Beschichtungsverfahren und Mittel zur Durchführung des Verfahrens Die vorliegende Erfindung betrifft ein Seschich- tungsverfahren und Mittel zur Durchführung des Ver fahrens.
Erfindungsgemäss ist das Beschichtungsverfahren dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtende, Oberfläche mit einer feinkörnigen Masse, z. B. einer Pulvermasse, in Berührung gebracht wird, die sich zumindest während eines erheblichen Teiles der eigentlichen Beschichtungszeit in einem genügend be weglichen Zustand gleichmässiger Durchgasung zur im wesentlichen gleichmässigen Inberührungbringung der zu beschichtenden Oberflächen mit dem feinkör nigen Material, und zwar zwischen dem Zustand einer echten Wirbelschicht und dem des lose ruhenden Materials befindet, während man Bedingungen ein hält, die das Haften der Teilchen an der zu beschich tenden Oberfläche begünstigen,
sei es durch das Kleb rigmachen der Oberfläche selbst vor der obengenann ten Inberührungbringung, oder durch Erhitzung der zu beschichtenden Oberfläche auf eine Temperatur, bei welcher die Teilchen zumindest plastisch genug werden, um an der Oberfläche anzuhaften.
Das Verfahren lässt sich z. B. durchführen, indem man die zu beschichtende Oberfläche mit einer zu sammenfallenden Wirbelschicht des feinkörnigen Ma terials, insbesondere die zu beschichtende Oberfläche im erhitzten Zustand mit einer zusammenfallenden Wirbelschicht aus thermoplastischen Teilchen, in Be rührung bringt.
Bei dieser Verfahrensweise stellt man vorzugsweise zunächst eine Wirbelschicht her, deren Gesamtdichte höchstens der einer Wirbelschicht im Optimum-Wirbelzustand entspricht, wobei die Grenze nicht unterschritten wird, unterhalb welcher ein er heblicher Anteil des Materials im Gasstrom mitge schleppt wird, woraufhin man die Wirbelschicht zu mindest teilweise zusammenfallen lässt, während sich die zu beschichtende Oberfläche damit in Berührung befindet, wobei das Zusammenfallenlassen der Wir belschicht beispielsweise durch Erhöhung des Säulen druckes der durchgasten Masse,
durch eine Änderung des Verhältnisses zwischen der Dichte des Belüftungs mittels und der Teilchen, durch Erhöhung des Druk- kes oberhalb der Wirbelschicht, ohne gleichzeitige Er höhung des Gasdruckes von unterhalb, durch Ver ringerung des Zufuhrdruckes des Belüftungsmediums, durch Änderung der Temperatur des Belüftungsmit tels oder seiner chemischen Zusammensetzung oder durch das Einwirkenlassen von Schwingungen auf die Wirbelschicht, um eine Bewegung der Teilchen in senkrechter Richtung auf die Strömungsrichtung des Belüftungsmediums zu erzielen,
zustande gebracht werden kann und unter Umständen mehrere der obengenannten Verfahren gemeinsam zur Anwendung kommen, um das Zusammenfallen der Wirbelschicht zustande zu bringen.
Eine Ausführungsweise ist dadurch gekennzeich net, dass man die zu beschichtende Oberfläche in einem begrenzten Raum oberhalb der normalen Höhe einer Wirbelschicht in zumindest Optimum-Wirbel- zustand hält, danach das Volumen des Raumes, wel cher von der normalen Wirbelschicht eingenommen wird, in solcher Weise verringert, dass die durchgaste Masse derart verdrängt wird, dass es die zu beschich tende Oberfläche berührt, und dass der Säulendruck am unteren Ende des Wirbelraumes dermassen erhöht wird, dass ein Zusammenfallen der Wirbelschicht aus gelöst wird,
und dass man danach das Volumen des unteren Wirbelraumes wiederum so erhöht, dass die feinkörnige Masse wieder in den eigentlichen Wirbel raum zurückfällt und vorzugsweise in den normalen Wirbelzustand zurückkehrt, und dass vorzugsweise die obengenannte Ausdehnung des eigentlichen Wir belraumes zwecks Rückführung des feinkörnigen Ma terials in diesen Raum erst stattfindet, nachdem das feinkörnige Material ein Grossteil seiner Fliessfähig keit verloren hat und als eine mehr öder weniger gleichmässig gesetzte, doch nicht kompakte, Pulver masse beschrieben werden kann.
Dabei kann der ge nannte begrenzte Raum die Innenseite eines Hohl körpers sein, der innen auszukleiden ist.
Eine sehr günstige Wirkung wird erzielt, wenn man die Pulvermasse langsam an der zu beschich tenden Oberfläche entlangstreifen lässt, wobei sich eine Streifbewegung aus dem Zusammenfallen der Wirbelschicht ergeben kann, und/oder die Teilchen masse aus einem Beschichtungsraum allmählich in die Wirbelkammer zurückgesteuert wird.
Eine weitere Verfahrensweise im Rahmen der Er findung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem geeigneten Wirbelgefäss eine Wirbelschicht hergestellt wird und der zu beschichtende Gegenstand in das feinkörnige Material der genannten Wirbelschicht ein getaucht wird; während man die genannte Wirbel schicht mindestens teilweise zum Zusammenfallen bringt, wobei beispielsweise das feinkörnige Material ein thermoplastisches Pulver ist und der Gegenstand vor dem Eintauchen erhitzt wird, und wobei man vor zugsweise den Gegenstand in das feinkörnige Mate rial eintaucht, nachdem das Zusammenfallen bereits seinen Anfang genommen hat.
In den obengenannten Ausführungsformen des Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn man Schritte un ternimmt, um beim Auftreten von Gegendrucken das Entweichen des Begasungsmediums durch den Boden des Wirbelgefässes zu verhindern oder zu vermindern.
Vielfach ist es auch vorteilhaft, das Verfahren so durchzuführen, dass die zu beschichtende Oberfläche mit einer durchgasten Masse feinkörnigen Materials in Berührung gebracht wird, die sich ganz oder an- nähernd in einem Zustand statischen Gleichgewichts zwischen dem Zusammenfall und dem Wiederdurch- gasungsprozess befindet,
wobei der durchschnittliche Zustand zwischen dem der bekannten vollständigen und gleichmässigen Wirbelschicht und dem des voll ständig gesetzten Pulvers liegt.
