Oversprayarm pulvern

Durch das Prinzip der Horizontalbeschichtung, im Falle des elektrostatischen Fluidisierbetts von unten nach oben, war bisher immer eine maßgeschneiderte Fördertechnik gefordert. Durch die Umgestaltung des Verfahrens zu einem Sprühspalt wird im Rahmen eines Forschungsvorhabens jetzt der Versuch unternommen, einen Markt für Vertikalanlagen zu schaffen, wo das Stückgut beispielsweise traditionell von Hand aufgehängt und am Sprühspalt vorbei gefördert werden kann.

Homogene Pulversprühwolke

Die beim elektrostatischen Fluidisierbett gewohnte Modularität des Verfahrens und die Möglichkeit zum schnellen Farbwechsel bleiben bei der elektrostatischen Pulver-Sprühspalttechnik erhalten. Bei dieser Technik wird eine homogene, quasi stehende Pulversprühwolke erzeugt, mit der zukünftig oversprayarm insbesondere Drahtwaren mit geringen Oversprayverlusten pulverbeschichtet werden sollen. Für die Entwicklung wurde als Basis das elektrostatische Fluidisierbett herangezogen und dieses konstruktiv, strömungsmechanisch, elektrotechnisch und kinematisch den Anforderungen an den Sprühspalt angepasst und die neue Technik unter Praxisbedingungen getestet. Die Integration der Pulver-Sprühspalttechnik in eine Sprühkabine für die beidseitige Beschichtung soll u.a. mittels einer innovativen Luftführung und einer neuen Bauart besonders oversprayarm erfolgen. Diese Aufgabe übernimmt die Firma Bader Pulverbeschichtung GmbH aus Aalen-Fachsenfeld im Rahmen eines öffentlichen geförderten ZIM-Vorhabens gemeinsam mit dem Fraunhofer IPA.

Konstruktive / strömungsmechanische Anpassungsarbeiten: Während beim konventionellen, auf dem elektrostatischen Fluidisierbett basierenden “TransApp”-Verfahren das Werkstück horizontal über den Fluidisierbehälter bewegt wird, fährt es beim neuen Verfahren seitlich am Sprühspalt vorbei. Um den Oversprayanteil zu minimieren und eine homogen ausgebildete Sprühwolke zu erzeugen, wird in der Kammer vor dem Austreten des Pulvers aus dem Sprühspalt ein ausgeglichener Lufthaushalt erzeugt. Ein leichter Unterdruck in der Kammer sorgt dafür, dass nur beim Vorbeifahren des Werkstücks durch elektrostatische Kräfte das Pulver durch den Spalt dringt. Fährt kein Werkstück vorbei, dann entsteht wie beim elektrostatischen Fluidisierbett idealerweise kein Overspray. Durch die modulare Bauweise ist wie beim elektrostatischen Fluidisierbett ein schneller Farbwechsel möglich.

Hochspannungstechnische Maßnahmen: Durch Anordnung und Ausrichtung einer “Mixtur” aus Draht- und Punkt­elektroden wird das Pulver bei wechselnden Werkstückgeometrien homogen in Richtung Werkstück appliziert. Mit diesen Elektrodenkon­stellationen können, wie bisher auch mit dem konventionellen elek­trostatischen Fluidisierbett, sehr kleine Substrate, wie z.B. Sensoren oder Drähte  mit Durchmessern unter 1 mm, aber auch große Substrate wie z.B. Platinen, Rahmen, Gitterteile oder Rohre beschichtet werden.

Modell-Platinen und produktionsähnliche Substrate lassen sich mit der elektrostatischen Pulver-Sprühspalttechnik oversprayarm beschichten.

Kinematische Weiterentwicklung: Bei der vertikalen Beschichtung bietet sich bei getakteten Prozessen die Auf- und Abbewegung des Werkstücks vor dem Sprühspalt an. Beim Durchlaufverfahren hingegen bietet es sich an, in den waagerecht angeordneten Sprühspalt “einzutauchen”, als ob man das Werkstück durch ein Elektrotauchbecken fördern würde. Dies erfordert bei moderater Werkstückgröße zwar einen Spalt von mehreren Metern Länge. Da die Füllhöhe aber nur bei ca. 20 mm liegt und die Tiefe des Fluidisierbetts in der Praxis nur ca. 50-100 mm beträgt, ist der vorzuhaltende Materialeinsatz im Fluidisierbett trotzdem eher moderat bei ca. 1-2 kg Pulverlackmaterial. Die optische Beschichtungsqualität und die Schichtdickengleichmäßigkeit sind beim Einsatz der neuen Technik vergleichbar mit dem traditionellen elektrostatischen Pulversprühen oder der elektrostatischen Fluidisierbetttechnik.

Vorbereitungen für den produktionsähnlichen Einsatz: Die Nachdosierung in das Fluidisierbett erfolgt über eine luftarme Dichtstromfördertechnik. Diese wurde so gestaltet, dass das Nachdosieren mit Pulver auch während der Beschichtung keinen nachteiligen Einfluss auf das Beschichtungsergebnis hat. Die Überwachung der Füllhöhe erfolgt mit hoher Genauigkeit von etwa +/- 1,5 mm über eine Differenzdruckmesssonde. Die Erprobung der Technik für den Praxiseinsatz erfolgt derzeit im Technikum des Fraunhofer IPA an Modellsubstraten wie Platinen und Rahmenelementen sowie auch an konkreten Bauteilen wie Fahrradrahmen und Gitterteilen.

Zum Netzwerken:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, Dr. Michael Hilt, Tel. +49 711 970-3820, michael.hilt@ipa.fraunhofer.de, Dr. Karlheinz Pulli, Tel. +49 711 970-1125, karlheinz.pulli@ipa.fraunhofer.de, www.ipa.fraunhofer.de/beschichtung