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Diese
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen
von Beschichtungen auf ein Substrat und insbesondere eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit lösungsmittelfreien
Harzen, die stark mit Metallpulver gefüllt sind.
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Wie
in der Sprühbeschichtungstechnologie bekannt,
haben bisher bekannte Sprühanwendungsanlagen
zum Beschichten von Substraten mit herkömmlichen Beschichtungen mit
hohem Feststoffanteil Übertragungseffizienzen,
die geringer als 50% sind, was zu einem übermäßigen Verlust an Materialien,
Lösungsmitteln
und Zeit führt.
Wichtig für
diese Technologie sind die ökologischen
Standards, die beachtet werden müssen,
da die Mengen an Materialien, Lösungsmitteln
und flüchtigen
organischen Verbindungen (volatile organic compounds – VOCs),
die in die Atmosphäre
freigesetzt werden, nicht nur eine Hauptsorge für ökologisch denkende Menschen
sind, sondern auch mit Anforderungen der Occupational Safety and
Health Administration (OSHA – Betriebssicherheits-
und Gesundheitsverwaltung) und der Environment Protection Agency
(EPA – Umweltschutzamt)
in Einklang stehen müssen.
Außerdem zeigen
derzeitige herkömmliche
Beschichtungssysteme unzählige
Probleme auf einschließlich,
aber nicht beschränkt
auf, die Sicherheit für
die Betreiber, Umweltrisiken, hohe Kosten und Schwierigkeiten, die angetroffen
werden, wenn versucht wird, die Beschichtungen aufzubringen.
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Es
bestand immer der Bedarf nach einem Hoch-Feststoff-Anteil-Beschichtungssystem,
das das Substrat mit Feststoffen, die 5 bis 10 Mils (0,13 bis 0,25
mm) dick sind, in einem Durchgang beschichtet ohne die Notwendigkeit
eines Lösungsmittels.
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Es
wäre wünschenswert,
eine verbesserte Sprühdüsenvorrichtung
zum Aufbringen von Metall-gefüllten
Beschichtungen auf eine Oberfläche
eines Substrats bereitzustellen, insbesondere eine, die eine Beschichtung
mit einer Dicke im Bereich von 5 bis 10 mils (0,13 bis 0,25 mm)
in einem Durchgang ohne die Verwendung von Lösungsmitteln aufbringen kann.
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Gemäß einem
ersten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine Konvergent-Sprüh-Auftragungseinrichtung
vor, die einen Zwangsluftstrom verwendet, um trockenes metallisches
Füllmaterial
in einen feuchten Harzstrom einzubringen, wo er konvergent mit den
Harzkomponenten kombiniert wird. Zwei verschiedene Ströme werden
für das
konzentrierte trockene Füllmaterial
verwendet, die das Ablagern von Material an den Oberflächen und
Spalten der Sprüh-Auftragungseinrichtung
und den zugehörigen Transferleitungen
eliminieren.
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Bei
einem bevorzugten Verfahren des Aufbringens der Beschichtung wird
das Füllmaterial durch
zwei separate Leitungen durch ein Verteiler-gesteuertes Gewichtsverlustvolumenzuführsystem
transportiert, das von einem Trichter, der das Füllmaterial enthält, durch
Schwerkraft versorgt wird. Ein solches System kann ein konstantes
Verhältnis von
trockenem Füllmaterial
zu Flüssigharz
aufrecht erhalten, um eine konsistent aufgebrachte Beschichtung
zu gewährleisten.
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Ein
bevorzugtes Merkmal dieser Erfindung ist die Anordnung der verschiedenen
Komponenten des Konvergentprozesssystems durch Auswählen bestimmter
Komponenten des Prozesses und Zuordnen derselben in separate Räume oder
Bereiche und Kontrollieren des Mischens der Komponenten der Beschichtung
in einem staubfreien separaten Raum und Verwenden von Robotern,
um die Sprühkanone zu
positionieren, und eines Steuerungssystems, das sich entfernt von
der die Sprühkanone
und das Substrat beherbergenden Sprühkabine befindet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Merkmal dieser Erfindung ist das Verfahren
der Beschichtung unter Verwendung eines Metallpulverfüllmaterials,
das mit einem flüssigen
Harz im Außenbereich
einer Konvergentsprühbeschichtungsdüse der Sprühkanone
vor dem Aufbringen der Beschichtung auf das Substrat kombiniert
wird.
