WO2004101164A1

WO2004101164A1 - Beschichtungsverfahren sowie pulverdüse und beschichtungskabine

Info

Publication number: WO2004101164A1
Application number: PCT/EP2004/005142
Authority: WO
Inventors: Joachim Pingel
Original assignee: P+S Pulverbeschichtungs- Und Staubfilteranlagen Gmbh
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2004-11-25
Also published as: DE10321614A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks (26) mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial, bei welchem das Beschichtungsmaterial durch einen ersten Luftstrom einer Ionisiervorrichtung (3) zugeführt wird, das Beschichtungsmaterial in der Ionisiervorrichtung (3) elektrostatisch aufgeladen wird und zusammen mit dem das Beschichtungsmaterial tragenden Luftstrom einen Materialluftstrom bildet, der durch wenigstens eine Austrittsöffnung (7) einer Pulverdüse (1), insbesondere in Richtung des elektrisch geerdeten Werkstücks (26), abgegeben wird. Das Verfahren wird dadurch weitergebildet, dass der aus der Austrittsöffnung (7) tretende Materialluftstrom durch einen weiteren Mantelluftstrom zumindest teilweise umschlossen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Pulverdüse (1) zum Beschichten eines Werkstücks (26) mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial mit einer Eintrittsöffnung (2) zur Zufuhr eines ersten, das Beschichtungsmaterial tragenden Materialluftstrom und mit mindestens einer Austrittsöffnung (7) zur Abgabe des Materialluftstroms, insbesondere in Richtung des elektrisch geerdeten Werkstücks (26), sowie eine Beschichtungskabine (20) zum Beschichten eines Werkstücks (26) mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial.

Description

Beschichtungsverfahren sowie Pulverdüse und

Beschichtungskabine

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines

Werkstücks mit einem pulverförmigen Beschichtungsmatenal, bei welchem das Beschichtungsmatenal durch einen ersten Luftstrom einer lonisiervorrichtung zugeführt wird, das Beschichtungsmatenal in der lonisiervorrichtung elektrostatisch aufgeladen wird und zusammen mit dem das Beschichtungsmatenal tragenden Luftstrom

(Matenalluftstrom) durch wenigstens eine Austrittsoffnung einer Pulverdüse, insbesondere in Richtung des elektrisch geerdeten Werkstücks, abgegeben wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Pulverdüse zum Beschichten eines Werkstücks mit einem pulverförmigen Beschichtungsmatenal mit einer Eintrittsöffnung zur Zufuhr eines ersten, das Beschichtungsmatenal tragenden Luftstroms (Matenalluftstrom) und mit mindestens einer Austrittsoffnung zur Abgabe des Materialluft- Stroms, insbesondere in Richtung des elektrisch geerdeten

Werkstücks. Schließlich betrifft die Erfindung eine Beschichtungskabine zum Beschichten eines Werkstücks mit einem pulverförmigen Beschichtungsmatenal, insbesondere nach dem genannten Verfahren und mit einer entsprechenden Pulverdüse.

Bei Verfahren der eingangs genannten Art wird ein meist metallisches Werkstück mit einem pulverförmig aufbereiteten Kunststofflack überzogen. Um das Anhaften des Pulvers am Werkstück zu erreichen, wird das Beschichtungsmatenal zumeist in der Pulverdü- se elektrisch aufgeladen. Hierzu sind entweder innerhalb der

Pulverdüse Hochspannungselektroden vorgesehen, in deren elektrischem Feld das Pulver ionisiert wird, oder das Pulver wird in reibendem Kontakt mit nicht leitenden Flächen gebracht, wobei es zu einer Aufladung der Pulverkörner kommt. Auf der leitfähigen Oberfläche des Werkstücks sammeln sich durch elektrische Influenz gegenteilige Ladungen, so dass das Pulver angezogen wird. Entsprechende Verfahren sind in der Technik gut bekannt und werden großtechnisch eingesetzt.

In dem oben beschriebenen Verfahren werden Pulverdüsen benutzt, um das Pulver auf das Werkstück aufzubringen. Solche Pulverdüsen sind aus dem Stand der Technik wohl bekannt. So zeigt die DE 31 00 002 C2 ein Pulversp tzgerät, dem ein pulverförmiges Beschich- tungsmaterial mittels eines Luftstroms zugeführt wird und in welchem dieses Material durch Reibkontakt mit der Innenfläche mehrerer Rohre aufgeladen wird. Der Luftstrom mit den geladenen Pulverteilchen gelangt dann in eine Düsenöffnung, wo er mit einem weiteren Luftstrom vermischt und in Richtung des Werkstücks ausgetragen wird.

Die DE 197 49 778 C1 zeigt eine Abgabevorrichtung für einen mit pulverförmigem Beschichtungsmaterial vermischten Luftstrom mit mehreren, parallel zueinander verlaufenden Aust ttsöffnungen, eine sog. Fingerdüse. Schließlich zeigt die DE 35 29 703 C1 eine Sprühvorrichtung für die Pulverbeschichtung, bei der die Funktionsbaugruppen zum Ionisieren des pulverförmigen Beschichtungsmate- rials einfach austauschbar sind.

