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Publication number: DED0017331MA
Authority: DE

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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 17. März 1954 Bekanntgemadht am 18. Oktober 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen von nichtmetallischen Überzugsschichten auf metallische und nichtmetallische Unterlagen durch Versprühen des feinverteilten Auftragsmittels durch eine Flamme hindurch.

Zum Auftragen von Überzügen, insbesondere von Glasuren, Schmelzfarben oder Emails, die durch Aufschmelzen oder Einbrennen nachträglich mit der Unterlage verbunden werden sollen, bedient man sich

ίο im allgemeinen der Versprühung der feinverteilten, meist in einer Flüssigkeit suspendierten Materialien bis zur Erreichung einer genügend dicken Schicht, die dann durch eine Wärmebehandlung zur endgültigen Haftung gebracht wird. Dabei handelt es sich meist um Unterlagen aus keramischen Stoffen oder um Gläser, die empfindlich gegen plötzliche Temperaturveränderung sind. Sofern die zu überziehenden Gegenstände bereits, wie etwa Glas, Porzellan oder sonstige Keramik, durch einen vorherigen Schmelz- oder Sinterprozeß verfestigt sind, wäre es bedeutend wirtschaftlicher, wenn man anstatt der bisherigen Auftragsmethode, bei der der Gegenstand zunächst abgekühlt und dann im kalten Zustand behandelt wird, die Aufbringung der Überzüge vor der endgültigen Abkühlung unter Ausnutzung der Schmelz- oder Brennwärme vornehmen könnte. Auf diese Weise würde ein großer Teil des Arbeitsaufwandes für das nachherige Einbrennen und der damit verbundene Energiebedarf eingespart werden können.

Es wurden auch Verfahren beschrieben, nach denen Emailpulver in Knallgasflammen eingeblasen

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werden sollen, die auf die zu überziehenden Gegenstände, wie Stahlgefäße und Geschirre, gerichtet sind. Nach ' diesen Verfahren sollen sowohl zusammenhängende Emailschichten erhalten werden als auch lokale Ausbesserungen möglich sein. Der Schwierigkeit der gleichmäßigen Zuteilung des pulverförmigen Emails wegen haben diese Methoden jedoch bisher keine Bedeutung gewonnen.

Es wurde nun gefunden, daß nichtmetallische

ίο Überzüge, insbesondere Glasuren, Schmelzfarben und Emails, in vollkommen gleichmäßiger, schliererifreier Schicht auf temperaturbeständige Unterlagen aufgebracht werden können, wenn man das aufzutragende Material in einer Flüssigkeit suspendiert und dann dem als Suspensionsträger djenenden Gasstrom eines Gebläsebrenners zuführt. \ÄJs Brenngasgemisch ^,bedient man sich z. B. der üblichen Mischungen von Leuchtgas, Acetylen, Wasserstoff oder Propan mit Luft, wobei vorteilhaft letztere gleichzeitig als Vehikel für die aufzubringende Glasur oder das Email benutzt wird. Mit besonders gutem Erfolg kann das Verfahren der Erfindung so ausgestaltet werden, daß das aufzutragende, in einer Flüssigkeit suspendierte Material . der Austrittsdüse zugeführt und durch die Injektorwirkung der Verbrennungsluft

transportiert wird. "'

In der' Flamme des Gebläsebrenners werden die feinen Teilchen des Überzugsmittels so weit erhitzt, daß sie auf die zu überziehende Oberfläche in plastischem oder geschmolzenem Zustand auf treffen und sich dort zu einem vollkommen gleichmäßigen Überzug vereinen.