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Es
wurde herausgefunden, dass die Erfindung zumindest in ihren bevorzugten
Aspekten eine Sprühvorrichtung
und ein Verfahren zum Aufbringen des Sprays auf das Substrat schaffen
kann, wobei im Wesentlichen 100% Feststoffe erhalten werden. Die Konvergentsprühtechnik
der bevorzugten Aspekte der vorliegenden Erfindung können nicht
nur die oben erwähnten
Probleme vermeiden, sondern können
auch die Verwendung von gefährlichen
Materialien, die ansonsten benutzt würden, eliminieren.
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Die
vorliegende Erfindung erwägt
ein Verwenden eines Zwangsluftstrahls, um das trockene metallische
Füllmaterial
in einen feuchten Harzstrom einzubringen, wo es sich konvergent
mit den Harzkomponenten verbindet. Es kann eine Sprühdüse und ein
System ähnlich
demjenigen, das in
US 5 565 241 ,
erteilt am 15. Oktober 1996 an Mathias et al., mit dem Titel „Convergent
End-Effector" und
US 5 307 992 , erteilt am
3. Mai 1994 Hall et al., mit dem Titel „Method and System For Coating
A Substrate With A Reinforced Resin Matrix" offenbart ist, verwendet werden. Beide
diese Patente werden gemeinsam der USBI Co. zugeordnet und haben
Jack G. Scarpa als gemeinsamen Miterfinder. Beide sind hierin durch
Inbezugnahme aufgenommen. Wie in den o.g. Patenten ausgeführt, ist
die Vorrichtung zum Aufbringen der Beschichtung aus einer verstärkten Harzmatrix auf
ein Substrat eine Sprühdüse, die
eine zentral angeordnete Öffnung
und eine Mehrzahl von umfangsmäßig beabstandeten Öffnungen,
die die zentrale Öffnung
umgeben, zum Erzeugen einer Zerstäuberzone aufweist. Andere Öffnungen,
die radial auswärts
dieser Öffnungen
beabstandet sind, können verwendet
werden, um den Sprühstrahl
zu formen. Verstärkungsmaterial
wird dem Harz durch das hintere Ende der umgebenden Kammer oder
eines Verzweigungssystems, das die Sprühdüse umgibt, eingeführt, und
ist dazu ausgelegt, das verstärkende Material
dem flüssigen
Harz zuzuführen.
Pneumatische Ejektorleitungen zum Leiten von Pressluft werden verwendet,
um die Materialien zu dem Substrat zu transportieren.
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In
ihren bevorzugten Aspekten modifiziert die vorliegende Erfindung
die umfängliche
Luftzerstäubungskappe
der zuvor bekannten Sprühdüse derart,
dass sie eine zentrale Öffnung
aufweist, die etwa 0,187 inches (4,75 mm) im Durchmesser misst und
einen Zerstäubungswinkel
von 90° aufweist.
Das Füllmaterial
wird in zwei verschiedene Ströme
konzentriert und so das Anlagern des Materials an den Oberflächen und
Spalten der Sprüh-Auftragungseinrichtung
und Transferleitungen eliminiert. Dies kann zu gesteigerten Transfereffizienzen
und einem einheitlicheren Finish der Beschichtung der Substratoberfläche führen. Ein
bevorzugtes Verfahren verwendet einen Trichter und ein Schwerkraft-versorgtes Gewichtsverlustzuführsystem
unter der Steuerung in ein Ejektorverzweigungssystem, das das Füllmaterial durch
zwei separate Ströme
vor der Ankunft bei der Sprüh-Auftragungseinrichtung
transportiert. Ein konstantes Verhältnis von trockenem Füllmaterial
zu Flüssigharz
gewährleistet
eine gleichmäßig aufgebrachte
Beschichtung.
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Durch
Steuern der Mengen und Raten an Harz und trockenem metallischem
Füllmaterial
und der richtigen Verhältnisse
zum Beschichten ausgewählter
Oberflä chen
fördert,
misst und mischt das gesamte System diese Materialien nur auf Anforderung der
Konvergent-Auftragungseinrichtung mit der daraus resultierenden
Eliminierung der Notwendigkeit, die Beschichtungsrezepturen vorzumischen.
