberflusses
im Kreislauf wiedergewinnen und der Beschichtung
zurückführen zu können. An Rundum-Beschichtung,
Seitenbeschichtung, insbesondere die Beschichtung von
Nuten in Seitenflächen, usw. war mit Techniken dieser
Art nicht zu denken.
Deshalb ist es eine Besonderheit der Erfindung,
abweichend von dem bekannten "Überschütten" mit
Beschichtungsmittel zur gezielten, bedarfsgerechten,
zweckangepaßten, unmittelbaren Beaufschlagung aus einer
in geringer Entfernung von der Werkstückoberfläche
stehenden Düse zu gelangen, dabei aber gleichzeitig die
schon erwähnten Vorteile der Vakuum-Beschichtung in
vollem Umfange zu nutzen.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß
ausgebildeten Vakuum-Beschichtungstechnik ist in den
Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische, teils geschnittene
Darstellung einer
Durchlauf-Vakuum-Rundum-Beschichtungskammer
gemäß der Erfindung,
Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 konstruktive Einzelheiten eines in Fig. 1
nur schematisch angedeuteten Düsenträgers
zum Aufbringen des flüssigen
Beschichtungsmittels,
Fig. 5 eine weitere mögliche Ausgestaltung des
Düsenträgers gemäß Fig. 2 bis 4,
Fig. 5a die aus Fig. 5 herausgezeichnete Hüllkurve,
welche sich ergibt, wenn die Düsenöffnungen
durch eine Linie miteinander verbunden
werden und
Fig. 6 eine weitere beispielhafte Ausführung des
Düsenträgers.
Ort des Geschehens bei der zu beschreibenden
Vakuum-Durchlauf-Rundum-Beschichtungstechnik ist eine
Vakuum-Durchlauf-Rundum-Durchlauf-Beschichtungskammer 1
- im kommenden nur "Kammer 1" genannt -, die in einem
Förderer 2 als durchlaufbare Zwischenzone eingebaut
ist.
Die Kammer 1 steht üblicherweise - in den Zeichnungen
nicht im einzelnen dargestellt - mit extrem starken
Sauggebläsen zum Erzeugen eines möglichst vakuumnahen
Unterdruckes in der Kammer 1 mit
Flüssigkeits-Lufttrenneinrichtungen, Filtern,
Beschichtungsmittelaufbereitungs- und
Fördereinrichtungen u. dgl. in Verbindung.
Mit der genannten Vakuum-Beschichtungstechnik können
Gegenstände aller Art - im folgenden "Werkstücke 3" - mit
einem flüssigen Auftragsmittel beschichtet werden.
Gegenstände aller Art sind Werkstücke 3, die aus Holz,
Kunststoff, Metall, Stein usw. bestehen können; die
einzige Voraussetzung ist, daß sie einigermaßen
prismatisch geformt sind, um beim Ein- und Austritt aus
der Kammer 1 bzw. auch beim Durchlauf, einigermaßen
einheitliche Luftleckströme zu gewährleisten.
Beschichtungsmittel sind pump- und filterfähige,
düsengängige Flüssigkeiten, z. B. Pigmente, Farben,
Holzschutzmittel, Korrosionsschutzmittel, Lacke usw.
Die Kammer 1 hat an der Werkstückeintrittseite eine
Eintrittsschablone 4 und an der Werkstückaustrittsseite
eine Austrittsschablone 5. Beide Schablonen sind der
Querschnittsform der Werkstücke 3 weitgehend angenähert
nachgebildet, haben jedoch ein gewisses Übermaß, so daß
zwischen den Schablonenkanten und den Werkstücken 3 ein
schmaler, ringförmiger Spalt verbleibt, der
Umgebungsluft als Leckstrom den Eintritt in die Kammer
1 gestattet. Die hohe Besaugung führt dazu, daß sich
eintritts- wie austrittsseitig eine in der Zeichnung
nicht wiedergegebener trombenförmiger, aus zahlreichen
einzelnen Wirbelströmen und Turbulenzen
zusammengesetzter Eintritt- bzw. Austrittluftschleier
bildet.
