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Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen von Überzügen und zum Herstellen von Hohlkörpern
Es ist seit langem bekannt, Überzüge aus pulverförmigen, schmelzbaren Kunststoffen auf metallische Gegenstände in der Weise aufzubringen, dass der zu überziehende Gegenstand auf eine Temperatur erwärmt wird, die unterhalb der Schmelztemperatur des Gegenstandes, aber über der Erweichungstemperatur des Überzugsmaterials liegt, und dann den erwärmten Gegenstand in das als ruhende Schüttmasse vorliegende Überzugsmaterialhineinzudrücken. Die mit dieser Methode erreichbaren Überzüge weisen eine ungleichmässige Schichtstärke auf, und das Überzugsmaterial gelangt nur unvollständig in Ecken, Nuten und an verdecktliegendeFlächenkompliziert gestalteter Gegenstände.
Ausserdem nimmt die Schüttmasse bereits nach mehrmaligem Einbringen erhitzter Gegenstände soviel Wärme auf, dass bei duroplastischen Kunststoffen bereits eine gewisse Aushärtung beginnt, die zu einer weiteren Qualitätsverschlechterung des Überzuges führt.
Bekannt ist ferner, das Überzugsmaterial über entsprechend erwärmte Teile zu schütten. Hiebei treten die gleichen Nachteile wie bei dem oben beschriebenen Verfahren auf, wobei die Schichtstärke noch schlechter bestimmbar ist.
Zum Überziehen der Innenfläche von Rohren ist es ebenfalls seit langem bekannt, ein pulverförmiges Überzugsmaterial von oben durch das entsprechend erwärmte und schräggestellte Rohr rieseln zu lassen.
Dieses Verfahren hat sich in der Praxis bisher nicht durchgesetzt.
Nach einem andern Vorschlag werden entsprechend erwärmte Gegenstände mit einem Kunststoff überzogen, indem man den Gegenstand in eine Staubwolke aus Überzugsmaterial hängt. Der erforderliche Aufwand zur Herstellung der Staubwolke ist sehr umfangreich. Ferner wird die Staubwolke von unten gegen den Gegenstand geblasen, so dass die im toten Winkel liegenden Flächen des zu überziehenden Gegenstandes in geringerem Umfang beschichtet werden.
Seit einigen Jahren ist es bekannt, entsprechend erwärmte Gegenstände zum Überziehen in nach dem Wirbelschichtverfahren aufgewirbeltes Überzugsmaterial einzutauchen. Das Überzugsmaterial befindet sich dabei in einem flüssigkeits hnlichen Zustand, so dass es auch in Ecken, Nuten und verdeckt liegende Stellen fliesst. Die Überzüge weisen eine sehr gleichmässige Schichtstärke auf und sind porenfrei. Der apparative Aufwand ist denkbar gering. Es ist lediglich ein Behälter erforderlich, der durch eine gas-aber nicht pulverdurchlässige Platte in eine obere Kammer für das Überzugsmaterial und eine untere Kammer für die Gaszuführung unterteilt wird. Eine Erwärmung des Überzugsmaterials auch bei kontinuierlichem Betrieb findet nicht statt, da die ständige Gasdurchströmung die Wärme abführt.
Dieses sogenannte Wirbelsinterverfahren wurde dahingehend bereits erweitert, dass an Stelle des Eintauchens des Gegenstandes in die Wirbelschicht diese zum zu überziehenden Gegenstand gebracht wird.
Anwendung hat diese Methode bei der Innenauskleidung von Rohren gefunden. Durch Erhöhung des Gasdruckes, Veränderung des Behältervolumens und/oder Ausübung eines Saugzuges auf die Wirbelschicht wird das Überzugsmaterial aus dem Behälter in das auf den Behälter aufgesetzte Rohr geleitet, in dem es
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zum Teil auf die Wandung aufschmilzt. Die nicht aufgeschmolzene Menge gelangt in den Behälter zurück.
