DE69419084T2 - Apparat zum Aufbringen eines Pulvers sowie zur Herstellung eines Pulverstromes - Google Patents

Apparat zum Aufbringen eines Pulvers sowie zur Herstellung eines Pulverstromes

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Erzeugen eines durch Gas getragenen Pulverstroms und, genauer ausgedrückt, eine Vorrichtung für die Aufbringung eines Pulvers auf einem Werkstück. Die Erfindung findet besondere Verwendung bei der Herstellung von Gewindeeinrichtungen mit einer Beschichtung aus schmelzbarem thermoplastischem Harz.
  • Es ist derzeit in der Industrie für Gewindebefestigungseinrichtungen üblich, zahlreiche Beschichtungen auf die Gewinde von Befestigungseinrichtungen aufzutragen, um vorbestimmte Leistungsmerkmale zu erzielen. Die Beschichtung kann vergrößerten Kraftschluß oder eine selbst-verriegelnde Funktion gewährleisten. Sie kann eine Klebverbindung zwischen der Befestigungseinrichtung und einer passenden Gewindeeinrichtung erzeugen. Andere Beschichtungen werden auch für Schmierung, Maskierung und elektrische Isolierung verwendet. Oft werden solche Beschichtungen durch Aufbringen eines Stroms aus durch Luft getragenen thermoplastischen Harzpartikeln auf die Befestigungseinrichtung gebildet, die auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Harzes erhitzt worden ist. Beim Auftreffen schmelzen die Harzpartikeln und verschmelzen zu einer Beschichtung, die an der Befestigungseinrichtung anhaften wird, wenn der Harz sich abkühlt und wieder verfestigt.
  • Beispiele von Vorrichtungen des Standes der Technik, die bei der Herstellung solcher beschichteten Gewindeeinrichtungen verwendet werden, sind in den US- Patenten mit dem Nummern 4,120,993; 4,775,555; 4,815,414; 4,842,890; 5,090,355; 5,1411,375 und 5,221,170 offenbart.
  • Ein Beispiel einer Vorrichtung des Standes der Technik gemäß der Präambel von Anspruch 1 ist aus DE-A-36 39 139 bekannt.
  • Die vorliegende Erfindung ist auf eine verbesserte Vorrichtung zum Erzeugen eines Pulverstroms und zum Aufbringen des Pulverstroms auf ein Werkstück so wie eine Gewindebefestigungseinrichtung gerichtet. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gewährleistet größere Vielseitigkeit und verbesserte Leistung im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen des Standes der Technik. Sie hat weiter genauere Beschichtungskonfigurationen, einheitlichere Beschichtungsleistung und engere Beschichtungstoleranzen als Ergebnis. Darüber hinaus erlaubt die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung die Verwendung eines breiteren Bereichs von Harzpulvern, einschließlich Pulvern mit Partikelgrößen unter etwa 150 Mikron.
  • Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung besteht aus einer wie in Anspruch 1 beanspruchten Vorrichtung.
  • Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann auch eine Fördereinrichtung zum Bewegen des Werkstücks durch den Pulverstrom, eine Heizeinrichtung zum Erhitzen des Werkstücks auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Pulvers, und eine Vakuumauffangeinrichtung einschließen, um das aus der Düse ausströmende übergesprühte Pulver einzufangen, das nicht auf dem Werkstück abgelagert wird.
  • Der vorliegenden Erfindung zufolge sind eine oder mehrere der individuellen Komponenten einstellbar, um die Größe, Konfiguration, Dicke der Beschichtung oder andere Parameter der Beschichtung zu steuern, wie sie schließlich auf die Gewindeeinrichtung aufgebracht wird.
