DE8225728U1 - Vorrichtung zum sauerstoffreien aufspritzen geschmolzenen metalls u.ae. deckmittel - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Aufspritzung von Metall im geschmolzenen Zustand auf metallische und nicht-metallische Werkstücke ist bekannt. Wegen der Einfachheit und Kostengünstigkeit hat sich dieses Vorgehen in den letzten Jahren zunehmend durchgesetzt, insbesondere wo es darum geht, auf ein Werkstück aus billigerem Material eine Schicht aus Edelmetall, Bronze u.a. aufzutragen.

Bisher konnte eine solcherart aufgetragene Metallschicht in der Hauptsache nur ästhetischen Zwecken dienen; als Schutzschicht z.L« gegen Korrosion war sie mangelhaft. Während der Zerstäubung des. aufgespritzten Metalls werden in der sauerstoffhaltigen Atmosphäre viele Metallteilchen oxydiert und tragen zu der Bildung von Lunkern und zu der Gestaltung einer sinterähnlichen Schichtoberfläche bei. Die Metallschicht wird entsprechend gas- und feuchtigkeitsdurchlässig und kann keinen dauerhaften Korrosionsschutz des Werkstückmaterials gewährleisten. Ein Abschleifen der aufgetragenen Metallschicht ist nicht ^nur wegen der geringen Stärke (0,2 bis 0,6 mm), sondern vor allem deswegen nicht möglich, weil die sinterähnliche Struktur sich durch die gesamte Schicht erstreckt.

Um eine glatte und lunkerfreie Schichtoberfläche · zu gestalten, muß der Aufspritzvorgang in einem sauerstoffreien Raum erfolgen. Angesichts der erheblichen wirtschaftlichen Bedeutung eines lunkerfreien glatten Metallauftrags im Aufspritzverfahren

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hat man es vielfach versucht, ein solcher sauerstoffreier Spritzraum zu schaffen. Auch der Anmelder hat derartige Versuche unternommen. Druckschriftliche Beschreibungen von Versuchen Dritter ist ihm nicht bekannt.

Es liegt nahe, den Aufspritzvorgang in einem mit Edelgas oder Stickstoff gefüllten Raum auszuführen und den Spritzdruck mit komprimiertem Edelgas oder Stickstoff zu erzeugen. Selbst bei kleinen Spritzräumen von 1000 1 und darunter, die ohnehin technisch nur für kleine Werkstücke ausreichen, ist die Verwendung von Stickstoff als Medium viel zu teuer, um eine Wirtschaftlichkeit auch nur annähernd zustande zu bringen, von Edelgas gar nicht erst zu reden. Es zeigte sich ebenfalls, daß Kohlendioxyd als Spritzmedium zwar billiger, aber immer noch zu wirtschaftlich nichttragbaren Kosten führen. Versuche, den Spritzraum zu evakuieren und so den N- bzw. C0„-Verbrauch zu verringern, schlugen gänzlich fehl. Ganz abgesehen von den Kosten und dem Gewicht eines druckfesten Spritzraumes bleibt der Aufwand an Druckmedium immer noch unangemessen hoch; dazu kommt, daß in einem hinreichend luftverdünnten Raum ein fest gebündelter Metallspritzstrahl nicht mehr möglich ist.

Ein gemeinsamer Nachteil an Edelgas, N- und CO« ist, daß diese Gase, die nur in besonderen oder Großbetrieben hergestellt werden, in Druckflaschen vorlie-'gen müssen. Für eine 5 m^- Spritzkabine reicht eine normale Druckflasche nur für rd. 10 Füllungen, dazu

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kommt dann der Verbrauch an Druckgas für das Spritzgerät. Damit die Bedienungsperson nicht gezwungen ist, eine Atemmaske zu tragen, muß vor jeder Herausnahme des Werkstücks das Gasmedium herausgepumpt und von Frischluft ersetzt sein.

