DE4337438A1 - Verfahren zum Durchlauf-Vakuum-Rundumbeschichten - Google Patents

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.

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.