Zum Beispiel ist es möglich, dass man die mit einer Deckschicht zu versehende Oberfläche mit einem static gerate eines feinkörnigen Materials, z. B. eines thermoplastischen Pulvers, in Berührung bringt, wobei ein static gerate einen durchgasten Zustand bezeichnet, zwischen dem Wirbelbettzustand und dem Zustand des gesetzten Materials, in welchem die durchgaste Masse einen hohen Grad der Beweg- lichkeit bei mechanischer Störung zeigt, dennoch einen gewissen Schüttwinkel besitzt,
der jedoch ge ringer ist als der Schüttwinkel des undurchgasten Pul vers, und keine oder sehr wenig relative Bewegung zwischen angrenzenden Teilchen stattfindet, solange die Schicht ungestört bleibt.
Das obengenannte static gerate lässt sich her stellen, indem man das feinkörnige Material zunächst vollständig in den Wirbelschichtzustand bringt und nachträglich die Strömungsgeschwindigkeit des Gases bis auf den gewünschten Grad erniedrigt, oder indem man einen langsamen Gasstrom durch das Pulver leitet, während man vorsichtig in geeigneter Weise rührt, z. B. hauptsächlich in Richtung vom Boden des Gefässes nach oben.
Vorteilhafterweise wird das Verfahren mit einer Belüftungsunterlage ausgeführt, die eine äusserst feine Gasdispersion zustande bringt, z. B. sehr dicht ge webtes synthetisches Filtertuch.
Um den Grad der Fliessfähigkeit der durchgasten Masse zu kontrollieren, findet beispielsweise ein Pene- trationstest Verwendung, der vorzugsweise mittels einer Sonde ausgeführt wird, deren unteres Ende mit einem Bremsblech versehen ist und die ein gewünsch tes Gewicht besitzt oder mit einem solchen beladen werden kann, wobei das Bremsblech im Schnitt vor zugsweise eine V-Form mit abwärtsgerichteter Spitze besitzt.
Eine Apparatur zur Ausführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Wirbel- und Be- schichtungsgefäss vorgesehen ist, und dass ferner Mit tel vorgesehen sind, um einen Gegendruck gegen den Zufuhrdruck des Durchgasungsmediums auszuüben.
Eine Form der Apparatur ist dadurch gekenn zeichnet, dass mindestens ein Wirbelgefäss mit einer Beschichtungskammer verbunden ist oder verbunden werden kann, welche zumindest teilweise höher als die normale Höhe der Wirbelschicht in der Wirbel kammer ist, und dass ferner Mittel vorgesehen sind, um das Volumen der Wirbelkammer um einen Be trag zu verringern, der zumindest einen erheblichen Teil des Volumens der Beschichtungskammer gleich kommt, wobei die Mittel zur Volumenverringerung beispielsweise die Form eines Kolbens annehmen, der in die Wirbelkammer eindringt oder die Wände des Wirbelgefässes verformbar, z.
B. ganz oder teilweise balgförmig, ausgebildet sind und Mittel vorgesehen sind, mit welchen man die Wände in solcher Weise verformen kann, dass das Volumen des Gefässes redu ziert wird. Diese Art der Apparatur lässt sich so kon struieren, dass sie zur Innenauskleidung von Hohl körpern, z. B.
Rohren, ausgebildet ist und die ge nannten Hohlkörper selber als Beschichtungskammer verwendet werden, und dass vorzugsweise ein Flansch oder anderes geeignetes Verbindungsmittel auf dem Umfang einer Öffnung in der Oberseite der Wirbel kammer angebracht ist, mittels dessen der normaler weise heisse Hohlkörper befestigt wird, wobei vor- zugsweise auch Mittel vorgesehen sind, um den Hohl körper thermisch vom Rest der Apparatur zu isolie ren, z. B. Dichtungen aus Isoliermaterial.
Es ist auch möglich, die Apparatur so auszubil den, dass die Mittel zur Anwendung des Gegendruckes die Form einer mit einer Druckquelle höheren Druckes als der normale Gasdruck oberhalb der Wir belschicht verbundenen Gaszuleitung annehmen und/ oder, dass Mittel vorgesehen sind, um die Gasaustritts öffnungen in der Oberseite des Behälters ganz oder teilweise zu schliessen.
Vorteilhafterweise ist die Apparatur auch mit Mit teln versehen, um das Zurückströmen des Durch- gasungsmediums zu verhindern oder einzuschränken, wenn Gegendruck auftritt, z. B. eine geeignete An ordnung von Ventilen, beispielsweise Rückschlag ventilen.
Vorzugsweise ist in der Apparatur eine Belüf tungsunterlage vorgesehen, die eine äusserst feine Gas dispersion zustande bringt, z. B. sehr dicht gewebtes synthetisches Filtertuch.
Die Mittel zur Durchführung des Verfahrens schliessen auch eine Sonde zur Ausführung von Pene- trationstests im Laufe des Verfahrens ein, dadurch gekennzeichnet, dass deren unteres Ende mit einem Bremsblech versehen ist, das im Schnitt vorzugsweise eine \/-Form mit abwärtsgerichteter Spitze hat, und dass die Sonde ein gewünschtes Gewicht besitzt oder mit einem solchen beladen werden kann.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird die Erfindung im folgenden noch näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Apparatur zur Innenauskleidung eines rohrförmigen Körpers mit einer Plastikschicht, Fig. 2 eine Abwandlung der Apparatur der Fig. 1 teilweise im Querschnitt, teilweise in Ansicht, Fig. 2a eine Abwandlung der Fig. 2, von der ein Teil entfernt wurde, Fig. 3 eine abgeänderte Seitenansicht der Fig. 1, die ferner Mittel zur Lagerung der Apparatur zeigt,
Fig.4 einen Querschnitt der Abwandlung der Apparatur der Fig. 2, mit Andeutung der relativen Bewegung der Einzelteile, Fig.5 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer erfindungsgemässen Apparatur zur äusserlichen und inwendigen Beschichtung eines rohrförmigen Körpers, Fig. 6 eine Seitenansicht einer Apparatur der in Fig. 1 gezeigten Art, angewandt auf die Innenaus- kleidung einer Rohrbiegung, Fig. 7 eine Seitenansicht,
teilweise im Querschnitt, um anzudeuten, wie die Apparatur gemäss Fig. 2 zur Beschichtung von Gegenständen beliebiger Form ab geändert werden kann, Fig. 8 in diagrammatischer Weise die Wirkungs weise der Ausführungen gemäss Fig. 1, 2 und 3-7, Fig. 9 einen diagrammatischen senkrechten Schnitt durch eine andere erfindungsgemässe Apparatur zur Ausführung des Verfahrens, Fig. 10 eine Seitenansicht eines Metallstreifens, der in dem Versuch des Beispiels 2 Verwendung findet,
Fig. 11 eine typische graphische Darstellung des Druckabfalls durch eine belüftete Pulvermasse als Funktion der Gasgeschwindigkeit, Fig. 12 Teilabschnitte ähnlicher Kurven wie in Fig. 11, jedoch mit verschiedenen Pulvern und zwei verschiedenen Arten von Belüftungsunterlagen, Fig. 13 eine perspektivische Ansicht der Sonde, die zur Ausführung des Penetrationstests entwickelt wurde.