Die Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem ein Aufspritzen von geschmolzenem Metall auf ein Werkstück in einem sauerstoffreien Gasmedium einfach und kostengünstig ausführbar ist, wobei das

Q 10 Gasmedium in beliebiger Menge an Ort und Stelle herstellbar und gleichzeitig als Druckgas für das Spritzgerät verwendbar ist. Eine weitere Erfindungsaufgabe ist die Schaffung einer diesem Gasnedium angepaßten Spritzkabine, die gasdicht und schalldämmend die Bedienungsperson von dem Spritzvorgang trennt, ihn also nicht zum Tragen von Atemmaske oder Gehörschutz zwingt, und ihm trotzdem eine hinreichend genaue Steuerung des Spritzvorganges gewährleistet. Schließlich soll die erfindungsgemäße Spritzkabine eine weitgehende Automatisierung des Spritzvorganges ermöglichen und auch für den Einsatz an einer Werkzeugmaschine (Aufspritzen einer Metallschicht auf ein dort zu bearbeitendes Werk-

• stück) geeignet sein.

Diese Erfindungsaufgaben werden mit den in den Ansprüchen beschriebenen Lösungsmitteln gelöst.

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Ausfiihrunqs freispiel.

Anhand der Figuren wird in der Folge ein Ausführungsbeispiel dargestellt und erläutert. Es zeigen :·

Figur 1 eine erfindungsgemäße Spritzkabine in einer Frontansicht,
teilweise im Schnitt,

Fig<;r 2 die Spritzkabine Fig. 1. in einer

Seitenansicht, ebenfalls teilweise im Schnitt,

Figur 3 ein in die Spritzkabine Fig. 1 und 2 eingebrachtes und auf einem längsver-

schieblichen Vertikalmanipulator aufgestelltes Werkstück, in einer Frontansicht

und

_t Figur 4 die Spritzkabine Fig. 2 mit

geöffneter Luke.

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Die Bezugsziffern auf den Figuren zeigen an : .

