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Dokumentenidentifikation DE102006019643A1 31.10.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zur pneumatischen, tribostatischen Pulverbeschichtung von Werkstücken
Anmelder Gregarek, Reinhold, 53560 Vettelschoß, DE
Erfinder Gregarek, Reinhold, 53560 Vettelschoß, DE
Vertreter Brandenburg, T., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 53773 Hennef
DE-Anmeldedatum 25.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006019643
Offenlegungstag 31.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2007
IPC-Hauptklasse B05B 5/047(2006.01)A, F, I, 20060425, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B05B 5/03(2006.01)A, L, I, 20060425, B, H, DE   B05B 7/14(2006.01)A, L, I, 20060425, B, H, DE   
Zusammenfassung Verfahren zur pneumatischen, tribostatischen Pulverbeschichtung von Werkstücken, vorzugsweise metallischen Werkstücken, unter Verwendung eines tribostatischen Rohrs zur Aufladung des Pulvers, wobei ausgehend von einem einzelnen Druckanschluss ein mit einer Anfangsgeschwindigkeit strömendes Gas in einem Hauptstrom mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit über Hauptstromeinleitungskanäle mit gleichsinnigem Drehsinn in Ausblasrichtung geneigt in das tribostatische Rohr eingeleitet wird, wobei ein minimaler statischer Druck bewirkt wird und dass ein Pulver-Gas-Gemisch am zuflussseitigen Ende des tribostatischen Rohrs radial vom Hauptstrom eingezogen und im Gasstrom in einer laminaren Drehströmung über die Innenfläche des tribostatischen Rohrs geführt wird, wobei die Pulverteilchen fliehkraftunterstützt in inniger Wechselwirkung mit der Innenfläche des tribostatischen Rohrs elektrostatisch aufgeladen werden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur pneumatischen, tribostatischen Pulverbeschichtung von Werkstücken, insbesondere metallischen Werkstücken, unter Verwendung eines tribostatischen Rohrs zur Aufladung des Pulvers durch Wechselwirkung der Pulverteilchen mit der Rohrinnenwand.

Verfahren der vorgenannten Art basieren auf dem grundsätzlichen Prinzip, dass ein Werkstück mit einem elektrostatisch aufgeladenen Pulver in Form eines Pulver-Luftgemisches beaufschlagt wird. Aufgrund seiner elektrostatischen Aufladung haftet das Pulver an der Werkstoffoberfläche an. Das Pulver kann in der nachfolgenden Verarbeitung bei höheren Temperaturen auf der Werkstückoberfläche fixiert, aufgeschmolzen bzw. eingebrannt werden.

Bekannte Vorrichtungen der vorgenannten Art umfassen eine Steuer-Elektronik, welche das Ermitteln einer Kennlinie für individuell verschiedene Pulver ermöglicht. Hierbei werden Druck und Durchsatzmenge eines Gasstromes, welcher das Pulver-Gasgemisch zum zuflußseitigen Ende des tribostatischen Rohres transportiert, erfasst. Ebenso werden Druck- und Durchsatzmenge eines Zusatzgasstromes erfasst. Der Zusatzgasstrom bewirkt aktiv mit erhöhtem Druck das Einbringen und die verstärkte Wechselwirkung der Pulverteilchen mit der Rohrinnenfläche des tribostatischen Rohres. Die Kenndaten eines Pulvers hängen in komplexer Weise von der Partikelgößenverteilung, Strömungsgeschwindigkeit, Leitungsdimension und dem Druckverhältnis der Gasströme ab. Theoretische Modelle hierzu erlauben keine ausreichend genaue Vorhersage. Daher werden die Parameter als Funktion des Gesamtdurchsatzes in einem Kalibrierungslauf mit der entsprechenden Pulversorte oder -mischung ermittelt und gespeichert. Für jede Pulversorte, bzw. neue Pulvermischung ist eine neue Kennlinie zu ermitteln. Nachteilig bei diesen Anlagen ist, dass die notwendige Parametrisierung jeder neuen Mischung bzw. neuen Pulversorte die Bedienung durch eine erfahrene Fachkraft erfordert. Des Weiteren werden solche Anlagen üblicherweise mit Drücken von mehr als 3 bar betrieben, was die Verwendung von dickwandigen, teuren und berstsicheren Leitungen notwendig macht. In üblicher Ausführungsform weist daher eine tribostatische Pulverpistole einer solchen Anlage Anschlüsse für den Gasstrom, den Zusatzgasstrom mit höherem Druck sowie für die Stromversorgung der elektrisch angesteuerten Magnetventile auf. Dies geht mit einer Mehrzahl an sperrigen Kabeln und Schläuchen einher, die die Verwendung der bekannten Pulverpistolen vor Ort zusätzlich erschweren können. Schließlich ist die Anschaffung einer solch komplex aufgebauten Anlage mit einem Kaufpreis verbunden, der diese für den Privat- und Einzelanwender unwirtschaftlich macht.

Problematisch sind bei Verfahren der vorgenannten Art Werkstücke mit detailreichen Profilierungen im Millimeterbereich sowie Werkstücke deren Kontur spitze Winkel oder Hinterschneidungen aufweisen.

Im Bereich der millimeter-feinen Profilierungen und spitzen Winkel überlappen sich die elektrostatischen Felder der aufgeladenen Partikel und erzeugen erhöhte Abstoßungskräfte. Diese Abstoßungskräfte können bei hoch geladenen Partikeln bzw. länger anhaltender oder mehrfach ausgeführter Beaufschlagung mit Pulver-Gas-Gemisch eine Abstoßung weiterer Pulverteilchen bewirken. Dadurch kann es zu einer inhomogenen Verteilung der Pulverteilchen und einer mangelhaften Qualität der Pulverbeschichtung kommen.

Kleinmaßige Hinterschneidungen erfordern das diskrete Beschichten kleiner, benachbarter Flächen von wenigen Quadratzentimetern mit geringem Abstand zum Werkstück. Hierbei kann bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren zum einen immer wieder das Abblasen bereits aufgebrachter Pulverschichten wegen mangelhafter Haftkraft beobachtet werden. Dies führt wiederum zu inhomogenen Pulverschichten von mangelhafter Qualität. Zum anderen kann ein erheblicher Anteil an Pulver außerhalb der zu beschichtenden Fläche nicht auf das Werkstück aufziehen und fällt als Verlustpulver an. Die Beschichtung kleinmaßiger Hinterschneidungen bedingt dadurch einen deutlich erhöhten Kosten- und Arbeitszeitaufwand.

Die DE 102 28 182 C1 beschreibt ein Verfahren der vorbenannten Art, bei dem die Problematik der inhomogenen Pulverbeschichtung dadurch vermieden wird, daß das Werkstück zum einen vor der Beschichtung aufgewärmt wird. Dadurch kommt es bereits beim ersten Kontakt der Pulverteilchen mit der Werkstücksoberfläche zum Anschmelzen und zum Ausbilden einer haftvermittelnden Zwischenfläche. Zum anderen werden bestimmte Bereiche des Werkstückes mit einem korona-elektrischen Aufsprühverfahren beschichtet. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass sie Vorrichtungen zur Erwärmung des Werkstückes sowie eine Steueranlage zur kontrollierten Parametrisierung der korona-elektrischen Ansprühvorrichtung notwendig macht. Darüber hinaus zeigen mittels korona-elektrischer Verfahren aufgebrachte Pulver häufig eine optisch abweichende Oberflächencharakteristik, die an Hammerschlag-Lacke erinnert. Des weiteren kann Pulver, welches nicht sofort auf der Oberfläche des Werkstücks aufschmilzt, abfallen und muß in Folge als Rest- bzw. Verlustpulver angesehen werden. Dieses Verfahren kann daher mit einem erheblichen Mehraufwand an Kapital und Energie sowie reduzierter Effektivität einhergehen. Dies ist abzulehnen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur tribostatischen Pulverbeschichtung von metallischen Werkstücken anzubieten, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden und die Pulverbeschichtung von Werkstücken mit wechselnden Pulversorten und -mischungen auf einfachere und wirtschaftlichere Art ermöglichen.

