[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen einer streifenförmigen Pulverschicht
auf die Schweissnaht von Dosenrümpfen mit einem von einem Trägergas in einem gegen
die Schweissnaht offenen Sprühraum eines Sprühkopfes geförderten Pulver, eine Vorrichtung
zum Auftragen einer streifenförmigen Pulverschicht auf die Schweissnaht von Dosenrümpfen
mit einem zur Schweissnaht hin offenen Sprühraum, einer in den Sprühraum mündenden
Pulverspeiseleitung und einer Elektrode zum Aufladen der Pulverpartikel sowie einen
Dosenrumpf. Verfahren und Vorrichtungen der genannten Art sind allgemein bekannt.
[0002] In der Schweizer Patentschrift Nr. 603249 ist eine Pulverbeschichtungsvorrichtung
beschrieben. Ein Strom eines Pulver/Luftgemisches wird in einen gegen die Schweissnaht
hin offenen Raum eingebracht und in diesem von quer zur Strömungsrichtung liegenden
Einsätzen abgebremst, verteilt und zur Austrittsöffnung umgelenkt. Mit einem Zusatzluftstrom
müssen die Pulverpartikel, die sich zwangsläufig an den Umlenkblechen anhäufen, aus
dem Sprühraum entfernt und zur Schweissnaht geblasen werden. Die Vorrichtung weist
in strömungstechnischer Hinsicht sehr viele Unzulänglichkeiten auf, wodurch sich ein
hoher Verbrauch an Transport- und Saugluft sowie an wiederaufzubereitendem Pulver
ergibt. Bei Ausbleiben einer Dose muss die gesamte Pulverwolke durch eine über der
Vorrichtung liegende Absaughaube abgesaugt werden.
[0003] "Aus den im Europäischen Recherchenbericht genannten US-Patentschriften 4,212,266
und 4,205,621 ist eine Pulverauftragsvorrichtung bekannt, bei der mittels eines parallel
zur Pulverspeiseleitung eingeführten Luftstromes das Pulver aus der Vorrichtung nach
oben an die Schweissnaht geblasen wird. Zum Wegtransport der durch den Ueberdruck
in der Vorrichtung nach aussen gedrängten, jedoch nicht an der Schweissnaht haftenden
Partikel, ist im hinteren Teil (downstream) der Vorrichtung ein Kollektor angebracht.
Der Kollektor (catcher) ist über einen Schlitz unterhalb der der Speise- und der Luftleitung
gegenüberliegenden Wand mit der Vorrichtung verbunden".
[0004] Aus der amerikanischen Patentschrift 4,215,648 ist eine weitere Pulverauftragsvorrichtung
bekannt, bei welcher das Pulver von Trägergas durch Zentrifugalabtrennung abgeschieden
und in dichtem Strom in spitzem Winkel auf die zu beschichtende Stelle gerichtet wird.
Mit einem Luftpolster, z.B durch porös ausgebildete Wände des Sprühraumes, wird der
Pulverstrom gegen die Schweissnaht geblasen. Wie bei der erstgenannten Schrift muss
die gesamte Pulvermenge, die nicht an der Schweissnaht haftet, zwischen den sich folgenden
Dosen hindurch von der aussenliegenden Absaugung abgesaugt werden. Im weiteren drängen
die Pulverteilchen infolge des sich aufbauenden Ueberdruckes innerhalb des Dosenrumpfes
nach allen Bereichen, die mit der Umgebung in Verbindung stehen und lagern sich an
Orten ab, die nicht beschichtet werden sollten, z.B. auf der Aussenseite der Dosenrümpfe.
Nebst einem grossen Pulver- und Energiebedarf für Druck- und Saugluft können auch
keine schmalen, längs der Schweissnaht eine konstante Dicke aufweisende Abdeckungen
erzeugt werden, da keine Möglichkeiten zur Dosierung der aufzutragenden Pulvermenge
vorliegen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Verfahren und Vorrichtungen zu beseitigen. Insbesondere soll mit der Erfindung eine
Einsparung an Material und Energie erreicht werden.
[0005] Diese Aufgaben werden nach dem erfindungsgemässen Verfahren dadurch gelöst, dass
im Sprühraum (15) ein gegenüber der Umgebung niedrigerer Druck (Unterdruck) erzeugt
wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass in den Sprühraum
(15) gegenüber der Speiseleitung (14) mindestens eine mit einer Saugquelle verbundene
Absaugleitung (18) einmündet. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen
Ansprüchen definiert.