Bei den bekannten Beschichtungstechniken wird die
enorme Geschwindigkeit und Turbulenz dazu benutzt, die
an geeigneten Stellen in die Kammer 1 eingebrachte
Beschichtungsflüssigkeit - Beschichtungsmittel - zu
erfassen, zu vernebeln und durch Aufprall usw. auf der
Oberfläche des Werkstückes niederzuschlagen.
Die Tatsache, daß die turbulenten Wirbelschleier nicht
beliebig viel Flüssigkeit aufnehmen und transportieren
können, daß sie zum Aufnehmen von Flüssigkeit Zeit
benötigen und daß sie zähfließende Beschichtungsmittel
überhaupt nicht aufnehmen, hat im Zusammenhang mit
Besonderheiten turbulenter Wirbelströmungen zur Folge
gehabt, daß die soweit kurz dargestellte, bekannte
Vakuum-Durchlauf-Beschichtungstechnik nur begrenzt
anwendbar blieb.
Die in den Zeichnungen dargestellte
Vakuum-Durchlauf-Beschichtungstechnik vermeidet diese
Einschränkungen und Nachteile des Bekannten und macht
auf diese Weise die vorteilhafte, elegante,
berührungsfreie Beschichtungstechnik allgemein
anwendbar. Die Raumform dieses Lösungsgedankens
verwirklicht sich in einem Düsenträger 6, der außerhalb
der Kammer 1 mit der
Beschichtungsmittelfördereinrichtung mengen- und
druckregulierbar verbunden ist und der innerhalb der
Kammer 1 eine das Werkstück umhüllende, eventuell
rahmenförmig umfassende Gestalt hat. Dieser Düsenträger
6 ist werkstückseitig dicht an dicht z. B. im Abstand
von etwa 10 mm, mit Gewindebohrungen von z. B.
M4-Gewinde versehen. Mathematisch und praktisch gesehen
ist jedes Loch eine Düse 7 - Fig. 2 -, aus welcher beim
Betrieb Beschichtungsmittel abhängig von Förderdruck
mit mehr oder weniger starkem Strahl austritt, wobei
die Oberfläche des Werkstückes 3 nur einen relativ
geringen Abstand von den Düsen 7 aufweist, Düsen 7
denen keine Werkstückoberfläche gegenüberliegt oder
- steht werden verschlossen, und zwar mittels
Gewindestopfen 8 in Form von Maden- oder Kopfschrauben.
Stark gegliederte Werkstückquerschnitte, nicht zuletzt
tiefe Nuten, die von Oberflächen, die recht weit
vorspringen, weit entfernt liegen, werden mit Hilfe von
Rohrstücken 9 beschichtet, an deren Enden sich einfach
Öffnungen oder getrennt aufgeschraubte Düsen, Formdüsen
o. dgl. befinden. Die Düsen werden zweckmäßigerweise
bedarfsgerecht gewählt, z. B. Flachstahl, Rundstahl,
Breitstahl usw . . Sie werden auch bezüglich des
Durchmessers und des Flüssigkeitsaustritts pro
Zeiteinheit bestimmt.
Sinn des gesamten Vorgehens ist es, das flüssige
Beschichtungsmittel dem Einfluß oder Angriff der
turbulenten Wirbelströmung so weitgehend wie nur irgend
möglich zu entziehen und es statt dessen aus den Düsen
unmittelbar direkt auf die Werkstückoberfläche in
vorwählbarer Menge (Schichtstärke) vorzugsweise
lückenlos deckend aufzutragen.