Zum Schutz der Umwelt und der Arbeiter werden entsprechende Verfahren in abgeschlossenen Kabinen durchgeführt, aus denen überschüssiges Beschichtungsmaterial durch eine Absaugung entfernt wird. Außerdem werden Beschichtungskabinen eingesetzt, um übriges Pulver zurückzugewinnen. Eine solche Pulverbeschich- tungskabine ist beispielsweise aus der DE 295 21 972 U1 bekannt.

Obwohl das beschriebene Verfahren zum Beschichten von Werkstücken sich weithin durchgesetzt hat, ist es nicht frei von

Nachteilen, die in dem Verfahren selbst begründet sind. Um eine gleichmäßige Beschichtung eines Werkstücks zu erhalten, muss zum einen der auf das Werkstück treffende Pulvernebel von gleichmäßiger Dichte sein. Gleichzeitig muss die Geschwindigkeit des Pulverstroms im Bereich des Werkstücks ausreichend hoch sein, da bei zu geringer Geschwindigkeit des Pulverstroms dieser leicht durch nicht zu vermeidende Inhomogenitäten des elektrischen Feldes an der Oberfläche des Werkstücks gestört wird, was zu einem ungleichmäßig dicken Materialauftrag führt.

Die gleichmäßige Dichte und die ausreichende Geschwindigkeit des Pulverstroms lassen sich jedoch nur auf kurze Entfernung von der Pulverdüse erreichen. Mit zunehmendem Abstand von der Düsenöffnung wird der das Beschichtungsmaterial tragende Luftstrom (Matenalluftstrom) durch Reibung mit der umgebenden Kabinenluft abgebremst, wobei es zu einer Verwirbelung und einer Aufweitung des Stromes kommt. Damit gehen zugleich die Gleichmäßigkeit, die Geschwindigkeit und die Dichte des Pulvernebels zurück, und das Beschichtungsergebnis wird mit steigendem Abstand von der Düsenöffnung schlechter. Zudem bewirkt die Verwirbelung des Stroms, dass relativ viel Beschichtungsmaterial frei in der Beschich- tungskabine vagabundiert und diese verschmutzt, so dass bei einem

Wechsel, z.B. der Beschichtungsfarbe, die Kabine erst aufwendig gereinigt werden muss.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das gattungsgemäße Beschichtungsverfahren so zu verbessern, dass die genannten

Nachteile nicht mehr in dem bisherigen Maße auftreten. Weiterhin besteht die Aufgabe darin, eine Pulverdüse der beschriebenen Art so zu verbessern, dass ein gleichmäßigerer Materialauftrag ermöglicht wird. Zusätzlich stellt sich die Aufgabe, eine Beschich- tungskabine zu finden, die einen verbesserten Materialauftrag bei verringerter Verschmutzung ermöglicht.

Erfindungsgemäß werden die genannten Aufgaben durch ein Beschichtungsverfahren, eine Pulverdüse und eine Beschichtungs- kabine gelöst, die gemäß der Kennzeichen der Ansprüche 1 , 14 und

21 weitergebildet sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Gelöst wird die Aufgabe mittels eines Verfahrens zum Beschichten eines Werkstücks mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial, bei welchem das Beschichtungsmaterial durch einen ersten Luftstrom einer lonisiervorrichtung zugeführt wird, das Beschichtungsmaterial in der lonisiervorrichtung elektrostatisch aufgeladen wird und zusammen mit dem das Beschichtungsmaterial tragenden Luftstrom (Materialluftstrom) durch wenigstens eine Austrittsoffnung einer Pulverdüse, insbesondere in Richtung des elektrisch geerdeten Werkstücks, abgegeben wird, das dadurch weitergebildet wird, dass der aus der Austrittsoffnung tretende Materialluftstrom durch einen weiteren Luftstrom (Mantelluftstrom) zumindest teilweise umschlossen wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Großteil der

Probleme bei der Pulverbeschichtung darin begründet liegt, dass der das Beschichtungsmaterial tragende Luftstrom (Materialluftstrom) durch Reibung mit der Umgebungsluft abgebremst, aufgeweitet und verwirbelt wird. Dies bedingt die verringerte Geschwindigkeit, Pulverdichte und Gleichmäßigkeit bei großem

Abstand von der Düsenöffnung, somit auch die Abhängigkeit vom Verlauf des elektrischen Feldes, sowie die Verschmutzungsneigung der Beschichtungskabine. Diese Nachteile werden nun erfindungsgemäß dadurch reduziert, dass der Materialluftstrom durch einen zweiten Luftstrom, den Mantelluftstrom, umschlossen wird.

Dieser vorzugsweise laminare Strom bildet in gewisser Hinsicht eine Schutzhülle für den Materialluftstrom, indem er an der Außenseite die Umgebungsluft mitreißt und sich mit ihr in der Grenzschicht verwirbelt, während er an der Innenseite gleichmäßig mit dem

Materialluftstrom mitwandert. Somit wird durch die Reibung mit der Umgebungsluft zunächst die Energie des Mantelluftstroms aufgezehrt, während der Materialluftstrom mit nahezu unverminderter Geschwindigkeit und damit auch ohne nennenswerte Aufweitung weiter fließt. Damit kann auch in größerer Entfernung von der

Düsenöffnung noch ein gleichmäßiger, vom Verlauf des elektrischen Feldes unabhängiger Materialauftrag erreicht werden.