[0006] Das Vorliegen eines gegenüber der Umgebung geringeren Druckes im Sprühraum und die
kontinuierliche Absaugung des zugeführten Pulvers innerhalb des Sprühraumes verhindern
das Austreten von Pulverpartikeln in die Umgebung und zwar sowohl während des Beschichtungsvorganges
als auch bei Absenz einer oder mehrerer Dosen im Applikationsbereich.
[0007] Der Verzicht auf Leit-, Verteil- noch Umlenkmittel, die Ursache für Pulverablagerungen
sind, ermöglicht eine Vorrichtung ohne Mittel (Luftpolster) zur Beseitigung derselben.
Bei Produktionsunterbrüchen kann durch Ausschalten der Spannung an den Elektroden
der Austritt von Pulver aus dem Sprühkopf augenblicklich unterbrochen werden, ohne
dass der Pulverfluss ebenfalls unterbrochen werden muss. Das durch den Sprühkopf zirkulierende
Pulver kann von der Aufbereitungsanlage ungereinigt wieder dem Sprühkopf zugeführt
werden, da überhaupt keine Verschmutzungsmöglichkeit besteht. Für die wenigen, durch
die zwischen den Abständen der sich folgenden Dosen hindurchtretenden, von der Aussenabsaugung
übernommenen Pulverpartikel, genügt selbstverständlich eine kleine Wiederaufbereitungsanlage.
[0008] Wegen der direkten Abhängigkeit der aus dem Pulverstrom an die Schweissnaht ausgeschiedenen
Pulvermenge von der Höhe der Spannung an der Elektrode, kann die Auftragsdicke des
Pulvers auf der Naht jederzeit von aussen eingestellt-bzw. den Randbedingungen (Luftfeuchtigkeit,
Abstand der Naht vom Pulverstrom etc.) angeglichen werden. Infolge des gegenüber der
Umgebung geringeren Druckes in der Sprühöffnung kann auf die bisher unumgänglichen
Seitenbegrenzungsbürsten längs der Oeffnung verzichtet werden.
[0009] Anhand illustrierter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es
zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Pulverauftragsvorrichtung an einer Schweissmaschine
zum Schweissen der Längsnaht von Dosenrümpfen,
Figur 2 einen Längsschnitt (vertikal) durch einen Sprühkopf der Auftragsvorrichtung,
Figur 3 einen Querschnitt durch einen Sprühkopf längs Linie III-III in Figur 2,
Figur 4 einen Längsschnitt (vertikal) durch eine weitere Ausführungsform eines Sprühkopfes,
Figur 5 eine Draufsicht auf den Sprühkopf nach Figur 4 und
Figur 6 einen Querschnitt längs Linie VI-VI in Figur 5.
[0010] Die Pulveraufbereitung, die Wiederaufbereitung sowie die Aufschmelzung des Pulvers
in eine homogene Schicht auf der Naht sind nicht Gegenstand dieser Erfindung und werden
daher nur soweit beschrieben, wie dies für das Verständnis der Erfindung notwendig
erscheint.
[0011] In Figur 1 sind schematisch eine bekannte Naht-Schweissmaschine 1 mit den Elektrodenrollen
2, 3, einige frischgeschweisste Dosenrümpfe 4, die Pulverauftragsvorrichtung 5 mit
dem Sprühkopf 6, der Aussenabsaugung 7 und der kombinierten Aufbereitungs- und Wiederaufbereitungsanlage
8 sowie eine bekannte Heizvorrichtung 9 zum Aufschmelzen des Pulvers auf der Naht
dargestellt. Eine elektrische Anlage zur Erzeugung der Hochspannung zum Aufladen des
Pulvers ist symbolisch dargestellt und mit der Bezugsnummer 10 bezeichnet. Anstelle
einer Schweissmaschine mit Rollenelektroden kann selbstverständlich auch eine Maschine
mit einem Energiestrahl-Schweisskopf (z.B. Laser) treten.
[0012] Der Pulver-Sprühkopf 6 ist in Figur 2 in vergrössertem Massstab als Längsschnitt
gezeigt. Zudem ist ein über dem Sprühkopf 6 befindlicher Dosenrumpf 4 dargestellt,
welcher den Sprühkopf 6 von links nach rechts passiert (Pfeil A). Die obere Schnittfläche
11 durch den Rumpf 4 läuft genau in der Schweissnaht 12 des Rumpfes 4 und liegt über
der Sprühöffnung 13.