Die Aufgabe der vorliegen Erfindung wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die gleichmäßige und homogene Pulverbeschichtung von profilierten und/oder spitzwinklig ausgeprägten Werkstücken.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die diskrete Beschichtung von kleinmaßig hinterschnittenen Werkstücken.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Reduzierung des bei Pulverbeschichtungen anfallenden Anteils an Rest- sowie Verlustpulver.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das zur Verfügung stellen eines Verfahrens und einer Vorrichtung, welche sich – vorzugsweise im Privat- und Einzelanwendungsbereich – leicht in bereits vorhandene Systeme bzw. Vorrichtungen integrieren läßt.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung der zuvor genannten Art bereitzustellen, welche in einfacher Weise zu einer Lackierpistole umgerüstet werden kann.

Dem Stand der Technik nach wird durch Verwendung eines Zusatzluftstromes mit höherem Luftdruck aktiv das Pulver in ein tribostatisches Rohr eingeführt und die verstärkte Wechselwirkung von Pulverteilchen mit der Rohrinnenwand bewirkt. Hierbei bewirkt der höhere Luftdruck des Zusatzluftstromes eine effektiveren Eintrag von Partikeln. Auf Grund ihrer erhöhten Geschwindigkeit treffen die Partikel mit größerer Impulskraft auf die Innenfläche des tribostatischen Rohres auf und ihre elektrostatische Ladung wird so verstärkt. Zusatzluftstrom und Luftstrom transportieren unter turbulenter Vermischung die Teilchen durch das tribostatische Rohr. Von diesem Verfahren ausgehend wurden Vergleichsversuche mit unterschiedlich aufgebauten Prototypen von Vorrichtungen zur pneumatischen, tribostatischen Pulverbeschichtung durchgeführt.

Wesentlich für die vorliegende Erfindung war die überraschende Erkenntnis, daß im Widerspruch zum Stand der Technik mit nur einem einfließenden Gasstrom eines Drucks bei passivem Einbringen des Pulvers in das Pulver-Gas-Gemisch konstant die besten Haftungseigenschaften des Pulvers auf dem Werkstück beobachtet werden konnten. Das aktive Einbringen von Pulver über eine Leitung mit erhöhtem Druck in das Rohr ging mit einer Verschlechterung der Beschichtungsqualität einher.

Es zeigte sich überraschenderweise, dass das vorliegende Verfahren die Verwendung unterschiedlichster Pulversorten und -gemische erlaubt, ohne dass dabei Abweichungen in der hohen, gleichbleibenden Qualität der Haftungseigenschaften auftraten. Wesentlich hierfür war die radiale, stabilere Führung des Pulvers im Gasstrom im tribostatischen Rohr, welche im Folgenden näher erläutert wird. Das tribostatische Rohr besteht üblicherweise aus einem Kunststoff, vorzugsweise Teflon, welcher durch Reibung der Partikel mit dessen Oberfläche die elektrostatische Aufladung der einzelnen Partikel bewirkt. Das durch den Druckanschluß mit einer Anfangsgeschwindigkeit in einer Hauptleitung strömende Gas wird zu mehreren Hauptstromeinleitungskanälen geführt. Erfindungsgemäß liegt der Gesamtquerschnitt der Hauptstromeinleitungskanäle unterhalb des Querschnitts der Hauptleitung. Die Hauptstromeinleitungskanäle münden, in Ausblasrichtung des tribostatischen Rohres orientiert, am zuflussseitigen Ende des tribostatischen Rohres. Ihre Austrittsöffnungen sind an der Innenfläche eines an das tribostatische Rohr angrenzenden Rohrsegments gleichmäßig kreisförmig angeordnet. Hierbei sind die Hauptstromeinleitungskanäle seitlich gleichsinnig geneigt, wodurch ein Drehsinn des mit erhöhter Geschwindigkeit eintretenden Gases erzeugt wird. Vorteilhafterweise beträgt der Durchmesser des tribostatischen Rohres hierbei mindestens das 1,4fache des Anfangsdurchmessers der Hauptleitung. Das Gas wird stark beschleunigt in das tribostatische Rohr eingeleitet. Es tritt mit dem bis zu 100fachen der Anfangsgeschwindigkeit aus den Hauptstromeinleitungskanälen aus.

Der Begriff "radial" beschreibt im Sinne der vorliegenden Anmeldung die Strömungsverhältnisse einer entlang einer Rohrinnenfläche erzeugten Drehströmung.

Vorzugsweise werden die Gasströme hierbei in einem Neigungswinkel zur Längsachse des tribostatischen Rohres von 45 plus/minus 10 Grad sowie einen seitlichen, spitzen Neigungswinkel zur Rohrleitungshalbierenden von etwa 20 plus/minus 5 Grad eingeleitet.

Vergleiche des Strömungsverhaltens des Pulvers im Gasstrom mit dem Stand der Technik zeigten eine deutlich stabilere Strömungscharakteristik der erfindungsgemäßen Drehströmung an der Innenfläche des tribostatischen Rohres entlang. Wirbel, Turbulenzen und Inhomogenitäten, wie sie bei bekannten Verfahren häufig auftreten können, wurden nicht beobachtet. Die erfindungsgemäße Drehströmung mit ihrer verbesserten Stabilität wird im Folgenden als laminare Drehströmung bezeichnet. Die Pulverpartikel werden im Bereich der Hauptstromeinleitungskanäle radial in die mit erhöhter Einströmgeschwindigkeit zugeführten Gasströme eingezogen und der Drehströmung des Gases unterworfen. Durch die stabile Rotationsbewegung des Gases unterliegen die Pulverpartikel hierbei einer nach Außen gerichteten Fliehkraft und werden mit kontinuierlichem Druck gleichmäßig auf die Rohrinnenfläche des tribostatischen Rohres gedrückt. Dabei unterliegen die Pulverpartikel durch die innige Wechselwirkung mit der Rohrinnenfläche einem fliehkraftunterstütztem tribostatischem Aufladungsprozess.

Erstaunlicherweise ist die Gesamtladung hierbei deutlich homogener als bei den bekannten Methoden. Dies wurde in Versuchen mit kommerziellen Vorrichtungen festgestellt, bei denen eine unterschiedliche Haftkraft der einzelnen Pulverpartikel festgestellt werden konnte. Im Gegensatz hierzu zeigt das vorliegende Verfahren eine homogene Haftkraft aller freigesetzten Partikel. Des Weiteren mußte eine Erdung des tribostatischen Rohres zum Abführen der im Rohr verbleibenden Ladung nicht vorgenommen werden. Diese Vorgehensweise führt bei bekannten Vorrichtungen zu einer statischen Maximalladung, mangelhafter Aufladung des weiterhin erzeugten Pulvers und zu gefährlichen, elektrischen Funkenschlägen. Hingegen wurde im vorliegenden Verfahren eine konstant anhaltende, hohe Haftungsqualität und Ladung des Pulvers erzielt, wobei Funkenschläge durch zu hohe Aufladung nicht beobachtet werden konnten.

Vorzugsweise strömt der Gasstrom im zuflussseitigen Abschnitt des tribostatischen Rohrs mit einer Strömungsgeschwindigkeit von bis zu 50% der Anfangsgeschwindigkeit. Hierbei fand der Erfinder heraus, dass Rohrquerschnittsfläche und innere Oberfläche des Rohrs über Füllkörper unabhängig variiert werden können. So kann die Rohrinnenfläche durch einen größeren Innendurchmesser erhöht werden, während die durchströmte Querschnittsfläche durch einen stabförmigen, mittig angebrachten Füllkörper konstant gehalten werden kann. Hierbei weist der Füllkörper endständig ausgeformte, punktuelle Auflagen aus, welche ihn in seiner mittigen Position fixieren, ohne den radialen Gasstrom zu beeinträchtigen. Auf diese Art und Weise können Durchmesser und Länge des tribostatischen Rohrs individuellen Bedürfnissen angepasst werden, wobei das Verhältnis von Rohrinnenfläche zu Gasstrom-Geschwindigkeit konstant gehalten wird.