Gemäss Fig. 1 und 3 der Zeichnungen wird ein Rohr 1 oder dergleichen innen ausgekleidet, indem man es vorher erhitzt und mit dem oberen Teile eines Gefässes 2 verbindet, das eine Masse 3 thermoplasti scher Teilchen oder Pulver, wie Polyäthylenpulver, Polypropylen-, Nylon-, Vinylpulver oder Pulver auf Zellulosebasis enthält. Die Masse 3 kann auch aus wärmehärtbaren Kunststoffpulvern, wie Epoxyharz- pulver, Polyestern, Phenolharzen usw. bestehen.
Die Masse 3 kann auch aus Metallpulvern, z. B. Edel metallen, Blei, Zinn usw. oder_Pulvern aus glasartigen Materialien, z. B. Glas, welches bei Anwendung ge eigneter Temperaturen plastisch wird, bestehen. Die Erfindung schliesst auch die Verwendung von Pulver gemischen ein, die zumindest ein Pulver befassen, welches unter Hitzeeinwirkung schmelzbar ist, z. B. ein Kunststoffpulver gemischt mit einem keramischen Pulver.
Der Boden 4 des Behälters 2, welcher sich in direkter Berührung mit der Pulvermasse befindet, ist ein poröses Filter, welches beispielsweise aus geweb tem oder ungewebtem Textilmaterial oder einer luft- bzw. gasdurchlässigen Scheibe aus kompaktem, ge sintertem Metallpulver oder einem porösen kerami schen Material besteht und mit einer Luft- oder Gas kammer 5 verbunden bzw. darin eingefasst ist, die eine Zuleitung 6 mit einem Zuleitungsventil 6a besitzt, um den Druck der Gaszufuhr nach Gaskam mer 5 zu kontrollieren. .
Um die Verringerung bzw. Vergrösserung des Volumens des Gefässes 2 zu ermöglichen, ist das un tere Teil 7 des Gefässes vertikal beweglich in bezug auf das obere Teil des Gefässes ausgebildet, auf Grund des beispielsweise balgförmigen, nachgiebigen Teiles 8, welches die Unter- und Oberteile des Gefässes mittels Bändern 9 und 9' verbindet und gleichzeitig die Seitenwände des Gefässes bildet. Die Oberseite des Gefässes ist mit einem von einer im wesentlichen zentral angeordneten Öffnung 11 durchbrochenen Deckel 10 versehen, mit einem ringförmigen Sitz 12 auf dem Deckel 10 rund um die Öffnung 11 und nach oben zeigend angeordnet.
Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Fig. 1, in wel cher der ringförmige Sitz 12 mit einem oberen Flansch 13 versehen ist, während das Rohr 1 mit einem Endflansch 14 versehen ist und ein Rohrstück 15 mit Endflanschen 16 und 17 zwischen dem ring- förmigen Sitz 12 und Rohr 1 mittels Schrauben 18 zwischengebaut ist, welche die zusammengehörigen Flansche zusammenhalten. Wärmeisolierende Dich tungen 19 und 20, z. B. Asbestdichtungen, sind zwi schen die Flansche eingebaut.
Ein Kragen 21 mit gegenüberliegenden Laschen 22 und 23 umfasst das Rohr 15, und Träger<I>B</I> und<I>B'</I> sind an den Laschen befestigt, wobei die Träger gleichzeitig an einem Paar seitlich angeordneter Stützen 24 und 25 mittels Klam mern 26 und 27 oder dergleichen befestigt sind. Die ganze in Fig. 3 gezeigte Anordnung wird zwischen den Stützen 24 und 25 festgehalten.
Fig. 2 und 4 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung, die sich teilweise im Hinblick auf die Art der Veränderlichkeit der Gefässkapazität und teil weise hinsichtlich der Erhitzungsweise des auszuklei denden Rohres unterscheidet.
Gemäss Fig. 2 wird das in Fig. 1 und 2 gezeigte Gefäss in Form eines Hohl zylinders 29 mit Deckel 10 durch ein Kolbenteil 30 ersetzt, welches vertikal beweglich im Innern der Wandung des Zylinders 29 angeordnet ist. Alle an deren gleichartigen Bestandteile tragen gleiche Ver- weisungszahlen wie die entsprechenden Teile der Fig. 1 und 3.
Fig. 2a unterscheidet sich von Fig. 2 insofern, als das Kolbenteil 30 und die damit verbundenen Einzel teile entfernt sind, um die Oberseite des Gefässes oder Zylinders 29 offen zu lassen.
In der Arbeitsweise gemäss Fig. 2a wird Druck luft oder Gas in Kammer 5 durch Zuleitungsöffnung 6 und Ventil 6a eingeleitet, mit einem Überdruck von gewöhnlich zwischen 100 und 1200 mm Wasser säule, je nach dem spezifischen Gewicht der Kunst stoffpulvermasse 3, der Höhe der Masse und dem Druckabfall durch das Filter. Bei Anwendung von Pulvermassen mit höherem spezifischem Gewicht wer den höhere Drucke verwendet.
Die Druckluft oder das Gas, welches durch das Filter 4 hindurchdringt, bringt die Pulvermasse in den Wirbelzustand, wobei die Wirbelschicht ein grösseres Volumen einnimmt und eine neue Oberflächenhöhe 39 erreicht und die Wir belschicht vorzugsweise in einem gleichmässig durch lüfteten Zustand, wie oben beschrieben, verkehrt. Gleichmässige Durchlüftung kann man durch lang sames Schwenken des Gefässes begünstigen.
Vorzugs weise stellt man zunächst Optimum-Wirbelschicht- bedingungen in der Pulvermasse her, worauf das Ventil 6a geschlossen wird oder zumindest so bedient wird, dass der in der Gaskammer ausgeübte Druck verringert wird, und ein erhitzter Gegenstand (nicht abgebildet) wird zumindest teilweise in die Wirbel schicht eingetaucht.
Wenn das Ventil 6a geschlossen ist, tritt kein weiteres Durchlüftungsmittel mehr in den Gasraum ein, und in dieser Weise lässt man die Wirbelschicht zumindest teilweise um den eingetauch ten Gegenstand herum zusammenfallen. Wenn man das Ventil 6a so bedient, dass der Druck in der Gas kammer 5 nur verringert wird, fällt die Schicht lang samer um den erhitzten Gegenstand zusammen. Man kann den erhitzten Gegenstand entweder in die Wir belschicht eintauchen, während die Masse bereits am Zusammenfallen ist oder bevor man die Wirbelschicht zusammenfallen lässt.
Im letzteren Falle neigt die Eintauchung des Gegenstandes vor dem Zusammen fallen dazu, die optimalen Wirbelbedingungen der Wirbelschicht zu zerstören, doch der nachfolgende Zusammenfallschritt stellt den gewünschten Zustand der Durchgasung wieder her, und der Gegenstand wird wirksam mit einer geschmolzenen Kunststoff schicht überzogen.
Diese Arbeitsweise mit einer zu sammenfallenden Wirbelschicht gewährleistet eine gleichförmige Kunststoffbeschichtung ohne die Not wendigkeit, entweder den Gegenstand im Wirbelbett oder das Wirbelbett selbst zu bewegen, obwohl es natürlich möglich ist, die Masse in Schwingungen zu versetzen, um unter Umständen die Zusammen fallgeschwindigkeit, falls erwünscht, zu beschleunigen, je nach der Art des verwendeten Pulvers und der erwünschten Beschichtungsdicke.
Die obengenannte Optimum-Wirbelschichtbedin- gung stellt einen bestimmten Zustand dar, bei dem gerade genug Luft oder Gas durch das System strömt, im wesentlichen in vertikaler Richtung, um Teilchen von Teilchen zu trennen. Diese Durchlüftung bedingt, dass die Reibung zwischen den Einzelteilchen auf ein Minimum eingeschränkt wird und dass das Pulver somit die Eigenschaft der echten' Fliessfähigkeit an nimmt, und zwar in solchem Masse, dass die Fliess- eigenschaften denen einer Flüssigkeit entsprechen.
Solche Materialien haben ein bestimmtes gesamt spezifisches Gewicht, wie sich aus dem folgenden Beispiel ergibt: <I>Beispiel 1</I> <I>Gesamtspezifische Gewichte von Materialien im</I> Wirbelschichtzustand Ein gewisses Polyäthylen in gegossener Form hat ein spezifisches Gewicht von 0,940.
Der gleiche Kunststoff in kompakter Pulverform hat ein spezifisches Gewicht von 0,375.
Der gleiche Kunststoff in gesiebter und loser Form hat ein spezifisches Gewicht von 0,350.
Der gleiche Kunststoff in schwach durchlüfteter, ungleichmässiger Wirbelschichtform hat ein spezifi sches Gewicht von 0,275.
Der gleiche Kunststoff in Pulverform unter opti- mum gleichmässigen Wirbelschichtbedingungen hat ein spezifisches Gewicht von 0,25.
Das gleiche Kunststoffpulver in einer kochenden ungleichförmigen Wirbelschicht hat ein spezifisches Gewicht von 0,225.
Die folgende Tabelle zeigt praktische Wirbel schichtdaten, die mit demselben Pulver gemessen wurden.
EMI0005.0001
Höhe <SEP> des <SEP> Pulvers <SEP> Druck <SEP> Volumenzunahme
<tb> in <SEP> der <SEP> Schicht <SEP> in <SEP> der <SEP> Luftkammer <SEP> gegenüber <SEP> undurchlüfteter <SEP> Bemerkungen
<tb> in <SEP> mm <SEP> in <SEP> mm <SEP> Wassersäule <SEP> Masse <SEP> in
<tb> 749 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> undurchlüftete <SEP> Masse
<tb> 952 <SEP> 444 <SEP> 687 <SEP> schlechte <SEP> ungleichmässige <SEP> Wirbelschicht
<tb> <B>1016</B> <SEP> 501 <SEP> 904 <SEP> optimum, <SEP> gleichmässige <SEP> Wirbelschicht
<tb> 1053 <SEP> 514 <SEP> 1018 <SEP> Wirbelschicht <SEP> kocht, <SEP> ist <SEP> ungleichmässig Aus dem Obigen ergibt sich,
dass eine Volumen zunahme der Pulvermasse von nur 41/211/a vom Opti- mumzustand ein heftiges Kochen herbeiführt, und dieses Kochen ist in erster Linie für eine ungleich mässige, poröse Beschichtung verantwortlich. Wollte man das Volumen ausreichend erhöhen, um das Pul ver durch ein Rohr zu verdrängen, würde man die Eigenschaften der Wirbelschicht vollkommen zerstö ren, und man würde lediglich einen pulverbeladenen Luftstrom durch das Rohr erhalten.
<I>Beispiel 2</I> <I>Abhängigkeit der Beschichtung vom</I> Belä f tungszustand Es wurde, wie im vorigen Beispiel beschrieben, eine Optimum-Wirbelschicht in der Apparatur der Fig.2a hergestellt. Ein Metallstreifen von der in Fig. 10 gezeigten Form wurde erhitzt und in der Wir belschicht in der in Fig. 10 gezeigten Stellung auf gehängt. In diesem Versuch wurden die Bedingungen der üblichen Eintauchverfahrensweise genau einge halten.
Man machte die folgende Beobachtung: Längs der senkrechten Teile des Metallstreifens bestand eine Neigung zur Bildung von Luftkanälen in annähernd senkrechter Richtung, woraus sich eine ungleichmässige Beschichtung ergab.
Die schrägen Abschnitte des Streifens sammelten überschüssige Luft an der Unterseite, welche sich längs der Oberfläche aufwärts bewegte, Kochen ver ursachte und eine ungleichmässige Beschichtung er gab. Die Oberseite des schrägen Teiles war teilweise abgeschirmt und infolgedessen fiel die Pulvermasse auf dieser Oberfläche zusammen, rutschte ab in Rich tung auf die untere Kante und wurde dann wiederum von dem aufwärtsströmenden Luftstrom mitge schleppt. Die Deckschicht zeigte den Einfluss dieser abwärtsgleitenden Bewegung. Die Unterseite des waagrechten Teiles des Streifens wurde aus den glei chen Gründen wie im Falle der Unterseite des schrä gen Teiles unbefriedigend beschichtet. Im Gegensatz hierzu wurde die Oberseite des waagrechten Teiles sehr zufriedenstellend beschichtet.
Die Pulvermasse fiel wiederum auf der Oberseite dieses Teiles zusam men und konnte nicht abrutschen. Als der Streifen aus der Pulvermasse entfernt wurde, wurde das über schüssige Pulver abgeblasen.
Ein zweiter Versuch wurde dann mit einem ähn lichen Streifen unter den folgenden Bedingungen aus geführt: Optimum-Wirbelschichtbedingungen wurden wie derum in einer Apparatur gemäss Fig. 211 hergestellt. Ventil 611 wurde dann geschlossen, und sobald die Pulvermasse anfing zusammenzufallen, wurde der heisse Streifen in das Gefäss eingetaucht und etwa 5 Sekunden später wieder entfernt. Während dieser Zeit fiel die Wirbelschicht fast vollständig zusammen. Als Ergebnis des Zusammenfallens der Pulvermassen gegen den Metallstreifen von allen Seiten, wurde eine sehr gleichmässige Beschichtung sämtlicher Teile des Metallstreifens erhalten.
Die Unterschiede in der Schichtqualität an den verschiedenen Teilen des Strei fens waren ganz gering.
<I>Beispiel 3</I> <I>Beschichtung einer chemischen Apparatur</I> Der Versuch wurde mit einem schweren Eisen deckel eines Gefässes für chemische Zwecke ausge führt. Der Deckel hatte eine ganz ungleichmässige Form mit schwerzugänglichen Ecken und Rohrstut zen. Der Deckel wurde erhitzt und in eine zusam menfallende Wirbelschicht in der im vorigen Beispiel beschriebenen Weise eingetaucht. Der Deckel mit einem Durchmesser von 63 cm wurde dann aus der Pulvermasse herausgehoben und hatte einen praktisch perfekten Kunststoffüberzug. Selbst die Ecken und Innenoberflächen der Rohrverbindungen waren gut und gleichmässig beschichtet.
<I>Beispiel 4</I> Innenauskleidung <I>von Rohren</I> In der Arbeitsweise gemäss Fig. 1 wird Druck luft oder Gas in Kammer 5 durch Gaszuleitung 6 eingeleitet. Die Druckluft wandert durch Filter 4 und bringt die Pulvermasse 3 in den Wirbelzustand, wobei die aufgebauschte Wirbelschicht eine ausge prägte freifliessende Oberfläche zeigt und die Teil chenmasse im Gefäss 2 die neue Oberflächenhöhe 28 annimmt.
Daraufhin wird der Boden 7 des Gefässes 2 schnell senkrecht aufwärts gehoben, wodurch der Rauminhalt des Gefässes 2 vermindert wird und die Oberfläche der WirbeIschichtmasse in dem zu be schichtenden Rohr 1 aufwärts steigt.
Der Gefäss durchmesser ist wesentlich grösser als der Rohrdurch messer, und eine kleine senkrechte Bewegung des Bodens 7 verursacht einen verhältnismässig grösseren senkrechten Aufstieg der Pulvermasse im Rohr 1, wo durch Rohre erheblicher Länge mit einer durchlüfte ten Pulvermasse gefüllt werden können. Bevor man, die Oberfläche der durchgasten Pulvermasse 28 in das Rohr 1 hinaufstösst, wird das Rohr erhitzt.
Gewöhnlich ist selbst eine kurze Berührungszeit mit dem heissen Rohr ausreichend, um eine zufrieden stellende Kunststoffschicht auf die Innenfläche des Rohres aufzutragen. Infolgedessen reicht es gewöhn lich aus, den Boden 7 des Gefässes 2 nur kurze Zeit zu heben, die Pulvermasse in der nachfolgenden, an hand von Fig. 2 und 4 beschriebenen Weise zusam- menfallen zu lassen und dann den Boden 7 zu senken, wodurch die noch ungeschmolzenen durchgasten Teil chen in das Gefäss 2 zurückgeführt werden.
Unter Umständen kann man jedoch das Heben und Senken der Pulvermasse wiederholen oder die durchgaste Teilchenmasse längere Zeit in dem Rohr halten.
Gemäss Fig. 4 wird das Rohr 1 von einer Heiz- wendel 31 in thermischem Kontakt mit dem Rohr 1 umringt, die von einer elektrischen Energiequelle 32 beheizt wird. Ein hohles Teil 33 in Form eines um- gekehrten Kegels ist am oberen Ende des Rohres 1 befestigt, beispielsweise mittels Flanschen 34 und 35. Die grössere Öffnung 36 des umgekehrten Kegels ist mit einem Filter 37 bedeckt.
In der Arbeitsweise gemäss Fig. 2 und 4 wird die Wendel 31 unter Strom gesetzt und somit Rohr 1 beheizt. Danach senkt man das Kolbenteil 30 mit angebautem Rohr 1 schnell in die Wirbelschichtpul- vermasse 38, wodurch der Rauminhalt des Gefässes 29 verringert wird und die Oberfläche 39 der durch gasten fasse im Tank 29 in das Rohr 1 aufsteigt, um eine neue Oberflächenhöhe gemäss Fig. 4 zu er reichen. Ansonsten gleicht die Beschichtungsmethode vollständig der anhand von Fig. 1 und 3 beschrie benen Verfahrensweise.
Gemäss Fig. 5 ist die erfindungsgemässe Apparatur insofern abgeändert, dass sie sich sowohl für die Au ssenbeschichtung von länglichen Gegenständen als auch die Innen- und Aussenbeschichtung eines rohr- förmigen Körpers eignet.
Wenn es beispielsweise erforderlich ist, sowohl die Aussenseite als auch die Innenseite eines Rohres zu beschichten, und zwar eine Oberfläche mit einer Kunststoffart und die andere Oberfläche mit einer anderen Kunststoffart, besteht die Apparatur aus einem ersten und einem zweiten Gefäss 41 und 42, wobei das erste Gefäss 41 und die damit verbundenen Bestandteile im wesentlichen mit den in Fig. 3 gezeig ten identisch sind.
Das zweite Gefäss 42 ist mit einer Öffnung 43 durch die Luftkammer 5 versehen und mit einem rohrförmigen Teil 15, wie in Fig. 3 ge zeigt, welches in bekannter Weise gegen die Öffnung 43 abgedichtet ist. Rohrabschnitt 15 führt durch Fil ter 4 hindurch. Das zweite Gefäss 41 und die damit zusammenhängenden Teile ähneln der in Fig. 1 ge zeigten Ausführung, doch stehen Rohre 44 und 1 in konzentrischem Verhältnis zueinander.
Es ergibt sich aus Fig. 5, dass die Gefässe 41 und 42 unabhängig voneinander durch Heben und Senken ihrer jeweili gen durchlüfteten Pulvermasse betrieben werden kön nen, wie bereits oben für den Betrieb mit einem ein- zigen Gefäss beschrieben wurde. Es ist jedoch auch möglich, sowohl die Innenseite von Rohr 1 als auch Rohr 44 aus einem einzigen Gefäss mit einem geeig neten Umleitesystem zu beschicken, so dass beide Rohre 1 und 44 gleichzeitig mit der belüfteten Pul vermasse gefüllt werden, wenn die Beschichtung der Innen- und Aussenseite die gleiche Zusammensetzung haben soll.
Offensichtlich kann man auf das Gefäss 41 verzichten, wenn der aussen zu beschichtende Gegen stand ein länglicher, massiver Körper ist, solange man den Gegenstand innerhalb des Rohres 44 befestigt.
Die erfolgreiche Durchführung des erfindungs gemässen Rohrauskleidungsverfahrens hängt im we sentlichen von der Fähigkeit der Apparatur ab, das pulverförmige Beschichtungsmaterial sehr schnell gleichmässig mit der ganzen zu beschichtenden Ober fläche in Berührung zu bringen. Während dieser Zeit, welche im günstigsten Fall einen Bruchteil einer Se kunde einnimmt, und während welcher sich das Pul ver parallel zur zu beschichtenden Oberfläche be wegt, baut sich keine nennenswerte Schicht auf dem vorerhitzten Werkstück auf.
In diesem kurzen Zeit abschnitt bleiben jedoch Pulverteilchen durch Schmel zung ziemlich nahe aneinandergelagert an der erhitz ten Oberfläche hängen. Dies stellt die erste Stufe dar. Während der zweiten Stufe verliert die gehobene Pulvermasse allmählich ihre Durchgasung, da die ver längerte Säule einen ausreichenden Druck ausübt, um die Zufuhr einer ausreichenden Luftmenge in das System zu verhindern, so dass infolgedessen die Pul verteilchen sich an die erhitzte Oberfläche und bereits angeklebten Teilchen in einer gleichmässigen und homogen verteilten Weise anpressen.
Diese zweite Stufe nimmt ein paar Sekunden ein, je nachdem wie schnell entsprechend der Kornart des Pulvers die Fliessfähigkeit verlorengeht. Am Ende dieses Zeit abschnittes kann man die Pulvermasse nicht mehr als eine Wirbelschicht im Gleichgewichtszustand be schreiben. Es handelt sich dann vielmehr um eine Pulvermasse, die sich gleichmässig setzt bzw. zusam menfällt, aber nicht zusammengerammt wird. Am Ende dieser zweiten Stufe kann man das Pulver in den Wirbelbehälter zurückführen, indem man das Volumen des Behälters erhöht, was eine Druckver minderung bewirkt, die das Pulver in den Behälter zurückzieht.
Diese Saugkraft unterstützt die Schwer kraft in der Rückführung des umgeschmolzenen Pul vers vom Werkstück. In gewissen Fällen jedoch, vor allem, wo waagrechte Oberflächen oder Oberflächen mit einer Neigung von weniger als 60 ' zur Waagrech ten zum Zurückhalten des überschüssigen unge- schmolzenen Pulvers neigen, kann man diesen über schuss mit einem entsprechend gesteuerten, zusätz lichen Luftstrom entfernen.
Am Ende dieses Stadiums wird die Beschichtung vervollständigt, und man entfernt dann den Gegen stand aus der Apparatur und lässt ihn abkühlen, bis die Schicht endgültig und vollständig gebildet ist. Falls eine dickere Beschichtung erwünscht ist, wird das Pulver in der Wirbelschicht wieder aufgewirbelt und das Verfahren wiederholt, während das Rohr noch in Position ist.
Am Ende der obengenannten zweiten Stufe ist es unter gewissen Umständen, beispielsweise wenn die Pulverteilchen recht gleichmässige Oberflächen haben oder das Pulver von sich aus eine gewisse freie Fliess fähigkeit besitzt, möglich, das Pulver noch länger in der Beschichtungsposition zu halten.
Mehr Pulver schmilzt dann, und im Falle eines Polyäthylens ge ringer Dichte nimmt es ein gesamtspezifisches Ge= wicht von etwa 0,92 an, während das angrenzende Pulver ein schüttspezifisches Gewicht von möglicher weise etwa 0,35 hat, je nach Teilchenform, und dies könnte leicht zur Bildung eines Hohlraumes zwischen der Schicht und dem Pulver führen. Die Bedingung ist jedoch, dass das Pulver genügend freifliessende Eigenschaften hat, um diesen Raum gefüllt zu halten.
Mit einem Pulver aus abgerundeten Teilchen zwi schen 50 und 150 Mikron war es möglich, die Be- schichtungszeit auf eine halbe Minute auszudehnen, wobei sehr dicke Beschichtungen erzielt wurden, d. h. 1,0 bis 2,5 mm. Eine Schichtdicke von 0,7 mm wird in diesem Verfahren bereits als eine schwere Schicht betrachtet. Die Rohre wurden in diesen Beispielen auf 230 C erhitzt. In allen Versuchen fand die Ein engung der Wirbelschicht in weniger als 0,5 Sekunden statt.
Die plötzliche Einengung des Behältervolumens um etwa 57 Liter im Falle der in Fig. 2 gezeigten Apparatur verursachte einen plötzlichen Druckanstieg in der Pulvermasse von etwa 250 mm Wassersäule auf annähernd 1300 mm Wassersäule. Sobald das Rohr mit der durchgasten Masse gefüllt war, wurde das Luftdruckventil geschlossen, und man liess somit die Pulvermasse zusammenfallen.