Zusätzlich hat der Mantelluftstrom den Effekt, dass durch die laminare Strömung an der Grenze zwischen Materialluftstrom und

Mantelluftstrom ein Übertreten des Pulvers aus dem Materialluftstrom in den Mantelluftstrom vermieden wird. Dadurch wird es möglich, eine Pulverbeschichtungskabine mit einer Absaugung für nicht am Werkstück anhaftendes Pulver so zu gestalten, dass im Wesentlichen das gesamte überschüssige Pulver durch die Absaugung entfernt wird, indem die Absaugung so angeordnet und dimensioniert wird, dass der gesamte Materialluftstrom und der gesamte Mantelluftstrom durch die Absaugung erfasst und abgeführt wird. Außerdem kann die Absaugung der Kabine mit dem Mantelluftstrom bzw. dessen Steuerung wirkverbunden sein.

Der Mantelluftstrom selbst kann sehr wenig Luft enthalten, so dass eine Art pneumatische Dichtstromförderung des Beschichtungsma- terials bzw. Pulvers erreicht wird. Wenn wenig Luft im Materialluftstrom vorhanden ist, werden auch weniger Luftionen mit derselben Ladung erzeugt, die die Abscheidung des Beschichtungsmaterials behindern.

Wird die Absaugung so dimensioniert, dass eine Luftmenge abgesaugt wird, die größer als die durch Materialluftstrom und Mantelluftstrom zugeführte Luftmenge ist, so kann durch Einbringen gezielter Öffnungen in der Wandung der Kabine ein zusätzlicher, die weiteren Luftströme flankierender Luftstrom erzeugt werden, der insbesondere an solchen Stellen ein unkontrolliertes Übertreten von Pulver in die Kabinenluft verhindert, an denen Materialluftstrom und Mantelluftstrom durch Kontakt mit dem Werkstück verwirbelt werden.

Wenn der Mantelluftstrom in der Nähe der Austrittsoffnung abgegeben wird, wird eine Durchmischung des Materialluftstroms mit dem Mantelluftstrom im Wesentlichen vermieden.

Ferner entspricht die Strömungsgeschwindigkeit des Mantelluftstroms in etwa der Strömungsgeschwindigkeit des Materialluft- Stroms. In einer alternativen Ausführung des Verfahrens übersteigt die Strömungsgeschwindigkeit des Mantelluftstroms die Strömungsgeschwindigkeit des Materialluftstroms. Insbesondere befindet sich der Mantelluftstrom in einem laminaren Strömungszustand.

Bevorzugterweise werden der Materialluftstrom und der Mantelluftstrom nach dem Passieren des Werkstücks durch eine Absaugung aufgefangen. Hierzu ist vorgesehen, dass die Förderleistung der Absaugung die von der Pulverdüse abgegebene Luftmenge übersteigt.

Außerdem wird das Verfahren in einer vorteilhaften Weiterbildung in einer Beschichtungskabine, insbesondere zum Beschichten eines Werkstücks mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial, ausgeführt. Das Verfahren wird hierfür mit wenigstens einer nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Pulverdüse ausgeführt.

Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Beschichtungskabine mit Öffnungen zur Einführung eines zu beschichtenden Werkstücks und zur Entnahme eines beschichteten Werkstücks und mit wenigstens einer Absaugvorrichtung zur Absaugung der zur Ausführung des Beschichtungsverfahrens in die Beschichtungskabine eingebrachten Luftströme und des nicht an dem Werkstück anhaftenden Beschich- tungsmaterials ausgebildet ist, wobei die Absaugvorrichtung in

Strömungsrichtung der aus der Pulverdüse austretenden Luftströme angeordnet ist und so dimensioniert ist, dass der Materialluftstrom und/oder der Mantelluftstrom im Wesentlichen vollständig durch die Absaugvorrichtung erfasst und abgesaugt werden.

Die Absaugvorrichtung ist zur Absaugung eines Luftvolumens vorgesehen, der das Volumen des Materialluftstroms und des Mantelluftstroms übersteigt, und wobei die Beschichtungskabine mit zusätzlichen Lufteintrittsöffnungen zur Zufuhr des zusätzlich abgesaugten Luftvolumens versehen ist.

Vorteilhafterweise sind die zusätzlichen Lufteintrittsöffnungen zu den Pulverdüsen und den Absaugvorrichtungen so angeordnet, dass die von den zusätzlichen Lufteintrittsöffnungen zu den Absaugvorrichtungen verlaufenden Luftströmungen die von den Pulverdüsen zu den Absaugvorrichtungen verlaufenden Luftströ- mungen flankieren. Weiterhin sind insbesondere die zusätzlichen

Lufteintrittsöffnungen verschließbar.