Bei überlangen, tribostatischen Rohren kann es im abflussseitigen Segment zu einer Verringerung der Partikelgeschwindigkeit kommen. Diesem Problem kann durch Verringerung des Rohrquerschnitts durch Profilierung des Füllkörpers Rechnung getragen werden, sodass die Partikel durch den schneller strömenden Gasstrom auf konstanter Geschwindigkeit gehalten werden. Eine Unterstützung der radialen Drehströmung über spiralförmige Profilierungen ist hierbei ebenso möglich.

Vorteilhafterweise kann am Füllkörper am abflussseitigen Ende des tribostatischen Rohrs ein Prallteller angebracht werden, über den zusätzlich die Charakteristik der abflussseitig freigesetzten Pulverwolke beeinflußt werden kann.

Die im vorliegenden Verfahren erzielte gleichmäßige Haftkraft erlaubte das gleichmäßige Beschichten von fein-profilierten und komplex ausgestalteten Werkstücken, ohne dass es zu Inhomogenitäten oder Abstoßungseffekten der Pulverbeschichtung kam.

Werkstücke mit Hinterschneidungen und Einzelflächen von einigen Quadratzentimetern konnten mit dem vorliegenden Verfahren mit sehr gutem Ergebnis diskret mit homogener Pulverschicht versehen werden. Ein Abblasen von Partikeln sowie Pulver-Ablösung von einzelnen Flächen konnte nicht beobachtet werden.

Vorteilhafterweise erfolgt die Regulation des Hauptstroms stufenlos und rein mechanisch "Mechanisch" bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Regulationsmitteln, welche ohne elektrische Energie betrieben werden können. Durch die mechanische Regulierung der Durchsatzmenge des verwendeten Gases z. B. über ein zentrales Ventil kann auf eine Leitung zur elektrischen Stromversorgung von Magnetventilen o. ä. verzichtet werden.

Bevorzugt wird der Gasdruck im Niederdruck-Bereich gehalten. Niederdruck bezieht sich im Sinne der vorliegenden Erfindung auf einen Druckbereich von 1 bis 3, vorzugsweise 1,5 bis 2,5, besonders bevorzugt 1,5 bis 2 bar. Die vorliegende Vorrichtung benötigt hierbei nur einen Druckanschluß mit einer für den Niederdruckbereich ausgelegten, deutlich flexibleren Druckleitung, was mit einer Verminderung der Kosten und einer Erhöhung des Bedienkomforts verbunden ist.

Durch das mit erhöhter Geschwindigkeit über die Hauptstromeinleitungskanäle einströmende Gas wird zum Einen eine laminare Drehströmung über die Innenfläche des tribostatischen Rohres erzeugt. Zum Anderen resultiert ein statisches Druckminimum direkt im Einleitungsbereich. Versuche mit verschiedenen Prototypskonstruktionen zeigten, dass das so erzeugte statische Druckminimum dazu verwendet werden kann, das zur Beschichtung benötigte Pulver passiv in das tribostatische Rohr einzuziehen. Dies gelang bereits bei einem Querschnittsverhältnis von Hauptleitung zu Stromeinleitungskanälen von 1 zu 8. Das Einziehen des Gas-Pulver-Gemisches wurde mit Hilfe einer Leitung ermöglicht, deren abflussseitiges Ende mit zur Achse des tribostatischen Rohres paralleler Ausflußrichtung unmittelbar vor den Mündungen der Hauptstromeinleitungskanäle dem statischen Druckminimum ausgesetzt ist. Das zuflußseitige Ende der Leitung mündet hierbei in einem Fallrohr in einem höher gelegenen Pulverbehälter mit Fluidboden.

Unter Fluidboden wird hierbei ein Boden aus einem porösen Material verstanden, dessen Porösität die Permeation von Gasen, nicht jedoch die Permeation von Pulverpartikeln erlaubt.

Durch das mittig den Fluidboden durchstoßende und in den Pulverbehälter hineinragende Fallrohr erzeugt das statische Druckminimum in dem ansonsten allseits gasdicht verschlossenen Pulverbehälter einen Außenluftstrom. Das den Fluidboden auf der Behälteraußenseite umgebende Gas wird durch die Poren des Fluidbodens in das Innenvolumen des Pulverbehälters hineingezogen. Das Gas strömt anschließend über das Fallrohr und die anschließende Leitung zum Mündungsbereich der Hauptstromeinleitungskanäle. Dabei werden die auf dem Fluidboden liegenden Pulverteilchen mitgerissen und über das Fallrohr schwerkraftunterstützt zum zuflussseitigen Ende des tribostatischen Rohres geleitet. Das schwerkraftunterstützte Führen des Gas-Pulver-Gemisches ging mit dem zusätzlichen Vorteil einher, dass deutlich weniger Pulverreste in der Leitung verblieben. Die Menge an Verlustpulver wurde dadurch zusätzlich verringert.

Es versteht sich, dass vor allem bei feuchtigkeits- und oxidationsempfindlichen Pulvern auf der Behälteraußenseite ein passendes Schutzgas vorgelegt werden muß, damit oxidationsempfindliche oder in Verbindung mit Luft sogar explosible Pulver verarbeitet werden können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Außenluftstrom daher auch das gezielte und kontrollierte Vorlegen von Schutzgasatmosphären an der Pulverbehälteraußenseite. Analog umfasst der Begriff "Gas" sämtliche, zur pneumatischen Pulverbeschichtung geeignete Gase sowie deren Mischungen. Des weiteren versteht sich, dass das zuflußseitige Ende des Fallrohres oberhalb der maximalen Schütthöhe des aufzubringenden Pulvers liegen muss, da ansonsten Pulver unkontrolliert und ohne Mitwirkung des Außenluftstromes in die Leitung gelangen könnte.

Vorteilhafter Weise ist das zuflussseitige Ende des Fallrohres verschlossen ausgeführt und das Erzeugen des Außenluftstromes wird durch mehrere, seitlich ausgeführte, millimetergroße Bohrungen ermöglicht. Diese Bohrungen gehen mit dem Vorteil einher, daß Pulverpartikel aus dem eingefüllten Pulver wegen seiner zu hohen Schüttdichte nicht in das Rohrinnere gelangen. Die Partikel verkeilen sich in den Bohrungslöchern und verhindern gegenseitig das Eindringen in das Innere des Fallrohrs. Erst durch den Außenluftstrom werden die Partikel hinreichend separiert und gelangen in Form eines Pulver-Gas-Gemisches in das Fallrohr.

Am Fallrohr wurden für Pulver mit extrem großen Einzelpartikeln, wie sie zum Beispiel für dekorative Zwecke aufgebracht werden, Bohrungen mit entsprechend größerem Durchmesser angebracht. Umgekehrt erwies es sich, für außergewöhnlich kleinteilige Pulver als vorteilhaft, ein Fallrohr mit einer erhöhten Anzahl an submillimetergroßen Bohrungen zu verwenden. Der Innendurchmesser de Fallrohres konnte hierbei in einem Bereich von 0,2 mm bis 20 mm variiert werden, ohne dass eine Beeinträchtigung des Verfahrens beobachtet werden konnte.

Bevorzugt wird die Außenluft über Zuleitungen radial der Außenfläche des Fluidbodens zugeführt. Hierbei kann über eine gasdichte, beabstandete Abdeckung zunächst die Außenseite des Fluidbodens von der Außenluft getrennt werden. Anschließend werden gleichsinnig geneigte Außenluftbohrungen in der Abdeckung angebracht, welche als Außenluftzugang fungieren. Die Außenluft trifft dann der Ausrichtung des Außenluftzugangs folgend vorzugsweise radial in diskreten Luftströmen auf dem Fluidboden auf. Die lokale Separation und homogene Durchmischung der Partikel des Pulvers durch den Außenluftstrom im Innenvolumen des Pulverbehälters wird dadurch verstärkt und die Menge an Rest- bzw. Verlustpulver kann weiter reduziert werden.