Ist der Auftrag einmal erfolgt, dann wird in der für
Vakuumtechnik üblichen, äußerst vorteilhaften Weise
berührungsfrei geschlichtet und
Beschichtungsmittelüberschuß abgetragen. Dabei ist
selbstverständlich zu berücksichtigen, daß gewisse
Anteile des Beschichtungsmittels auf dem Weg von den
Düsen 7 zum Werkstück doch erfaßt, vernebelt und in die
Turbulenz übernommen werden; Mengenmäßig ist dieser
Anteil jedoch verschwindend gering und ohne
nachteiligen Einfluß auf das Beschichtungsergebnis. Um
diesen Nachteil entgegenzuwirken, empfiehlt es sich,
alle Rohrstücke 9 entweder nur lotrecht oder nur
waagerecht verlaufend anzuordnen, damit beim Auftreffen
des Strahls auf die Werkstückoberfläche möglichst wenig
reflektierte Farbspritzer entstehen, die leicht in den
Wirbelstrom aufgenommen werden können.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn schon
Rohrstücke 9 vorhanden sind und wenn andererseits
zusätzliche, mechanische Führungen der Werkstücke 3 in
der Kammer 1 erforderlich sind, hierfür Führungsstücke
10 zu verwenden, die strömungsoptimiert geformt sind
und zweckmäßigerweise gleich an einem Rohrstück 9
befestigt oder gehalten werden, und zwar so, daß sie
mit ihrer werkstückseitigen Führungskante am Werkstück
gleitend und somit führend anliegen.
Die beschriebene neue Beschichtungstechnik eignet sich
für nahezu alle flüssigen Beschichtungsmittel - bei
entsprechend großen Düsen 7 auch für zähflüssige Lacke
o. dgl. -, sie erlaubt aber auch, bestimmte
Oberflächenbereiche eines Werkstückes intensiver zu
beschichten als andere. Es bestehen zahlreiche
Möglichkeiten, viele Düsen in Betrieb zu nehmen oder
den Querschnitt der Düsenaustrittsöffnungen zu
verkleinern, wo weniger Beschichtungsflüssigkeit
gebraucht wird. Es kann ferner in Bereichen, deren
Oberflächen saugend, porös und rauh sind, intensiver
geflutet werden, als an Umfangsbereichen des
Werkstückes, die glatter ausgebildet sind, indem
entweder mehr oder größere Düsen für diese Bereiche
vorgesehen werden. Alle diese Möglichkeiten hat es bei
der bekannten Beschichtungstechnik nicht gegeben.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen einen Düsenträger 6, der aus
V2A-Stahl in Schweißtechnik zusammengefügt ist. Diese
Technik ist nicht bindend. Andere Materialien und
Fertigungsarten sind möglich. So können Düsenträger
jede beliebige als die gezeigte Viereckform haben,
sofern sie nur in der Lage sind, das Werkstück zu
umhüllen, derart, daß alle Oberflächen beschichtet
werden können. Werkstoffe sollten u. a. auch bestimmte,
resistende Kunststoffe sein können. Für Sonderzwecke
können Düsenstücke 6 auch aus Rohrfittings passend
montiert werden.
Die Fig. 5 und 6 zeigen mögliche Varianten der
Ausgestaltung des Düsenträgers 6. Bei der Ausgestaltung
gemäß Fig. 5 ist beispielsweise im Bodenbereich der
Kammer 1 eine Abdeckplatte 11 - siehe auch Fig. 2 -
vorgesehen, weil das betreffende Werkstück 3
ausnahmsweise nicht rundum beschichtet werden soll.
Derartige Fälle kommen in der Praxis vor, wenn
bestimmte Oberflächen z. B. nachträglich mit
irgendwelchen Laminaten versehen werden oder als
Abschluß der Beschichtungsbehandlung eine
Extrabeschichtung erhalten sollen. Zu diesem Zweck
werden sie dann in Bezug auf die Lage die in den
Zeichnungen dargestellt ist, umgedreht und noch einmal
durch die Kammer 1 geschickt. Dabei werden aber die
Düsenstücke 6 so verändert, daß nur die obere,
waagerechte Fläche Beschichtungsmittel abgibt.