Darüber hinaus kann in einer bevorzugten Weiterbildung der Mantelluftstrom, der wenigstens teilweise den Materialluftstrom umgibt, von einem weiteren Materialluftstrom als Schutzmantelluftstrom für den den Materialluftstrom umgebenden Mantelluftstrom vorgesehen sein. Hierbei umgibt der zweite Materialluftstrom (Schutzmantelluftstrom) den ersten Materialluftstrom wenigstens teilweise. Der Schutzmantelluftstrom bewirkt, dass die Luftströmun- gen in der Beschichtungskabine, z.B. in Folge der Luftabsaugung, keinen störenden Einfluss auf den Auftrag des Beschichtungsmate- rials auf das Werkstück haben und gleichzeitig die Beschichtungskabine durch den Schutzmantelluftstrom sauber gehalten wird, so dass sich kein Beschichtungsmaterial in der Kabine ansammelt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Schutzmantelluftstroms ist regelbar oder steuerbar, um entsprechend dem Aufbau der Kabine die Luftbewegungen bzw. Strömungen zu kompensieren bei Auftrag des Beschichtungsmaterials. Der Schutzmantelluftstrom kann sowohl an der Pulverdüse direkt oder stationär an entsprechenden Düsen in der Beschichtungskabine erzeugt werden.

Die voranstehend genannten Eigenschaften und Merkmale des den Materialluftstrom umgebenden Mantelluftstroms gelten in entsprechender Weise auch für den Schutzmantelluftstrom, so dass auf die obigen Aufführungen ausdrücklich verwiesen wird und wobei Anpassungen sowie Abwandlungen und Ausbildungen des zusätzlichen Schutzmantelluftstroms im handwerklichen Können des

Fachmanns liegen.

Eine weitere Lösung der Aufgabe besteht darin, dass eine Pulverdüse zum Beschichten eines Werkstücks mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial mit einer Eintrittsöffnung zur Zufuhr eines ersten, das Beschichtungsmaterial tragenden Luftstroms (Materialluftstrom) und mit mindestens einer Austrittsoffnung zur Abgabe des Materialluftstroms, insbesondere in Richtung des elektrisch geerdeten Werkstücks, dadurch weitergebildet wird, dass die Pulverdüse wenigstens eine weitere Eintrittsöffnung zur Zufuhr eines weiteren Luftstroms (Mantelluftstrom) und wenigstens eine weitere Austrittsoffnung zur Abgabe des Mantelluftstroms, wobei die wenigstens eine weitere Austrittsoffnung so angeordnet ist, dass der Mantelluftstrom im Wesentlichen parallel zu dem Materialluftstrom aus der Pulverdüse austritt.

Dazu umschließt die Austrittsoffnung für den Mantelluftstrom die Austrittsoffnung für den Materialluftstrom wenigstens teilweise. Insbesondere umschließt die Austrittsoffnung für den Mantelluft- ström die Austrittsoffnung für den Materialluftstrom ringförmig.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Pulverdüse eine Verteilervorrichtung zum Aufteilen des Materialluftstroms in mehrere Teilluftströme auf, wobei für jeden Teilluftstrom eine einzelne Austrittsoffnung vorgesehen ist und wobei jeder Austrittsoffnung für einen Teilluftstrom wenigstens eine Austrittsoffnung für einen Mantelluftstrom zugeordnet ist. Des Weiteren sind die Austrittsöffnungen für den Mantelluftstrom zur Abgabe eines laminaren Luftstroms geeignet. Vorzugsweise ist stromauf der Austrittsöffnungen für den Mantelluftstrom ein Filter zur Verhinderung eines Eintretens von Beschichtungsmaterial in den Innenraum der Pulverdüse angeordnet ist. Außerdem ist eine lonisiervorrichtung zum elektrischen Aufladen des pulverförmigen Beschichtungsmaterials vorgesehen.

Als weitere Lösung der Aufgabe wird eine Beschichtungskabine zum

Beschichten eines Werkstücks mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial, insbesondere nach dem oben ausgeführten erfindungsgemäßen Verfahren sowie mit wenigstens einer voranstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Pulverdüse, wobei die Beschichtungskabine mit Öffnungen zur Einführung eines zu beschichtenden Werkstücks und zur Entnahme eines beschichteten Werkstücks und mit wenigstens einer Absaugvorrichtung zur Absaugung der zur Ausführung des Beschichtungsverfahrens in die Beschichtungskabine eingebrachten Luftströme und des nicht an dem Werkstück anhaftenden Beschichtungsmaterials versehen ist, vorgeschlagen, die dadurch weitergebildet ist, dass die Absaugvorrichtung in Strömungsrichtung der aus der Pulverdüse austretenden Luftströme angeordnet ist und so dimensioniert ist, dass der Materialluftstrom und/oder der Mantelluftstrom im Wesentlichen vollständig durch die Absaugvorrichtung erfasst und abgesaugt werden.

Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die voranstehenden Ausführungen und erfindungsgemäßen Einzelheiten der Beschich- tungskabine ausdrücklich verwiesen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einiger, den Schutzbereich nicht beschränkender Beispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 a, Fig. 1 b jeweils eine teilweise geschnittene Draufsicht einer erfindungsgemäßen Pulverdüse;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Pulverdüse;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Beschichtungskabine gemäß der Erfindung und

Fig. 4 einen weiteren Schnitt durch eine Beschichtungskabine gemäß der Erfindung.

In den Figuren 1 a, 1 b und 2 ist eine gemäß der Erfindung weitergebildete Pulverdüse 1 zum Beschichten eines Werkstücks 26 mit pulverförmigem Beschichtungsmaterial dargestellt. Die Pulverdüse 1 weist einen Einlass 2 auf, durch den ein mit pulverförmigem

Beschichtungsmaterial beladener Materialluftstrom in eine Vorrichtung 3 mit einem elektrischen Anschluss 4 zum elektrischen Aufladen des Beschichtungsmaterials gelangt. Verschiedene Ausführungsformen entsprechender Vorrichtungen können z.B. der DE 35 29 703 C1 entnommen werden.