Vorzugsweise weist der Pulverbehälter eine konisch zum Fluidboden verjüngende Form auf, wobei der Durchmesser des Fallrohres zu dem Durchmesser des Fluidbodens in einem Verhältnis von 1 : 1,5 bis 1 : 10 steht. Eine solche Pulverbehälterform erlaubte in Kombination mit der zuvor beschriebenen vorzugsweisen Ausführung des Fallrohres das Pulverbeschichten von kleinflächigen Musterblechen unter vollständiger Ausnutzung einer Pulvervorlage im Grammbereich, wobei kein Restpulver im Behälter zurückblieb. Des Weiteren kann ein solcher Becher nach erfolgtem Beschichtungsvorgang erheblich einfacher gereinigt werden. Durch Druckluftbeaufschlagung des Fallrohrs wird ein starker, lateraler Luftstrom aus den Bohrungen in den Becher hinein erzeugt. Durch seine konische Form leiten die Innenwände des Bechers den Luftstrom nach außen, wobei sämtliches Restpulver im Gasstrom mitgerissen wird. Eine Zerlegung des Behälters in seine Einzelteile und die jeweilige, separate Reinigung, wie sie bei bekannten Systemen häufig notwendig ist, war nicht länger notwendig.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform können Bohrungen im Fallrohr in einem Neigungswinkel zum Fluidboden spiralförmig über die Längserstreckung des Rohres ausgeführt sein. Bereits ab Wandstärken von mehr als 0,8 mm konnte eine Auswirkung des Neigungswinkels einer Bohrung zum Fluidboden gefunden werden. In Kombination mit einem konischen Pulverbehälter mit einem extrem kleinen Fluidboden mit einem Durchmesser im Zentimeterbereich konnten Pulvermengen von 0,5 g effektiv zur Beschichtung von kleinsten Musterblechen verwendet werden. Hierbei drang das Pulver im unteren Segment des Fallrohrs erst im fluidisierten Zustand über die zum Fluidboden hin geneigten Bohrungen ein, während die Bohrungen im oberen Bereich des Fallrohrs über nach oben geneigte Bohrungen das schwerkraftunterstützte Eindringen der fluidisierten Partikel in das Fallrohr ermöglichten. Durch die spiralförmige Anordnung der Bohrungen wurde in der abschließenden und zur Reinigung durchgeführten Druckluftbeaufschlagung der Fluidboden sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite durch den erzeugten Luftwirbel vollständig von anhaftenden Partikeln befreit.

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden die Pulverteilchen im Pulver-Gas-Gemisch radial im Bereich der Hauptstromeinleitungskanäle zur Innenfläche des tribostatischen Rohres hin eingezogen. In einer stabilen, laminaren Drehströmung werden die Teilchen anschließend über die Innenfläche des tribostatischen Rohres geführt. Vorteilhaft wird das Pulver-Gas-Gemisches aus einem höher gelegenen Pulverbehälter schwerkraftunterstützt über ein Fallrohr zugeführt. In Kombination mit der laminaren Führung der Pulverpartikel an der Rohrinnenwand des tribostatischen Rohres entlang wurde ein konstanter, geringer Pulvereintrag mit homogenem Strom gleichmäßig aufgeladener Partikel erreicht.

Im Unterschied zu den bekannten Pulverbeschichtungssystemen konnten auch bei plötzlichen Druckspitzen oder diskontinuierlichem Ein-, und Ausschalten des Hauptgasstromes keine Inhomogenitäten in der abflußseitig am tribostatischen Rohr erzeugten Pulverwolke beobachtet werden. Die üblicherweise durch solche Druckschwankungen anfallenden Mengen an Verlustpulver und fehlerhafte Beschichtungen können mit der vorliegenden Vorrichtung in wesentlichem Ausmaß reduziert werden.

Außenluftstrom sowie Pulver-Gas-Gemisch unterliegen im Fluss zum tribostatischen Rohr der Wandreibung, der inneren Reibung sowie turbulenten Wirbeln und damit verbundenen Scherkräften. Dadurch ergibt sich ein Druckverlust über die Länge des Flußwegs zum tribostatischen Rohr. Hiervon ausgehend hatte der Erfinder die Idee, das Erzeugen des Außenluftstroms und das passive Eintragen von Pulver in den Gasstrom über ein variierbares, statisches Druckminimum nahe zum Pulverbehälter zu unterstützen. Dies sollte durch Abzweigen eines Nebenstroms von der Hauptleitung und Einleiten des Nebenstroms in ein Leitungssegment nahe zum Pulverbehälter erfolgen. werden. Hierbei ist die Wandreibung des Gases mit der vergrößerten Leitungsinnenfläche, die innere Reibung des Pulver-Gas-Gemisches sowie die Kompression bzw. Dekompression des Gases zu berücksichtigen. Darüberhinaus wird die Strömungsgeschwindigkeit im Hauptstrom durch eine parallele, zusätzliche Leitung verringert. Das komplexe Wechselspiel von statischem und dynamischem Druck in Verbindung mit innerer und äußerer Reibung sowie der von der Pulvermorphologie abhängigen Fließeigenschaft des erzeugten Pulver-Gasgemisches erlaubten keine ausreichende Vorhersage des Ergebnisses. Daher wurde im konstruktiven Versuch in einem Pistolenkörper mit der Hauptleitung eine abzweigende Nebenleitung verbunden. Die Nebenleitung führt einen Nebenstrom mit erhöhter Geschwindigkeit unter Verringerung des Leitungsquerschnittes einem Leitungssegment des abflußseitigen Endes der Leitung des Pulver-Gas-Gemisches zu. Des weiteren wurden Hauptleitung sowie Nebenleitung jeweils mit einem Hauptstrom-, und einem Nebenstromventil versehen. Überraschenderweise zeigte sich, dass die Menge an eingetragenem Pulver vorteilhaft durch Verstärken des statischen Druckminimums im Bereich des zuflussseitigen Endes des tribostatischen Rohrs variiert werden kann, ohne die erfindungsgemäßen Vorteile einzubüßen.

Verschiedene Pulver und Pulvergemische wurden in der zuvor beschriebenen Vorrichtung in Mengen im Grammbereich mit Hilfe eines konischen Pulverbehälters mit Fallrohr mit seitlich angebrachten Bohrungen getestet. Hierbei wurde zunächst bei vollständig geöffnetem Zentralventil so lange das Hauptleitungsventil geöffnet, bis ein Pulvereintrag im Gasstrom festgestellt werden konnte. Anschließend ließ sich der Pulvereintrag unter vollständigem Erhalt der zuvor beschrieben erfindungsgemäßen Vorteile beliebig durch Verstellung des Nebenstromventils variieren. Auf diese Art und Weise konnten schnell und effektiv Pulvergehalte und -austräge eingestellt werden, die das optimierte Beschichten von Werkstücken unterschiedlicher Abmessungen erlaubten.

Vorteihafterweise wird die beschriebene Vorrichtung mit variierbarem Nebenstrom in Kombination mit einem konischen Pulverbehälter mit einseitig verschlossenem Fallrohr verwendet. Hierbei erlaubt ein Fallrohr mit oberhalb der Schütthöhe des Pulvers angebrachten Bohrungen in Millimetergröße das Verwenden eines breiten Spektrums unterschiedlicher Pulversorten. Durch Variation des statischen Unterdrucks kann die Ventilstellung, bei der der Außenluftstrom die ersten Pulverpartikel in einem Pulver-Gas-Gemisch mitreißt, präzise ermittelt und anschließend im Gesamtdurchsatz angepasst werden. Unabhängig von der Partikelmorphologie, -dichte sowie Schüttdichte des Pulvers gelangt das Pulver-Gas-Gemisch durch die höher gelegenen, großen Bohrungen in das Fallrohr und wird in konstantem Strom dem tribostatischen Rohr zugeführt. Auf diese Art und Weise konnten extrem unterschiedliche Pulver wie z. B. eine hochdichte, grobteilige Keramikgrundierung sowie eine feinteiliger, leichter Silberstaub mit gleichbleibend guter Qualität auf ein Werkstück aufgebracht werden.

Vorzugsweise kann bei der Beschichtung von komplexen Bauteilen mit unterschiedlich geneigten Flächen das Fallrohr im Bereich der zuflussseitigen Öffnungen bzw. Bohrungen eine Manschette bzw. Profilierung aufweisen. Die Manschette bzw. Profilierung verhindert das zufällige Eindringen von Pulver in das Fallrohr, wenn das eingefüllte Pulver bei seitlicher Neigung des Pistolenkörpers im Behälter verrutscht bzw. bei Erschütterung verschoben wird.