1 Abzugsrohr der Spritzkabine

2 Sichtfenster

3,4,5 Dichtelemente für Schieber 6

6 Schieber als Träger der Spritzpistole 7

61,62 Endstücke des Schiebers 6

7 Spritzpistole

8 Dichtbalg an der Spritzpistole 7

9 Gasbrenner (Abgaserzeuger) 10 Gebläse am Gasbrenner 9

11 Brenngaszuleitung zum Gasbrenner 9

12 Gegenstrom-Wärmetauscher

13 Niederdruckgebläse für Wärmetauscher 12

14 Kühlluftabzug am Wärmetauscher 12

15 Ventilklappe vor dem Wärmetauscher 12

16 Stutzen am Eingang des Wärmetauschers 12

17 Stutzen am Ausgang des Wärmetauschers 12

18 Ventilklappe für Stutzen 16

19 Ventilklappe für Stutzen 17

20 Rohrleitung Wärmetauscher 12 - Spritzkabine

21 Mitteldruckgebläse am Rohrleitung 20

22 Ausgleichskessel, zugleich Schalldämpfer

2 3 innerhalb der Spritzkabine verlaufendes Rohrstück der Rohrleitung 20

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24 Abgasdüsen am Rohrstück

25 Gasmeßgerät

26 Antriebsmotor für Gaskompressor 27-

27 Gaskompressor

28 Druckausgleichsgefäß

29 Druckleitung zur Spritzpistole

30 Druckausgleichsventil

31 Manometer
32,33 Schmelzdrähte

34,35 Dichtmanschetten für die Schmelzdrähte

36 Werkstück

37 Vertikalmanipulator

38 Vierkantrohr für Vertikalmanipulator 39,40 Riemenräder

41 endloser Keilriemen

42 Getriebemotor für Riemenräder 39,40

43,44 Pedale für Ein- und Ausschalter und Steuerung des Getriebemotors

45 Stützleisten für das Werkstück

46 Luke zum Ein- und Ausbringen des Werkstücks 36

47 Schaltpult

48 Frontluke (alternativ zur Luke 46)

49 Schleuse

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Die mit Schalldämmschichten versehene Spritzkabine ist bis auf ein Abzugsrohr 1 nach allen Seiten hin luftdicht, das an einen Schornstein (nicht gezeichnet) angeschlossen ist. An der Frontseite ist die Spritzkabine mit einem schräggestellten Sichtfenster 2 versehen, das sich im Wesentlichen über die ganze ■Kabinenfront erstreckt. Etwa im Anschluß an das Sichtfenster 2 ist ein in Dichtelementen 3,4,5 gelagerter Schieber 6 angeordnet, der in den Dichtelementen eine seitliche Bewegungsfreiheit besitzt. Diese Bewegungs- *-* freiheit ist durch die Länge der seitlich aus der

Spritzkabine herausragenden Endstücken 61,62 des Schiebers 6 definiert. In der Mitte des Schiebers 6 befindet sich die Lichtbogen-Spritzpistole, die über ei-Tien elastischen Dichtbalg 8 am Schieber 6 befestigt ist und eine gewisse vom Dichtbalg 8 abhängige Schwenk- ' freiheit bf sitzt.

Die sauerstoffreie Atmosphäre in der Spritzkabine kommt dadurch zustande, daß Abgase eines GasverbrennungsVorganges in die Spritzkabine eingeleitet werden, bis die letzten Sauerstoffteile über das Abzugsrohr 1 verdrängt sind. Die Abgase werden in einem Gasbrenner nach DIN 4756 erzeugt und mittels eines am Gasbrenner angeordneten Gebläses 10 in die Spritzkabine eingeblasen. Der Gasbrenner 9 wird über eine Brennzugas-

leitung 11 mit Brenngas versorgt. Unterwegs werden die Abgase in einem Gegenstrcmwärmetauscher 12 gekühlt, indem ein Nxederdruckgebläse 13 Kühlluft in den Wärmetauscher 12 einbläst. Die erwärmte Kühlluft verläßt den Wärmetauscher durch den Kühlluftabzug 14. Der Wärmetauscher 12 kann auch wassergekühlt sein.

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Zwischen dem Abgaserzeuger 9 und dem Gegenstromwärme tauscher 12 ist eine Ventilklappe 15 eingeschaltet. Vom Gegenstromwärmetauscher 12 führen zwei Stutzen 16,17 unmittelbar in das Kabineninnere hinein; jeder Stutzen 16,17 ist mittels einer Ventilklappe 18,19 abschließbar (symbolisiert durch. Handgriffe).

Von dem Gegenstromwärmetauscher 12 führt eine Rohrleitung 20 in den unteren Teil der Spritzkabine 1

ίο hinein; in diese Rohrleitung sind ein Mitteldruckgebläse 21 und ein gleichzeitig als Schalldämpfer dienender Ausgleichkessel 22 eingeschaltet. Das in den Innenraum der Spritzkabine 1 hineinragende Stück 2 3 der Rohrleitung 20 ist mit einer Anzahl Düsenöffnungen 24 versehen. Das Rohrstück 23 ist etwas tiefer als die Spritzpistole 8 angeordnet.

Das Begasen der Spritzkabine fängt mit der Öffnung der Ventilklappen 15,18 an, die Ventilklappe 19 bleibt geschlossen. Zugleich wird das Niederdruckgeblase 13 in Gang gesetzt und Kühlluft durch den Gegenstromwärmetauscher 12 geleitet. Der Abgaserzeuger 9 wird gezündet. Das Abgas fließt durch den Kärmetauscher 12 und den Stutzen 16 in die Spritzkabine hinein und verdrängt die hier befindliche atmosphär is ehe Luft, die aus der einem Schornstein (nicht gezeichnet) angeschlossenen Abzugs leitung 1 entweicht. Die Begasung wird solange fortgesetzt, bis das seit-'lieh an der Spr⁴tzkabine angebrachte elektronische Gasmeßgerät 25 anzeigt, daß die Schutzgasatmosphäre in der Spritzkabine sauerstoff re.·⁵ Lst.