  • Es soll nun eine Ausführungsform der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
  • Fig. 1 eine perspektivische Ansicht ist, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wie sie zum Aufbringen einer thermoplastischen Harzbeschichtung auf eine Vielzahl von Gewindebefestigungseinrichtungen verwendet wird;
  • Fig. 2 eine Querschnittansicht entlang Linie 2-2 von Fig. 1 ist;
  • Fig. 3 eine Querschnittansicht einer bevorzugten Form einer Mischkammer und eines Pulverdosierventils ist, wie sie in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden; und
  • Fig. 4 eine Teilseitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist, die weiter Details von Konstruktion und wahlweise Anordnung von Düsen zeigt.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform für die Aufbringung eines von Luft getragenen, aus Teilchen bestehenden thermoplastischen Harzpulvers auf Gewindebefestigungseinrichtungen gezeigt. Während die dargestellte Ausführungsform sich auf einen Gewindebolzen als die Befestigungseinrichtung bezieht, ist die vorliegende Erfindung beim Beschichten einer breiten Vielfalt von Befestigungseinrichtungen und Gewindeeinrichtungen einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf, Schrauben, Bolzen, Stifte, Schraubenmütter, Kragen und dergleichen verwendbar. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um eine Vielzahl von Beschichtungen in der Form eines von Gas getragenen Pulverstroms aufzubringen. Solche Pulver können thermoplastische und wärmehärtbare Harze so wie Nylons, Acryle, Epoxidharze und Tetrafluorethylene einschließen.
  • In Fig. 1 ist eine Vielzahl von einen Pulverstrom erzeugenden Vorrichtungen in Verbindung mit einem mechanischen Behandlungssystem 26 für eine Befestigungseinrichtung dargestellt. Jede einen Pulverstrom erzeugende Vorrichtung 10 umfaßt einen Pulvervorratsbehälter oder Trichter 12, eine Mischkammer 14, eine Übertragungsleitung 16 und eine Düse 18. Die Düsen 18 sind angeordnet, um Pulverströme zu erzeugen, die von den Befestigungseinrichtungen 22 gekreuzt werden, wenn sie von einer allgemein als 26 bezeichneten Fördereinrichtung transportiert werden.
  • Wie detaillierter in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, umfaßt die Vorrichtung der bevorzugten Ausführungsform einen Pulvertrennblock 13, der das Pulver in eine Vielzahl von Pulverzufuhren teilt, die in ein die Mischkammern 14 enthaltendes Pulverdosier- und mischgehäuse 15 fließen. Jede Mischkammer 14 umfaßt einen luftansaugenden Einlaß 30 und Pulvereinlaß 32 und einen Auslaß 34 für Luft-Pulver- Mischungen. Ein Pulverdosierventil, das einen Ventilsitz 36 und einen Gewindeventilschaft 38 umfaßt, erlaubt die gesteuerte Beförderung von Pulver aus dem Trichter 12 in die Mischkammer. Das eine Ende der Übertragungsleitung 16 ist in Verbindung mit dem Auslaß 34 der Mischkammer und ihr anderes Ende ist in Verbindung mit einer Luft-Pulver- Eingangsöffnung 40 an der Düse 18. Die Düse umfaßt weiter eine Strahlöffnung 41, einen Durchgang 42 zum Erzeugen eines Pulverstroms und einen steuerbaren Eingang 43 für Gasströmung, die alle konfiguriert und operativ mit der Luft-Pulver-Eingangsöffnung 40 verknüpft sind, um einen Unterdruck innerhalb der Übertragungsleitung 16 und der Mischkammer 14 zu erzeugen. Vorzugsweise hat der Düsendurchgang 42 einen im wesentlichen einheitlichen Querschnitt stromabwärts der Luft-Pulver-Eingangsöffnung 40, um Gegendruck zu minimieren, der ansonsten zu Verstopfen beitragen könnte. Kreisförmige Durchgänge mit konstanter Querschnittfläche, die Innendurchmesser von 1/4 (6,35 mm), 5/16 (7,94 mm) oder 3/8 Zoll (9,525 mm) aufweisen, haben sich als besonders geeignet herausgestellt.
  • Wenn die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zum Beschichten erwärmter Befestigungseinrichtungen verwendet wird, umfaßt die Vorrichtung auch eine Vakuumauffangeinrichtung 44 zum Aufnehmen von Übergesprühtem von dem abgegebenen Pulverstrom und eine Heizeinrichtung 46 (siehe Fig. 1), die angeordnet ist, um die Befestigungseinrichtungen auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Teilchenmaterials vorzuheizen, das den von Luft getragenen Pulverstrom aufweist.
  • Wie in Fig. 4 gezeigt ist, können die Düsen 18 unabhängig sowohl vertikal als auch horizontal angeordnet werden, um Aufbringen von Beschichtungen unterschiedlicher Abmessungen zu ermöglichen. Dazu stellen die Transferleitung 16 und die Leitung 19 für Zuführung eines Druckgases eine flexible Kunststoffrohrleitung dar.