In einem Anwendungsfall, in welchem der Pulverdüse 1 bereits elektrisch aufgeladenes Beschichtungsmaterial mit dem Materialluftstrom zugeführt wird, kann die Vorrichtung 3 entfallen. Aus der Vorrichtung 3 gelangt der Materialluftstrom in eine Verteilervorrichtung 5 zum Aufteilen des Materialluftstroms in mehrere Teilluftströme. Eine solche Verteilervorrichtung ist z.B. in der DE 197 49 778 C1 beschrieben.

Aus der Verteilervorrichtung 5 gelangen die Teilluftströme in mehrere so genannte Fingerdüsen 6, die einlassseitig (nicht dargestellt) ringförmig in der Verteilervorrichtung 5 münden und auslassseitig in einer Ebene gleichmäßig beabstandet angeordnet sind. Somit bilden die Fingerdüsen 6 eine Reihe von parallelen Austrittsöffnungen 7, aus welchen der Materialluftstrom in Richtung des elektrisch geerdeten Werkstücks abgegeben wird. In dieser Anordnung werden die Fingerdüsen 6 durch einen Haltebalken 8 fixiert.

Die Fingerdüsen 6 und der Haltebalken 8 sind von einem Düsengehäuse 9 umgeben, welches einen Innenraum 10 umschließt. In diesen Innenraum 10 wird ein nicht mit Beschichtungsmaterial beladener Luftstrom durch Einlassöffnungen 1 1 eingeleitet, der durch beiderseits des Haltebalkens 8 angeordnete Austrittsöffnungen 12 als Mantelluftstrom austritt und den auf das Werkstück gerichteten Materialluftstrom umschließt. Zwischen dem Innenraum 10 und den Austrittsöffnungen 12 für den Mantelluftstrom kann ein poröser Filter 13 eingebracht sein, um ein Eindringen von Beschichtungsmaterial durch die Austrittsöffnungen 12 in den Innenraum 10 zu verhindern. Die Austrittsöffnungen 12 sind vorzugsweise so dimensioniert, dass der Mantelluftstrom als laminarer Luftstrom austritt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Pulverdüse 1 sind die Drücke des aus der Aust ttöffnung 7 austretenden Materialluftstroms und des aus den Austrittsöffnungen 12 austretenden Mantelluftstromes unterschiedlich einstellbar, so dass bei einem zu bearbeitenden

Werkstück eine Einstellung und Anpassung auf die entsprechende Geometrie des Werkstücks ermöglicht wird. Es können unterschied- liehe Drücke an den zwei Austrittsöffnungen 12 zueinander vorgesehen sein. Hierzu sind die Luftzuführungen zu den Austrittsöffnungen 12 getrennt vorzusehen. Die unterschiedlichen sowie steuerbaren Drücke der jeweiligen Mantelluft ermöglichen neben einer Anpassung an die Werkstückgeometrie auch eine Abstimmung an die Zuluft in den offenen Kabinenöffnungen. Insbesondere eignen sich mehrere parallele Mantelluftströme mit unterschiedlichen Mengen bzw. Volumina sowie Strömungsgeschwindigkeiten zur Anpassung an die Werkstücke und an die Zuluft in offenen Kabinenöffnungen. Ebenso ist es weiterhin möglich, dass die

Drücke des Materialluftstroms und/oder des Mantelluftstroms und/oder der Mantelluftströme oszillierend ausgebildet sind, um ein bevorzugtes Muster auf ein Werkstück aufzubringen.

Der Mantelluftstrom übernimmt nach dem Austreten aus den

Austrittsöffnungen 12 quasi die Funktion eines Gleitmittels zwischen dem Materialluftstrom und der umgebenden Luft. Während der Mantelluftstrom an seiner Außenseite durch Reibung und Verwirbe- lung mit der umgebenden Luft Energie verliert, bleibt die Bewe- gungsenergie und damit auch die Geschwindigkeit und die

Beladungsdichte des Materialluftstroms mit dem Beschichtungsmaterial im Wesentlichen konstant. Bei in etwa gleicher Geschwindigkeit des Mantelluftstroms und des Materialluftstroms bleibt gleichzeitig die Ausbildung von Verwirbelungen an der Grenzschicht der beiden Luftströme aus, so dass ein Materialübertritt aus dem

Materialluftstrom in den Mantelluftstrom kaum stattfindet.