Eine weitere Abänderung des- Wirbelsinterverfahrens sient vor, das aufgewirbelte Überzugsmaterial aus dem Behälter mittels eines Ventilatcrs oder Injektorwirkung abzusaugen und einer Flammspritzpistole zuzuführen. Der Vorteil dieser Einrichtung besteht darin, dass gleichmässigere Überzüge erzielt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Überzügen und Hohlkörpern durch Aufbringen von Überzugsmaterial auf die entsprechend erwärmten zu überziehenden Flächen eines Gegenstandes bzw. einer Form besteht nunmehr darin, dass das Überzugsmaterial nach dem bekannten Wirbelschichtverfahren aufgelockert und über den Gegenstand bzw. die Form geschüttet wird.
Wie bereits erwähnt, ist es bekannt, nicht aufgewirbeltes Überzugsmaterial auf einen entsprechend . erwärmten Gegenstand zu schütten. Hiebei verhält sich das Überzugsmaterial aber wie eine pulverförmige
Masse und rieselt nur an die Stellen, auf die es auftrifft oder zu denen es durch Rieselung gelangen kann.
Im. Gegensatz dazu hat es sich-überraschenderweise gezeigt, dass das nach dem Wirbelschichtverfahren aufgewirbelteüberzugsmaterial seine flüssigkeitsähnlichen Eigenschaften für eine gewisse Zeit beibehält, nachdem es nicht mehr von dem Wirbelgas durchströmt wird. Dadurch bedingt fliesst das aufgewirbelte Überzugsmaterittl auch an verdeckt liegende Stellen, die von dem nicht aufgewirbelten, nur rieselnden
Pulver nicht erreicht werden.
Es ist daher möglich, unter Ausnutzung der Vorteile des Wirbelsinterverfahrens Gegenstände zu über- ziehen, ohne dass diese in einen Wirbelbehälter eingetaucht zu werden brauchen. Dadurch können Gegen- stände verschiedener Grösse mit ein und demselben Wirbelsintergerät beschichtet werden.
Das erfindungsgemässe Schüttverfahren ist auch anwendbar zum Herstellen von Hohlkörpern, z. B.
Rohre, Wannen, Behälter, Schalen u. dgl. Hiebei wird die mit einem Trennmittel versehene Form ent- sprechend erwärmt und dann der Überzug aufgebracht. Nach Erkalten des Überzuges wird der Hohlkörper abgenommen.
Eine besonders vorteilhafte Anwendungsform des Verfahrens der Erfindung besteht darin, Hohlkörper wie z. B. Trommeln für Wasch- und Geschirrspülmaschinen auszukleiden. In diesem Falle wird das auf- gelockerte Überzugsmaterial auf die Innenfläche des Hohlkörpers geschüttet.
Nach einem weiteren Vorschlag wird der zu überziehende Hohlkörper bzw. die Form auf einen das Überzugsmaterial enthaltenden Wirbelbehälter aufgesetzt und der Hohlkörper bzw. die Form und der Behälter derart gekippt, dass das aufgewirbelte Überzugsmaterial aus dem Behälter in den Hohlkörper bzw. die Form fällt und dort in an sich bekannter Weise einen Überzug bildet und dass nach Bildung des Überzuges Behälter und Hohlkörper bzw. Form in die Ausgangslage zurückgekippt werden, wobei das nicht aufgeschmolzene Überzugsmaterial in den Behälter zurückfällt.
Eine zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeignete Vorrichtung (Fig. 1 - 4) ist gekennzeichnet durch einen an sich bekannten Wirbelbehälter 12 mit einer Befestigungseinrichtung 96 für den zu überziehenden Hohlkörper bzw. die -Form 92 sowie durch eine Kippvorrichtung 42,46, 48,58 zum Kippen des Wirbelbehälters.
Die Kippvorrichtung 42,46, 48 ist beispielsweise als Rohrleitung ausgebildet, wobei der hohle Tragzapfen 46 ein Absperrventil 60 aufweist, das zu Beginn der Kippbewegung die Gaszufuhr unterbricht.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend näher beschrieben. Darin zeigen : Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung in perspektivischer Darstellung ; Fig. 2 einen vergrösserten Längsschnitt nach 2-2 in Fig. l : Fig. 3 einen Einzelteil der Fig. 1 und 2 in perspektivischer Darstellung und Fig. 4 einen Einzelteil der Fig. 1 in vergrössertem Massstab in perspektivischer Darstellung.