  • Der vorliegenden Erfindung zufolge sind unabhängige Steuerungen für eine oder mehrere der individuellen Komponenten vorgesehen, die die Vorrichtung aufbauen. Daher kann der Trichter 12 Mittel zum Erfassen der Menge (Höhe, Gewicht oder Volumen) von Pulver und zum Aufrechterhalten eines im wesentlichen konstanten Pulvervolumens in dem Trichter umfassen. Zum Beispiel kann eine Dynatrol- Einrichtung 17 zum Erfassen von Feststoffmengen vorgesehen werden. Diese Einrichtung wird ein passendes Signal zum Starten und Anhalten der zusätzlichen Pulverzuführung 19 erzeugen, um eine konstante Pulvermenge in dem Trichter 12 aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus umfaßt das Pulverdosierventil einen äußeren Griff 39, der Einstellung der Pulverdurchsatzrate in die Kammer 14 zuläßt. In ähnlicher Weise weist der luftansaugende Einlaß 30 eine einstellbare Querschnittfläche auf, die zweckdienlich durch Verwendung von Einsätzen 31 und/oder 33 erreicht wird, die verschiedene Innendurchmesser haben. So ist auch der Eingang von Gas (typischerweise Luft)-Strömung zur Düse 18 mit einem Regler 50 versehen. Ein Regler ist für jede Düse 18 vorgesehen und wahlweise können auch Strömungsmesser 51 verwendet werden. Schließlich ist die Vakuumauffangeinrichtung 44 vorzugsweise unter Verwendung einer Vaccon-Materialübertragungseinheit konstruiert, die als ein Kennzeichen eine einstellbare Steuerung zum Variieren der Vakuumstärke aufweist.
  • Die Verwendung einer oder mehrerer dieser einstellbaren Komponenten in der vorliegenden Erfindung ermöglicht der Vorrichtung eine "Feinabstimmung", um dadurch größere Präzision bei den durch den resultierenden Pulverstrom gebildeten Beschichtungen zu erzielen. Darüber hinaus ist festgestellt worden, daß Verwendung einer Vakuumfördertechnik -- Befördern der Luft-Pulver-Mischung durch die Mischkammer und die Übertragungsleitung durch Erzeugen eines Unterdrucks - einheitlichere Pulverdurchsatzraten fördert und dabei hilft, Verstopfen zu verringern.
  • Beim Betrieb der dargestellten Ausführungsform wird ein Nylonpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße im Bereich von etwa 150 Mikron bis 40 Mikron in den Trichter 12 dosiert und der Regler 50 wird geöffnet, um eine Druckluftströmung durch den Düsendurchgang 42 zu erzeugen. Der Eingang für Gasströmung mündet in einer Strahlöffnung 41, die neben der Luft-Pulver-Eingangsöffnung 40 angeordnet ist, wodurch ein verringerter Druck in der Übertragungsleitung 16 und auch in der Kammer 14 erzeugt wird. Es ist bestimmt worden, daß eine Strahlöffnung mit einem Innendurchmesser von ungefähr 0,030 Zoll (0,08 cm) bei einem Speisedruck von ungefähr 40 psi (275,79 kPa) zufriedenstellend ist. Bei offenem Dosierventil fließt das Pulver durch Schwerkraft (und durch Luftströmung durch das Pulver, die von dem verringerten Druck innerhalb der Kammer 14 erzeugt wird) aus dem Trichter 12 durch den Einlaß 32 und in die Kammer 14, wo es vermischt und in Luft mitgerissen wird, die in die Kammer über den luftansaugenden Einlaß 30 eintritt. Pulverströmung aus dem Trichter wird durch Verwendung eines konventionellen Vibrators 60 vereinfacht, der in Fig. 4 dargestellt ist und auf den Pulvertrennblock 13 einwirkt. Der Trennblock 13 ist hin und her bewegbar an einem Rahmen 64 über Verbinder oder bewegbare Streben 66 angebracht. Wahlweise kann der Vibrator 60 mit einstellbaren Steuermitteln versehen werden, um den Vibrationsumfang zu variieren und dadurch die Durchsatzrate von Pulver in die jeweiligen Mischkammern 14 zu beeinflussen.