Diese konvergente Sprühtechnik
für trockene
Füllmaterialien
und Harze kann eine gleichmäßig kontrollierbare Beschichtung
bieten und die getrennten Harze (wenn zwei oder mehr Harze verwendet
werden) können, falls
erwünscht,
erwärmt
werden, um so die Gelierzeiten der aufgesprühten Materialien zu beschleunigen.
Dieses optionale Verfahren verbessert die Beschichtung, da es eine
gleichmäßige Anlagerung
der Beschichtung ermöglicht.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung waren besonders wirksam für die lösungsmittelfreie Anwendung
von MagRam-Typ-Beschichtungen (Stealth-Anwendungen) und stark mit Zink oder
anderen Metallen gefüllten
Füllmaterialien
für Korrosionswiderstandsfähigkeit.
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Das
System und die Sprühdüse zumindest der
bevorzugten Aspekte dieser Erfindung schafft auch die nachfolgenden
Verbesserungen gegenüber zuvor
bekannten Systemen, obwohl angemerkt werden soll, dass die Erfindung
nicht hierauf beschränkt ist:
Das
System ist kompatibel mit Systemen von Epoxy-, Polyurethan-, Silicat-Wasser-Basis- oder
100%-Feststoff-Harzen;
das System hat die Fähigkeit, die Dicke einer aufgebrachten
Beschichtung genauer zu steuern;
das System hat die Fähigkeit,
die Abmessungen der beschichteten Oberflächenfläche zu steuern;
das System
hat die Fähigkeit,
sowohl das Füllmaterial
als auch das Harzmaterial unabhängig
zu steuern;
das System reduziert die Anzahl von notwendigen Durchgängen, um
eine gewünschte
Dicke der Beschichtung zu erzielen im Gegensatz zu Lösungsmittel-gestützten Systemen;
das
System reduziert Abfall und gefährliche
Materialien;
das System kann die Zeit reduzieren, die nötig ist,
um eine Beschichtung aufzubringen, die Zeit reduzieren, um MagRam-Eigenschaften
der Beschichtungen zu testen, und die Menge an Lösungsmitteln (VOCs), die nötig ist,
um Zink-reiche Beschichtungen aufzubringen, reduzieren; und
das
System optimiert das Beladungsvermögen, indem ermöglicht wird,
dass die Beladung von 0% bis zu einer Höhe von über 90% reichen kann. Dies
ist auch abhängig
von Harz- und Zerstäubungseigenschaften
der Harzkomponente.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine
perspektivische Ansicht ist, die die konvergente Sprühdüse einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 eine
Teilaufrissansicht im Schnitt ist, die den Luftkappenbereich der
konvergenten Sprühdüse veranschaulicht;
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3 eine
Draufsicht von oben des vorderen Endes der in 2 veranschaulichten
Sprühdüse ist;
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4 eine
schematische Veranschaulichung der in 2 gezeigten
Zerstäubungsluftkappe zum
Veranschaulichen der Beziehung der Harz- und Pulverzuführleitungen
und des Beschichtungsgemisches kurz vor der Anwendung auf die Substratoberfläche ist;
und
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5 eine
schematische Veranschaulichung des Systems ist, das beim Dosieren
der in der Beschichtung verwendeten Materialien, Transportieren
der Materialien und der Steuerungen hierfür verwendet wird.
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Obwohl
bei der bevorzugten Ausführungsform
die Sprühdüsenvorrichtung
und das System gezeigt sind zum Beschichten des Substrats mit MagRam
oder Zink, soll verstanden werden, dass andere Metallmaterialien
zum Beschichten des Substrats verwendet werden können, ohne vom Umfang dieser
Erfindung abzuweichen. Es sollte auch angemerkt werden, dass, obwohl
beschrieben wird, dass diese Materialien verwendet werden für Radaradsorption-
und Korrosions anwendungen, diese Erfindung in Erwägung zieht,
dass andere Materialien für diese
Zwecke und für
andere Zwecke verwendet werden können.