Bevorzugt wird man als Suspendierungsmittel für den feinteiligen, nichtmetallischen Stoff, der beispielsweise die übliche Zusammensetzung eines Emails, einer Glasur oder einer Schmelzfarbe aufweist, leicht brennbare Flüssigkeiten, wie. Alkohol, Benzin und Terpentin, wählen, die in der Flamme verbrennen, so daß keine ,Flüssigkeitströpfchen des Suspendierungsmittels auf die zu überziehende Oberfläche gelangen. In ähnlicher Weise kann man natürlich auch nicht brennbare, jedoch leicht verdampf bare Suspendierungsmittel, wie etwa Wasser, wählen und die Sprühgeschwindigkeit sowie die Temperatur und die Länge der Flamme so bemessen, daß das Wasser bis zum Erreichen des zu überziehenden Gegenstandes restlos verdampft ist.

Für die Ausführung der Kombination einer Sprühdüse mit einem Gebläsebrenner sind verschiedene Möglichkeiten gegeben. Es kann z. B. so verfahren werden, daß das Gasgemisch durch die Sprühdüse zugeführt wird, wobei naturgemäß die Ausströmungsgeschwindigkeit des Gasgemisches so weit über seiner Zündgeschwindigkeit liegen muß, daß ein Zuriickschlagen der Flamme mit Sicherheit vermieden wird. Man kann andererseits auch so arbeiten, daß die eigentliche Sprühdüse mit Luft oder Sauerstoff allein betrieben und das brennbare Gas durch eine ringförmige zweite Düse zugeführt wird, die konzentrisch zur Sprühdüse angeordnet ist.

Eine besonders zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht also aus zwei konzentrisch angeordneten Brennerrohren, die in konzentrisch liegenden Düsen ausmünden, wobei das innere Rohr der Zuführung der Verbrennungsluft zur Flamme dient, und mit einem Vorratsgefäß für die zu zerstäubende Suspension verbunden ist. .Dabei kann man je nach der Ausdehnung des zu überziehenden Gegenstandes auch ein vom eigentlichen Brenner getrenntes Vorratsgefäß verwenden oder durch ein solches mehrere Sprühbrenner speisen lassen.

Uni ein vorzeitiges Absetzen der Suspension zu vermeiden und ihre immer gleichbleibende Zusammensetzung zu gewährleisten, empfiehlt es sich, das Vorratsgefäß mit einer Rührvorrichtung zu versehen. Bei Verwendung von leicht flüchtigen und leicht brennbaren Suspensionsmitteln sollte das Gefäß außerdem sorgfältig gekühlt sein, wobei sich die Kühlung unter Umständen bis zum Eintritt in den eigentlichen Brenner auswirken muß, um eine unerwünschte Erhitzung des Suspensionsmittels durch die Wärmeabstrahlung des Brenners oder der zu überziehenden heißen Oberfläche zu vermeiden. Zweckmäßig ist am Vorratsgefäß auch eine Entlüftungseinrichtung vorgesehen.

Bei der Durchführung des Verfahrens trifft das in der Flamme vorgewärmte und vorgesinterte oder sogar vorgeschmolzene Überzugsmittel, z. B. eine Schmelzfarbe oder ein Email, in gleichmäßiger und feiner Verteilung auf die Unterlage auf, die unter Umständen bis auf Schmelz- oder Sintertemperatur des Überzugsmittels erwärmt sein kann, ohne daß sie Belastungen hinsichtlich der Temperaturwechselbeständigkeit ausgesetzt wird. Man kann durch eine entsprechende Zusammensetzung des Brenngasgemisches und durch Abstimmung der Düsen aufeinander die Flammentemperatur so beeinflussen und regeln, daß die jeweils optimalen Verarbeitungsbedingungen für das betreffende Überzugsmittel erreicht werden. Es kann, wie erwähnt, infolge seiner Plastizität im wesentlichen als Einzelteilchen auf der Unterlage haften, aber auch mit einer Temperatur aufgebracht werden, bei der es infolge des Wärmezustandes der zu überziehenden Oberfläche sofort ausfließt und sich gleichmäßig verteilt.