[0013] Eine Speiseleitung 14 mündet im wesentlichen parallel zur Schweissnaht 12 in eine
schlitzförmige Ausnehmung oder Srühraum 15 im Sprühkopf 6 ein. In geradliniger Fortsetzung
der Leitung 14 an der gegenüberliegenden Wand 16 der Ausnehmung 15 befindet sich die
Oeffnung 17 einer Leitung 18, welche mit einem Vakuumerzeuger in der Aufbereitungsanlage
8 in Verbindung steht. Vorzugsweise ist die Oeffnung 17 trichterförmig ausgebildet.
In den unteren Bereich der Ausnehmung 15 ragt eine nadelförmige Elektode 19. Diese
ist mit einer regelbaren Hochspannungsquelle 10 (in Figur 2 nicht gezeigt) verbunden.
Ein Schleifkontakt 20 steht in Berührung mit dem Dosenrumpf 4, welcher gerade am Sprühkopf
6 vorbeigeführt wird und legt am Dosenrumpf 4 eine entgegengesetzt zur Elektrode 19
gerichtete Spannung an. Es hat sich als günstig erwiesen, den Dosenrumpf 4 am positiven
Pol anzuschliessen und die Pulverpartikel 21, welche in einem Trägergas durch die
Leitung 14 der Ausnehmung 15 zugeführt werden, durch die Elektrode 19 negativ aufzuladen.
Ebenfalls ausserhalb des Sprühkopfes 6 ist ein Fühler 22 angebracht, der die Anwesenheit
von Dosenkörpern 4 im Bereich der Ausnehmung 15 überwacht.
[0014] Die in der Speiseleitung 14 vom Trägergas geförderten Pulverpartikel 21 verlassen
die Mündung 23 der Leitung 14 in Gestalt eines gebündelten Strahles 24 und fliegen
direkt in Richtung auf die Oeffnung 17 an der gegenüberliegenden Wand 16 zu, wo sie
durch die Saugwirkung zurück zur Aufbereitungsanlage 8 gelangen. Die Vakuumquelle
ist derart ausgelegt, dass mindestens die gesamte Trägergasmenge sowie die darin enthaltenen
Pulverpartikel 21, welche durch die Speiseleitung 14 der Ausnehmung 15 zugeführt werden,
durch die Leitung 18 wieder abgesaugt werden. Es verlassen folglich weder Partikel
21 die Ausnehmung 15, noch verbleiben solche in dieser zurück. Vorzugsweise ist der
Querschnitt der Leitung 18 grösser als derjenige der Leitung 14.
[0015] Erst wenn durch den Fühler 22 die Anwesenheit eines Dosenrumpfes 4 festgestellt wird,
wird die nadelförmige Elektrode 19 (es können auch mehrere sein) mit dem negativen
Pol der Hochspannungsquelle 10 verbunden. Die bis anhin die Ausnehmung 15 auf einer
im wesentilchen geradlinigen, natürlichen Bahn als gebündelter Strahl 24 durchquerenden
Pulverpartikel 21 werden nun statisch aufgeladen. Ein Teil dieser nun eine negative
Ladung tragenden Partikel 21 werden von der eine positive Ladung tragenden Dose 4
angezogen und bleiben auf dieser haften. Je nach Grösse der Spannung an der Elektrode
19 werden mehr oder weniger Partikel 21 auf die Dose 4 übertragen.
[0016] Bei Absenz einer Dose 4 oder bei einem Abstand zwischen zwei sich folgenden Dosen
4, der grösser als ein vorgegebener Wert ist, wird über den Fühler 22 die Spannung
an der Elektrode 19 unterbrochen. Die kontinuierlich von der Speiseleitung 14 weiter
herangeförderten Pulverpartikel 21 werden dann von der Saugleitung 18 gesamthaft zur
Aufbereitungsanlage 8 zurückgefördert.
[0017] Zur Erzeugung eines seitlich scharf begrenzten, nur den Bereich der Schweissnaht
und der unmittelbar benachbarten Abschnitte abdeckenden Pulverstreifens, weist der
Sprühkopf 6 seitliche Leitbleche 25 auf, welche die gegen die Dose 4 fliegenden Partikel
21 auf den Schweissnahtbereich 12 lenken (Figur 3). Vorzugsweise sind die Leitbleche
25 Teil eines auswechselbaren Adapters 26, welcher über der Ausnehmung 15 auf den
Sprühkopf 4 aufgesetzt werden kann. Durch die Tatsache, dass in der Ausnehmung 15
ein permanenter Unterdruck vorliegt, neigen die gegen die Dose 4 fliegenden Partikel
21 dazu, sich im zentralen Bereich der Naht 12 abzusetzen; seitliche Dichtleisten,
z.B. Bürsten, sind folglich überflüssig.