Dem Erfinder fiel auf, dass die unterschiedlichen Prototypen mit einem Druckanschluss mit Gasdrücken im Niederdruckbereich ebenfalls kompatibel zu Kompressoranlagen von Lackiervorrichtungen ist. Hiervon ausgehend wurde konstruktiv eine Vorrichtung geschaffen und getestet, die einerseits kompatibel zu üblichen Lackiersystemen ist und andererseits das Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt.

Diese Konstruktion ermöglicht die Integration einer erfindungsgemäßen Beschichtungspistole zur tribostatischen Beschichtung von Werkstücken in etablierte Niederdruck-Lackiersysteme. Solche Lackiersysteme sind im Einzelanwendungsbereich weit verbreitet. Besonders eine Vorrichtung, welche sowohl das Lackieren als auch das Beschichten mit Pulvern erlaubt, bietet hier wesentliche Vorteile. So sind beide Arten der Beschichtung ohne das Bevorraten einer zusätzlichen Anlage zugänglich. Des Weiteren entfallen alle Arbeitsschritte, die durch den Transport eines Werkstücks zur nächsten Anlage sowie das Ein- und Ausschalten der angeschlossenen Drucksysteme nötig sind. Die komplexe, digitale Kalibrierung der Betriebsparameter in Abhängigkeit der Pulversorte sind auf Grund des erfindungsgemäßen Verfahrens ebensowenig notwendig.

Weitere Vorteile werden im Folgenden an einem nicht begrenzenden Ausführungsbeispiel und dessen Verwendung in Kombination mit den veranschaulichenden 1 bis 3 näher erläutert.

1 zeigt den Pistolengrundkörper einer erfindungsgemäßen Pulverbeschichtungspistole für den Privat- und Einzelanwendungsbereich mit Nebenstromleitung, wobei die Pulverbeschichtungspistole auch zur Lackierpistole umgerüstet verwendet werden kann.

2 veranschaulicht das Bauprinzip eines zu 1 passenden, konisch ausgeführten, Pulverbehälters.

3 veranschaulicht eine mögliche Ausführungsform eines zu 1 passenden, tribostatischen Rohres in einer Halterung.

In einer möglichen, als kombinierte Lackier-Pulverpistole ausgestalteten Ausführungsform weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung einen Pistolenkörper 1 (vgl. 1), einen Pulverbehälter 2 (vgl. 2) sowie ein tribostatisches Rohr 3 auf.

Der Pistolenkörper 1 (vgl. 1) umfasst einen Griff mit einem Pistolenhebel 23. Der Pistolenhebel 23 ist mechanisch mit einem zentralen Ventil im inneren des Pistolenkörpers verbunden. Der Pistolenhebel 23 erlaubt so die manuelle, stufenlose Einstellung eines Gasstroms. Der Gasstrom wird über einen Druckanschluss 17 der Vorrichtung zugeführt. Der Druckanschluss 17 ist am unteren Griffende des Pistolenkörpers 1 angebracht. Im Betrieb wird die über eine pneumatische Steckkupplung anschließbare Druckleitung nicht von der Hand des Operateurs mit umfasst. Sie kann so behinderungsfrei an einen Kompressor angeschlossen werden. Im Inneren des Pistolenkörpers ist der Druckanschluss 17 an eine Hauptleitung mit einem Anfangsdurchmesser von 8mm angeschlossen. Die Hauptleitung führt innerhalb der Griffschale (nicht dargestellt) zum Hauptstromventil 16.

Das Hauptstromventil 16 ist über einen auf der Rückseite des Pistolenkörpers oberhalb des Griffbereichs des Operateurs angebrachten Drehknopf regelbar. Das Hauptstromventil 16 erlaubt die stufenlose, mechanische Regulation der maximal durchströmenden Gasmenge. Abflussseitig zum Hauptstromventil 16 führt die Hauptleitung innerhalb der Griffschale über das zentrale Ventil zum Nebenstrom-Ventil 8.

Das Nebenstrom-Ventil 8 weist oberhalb des Griffbereichs des Operateurs auf der linken Seite des Pistolenkörpers einen Drehknopf zur stufenlosen, mechanischen Regulation des Nebenstroms auf. Während der Benutzung durch einen rechtshändigen Operateur kann sowohl das Hauptstromventil 16 als auch das Nebenstrom-Ventil 8 linkshändig bedient werden. Zentrales Ventil, Nebenstrom-Ventil 8 und Hauptstromventil 16 können durch einen Operateur ohne gesondertes Bedienfeld in ihrer Einstellung simultan aufeinander abgestimmt werden. Es versteht sich, dass für linkshändige Operateure das Nebenstrom-Ventil 8 rechtsseitig zum Pistolenkörper angebracht mit einem Drehknopf versehen werden kann.

Die Hauptleitung führt vom Nebenstrom-Ventil 8 zu Kanälen 19 von je 2mm Durchmesser. Die abflussseitigen Mündungen der Kanäle 19 sind gleichmäßig auf dem äußeren Kreisumfang des vorderseitigen Anschlussbereiches des Pistolenkörpers angeordnet. Hierbei weist der kreisförmige, vorderseitige Anschlussbereich des Pistolenkörpers ein Außengewinde sowie insgesamt 3 konzentrisch zu seinem kreisförmigen Querschnitt angeordnete Leitungsmündungsgruppen auf. Die erste Gruppe besteht aus den bereits beschriebenen Kanälen 19. Die Kanäle 19 bestehen aus 8 Einzelkanälen von je 2 mm Durchmesser und sind nahe zum Außengewinde gleichmäßig auf einer Kreisbahn angeordnet. Die zwei weiteren Gruppen sind zentrisch im kreisförmigen Querschnitt angeordnet. Die zwei Gruppen beinhalten einen weiter ausgeführten Verbindungskanal zwischen dem Pulverbehälter 13 und dem Leitungssegment 12 sowie die enger ausgeführte abflussseitige Mündung der Nebenleitung 7.

Hierbei weist der Verbindungskanal einen Innendruchmesser von 10 mm auf. Abflussseitig im vorderseitigen Anschlussbereich des Pistolenkörpers ist der Verbindungskanal mit einem Innengewinde versehen. Das Innengewinde dient zum Eingriff in das Außengewinde des Leitungssegments 12. Das zuflussseitige Ende des Verbindungskanals ist um 45° nach hinten geneigt auf der Oberseite des Pistolenkörpers 1 herausgeführt und weist ein Außengewinde auf. Das zuflussseitige Außengewinde des Verbindungskanals ist für den Eingriff in das Innengewinde des Pulverbehälters 2 vorgesehen. Im montierten Zustand aller Baugruppen ist der Verbindungskanal der Vorrichtung zuflussseitig mit dem Pulverbehälter 2 und abflussseitig mit dem Leitungssegment 12 verbunden.

Zentrisch zum kreisförmigen, vorderseitigen Anschlußbereich und zur abflussseitigen Mündung des Verbindungskanals ist die abflussseitige Mündung einer Hohlnadel 7 der Nebenstromleitung angeordnet. Hierbei ist die Nebenstromleitung ausgehend vom Nebenstrom-Ventil 8 auf der linken Außenseite des Pistolenkörpers 1 über einen um 180° gebogenen Nebenleitungsabschnitt mit einer rückseitig in den Pistolenkörper gasdicht eintauchenden Hohlnadel 7 verbunden. Der zuflussseitige Durchmesser der Nebenleitung konnte 50% und mehr betragen, ohne dass die Erfindungsgemäßen Vorteile beeinträchtigt wurden. Die Hohlnadel ist herausnehmbar, gasdicht im Pistolenkörper montierbar. Die Hohlnadel taucht im befestigten Zustand mit ihrer Spitze in den Bereich des zuflussseitigen Endes des Leitungssegments 12 ein. Das abflussseitige Ende der Hohlnadel weist hierbei einen Innendurchmesser von 1,1 bis 1,8 mm, insbesondere 1,5 mm auf.