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Dann schließt man die Ventilklappe 18, öffnet die Ventilklappe 19 und setzt das Mitteldruckgebläse 20 in Gang. Das jetzt in der Schutzkabine befindliche Abgas wird nun am Stutzen 17 abgesaugt, im Wärmetauscher 12 nochmals gekühlt und über Rohrleitung 20,23 wieder in den Kabineninnenraum hineingeblasen. Wenn es zweckmäßig erscheint, einen leichten, das Eindringen von Luft in die Kabine verhindernden Überdruck zu erstellen, kann der Abgaserzeuger 10 bei (_ ₁₀ geöffneter Ventilklappe 15 weiterlaufen, ggfl. mit gedrosselter Flamme und entsprechend gedrosseltem Gebläse. Ansonsten bleibt die Ventilklappe 15 geschlossen.

Die Spritzkabine ist jetzt betriebsbereit. Nach dem Spritzbetrieb, der in Einzelheiten weiter unten beschrieben wird, erfolgen Entgasen und Belüften, indem die Ventilklappe 15 geöffnet wird und das Gebläse 10 bei nicht-gezündetem Abgaserzeuger 9, unterstützt durch das Mitteldruckgebläse 20, solange Frischluft durch die Spritzkabine durchpumpt, bis das elektronische Gasmeßgerät 25 "gasfrei" anzeigt,

V. Das Druckgas für die Spritzpistole 7 wird an der

Kabinenrückwand abgesaugt und in einem von einem Antriebsmotor 26 angetriebenen Gaskompressor 27 auf den gewünschten Spritzdruck gebracht. Das Druckgas wird zunächst in ein Druckausgleichsgefäß 28 eingeführt, von welchem es über ein Reduzierventil (nicht gezeichnet) und eine Druckleitung 29 an die Spritzpistole 7 gebracht wird. Der gewünschte Spritzcb^ck wird mittels Druckausgleichsventil 3O und Druckmesser (Manometer) 31 eingestellt. Unter Umständen kann bei

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		Schraubenkompres;			ohne
Verwendung	eines

Druckausgleichsgefäß ein für den 3pritzvorgang ausreichend gleichmäßiger Spritzdruck erzielt werden.

Die Versorgung der Spritzpistole 7 mit Schmelzdrahten 32,33 erfolgt über Dichtmanschetten 34,35, durch welche die Schmelzdrähte in die Kabine hineingeführt werden.

Das zu bespritzende Werkstück 36 (Fig. 3) ist auf

f. den rinnenförmigen Halter eines Vertikalmanipulators

37 aufgebracht, der längsverschieblich an einem Vierkantrohr 38 angeordnet ist. Die Verschiebung des Vertikalmanipulators 3 7 erfolgt nittels. eines über Riemenräder 39,40 verlaufenden endlosen Keilriemens 41; das untere Riemenrad 40 wird von einem Getriebemotor 42 angetrieben, der wiederum über zwei Pedale 43,44 in Gang gesetzt und gesteuert wird.

Damit längliche Werkstücke 36 nicht unter den Spritzdruck seitlich abkippen können, sind parallel zu dem Vertikalmanipulator 37 und in gleicher Ebene mit dessen Anlagefläche eine Anzahl Stützleisten 45 angeordnet.

Das Werkstück 36 wird durch eine rundum abgedichtete Luke 46 (Fig. 4) in die Kabine eingeführt. Wie vorhin beschrieben, findet die Handhabung der Spritzkabine in drei Arbeitsstufen statt :

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1. Einbringen des Werkstücks Begasen der Spritzkabine nit Abgas,

2. Umwälzen des Abgases in dar Kabine, anschließend Bespritzen des Werkstücks,

3. Entgasen und Belüften der Spritzkabine, Herausnahme des Werkstücks.

Nach Einbringen des Werkstücks werden durch Betätjgung des Schaltknopfs "I" (Schaltpult 47) die f öle enden Arbeitsvorgänge automatisch eingeleitet."