[0018] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der in den Figuren 2 und 3 beschriebenen
Ausführung weist der Sprühkopf 6 in Figur 4 eine dem Sprühbereich über der Ausnehmung
15 vorgeschaltete Sprühdüse 27 auf. Aus der Sprühdüse 27 kann ein feiner Pulverstrom
28 exakt auf die Schweissnaht 12 gerichtet werden. Das die Sprühdüse 27 verlassende
Pulver wird nicht aufgeladen; allenfalls kann in bescheidenem Rahmen durch Reibung
der Pulverpartikel 21 in der Leitung 14 eine geringe Aufladung vorhanden sein. Die
Haftung der Pulverpartikel 21 an der Schweissnaht 12 wird dadurch erreicht, dass entweder
der Sprühkopf 6 direkt im Anschluss an die Schweissstelle angeordnet wird, oder aber
dass die Schweissnaht 12 heissgehalten wird, so dass ein Ankleben der Partikel 21
an der Naht 12 erfolgen kann. Die in dieser Weise aufgetragenen Pulverpartikel 21
konzentrieren sich ausschliesslich auf der Naht 12.
[0019] Die Sprühdüse 27 kann direkt an der Speiseleitung 14 angeschlossen sein, wobei vorzugsweise
der Anschluss in einem bogenförmigen Abschnitt 29 der Leitung 14 erfolgt. Zum Unterbrechen
des Pulverstromes 28 ist eine weitere, in den bogenförmigen Abschnitt 29 einmündende
Leitung 30 vorgesehen, die mit einem feinen Luftstrahl die Partikel 21 bei Absenz
einer Dose 4 durch die Leitung 14 zur Ausnehmung 15 umlenken kann.
[0020] Die von der Sprühdüse 27 an die Schweissnaht geschleuderten Pulverpartikel 21, welche
nicht an der Naht haften bleiben, werden infolge des geringeren Druckes in der Ausnehmung
15 in diese hineingesogen und von der Absaugung durch die Leitung 18 zur Aufbereitungsanlage
8 gefördert. Um eine Ansammlung von allenfalls auf den Grund der Ausnehmung 15 gefallener
Partikel 21 zu verhindern, insbesondere wenn durch die Leitung 30 zusätzliche Luft
eingeblasen wird, kann eine weitere Absaugöffnung 31 in der Ausnehmung 15 vorgesehen
werden.
[0021] Figur 5 zeigt die Ausgestaltung nach Figur 4 von oben. Der Abstand der Leitbleche
25 entspricht im wesentlichen der Breite des auf dem Dosenrumpf 4 zu erzeugenden Pulverstreifens;
die Breite der Sprühöffnung 28 entspricht etwa der Breite der Naht; sie kann rund
oder als ein parallel zur Scheissnaht 12 liegender Schlitz ausgebildet sein. Die Oeffnung
28 kann entweder unmittelbar an der Schweissnaht 12 münden, oder sie kann am Grund
eines zur Oeffnung 13 führenden Schlitzes 33 liegen. An der Schweissnaht 12 nicht
haftende Pulverpartikel 21 gelangen durch den Schlitz 33 zum Raum 15 und von dort
in die Absaugleitung 18.
[0022] Die Leitbleche 25 und der Schlitz 33 sind vorzugsweise Teil eines Adapters 32, der
auf den Sprühkopf 6 aufgesetzt werden kann. Der Sprühkopf 6 kann, versehen mit einem
entsprechenden Adapter 32, für unterschiedliche Applikationsarten und -breiten eingesetzt
werden. Im Querschnitt nach der Figur 6 verlassen ein Teil der Pulverpartikel 21 die
Speiseleitung 14 am Grund des Schlitzes 33. Deutlich ist die seitliche Führung ersichtlich,
welche eine Streuung der Partikel 31 neben die Naht 12 verhindert.
[0023] In den beschriebenen Beispielen ist die Förderrichtung der Pulverpartikel 21 gleich
wie die Transportrichtung der Dosenrümpfe 4. Selbstverständlich können die Dosenrümpfe
4 auch in entgegengesetzter Richtung am Sprühraum 15 vorbeigeführt werden.