  • Das durch Luft transportierte Pulver wird dann aus der Mischkammer 14 über die Leitung 16 und durch die Düse 18 getragen, wo es als ein relativ kohärenter Strom abgegeben wird. Wenn die erhitzten Befestigungseinrichtungen den Pulverstrom kreuzen, treffen die einzelnen Teilchen auf die Befestigungseinrichtung auf und werden dadurch erhitzt und an der Befestigungseinrichtung in der bekannten konventionellen Weise verschmolzen. Die übergesprühten Teilchen werden dann für Wiederverwendung durch die Vakuumauffangeinrichtung 44 gesammelt.
  • Es ist in der Praxis der vorliegenden Erfindung festgestellt worden, daß genauere Fleckenformen und Fleckengrenzen erzielt werden können. Als ein Ergebnis sind unter Verwendung der vorliegenden Erfindung hergestellte Installations- und Entfernungstorsionen für selbstverriegelnde Befestigungseinrichtungen vom Fleckentyp gleichmäßiger.
  • Der Einstellungsgrad der offenbarten Ausführungsform liefert große Flexibilität beim Betrieb der Erfindung zum Erreichen verbesserter Beschichtungsleistung. Es ist zum Beispiel festgestellt worden, daß die Pulverdurchsatzrate mit einer gleichzeitigen Zunahme der Torsionswerte der Befestigungseinrichtungen zunehmen wird, indem (a) der Speisedruck zu dem Eingang 43 für Gasströmung erhöht wird; (b) das Pulverdosierventil geöffnet wird; oder (c) die Querschnittfläche des in luftansaugenden Einlasses 30 verkleinert wird. Ebenso werden die Pulverdurchsatzraten allgemein bei einer Verringerung der in dem Trichter 12 behaltenen Pulvermenge oder durch Erhöhen der Vibrationstätigkeit des Vibrators 60 zunehmen. Folglich wird die Einstellung einer oder mehrerer dieser Komponenten Feinabstimmung der Fleckenleistungsmerkmale zulassen. Darüber hinaus kann, wenn alle Betriebsparameter konstant gehalten werden, die Pulverdurchsatzrate für jede Düse unabhängig genau gesteuert werden, indem einfach jedes Dosierventil durch Betätigung jedes jeweiligen Steuerknopfes 39 eingestellt wird. Außerdem können eine oder mehrere aus den Düsen 18 ausströmende Pulverströme einfach durch Schließen des passenden Dosierventils und der verknüpften Eingangsluft zu den bestimmten Düsen unabhängig abgeschaltet werden. Unter solchen Bedingungen werden die verbleibenden Pulverströme nicht beeinflußt werden.
  • Es ist weiter in der Praxis der vorliegenden Erfindung festgestellt worden, daß genauere Fleckenbegrenzung durch Erhöhen des durch die Vakuumauffangeinrichtung 44 erzeugten Unterdrucks erzielt werden kann.
  • Es wird weiter angenommen, daß die Verwendung des kreisförmigen Düsendurchgangs zu genauerer Fleckenbegrenzung beiträgt. Da der aus diesem Durchgang ausströmende resultierende Pulverstrom rund ist, wird weniger Pulver am oberen und unteren Teil des Abschnitts der Befestigungseinrichtung aufgebracht, der diesen Strom kreuzt. Folglich werden Flecken mit dicken Mittelpunkten und dünneren oberen und unteren Grenzflächen mit besserer Grenzdefinition erhalten.
  • Die Fachleute in diesem technischen Gebiet werden erkennen, daß zahlreiche Änderungen und Abwandlungen an den dargestellten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den anliegenden Patentansprüchen definiert ist.