11. Verriegelung der Luke 46

12. Öffnung der Ventilklappen 15,18

13. Zündung des Abgaserzeugers 9

14. Ingangsetzung des Niederdruc.kgebläses 13

Wenn das Gasmeßgerät 25 die vollständige Begasung anzeigt, wird der Schaltknopf "II" betätigt und damit:

21. die Ventilklappe 19 geschlossen,

22. die Ventilklappe 18 geöffnet,

23. das Mitteldruckgebläse 21 in Gang gesetzt,

(24.)(ggfl.) den Abgaserzeuger 9 und sein Geblase 10 abgestellt und die Ventilklappe

geschlossen),

(25.)(oder Abgaserzeuger und Gebläse gedrosselt), 26. der Abgaskompressor 27 eingeschaltet.

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I Nach einem Umwälzungszeitraum von etwa 10 Sekunden

f (Kabinengröße 5000 1) kann der Spritzvorgang be-

$ ginnen. Um das Werkstück 36 flächendeckend zu be-

' spritzen, wird es durch Betätigung der Pedale 43,44

5 auf- und abwärts geführt, während man die Spritzpistole 7 am Schieber 6 entsprechend seitlich verschiebt.

Wenn der Spritzvorgang beendet ist, drückt man den Schaltknopf "III", der die Entgasung und Belüftung (j J ίο der Kabine steuert :

»; 31. die Ventilklappe 15 wird voll geöffnet,

h 32. das Gebläse 10 wird bei nicht-gezündetem

I Abgaserzeuger 9 voll eingeschaltet,

I 33. und bläst unterstützt vom Mitteldruckge-

■ί 15 blase 26 Frischluft in die Spritzkabine

hinein,
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'!_x 34. bis das elektronische Gasmeßgerät 25

"gasfrei" meldet,

35. dann schalten die Gebläse 10,21 ab und 20 die Luke 46 wird entriegelt.

Bei einer Kabinengröße von rd. 5000 1 ist die Taktdauer der Begasung etwa gleich derjenigen der Entgasung und Belüftung, 20 bis 30 Sekunden. Die Dauer des Umwälzens ist, wie gesagt, kürzer, etwa 10 Sek. 25 'im Vergleich zu der Dauer der Bespritzung selbst eines kleineren Werkstücks fallen diese Zwischenzeiten kaum ins Gewicht, insbesondere angesichts der

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Tatsache, daß der spritzende Arbeiter weder Atemschutzmaske noch Gehörschutz zu tragen braucht (die Beschichtung einer Werkstückfläche von 1 πι² dauert im Schnitt 20 Min.)

In einer Abänderung des Ausführungsbeispiels ist

eine kleinere Spritzkabine ohne Vertikalmanipulator vorgesehen, die über eine Drehbank oder eine sonstige herkömmliche Werkzeugmaschine überstülpbar ist (nicht gezeichnet). Bei dieser Ausführungsform Γ '.0 ist es zweckmäßig, den Abgaserzeuger 9, sein Gebläse 10, den Gegenstromwärmeitauscher 12 und den Abgaskompressor 26,27 in einem ambulanten Gerät zusammenzufassen und an Ort und Stelle mit der Spritzkabine zu verbinden. -

In einer weiteren Variante des Ausführungsbeispiels ist der die Spritzpistole 7 tragende Schieber 6 als endloses Band gestaltet, das um zwei seitlich angeordnete Rollen verläuft und von der einen, elektromotorisch angetriebenen Rolle bewegt wird (nicht gezeichnet). In dieser Weise kann der Kabinenraum voll

ausgenutzt und der Spritzvorgang automatisiert r werden.

Je nach Gestalt und Umfang des Werkstücks kann alternativ zu der seitlichen Luke 46 eine Frontluke 48 (auf Fig. 3 gestrichelt angedeutet) oder eine Bodenluke (nicht gezeichnet) vorgesehen sein.