1. Verfahren zum Auftragen einer streifenförmigen Pulverschicht auf die Schweissnaht
von Dosenrümpfen mit einem von einem Trägergas in einem gegen die Schweissnaht offenen
Sprühraum eines Sprühkopfes geförderten Pulver, dadurch gekennzeichnet, dass im Sprühraum
(15) ein gegenüber der Umgebung niedrigerer Druck (Unterdruck) erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sprühraum (15) pro
Zeiteinheit ein geringeres Volumen an Trägergas zugeführt wird, als solches von einer
Absaugung aus dem Sprühraum (15) abgesaugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverpartikel (21)
als gebündelter Strahl (24) parallel zur Schweissnaht (12) durch den Sprühraum (15)
hindurch geleitet und von der Absaugung aus dem Sprühraum (15) entfernt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverpartikel
(21) bei Anwesenheit eines Dosenrumpfes (4) über der Oeffnung (13) des Sprühraumes
(15) elektrostatisch aufgeladen und teilweise aus dem Pulverstrahl (24) zur Schweissnaht
(12) ausgelenkt werden, und dass die überschüssigen Partikel (21) von der Absaugung
aus dem Sprühraum (15) entfernt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der elektrostatischen
Aufladung der Pulverpartikel (21) regelbar ist.
6. Vorrichtung zum Auftragen einer streifenförmigen Pulverschicht auf die Schweissnaht
von Dosenrümpfen mit einem zur Schweissnaht hin offenen Sprühraum, einer in den Sprühraum
mündenden Pulverspeiseleitung und einer Elektrode zum Aufladen der Pulverpartikel,
dadurch gekennzeichnet, dass in den Sprühraum (15) gegenüber der Speiseleitung (14)
mindestens eine mit einer Saugquelle verbundene Absaugleitung (18) einmündet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Saugleitung
(18) abgesaugte Luftvolumen grösser ist als das von der Speiseleitung (14) in den
Sprühraum (15) eingeführte Trägergasvolumen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungsöffnung (17)
der Absaugleitung (18) in der natürlichen Flugbahn der in den Sprühraum (15) eingetragenen
Pulverpartikel (21) liegt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverpartikel (21)
bzw. der Pulver/ Luftstrahl (24) im wesentlichen parallel zur Schweissnaht (12) in
den Raum (15) eingetragen werden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverpartikel (21)
in einer geneigten, sich von der Schweissnaht (12) entfernenden Flugbahn in den Raum
(15) eingetragen werden.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7, 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet,
dass die Pulverpartikel (21) in gebündeltem Strahl (24) den Raum (15) durchqueren.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Saugkraft
der Unterdruckquelle alle, im Ueberschuss eingespeisten und nicht an die Schweissnaht
(12) übertragenen Pulverpartikel (21) aus dem Raum (15) abgesaugt werden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der
Speiseleitung (14) kleiner als der Querschnitt der Saugleitung (18) ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühraum (15) als
eine schlitzförmige, parallel zur Schweissnaht (12) verlaufende Ausnehmung ausgebildet
ist, an deren einen Schmalseite die Speiseleitung (14) und an deren anderen Schmalseite
die Absaugleitung (18) einmünden, und dass die Breite der Ausnehmung bzw. des Sprühraumes
(15) im wesentlichen dem Durchmesser des Pulver/Luftstrahles (24) entspricht.
15. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Grund des Sprühraumes
(15) eine weitere Absaugleitung (31) vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
dass in Transportrichtung der Dosenrümpfe (4) gesehen vor dem Sprühraum (15) eine
Sprühdüse (27) angebracht ist, aus der Pulverpartikel (21) in einem stumpfen Winkel
direkt auf die Schweissnaht (12) aufgetragen werden.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühdüse (27)
in einen Schlitz (33) unter der Schweissnaht (12) mündet, welcher Schlitz (33) in
Verbindung mit dem Sprühraum (15) steht.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseleitung (14)
einen bogenförmigen Abschnitt (29) aufweist, in welchem die Sprühdüse (27) ihren Anfang
nimmt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckluftleitung
(30) derart in den bogenförmigen Abschnitt (29) der Speiseleitung (14) einmündet,
dass mit einem Luftstrahl die Pulverpartikel (21) in der Speiseleitung (14) am Austritt
durch die Sprühdüse (27) gehindert werden.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
dass der Sprühraum (15) als auswechselbarer Adapter (26, 32) auf einen die Speiseleitung
(14), die Saugleitung (18) und die Elektrode (19) enthaltenden Sprühkopf (6) aufsetzbar
ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderrichtung der
Pulverpartikel (21) in Transportrichtung der Dosenrümpfe (4) oder entgegengesetzt
dazu erfolgt.
22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 21, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Sprühkopf (6) bzw. der Sprühöffnung (13) und dem Dosenrumpf (4)
keine Dichtung in Gestalt von Bürstenleisten o.ä. vorliegt.
23. Dosenrumpf, dessen innere Schweissnaht mit einem nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch
1 aufgetragenen Pulver abgedeckt ist.