Eine zur Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignete Vorrichtung ist beispielsweise in der Abbildung schematisch wiedergegeben. Die Vorrichtung besteht nach der Abbildung aus einem äußeren Brennerrohr. 1, das konzentrisch das innere Rohr 2 umschließt. Die Rohre enden nach der Flammenseite in den Düsenmundstücken 3 und 4. Das äußere Rohr wird bei 5 mit einem geeigneten Brenngas beschickt, während die Luft bei 6 in das innere Rohr einströmt. Das innere Brennerrohr 2 weist eine Zuführung 7 auf, die über eine gegebenenfalls flexible Leitung 8 mit dem Vorratsgefäß 9 für die aufzutragende Suspension in Verbindung steht. Das Vorratsgefäß 9 ist doppelwandig ausgestaltet, so daß ein Kühlraum 10 entsteht, der mit der. Kühlmittelzuleitung und -ableitung 11 und 12 versehen ist. Im Vorratsgefäß befindet sich der Rührer 13, am Deckel 15 ist eine Entlüftung 14 angebracht. Die Regulierung der in. die Flamme eingeblasenen Suspension erfolgt durch Verstellen der im Rohr 7 befindlichen Nadel 16,

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die durch einen gefederten Hebel betätigt und eingestellt werden kann.

Für die Anwendbarkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung werden nachstehend einige typische Beispiele gegeben, an Hand deren das Verfahren auch in weiteren Einzelheiten erläutert wird, ohne daß es auf diese beispielsweise geschilderten Verwendungszwecke beschränkt wäre. Es ist vielmehr überall da mit erheblichem Vorteil einzusetzen, wo die Möglichkeit

ίο besteht, nichtmetallische Überzüge in einer Hitze aufzubringen und zugleich aufzubrennen oder aufzusintern, ohne besondere Wärmeverluste durch zwischenzeitliche Abkühlung und nachheriges Wiederaufheizen der zu überziehenden Gegenstände . in Kauf nehmen zu müssen. Hinsichtlich der aufzubringenden Stoffe beschränkt es sich keineswegs auf Schmelzfarben, Glasuren oder Emails, sondern ermöglicht vielmehr auch die Herstellung von Überzügen aus Stoffen, die, wie oxydische Trübungsmittel, bei der Auftragstemperatur normalerweise nicht schmelzbar oder thermoplastisch sind. So kann man das Verfahren allgemein zur Oberflächenveredlung von keramischen oder metallischen Stoffen mit Erfolg benutzen.

Beispiele

1. Das aus einer Ziehmaschine für Tafelglas kommende Glasband soll mit einem getrübten Email gleichmäßig überzogen werden. An einer Stelle, wo die Temperatur des Glases 700 bis 750° beträgt, also nach 100 bis 200⁰ über der Erweichungstemperatur liegt, werden mehrere Spritzdüsen über die gesamte Breite des Glasbandes derart angeordnet, daß das sich unter den Düsen bewegende Glas gleichmäßig dick belegt wird. Das in Testbenzin suspendierte Glasemail für eine Brenntemperatur von 700⁰C befindet sich in einem für sämtliche Düsen gemeinsamen Vorratsgefäß, das durch einen Wassermantel gekühlt ist und in welchem sich ein elektrischer Rührer befindet. Die Spritzdüse wird mit Preßluft von 3 atü betrieben. Durch eine zweite konzentrische Düse wird Leuchtgas mit einem Druck von 100 mm WS zugeführt. Die Gasmenge wird so dosiert, daß ein erheblicher Luftüberschuß vorhanden ist, um eine Reduktion des Glasemails zu vermeiden, und die Flammentemperatur 900 bis 1000° C beträgt, um das Glasemail mit Sicherheit ausfließen zu lassen. Anschließend durchläuft das Glas in der üblichen Weise ein Kühlband. .