Wie in dieser Technologie geschulte Fachleute erkennen, betrifft
diese Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen trockenes metallisches
Füllmaterial
in das feuchte Harz stromabwärts
der Öffnungen
der Düse
eingebracht wird, wo es sich mit den Harzkomponenten konvergent kombiniert,
kurz bevor es auf die Oberfläche
des Substrats gesprüht
wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist das System automatisiert und computergesteuert unter Verwendung
der erforderlichen Pumpen, Ventile, Aktuatoren, Sensoren und Robotern,
um die Sprühdüse relativ
zu dem Substrat zu positionieren. Es sollte jedoch verstanden werden, dass
diese Erfindung ausgeführt
werden kann ohne die Verwendung einer Automatisierung.
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Die
Erfindung kann am besten verstanden werden durch Bezugnahme auf
die Figuren und insbesondere auf
1, die die
allgemein durch das Bezugszeichen
10 veranschaulichte konvergente Sprühdüse zeigt.
Die Düse
hat ein im Allgemeinen zylindrisches Gehäuse
12, das eine Luftkappe
14 aufweist,
die das röhrenartige
Harzförderelement
16 hält. Die
Sprühdüse
10 kann
eine geeignete kommerziell erhältliche
Düse sein,
die gemäß dieser
Erfindung modifiziert ist. Geeignete kommerziell erhältliche
Düsen sind
diejenigen, die von Binks, ansässig
in Franklin Park, Illinois, hergestellt werden. Das Harzförderelement
16 weist
eine zentral angeordnete Ausstoßöffnung
18 zum
Injizieren des Flüssigharzes in
den durch eine ringförmige Öffnung
20,
die die zentrale Öffnung
16 umgibt,
gebildeten Luftstrom auf. Die Öffnungen
sind dazu ausgelegt, einen zerstäubten
konvergenten Sprühstrahl
in weitgehend derselben Weise wie der in
US 5 565 241 beschriebenen bereitzustellen.
Für weitere
Details der Sprühdüse sollte
Bezug auf dieses Patent genommen werden.
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Statt
einer Mehrzahl von umgebenden, umfangsmäßig beabstandeten einzelnen Öffnungen,
die zum Injizieren der Luft zu Zerstäubungszwecken verwendet werden,
ist jedoch die Düse
der in 1 gezeigten Sprühkanone dazu ausgelegt, eine
ringförmige Öffnung 20 (3)
aufzuweisen, die vernünftigerweise
eine Größe von im
Wesentlichen 0,187 inches (4,75 mm) aufweist. Die Öffnung 18 ist
vorzugsweise in ihrer Größe auf im
Wesentlichen 0,015 inches (0,38 mm) angepasst. Mit dem Stand der
Technik vertraute Fachleute erkennen, dass die Größen der Öffnungen
und ihrer Orientierung relativ zueinander wichtige Aspekte dieser
Erfindung sind, da es notwendig ist, ein zufrieden stellendes Vermischen
der Bestandteile vor dem Aufbringen auf das Substrat zu erreichen.
Der Luftdurch gang 22 in der Luftkappe ist derart konturiert,
dass die Oberfläche 24 einen
Winkel so definiert, dass die aus der Öffnung 20 ausgestoßene Luft
zwischen 20 und 90° sein
kann und vorzugsweise im Wesentlichen gleich 90° ist, bezogen auf eine vertikale
Ebene, und zentral orientiert ist mit dem Auslass der Öffnung 18.
Insbesondere kann der eingeschlossene Winkel des Konus der ausgestoßenen Luft
im Bereich von 20 bis 90° liegen.
Dies sorgt für
die richtige Konvergenz und gewährleistet,
dass die Wolke des Flüssigharzes,
wenn es zerstäubt wird,
die durch die Wolke 26 in den Figuren angegebene Form einnimmt.
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Wie
hierin im Anschluss vollständiger
erklärt werden
soll, ist es wichtig, dass das in das Harz injizierte Pulver mit
dem Harz vollständig
befeuchtet und homogen wird, um ein gleichmäßiges und konsistentes Finish
der Beschichtung auf der Substratoberfläche zu gewährleisten. Wie in
US 5 565 241 offenbart ist, wird das
Flüssigharz
der Ausstoßöffnung
18 zugeführt, wo
es mit der Luft kombiniert wird, um einen zerstäubten Sprühstrahl zu bilden. Für den Fall,
dass mehr als ein Harz erwünscht
ist, kann ein zweites Harz oder ein anderer Bestandteil (andere
Bestandteile) direkt vor dem Einlassen in die Sprühdüse eingemischt
werden. Offensichtlich ist die exakte Größenabmessung der Öffnungen
18 und
20 von
den speziellen gewählten
Harzen und der gewünschten Tröpfchengröße und dem
Druck, der notwendig ist, um das erwünschte Mischen durchzuführen, um
das homogene Gemisch zu erreichen, vorgegeben. Bei der bevorzugten
Ausführungsform
sollte die Viskosität
des Flüssigharzes
im Bereich von 1000 bis 5000 Centipoise (cps) sein. Tatsächlich liegen
die speziellen Parameter zum Erreichen der gewünschten Beschichtung innerhalb
der Fähigkeiten
eines mit dieser Technik vertrauten Fachmanns, der erkennt, dass
die oben angegebenen Durchmessergrößen der Öffnungen
18 und
20 bevorzugt
sind. Die Viskosität
kann auch durch Anwenden von Wärme
auf das Harz in einer bekannten Weise gesteuert werden.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
wird das feine Metallpulver in das flüssige Harz durch zwei geeignet
orientierte Ströme 28 und 30 (4)
die jeweils geeignet orientierte Ausstoßöffnungen 32 und 34 versorgen,
eingebracht. Das Füllmaterial,
das durch den Luftstrahl transportiert wird, wie dies in genaueren
Einzelheiten im Anschluss erklärt
werden soll, ist relativ zu der Wolke aus Harz geeignet angewinkelt
und wird in die Wolke an einer bestimmten Position eingeführt, wie
in den Figuren gezeigt, um die gewünschte Gleichmäßigkeit
und Konsistenz der Beschichtung zu erreichen. Die diametral angeordneten
Ausstoßöffnungen 32 und 34 sind
jeweils bei 0° und
90°. Insbesondere
kann der Winkel zwischen den Achsen der Zentralöffnung und der Leitung, entlang
der das Füllmaterial
ausgestoßen
wird, für
jede Ausstoßöffnung etwa
45° sein.
Die Parameter für
die Ausstoßöffnungen 32 und 34 werden
von einer Anzahl von Parametern vorgegeben, wie z.B. Transportluftdruck,
Partikelgrößen, Dichte,
Typ des Materials, etc., was innerhalb des Könnens von Fachleuten liegt.
Es ist jedoch von äußerster
Wichtigkeit, dass die Durchgänge 28 und 30 und
die jeweiligen Öffnungen 32 und 34 so
orientiert sind, dass das Füllmaterial
am Niederdruckpunkt der Wolke eingebracht wird, so dass diese zwei
Ströme
die Anlagerung von Material an Oberflächen und Spalten der Sprüh-Auftragungseinrichtung
und den zugehörigen
Transferleitungen eliminiert, während
das konsistente Finish der Beschichtung auf der Substratoberfläche gewährleistet
wird.
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Wie
in den obigen Absätzen
erwähnt,
kann es bevorzugt sein, ein konstantes Verhältnis von trockenem Füllmaterial
zu Flüssigharz
aufrecht zu erhalten, um eine konsistent aufgebrachte Beschichtung
zu gewährleisten.
Wie hierin im Anschluss detailliert ausgeführt werden soll, fördert, misst
und mischt das System die erforderlichen Materialien in richtigen
Verhältnissen,
um die richtigen Mengen und Raten von Material nur bei Anforderung
der konvergenten Auftragungseinrichtung zu erhalten. Dies führt zu einem
System, das das Erfordernis, das Beschichtungsrezept vorzumischen,
eliminiert. Dieses System wird in Verbindung mit 5 beschrieben, die
angibt, dass der Prozess am besten erreicht wird durch Trennen bestimmter
Funktionen des Systems in drei verschiedene Räume oder Bereiche, die aus dem
Kontrollraum 40, dem Mischraum 42 und der Sprühkabine 44 bestehen.
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Der
gesamte Prozess wird durch einen geeigneten Allzweckcomputer gesteuert,
allgemein angegeben durch das Bezugszeichen 46, der durch
einen geschulten Programmierer geeignet programmiert ist, um die
gewünschten
Signale zu erzeugen, um die richtigen Flüsse und Verhältnisse
zu erreichen, und der einen Recorder 48, um eine Aufzeichnung
der Aktivitäten
des Prozesses zu erhalten, und eine PLC- (programmable logic controller – programmierbare
Logiksteuerung) Prozesssteuerung 50 aufweisen kann, aber
nicht notwendigerweise erfordert. Der Prozessor enthält geeignete
Steuerungsmechanismen zum Steuern der verschiedenen Komponenten,
wie durch die Box 54 wiedergegeben, wie z.B. des Kanonenauslösers, der
Lösungsmittelspülung, Lufttransporten,
trockenem Pulver und Harzen über die
verschiedenen Solenoidsteuerungsventile in dem System.
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Die
Prozesssteuerung überwacht
auch die Mengen für
die verschiedenen Materialien und verarbeitet in einer bekannten
Weise eine Aufzeichnungskopie. Bei Anwendungen, bei denen Wärme appliziert
wird, beherbergt der Kontrollraum
40 geeignete Relais
56 zum
Betätigen
der gewünschten
Heizelemente (nicht gezeigt), wäre
aber vom Typ, wie er in
US 5
565 241 beschrieben ist.
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Wie
in
5 angemerkt, dient der Computer
46 in
dem Kontrollraum
40 dazu, die Flussraten des trockenen
Pulvers durch Betätigen
der Ejektoren
51 und
53 in dem Mischraum
42 und
des Luftkompressors
58 in dem Kontrollraum
40 zu
steuern. Die Ejektoren sind ein Gewichtsverlustzuführsystem
des Typs, der in
US 5 565 241 beschrieben
ist. Offensichtlich weist das Trockenpulversystem einen Trichter
für das
Feinpartikelfüllmaterial
auf und dient dazu, ein konstantes Volumen oder Gewicht an Pulver
aufrecht zu erhalten durch Ersetzen der Mengen, die von der Sprüh-Auftragungseinrichtung
verwendet werden, die zu dieser durch die Leitungen
60 und
62 relativ
geringen Luftdrucks transportiert werden. Die Ejektoren
51 und
53 sind
mit den Luftleitungen
60 und
62 verbunden und
empfangen komprimierte Luft über
die Leitung
66 und eine Verzweigungsleitung von der Pumpe
58.
Das Harz, das einen Katalysator enthalten kann, wird durch Flussmessventile,
die durch den Computer
46 gesteuert sind, zu der Sprühdüse dosiert,
um die richtigen Mengen und das richtige Verhältnis relativ zu dem Pulverfüllmaterial
aufrecht zu erhalten. Das Harz und der Katalysator, die in Fässern enthalten
sind, werden durch ein geeignetes Dosiergerät
74 anteilsmäßig aufgeteilt
und über Pumpen
76 und
78 zu
der Sprühdüse gepumpt
und über
Strömungsleitungen
80 und
82 der
Sprühdüse zugeführt. Ein
Spülsystem
kann enthalten sein, um die Düse
zu geeigneten Zeiten zu reinigen. Der Staubgehalt des Mischraums,
der die Ejektoren, das Gewichtsverlustzuführsystem und die Versorgung der
Harzkomponenten und des Füllmaterials
enthält, wird
kontrolliert, um zu gewährleisten,
dass die Beschichtung frei von fremdem Material ist, damit die fertige
Beschichtung nicht kontaminiert wird.
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Die
Sprühkanone,
die in der Sprühkabine isoliert
ist, kann robotermäßig betrieben
werden durch einen geeigneten Roboter wie z.B. den GMF-Roboter,
der von der Robotersteuerung in einer wohlbekannten Weise gesteuert
wird.
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Das
Nachfolgende ist ein Beispiel eines Verfahrens, das eine bevorzugte
Ausführungsform
der Sprühdüse der Erfindung
verwendet, um eine hoch massive Beschichtung mit mehr als 90% Metallfüllmaterial
auf eine Substratoberfläche
aufzu bringen, um eine Beschichtungsdicke von im Wesentlichen zwischen
5 bis 10 mils (0,13 bis 0,25 mm) in einem Durchgang zu erhalten.
Es wird angemerkt, dass das Füllmaterial
zu der Kanone transportiert und mit dem Flüssigharz an dem Ausstoßende der
Sprühdüse gemischt
wird ohne die Verwendung irgendeines Lösungsmittels. Obwohl dieses
Beispiel präsentiert wird,
um den Prozess des Beschichtens eines Substrats mit speziellen Materialien
zu veranschaulichen, soll verstanden werden, dass dieses Beispiel
nicht dahingehend interpretiert werden soll, dass es eine Begrenzung
des Umfangs dieser Erfindung sei.
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BEISPIEL
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- 1. Pulver vom Eisentyp wird pneumatisch durch zwei
Teflon-beschichtete Schläuche
mit einem 1/2 Inch Innendurchmesser transferiert und mit einem zweiteiligen
Polyurethan-Epoxy-System mittels der konvergenten Sprühtechnologie
dieser Erfindung kombiniert, um eine gleichmäßige, 10 mil (0,25 mm) dicke
Beschichtung zu erzeugen.
- 2. Das Eisenpulver wird zu den zwei Ejektoren mittels Vibrationszuführeinrichtungen,
die die Zuführrate
von 4500 g/h mittels des PLC-Überwachungssystems 52 genau
steuern, geliefert. Der Ejektorluftdruck ist bei 10 bis 12 psi (69
bis 83 kPa), was genügend
Luftdruck ist, um Eisenpartikel zu der Sprühkanone zu bewegen. Der Gesamtluftdruck
wird durch ein Pneumatiksteuersystem unter Verwendung von Solenoidsteuerventilen 54,
um individuelle Drücke
zu spezifischen Vorrichtungen zu regulieren, gesteuert.
- 3. Zahnradpumpen werden verwendet, um das zweiteilige Polyurethan-Epoxy
zu der Sprühkanone
bei einer Rate von 8 cm3/min (8 cc/min)
für jede Flüssigkeit
zu transferieren. Beide Epoxykomponenten werden auf 110°F innerhalb
von Drucktöpfen
erhitzt. Die das Fluid tragenden Leitungen haben einen Innendurchmesser
von ¼ inch
und transportieren die Fluide durch Flussmesser 70 und 72 für eine genaue
Flussmessung. Beide Fluidleitungen sind auf 110°F mittels eines elektrischen
Heizbands 56 geheizt.
- 4. Die Fluide treten, nachdem sie kombiniert sind, während sie
durch eine Mischkammer laufen, durch eine 0,0015 inches- (0,038
mm) Öffnung
an der Spitze der Fluiddüse
aus. Zerstäubungsluft, die
bei etwa 30 psi (207 kPa) strömt, treibt
das Fluid in einen Nebel. Alle Zuführratendrücke und -temperaturen werden
durch den Host-Pc unter Verwendung von Control-View-Software kontrolliert.
- 5. Ein GMF-Roboter wird verwendet, um die Sprühkanone über das
Substrat in einer gleichmäßigen Weise
bei einem Abstand von 8 bis 10 inches (200 bis 250 mm) zu bewegen.
Jeder Durchgang der Sprühkanone überlappt
einen Inch (25 mm). Die Sprühkanone
bewegt sich bei einer Rate von 6 bis 8 inches (150 bis 200 mm) pro
Sekunde.
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Obwohl
das in dem direkt darüber
liegenden Absatz detailliert beschriebene Beispiel eine Beschichtung
unter Verwendung eines Eisenfüllmaterials
veranschaulicht, ist es offensichtlich, dass andere Metallfüllmaterialien
wie z.B. Zink genauso verwendet werden können. Die Beschichtung war
stark mit Feststoffen beladen (70 bis 85% Metallfüllung),
und die Dicke der Beschichtung war zwischen 5 bis 10 mils (0,13
bis 0,25 mm), was in einem Durchgang erreicht wurde. Die Metallfüllung benötigte keine
Lösungsmittel,
da die konvergente Sprühdüse die Mischung
aus Metallfüllung
und Flüssigharz
an der Außenseite
der Sprühdüse machte.
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Obwohl
diese Erfindung mit Bezug auf deren detaillierte Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben wurde, wird es von den mit dem Stand der
Technik vertrauten Fachleuten erkannt und verstanden, dass verschiedene Änderungen
in Form und Detail daran durchgeführt werden können, ohne
vom Umfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.