Die Vorrichtung 10 weist einen Wirbelbehälter 12 auf, der aus einem zylindrischen Mittelstück 14, einem ringförmigen Oberteil 16 und einem kegelstumpfförmigen Teilstück 18 besteht. Der obere Rand des Oberteiles 16 ist als Flansch 20 ausgebildet. Am Boden ist das zylindrische Mittelstück 14 durch einen kreisrunden Bodenteil 22 verschlossen, wobei letzterer einen etwas grösseren Durchmesser als das zylindrische Mittelstück 14 besitzt. Durch eine quer zum unteren Ende des Mittelstücks 14 und mit Abstand parallel zum Boden 22 verlaufende, kreisförmige, gasdurchlässige Platte 32 wird der Wirbelbehälter 12 in eine obere Kammer 34 und eineuntere Kammer 36 unterteilt. Im Betrieb enthält die obere-Kammer 34 eine bestimmte Menge von Überzugsmaterial, während das zum Aufwirbeln desselben bestimmte Gas in die untere Kammer 36 eingeleitet wird.
Die zwar für das Gas, nicht aber für das Überzugsmaterial durchlässige Platte 32 (das Überzugsmaterial ist mit 40 bezeichnet) besteht vorzugsweise aus einem porösen keramischen Werkstoff. Der Wirbelbehälter 12 kann ausserdem mit zusätzlichen gasdurchlässigen Zwischenstücken oder Platten 32a zur Abführung des Gases
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versehen werden, die beispielsweise in dem kegelstumpfförmigen Teilstück 18 eingebaut sind. Zum Abführen des Gases kann auch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Rohrleitung verwendet werden.
Der Wirbelbehälter 12 ist um eine horizontale Achse schwenkbar angeordnet. Die Schwenkeinrichtung 42 besteht dazu aus einem kreisförmig gebogenen, um den oberen Teil des zylindrischen Mittelstückes 14 angeordneten und mit diesem fest verschweissten Rohr 44. An einander diametral gegenüberliegenden Enden des Rohres 44 sind sich in radialer Richtung erstreckende hohle Tragzapfen 46 und 48 vorgesehen. Die hohlen Tragzapfen 46 und 48 sind in sich senkrecht nach unten erstreckenden Lagerböcken 50 und 52 geführt, wobei letztere durch Schraubbolzen 54 auf dem Fundament bzw. dem Boden verankert sind.
Auf dem Tragzapfen 48 ist ein Handrad 58 mittels eines Keiles 59 befestigt. Der Tragzapfen 46 besitzt an einem Ende eine radiale Öffnung 60, die mit einem senkrechten in dem Lagerbock 52 vorgesehenen Kanal 62 in Verbindung steht, sobald sich der Tank 12 in der in Fig. 2 dargestell- ten Lage befindet. Der Kanal 62 ist über eine Leitung 64, Absperrventil 65 und eine weitere
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Leitung 72, das Kniestück 74 und das Absperrventil 76, das seinerseits über das Absperrventil 65 mit der Leitung 68 in Verbindung steht. Am andern Ende ist der hohle Tragzapfen 46 an das Rohr 44 angeschlossen, so dass das Gas von dem einen Tragzapfen 46 durch das Rohr 44 zu dem andern Tragzapfen 48 strömen kann.
Der hohle Tragzapfen 48 ist nach aussen mit einem Schraubstopfen 88 verschlossen, wogegen sein Innenraum über die Leitung 90 mit der unteren Kammer 36 in Verbindung steht.
Der auf seiner Innenfläche zu überziehende Hohlkörper 92 weist einen ringförmigen Flansch 94 auf und wird auf dem Flansch 20 des Wirbelbehälters 12 aufgesetzt. Zur Abdichtung dient dabei z. B. ein um die Flanschen 94 und 20 herumgelegtes biegsames Spannband 96, das mittels eines Hebelverschlusses 98,106, 100 gespannt wird.