Das Leitungssegment 12 besitzt einen Innendurchmesser von 6 mm. Über ein Außengewinde im zuflussseitigen Ende greift es in das Innengewinde des Verbindungskanals im kreisförmigen, vorderseitigen Anschlußbereich des Pistolenkörpers 1 ein. Als Widerlager dient ein mittig auf der Außenseite des Leitungssegments 12 zentrisch um das in Ausblasrichtung horizontal angeordnete Leitungssegment ausgeformte Kegelsegment. Bei Eingriff des zuflussseitigen Außengewindes in das Innengewinde des Verbindungskanals kommt die Querschnittsfläche des breiteren Endes des Kegelsegments auf der Fläche des vorderseitigen Anschlussbereichs des Pistolenkörpers 1 zu liegen. Zwischen dem äußeren Kreisumfang des Kegelsegments, des Leitungssegments 12 und dem Kreisumfang des vorderseitigen Anschlussbereichs des Pistolenkörpers 1 verbleibt ein Ringspalt, in dem die abflussseitigen Mündungen der Kanäle 19 angeordnet sind. Die in Ausblasrichtung verjüngenden Kegelflanken des Kegelsegments dienen als Auflage für die Innenfläche für das sich abflussseitig anschließende Adapterstück 5. Hierbei ist das abflussseitige Ende des Leitungssegments 12 zentrisch zum Querschnittsmittelpunkt innerhalb des Adapterstückes 5 in dessen zuflussseitigem Segment angeordnet.

Das Adapterstück 5 besitzt einen zuflussseitigen Innendurchmesser von 18 mm und einen abflussseitigen Innendurchmesser von 11 mm. Es weist ein zuflussseitiges und ein abflussseitiges Segment auf. Das zuflussseitige Segment ist durch in Flussrichtung konisch verjüngende Innenflächen gekennzeichnet. Das Adapterstück 5 liegt mit seiner im zuflussseitigen Bereich konisch in Flußrichtung verjüngenden Innenfläche im wesentlichen gasdicht auf der Außenfläche des Kegelsegments des Leitungssegments 12 auf. Das abflussseitige Segment ist mit einem Innendurchmesser von 11 mm parallel zentrisch zu dem zuflussseitigen Endes des tribostatischen Rohres 3 angeordnet. Des weiteren weist das Adapterstück zwischen beiden Segmenten gleichmäßig über seinen Kreisumfang verteilte, gleichsinnig geneigte Hauptstromeinleitungskanäle 18 auf, welche den Raum der Adapteraußenseite mit dem abflussseitigen, inneren Segment des Adapterstücks 5 verbinden. Die Hauptstromeinleitungskanäle 18 sind hierbei radial zur Längsachse des tribostatischen Rohres gleichsinnig geneigt. Abflussseitig weist das Adapterstück 5 in seiner Querfläche eine kreisförmige Nut mit passendem O-Ring auf (nicht dargestellt), der im wesentlichen gasdicht auf der Querfläche des tribostatischen Rohrs 3 und der Querfläche des Adapterstücks 5 aufliegt.

Das 250 mm lange, tribostatische Rohr mit einem Innendurchmesser von 11 mm (vgl. 2) ist in einem Gehäuse angeordnet, welches den Gaseinleitungsbereich des Hauptstroms 4 mit umfasst. Das Gehäuse wird mit Hilfe eines Befestigungsmittels 11, vorzugsweise einer Rändelmutter, am Außengewinde des vorderseitigen Endes des Pistolenkörpers 1 befestigt. Die bei der Befestigung aufgebrachte Klemmspannung drückt das zuflussseitige Ende des tribostatischen Rohrs 3 auf den O-Ring des Adapterstückes 5. Das Adapterstück 5 wird wiederum auf die Kegelsegmentaußenfläche des Leitungssegments 12 gepresst. Im abflussseitigen Ende des tribostatischen Rohrs 3 kann ein Endstück 6 mit Prallteller zur gezielten Verbreiterung bzw. Steuerung des Ausströmwinkels und Pulverwolkengröße eingesetzt werden. Über den Dorn 24 kann über eine Profilierung (nicht dargestellt) das Strömungsverhalten sowie die Strömungsgeschwindigkeit im tribostatischen Rohr variiert werden.

Wird nun bei zumindest teilweise geöffnetem Hauptstromventil 16 und Nebenstrom-Ventil 8 über den Pistolenhebel 23 das zentrale Ventil geöffnet, so strömt das Gas im Hauptstrom über die Kanäle 19 an der Außenfläche des Adapterstückes 5 entlang, um dann über die 8 Hauptstromeinleitungskanäle mit einem Durchmesser von jeweils 1 mm radial mit erhöhter Geschwindigkeit in das abflussseitige, innere Segment des Adapterstückes 5 einzuströmen. Im Nebenstrom wird das Gas über die Nebenleitung in die Hohlnadel 7 geführt und mit erhöhter Geschwindigkeit im Leitungssegment 12 im zuflussseitigen Segment des Adapterstücks freigesetzt. Die Gaseinleitungen im an das zuflussseitige Ende des tribostatischen Rohres 3 angrenzenden Adapterstück 5 erzeugen ein statisches Druckminimum, welches über den Verbindungskanal und das Fallrohr 13, aufweisend einen durchgehenden Innendurchmesser von 5mm, einen Unterdruck im Pulverbehälter 2 erzeugt.

Der Pulverbehälter 2 (vgl. 2) weist eine mit dem Behälter verbundene Halterung mit einem Innengewinde auf, welches in das Außengewinde des zuflussseitigen Endes des Verbindungskanals eingreifen kann. Die Halterung erlaubt die Befestigung des Pulverbehälters am Pistolenkörper 1. Zentrisch zu dem Innengewinde ist das abflussseitige Ende des Fallrohres 13 angeordnet. Das abflussseitige Ende des Fallrohres taucht zentrisch in den Verbindungskanal des Pistolenkörpers 1 ein und ist über eine ringförmige Quetschdichtung zur Außenluft hin abgedichtet. Der Pulverbehälter 2 ist von konisch in Ausflußrichtung verjüngender Form und weist einen kreisförmigen, 3mm starken Fluidboden 14 auf, welcher mit einem Innendurchmesser von 5 cm im unteren Drittel des Behälterinnenraums die Fläche zwischen zentrisch angeordnetem Fallrohr 13 und Behälterinnenwand bündig abdeckt. Dadurch wird das Volumen des Pulverbehälters 2 in ein größeres, oberes Innenvolumen und ein kleineres, unteres Außenvolumen unterteilt. Oberhalb des Fluidbodens weist das am zuflussseitigen Ende verschlossene Fallrohr insgesamt 12 gleichmäßig verteilte, seitliche Bohrungen mit einem Durchmesser von jeweils 0,5 mm auf. Unterhalb des Fluidbodens 14 sind mehrere Bohrungen in der Halterung ausgeführt, welche als Außenluftzugang 15 die Außenluft gleichmäßig radial der Außenfläche des Fluidbodens zuleiten. Der Pulverbehälter 2 wird mit einem Pulverbehälterdeckel 9 nach dem Befüllen gasdicht verschlossen.

Nach dem Verbinden des tribostatischen Rohrs 3 und des Pulverbehälters 2 mit dem Pistolenkörper 1 wurden mit einem Gasdruck von maximal 3 bar mehrere Musterbleche mit einer schwer elektrostatisch aufzubringenden Keramik-Grundierung, klassifiziert als "nicht tribo-fähig", versehen. Die Musterbleche waren mehrfach rechtwinklig gewinkelt und mit einem Wellenmuster mit millimetergroßen Abständen profiliert. Hierbei fiel auf, dass die Verwendung eines vollständig oder semitransparenten Kunststoffes als Pulverbehältermaterial weitere Vorteile mit sich bringt. Die einsetzende Fluidisierung des darin enthaltenen Pulvers konnte in Kombination mit der konischen Behälterform sehr viel genauer erkannt werden. Hinzu kam, dass durch die Befestigung des Behälters auf der Oberseite der Pistole während des Beschichtens die stete Kontrolle der im Behälter vorhandenen Restpulvermenge möglich war. Zu Beginn des Beschichtens wurde das zentrale Ventil vollständig geöffnet und Haupt- und Nebenstrom so eingestellt, dass das Pulver deutlich vom Außenluftstrom bewegt wurde. Die profilierten Bleche konnten anschließend mit einer Vorlage von 2g Pulver und einer Austraggeschwindigkeit von 1g pro Minute vollständig beschichtet werden. Bestimmen der Masse des Bleches vor und nach der Beschichtung ergab eine Rest- bzw. Verlustpulvermenge von weniger als 0,1 g. Diese niedrige Verlustmenge macht die effiziente, wirtschaftliche Beschichtung mit Pulvern mit hoher Wertschöpfung wie z. B. Nachtleuchtfarben oder Interferenz-Partikeln, welche einen Marktpreis von 200 Euro und mehr pro Kilogramm aufweisen, zugänglich.