Darüber hinaus ist es in einer alternativen Weiterbildung der Pulverdüse 1 möglich, die Strahlform bzw. den Querschnitt des Materialluftstroms sowie des Mantelluftstroms entsprechend der

Anforderung zu gestalten und zu beeinflussen, so dass prinzipiell die Strahlform variabel bzw. variierbar ist. In Fig. 1 b ist eine weitere erfindungsgemäße Pulverdüse 1 gezeigt, die der Pulverdüse 1 aus Fig. 1 a im Wesentlichen entspricht. Die Pulverdüse 1 in Fig. 1 b weist zusätzlich ein Mantelgehäuse 14 mit Austrittsöffnungen 15 auf. Durch die Austrittsöffnungen 15 tritt ein weiterer Mantelluftstrom (Schutzmantelluftstrom) für den aus den Austrittöffnungen 12 austretenden ersten Mantelluftstrom aus, so dass Luftströmungen um die Pulverdüse 1 herum oder in einer Beschichtungskabine (Fig. 3, Fig. 4) sich nicht auf den Auftrag des Beschichtungsmaterials auf das zu bearbeitende Werkstück auswirken. Außerdem wird mittels des Schutzmantelluftstroms aus den Austrittsöffnungen 15 die Beschichtungskabine frei von Ablagerungen oder Ansammlungen von Beschichtungsmaterial gehalten, so dass die Beschichtungskabine dauerhaft sauber gehalten wird. Der Schutzmantelluftstrom wird parallel zum (ersten)

Mantelluftstrom bzw. Materialluftstrom geführt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen Schnittdarstellungen einer erfindungsgemäßen Beschichtungskabine 20. Die Kabine 20 besteht aus einem Gehäuse 21 , welches bis auf die Öffnungen 22, 23, 24 und

25 allseitig geschlossen ist, um ein Austreten von Beschichtungsmaterial in die Umgehung der Beschichtungskabine 20 zu verhindern. Die Öffnungen 22 dienen zum Transport von einem an einem nicht dargestellten Förderer hängenden Werkstück 26, im darge- stellten Beispiel ein Heizkörper. Anstelle des hängenden Transports kann jede andere Art des Werkstücktransports vorgesehen sein, wahlweise kann auch auf einen automatischen Werkstücktransport ganz verzichtet werden.

Durch die Öffnungen 23 sind mehrere Pulverdüsen 1 in die

Beschichtungskabine 20 eingeführt, die das Werkstück 26 beim Transport durch die Beschichtungskabine 20 von beiden Seiten beschichten. Jeweils gegenüber den Öffnungen 23 sind an Öffnungen 24 Absaugkanäle 27 angebracht, durch die mittels einer Saugvorrichtung 28 Luft aus der Beschichtungskabine 20 abgesaugt wird. Weiterhin sind Öffnungen 25 in dem Gehäuse 21 angebracht, durch die zusätzlich Luft aus der Umgebung in die Beschichtungskabine 20 eintreten kann. Die Öffnungen 25 können durch Verschlüsse 29 ganz oder teilweise verschlossen werden.

Die Funktionsweise der dargestellten Beschichtungskabine 20 ist wie folgt: Durch die Öffnungen 22 werden zu beschichtende

Werkstücke 26 hängend durch die Beschichtungskabine 20 gefördert. Dabei sind die Werkstücke 26 über den nicht dargestellten Förderer elektrisch geerdet. Bei Annäherung eines Werkstücks 26 an die erste Anordnung von Pulverdüsen 1 werden diese durch eine nicht dargestellte Steuerung bekannten Typs aktiviert, so dass ein mindestens die gesamte Höhe des Werkstücks 26 abdeckender Strom von mit Beschichtungsmaterial beladener Luft in Richtung des Werkstücks 26 abgegeben wird. Dieser Materialluftstrom ist, wie oben beschrieben, von einem nicht mit Beschichtungsmaterial beladenen Mantelluftstrom umgeben, der ein Aufweiten und

Verwirbeln des Materialluftstroms zumindest bis zum Auftreffen auf das Werkstück 26 verhindert. Das Werkstück 26 wird somit zunächst auf der rechten Seite unabhängig von seiner Struktur mit hoher Qualität beschichtet.

Um eine Vergleichmäßgiung des Auftrags des Beschichtungsmaterials auf dem Werkstück 26 zu erreichen, werden in einer weiteren Ausgestaltung die Pulverdüsen 1 oszillierend bewegt. Beispielsweise werden hierfür die Pulverdüsen 1 vertikal hin und her gefahren.

Die aus den Pulverdüsen 1 austretenden Luftströme gelangen danach zusammen mit dem nicht am Werkstück 26 anhaftenden Beschichtungsmaterial, dem so genannten Overspray, durch die Öffnung 24 in den Absaugkanal 27.

Die Förderleistung der Saugvorrichtung 28 ist so dimensioniert, dass sie das Volumen der von den Pulverdüsen 1 abgegebenen

Luftströme übersteigt. Somit wird durch die Öffnungen 22, 23 und

25 Luft aus der Umgehung der Beschichtungskabine 20 angesaugt.

Diese Luft bildet Strömungen, welche die von den Pulverdüsen 1 ausgehenden Luftströme flankieren. Somit führt auch eine Verwirbe- lung von Material- und Mantelluftströmen beim Auftreffen auf das

Werkstück 26 nicht zu einer unkontrollierten Verteilung von

Beschichtungsmaterial in der Beschichtungskabine 20. Damit wird eine Verschmutzung der Beschichtungskabine 20, welche bei einem

Wechsel des Beschichtungsmaterials aufwendig entfernt werden muss, weitestgehend vermieden.