Im Betrieb enthält die obere Kammer 34 des Wirbelbehälters 12 eine zur Füllung des zu überziehenden Hohlkörpers ausreichende Menge an schmelzbarem Überzugsmaterial 40. Durch Schliessen des Ventils 76 und durch Öffnen des Absperrventils 65 wird die untere Kammer 36 über den Kanal 62, Öffnung 60 und Rohrleitungen 42,90 an die Gaszufuhr angeschlossen. Der zu überziehende Hohlkörper 92 wird auf die erforderliche Temperatur erwärmt. Mit dem Spannband 96 wird dann der Hohlkörper 92 mit dem Wirbelbehälter 12 fest verbunden. Das in die Kammer 36 einströmende Gas durchdringt die Platte 32, strömt dabei nach oben durch das Überzugsmaterial und tritt schliesslich durch die Zwischenstücke 32a aus. Das Überzugsmaterial wird dabei aufgelockert und in einen flüssigkeitsähnlichen Schwebezustand gebracht.
Sobald das Überzugsmaterial entsprechend aufgewirbelt ist, wird der Wirbelbehälter 12 und der Hohlkörper 92 um etwa 1800 um die Achse der Tragzapfen 46 und 48 geschwenkt. Die Kippbewegung wird durch entsprechendes Drehen am Handrad 58 erzeugt. Bereits bei Drehung des Wirbelbehälters 12 um wenige Grade, nimmt der fest mit dem Wirbelbehälter verbundene Lagerzapfen 46 eine Stellung ein, bei der die Verbindung zwischen der Öffnung 60 und dem Kanal 62 unterbrochen wird, so dass die Zufuhr von Gas zur unteren Kammer 36 aufhört.
Durch weiteres Drehen des Handrades 58 bringt man den Wirbelbehälter 12 schliesslich in eine Lage, in der das aufgewirbelte Kunststoffpulver 40 vollständig aus dem Wirbelbehälter 12 heraus und in den Hohlkörper 92 hineinfällt. Durch die im Hohlkörper gespeicherte Wärme wird das auf dessen Innenfläche auftreffende Überzugsmaterial geschmolzen und sintert auf. Nach Bildung einer ausreichenden Schichtstärke wird der Wirbelbehälter 12 um etwa 1800 wieder in die Ausgangslage zurückgedreht, wobei nicht aufgeschmolzenes Überzugsmaterial aus dem Hohlkörper 92 in den Wirbelbehälter 12 zurückfällt. Durch Lösen des Spannbandes 96 wird der Hohlkörper 92 von dem Wirbelbehälter 12 abgenommen.
Danach kann der überzogene Hohlkörper eventuell warm nachbehandelt werden, u. zw. bei einer Temperatur und während eines Zeitraumes, die das vollständige Aufschmelzen und Ansintem des Überzugsmaterials gewährleistet. Anschliessend lässt man den überzogenen Gegenstand zum Aushärten und zur Verfestigung des aufgebrachten Schutzüberzuges abkühlen.
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auch beim Beschichtungsvorgang gewährleistet, dass das Überzugsmaterial auch in Ecken und Nuten eindringt.
Die Vorrichtung kann auch in der Weise betrieben werden, dass bei geöffneten Ventilen 65 und 76 in jeder Lage des Wirbelbehälters ein Gasstrom durch die Platte 32 und das Überzugsmaterial fliesst.
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Der Gasstrom unterstützt dabei die Bewegung des Pulvers aus dem Wirbelbehälter 12 in den Hohlkörper
92. Wesentlich ist bei der erfindungsgemässen Vorrichtung, dass das Überzugsmaterial während des gesamten Beschichtungsvorganges, zumindest aber während wesentlicher Phasen desselben, mit der zu überziehenden Oberfläche in aufgelockerter Form in Berührung bleibt. Dadurch wird eine gleichmässige
Verteilung des Kunststoffpulvers über die zu überziehende Oberfläche und gleichzeitig die Bildung eines gleichmässigen porenfreien Schutzüberzuges gewährleistet.
Das Überzugsmaterial kann auch bei Anwesenheit von strömendem Gas aufgelockert werden, indem man es entsprechend rüttelt und schüttelt oder unter kräftigem Schütteln durch eine Anzahl von Sieben leitet, um dadurch zusammengeballte Teilchen auseinanderzureissen.