Bei maximal möglichem Gasdurchsatz wurden anschließend mehrere quadratmetergroße Bleche mit Wellenprofil mit der gleichen Substanz beschichtet. Hierbei wurde bei einer Austraggeschwindigkeit von 50 g in einer Minute die gleiche Qualität von Beschichtung erzielt.

Vergleichsversuche mit einer kommerziell erhältlichen Vorrichtung erzielten bei höherem Betriebsdruck unter Verwendung einer Pistole mit elektrischer Aufladung und Zusatzluftstrom konstante Austraggeschwindigkeiten zwischen 10 und 40 g pro Minute bei mangelhafter Qualität der Beschichtung.

Das Umrüsten der Pistole auf Lackierbetrieb wird nachfolgend beschrieben. Der Pulverbehälter 2 wurde in der veranschaulichten Ausführungsform gegen einen Lackbehälter ausgetauscht. Nach Ersetzen der Hohlnadel 7 durch eine verstellbare, feder-gelagerte Ventilnadel wurde das Leitungssegment 12 durch einen Düsenkopf ersetzt. Der Düsenkopf weist ein passendes Innengewinde zum Eingriff in das Außengewinde des vorderseitigen Endes des Pistolenkörpers auf. Im Düsenkopf wird das Gas aus den Kanälen 19 in Düsen zur lateralen Auslenkung des Lackierstrahles geleitet. Die Ventilnadel dient zur Regulierung der eingetragenen Lackmenge, welche aus dem Lackbehälter über die Leitung mittig im Düsenkopf ausgetragen wird. Die dergestalt umgerüstete Vorrichtung kann sodann zum Aufbringen von handelsüblichen Lacken verwendet werden. Das Lackieren verschiedener Musterbleche ergab Lackschichten von gleichbleibend guter Qualität, welche Lackierungen mit reinen Lackiervorrichtungen in der Qualität der Lackschicht gleichkamen.

Die vorliegende Erfindung bietet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur pneumatischen, tribostatischen Pulverbeschichtung von metallischen Werkstücken, welche bei einfacherer und effektiverer Handhabung bessere Ergebnisse erzielt und leicht in bereits vorhandene Systeme bzw. Vorrichtungen besonders im Privat-, und Einzelanwendungsbereich integriert werden kann.

1
Pistolenkörper
2
Pulverbehälter
3
tribostatisches Rohr
4
Gaseinleitungsbereich des Hauptstroms
5
Adapterstück
6
Endstück mit Prallteller
7
Hohlnadel
8
Nebenstrom-Ventil
9
Pulverbehälterdeckel
10
Rohrinnenfläche
11
Befestigungsmittel
12
Leitungssegment
13
Fallrohr
14
Fluidboden
15
Außenluftzugang
16
Hauptstromventil
17
Druckanschluss
18
Hauptstromeinleitungskanäle
19
Kanäle
20
Hauptleitung mit Anfangsdurchmesser
21
Nebenleitung mit ursprünglichem Durchmesser
23
Pistolenhebel, verbunden mit dem zentralen Ventil
24
Dorn


Anspruch[de]
Verfahren zur pneumatischen, tribostatischen Pulverbeschichtung von Werkstücken, vorzugsweise metallischen Werkstücken, unter Verwendung eines tribostatischen Rohrs zur Aufladung des Pulvers, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem einzelnen Druckanschluss ein mit einer Anfangsgeschwindigkeit strömendes Gas in einem Hauptstrom mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit über Hauptstromeinleitungskanäle mit gleichsinnigem Drehsinn in Ausblasrichtung geneigt in das tribostatische Rohr eingeleitet wird, wobei ein minimaler statischer Druck bewirkt wird und dass ein Pulver-Gas-Gemisch am zuflussseitigen Ende des tribostatischen Rohres radial vom Hauptstrom eingezogen und im Gasstrom in einer laminaren Drehströmung über die Innenfläche des tribostatischen Rohres geführt wird, wobei die Pulverteilchen fliehkraftunterstützt in inniger Wechselwirkung mit der Innenfläche des tribostatischen Rohres elektrostatisch aufgeladen werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas mit einem Druck von 1 bis 3 bar eingeleitet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstrom in seiner Durchsatzmenge mechanisch stufenlos reguliert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom Hauptstrom über eine Nebenleitung ein mechanisch stufenlos variierbarer Nebenstrom abgezweigt wird, wobei der Nebenstrom zunächst unter Verringerung des Durchmessers der Nebenleitung beschleunigt und zur Unterstützung des Minimums des statischen Drucks zuflussseitig zum tribostatischen Rohr rückgeführt wird. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenstrom in ein abflussseitiges Segment einer Leitung eingeleitet wird, wobei die Leitung das Pulver-Gas-Gemisch führt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale statische Druck einen Außenluftstrom durch einen porösen Fluidboden in einem höher gelegenen Pulverbehälter bewirkt, wobei das dadurch erzeugte Pulver-Gas-Gemisch schwerkraftunterstützt über ein Fallrohr in einer Leitung dem zuflussseitigen Ende des tribostatischen Rohres zugeführt wird. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenluft mit gleichsinnigem Drehsinn radial auf die Außenseite des Fluidbodens geführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangsgeschwindigkeit des Hauptstroms bei dem Einleiten in das tribostatische Rohr um bis zu 100fach erhöht wird, wobei das Pulver-Gas-Gemisch am zuflussseitigen Ende des tribostatischen Rohres mit dieser Einströmgeschwindigkeit eingezogen wird und im Hauptstrom in das zuflussseitige Ende des tribostatischen Rohres geleitet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom mit maximal 50 % der Anfangsgeschwindigkeit im zuflussseitigen Bereich des tribostatischen Rohrs geführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Pulvers im tribostatischen Rohr über Füllkörper konstant gehalten wird. Vorrichtung zur pneumatischen, tribostatischen Pulverbeschichtung von Werkstücken, vorzugsweise metallischen Werkstücken, unter Verwendung eines tribostatischen Rohrs zur Aufladung des Pulvers, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Druckanschluss mit einem Anfangsdurchmesser eine Hauptleitung mit einem zentralen, stufenlos einstellbaren Ventil angebracht ist, wobei zuflußseitig zu dem zentralen Ventil ein Hauptstromventil in der Hauptleitung angebracht ist und dass die Hauptleitung an ihrem abflusseitigen Ende über Kanäle mit Hauptstromeinleitungskanälen mit verringertem Gesamtleitungsquerschnitt verbunden ist, wobei die abflusseitigen Mündungen der Hauptstromeinleitungskanäle äquidistant verteilt vor dem zuflusseitigen Ende des tribostatischen Rohres in einem gasdicht mit dem zuflusseitigen Ende des tribostatischen Rohres verbundenen Adapterstück radial positioniert sind und dass der Gesamtquerschnitt der Hauptleitung zu dem Gesamtquerschnitt der Hauptstromeinleitungskanäle mindestens im Verhältnis 8 zu 1 steht. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstromeinleitungskanäle in ihrer Ausblasrichtung eine jeweils gleichsinnige vertikale Neigung von 45 plus/minus 10 Grad und spitzwinkelige, laterale Neigung von 20 plus/minus 5 Grad zur Längsachse des tribostatischen Rohres aufweisen. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Fallrohr aufweist, dessen zuflusseitiges Ende in einem oberhalb des tribostatischen Rohres positionierten Pulverbehälter mit Fluidboden angebracht ist und dessen abflußseitiges Ende mit einer Leitung verbunden ist, deren abflußseitiges Ende vor dem Einleitungsbereich der Hauptstromeinleitungskanäle im Adapterstück angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass abflußseitig zum zentralen Ventil über ein Nebenstrom-Ventil eine Nebenleitung mit einem zuflußseiteigen Durchmesser von bis zu 50 % des Anfangsdurchmessers an der Hauptleitung angebracht ist, wobei die Nebenleitung ein abflußseitiges Ende mit reduziertem Durchmesser aufweist, welches mit paralleler Ausblasrichtung in einem Leitungssegment des abflusseitigen Endes der Leitung angebracht ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverbehälter eine konisch zum Fluidboden hin verjüngte Form aufweist, dass das Fallrohr zentrisch zum Fluidboden im Behälter angebracht ist und dass das Verhältnis des Durchmessers des Fallrohres zu dem Durchmesser des Fluidbodens zwischen 1 : 1,5 und 1 : 10 liegt. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fallrohr am zuflussseitigen Ende verschlossen ausgeführt ist und in einem im Innenvolumen des Pulverbehälters angeordneten Abschnitt mehrere, seitliche Bohrungen aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen einen Neigungswinkel zur Längsachse des Rohres aufweisen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Fallrohr im Bereich seiner zuflussseitigen Öffnungen eine Manschette bzw. Profilierung aufweist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13, 15, 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverbehälter außenseitig zum Fluidboden eine Abdeckung mit Außenluftbohrungen aufweist, wobei die Längsachsen der Außenluftbohrungen gleichsinnige Neigungswinkel zum Fluidboden aufweisen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das tribostatische Rohr einen zentrisch positionierten Füllkörper aufweist. Als Lackier-Pulver-Pistole ausgeführte Vorrichtung zur Lackierung oder pneumatischen, tribostatischen Pulverbeschichtung von Werkstücken, vorzugsweise metallischen Werkstücken, unter Verwendung eines tribostatischen Rohrs zur Aufladung des Pulvers, umfassend einen Pistolenkörper 1, einen Pulverbehälter 2 und ein tribostatisches Rohr 3, wobei