2. Die mit etwa 700° aus der Maschine kommenden Glasflaschen sollen mit einer Beschriftung in blauer Schmelzfarbe versehen werden. Die Flaschen werden anstatt auf die zum Kühlband führende Transporteinrichtung in eine die Schablone mit dem Schriftzug enthaltende Aufnahme übergeben, die um die Flaschenachse drehbar ist. Die Aufnahme enthält drei um 120° versetzte, gleichartige Schablonen.· Eine Schablone wird jeweils vor der Aufnahme der Flasche mit einem die Farbe abweisenden Stoff, wie Schmieröl oder Kaolinsuspension, bespritzt, die zweite Schablone wird nach Aufnahme der Flasche mit Schmelzfarbe beaufschlagt, während die dritte Schablone nach Übergabe der Flasche an die Transporteinrichtung durch eine rotierende Metalldrahtbürste gesäubert wird. Für die Beschriftung wird eine blaue Glasschmelzfarbe für eine Temperatur von 700⁰C in io°/₀iger alkoholischer Suspension verwendet. Die Spritzdüse wird mit einem Gemisch von Luft und Leuchtgas und einem Luftüberschuß von 100 °/₀ betrieben, wobei das Ventil nur so lange geöffnet bleibt, wie sich die Schablone im Bereich des Sprühkegels befindet. Eine ständig brennende Flamme sorgt für die sofortige Zündung des aus der Spritzdüse austretenden Strahles.

3. Nach dem Schrühbrand von 8oo° sollen Wandplatten mit einer weißdeckenden Glasur überzogen werden. Nach Beendigung des Schrühbrandes werden die einzeln auf Sand gebetteten, 800° heißen Wandplatten mit der Glasur gespritzt und sofort dem Glattbrand zugeführt. Die in Wasser suspendierte Glasur wird einer mit Preßluft betriebenen Spritzdüse zugeführt, deren zweiten, um die Spritzdüse ringförmig ausgebildeten Düse H₂ zugeführt wird. Das in der Glasursuspension enthaltene Wasser verdampft in der Flamme vollständig, und die Glasur sintert so weit, daß sie durch die Flamme nicht mehr weggeblasen werden kann. Nun werden die Platten, ohne nennenswert abzukühlen, dem Glattbrand bei 1050⁰ zugeführt.

4. Ein auf 8oo° erhitzter Gegenstand aus Eisenblech soll mit einem weißgetrübten Email belegt werden. Die Spritzdüse wird mit Luft betrieben, durch die äußere Düse wird Leuchtgas zugeführt. Eine ständig brennende Flamme vor der Düse entzündet das Gas-Luft-Gemisch, sobald die Düse in Tätigkeit tritt. Das Email wird in Benzin suspendiert, wobei etwa 1% eines hochaktiven Al₂O₃ zugesetzt wird, um das Absetzen zu verhindern. .

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbringen von Überzügen aus nichtmetallischen Werkstoffen, insbesondere von Emails, Glasuren oder Schmelzfarben, durch Zerstäuben des aufzubringenden Überzugsmaterials mittels Gebläsebrenner und unter Verwendung des Gasstromes als Suspensionsträger für den aufzubringenden Überzug, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzutragende Material in einer Flüssigkeit suspendiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzutragende Material auf eine erhitzte Fläche aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Suspensionsträger eine brennbare Flüssigkeit, z. B. Benzin, Alkohol oder Terpentin, benutzt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch zwei konzentrische Brennerrohre (1, 2), die in konzentrisch angeordnete Düsen (3, 4) ausmünden, wobei durch das innere Rohr (2), in dem zentrisch die mit einem Vorratsgefäß (9) verbundene Zuführung (7) für die zu zerstäubende

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Suspension angeordnet ist, die Verbrennungsluft zugeführt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorratsgefäß (9) mit Einrichtungen zum Rühren und Kühlen und gegebenenfalls mit einer Entlüftung versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: »Handbuch der Emailtechnik«, herausgegeben vom

Verein Deutscher Emailfachleute e. V., Duisburg, Blatt E, IXf, vom 1.7. 1951;

»Sprechsaal«·, Jg. 1921, S. 139 bis 141; »Glastechnische Berichte«, Jg. 1939, S. 217, 218.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen