Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung und elektrostatisches Wirbelbadverfahren zur Beschichtung

专利摘要:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung und ein entsprechendes Fluidisierungsverfahren zur Pulverbeschichtung von Substraten insbesondere mit gleichmäßiger Oberflächengeometrie und insbesondere in Verbindung mit hohen Anforderungen an die Konstanz der Schichtdicke der aufzubringenden Pulverbeschichtung. Die Fluidisierungsvorrichtung weist einen Fluidisierbehälter 1, eine in den Fluidisierbehälter 1 mündende Luftzuführung 4 zum Einbringen von Fluidisierluft in den Fluidisierbehälter 1, einen oberhalb der Einmündung der Luftzuführung 4 innerhalb des Fluidisierbehälters 1 angeordneten Fluidisierboden 2, durch den hindurch die Fluidisierluft einem oberhalb des Fluidisierbodens 2 befindlichen Volumen 5 innerhalb des Fluidisierbehälters 1 zuführbar ist zur Fluidisierung von Beschichtungspulver und oberhalb des Fluidisierbodens 2 im Volumen 5 innerhalb des Fluidisierbehälters 1 angeordnete Hochspannungselektroden zur Ionisierung der Fluidisierluft auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass die oberhalb des Fluidisierbodens 2 im Volumen 5 innerhalb des Fluidisierbehälters 1 angeordneten Hochspannungselektroden dünne Drahtelektroden 3 sind.
公开号:DE102004010177A1
申请号:DE200410010177
申请日:2004-03-02
公开日:2005-10-13
发明作者:Sascha Casu；Markus Dipl.-Ing. Cudazzo (FH)；Ulrich Dipl.-Ing. Strohbeck
申请人:Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV；
IPC主号:B05B5-00

专利说明:
[0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtungund ein entsprechendes Fluidisierungsverfahren zur Pulverbeschichtungvon Substraten insbesondere mit gleichmäßiger Oberflächengeometrieund insbesondere in Verbindung mit hohen Anforderungen an die Konstanzder Schichtdicke der aufzubringenden Pulverbeschichtung. Die Fluidisierungsvorrichtungbzw. das Fluidisierungsverfahren können insbesondere auch zurPulverbeschichtung von Kleinteilen eingesetzt werden. Der Einsatzdes erfindungsgemäßen Verfahrensbeschränktsich hierbei nicht auf besondere Geometrien der zu beschichtendenTeile. Beispiele fürden Einsatz der Fluidisierungsvorrichtung bzw. des Fluidisierungsverfahrenssind • Stahl-und Aluminium-Bandmaterial (Coil), • Blech-Platinen, • Holz-und Holzwerkstoffplatten, z.B. MDF (mitteldichte Faserplatten) oderHDF (hochdichte Faserplatten), • Akustik-Dämmplatten, • Kunststoffplatten, • Metall-und Kunststoff-Folien, • Papierbahnen,z.B. Tapeten, Schleifkorn auf Schleifpapier, • Strangpressmaterialien(Profile, Rohre), Beispiel: Lötpulverapplikation • Kabel(Bepuderung), • Drähte, sowie • Kleinteilewie Rotor und Statorpakete fürElektromotoren, • Bepuderungvon Lebensmitteln.
[0002] Verfahrenund Vorrichtungen zur elektrostatischen Pulverbeschichtung sindbereits aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei werden im wesentlichenzwei Verfahrensgruppen unterschieden: Die elektrostatischen Pulversprüh-Verfahrensowie die elektrostatischen Wirbelbadverfahren. Darüberhinauslassen sich auch Techniken aus dem Bereich der Elektrofotographieeinsetzen.
[0003] BeimElektrostatischen Pulversprüh-Verfahren(EPS-Verfahren)wird das Pulver mittels Luft fluidisiert und über einen Schlauch zum Sprühorgan transportiert,wo es elektrostatisch aufgeladen und mittels Düsen auf das Substrat gesprüht wird.Die Abscheidung der aufgeladenen Pulverpartikel auf dem geerdetenSubstrat erfolgt durch elektrostatische Anziehungskräfte. Dahierbei nur ein Teil des versprühtenPulvers auf das Substrat gelangt, wird das nicht abgeschiedene Pulver(Overspray) mittels einer Absaugung aus der Beschichtungskabineentfernt und wieder dem Pulverbehälter zugeführt. In der Regel werden dieSprühaggregatemittels einer automatischen Hubeinrichtung auf- und abbewegt (vertikale Substratanordnung)bzw. hin- und herbewegt(horizontale Substratanordnung), um durch Überlappung der Lackierstreifenalle Bereiche der mittels einer Fördereinrichtung an den Sprühorganenvorbeibewegten Substrate beschichten zu können. Das EPS-Verfahren istfür Substrat-Fördergeschwindig keitenbis zu ca. 15 m/min geeignet. Nachteile des EPS-Verfahrens sind, • diemit dem Einsatz von Sprühorganenverbundene Notwendigkeit des Einsatzes lüftungstechnischer Anlagen undKabinentechnik sowie der damit verbundene hohe Platzbedarf und diehohen Investitionskosten, • diehohen Luftvolumenströmebzw. Luftströmungsgeschwindigkeitenbeim Aufsprühendes Pulvers auf die Substrate und die dadurch auftretenden Turbulenzen,verbunden mit Schichtdickenschwankungen und Partikelgrößenseparierungen,die zu Verschiebungen des Partikelgrößenspektrums im Pulverkreislaufund damit zu Beschichtungsstörungenführen, • diebei hohen Substrat-Fördergeschwindigkeiten erforderlichenhohen Hubgeschwindigkeiten der Sprühaggregate, die zu zusätzlichenLuftströmungsturbulenzenim Sprühstrahlbereichund dadurch zu zusätzlichenSchichtdickenschwankungen führensowie • derhohe anlagen- und verfahrenstechnische Aufwand für die Rückgewinnung und Kreislaufführung desnicht auf den Substraten abgeschiedenen Pulvers, insbesondere beimEinsatz verschieden far biger Pulver.
[0004] Dieapplizierbare Schichtdicke liegt beim EPS-Verfahren im Bereich von ca. 30 bis200 μm. Dünnschichtapplikationenmit Schichtdicken < 30 μm sind mitdieser Technik im Allgemeinen nicht möglich, da bei den üblichenSchichtdickenschwankungen unterbeschichtete Bereiche unvermeidbarsind.
[0005] BeimElektrostatischen Wirbelbadverfahren werden die Substrate nichtdirekt besprüht,sondern innerhalb einer Kammer bzw. über einem Fluidisierbeckenin einer Wolke aus aufgeladenem Pulver beschichtet. Die Abscheidungder Pulverpartikel auf den Substraten erfolgt hier nicht wie beimEPS-Verfahren durch die Kombination aus Aufsprühen mittels Luft und elektrostatischerAnziehung, sondern überwiegenddurch elektrostatische Kräfte.Prinzipielle Vorteile dieses Verfahrens sind insbesondere die Kompaktheitder Anlagentechnik (geringer Platzbedarf) sowie die im Verhältnis zurEPS-Technik geringen erforderlichen Luftvolumenströme pro übertragenerPulvermenge. Um gleichmäßige Schichtdicken zuerzielen, sind keine aufwändigenHubbewegungen zur Sprühstrahlüberlappungwie beim EPS-Verfahren (z.B. durch Hubautomaten, 6-Achsen-Roboter) erforderlich.
[0006] Diemit Abstand am weitesten verbreitete Technik des elektrostatischenWirbelbads ist wie folgt aufgebaut (Patentschrift US 6,558,752 B2 ): • derFluidisierbehältersowie der Fluidisierboden ist aus (elektrisch isolierendem) Kunststoffgefertigt, um dort keine elektrischen Entladungen zu erhalten, derFluidisierboden besteht in der Regel aus Polyethylen-Sintermaterial, • dieElektrode befindet sich im Bereich der Luftzuführung unterhalb des Fluidisierbodens,der abstand zwischen Elektrode und Fluidisierboden beträgt mindestens200 mm, so dass der Abstand Elektrode/Werkstück in der Regel mindestensca. 300 mm beträgt, • diean der Elektrode erzeugten Luftionen bewegen sich durch den Fluidisierboden,der sich z.T. elektrisch auflädt,und weiter zu den Pulverpartikeln, die durch die Luftionen aufgeladenund durch das elektrische Feld zum Werkstück transportiert werden.
[0007] Nachteiledieser Technik sind • die große Bauhöhe der Fluidisierbehälter, hervorgerufendurch den erforderlichen großenAbstand Elektrode/Werkstück,da bei geringeren Abständendurch die hohe Kapazitätder Elektroden Zündgefahrendurch hohe Zündenergieentstehen: W = 0,5·C·U²[J]Wist die in der KapazitätC gespeicherte Energie C = Kapazität [F] U = Spannung [V] C = ε₀·l·2π/ln (S/r)[F]ε₀ =Influenzkonstante [As/Vm] l = Länge S = Sprühabstand(Abstand Drahtmitte zu Substratoberfläche) [m] r = Radius Drahtelektrode[m] • diedamit verbundenen geringen Feldstärken und geringen Transportkräfte derPartikel, wenn nicht sehr hohe Hochspannungswerte angelegt werden, • ander einfach aufgebauten Elektrode (z.B. Schleifaufsatz für Bohrmaschinenmit vielen Korona-Spitzen) örtlicherhebliche Schwankungen des Korona-Stromes und damit verbunden Inhomoge nitäten derAufladung der Partikel und des elektrischen Feldes, • diehohen Raumladungsdichten die durch die Aufladung des Fluidisierbodenseine Erhöhung derKorona-Einsatzspannung und damit eine Erhöhung der erforderlichen angelegtenHochspannung bewirken (Erhöhungder Zündenergiesiehe Gleichung oben), in der Regel müssen Hochspannungswerte > 60 KV eingesetzt werden, • diechemische Veränderungdes Kunststoff-Fluidisierbodensbeim Betrieb durch die Einwirkung der Koronaentladung, die zu undefiniertenRaumladungsdichten und damit zu Prozessunsicherheiten durch unkontrollierbare Änderungender örtlichenFeldstärkenführt.
[0008] Dieerzielbaren Schichtdicken liegen beim elektrostatischen Wirbelbadverfahrenim gleichen Bereich wie beim EPS-Verfahren, d.h. bei Ca. 30 bis 200 μm. Aufgrundder bekannten Störgrößen hates sich nur fürwenige Bereiche, z.B. bei der Beschichtung von Bändern und Drähten sowieinsbesondere zur Beschichtung von Rotoren und Statoren aus dem Elektromotorenbereichdurchgesetzt.
[0009] WeitereTechniken ( EP 0 494454 B1 ) aus dem Bereich der Elektrofotografie sind aufgrundder geringen Übertragungsratepro Zeiteinheit in der Regel fürelektrostatische Pulverbeschichtungen ungeeignet. Sie weisen zudemfolgende Nachteile auf: • werden bewegliche Elektrodeneingesetzt, so neigen diese beim Eintauchen in das Fluid zu Verschmutzungenund sind sicherheitstechnisch für die Übertragunggrößerer Pulvermengenpro Zeiteinheit kritisch; das elektrische Feld ist zu inhomogenfür eineneinheitlichen, großflächigen Pulverauftrag, • ebenfallszu inhomogen ist die Feldstärkebeim Einsatz von einzelnen Korona-Spitzen innerhalb des Fluidisierbetts(ein solcher Einsatz führtzudem zu erheblichen Zündgefahrenim Fluid), • wirdeine einzelne Korona-Spitze zur Pulveraufladung eingesetzt, so istdie Pulverübertragungsratepro Zeiteinheit gering, • imelektrofotografischen Bereich ist der Abstand Elektrode/"Werkstück" (letzteres ist inder Regel eine Walze) definiert gering, da die Walze in das Fluideintaucht; hohe Feldstärkensind bei geringen Abständenvon Walze und Elektrode mit sehr niedrigen eingesetzten Hochspannungswerten,z. T. < 10 KV erreichbar;bei der elektrostatischen Pulverbeschichtung im Wirbelbad lassensich solch geringe Abständejedoch nicht erzielen aufgrund: – der Dreidimensionalität der Substrate, – der Tatsache,dass Werkstückenur fürwenige Anwendungen in das Fluidisierbett eingetaucht werden, dadie erzielbare visuelle Verlaufsqualität der applizierten Pulverschichtdabei in der Regel gering ist (häufigerwird das Substrat überdie Fluidisierwolke gefahren).
[0010] Ausgehendvom Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung sowie ein entsprechendesFluidisierungsverfahren zur Verfügungzu stellen, mit welchem Substrate mit niedrigen und hohen Durchlaufgeschwindigkeiten,mit hoher Prozesssicherheit und mit dünnen Schichten, insbesondere auchmit Dicken von unter 30 μm,zuverlässigund reproduzierbar beschichtet werden können.
[0011] DieseAufgabe wird durch eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtunggemäß Patentanspruch1 sowie ein elektrostatisches Fluidisierungsverfahren gemäß Patentanspruch48 gelöst.Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektrostatischen Fluidisierungsvorrichtungsowie des entsprechenden Fluidisierungsverfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
[0012] Eineerfindungsgemäße elektrostatischeFluidisierungsvorrichtung weist einen Fluidisierbehälter, einein den FluidisierbehältermündendeLuftzuführung(zum Einbringen von Fluidisierluft in den Fluidisierbehälter), einenoberhalb der Einmündungder Luftzuführunginnerhalb des Fluidisierbehältersangeordneten Fluidisierboden, durch den hindurch die Fluidisierlufteinem oberhalb des Fluidisierbodens befindlichen Volumen (Innenvolumen)innerhalb des Fluidisierbehälterszuführbarist (um in dem Volumen bzw. Innenvolumen Beschichtungspulver zufluidisieren) und mindestens eine oberhalb des Fluidisierbodensim Volumen innerhalb des Fluidisierbehälters angeordnete Hochspannungselektrodezur Ionisierung der Fluidisierluft auf und ist dadurch gekennzeichnet,dass die oberhalb des Fluidisierbodens im Volumen angeordneten Hochspannungselektroden dünne Drahtelektrodensind. Der Durchmesser der dünnenDrahtelektroden beträgthierbei vorteilhafterweise über20 μm und/oderunter 1000 μm,insbesondere zwischen 60 μmund 100 μm.
[0013] Ineiner ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform sind die Drahtelektrodenin unmittelbarer Nähe desFluidisierbodens angeordnet oder weisen einen mittleren Abstandvom Fluidisierboden von bis zu 50 mm, vorteilhafterweise von biszu 20 mm auf.
[0014] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform sind die Drahtelektrodenihrer Längsrichtungnach im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Fluidisierbodens angeordnetoder formschlüssig anden Fluidisierboden angeordnet. Die Drahtelektroden verlaufen hierbeiin Bezug auf ihre Längsrichtung vorteilhafterweiseparallel zueinander und haben bevorzugt einen mittleren Abstandvoneinander von über2 und/oder unter 80 mm, insbesondere von über 10 mm und/oder unter 30mm aufweisen.
[0015] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Fluidisierungsvorrichtungist jeder der Drahtelektroden ein Hochspannungswiderstand (bevorzugtim Bereich von 1 MΩ bis1000 TΩ)vorgeschaltet, um die Drahtelektroden jeweils einzeln in ihrer Leistungzu begrenzen. Alternativ hierzu können zur Leistungsbegrenzung dieeinzelnen Drahtelektroden auch aus einem halbleitenden Materialbestehen, beispielsweise aus halbleitenden keramischen Fasern oderGlasfasern sein (diese weisen dann ebenfalls bevorzugt einen Widerstandim Bereich von 1 MΩ bis1000 TΩ auf).
[0016] Inweiteren vorteilhaften Ausgestaltungsformen kann nicht nur der Fluidisierbodenmit Drahtelektroden belegt sein, sondern diese können auch an den Seitenwänden desFluidisierbehältersangeordnet sein: Hierzu sind bei einer möglichen vorteilhaften Ausgestaltungsformdie Drahtelektroden jeweils der Länge nach teilweise parallelzur Oberflächedes Fluidisierbodens angeordnet oder formschlüssig an dem Fluidisierbodenangeordnet und teilweise parallel zu mindestens einer Seitenwanddes Fluidisierbehälters angeordnetoder formschlüssigan mindestens einer Seitenwand des Fluidisierbehälters angeordnet. Die Drahtelektroden können beieiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform entlang ihrer Längsachse teilweisein unmittelbarer Nähedes Fluidisierbodens oder in einem mittleren Abstand von bis zu50 mm, vorteilhafterweise von bis zu 20 mm, vom Fluidisierbodenangeordnet sein und teilweise in unmittelbarer Nähe der mindestens einen Seitenwandoder in einem mittleren Abstand von bis zu 50 mm, vorteilhafterweisevon bis zu 20 mm, von dieser mindestens einen Seitenwand angeordnetsein. Alternativ hierzu kann auch in einer ersten Teilmenge vonDrahtelektroden jede Drahtelektrode in unmittelbarer Nähe des Fluidisierbodensoder in einem mittleren Abstand von bis zu 50 mm, vorteilhafterweisevon bis zu 20 mm, vom Fluidisierboden angeordnet sein und in einer zweitenTeilmenge von Drahtelektroden jede Drahtelektrode in unmittelbarerNähe einerSeitenwand des Fluidisierbehältersoder in einem mittleren Abstand von bis zu 50 mm, vorteilhafterweisevon bis zu 20 mm, von einer Seitenwand des Fluidisierbehälters angeordnetsein. Die erste Teilmenge der Drahtelektroden kann hierbei parallelzur Oberflächedes Fluidisierbodens angeordnet sein oder formschlüssig am Fluidisierbodenangeordnet sein und die zweite Teilmenge der Drahtelektroden kannparallel zur Oberflächeder Seitenwand oder formschlüssigan dieser Seitenwand angeordnet sein.
[0017] Umauch bei komplizierten Werkstückgeometrieneine homogene Verteilung der Feldkräfte zu erzielen, sind in einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Fluidisierungsvorrichtungdie Drahtelektroden nicht überihre gesamte Längeam Fluidisierboden oder an einer Seitenwand des Fluidisierbodensbefestigt oder die Drahtelektroden sind nur an einem ihrer Endenbefestigt und ansonsten im Fluid frei beweglich. Vorteilhafterweisesind die Drahtelektroden hierbei im nicht befestigten Bereich zumindestteilweise mit einer isolierenden Beschichtung versehen oder weisenin diesem Bereich eine elektrisch isolierende Kunststoffkappe auf.Alternativ hierzu könnendie Drahtelektroden auch aus halbleitendem Material bestehen bzw. keramischeFasern oder Glasfasern sein.
[0018] ZumSchutz der Drahtelektroden ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsformein weiterer Fluidisierboden innerhalb des Fluidisierbehälters oberhalbder Drahtelektroden angeordnet. Dieser ist bevorzugt dünner alsder erste Fluidisierboden (unterhalb der Drahtelektroden). Der zweiteFluidisierboden weist bevorzugt eine Dicke von über 1 mm und/oder unter 10mm, insbesondere von über2 mm und/oder unter 5 mm auf. In einer weiteren Variante können dieDrahtelektroden auch oberhalb eines Teils des ersten Fluidisierbodensim ersten Fluidisierboden angeordnet oder in den ersten Fluidisierboden eingearbeitetoder integriert sein (das Anordnen, Einbringen oder Integrierengeschieht bevorzugt währenddes Sinterprozesses, die Elektroden können dann im Boden mäanderförmig oderwellenförmigangeordnet sein).
[0019] Ineiner weiteren Variante wird der angelegten Hochspannung (Gleichspannung)eine Wechselspannung bzw. eine pulsierende Gleichspannung überlagert:Hierzu sind oberhalb der Drahtelektroden Wechselspannungselektrodenim Volumen des Fluidisierbehältersoder oberhalb des Volumens bzw. des Fluidisierbehälters angeordnet.Bevorzugt sind hierbei die Wechselspannungselektroden Spiralfedern,sie könnenjedoch auch aufgebaut sein wie die Gleichspannungs-Drahtelektroden,wie sie bisher beschrieben wurden. Die Wechselspannungselektrodensind bevorzugt in einem Abstand von über 5 mm und/oder unter 100mm, insbesondere von über30 mm und/oder unter 70 mm oberhalb des Fluidisierbodens oder oberhalbder Drahtelektroden in Bezug auf ihre Längsrichtung im Wesentlichenparallel zur Oberflächedes Fluidiesierbodens angeordnet. Die Wechselspannungselektrodenkönnendann mit einem 50 Hz-Wechselspannungserzeuger oder mit einem kHz-Wechselspannungserzeugerverbunden sein.
[0020] Ineiner weiteren vorteilhaften Rusgestaltungsform sind die Seitenwände desFluidisierbehältersoder auch der Boden des Fluidisierbehälters aus elektrisch isolierendenMaterialien, insbesondere aus Kunststoff POM, polyimidbasierendenMaterialien, Glas oder keramischen Materialien. Der Fluidisierbodenist bevorzugt ein Polyethylen-Sinterboden mit Porenweiten von über 2 μm und/oderunter 100 μm, insbesonderevon über10 μm und/oderunter 50 μm oderalternativ hierzu ein anorganischer Sinterboden oder ein keramischerSinterboden oder ein Glassinterboden.
[0021] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante weist die Fluidisierungsvorrichtung oberhalbdes Fluidisierbehälterseine elektrisch leitfähigeHinterlegung auf, beispielsweise eine metallene Platte oder eineElektrode. Zur Beschichtung eines Substrats mit einem Muster kanndiese leitfähigeHinterlegung eine Struktur oder ein Muster aufweisen oder in Formeiner Schablone ausgestaltet sein.
[0022] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die erfindungsgemäße Fluidisiervorrichtungeine in den Fluidisierbehältereinmündende Zudosiervorrichtung(diese kann beispielsweise einen weiteren Fluidisierbehälter beinhalten)auf. Hiermit ist eine automatische oder kontinuierliche Zudosierungvon Be schichtungsstoff in den Fluidisierbehälter möglich. Vorteilhafterweise weistdie Zudosiervorrichtung einen Speicherbehälter zur Speicherung von Beschichtungsstoffbzw. -pulver und mindestens eine vom Speicherbehälter in den Fluidisierbehälter führende Zuführeinheitoder eine Dichtestromfördervorrichtungzur Förderungvon Beschichtungspulver hoher Dichte, geringer Beweglichkeit oderhoher Viskosität,beispielsweise in Form einer Dichtestrompulverpumpe, auf. Eine solcheDichtestrompulverpumpe kann hierbei zwei im Wechseltakt arbeitendeKolbenpumpen aufweisen; die bevorzugt je Kolbenpumpe pro Sekundegefördertendrei bis fünfPfropfen an Beschichtungspulvermaterial führen dann zu einer quasi kontinuierlichenBeschichtungspulverförderung. Bevorzugtist der Speicherbehälterein weiterer Fluidisierbehälter,wobei dieser insbesondere größere Abmessungenbzw. ein größeres Füllvolumenaufweisen kann wie der mit den Drahtelektroden ausgestattete Fluidisierbehälter. DieZuführeinheitweist bevorzugt eine Schlauchquetschpumpe, Schlauchquetschventileund im Bereich der Einmündungzum Speicherbehältereine Ausrieselöffnungoder eine Rohrleitung auf. Zur Verhinderung von zu starken Beschichtungspulver-bzw. Fluidbewegungen im Bereich der Einmündung der Zudosiervorrichtungweist der Fluidisierbehälterin diesem Bereich bevorzugt Strömungsbrechvorrichtungenoder Schikanen, insbesondere Wändeauf. Vorteilhafterweise sind hierbei im Bereich der Einmündung derZudosiervorrichtung auch keine Drahtelektroden angeordnet.
[0023] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante weist die Fluidisiervorrichtungeine in den Fluidisierbehälterintegrierte oder an ihm angeordnete Füllstandsmessvorrichtung auf,mit der die Beschichtungspulverhöheim Fluidisierbehälterbestimmt werden kann. Die Füllstandsmessvorrichtung isthierbei bevorzugt eine Ultraschallmesssonde. In einer bevorzugtenVariante sind die Füllstandsmessvorrichtungund die bereits beschriebenen Strömungsbrechvorrichtungen bzw.Schikanen so angeordnet, dass eine Erfassung der Füllhöhe in dem durchdie Strömungsbrechvorrichtungenbewegungsberuhigten Fluidbereich durchführbar ist.
[0024] Ineiner weiteren vorteilhaften Variante weist die Fluidisiervorrichtungeine innerhalb des Fluidisierbehältersangeordnete oder in diese integrierte Abtrennungsvorrichtung (beispielsweiseeine Trennwand) auf, welche den Fluidisierbehälter in mindestens zwei Segmenteso unterteilt, dass beide Segmente unabhängig und unbeeinflusst voneinander separatmit Fluidisierluft versorgbar sind. Hierbei weist bevorzugt jedesder Segmente eine eigene Luftzufuhr auf. Vorteilhafterweise weistdie Abtrennungsvorrichtung Öffnungenzum Füllstandsausgleichdes Beschichtungspulvers zwischen den einzelnen Segmenten auf. Ineiner vorteilhaften Variante ist die Füllstandsmessvorrichtung (beispielsweisedie Ultraschallsonde) im Bereich eines ersten durch die Abtrennungsvorrichtunggenerierten Segments an dem Fluidisierbehälter angeordnet oder in diesenintegriert, die Drahtelektroden sind innerhalb des zweiten Segmentsangeordnet und die Zudosiervorrichtung mündet im Bereich des zweitenSegments ein. Vorteilhafterweise weist der Fluidisierboden bzw. dessenTeil innerhalb des ersten Segments eine geringere Porenweite aufals innerhalb des zweiten Segments. Die Porenweite innerhalb desersten Segments beträgtin diesem Fall bevorzugt zwischen 2 und 20 μm, insbesondere zwischen 5 und15 μm, die Porenweiteim Bereich des zweiten Segments bevorzugt zwischen 20 und 70 μm, insbesonderezwischen 25 und 50 μm.
[0025] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtungist der Fluidisierbehälterin mindestens zwei Segmente unterteilt, wobei die mindestens zweiSegmente bzw. deren Volumina so voneinander getrennt bzw. gegeneinanderabgeschlossen sind, dass im Volumen des einen Segments Beschichtungspulverunbeeinflusst vom anderen Segment, dessen Volumen oder von in dessenVolumen eingebrachtem Beschichtungspulver fluidisierbar ist. DerAbschluss bzw. die Abtrennung der mindestens zwei Segmente erfolgt hierbeivorteilhafterweise mit Hilfe von im Fluidisierbehälter angeordnetenZwischenwänden.In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform sind diese Zwischenwände so angeordnetoder ausgeformt, dass durch eine gedachte, zum Fluidisierboden imWesentlichen senkrechte Ebene mindestens eines der Segmente in mindestensdrei getrennte Subvolumina unterteilbar ist. Besonders bevorzugtweisen die Zwischenwändein einer im Wesentlichen parallel zum Fluidisierboden liegendenSchnittebene eine im wesentlichen M-förmige, wellenförmige, sägezahnförmige odermäanderförmige Gestaltauf. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante sindhierbei zwei Zwischenwändein konstantem Abstand zueinander angeordnet. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariantesind mindestens zwei Zwischenwändeim wesentlichen parallel zueinander so angeordnet, dass durch dieseZwischenwändeder Fluidisierbehälterin einer zum Fluidisierboden im wesentlichen parallelen Richtungin mindestens drei hintereinander liegende, bezüglich des Beschichtungsstoffsgegeneinander abgetrennte Segmente unterteilt ist. Bevorzugt sinddie Drahtelektroden der einzelnen Segmente unabhängig voneinander ansteuerbarbzw. mit Hochspannung belegbar. Die einzelnen Segmente können auchseparate Zu dosiervorrichtungen, wie sie bereits beschrieben wurden, aufweisen.
[0026] Dievorstehend beschriebene erfindungsgemäße elektrostatisch Fluidisierungsvorrichtung zeichnetsich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus: • Mit derErfindung könnenPulverschichten definierter Dicke mit einer bisher nichtmöglichenKonstanz auch bei hohen Prozessgeschwindigkeiten vorzugsweise aufSubstrate mit gleichmäßiger Oberflächengeometrieund Kleinteile aufgebracht werden. Durch die erhebliche Verbesserungder bisher marktüblichenelektrostatischen Fluidisierbehälterhinsichtlich der Prozesssicherheit kann die Anwendung dieser Technikzukünftigerheblich erweitert werden. • Durchdie dünnenDrahtelektroden verringert sich deren Kapazität, wodurch eine deutlich reduzierteBauhöhe(beispielsweise etwa 100 mm) des Fluidisierbehälters möglich wird. Durch diese verringerteBauhöhekann der Abstand Elektrode-Transferbandeiner Beschichtungsvorrichtung soweit reduziert werden (beispielsweiseauf etwa 100 mm), dass ein direkter Übertrag des elektrostatischaufgeladenen Pulvers vom Transferband zum Substrat möglich ist,ohne dass hierzu weitere Übertragungselemente(Walzen oder ähnliches)verwendet werden müssen. • Beider erfindungsgemäßen Übertragungdes Pulvers auf das Substrat treten die bei den elektrostatischenPulverbeschichtungsverfahren nach dem Stand der Technik üblichenSchichtdickenschwankungen und Partikelgrößenseparierungen nicht auf.Die zu übertragendePulvermenge kann in einem weiten Bereich reproduzierbar gesteuert werden,so dass konstante Schichtdicken sowohl bei geringen als auch beihohen Fördergeschwindigkeitendes Substrats bis zu ca. 3 m/s erzeugt werden können. Insbesondere können auchsehr dünneSchichten bis herab zu wenigen μmDicke reproduzierbar erzeugt werden. • DerFluidisierbehälterkann einerseits zur herkömmlichenStückgutbeschichtunginsbesondere von Kleinteilen verwendet werden. Die Werkstücke können dabeiin das Fluid eingetaucht werden, bevorzugt werden sie über dieFluidisierwolke gefahren, da sich dabei die visuelle Beschichtungsqualität verbessert,die applizierte Pulvermenge pro Zeiteinheit ist aber geringfügig reduziert.Andererseits kann der Fluidisierbehälter als Beladestation für ein aus DE 101 630 25 A1 bekanntesTransfer-Applikationsverfahren verwendet werden. • DasVerfahren eignet sich fürniedrige und hohe Durchlaufgeschwindigkeiten des zu beschichtendenSubstrates im Bereich bis zu ca. 3 m/s. Darüberhinaus ist das Verfahrenaufgrund der Dosiergenauigkeit durch überwiegend elektrostatische Kräfte beider Applikation des Pulvers auf dem Substrat auch für Anwendungengeeignet, bei denen nur eine geringe Pulvermenge bzw. eine dünne Pulverschichtappliziert wird: • diePulverbeschichtung von Dämmplatten, • das elektrostatischunterstützteApplizieren von Schleifkorn auf Papier und Kunststofffolie, • die Lötpulverapplikationauf Strangpressmaterialien, • die Klarpulverbeschichtungvon Tapeten sowie • Bepuderungseinrichtungenz.B. fürelektrische Kabel oder im Lebensmittelbereich.
[0027] Erfindungsgemäße elektrostatischeFluidisierungsvorrichtungen könnenwie in einem der nachfolgenden Beispiele beschrieben ausgeführt seinoder verwendet werden. In den den verschiedenen Beispielen zugehörigen Figurenwerden fürdieselben bzw. fürsich entsprechende Bau- oder Bestandteile der Fluidisierungsvorrichtungenidentische Bezugszeichen verwendet.
[0028] Eszeigt 1 ein elektrostatisches Wirbelbadverfahren nachdem Stand der Technik.
[0029] Eszeigt 2 die Basiskonfiguration einer erfindungsgemäßen elektrostatischenFluidisierungsvorrichtung.
[0030] Eszeigt 3 eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtungmit Drahtelektroden zwischen zwei Sinterböden sowie mit einer Schabloneals elektrostatischer Hinterlegung.
[0031] Eszeigt 4 eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtungsamt einer Förderanlagezum Eintauchen eines Werkstücks.
[0032] Eszeigt 5 die Leistungsbegrenzung bei einer elektrostatischenFluidisierungsvorrichtung mittels Vorschaltwiderständen.
[0033] Eszeigt 6 Drahtelektroden bei einer elektrostatischenFluidisierungsvorrichtung, welche teilweise frei im Fluid bewegbarsind.
[0034] Eszeigt 7 eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtungmit einer Wechselspannungselektrode.
[0035] Eszeigt 8 die Unterteilung eines Fluidisierbehälters inmehrere Segmente zur Erzielung mehrfarbiger Designs bei der Beschichtung.
[0036] Eszeigt 9 ein erstes Dosiersystem.
[0037] Eszeigt 10 ein zweites Dosiersystem.
[0038] Eszeigt 11 den Einsatz einer erfindungsgemäßen elektrostatischenFluidisierungsvorrichtung im Rahmen eines Transfer-Applikationsverfahrens.
[0039] Eszeigt 12 eine weitere Einsatzmöglichkeiteiner erfindungsgemäßen Fluidisierungsvorrichtung.
[0040] 1 zeigteine Fluidisierungsvorrichtung nach dem Stand der Technik. Dieseweist einen Fluidisierbehälter 1 (mitb₁ = 250 mm) mit Seitenwänden 1a und Boden 1b auf.Oberhalb des Bodens mündet eineFluidisierluftzuführung 4 inden Behälter 1.Oberhalb der Luftzufuhr 4 ist im Behälter 1 eine Elektrode A(ein Drahtgeflecht) angeordnet. Am oberen Ende des Fluidisierbehälters istim Fluidisierbehälter 1 ein Fluidisierboden 2 angeordnet.Oberhalb dessen befindet sich im Fluidisierbehälter 1 ein Volumen 5 zur Aufnahmevon fluidisiertem bzw. zu fluidisierendem Pulver 5a. Oberhalbder Elektrode A des Fluidisierbodens 2 sowie des Fluidisierbehälters 1 befindensich Luftionen (-). Im Bereich 6 (oberhalb des Volumens 5) istmit durch die Luftionen aufgeladenen Beschichtungsstoffpartikeln 7 einWerkstück 8,welches über dieFluidisiervorrichtung 1 gefahren werden kann (horizontalerPfeil) beschichtbar. Durch die Luftzufuhr 4 wird dem Fluidisierbehälter 1 Fluidisierluftzugeführt.Diese wird mit Hilfe der Elektrode A zumindest teilweise ionisiert.Die Elektrode A bzw. das Drahtgeflecht erzeugt also Luftionen zurAufladung der Pulverpartikel. Die Luft bzw. die entsprechenden Ionen trittmit einer Luftgeschwindigkeit von etwa 0,01 m/s und unter einemLuftdruck von mehreren bar durch die Poren des Fluidisierbodens 2 indas Volumen 5 oberhalb des Fluidisierbodens 2 hindurch.In diesem Volumen 5 befindet sich ein (durch die Luftzufuhrfluidisiertes) Beschichtungspulver 5a, welches durch dieLuftionen zumindest teilweise aufgeladen wird. Der Fluidisierboden 2 bestehtaus Polyethylen-Sintermaterial. Durch das Einströmen der Luftionen in das fluidisiertePulver 5a bildet sich oberhalb des Volumens 5 bzw.oberhalb des Fluidisierbehälters 1 im Beschichtungsbereich 6 eineFluidisierwolke, d.h. eine Wolke aus aufgeladenen Partikeln 7 undLuftionen 7. Durch diese Fluidisierwolke wird das Substrat bzw.das Werkstück 8 beschichtet.Zur Beschichtung bzw. währendder Beschichtung wird das Werkstück 8 über dieFluidisierwolke bzw. überden Fluidisierbehälter 1 gefahren.
[0041] 2 zeigtdie Basiskonfiguration einer erfindungsgemäßen Fluidisierungsvorrichtungin Seitenansicht (d. h. in einer Blickrichtung in der Ebene desFluidisierbodens 2). Die 1 entsprechenden Bauteiletragen dieselben Bezugszeichen. Der Fluidisierbehälter 1 (Seitenwände 1a,Boden 1b) weist in seinem Inneren einen Glassinterboden 2 alsFluidisierboden auf. Unterhalb des Fluidisierbodens wird Fluidisierluft über dieLuftzufuhr 4 zugeführt.Die Bauhöhedes Fluidisierbehälter 1 beträgt im Gegensatz zudem in 1 gezeigten Behälter lediglich b₂ =100 mm. Wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Fluidisierbehälters 1 ist,dass unmittelbar oberhalb des Fluidisierbodens 2 dünne Drahtelektroden 3 mit einemDurchmesser < 0,1mm (hier: 60 μm)angeordnet sind.
[0042] Dieseverlaufen in Längsrichtungparallel zum Boden 2 und in die Zeichenebene hinein, so dasssie als Punkte dargestellt sind. Die Drahtelektroden 3 weiseneine strombegrenzte Hochspannungsversorgung (siehe 5)auf und werden mit Hochspannungen > etwa6 kV, bevorzugt zwischen 10 und 30 kV versorgt. Im Volumen 5 desFluidisierbehälters 1 oberhalbdes Fluidisierbodens 2 befindet sich zu fluidisierendesBeschichtungspulver 5a. Die Füllmenge des Beschichtungspulvers 5a imFluidisierbehälterist hierbei möglichstgering. Die durch die Luftzufuhr 4 zugeführte Lufttritt durch die Poren des Glassinterbodens 2 und wird durchdie hohen Feldstärkenan den Drahtelektroden 3 zumindest teilweise ionisiert.Durch die Luftzufuhr wird das Beschichtungspulver 5a fluidisiert,durch die ionisierten Luftanteile wird das Beschichtungspulver 5a zumindestteilweise elektrostatisch aufgeladen. Hierdurch bildet sich eineFluidisierwolke innerhalb des Bereichs 6 oberhalb des Volumens 5,in der sich aufgeladene Beschichtungsstoffpartikel 7 undLuftionen 7 befinden. Das Werkstück 8 (geerdet) wird über die Fluidisierwolkeim Bereich 6 gefahren und hierdurch beschichtet.
[0043] Derelektrostatische Fluidisierbehälter 1 ist auselektrisch isolierendem Material (Kunststoff, bevorzugt POM oderpolyimidbasierende Materialien, Glas, keramische Materialien) aufgebaut.Insbesondere polyimidbasierende Materialien, Glas und Keramiken ändern sichhinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften nicht bei Korona-Entladungender Drahtelektroden 3.
[0044] DieMinimierung der gespeicherten elektrischen Energie beim elektrostatischenFluidisierbehälter 1 kannzum einen durch die Reduzierung der Korona-Einsatzspannung, alsoder Spannung, ab der mit den Draht elektroden 3 eine Korona-Entladung undsomit eine Luftionisation möglichist (bisher ca. 70 kV), zum anderen durch die Verringerung der Kapazität der Elektroden 3 erfolgen.Peek beschreibt die Zusammenhängebei der Korona-Einsatzspannung (U_C0) mitder Gleichung: U_C0 =3·10⁶·r·f·s·(1 + 0,3·(s·10^–2/r)⁰⁵)·ln(S/r)[V] f = Rauheitsfaktor derElektrode (0,5 < f < 1) s = relative Dichteder Luft, s≅1 r = Elektrodenradius[m] S = Abstand Koronaelektrode – geerdeteGegenelektrode [m]
[0045] Beimdargestellten Fluidisierbehälterkonzept wirddie Korona-Einsatzspannung durch die Wahl sehr kleiner Drahtelektrodendurchmesserr (60–100 μm) erheblichreduziert. Währendbeim Stand der Technik ca. 70 kV Hochspannung üblich sind, ist die Korona-Einsatzspannungdieser Elektroden 3 etwa 6 kV, typische Arbeitsbereicheliegen bei ca. 15–30kV. Durch die dünnereElektrode 3 im Vergleich zum Stand der Technik verringert sich auchdie Kapazität derElektroden 3 bzw. der Anordnung, wodurch der Abstand Elektrodezu Transferband (nicht gezeigt) und damit die Bauhöhe auf ca.100 mm reduziert werden kann (Zündenergie < 100 mJ, bei bisherigen Konzeptenca. 300 mJ). Da die durch geladene Partikel entstehende Raumladungdie Korona-Einsatzspannung erhöht,kann durch die Minimierung des Abstands Elektrode 3 zuWerkstück 8 undder Füllhöhe des Pulvers 5a imFluidisierbehälter 1 dieKorona-Einsatzspannung reduziert werden. Die von Wu dafür bei Sprühpistolenangewandte Funktion kann in erster Näherung auch für die Abschätzung desEinflusses der Raumladungseffekte beim Fluidisierungsbehälter herangezogenwerden: U_C = U_C0 + U_ρP[V] U_ρP = φL²/4ε₀[V] U_C0 = Korona-Einsatzspannungohne Raumladung (nach Peek) [V] U_ρP = Spannung durch Raumladungseinflussaufgeladener Pulverpartikel [V] L = Länge desBereiches, indem sich die Raumladung befindet [m] ρ = Raumladungsdichte[C/m³] ε₀ = elektrische Feldkonstante/Permittivität des Vakuums(8,86·10^–12)[As/Vm]
[0046] Beieiner Fluidisierungsbodenflächevon 1 m² und einer typischen Übertragungsratevon ca. 100 g Pulver/s und einer Partikelgeschwindigkeit von ca. 1m/s sowie bei einer pulverlacktypischen Aufladung von 1 μC/g führt dieszu einer Raumladungsdichte von 10^–4 C/m³.
[0047] ImFalle eines elektrostatischen Fluidisierbehälters kommen zusätzlich zuden Raumladungen durch Partikel noch Raumladungen durch die Aufladungdes Fluidisierbodens hinzu, die berücksichtigt werden müssen. Jenach Porenweite der Sinterbödenhaben diese eine Oberflächevon bis ca. 50.000 m²/m³.Durch Messung von Flächenladungsdichten anPolyethylenfolie mittels einer Feldmühle (ca. 0,4 μC/m²) kann die Raumladungsdichte beim Polyethylensinterbodenbeim elektrostatischen Wirbelbad nach dem Stand der Technik aufca. 0,02 C/M³ abgeschätzt werden. Die Korona-Einsatzspannungfür elektrostatischeFluidisierbehältersetzt sich daher wie folgt zusammen: U_C = U_C0 + U_ρP +(U_P) + U_B U_C0 = Korona-Einsatzspannungohne Raumladung (nach Peek) [V] U_ρP = Spannung durch denRaumladungseinfluss aufgeladener Pulverpartikel [V] U_P = Spannung durch dieapplizierte Lackschicht (vernachlässigbar gering) [V] U_B = Spannung durch denaufgeladenen Sinterboden [V]
[0048] BeiU_C0 = 6 kV und einer einer Fluidisierbodendickevon 10 mm bedeutet das beim gegenwärtigen Stand der Technik. U_c = 6000 + (10^–4·0,05²)/(8,86·10^–12)+ (0,02·0,01²)/(8,86·10^–12)= 6000 + 7000 + 56000 = 69 kV
[0049] Trotzhoher Übertragungsraten/Zeiteinheitist der Einfluss der Raumladungsdichte auf die Korona-Einsatzspannungrelativ gering, da in der Regel mit geringen Sprühabständen (L) gearbeitet wird (ca. 7kV, s.o.). Durch den Fluidisierboden wird sie jedoch beim Standder Technik zusätzlichum über50 kV erhöht(s.o.). Duch chemische Veränderungdes Kunststoffs des Bodens sowie durch die Einwirkung der Koronaentladungkann dieser Raumladungseffekt erheblich schwanken (geschätzt ca.+/- 20 %). Dies führtzu erheblichen Prozessunsicherheiten durch unkontrollierbare Änderungder örtlichenFeldstärken.Derartige Störeffektewerden mit dem erfindungsgemäßen elektrostatischenFluidisierbehälter 1 dadurchminimiert, dass die Elektroden 3 sich oberhalb des Sinterbodens 2 befindenund sich der Sinterboden 2 kaum noch elektrostatisch auflädt. Bevorzugwird an den Drahtelektroden 3 mit unipolar negativer Aufladunggearbeitet, es kann prinzipiell auch positive Hochspannung eingesetztwerden.
[0050] AlsFluidisierböden 2 kommenzusätzlich zumtypischen Standard-Polyethylen-Sinterboden mit einer Porenweitevon 10 μmbis zu einer Porenweite von ca. 50 μm anorganische bzw. keramische Sinterböden oderGlassinterbödenzum Einsatz. Glassinterbödenverändernsich durch Korona-Entladungen nicht mehr, Raumladungsdichten pendeln_ sich nach kurzer Einschaltzeit auf definierte Werte ein und führen zueinem definierten elektrischen Feld. Dadurch wird die Prozesssicherheitder elektrostatischen Applikation erheblich erhöht.
[0051] Beidem erfindungsgemäßen Fluidisierbehälter 1 wirddurch eine dichte Anordnung der einzelnen Drahtelektroden (diesesind unmittelbar oberhalb des Fluidisierbodens 2 und bezüglich ihrerLängsachseparallel zu der Fluidisierbodenebene und parallel zueinander imAbstand von etwa 10 bis 30 mm angeordnet) im Bereich des Pulvertransfersein nahezu homogenes elektrisches Feld ähnlich wie beim Plattenkondensator(E = U/S) erzeugt. Bei einer angelegten Hochspannung von 25 kV wirdbei 50 mm Abstand (S) eine homogene Feldstärke von etwa 0,45 kV pro mmmittels einer Feldmühlegemessen. Dies entspricht etwa 90 % des Wertes der beim Platte/Platte-Modell erreicht wird.Die einzelnen Elektroden 3 dürfen jedoch auch nicht zu dichtaufeinander liegen, da es dann nicht mehr zu einer Korona-Entladungkommen kann (fehlende Feldspitzen).
[0052] 3a zeigteine erfindungsgemäße Fluidisiervorrichtung,die aufgebaut ist wie die in 2 gezeigte.Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Anordnung befindetsich jedoch oberhalb des Fluidisierbodens (hier 2b) undder Drahtelektroden 3 ein zweiter dünner Fluidisierboden 2a.Die Drahtelektroden 3 sind zwischen den zwei Fluidisierböden 2a und 2b verlegt.Der obere Fluidisierboden 2a ist nur etwa 2 bis 5 mm dick(ein Fluidisierboden nach dem Stand der Technik ist normalerwei seetwa 1 cm dick, diese Dicke weist auch der Boden 2b auf).Durch diese Anordnung erfolgt eine nur geringe Aufladung des oberenSinterbodens 2a bzw. durch den oberen Sinterboden 2a kommtes nur zu minimalen Raumladungseffekten oberhalb der Elektroden 3,so dass das elektrische Feld und die Einsatzspannung (Korona-Einsatzspannung)nur geringfügigbeeinflusst werden. Der Vorteil dieser Ausgestaltungsform liegtin der geringeren Empfindlichkeit des Fluidisierbehälters 1 bei derReinigung und beim Farbwechsel, da freiliegende dünne Elektrodendrähte 3 vonwie hier 80 μm Durchmessersehr empfindlich gegen mechanische Beschädigungen sind. Bevorzugt wirdauch hier mit unipolar negativer Aufladung der Elektroden 3 gearbeitet,es kann prinzipiell auch positive Hochspannung eingesetzt werden.Oberhalb des geerdeten Werkstücks 8 istbei der vorliegenden Ausgestaltungsform eine geerdete Hinterlegung 10 inForm einer metallenen Platte angeordnet. Die geerdete Hinterlegung 10 istinsbesondere bei elektrisch gering leitfähigem, flächigem Werkstück 8 bzw.Substrat notwendig. Eine solche geerdete Hinterlegung 10 verbessertbzw. ermöglichtgegebenenfalls erst die elektrostatische Applikation. Im vorliegendenFall weist die Hinterlegung 10 ein Muster auf bzw. istals Schablone ausgeführt(siehe 3b), d.h. mit der Hinterlegungkönnenspezielle Designs 10a bzw. 10b verwirklicht werden.Beim Applizieren solcher einfacher Bilder, beispielsweise auf Glasoder Kunststoffplatten, wird der Prozess üblicherweise getaktet gefahren:Dabei hältder Förderer(nicht gezeigt) an, wenn das Werkstück 8 (oder der zubeschichtende Bereich 8 bei Endlosmaterialien) sich oberhalbdes Fluidisierbehälters(1) befindet und erst dann wird die Hochspannung eingeschaltet.Die Hochspannung wird dann vor dem Weiterfahren wieder abgeschaltet.
[0053] 4 zeigtin Seitenansicht eine weitere Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Fluidisierungsvorrichtung.Die Blickrichtung (nach wie vor in eine Richtung in der Fluidisierbodenebene)ist hier um 90° zuder in den 2 und 3 gezeigtenBlickrichtung gedreht. Die dünnenDrahtelektroden 3 bzw. in 4 derenTeil, der unmittelbar oberhalb des Fluidisierbodens 2 angeordnetist, erscheinen hier also nicht als Punkt, sondern als dünner Strich,da senkrecht auf die Drahtelektrodenlängsachse geblickt wird. Imvorliegenden Beispiel sind die Drahtelektroden 3 so beidseitsverlängertworden, dass ein Teil 3d der Drahtelektroden 3 entlangder linken und rechten Seitenwand 1a des Fluidisierbehälters 1 geführt wird. Somitsind im vorliegenden Fall auch die Seitenwände 1a oberhalb desFluidisierbodens 2 mit Elektrodenteilen 3d belegt.Weiterhin gezeigt ist eine Förderanlagebzw. ein Förderer 16,mit der bzw. dem das Substrat bzw. Werkstück (geerdet) 8 in den Fluidisierbehälter 1 bzw.das Volumen 5 des Fluidisierbehälters 1 oberhalb desFluidisierbodens 2 eingetaucht werden kann. Das Fluidisierbehältervolumen 5 istim vorliegenden Fall größer alsbei den in 2 und 3 dargestelltenBeispielen, so dass nicht nur flächige, sondernauch echt dreidimensionale Substrate 8 eingetaucht werdenkönnen.Die Wandungen 1a des Fluidisierbehälters sind hier zusätzlich innenmit Elektroden 3 ausgestattet, um keine Überbeschichtungdes Werkstücks 8 ander Unterseite zu erhalten, d.h. um eine gleichmäßige Beschichtung von allen Seitensicherzustellen. Das vergrößerte Volumen 5 istim vorliegenden Fall komplett mit Beschichtungspulver 5a ausgefüllt.
[0054] 5 zeigtin Aufsicht (von oben bzw. in einer Blickrichtung senkrecht zurFluidisierbodenebene) die Strom- bzw. Leistungsbegrenzung der einzelnenDrahtelektroden 3, wie sie in den in den 2 bis 4 ge zeigtenFluidisiervorrichtungen verwendet wird. Jeder einzelnen Drahtelektrode 3 istjeweils ein Hochspannungswiderstand 3a (im MΩ- bis TΩ-Bereich)zur Strom- und Leistungsbegrenzung vorgeschaltet. Die Hochspannungsversorgungerfolgt überden Hochspannungserzeuger 17. Die verwendeten Drahtelektroden 3 unddie verwendeten Hochspannungen entsprechen denjenigen der 2 bis 4.Zur Vermeidung von Zündgefahrenwerden die Drahtelektroden 3 also jeweils einzeln durch dieVorschaltung der Hochspannungswiderstände 3a strom- unddamit leistungsbegrenzt. Im Beispiel werden bei einer angelegtenHochspannung von 20 kV Hochspannungswiderstände von 1 GΩ vorgeschaltet. Damit ergibtsich: I = U/R = 20 μA;P = 20 μA·20 kV= 0,4 W maximale Leistung. Im Gegensatz zur Leistungsbegrenzungder gesamten Elektrodenmimik könnenbei der gezeigten Leistungsbegrenzung jeder einzelnen Elektrode 3 keine örtlich höheren Zündleistungenmehr entstehen. Anstelle der Beschaltung mit Hochspannungswiderständen 3a können auchhalbleitende Drahtelektroden 3 (beispielsweise aus keramischenFasern oder Glasfasern) eingesetzt werden. Die in 6 gezeigteerfindungsgemäße Fluidisierungsvorrichtungist aufgebaut wie diejenige in 4. Anstelleder sich teilweise entlang der Wandung 1a und teilweiseentlang des Fluidisierbodens 2 erstreckenden, über ihregesamte Länge ander Wand 1a oder dem Boden 2 befestigten Drahtelektroden 3 werdenjedoch Drahtelektroden 3 verwendet (erneut mit einem Durchmesser < 0,1 mm, hier 40 μm), welchenur teilweise an der Wandung 1a bzw. am Sinterboden 2 befestigtsind, so dass sie zumindest teilweise frei im Fluid 5a bewegbarsind. Am frei beweglichen Ende sind die Drahtelektroden 3 jeweilsmit einer isolierenden Kappe 3b versehen. Die Hochspannungsversorgungerfolgt leistungsbegrenzt, wie in 5 sowiein den 2 bis 4 gezeigt (Hoch spannung wiedort größer etwa6 kV, bevorzugt zwischen 10 und 30 kV). Im vorliegenden Fall isteine größere Anzahlder hochspannungsführendenDrahtelektroden 3 also nur an einem Ende am Behälterrand 1a bzw.Fluidisierboden 2 befestigt. Das andere Ende der Elektroden 3 bewegtsich frei im Fluid 5a. Bei Einschalten der Hochspannungorientieren sich die Elektrodendrähte 3 bzw. deren freie Endenin Richtung des Werkstücks 8 (hiereingetaucht mit Hilfe der Förderanlage 16).Um Kurzschlüssezu vermeiden, werden entweder halbleitende Drahtelektroden 3 verwendetoder die Drähtewerden wie im Beispiel gezeigt, am Ende 3b mit einer isolierendenBeschichtung bzw. einer elektrisch isolierenden Kunststoffkappe 3b versehen.Durch das mit dieser Konfiguration mögliche „Umschlingen" des Werkstücks 8 durchdie Koronadrähte 3 wirdauch bei komplizierten Werkstückgeometrieneine homogene Verteilung der durch die Koronadrähte 3 erzeugten Feldkräfte erzielt.Die freien Enden der Elektroden 3 zieht es durch die Erdungdes Werkstücks 8 zum Werkstück 8.
[0055] In 7 ist eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtunggezeigt, die wie diejenige in 2 gezeigteaufgebaut ist und betrieben wird. (auch: selbe Blickrichtung, Seitenansicht).Zusätzlichzur der in 2 gezeigten Basiskonfigurationweist die gezeigte Konfiguration oberhalb des Volumens 5 bzw.des Fluidisierbehälters 1 Wechselspannungselektroden 9 inForm von Spiralfedern auf. Diese Wechselspannungselektroden 9 können miteiner Wechselspannung im kHz-Bereich oder mit einer 50 Hz-Wechselspannungversehen sein bzw. an eine solche angeschlossen werden. 7A zeigtdie Seitenansicht der beschriebenen Konfiguration. 7B zeigtdie beschriebene Konfiguration in Aufsicht. Die Drahtelektrodensind wie bereits beschrieben, leistungsbegrenzt. In der beschriebenenVariante wird die Gleich spannung somit mit einer Wechselspannung bzw.mit einer pulsierenden Gleichspannung überlagert. Die Wechselspannungselektroden 9 befinden sichdabei oberhalb des Fluids 5a bzw. oberhalb des Volumens 5 desFluidisierbehälters 1.Im vorliegenden Fall befinden sie sich 50 mm oberhalb der unipolarnegativ aufgeladenen Drahtelektroden 3. Als Wechselspannungselektroden 9 werdenim vorliegenden Fall Spiralfedern verwendet, es können jedochauch analog zu den Elektroden 3 aufgebaute dünne Drähte verwendetwerden. Durch die durch die Wechselspannungselektroden 9 erzeugtenpulsierenden FeldkräftekönnenBeschichtungspartikel 7 größere Distanzen zurücklegenund der Abstand der Elektroden 3 zum Werkstück 8 kannvergrößert werden.Zum Einsatz kommt im vorliegenden Fall ein kostengünstigerWechselspannungserzeuger, der die unipolare Hochspannung der Drahtelektrode 3 mit50 Hz Wechselspannung (Steckdosen-Wechselspannung) überlagert. Anstelle des kostengünstigen Wechselspannungserzeugersim 50 Hz-Bereich gibt es jedoch auch die Möglichkeit des Einsatzes eines Erzeugersim kHz-Bereich (diese Variante ist teurer, bei höheren Fördergeschwindigkeiten, beispielsweisevon > 0,5 m/s, kannhöherfrequenteWechselspannung Vorteile hinsichtlich der Homogenität der Abscheidungbringen).
[0056] 8 zeigt den Fluidisierbehälter 1 einererfindungsgemäßen Fluidisiervorrichtung,welcher für mehrfarbigeDesigns ausgestaltet ist. Die 8A bis 8C zeigenhierbei jeweils die Aufsicht unterschiedlicher Ausgestaltungsvarianten.Variante 1 (8A) ist eine Ausgestaltungsvariante,bei der der Fluidisierbehälter 1 durchzwei im Wesentlichen senkrecht zur Fluidisierbodenebene im Behälter 1 angeordneteZwischenwände 12a und 12b ininsgesamt drei Segmente (A bis C bzw. 11a bis 11c)unterteilt ist. Überdie Pulverzudosierungen 13a bis 13c können unterschiedlichfarbigen Beschich tungspulver in die verschiedenen Segmente 11a bis 11c bzw. Abis C eingefülltwerden. In Aufsicht gesehen verlaufen die beiden Wände 12a und 12b parallelvoneinander und mit konstantem Abstand zueinander mäanderförmig bzw.doppel-M-förmigso, dass durch ihre Anordnung drei Farbbereiche so entstehen, dassein von links nach rechts überden Fluidisierbehälter 1 geführtes Werkstück 8 jedenFarbbereich mehrfach passiert. 8B zeigteine entsprechende zweifarbige Variante, in der durch eine Zwischenwand 12a der Fluidisierbehälter 1 soin zwei Segmente 11a und 11b eingeteilt wird,dass beim Darüberfahrendas Werkstück 8 (Überführrichtungvon links nach rechts) jedes Segment bzw. einen entsprechenden Teilbereich davonmehrfach passiert. Die Wand 12a verläuft mäanderförmig bzw. wellenförmig so,dass durch eine auf der Längsachsedes Behälters(in der Zeichenebene: Achse in Richtung der Horizontalen, welche denBehälter 1 inzwei gleichgroßeFlächenteileteilt) errichtete, gerade Zwischenwand jedes der Segmente 11a und 11b inmehrere Subsegmente (beispielsweise 11aI, 11aII, 11aIII)unterteilt werden würde.In der in 8c gezeigten, für fünf Farbenausgelegten Variante werden vier Zwischenwände 12a bis 12d im Fluidisierbehälter 1 soeingezogen, dass fünfim Wesentlichen quaderförmigeund in einer Reihe angeordnete Segmente 11a bis 11e entstehen.Beim Überfahrendes Behälters 1 passiertdas Werkstück 8 danndie einzelnen Segmente 11a bis 11e nacheinanderund kann so nacheinander mit verschiednen Farben beschichtet werden.Mit den in den 8a bis 8c dargestelltenVarianten könnenFarbwechsel vermieden werden oder auch spezielle Designs ermöglicht werden.Die einzelnen Segmente des Fluidisierbehälters 1 werden hierzumit unterschiedlichen Farbtönenbefüllt(beispielsweise schwarz, weiß,rot, blau und gelb). Damit kann durch Farbmischungen jeder Farbtonrealisiert werden, indem die einzelnen Segmente 11 un abhängig voneinanderaktiv (Hochspannung an den Segmentelektroden eingeschaltet) geschaltetwerden. Die Elektroden 3 der einzelnen Segmente 11 sindsomit unabhängigvoneinander ansteuerbar. Die Hochspannung kann so variiert werden,dass jeder beliebige Mischfarbton realisiert werden kann. Beispiel:Es wird ein Segment 11a mit einem gelben und ein Segment 11b miteinem roten Pulver befüllt.Nur diese beiden Segmente sind aktiv, d. h. an sie wird eine Hochspannung angelegt.Werden beispielsweise am Gelb-Segment 20 kV und am Rot-Segment 10 kV angelegt,so wird ein Gelb-Orange erzeugt. Umgekehrt wird bei 20 kV am Rot-Segmentund bei 10 kV am Gelb-Segment ein Rot-Orange erzeugt. Da die Mischfarbtöne am bestendurchmischt werden, wenn die einzelnen Farben mehrfach im Wechselgefahren werden, sind Konstruktionen mit mäanderförmigen, wellenförmigen oderM-förmigenWandanordnungen 12 vorteilhaft (siehe 8a und 8b).Die einzelnen Segmente des Fluidisierbehälters 1 können dabeiseparate Pulverzudosierungsvorrichtungen 13 aufweisen (diesesind vorteilhafterweise seitlich vorgesehen). Durch die mäanderförmige, M-förmige oderwellenförmigeGestaltung der Segmente 11 bzw. der Wände 12 muss jedemSegment nur eine Dosiervorrichtung 13 zugeordnet werden,da jeder Bereich des Segments durch sie befüllt werden kann. Für drei Farbtöne reichendrei Dosiereinheiten 13a–c, für zwei Farbtöne alsozwei Dosiereinheiten. Bei mehr als drei Farbtönen werden bevorzugt mehrereBlöcke vonSegmenten oder mehrere Fluidisierbehälter 1 (ein solcherBlock bzw. ein solcher Behälterist in 8c dargestellt) hintereinandergeschaltet. Jeder Block bzw. Behälterwird dann jeweils mit fünfDosiereinheiten gespeist.
[0057] 9 zeigt ein Dosiersystem mit einer erfindungsgemäßen elektrostatischenFluidisierungsvorrichtung.
[0058] 9a zeigthierbei eine Seitenansicht in einer ersten Richtung in der Ebenedes Fluidisierbodens 2 (Drahtelektroden 4 in Längsachsrichtung sichtbarund somit als Punkte gezeichnet). 9b zeigtdie Frontansicht, d. h. die Ansicht in einer Richtung in der Ebenedes Fluidisierbodens senkrecht zur in 9a gezeigtenBlickrichtung. 9c zeigt die Draufsicht in Richtungsenkrecht zu den in 9a und 9b gezeigtenBlickrichtungen. Wie in 9a gezeigtist, sind die Drahtelektroden 3 oberhalb des Fluidisierbodens 2 imFluidisierbehälter 1 angeordnet,nicht jedoch in einem Bereich, in dem eine Zufuhreinheit 13b zurZuführungvon fluidisiertem Beschichtungspulver 5a in den Fluidisierbehälter 1 einmündet. DieZufuhreinheit 13b weist eine Schlauchquetschpumpe zur Pulverdosierung(Stellgröße) auf, welchedie Zufuhr von Beschichtungspulver 5a aus einem in Bezugauf den Behälter 1 höherliegenden Vorratsbehälter 13a (ebenfallsein Fluidisierbehälter miteinem Fluidisierboden B) erlaubt. Das Beschichtungspulver 5a verlässt hierzuden Vorratsbehälter 13a durcheine Ausrieselöffnung 13c undwird über diepneumatisch gesteuerte Schlauchquetschpumpe der Zufuhreinheit 13b demFluidisierbehälter 1 zugeführt. DasSystem weist darüberhinaus eine Ultraschallmesssonde 14 zur Füllstandsmessungauf (Regelgröße). Dieseist so am Fluidisierbehälter 1 angeordnet,dass die Füllstandsmessungim nicht mit Drahtelektroden 3 versehenen Bereich bzw.im Einmündungsbereichder Zuführeinheit 13b erfolgt.Wie die Frontansicht der 9b sowiedie Draufsicht in 9c zeigen, sind in dem nichtmit Drahtelektroden ausgestatteten Bereich des Fluidisierbehälters 1 durchzwei Zwischenwändebzw. Strömungsbrechvorrichtungen 16a und 16b dreiTeilbereiche abgeteilt. Im (in 9b) linkenTeilbereich mündeteine erste Zuführeinheit 13b inden Behälter1, im (in 9b) rechten Teilbereich mündet einezweite Zuführeinheit 13b inden Behälter 1.Gegen diese Einführbereicheist der (in 9b) mittlere Teilbereich, oberhalbdessen die Ultraschallmesssonde 14 angeordnet ist, durchdie zwei wändebzw. Schikanen 16a und 16b abgetrennt. Da derFüllstanddes Fluidisierbehälters 1 zurVermeidung von Störeffekten(beispielsweise parasitärerRaumladungseffekte des zu verarbeitenden Beschichtungspulvers) möglichstgering gehalten wird, ist eine automatische, kontinuierliche Zudosierungvon Pulver wie im dargestellten Fall gezeigt, erforderlich. DerFüllstandwird mit Hilfe der Ultraschallmesssonde 14 überwacht.Die Zudosierung kann wie im dargestellten Fall über den zweiten Fluidisierbehälter 13a mitwesentlich größeren Abmessungenerfolgen, sie kann jedoch auch über Dichtestromförderprinzipiennach dem Stand der Technik erfolgen. Mit dem gezeigten Fluidisierbehälter 13a erfolgtdie Zudosierung überSchlauchquetschventile der Zuführeinheit 13b.Wie bereits beschrieben, weist der Behälter 1 im Bereichder Zudosierung keine Elektroden 3 auf. Um die Messgenauigkeitder Ultraschallmesssonde 14 bzw. der Füllstandsmessung zu verbessern,sind die Strömungsbrechvorrichtungen 16a, 16b imFluidisierbehälter 1 imBereich der Zudosierung eingebracht. Diese Strömungsbrechvorrichtungen beruhigendie Oberfläche desFluids 5a und vermeiden somit zu starke Wellenbewegungenim Messbereich. Die gezeigte Vorrichtung wird im Vergleich zu herkömmlichenFludisierungsvorrichtungen mit hohen Luftgeschwindigkeiten im Fluidbetrieben (etwa 0,025 bis 0,05 m/s; bei der herkömmlichen Fluidisierungsvorrichtungsind etwa 0,01 m/s üblich).Solche hohen Luftgeschwindigkeiten sind erforderlich, da sonst überschüssige Luftionendie Beschichtungsqualitätdurch Rückionisationseffekteverringern. Die durch die hohen Luftgeschwindigkeiten entstehendeunruhige Oberfläche desFluids 5a kann zu erheblicher Verringerung der Messgenauigkeitder Ultraschallmesssonde 14 führen. Um dies zu vermeiden,sind besagte Strömungsbrechvorrichtungen 16 eingebracht.Eine kontinuierliche Messung des Füllstands ist insbesondere deswegennotwendig, da der Fluidisierbehälter 1 dererfindungsgemäße Fluidisierungsvorrichtungeine geringe Bauhöheaufweisen kann, so dass er nur mit einem geringen Fluidvolumen 5a befüllt werdenkann. Aus diesem Grund ist ein schnelles und genaues Ansprechender Messvorrichtung 14 notwendig, um mit ausreichenderGenauigkeit und Schnelligkeit zu entscheiden, ob Beschichtungspulverin den Behäter 1 nachgeführt werdenmuss. Um Agglomerationen des Fluids 5a zu vermeiden, istes auch möglich,den Fluidisierbehälter 1 und/oderden Vorratsbehälter 13a miteiner Vibrationsvorrichtung (nicht gezeigt) zu versehen.
[0059] 10a zeigt ein weiteres Dosiersystem unter Verwendungeiner erfindungsgemäßen Fluidisierungsvorrichtungin Seitenansicht (10a) Frontansicht (10b) und Draufsicht (10c).Die in 10 dargestellte Vorrichtungweist zunächstdieselben Bestandteile wie die in 9 dargestellteVorrichtung auf. Im Unterschied zu 9 istjedoch eine Abtrennungsvorrichtung 15 (in Form einer inBezug auf die Fluidisierbodenebene senkrecht stehende Wand) in denFluidisierbehälter 1 eingebracht,so dass das Innenvolumen des Fluidisierbehälters 1 in zwei Segmente 15a und 15b unterteiltwird. Das Segment 15a umfasst hier etwa 20 % des Fluidisierbehältervolumens.Die Abtrennvorrichtung 15 weist zwei Löcher 15c auf, diein einer Höheangeordnet sind, welche einen Füllstandsausgleichzwischen den beiden Segmenten 15a und 15b erlaubt.Im Segment 15a sind keine Drahtelektroden 3 oberhalbdes Fluidisierbodens 2 angeordnet. Das Segment 15b entsprichtin seinem Aufbau dem in 9 gezeigtenFluidisierbehälterinnenaufbau.Die Ultraschallmesssonde ist oberhalb des Segments 15a angeordnetund erfasst somit die Füllstandshöhe im Seg ment 15a. DieAbtrennung 15 ermöglichteine separate Luftversorgung der beiden Segmente 15a und 15b.Das Segment 15a stellt einen Messbereich mit geringerer Luftvolumenströmung dar,das Segment 15b einen Pulverübertragungs- und Zudosierbereichmit höhererLuftvolumenströmung.Die unterschiedlichen Luftvolumenströmgeschwindigkeiten in den Segmenten 15a und 15b werdendurch separate Luftversorgung und dadurch realisiert, dass im Bereich 15a derFluidisierboden 2 eine geringere Porenweite aufweist. Im Bereich 15b weistder Segmentboden dementsprechend eine höhere Porenweite auf. Es wirdalso segmentweise ein Fluidisierboden mit unterschiedlicher Porenweiteeingesetzt. In Segment 15a beträgt die Porenweite des Fluidisierbodens 10 μm, im Segment 15b beträgt die Porenweite30 μm. Diesführt zueiner erheblichen Reduzierung der Luftgeschwindigkeit und mehr als50 % im Bereich 15a. Die Messung der Füllstandshöhe durch die Messsonde 14 kanndadurch mit einer Genauigkeit im Millimeterbereich durchgeführt werden.Durch die Segmentierung des Fluidisierbehälters 1 kann im Bereichder Ultraschallmessung die Luftgeschwindigkeit durch separate Luftversorgungalso erheblich verringert werden. Durch die Abtrennvorrichtung 15 bzw.die entsprechende Wand wird eine Wellenbewegung im Bereich 15a (verursachtdurch die Zudosierung von Pulver 5a über die Zudosiereinheit 13b)zuverlässigvermieden. Dennoch ist mit Hilfe der Öffnungen 15c für das Beschichtungspulver 5a einFüllstandsausgleichmöglich.
[0060] 11 zeigt den Einsatz der erfindungsgemäßen Fluidisiervorrichtungzusammen mit dem aus DE101 630 25 A1 bekannten Transfer-Applikationsverfahren. 11a zeigt zunächsteine dreidimensionale Ansicht einer entsprechenden Beschichtungsvorrichtung. 11b zeigt eine erfindungsgemäße Fluidisiervorrichtung mitFluidisierbehälter 1,Fluidisierboden 2 und Drahtelektroden 3 und miteinem Volumen 5 innerhalb des Fluidisierbehälters 1,in dem sich das Fluid 5a befindet. Nicht gezeigt ist dieLuftzufuhr 4 des Behälters 1.Gezeigt sind darüberhinaus Luftionen und elektrisch geladene Beschichtungspulverpartikel 7.Oberhalb des Fluidisierbehälters 1 miteiner Bauhöhevon etwa b₂ = 100 mm befindet sich eineTransfervorrichtung 17 mit einer Dosierwalze 17c,einem Transferband 17b und einer Walze 17a. DasTransferband 17b wird durch die beiden Walzen 17a und 17c bewegt.Im unteren Transferbandbereich befindet sich oberhalb des Fluidisierbehälters 1 undunmittelbar oberhalb des Transferbandes 17b eine elektrischleitfähigeHinterlegung 10 in Form einer Metallplatte. Unmittelbaroberhalb des untenliegenden Transferbandteils befindet sich links nebendem Fluidisierbehälter 1 zwischenFluidisierbehälter 1 undWalze 17a eine Transferelektrode 18a. Unterhalbdes Fluidisierbehälters 1 wirddas geerdete Substrat 8 vorbeibewegt. Durch die erfindungsgemäße Fluidisiervorrichtungsamt elektrostatischer Hinterlegung 10 wird elektrostatischaufgeladenes Beschichtungspulver 7 auf das Transferband 17b übertragen.Die mit Beschichtungspulver beladenen Transferbandbereiche werdendurch Bewegung der Walzen 17a und 17c zur Transferelektrode 18a bewegt.Mit Hilfe dieser Transferelektrode 18a (elektrostatischeAbstoßung)wird das geladene Beschichtungspulver auf das Substrat 8 übertragen. Entscheidendhierbei ist, dass durch die geringe Bauhöhe b₂ einedirekte Übertragungdes Beschichtungsmaterials vom Transferband 17b auf dasSubstrat 8 möglichist, da nur eine geringe Wegstrecke überwunden werden muss. 11c zeigt eine Dosiervorrichtung samt erfindungsgemäßer Fluidisierungsvorrichtungdie wie die in 11b gezeigte aufgebaut ist.Im Unterschied zu 11b wird jedoch keine Transferelektrode 18a,sondern eine elektrisch leitfähige,an eine Hochspannungsquelle angeschlossene Rollenbürste 18b verwendet,mit der ein abgewinkelter Sprühstrahlerzeugt werden kann, um das Substrat 8 zu beschichten.Wie in 11b ist (durch die geringe Bauhöhe b₂ bedingt) vom Beschichtungsmaterial nureine geringe Wegstrecke zwischen Transferband 17b und Substrat 8 zu überwinden,so dass der Beschichtungsmaterialtransfer ohne zusätzlicheVorrichtungen (wie zusätzlicheWalzen, Transferbänderoder ähnliches)erfolgen kann. Der bereits beschichtete Bereich des Substrats 8 ist inden 11b und 11c durchdas Bezugszeichen 8a gekennzeichnet. Durch die auf Hochspannunggesetzte Transferelektrode 18a bzw. Rollenbürste 18b wirddas Beschichtungspulver im vorgestellten Fall nochmals aufgeladen,so dass in Kombination mit der geringen Bauhöhe b₂ diePulverteilchen den Transferabstand zwischen dem unteren Bandbereichund dem Substrat 8 ohne Zusatzvorrichtungen überwindenkönnen.
[0061] 12 zeigtein weiteres Beispiel füreine Beschichtungsvorrichtung, welche eine erfindungsgemäße Fluidisierungsvorrichtungverwendet. Gezeigt ist eine Fluidisiervorrichtung mit einem Fluidisierbehälter 1,welcher in zwei Segmente 1c und 1d mit separaterLuftzufuhr 4a und 4b unterteilt ist. Der Fluidisierbehälter 1 istgegenüberder Horizontale um etwa 45° gekipptangeordnet. Oberhalb des Bereichs 1c des Fluidisierbehälters 1 befindetsich ein weiterer Fluidisierbehälter 13a.In diesen mündeteine Vorrichtung zur kontinuierlichen Pulverzudosierung zur Einhaltungeiner konstanten Pulverfüllhöhe (Pfeil obenlinks in den Behälter 13a).Das Fluidisierpulver 5a rieselt aus dem Behälter 13a durchdie Ausrieselöffnung 13c mitHilfe der Schwerkraft auf den Fluidisierboden 2 oberhalbdes Bereichs 1d des Fluidisierbehälters 1. Nur in diesemBereich 1d bzw. oberhalb dieses Bereichs 1d istder Fluidisierboden 2 mit dünnen Drahtelektroden 3 versehen.Mit Hilfe der Draht elektroden 3 wird oberhalb des Bereichs 1d wiein den vorangehenden Beispielen beschrieben in einem Beschichtungsbereich 6 eineaufgeladene Pulverwolke 7 mit aufgeladenen Partikeln undLuftionen erzeugt. Vom Behälter 1 ggf.abrieselndes Pulver wird durch einen Auffangbehälter 19 aufgefangen.Im linken Bereich der gezeigten Beschichtungsvorrichtung ist eineTransfervorrichtung 17 angeordnet, die entsprechend derin 11 gezeigten Transfervorrichtungaufgebaut ist: Eine elektrisch leitfähige Belade- bzw. Dosierwalze 17c sowieeine zweite Walze 17a bewegen durch Drehung um ihre Achsedas Transferband 17b (elektrisch halbleitend bis isolierend). DasBand 17b wird im Bereich 6 durch die Pulverwolkebeschichtet. Der beschichtete Bereich des Bandes 17b wirdin Richtung des Pulverapplikationsbereiches 8b bewegt.Eine elektrisch leitfähigeHinterlegung 10 (metallene Platte) verhindert dabei, dassdas Beschichtungspulver von dem Band 17b abfällt. Die Übertragungdes Beschichtungspulvers auf das Substrat 8 erfolgt imBereich 8b mit Hilfe der Walze 17a, an welcheein Potential von etwa 10 kV gelegt ist. Alternativ kann zur Übertragungauch eine Drahtelektrode wie sie in der Erfindung bereits hinreichendoffenbart ist, verwendet werden. Die Beschichtung auf dem Substratist durch das Bezugszeichen 8a gekennzeichnet. Der beschichteteTransferbandbereich (zwischen Pulverwolkenbereich 6 undApplikationsbereich 8b) ist mit dem Bezugszeichen 17d gekennzeichnet.

权利要求:
Claims (65)
[1] Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung mit einemFluidisierbehälter(1), einer in den Fluidisierbehälter (1) mündendenLuftzuführung(4) zum Einbringen von Fluidisierluft in den Fluidisierbehälter (1), einemoberhalb der Einmündungder Luftzuführung (4)innerhalb des Fluidisierbehälters(1) angeordneten Fluidisierboden (2), durch denhindurch die Fluidisierluft einem oberhalb des Fluidisierbodens(2) befindlichen Volumen (5) innerhalb des Fluidisierbehälters (1)zuführbarist zur Fluidisierung von Beschichtungspulver und mindestenseiner oberhalb des Fluidisierbodens (2) im Volumen (5)innerhalb des Fluidisierbehälters (1)angeordneten Hochspannungselektrode zur Ionisierung der Fluidisierluft dadurchgekennzeichnet, dass mindestens eine der oberhalb des Fluidisierbodens (2)im Volumen (5) innerhalb des Fluidisierbehälters (1)angeordneten Hochspannungselektroden eine dünne Drahtelektrode (3)enthältoder daraus besteht.
[2] Fluidisierungsvorrichtung nach dem vorhergehendenAnspruch dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Durchmesser mindestenseiner der Drahtelektroden (3) über 20 μm und/oder unter 1000 μm, insbesondere über 60 μm und/oderunter 100 μm,beträgt.
[3] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchedadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Drahtelektroden(3) in unmittelbarer Nähedes Fluidisierbodens (2) oder am Fluidisierboden (2)anliegend angeordnet ist und/oder dass der mittlere Abstand mindestenseiner der Drahtelektroden (3) vom Fluidisierboden (2)bis zu 50 mm, insbesondere bis zu 20 mm beträgt.
[4] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchedadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Drahtelektroden(3) im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Fluidisierbodens (2)angeordnet ist und/oder dass mindestens eine der Drahtelektroden(3) formschlüssigam Fluidisierboden (2) angeordnet ist.
[5] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchegekennzeichnet durch mindestens zwei Drahtelektroden (3),wobei mindestens zwei der Drahtelektroden (3) im wesentlichenparallel zueinander verlaufen.
[6] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchegekennzeichnet durch mindestens zwei Drahtelektroden (3),wobei mindestens zwei der Drahtelektroden (3) einen mittlerenAbstand voneinander von über2 mm und/oder unter 80 mm, insbesondere von über 10 mm und/oder unter 30mm aufweisen.
[7] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchegekennzeichnet durch mindestens zwei Drahtelektroden (3),wobei mindestens zwei der Drahtelektroden (3) jeweils einHochspannungswiderstand (3a) vorgeschaltet ist, insbesondereim Bereich von 1 MΩ bis1000 TΩ.
[8] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchedadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Drahtelektroden(3) teilweise im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Fluidisierbodens(2) angeordnet ist und/oder formschlüssig am Fluidisierboden (2)angeordnet ist und teilweise im wesentlichen parallel zu mindestenseiner Seitenwand (1a) des Fluidisierbehälters (1) angeordnetist und/oder formschlüssigan mindestens einer Seitenwand (1a) des Fluidisierbehälters (1)angeordnet ist.
[9] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüche dadurchgekennzeichnet, dass mindestens eine der Drahtelektroden (3)teilweise in unmittelbarer Nähedes Fluidisierbodens (2) oder am Fluidisierboden (2)anliegend und/oder in einem mittleren Abstand von bis zu 50 mm,insbesondere von bis zu 20 mm, vom Fluidisierboden (2)angeordnet ist und teilweise in unmittelbarer Nähe mindestens einer Seitenwand(1a) des Fluidisierbehälters(1) oder an mindestens einer Seitenwand (1a) desFluidisierbehälters(1) anliegend und/oder in einem mittleren Abstand von biszu 50 mm, insbesondere von bis zu 20 mm, von mindestens einer Seitenwand(1a) des Fluidisierbehälters(1) angeordnet ist.
[10] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchegekennzeichnet durch mindestens zwei Drahtelektroden (3),wobei mindestens eine Drahtelektrode (3) in unmittelbarerNähe desFluidisierbodens (2) oder am Fluidisierboden (2) anliegendund/oder in einem mittleren Abstand von bis zu 50 mm, insbesonderevon bis zu 20 mm, vom Fluidisierboden (2) angeordnet istund wobei mindestens eine Drahtelektrode (3) in unmittelbarerNähe einerSeitenwand (1a) des Fluidisierbehälters (1) oder aneiner Seitenwand (1a) des Fluidisierbehälters (1) anliegendund/oder in einem mittleren Abstand von bis zu 50 mm, insbesonderevon bis zu 20 mm, von einer Seitenwand (1a) des Fluidisierbehälters (1)angeordnet ist.
[11] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüche gekennzeichnetdurch mindestens zwei Drahtelektroden (3), wobei mindestenseine der Drahtelektroden (3) im wesentlichen parallel zurOberflächedes Fluidisierbodens (2) angeordnet ist und/oder formschlüssig amFluidisierboden (2) angeordnet ist und wobei mindestenseine der Drahtelektroden (3) im wesentlichen parallel zur Oberfläche einerSeitenwand (1a) des Fluidisierbehälters (1) angeordnetist und/oder formschlüssigan einer Seitenwand (1a) des Fluidisierbehälters (1)angeordnet ist.
[12] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchedadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Drahtelektroden(3) nicht überihre gesamte Längeam Fluidisierboden (2) und/oder an einer Seitenwand (1a)des Fluidisierbehälters(1) befestigt ist und/oder dass mindestens eine der Drahtelektroden(3) nur an einem ihrer Enden am Fluidisierboden (2)und/oder an einer Seitenwand (1a) des Fluidisierbehälters (1)befestigt ist.
[13] Fluidisierungsvorrichtung nach dem vorhergehendenAnspruch dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der nicht über ihregesamte Länge befestigtenDrahtelektroden (3) im nicht befestigten Bereich zumindestteilweise mit einer isolierenden Beschichtung versehen ist odereine elektrisch isolierende Kunststoffkappe (3b) aufweist.
[14] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchedadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Drahtelektroden(3) ein halbleitendes Material, eine halbleitende keramischeFaser oder eine Glasfaser enthältoder daraus besteht.
[15] Fluidisierungsvorrichtung nach dem vorhergehendenAnspruch dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand mindestenseiner der Drahtelektroden einen Wert von 1 MΩ bis 1000 TΩ aufweist.
[16] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchedadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Fluidisierboden innerhalbdes Fluidisierbehälters(1) und oberhalb mindestens einer der Drahtelektroden (3)angeordnet ist oder dass mindestens eine der Drahtelektroden (3)in den Fluidisierboden (2) eingearbeitet, eingenäht oderintegriert ist oder in dem Fluidisierboden (2) angeordnet ist.
[17] Fluidisierungsvorrichtung nach dem vorhergehendenAnspruch dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Fluidisierbodendünnerals der Fluidisierboden (2) ist und/oder dass der weitereFluidisierboden eine Dicke von über1 mm und/oder unter 10 mm, insbesondere von über 2 mm und/oder unter 5 mmaufweist.
[18] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchedadurch gekennzeichnet, dass oberhalb mindestens einer der Drahtelektroden(3) mindestens eine Wechselspannungselektrode (9)im Volumen (5) des Fluidisierbehälters oder oberhalb des Volumens(5) bzw. des Fluidisierbehälters (1) angeordnetist.
[19] Fluidisierungsvorrichtung nach dem vorhergehendenAnspruch dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Wechselspannungselektroden (9)eine Spiralfeder aufweist oder dass mindestens eine der Wechselspannungselektroden(9) aufgebaut ist wie eine der Drahtelektroden aus einemder Ansprüche2 oder 8 oder dass mindestens zwei Wechselspannungselektroden (9)angeordnet oder aufgebaut sind wie die zwei Drahtelektroden auseinem der Ansprüche5, 6 oder 7.
[20] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 oder19 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Wechselspannungselektroden (9) über 5 mmund/oder unter 100 mm, insbesondere über 30 mm und/oder unter 70mm oberhalb des Fluidisierbodens (2) und/oder oberhalbeiner in unmittelbarer Nähedes Fluidisierbodens (2) angeordneten Drahtelektrode (3)angeordnet ist.
[21] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis20 gekennzeichnet durch einen mit mindestens einer der Wechselspannungselektroden (9)verbundenen 50 Hz-Wechselspannungserzeuger odereinen mit mindestens einer der Wechselspannungselektroden (9)verbundenen Wechselspannungserzeuger im kHz-Bereich.
[22] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchegekennzeichnet durch Seitenwände(1a) des Fluidisierbehälters(1) und/oder einen Boden (1b) des Fluidisierbehälters (1),welche bzw. welcher elektrisch isolierende Materialien, insbesondereKunststoff, POM, polymidbasierende Materialien, Glas und/oder keramischeMaterialien aufweisen bzw. aufweist.
[23] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchegekennzeichnet durch einen Fluidisierboden (2) welchereinen Polyethylen-Sinterboden mit Porenweiten von über 2 μm und/oderunter 100 μm,insbesondere von über10 μm und/oderunter 50 μmund/oder einen anorganischen Sinterboden und/oder einen keramischenSinterboden und/oder einen Glassinterboden enthält oder daraus besteht.
[24] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüche gekennzeichnetdurch eine oberhalb des Fluidisierbehälters (1) angeordneteelektrisch leitfähigeHinterlegung (10), beispielsweise eine metallene Platteoder eine Elektrode.
[25] Fluidisierungsvorrichtung nach dem vorhergehendenAnspruch dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Hinterlegung(10) eine Struktur und/oder ein Muster aufweist oder inForm einer Schablone gestaltet ist.
[26] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchegekennzeichnet durch eine in den Fluidisierbehälter (1) einmündende Zudosiervorrichtung(13) zur automatischen und/oder kontinuierlichen Zudosierungvon Beschichtungsstoff in den Fluidisierbehälter (1).
[27] Fluidisierungsvorrichtung nach dem vorhergehendenAnspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosiervorrichtung (13)einen Speicherbehälter (13a)zur Speicherung von Beschichtungsstoff und mindestens eine in denFluidisierbehälter(1) und den Speicherbehälter(13a) einmündendeZuführeinheit (13b)und/oder eine Dichtestromfördervorrichtung aufweist.
[28] Fluidisierungsvorrichtung nach dem vorhergehendenAnspruch dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherbehälter (13a)einen weiteren Fluidisierbehälteraufweist, wobei dieser bevorzugt größere Abmessungen bzw. ein größeres Füllvolumenaufweist wie der Fluidisierbehälter(1), und/oder dass mindestens eine der Zuführeinheiten(13b) eine Schlauchquetschpumpe, Schlauchquetschventile,im Bereich der Einmündungzum Speicherbehälter (13a)eine Ausrieselöffnungund/oder eine Rohrleitung aufweist.
[29] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis28 dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Einmündung derZudosiervorrichtung (13) im Fluidisierbehälter (1)mindestens eine Strömungsbrechvorrichtung(16), insbesondere eine Wand, angeordnet ist.
[30] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis29 dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Einmündung derZudosiervorrichtung (13) keine Drahtelektroden (3)angeordnet sind.
[31] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchegekennzeichnet durch eine in den Fluidisierbehälter (1) integrierteoder an ihm angeordnete Füllstandsmessvorrich tung(14) zur Bestimmung der Beschichtungspulverfüllhöhe im Fluidisierbehälter (1).
[32] Fluidisierungsvorrichtung nach dem vorhergehendenAnspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstandsmessvorrichtung (14)eine Ultraschallmesssonde aufweist.
[33] Fluidisierungsvorrichtung nach Anspruch 29 und einemder Ansprüche31 bis 32 dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstandsmessvorrichtung (14) undmindestens eine der Strömungsbrechvorrichtungen(16), insbesondere zwei Wände, so angeordnet sind, dasseine Erfassung der Füllhöhe in einem durchdie Strömungsbrechvorrichtung(16) bewegungsberuhigten Bereich, insbesondere zwischen denzwei Wänden,durchführbarist.
[34] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchedadurch gekennzeichnet, dass eine innerhalb des Fluidisierbehälters (1) angeordneteoder in diesen integrierte Abtrennungsvorrichtung (15)den Fluidisierbehälter(1) so in mindestens zwei Segmente (15a, 15b)unterteilt, dass beide Segmente (15a, 15b) unabhängig undunbeeinflusst voneinander separat mit Fluidisierluft versorgbarsind.
[35] Fluidisierungsvorrichtung nach dem vorhergehendenAnspruch dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Segmente (15a, 15b)eine eigene Luftzufuhr (4) aufweist.
[36] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 34 oder35 dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennungsvorrichtung (15)mindestens eine Öffnung(15c) zum Füllstandsausgleichdes Beschichtungspulvers aufweist.
[37] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis30, nach einem der Ansprüche31 bis 33 und nach einem der Ansprüche 34 bis 36 dadurch gekennzeichnet,dass die Füllstandsmessvorrichtung (14)im Bereich des ersten Segments (15a) an den Fluidisierbehälter (1)angeordnet oder in diesen integriert ist, dass die Drahtelektroden(3) innerhalb des zweiten Segments (15b) angeordnetsind und dass die Zudosiervorrichtung (13) im Bereich deszweiten Segments einmündet.
[38] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis37 dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidisierboden (2)bzw. dessen Teil innerhalb des ersten Segments (15a) einegeringere Porenweite aufweist als der Fluidisierboden (2)bzw. dessen Teil innerhalb des zweiten Segments (15b).
[39] Fluidisierungsvorrichtung nach dem vorhergehendenAnspruch dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidisierboden (2)bzw. dessen Teil innerhalb des ersten Segments (15a) einePorenweite im Bereich von über2 μm und/oderunter 20 μm,insbesondere von über5 μm und/oderunter 15 μmaufweist und dass der Fluidisierboden (2) bzw. dessen Teilinnerhalb des zweiten Segments (15b) eine Porenweite imBereich von über20 μm und/oderunter 70 μm, insbesonderevon über25 μm und/oderunter 50 μm aufweist.
[40] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehendenAnsprüchedadurch gekennzeichnet, dass der Fluidisierbehälter (1) in mindestens zweiSegmente (11) unterteilt ist, wobei mindestens zwei derSegmente (11a, 11b) bzw. deren Volumina so voneinandergetrennt und/oder gegeneinander abgeschlossen sind, dass im Volumendes einen Segments (11a) Beschichtungspulver unbeeinflusst vomanderen Segment (11b), dessen Volumen oder von in das Volumendes anderen Segments (11b) eingebrachtem Beschichtungspulverfluidisierbar ist.
[41] Fluidisierungsvorrichtung nach dem vorhergehendenAnspruch dadurch gekennzeichnet, dass der Abschluss und/oder dieTrennung der mindestens zwei Segmente (11a, 11b)mit Hilfe mindes tens einer im Fluidisierbehälter (1) angeordnetenZwischenwand (12) erfolgt.
[42] Fluidisierungsvorrichtung nach dem vorhergehendenAnspruch dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Zwischenwände (12)so angeordnet und/oder ausgeformt ist, dass durch eine zum Fluidisierboden(2) im wesentlichen senkrechte Ebene mindestens eines derSegmente (11) in mindestens drei getrennte Subvolumina(11I, 11II, 11III) unterteilt ist.
[43] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 41 bis42 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Zwischenwände (12)in einer im wesentlichen parallel zum Fluidisierboden (2)liegenden Ebene eine im wesentlichen M-förmige, wellenförmige, sägezahnförmige odermäanderförmige Gestaltaufweist.
[44] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 42 oder43 gekennzeichnet durch zwei im wesentlichen in konstantem Abstandzueinander angeordnete Zwischenwände(12a, 12b).
[45] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 41 bis44 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Zwischenwände (12)im wesentlichen parallel zueinander so angeordnet sind, dass durchdiese der Fluidisierbehälter(1) in einer zum Fluidisierboden (2) im wesentlichenparallelen Richtung in mindestens drei hintereinanderliegende Segmente(11a, 11b, 11c) unterteilt ist.
[46] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis45 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Segmente (11)jeweils mindestens eine Drahtelektrode (3) aufweisen, wobeidiese mindestens zwei Drahtelektroden (3) unabhängig voneinanderansteuerbar bzw. mit Hochspannung belegbar sind.
[47] Fluidisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis46 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Segmente (11)jeweils eine separate Zudosiervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 26 bis30 aufweisen.
[48] Elektrostatisches Fluidisierungsverfahren einemFluidisierbehälter(1) Fluidisierluft zugeführt wird, wobei die Fluidisierluftdurch einen innerhalb des Fluidisierbehälters (1) angeordnetenFluidisierboden (2) hindurch einem oberhalb des Fluidisierbodens(2) innerhalb des Fluidisierbehälters (1) befindlichenVolumen (5) zugeführtwird, wobei die Fluidisierluft mit Hilfe mindestens einer oberhalbdes Fluidisierbodens (2) im Volumen (5) innerhalbdes Fluidisierbehälters(1) angeordneten Hochspannungselektrode zumindest teilweiseionisiert wird und wobei im Volumen (5) Beschichtungspulver(5a) durch die zumindest teilweise ionisierte Fluidisierluft fluidisiertwird und zumindest teilweise elektrostatisch aufgeladen wird dadurchgekennzeichnet, dass die Fluidisierluft durch mindestens eineoberhalb des Fluidisierbodens (2) im Volumen (5)innerhalb des Fluidisierbehälters(1) angeordnete dünneDrahtelektrode (3) ionisiert wird.
[49] Fluidisierungsverfahren nach Anspruch 48, dadurchgekennzeichnet, dass eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtungnach einem der Ansprüche 1bis 47 verwendet wird.
[50] Fluidisierungsverfahren nach einem der Ansprüche 48 oder49, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Durchmesser mindestenseiner der Drahtelektroden (3) über 20 μm und/oder unter 1000 μm, insbesondere über 60 μm und/oderunter 100 μm,beträgt.
[51] Fluidisierungsverfahren nach einem der Ansprüche 48 bis50, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fluidisierung und Ionisierungdes Beschichtungspulvers (5a) innerhalb des Fluidisierbehälters (1)Fluidisierluftgeschwindigkeiten von über 0,01 und/oder unter 0,2m/s, insbesondere von über0,025 und/oder unter 0,05 m/s verwendet werden.
[52] Fluidisierungsverfahren nach einem der Ansprüche 48 bis51, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstand des Beschichtungspulvers(5a) im Fluidisierbehälter(1) möglichstgering gehalten wird, um Störeffekte,insbesondere durch Raumladungseffekte, zu verhindern bzw. zu minimieren.
[53] Fluidisierungsverfahren nach einem der Ansprüche 48 bis52, dadurch gekennzeichnet, dass ein bevorzugt geerdetes Werkstück (8) über eineFluidisierwolke (6) aus zumindest teilweise elektrostatisch aufgeladenemBeschichtungspulver (7) geführt wird zur zumindest teilweisenBeschichtung des Werkstücks(8) mit Beschichtungspulver.
[54] Fluidisierungsverfahren nach dem vorhergehendenPatentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (8)in den Fluidisierbehälter(1) eingeführtwird bzw. in das in dem Fluidisierbehälter (1) befindlichefluidisierte Beschichtungspulver (5a) eingetaucht wird.
[55] Fluidisierungsverfahren nach einem der Ansprüche 48 bis54, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens eine der Drahtelektroden(3) eine Gleichspannung von über 3 kV und/oder unter 50kV, insbesondere von über5 kV und/oder unter 30 kV angelegt wird.
[56] Fluidisierungsverfahren nach dem vorhergehendenPatentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungmit Hilfe von mindestens einer Wechselspannungselektrode (9)eine 50 Hz Wechselspannung oder eine Wechselspannung im kHz-Bereich überlagertwird.
[57] Fluidisierungsverfahren nach einem der Ansprüche 48 bis56, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der elektrostatischenApplikation von Beschichtungspulver (7) auf ein Werkstück (8)eine elektrisch leitfähigeHinterlegung (10), beispielsweise eine metallene Platteoder eine Elektrode, verwendet wird.
[58] Fluidisierungsverfahren nach dem vorhergehendenAnspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische leitfähige Hinterlegung(10) eine Struktur und/oder ein Muster aufweist oder inForm einer Schablone gestaltet ist und dass Bil der, Muster oder Strukturenauf das Werkstück(8) aufbeschichtet werden.
[59] Fluidisierungsverfahren nach dem vorhergehendenAnspruch, dadurch gekennzeichnet, dass beim Applizieren der Strukturen,Muster oder Bilder getaktet gefahren wird.
[60] Fluidisierungsverfahren nach einem der Patentansprüche 48 bis 59,dadurch gekennzeichnet, dass automatisch und/oder kontinuierlichBeschichtungsstoff in den Fluidisierbehälter (1) zudosiertwird.
[61] Fluidisierungsverfahren nach einem der Ansprüche 48 bis60, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstand des Beschichtungspulversim Fluidisierbehälter(1) gemessen oder bestimmt wird.
[62] Fluidisierungsverfahren nach dem vorhergehendenAnspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Messung bzw.Bestimmung des Füllstandsdes Beschichtungspulvers die Fluidisierluftgeschwindigkeit im Fluidim Vergleich zu der Fluidisierluftgeschwindigkeit im Fluid außerhalbdes Bereiches der Bestimmung bzw. Messung verringert wird.
[63] Fluidisierungsverfahren nach einem der Ansprüche 61 oder62, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung bzw. Bestimmung desFüllstandsdes Beschichtungspulvers mit Hilfe von Ultraschall erfolgt .
[64] Fluidisierungsverfahren nach einem der Ansprüche 48 bis63, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidisierbehälter (1)in mindestens zwei Segmente (11) unterteilt wird, wobeimindestens zwei der Segmente (11a, 11b) bzw. derenVolumina so voneinander getrennt und/oder gegeneinander abgeschlossen werden,dass ein in das Volumen des einen Segments (11a) eingebrachtesBeschichtungspulver unbeeinflusst von einem in das Volumen des anderen Segments(11b) eingebrachten Beschichtungspulver fluidisiert wird.
[65] Fluidisierungsverfahren nach dem vorhergehendenAnspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstück (8)durch eine Mischung aus Beschichtungspulver aus unterschiedlichenSegmenten (11a, 11b) beschichtet wird, indem andie unterschiedlichen Segmente (11a, 11b) jeweilsabwechselnd, nacheinander oder gleichzeitig gegebenenfalls unterschiedlichhohe Hochspannungen (Gleichspannungen) im Bereich von über 3 kVund/oder unter 50 kV, insbesondere im Bereich von über 5 kVund/oder unter 30 kV angelegt werden.