Im normalen Be trieb wurde das Volumen der Wirbelkammer nach etwa 6 Sekunden wiederum auf normal zurückerwei tert, wonach man das Rohr entfernte und abkühlen liess. Die Schichtdicke betrug dann durchschnittlich 0,4 mm. Es wird darauf hingewiesen, dass in dieser normalen Art der Durchführung des Verfahrens das Pulver am Ende der genannten Beschichtungszeit von beispielsweise 6 Sekunden noch immer in erheblichem Masse durchgast ist.
Luft sickert noch aufwärts und verleiht somit dem Material eine gewisse Beweglich keit und freie Fliesseigenschaften, wodurch das Pulver in guter und gleichmässiger Berührung mit der gesam ten Rohroberfläche bleibt. Dieses allmähliche Sickern führt zu keiner Luftröhrenbildung und natürlich auch zu keiner parallelen Bewegung von Luft und Pulver oder Wogungen oder Turbulenz.
<I>Beispiel 5</I> <I>Auskleidung einer Rohrbiegung</I> Gemäss Fig. 6 ist die in diesem Ausführungsbei spiel verwendete Apparatur mit der in Fig. 1 gezeig ten identisch, mit Ausnahme des ringförmigen Sitzes 12a, der um 45 geneigt ist. Eine rechtwinklige Rohr biegung von 100 mm Innendurchmesser wurde auf 230 C erhitzt und auf den ringförmigen Sitz 12a montiert. Polyäthylenpulver wurde im Wirbelraum 3 in der im vorigen Beispiel beschriebenen Weise in den Wirbelbettzustand gebracht.
Eine Trennwand 4a mit Rückschlagventilen war ferner zwischen der Luft <U>kammer</U> 5 und der Belüftungsunterlage 4 unmittelbar oberhalb der Trennwand 4a eingebaut. Die Pulver masse wurde dann in der im vorigen Beispiel be schriebenen Weise im Laufe von zwischen 0,3 und 0,5 Sekunden eingeengt. Das Pulver wurde in die Rohrbiegung verdrängt und dort 5 Sekunden lang gehalten. Während dieser Zeit verhinderten die Rück schlagventile in Trennwand 4a ein Zurückströmen des Begasungsmittels aus der Pulvermasse zurück in die Luftkammer.
Nach 5 Sekunden wurde das Volumen der Wirbelkammer wieder erhöht, wodurch das Ma terial im Rohrabschnitt in die Wirbelkammer zurück gesogen wurde. Die Rohrbiegung wurde dann abge baut und hatte eine perfekte Innenauskleidung zwi schen 0,25 und 0,4 mm Dicke. <I>Beispiel 6</I> <I>Beschichtung von</I> Gegenständen <I>verschiedener</I> <I>Formen nach der</I> Pulververdrängungsverfahrensweise Gemäss Fig. 7 entspricht die Apparatur im Prin zip der in Fig. 2 gezeigten, und nur die unterschied lichen Kennzeichen wurden mit neuen Nummern ver sehen.
In dieser Ausführungsform wird der ringför mige Sitz 12 und das heisse Rohr 1 von einer Be- schichtungskammer 47 kleineren Durchmessers als die Wirbelkammer ersetzt, wobei die Beschichtungs- kammer ständig oder demontierbar an der Oberseite des Kolbens 30 befestigt ist. Es wurde ein Versuch mit dem gleichen Metallstreifen wie in Beispiel 2 ausgeführt.
Die Wirbelkammer 29 wurde mit genug Poly- äthylenpulver gefüllt, um im vollen Wirbelzustand ein Volumen einzunehmen, welches einer Pulverhöhe bis zum konischen Teil 48 der Beschichtungskammer entsprach, wenn der Kolben 30 vollständig in die Wirbelkammer hineingedrückt wird. Durch die Gas zufuhr 6 wurde Luft mit solcher Geschwindigkeit ein geblasen, dass eine perfekte Wirbelschicht erzeugt wurde. Der Metallstreifen 49 wurde auf 230 C er hitzt und in der Beschichtungskammer 47 aufgehängt.
Kolben 30 wurde dann, wie in einem vorigen Bei spiel, hinuntergestossen und 5 Sekunden lang in der unteren Position gehalten, während welcher Zeit die zusammenfallende Pulvermasse in ständiger Berüh rung mit dem Streifen 49 war, und dann wieder her ausgezogen, um ein Zurückströmen des Pulvers in die Wirbelkammer herbeizuführen. Der Streifen 49 wurde aus der Beschichtungskammer entfernt und abkühlen gelassen. Man erhielt eine einwandfreie und glatte Deckschicht einer durchschnittlichen Dicke von 0,3 mm.
Das Wirkungsprinzip dieser Ausführungsweise wird diagrammatisch in Fig. 8 gezeigt. In Fig. 8 wird ein Wirbelgefäss von der Art des in Fig. 2a gezeigten abgebildet. Die Wände des Gefässes ragen um eine geeignete Höhe über die normale Höhe 39 der Pul verwirbelschicht 38 hinaus. Während des Wirbel- schichtstadiums wird ein erhitzter Gegenstand gerade oberhalb der Höhe 39 der normalen Wirbelschicht aufgehängt.
Vorzugsweise hält man perfekte oder fast perfekte Wirbelschichtbedingungen ein, während sich der Kolben 51 in der gehobenen Position befindet. Man stösst dann den Kolben 51 in die Pulvermasse hinunter (strichpunktiert angedeutet), wodurch ein erhebliches Volumen der Wirbelschichtmasse ver drängt wird und eine neue Pulverhöhe 39a erreicht wird. Durch die Erhöhung der Drucksäule auf den Boden der Wirbelschicht reicht der Gasdruck nicht mehr aus, die Wirbelschichtbedingungen aufrechtzu- halten, und die Pulvermasse fängt an,
in sich @zusam- menzufallen. Das zusammenfallende Pulver drückt sich sacht von allen Seiten an den zu beschichtenden Gegenstand an und dringt in alle Ecken-und Hohl räume des Gegenstandes ein. Das Zusammenfallen der Wirbelschicht wird von einem Sinken der Pulver höhe von der Maximumhöhe 39a auf eine niedrigere Höhe 39b begleitet. In der normalen Betriebsweise wird der Kolben aus der Pulvermasse entfernt, bevor das Pulver sich vollständig entlüftet hat.