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Um in einem industriell angelegten Massenferti— gungsvorgang den Arbeitstakt zu kürzen, kann seitlich an der Spritzkabine eine Gasschleuse (auf Fig. 3 unter Bezugsziffer 49) der gleichen Frontbreite wie die Spritzkabine selbst angeordnet sein, die in der gleichen Weise mit dem Gasbrenner 9 verbunden ist. Während des Spritzvorgangs füllt der Gasbrenner 9 die Schleuse 49 mit Abgas; sobald der Spritzvorgang beendet ist, wird das fertig beschichtete Werkstück mittels luftdicht geführter Manipulatoren (nicht gezeichnet) in die Schleuse 49 hinaus- und das folgende Werkstück aus der Schleuse 49 in die Spritzkabine hineingeschoben. Gleichzeitig stellt man den Abgasfluß von der

^5 Schleuse auf die Spritzkabine um usw. In analoger Weise kann die Schleuse auch unter der Spritzkabine angeordnet sein.

Wie bereits vorhin gesagt, handelt es sich bei der Spritzpistole 7 - selbstverständlich - um ein Lichtbogengerät. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind

die elektrischen Zuleitungen, Schaltungen u.s.w. /** nicht gezeichnet.

Wie im Oberbegriff angedeutet, ist die erfindungsgemäße Erstellung eines sauerstoffreien Bespritzungs raumes und eines ebenfalls sauerstoffreien Einspritzmediums nicht auf Metallspritzverfahren beschränkt. Die Erfindung ist selbstverständlich auch bei anderen einschlägigen Spritzverfahren, wie z.B. beim Lackieren, verwendbar.

Claims (5)

- 2 - GP 480 Schutzansprüche

1. ^Vorrichtung zum sauerstof freien Auf spritzen geschitol-

v / zenen yetalls u.ä.Deckmittel, bestehend aus- einer Ms auf

einem ins Freie führenden Abzugsrohr allseits luftdicht verschlossenen, mit Sichtfenster versehenen schallgedämpften Spritzkabine, in welche die Mündung einer Spritzpistole hineinragt, während der Griff der Spritzpistole sich außerhalb der Spritzkabinenwand befindet, ι

dadurch gekennzeichnet, daß an der Spritzkabine ein mit Gebläse (10) ausgerüsteter Gasbrenner (9) angeordnet ist, dessen Abgasrohr (20,23) in den Innenraum der Spritzkabine hineinführt, wobei in das Abgasrohr (20,23) ein Wärmetauscher (12) zwischengeschaltet ist, der außerdem an seiner Eingangsseite und an seiner Ausgangsseite über je

einen absperrbaren Stutzen (16,17) unmittelbar mit dem Innenraum der Spritzkabine in Verbindung steht, während an dem Kabineninnenraum ein Saugkompressor (26,27) angeschlossen ist, von dessen Druckseite eine Druckleitung (29) zur Spritzpistole (7) führt.

2« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (20,23) mit einem mit Gasdüsen (24) versehenen Verlängerungsstück (23) im Innenraum der Spritzkabine etwa parallen zu deren ' Boden verläuft, und zwar in kurzem Abstand unter der Spritzpistole (7).

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ins Abgasrohr (20) zwischen Wärmetauscher (12) und dem Eintritt in den Kabineninnenraum ein Verstärkergebläse (21) eingeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzpistole (7) über einen elastischen Dichtbalg (8) in einem Schieber (6) gelagert ist, der in Dichtelementen (3,4,5) luftdicht horizontal verschieblich an der Frontseite der Spritzkabine angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum der Spritzkabine ein von außen bedienbarer, das zu beschichtende Werkstück (36) aufnehmender, über eine luftdicht abschließbare Luke (46) erreichbarer höhenverstellbarer Vertikalmanipulator (37) angeordnet ist,

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