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Hines1966|Electrostatic atomization and spray painting

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同族专利:

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公开号 | 公开日

---

DE102004010177B4|2007-09-13|

引用文献:

---

公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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US3336903A|1963-04-24|1967-08-22|Sames Sa De Machines Electrost|Electrostatic coating apparatus|

---

US3402814A|1963-06-27|1968-09-24|Sames Sa De Machines Electrost|Method and apparatus for the electrostatic sorting of granular materials|

---

US3828729A|1972-05-18|1974-08-13|Electrostatic Equip Corp|Electrostatic fluidized bed|

---

DE2444645B2|1973-09-18|1982-06-24|Electrostatic Equipment Corp., New Haven, Conn., Us||

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US3985297A|1974-07-10|1976-10-12|Onoda Cement Company, Ltd.|Powder painting apparatus|

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DE2704714A1|1976-02-05|1977-08-11|Armco Steel Corp|Verfahren, vorrichtung und gitter zur elektrostatischen beschichtung von gegenstaenden|

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US5044564A|1989-11-21|1991-09-03|Sickles James E|Electrostatic spray gun|

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DE102012007240B4|2012-03-09|2014-03-20|Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.|Adjustable high voltage resistor|

法律状态:
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---

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---

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DE200410010177|DE102004010177B4|2004-03-02|2004-03-02|Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung und elektrostatisches Fluidisierungsverfahren zur Beschichtung von Substraten mit Beschichtungspulver|DE200410010177| DE102004010177B4|2004-03-02|2004-03-02|Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung und elektrostatisches Fluidisierungsverfahren zur Beschichtung von Substraten mit Beschichtungspulver|