Der zu überziehende Hohlkörper besteht im allgemeinen aus Metall, während als Überzugsmaterial ein schmelzbare Teilchen aufweisendes Pulver verwendet wird. Als Kunststoffpulver kommen z. B. PVC, Vinylchloridharze, wie Vinylehloridpolymere und Copolymere, wobei in letzteren das Vinylchlorid als Copolymeres mit weiteren einfach ungesättigten Verbindungen vorliegt und wobei mindestens 50 Gew. -11/0 Vinylchlorid in das entsprechende Copolymer eingebaut sind, in Betracht. Als mit Vinylchlorid mischpolymerisierbare, einfach ungesättigte Verbindungen können, z. B. Vinylester, wie Vinylacetat und - propionat, Vinylidenhalogenide, wie Vinylidenchlorid und-bromid usw., herangezogen werden. Als Überzugsmaterialien eignen sich ausserdem z. B.
Polyäthylen, Celluloseharze, wie Celluloseacetat und Celluloseacetatbutyrat, Epoxyharze, Polyamidharze (Nylony, chlorierte Polyätherharze und zahlreiche weitere Verbindungen. Den Überzugsmaterialien können auch an sich bekannte Zuschlagstoffe, z. B.
Pigmente, Füllstoffe, Weichmacher, Stabilisatoren usw. beigemischt sein. Das als Überzugsmaterial eingesetzte Kunststoffpulver liegt vorzugsweise in einer Korngrösse von etwa 0,025 bis 0,7 mm vor und wird mit besonderem Vorteil in einer Korngrösse von etwa 0,05 bis 0,35 mm verwendet.
Vor dem Aufbringen des Schutzüberzuges auf die Innenfläche des Hohlkörpers hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die zu überziehende Oberfläche zur Entfernung von Oxyden, Resten früherer Überzüge oder Verunreinigungen entsprechend vorzubehandeln. Ziel dieser Vorbehandlung ist es, eine saubere Oberfläche zu erzielen, auf die dann der Schutzüberzug aufgebracht wird.
Die Oberfläche kann z. B. sandgestrahlt, säuregeätzt, entfettet oder phosphatiert werden. Mitunter kann es auch von Vorteil sein, die zu überziehenden Oberflächen zunächst mit einer der zahlreichen an sich bereits bekannten Grundiermassen vorzubehandeln. Vorzugsweise bedient man sich dabei flüssiger Grundiermassen auf Epoxygrundlage, oder anderer Grundiermittel auf Epoxyacrylgrundlage. Solche an der Luft bzw. im Ofen trocknende Grundierungsmittel verleihen den Schutzüberzügen eine besondere Haftfestigkeit.
Bei auf den Wirbelbehälter 12 aufgesetztem Hohlkörper 92 liegt der Schwerpunkt der zu kippen- den Teile bei leerem Wirbelbehälter 92 etwas unterhalb der Achse der Tragzapfen 46 und 48, so dass der Wirbelbehälter mit dem Hohlkörper durch die Schwerkraft in der in Fig. 2 dargestellten Lage verharrt.
Bei um 1800 gedrehtem Wirbelbehälter und dem dann mit dem Überzugsmaterial gefüllten Hohlkörper 92 befindet sich dagegen der Schwerpunkt der zu kippenden Teile ebenfalls unterhalb der Achse der beiden Tragzapfen 46 und 48. Die zu kippende Teile verharren dadurch immer in den beiden Be-
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der als Form dienende Hohlkörper vor dem Aufbringen des Überzugsmaterials mit einem Trennmittel benetzt wird, so dass der sich bildende Überzug (Eimer) nach dem Abkühlen des Überzuges (Eimer) leicht aus der Form (Hohlkörper) entfernt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Überzügen und Hohlkörpern durch Aufbringen von Überzugsmaterial auf die entsprechend erwärmten zu überziehenden Flächen eines Gegenstandes bzw. einer Form, dadurch gekennzeichnet, dass das Überzugsmaterial nach dem bekannten Wirbelschichtverfahren aufgelockert und über den Gegenstand bzw. die Form geschüttet wird.