Claims (12)

1. Vorrichtung (10) zum Aufbringen von Pulver und Erzeugen eines Pulverstroms, die umfaßt:
einen Pulvervorratsbehälter (12) mit Mitteln zum Aufrechterhalten eines im wesentlichen konstanten Füllstandes von Pulver innerhalb des Vorratsbehälters;
eine Düse (18), die einen einen Pulverstrom erzeugenden Durchgang (42) umfaßt, wobei der genannte Durchgang (42) einen steuerbaren Eingang (43) für Gasströmung und einen getrennten Eingang (40) für durch Luft transportiertes Pulver aufweist; und
eine Übertragungsleitung (16), deren eines Ende in Verbindung mit dem Eingang (40) für durch Luft transportiertes Pulver zu der genannten Düse (18) ist;
wobei der genannte steuerbare Eingang (43) für Gasströmung einen Gasstrom innerhalb des genannten Düsendurchgangs (42) und einen Unterdruck innerhalb der genannten Übertragungsleitung (16) erzeugt, um Pulver zu der genannten Düse (18) zu befördern;
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung weiter umfaßt:
eine Mischkammer (14);
einen Pulverdurchgang, der sich zwischen dem genannten Vorratsbehälter (12) und der genannten Mischkammer (14) erstreckt und in einem Pulvereinlaß (32) zu der genannten Mischkammer (14) endet;
ein einstellbares Pulverdosierventil (36, 38), das in dem genannten Pulvereinlaß (32) der Mischkammer zum Liefern einer gesteuerten Menge von Pulver aus dem genannten Vorratsbehälter (12) an die genannte Mischkammer (14) angeordnet ist;
einen luftansaugenden Einlaß (30), der in der genannten Mischkammer (14) getrennt von dem genannten Pulvereinlaß (32) zum Einbringen und Mischen von Luft mit Pulver in der genannten Mischkammer (14) angeordnet ist; und
einen Auslaß (34) für durch Luft transportiertes Pulver aus der genannten Mischkammer (14); wobei das andere Ende der genannten Übertragungsleitung (16) in Verbindung mit dem genannten Auslaß (34) für durch Luft befördertes Pulver der genannten Mischkammer (14) steht; und
wobei der genannte steuerbare Eingang (43) für Gasströmung auch einen Unterdruck innerhalb der genannten Mischkammer (14) erzeugt.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, die weiter Mittel zum Positionieren eines Werkstücks neben der genannten Düse, so daß der genannte Pulverstrom auf das genannte Werkstück gerichtet wird, und eine Vakuumauffangeinrichtung (49) umfaßt, die neben dem genannten Werkstück zum Aufnehmen von übergesprühtem Pulver vorgesehen ist.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der das genannte Pulverdosierventil (36, 38) ein Nadelventil darstellt.
4. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-3, bei der der genannte luftansaugende Einlaß (30) einstellbar ist.
5. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem der genannte steuerbare Eingang (43) für Gasströmung einstellbar ist.
6. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-5, bei dem zwei oder mehr des genannten Pulverdosierventils (36, 38), des genannten luftansaugenden Einlaßes (30) und des genannten steuerbaren Eingangs (43) für Gasströmung unabhängig voneinander einstellbar sind.
7. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-6, bei der das genannte Pulverdosierventil (36, 38) einen äußeren Griff (39) zum Einstellen des Pulverstroms aus dem genannten Vorratsbehälter (12) in die genannte Mischkammer (14) umfaßt.
8. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-7, bei der das genannte Pulver durch Schwerkraft aus dem genannten Vorratsreservoir (12) durch das genannte Dosierventil (36, 38) und in die genannte Mischkammer (14) geleitet wird, und bei der ein Vibrator (60) operativ mit dem genannten Vorratsbehälter (12) verknüpft ist, um die genannte Schwerkraftströmung zu vereinfachen.
9. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-8, bei der die genannte Düse (18) eine Bohrung von im wesentlichen runder Form und Fläche mit konstantem Querschnitt aufweist.
10. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-9, wenn direkt oder indirekt abhängig von Anspruch 2, bei der die genannte Vakuumauffangeinrichtung (44) einstellbar ist, um den verringerten Druck am Einlaß zu der genannten Auffangeinrichtung (44) zu verändern.
11. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-10, wenn direkt oder indirekt abhängig von Anspruch 2, bei der eine Vielzahl von Pulverdosierventilen (36, 38), Mischkammern (14), Übertragungsleitungen (16), Düsen (18), und Vakuumauffangeinrichtungen (44) verwendet werden, und wenigstens jede der genannten Düsen (18) unabhängig im Verhältnis zu einem Bewegungsweg des genannten Werkstücks positioniert werden kann.
12. Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, bei der jede der genannten Vielzahl von Düsen (18) operativ mit nur einem Pulverdosierventil (36, 38), einer Mischkammer (14), Übertragungsleitung (16) und Vakuumauffangeinrichtung (44) verknüpft ist.
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