Die durch die Öffnungen 25 in die Beschichtungskabine 20 eingesaugte Luftmenge kann durch Variieren der wirksamen Querschnittsfläche dieser Öffnungen mittels der Verschlüsse 29 gesteuert und damit der jeweiligen Beschichtungsaufgabe ange- passt werden. Das zusammen mit der Luft aus der Beschichtungskabine 20 abgesaugte Beschichtungsmaterial kann mittels bekannter Abscheider von der Luft getrennt und gesammelt oder in den Beschichtungsprozess zurückgeführt werden.

Darüber hinaus ist es ebenso möglich, dass die Tiefe bzw. Dicke der auf dem Werkstück 26 aufgetragenen Beschichtung mittels des variierbaren Mantelluftstroms einstellbar ist.

Die in der Beschichtungskabine 20 eingesetzten Pulverdüsen 1 können sowohl nach der in Fig. 1 a als auch der in Fig. 1 b gezeigten Art sein. Bei Verwendung von Pulverdüsen 1 gemäß Fig. 1 a wird ein zusätzlicher Schutzmantelluftstrom für einen ersten Mantelluftstrom dadurch erreicht, dass die Pulverdüsen 1 zwischen wenigstens zwei Düsen angeordnet sind. Der Schutzmantelluftstrom kann somit auch mittels stationärer Einrichtungen in der Beschichtungskabine 20 im Bereich der Pulverdüsen 1 erzeugt werden, um die Luftverwirbelun- gen und Luftströmungen in der Beschichtungskabine 20 in Folge der Luftabsaugung und der Öffnungen 25 für einen einwandfreien Auftrag des Beschichtungsmaterials zu kompensieren. Darüber hinaus wird durch den zusätzlichen Schutzmantelluftstrom die Beschichtungskabine 20 sauber von Pulverabscheidungen gehalten, so dass bei einem Wechsel des aufzutragenden Beschichtungsmaterials die Beschichtungskabine nicht gereinigt werden muss.

Nachdem das Werkstück 26 die rechtsseitigen Pulverdüsen 1 passiert hat, werden diese durch die Steuerung deaktiviert. Sobald das Werkstück 26 in die Nähe der linksseitigen Pulverdüsen 1 gelangt, wiederholt sich dort der oben beschriebene Beschichtungs- vorgang in der umgekehrten Richtung.

Bezugszeichenliste

1 Pulverdüse

2 Einlass

3 Vorrichtung

4 Anschluss

5 Verteilervor chtung

6 Fingerdüsen

7 Austrittsöffnungen

8 Haltebalken

9 Düsengehäuse

10 Innenraum

1 1 Einlassöffnungen

12 Austrittöffnungen

13 Filter

14 Mantelgehäuse

15 Austrittöffnung

20 Beschichtungskabine

21 Gehäuse

22 Öffnung

23 Öffnung

24 Öffnung

25 Öffnung

26 Werkstück

27 Absaugkanäle

28 Saugvorrichtung

29 Verschlüsse

Claims

Beschichtungsverfahren sowie Pulverdüse undBeschichtungskabinePatentansprüche

1 . Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks (26) mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial, bei welchem das Beschichtungsmaterial durch einen ersten Luftstrom einer lonisiervorrichtung (3) zugeführt wird, das Beschichtungsmaterial in der lonisiervorrichtung (3) elektrostatisch aufgeladen wird und zusammen mit dem das Beschichtungsmaterial tragenden

Luftstrom (Materialluftstrom) durch wenigstens eine Austritts- öffnung (7) einer Pulverdüse (1 ), insbesondere in Richtung des elektrisch geerdeten Werkstücks (26), abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Austrittsoffnung (7) tretende Materialluftstrom durch einen weiteren Luftstrom

(Mantelluftstrom) zumindest teilweise umschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelluftstrom in der Nähe der Austrittsoffnung (7) so abge- geben wird, dass eine Durchmischung des Materialluftstroms mit dem Mantelluftstrom im Wesentlichen vermieden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Mantelluftstroms in etwa der Strömungsgeschwindigkeit des Materialluftstroms entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Mantelluftstroms die Strömungsgeschwindigkeit des Materialluftstroms übersteigt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelluftstrom sich in einem laminaren Strömungszustand befindet.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialluftstrom und der

Mantelluftstrom nach dem Passieren des Werkstücks (26) durch eine Absaugung (24, 27, 28) aufgefangen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung der Absaugung (27, 28) die von der Pulverdüse

(1 ) abgegebene Luftmenge übersteigt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer Be- schichtungskabine (20), insbesondere zum Beschichten eines

Werkstücks (26) mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial, ausgeführt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit wenigstens einer Pulverdüse (1 ) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20 ausgeführt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungskabine (20) mit Öffnungen (22) zur Einführung eines zu beschichtenden Werkstücks (26) und zur Entnahme eines beschichteten Werkstücks (26) und mit wenigstens einer Absaugvorrichtung (24, 27, 28) zur Absaugung der zur Ausführung des Beschichtungs- verfahrens in die Beschichtungskabine (20) eingebrachten Luftströme und des nicht an dem Werkstück (26) anhaftenden Beschichtungsmaterials, wobei die Absaugvorrichtung (24, 27,

28) in Strömungsrichtung der aus der Pulverdüse austretenden Luftströme angeordnet ist und so dimensioniert ist, dass der Materialluftstrom und/oder der Mantelluftstrom im Wesentlichen vollständig durch die Absaugvorrichtung (24, 27, 28) erfasst und abgesaugt werden.