Entsprechend dieser Tatsache ist bei dem Düsenstück 6
gemäß Fig. 5 der untere Bereich gar nicht vorhanden. Es
liegt eine Gabelform vor. Es können aber auch - siehe
Fig. 6 - andere zweckmäßige Formen gewählt werden.
Wesentlich ist, wie schon mehrfach erwähnt, daß die
Beschichtungsflüssigkeit - das Beschichtungsmittel -
also aus der Düse möglichst unmittelbar auf die
Oberfläche des Werkstückes 3 gelangt, also einen
möglichst kurzen Weg zur Werkstücksoberfläche
zurücklegt. Aus diesem Grund sind alle Düsen 7, auch
die Düsen an den Enden der Rohrstücke 9, nahe am
Werkstück 3 bzw. an dessen Oberflächen angeordnet. Wenn
man durch die Oberflächen aller aufeinanderfolgenden
Düsen eine Linie zieht, so erhält man bei richtiger,
sinnvoller Ausführung des Düsenträgers 6 eine
sogenannte Hüllkurve 12, die einen gewissen Abstand von
der Querschnittsform des Werkstückes 3 hat, dessen
Querschnittsform aber zumindest näherungsweise
entspricht.
Die Erfindung ist nicht nur auf das dargestellte und
beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr
stellt dieses nur eine vorteilhafte Ausgestaltungsform
des Erfindungsgedankens dar.
Der Schutzumfang der Erfindung erstreckt sich nicht nur
auf die Merkmale der einzelnen Ansprüche, sondern auch
auf deren Kombination.
Alle in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder
Zeichnungen dargestellten Einzel- und
Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich
angesehen.
Claims (14)
1. Verfahren zum Durchlauf-Vakuum-Rundumbeschichten
von zumindest überwiegend prismatischen, längs zu
sich selbst geförderten Werkstücken in einer
Durchlauf-Vakuum-Beschichtungskammer, in welche
die Werkstücke einzeln nacheinander durch eine
Eintrittsschablone ein- und durch eine
Austrittsschablone abgefördert, sowie in der Kammer
bedarfsweise zusätzlich förderbahngetreu geführt
werden, wobei die Werkstücke im Innern der stark
und hochbelastbar besaugten Kammer jeweils einen
trombenförmigen Eingangs- sowie einen
Ausgangs-Luftbeschichtungsmittel-Schachtschleier
ausgesetzt sind und mit in die Kammer
eingebrachten Beschichtungsmittel überzogen
werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche der Werkstücke aus gegen diese
Oberflächen gerichtete Düsen gesteuert und unter
einstellbarem Druck zumindest weitgehend hüllend
unmittelbar mit Beschichtungsmittel in Berührung
gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück mit seinem Querschnitt
wenigstens weitgehend von einem aus Rohrelementen
zusammengesetzten austausch- und einstellbar in
der Kammer angeordneten Düsenträger umgeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß breite, ebene Oberflächenbereiche der
Werkstücke aus linienförmig nahe beieinander
angeordneten Düsen beschichtet werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß bestimmte Oberflächenbereiche bei starr
gegliederten Werkstückverschnitten mittels
volumen-druck- und formeinstellbarer Düsen mit
Werkstück angepaßtem Druck und geeigneter,
angepaßter Beschichtungsmittelmenge beaufschlagt
werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß bestimmte Werkstücke in zwei Arbeitsgängen
beschichtet werden, wobei eine Unterfläche beim
ersten Arbeitsgang mit einer Abdeckplatte vor
Beschichtungsmittelkontakt geschützt wird.