der Pistolenkörper 1 einen für 1 bis 3 bar ausgelegten einzelnen, unterhalb des Griffbereichs angeordneten Druckanschluss 17 mit damit verbundener, innen geführter Hauptleitung 20 mit einem Anfangsdurchmesser, einen im Griffbereich angeordneten Pistolenhebel 23, einen kreisförmigen, vorderseitigen Anschlussbereich mit Außengewinde und zentrisch angeordneter Bohrung mit Innengewinde, ein rückseitig oberhalb des Griffbereichs angeordnetes Nadelventil sowie ein außenseitig angeordnetes Anschlussaußengewinde aufweist, wobei für den Betrieb als Pulver-Pistole bei geschlossenem Nadelventil

der Pulverbehälter 1 einen Pulverbehälterdeckel 9, einen Fluidboden 14 sowie ein abflussseitiges Anschlussinnengewinde aufweist, wobei der Pulverbehälter über das Anschlussinnengewinde mit dem Anschlussaußengewinde des Pistolenkörpers verbunden ist,

das tribostatische Rohr 3 am zuflussseitigen Ende ein Befestigungsmittel 11 mit Innengewinde aufweist, wobei das tribostatische Rohr über das Befestigungsmittel mit dem Außengewinde des vorderseitigen Anschlußbereichs des Pistolenkörpers verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, dass für den Betrieb als Pulver-Pistole im Pistolenkörper 1 mit dem Druckanschluss 17 eine Hauptleitung mit einem zentralen, stufenlos über den Pistolenhebel 23 einstellbaren Ventil angebracht ist, wobei zuflußseitig zu dem zentralen Ventil ein rückseitig am Pistolenkörper regelbares Hauptstromventil 16 in der Hauptleitung angebracht ist und dass die Hauptleitung an ihrem abflussseitigen Ende über Kanäle 19 mit Hauptstromeinleitungskanälen 18 mit verringertem Gesamtleitungsquerschnitt verbunden ist, wobei die abflussseitigen Mündungen der Hauptstromeinleitungskanäle äquidistant verteilt zuflussseitig zum tribostatischen Rohr im Gaseinleitungsbereich 4, gleichsinnig geneigt angeordnet im abflussseitigen Segment eines gasdicht mit dem zuflussseitigen Ende des tribostatischen Rohres 3 verbundenen Adapterstücks 5, radial zur Rohrinnenfläche 10 hin positioniert sind, dass der Gesamtquerschnitt der Hauptleitung zu dem Gesamtquerschnitt der Hauptstromeinleitungskanäle mindestens im Verhältnis 8 zu 1 steht, wobei das Adapterstück 5 zuflussseitig mit seiner Innenfläche auf dem abflussseitigen Teil eines Leitungssegments 12 angeordnet ist, wobei das Leitungssegment 12 über ein Außengewinde am zuflussseitigen Ende in der zentrischen Bohrung mit Innengewinde im kreisförmigen, vorderseitigen Anschlussbereich des Pistolenkörpers 1 angeordnet ist und dass die zentrisch angeordnete Bohrung mit Innengewinde zuflussseitig über einen Verbindungskanal mit dem Anschlussaußengewinde des Pistolenkörpers verbunden ist und

dass für den Betrieb als Lackier-Pistole das Nadelventil abflussseitig zum zentralen Ventil sowie zum Hauptstromventil 16 den Verbindungskanal variabel mit der Hauptleitung 20 verbindet, dass ein Lackbehälter über ein Anschlussinnengewinde mit dem Anschlussaußengewinde des Pistolenkörpers 1 verbunden ist, dass ein Düsenkopf über ein Außengewinde mit dem Innengewinde der zentrisch angeordneten Bohrung verbunden ist, wobei die Kanäle 19 mit Kanälen im Düsenkopf verbunden sind und die Kanäle im Düsenkopf seitlich zu einer zentralen Öffnung geneigt angeordnete, abflussseitige Mündungen aufweisen und dass die zentrale Öffnung über den Verbindungskanal mit dem Anschlussaußengewinde des Pistolenkörpers verbunden ist.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für den Betrieb als Pulver-Pistole abflußseitig zum zentralen Ventil über ein oberhalb des Griffbereichs außenseitig ausgeführtes und stufenlos einstellbares Nebenstrom-Ventil 8 eine Nebenleitung 21 mit einem zuflußseiteigen Durchmesser von bis zu 50 % des Anfangsdurchmessers an der Hauptleitung angebracht ist, wobei die Nebenleitung ein als Hohlnadel 7 ausgeführtes, abflußseitiges Ende mit reduziertem Durchmesser aufweist, welches an Stelle der Ventilnadel des Nadelventils mit paralleler Ausblasrichtung im abflussseitigen Ende des Leitungssegments 12 angebracht ist. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussaußengewinde auf der Oberseite des Pistolenkörpers 1 um 45° nach hinten geneigt herausgeführt ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass für den Betrieb als Pulver-Pistole der Pulverbehälter 2 eine konisch zum Fluidboden hin verjüngte Form aufweist, dass ein Fallrohr 13 zentrisch zum Fluidboden im Behälter angebracht ist, dass das Verhältnis des Durchmessers des Fallrohres zu dem Durchmesser des Fluidbodens zwischen 1 : 1,5 und 1 : 10 liegt, dass das abflussseitige Ende des Fallrohres 13 zentrisch im zuflussseitigen Bereich des Verbindungskanals angeordnet ist und dass der Pulverbehälter außenseitig zum Fluidboden eine Abdeckung Bohrungen als Außenluftzugang 15 aufweist, wobei die Längsachsen der Außenluftbohrungen gleichsinnige Neigungswinkel zum Fluidboden aufweisen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass für den Betrieb als Pulver-Pistole im abflussseitigen Segment des tribostatischen Rohrs 3 ein Endstück mit Prallteller 6 mit vorzugsweise profiliertem Dorn 24 angeordnet ist.






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