1 1 . Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugvorrichtung (24, 27, 28) zur Absaugung eines Luftvolumens vorgesehen ist, der das Volumen des Materialluftstroms und des Mantelluftstroms übersteigt, und dass die Beschichtungskabine (20) mit zusätzlichen Lufteintrittsöffnungen (25) zur Zufuhr des zusätzlich abgesaugten Luftvolumens versehen ist.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Lufteintrittsöffnungen (25) zu den Pulverdüsen (1 ) und den Absaugvor ch- tungen (24, 27, 28) so angeordnet sind, dass die von den zusätzlichen Lufteintrittsöffnungen (25) zu den Absaugvorrichtun- gen (24, 27, 28) verlaufenden Luftströmungen die von den

Pulverdüsen (1 ) zu den Absaugvorrichtungen (24, 27, 28) verlaufenden Luftströmungen flankieren.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Lufteintrittsöffnungen (25) verschließbar sind.

14. Pulverdüse (1 ) zum Beschichten eines Werkstücks (26) mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial mit einer Eintrittsöffnung (2) zur Zufuhr eines ersten, das Beschichtungsmaterial tragenden Luftstroms (Materialluftstrom) und mit mindes- tens einer Austrittsoffnung (7) zur Abgabe des Materialluftstroms, insbesondere in Richtung des elektrisch geerdeten Werkstücks (26), dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverdüse (1 ) wenigstens eine weitere Eintrittsöffnung (1 1 ) zur Zufuhr eines weiteren Luftstroms (Mantelluftstrom) und wenigstens eine weitere Austrittsoffnung (12) zur Abgabe des Mantelluftstroms, wobei die wenigstens eine weitere Austrittsoffnung (12) so angeordnet ist, dass der Mantelluftstrom im Wesentlichen parallel zu dem Materialluftstrom aus der Pulverdüse (1 ) austritt.

15. Pulverdüse (1 ) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsoffnung (12) für den Mantelluftstrom die Austrittsoffnung (7) für den Materialluftstrom wenigstens teilweise umschließt.

16. Pulverdüse (1 ) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsoffnung (12) für den Mantelluftstrom die Austrittsoffnung (7) für den Materialluftstrom ringförmig umschließt.

17. Pulverdüse (1 ) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverdüse (1 ) eine Verteilervorrich- tung (5) zum Aufteilen des Materialluftstroms in mehrere Teilluftströme aufweist, dass für jeden Teilluftstrom eine einzelne Austrittsoffnung (7) vorgesehen ist und dass jeder Austrittsoffnung für einen Teilluftstrom wenigstens eine Austrittsoffnung (12) für einen Mantelluftstrom zugeordnet ist.

18. Pulverdüse (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (12) für den Mantelluftstrom zur Abgabe eines laminaren Luft- Stroms geeignet sind.

19. Pulverdüse (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf der Austrittsöffnungen (12) für den Mantelluftstrom ein Filter (13) zur Ver- hinderung eines Eintretens von Beschichtungsmaterial in den

Innenraum (10) der Pulverdüse (1 ) angeordnet ist.

20. Pulverdüse (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine lonisiervorrichtung (3) zum elektrischen Aufladen des pulverförmigen Beschichtungsmaterials vorgesehen ist.

21. Beschichtungskabine (20) zum Beschichten eines Werkstücks (26) mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial, insbe- sondere nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 mit wenigstens einer Pulverdüse (1 ) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, mit Öffnungen (22) zur Einführung eines zu beschichtenden Werkstücks (26) und zur Entnahme eines beschichteten Werkstücks (26) und mit wenigstens einer Ab- Saugvorrichtung (24, 27, 28) zur Absaugung der zur Ausführung des Beschichtungsverfahrens in die Beschichtungskabine (20) eingebrachten Luftströme und des nicht an dem Werkstück (26) anhaftenden Beschichtungsmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugvorrichtung (24, 27, 28) in Strömungsrichtung der aus der Pulverdüse austretenden Luftströme angeordnet ist und so dimensioniert ist, dass der Material- luftstrom und/oder der Mantelluftstrom im Wesentlichen vollständig durch die Absaugvorrichtung (24, 27, 28) erfasst und abgesaugt werden.

22. Beschichtungskabine (20) nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugvorrichtung (24, 27, 28) zur

Absaugung eines Luftvolumens vorgesehen ist, der das Volumen des Materialluftstroms und des Mantelluftstroms übersteigt, und dass die Beschichtungskabine (20) mit zusätzlichen Lufteintrittsöffnungen (25) zur Zufuhr des zusätzlich abgesaug- ten Luftvolumens versehen ist.

23. Beschichtungskabine (20) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Lufteintrittsöffnungen (25) zu den Pulverdüsen (1 ) und den Absaugvorrichtungen (24, 27, 28) so angeordnet sind, dass die von den zusätzlichen

Lufteintrittsöffnungen (25) zu den Absaugvorrichtungen (24, 27, 28) verlaufenden Luftströmungen die von den Pulverdüsen (1 ) zu den Absaugvorrichtungen (24, 27, 28) verlaufenden Luftströmungen flankieren.

24. Beschichtungskabine (20) nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Lufteintrittsöffnungen (25) verschließbar sind.