6. Vakuum-Durchlauf-Rundum-Beschichtungskammer für
überwiegend prismatisch geformte Werkstücke mit
jeweils den Werkstückquerschnitt mit Übermaß
eingepaßter Eintritts- sowie Austrittsschablone
und mit in der Kammer eingeordneten Förder- und
Führungsmitteln mit einem Sauganschluß zum
Erzeugen eines vakuumnahen, stabilen Unterdruckes
und mit in der Kammer angeordneten
Ausflußöffnungen für flüssiges
Beschichtungsmittel,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Kammer (1) ein rohrartig ausgebildeter Düsenträger (6) vorgesehen ist, welcher außerhalb der Kammer mit einer steuerbaren und druckregelbaren Beschichtungsmittelfördereinrichtung verbindbar ist, daß eine Vielzahl von Düsen (7) entweder am Düsenträger (6) unmittelbar ausgebildet und/oder mittels Rohrstücken (9) angepaßter Länge gebildet sind,
daß alle Düsen (7) eine waagerecht oder lotrecht verlaufende Düsenachse haben,
daß alle Düsenöffnungen zusammen auf einer im Werkstückquerschnitt mit gewissem begrenzten Abstand entsprechenden Kurve (12) angeordnet sind und
daß das Beschichtungsmittel aus den Düsen (7) nahezu unmittelbar, weitestgehend deckend auf die Werkstücksoberfläche aufbringbar ist.
daß in der Kammer (1) ein rohrartig ausgebildeter Düsenträger (6) vorgesehen ist, welcher außerhalb der Kammer mit einer steuerbaren und druckregelbaren Beschichtungsmittelfördereinrichtung verbindbar ist, daß eine Vielzahl von Düsen (7) entweder am Düsenträger (6) unmittelbar ausgebildet und/oder mittels Rohrstücken (9) angepaßter Länge gebildet sind,
daß alle Düsen (7) eine waagerecht oder lotrecht verlaufende Düsenachse haben,
daß alle Düsenöffnungen zusammen auf einer im Werkstückquerschnitt mit gewissem begrenzten Abstand entsprechenden Kurve (12) angeordnet sind und
daß das Beschichtungsmittel aus den Düsen (7) nahezu unmittelbar, weitestgehend deckend auf die Werkstücksoberfläche aufbringbar ist.
7. Vakuum-Durchlauf-Rundum-Beschichtungskammer nach
Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Düsenträger (6) als viereckiger,
vorzugsweise ringförmiger Rohrrahmen ausgebildet
ist.
8. Vakuum-Durchlauf-Rundum-Beschichtungskammer nach
Anspruch 7 und/oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Düsenträger als windschiefes Drei- oder
Viereck ausgebildet ist.
9. Vakuum-Durchlauf-Rundum-Beschichtungskammer nach
einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Düsen (7) auswechselbare
Strömungswiderstände und/oder auswechselbare
Düsenöffnungsgrößen und Düsenöffnungsformen
aufweisen.
10. Durchlauf-Vakuum-Beschichtungskammer nach einem
oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Rohrstück (9), die zu Düsen (7) für stark
zurückspringende Nuten des Werkstückes (3) führen
strömungsoptimiert geformte Führungsstücke (10)
gehalten sind, welche mittels an den Nutgrund von
Werkstücken (3) anliegender Führungskanten als
Führungseinrichtung dienen.
11. Durchlauf-Vakuum-Beschichtungskammer nach einem
oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Düsenträger (6) auswechsel- und
einstellbar in der Kammer (1) gehalten sind.
12. Vakuum-Durchlauf-Beschichtungskammer nach einem
oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Düsenträger für zu beschichtende breite,
insbesondere waagerecht verlaufende Oberflächen
des Werkstückes (3) viele im geringen Abstand
voneinander angeordnete Düsen (7) aufweist oder
trägt.
13. Vakuum-Durchlauf-Rundum-Beschichtungskammer nach
einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bodenbereich der Kammer (1) ein
auswechselbares Abdeckblech zum Abdecken einer
vorzugsweise breiten Unterseite des Werkstückes
(3) vorgesehen ist.
14. Durchlauf-Vakuum-Rundum-Beschichtungskammer nach
einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Düsenträger (6) aus Rohrmitteln,
Rohrfittingsmuffen u. dgl. zusammengesetzt ist.
Priority Applications (1)
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Publications (2)
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