Das Pulver fällt dann in den ursprünglich vom Kolben eingenom menen Raum zurück und nimmt wiederum den Wir- belschichtzustand an. <I>Beispiel 7</I> <I>Andere</I> Beschichtungsverfahrensweise Gemäss Fig. 9 ist die Apparatur mit der in Fig. 2a gezeigten identisch, mit der Ausnahme, dass die Ober seite des Behälters mit einem Deckel 52 verschlossen ist, der mit einer Gasableitungsöffnung 53 und einer Klappe 54 versehen ist.
Der zu beschichtende Ge genstand 55 wird an einem Hebelsystem 56 oder der gleichen aufgehängt, mit Hilfe dessen man den Ge genstand heben oder senken kann.
Wenn die Pulvermasse 38 den gewünschten Wirbel schichtzustand angenommen hat, schliesst man die Klappe 54 ganz oder teilweise, wodurch an der Ober seite der Masse Gegendruck erzeugt wird. Man senkt nun den zu beschichtenden Gegenstand in die Pulver masse, die inzwischen angefangen hat, in sich zusam menzufallen und hält ihn dort während der für die Dicke der Beschichtung erwünschten Zeitspanne. Die Geschwindigkeit, mit der die Schicht zusammenfällt, kann man durch mehr oderweniger dichtes Schliessen der Klappe 54 steuern.
Falls erwünscht ist, ein schnelleres Zusammen fallen der Schicht zuwege zu bringen, schliesst man die Klappe 54 und bläst Gas unter einem geeigneten Druck in. den Gasraum oberhalb der Pulvermasse durch den Rohrstutzen 58. <I>Beispiel 8</I> In dieser Versuchsreihe wurden Pulvermassen aus Nylon, Polyäthylen, Polyvinylchlorid und fluorierten Polyäthylenen verwendet. Die Pulverteilchen waren zum grössten Teil zwischen 50 und 150 Mikron im Durchmesser gleichmässig geformt und zum grossen Teil frei von Vorsprüngen.
Die Apparatur war die in Fig. 2a gezeigte, und als Belüftungsunterlage wurde ein dichtgewebtes syn thetisches Filtertuch verwendet.
Man liess langsam Luft durch die Pulvermasse strömen, während die Pulvermasse ständig vom Bo den des Gefässes aufwärts gerührt wurde. In dieser Weise erhielt man die obendefinierten static aerates in einem erheblichen Bereich der Gasgeschwindigkeit. Wenn man die Geschwindigkeit des Begasungsme- diums erhöhte, wurde schliesslich der echte Wirbel schichtzustand erreicht.
Beim Eintauchen der in Beispiel 2 beschriebenen erhitzten Teststreifen in die static aerates wurden einwandfreie Beschichtungen auf allen Testoberflä chen erzielt. Die Schichtqualitäten waren vollständig gleichmässig und standen im scharfen Gegensatz zu den Ergebnissen, die man mit den gleichen Streifen durch Eintauchen in echte Wirbelschichten erzielte (siehe Beispiel 2).
<I>Beispiel 9</I> Eine ähnliche Pulverunterlage wie im vorigen Bei spiel wurde verwendet. Die Pulvermasse war etwa 48 cm tief; ein Polyäthylenpulver hoher Dichte wurde verwendet mit Teilchengrösse zwischen 38 und 150 Mikron und annähernd runder Kornform. Luft fand Verwendung als Belüftungsmittel.
In diesem Versuch wurde die Gesamtluftgeschwin- digkeit gemessen sowie der Säulendruck des Pulvers, der numerisch dem Druckabfall durch die Pulver masse gleichstand. Die Ergebnisse wurden in Fig. 11 aufgetragen. Mit zunehmender Luftgeschwindigkeit durch die Pulvermasse von 0 an aufwärts stieg der Druckabfall glatt zwischen Punkt O und P an. Bei Punkt P reichte der Druckabfall gerade aus, um das Gewicht der Pulvermasse auszugleichen. Von da an zeigte die Kurve einen etwas unregelmässigeren Ver lauf und nahm annähernd die Form einer flachen Sinuskurve mit einem Maximum bei Q und einem Minimum bei R an.
Von da an wurde die Kurve wieder regelmässiger und stieg flach bis S an. Auf dem aufsteigenden Arm der Kurve stellt Teil b den Übergang zum echten Wirbelschichtzustand dar. Ab schnitt a entspricht dem normalen Wirbelschicht- zustand, bei welchem die üblichen Eintauchbeschich- tungsverfahren ausgeführt werden. Hinter Punkt S kocht die Pulvermasse heftig.
Wenn man die Gasströmungsgeschwindigkeit nun verringert, verfolgt die zurückkehrende Kurve nicht mehr den gleichen Weg. Anfangs verläuft die zurück laufende Kurve höher als die aufsteigende Kurve, die bei T geschnitten wird. Ein Übergangsabschnitt wurde mit c bezeichnet, in welchem die Kurve etwas unregelmässig verläuft; die Unregelmässigkeiten sind jedoch grossenteils wiederholbar. Der möglichen Bil dung von Luftröhren in diesem Abschnitt kann man durch leichtes Rühren entgegenwirken. Unterhalb S herrscht der Zustand, den ich als static gerate bezeichne.
Der ungefähre Zustandsbereich, der sich am besten für die erfindungsgemässe Eintauchbeschich- tung eignet, wird durch d dargestellt. In diesem Be reich hat die Pulvermasse wenig Neigung, Luftröhren zu bilden, und die Viskosität entspricht den Er fordernissen für schwierige Beschichtungsarbeiten.
Ein gutes Mass der Viskosität der Pulvermasse wird durch den Penetrationstest geliefert, für den ich die in Fig. 13 abgebildete Sonde verwende. Diese Sonde besteht aus einem Stiel 201, der länger ist als die Maximumtiefe der Pulvermasse und einem Brems blech 202 am unteren Ende des ersteren mit einem winkelförmigen Querschnitt, wobei die Spitze des Winkels nach unten zeigt. Der bevorzugte Winkel des Bremsbleches ist annähernd 90 , und jede Hälfte des Bremsbleches hat eine Fläche von annähernd 50 X 75 mm. Zusätzlich ist ein Tisch 203 am oberen Ende des Stieles 203 vorgesehen, auf welchem man Gewichte aufladen kann.
Selbstverständlich sind für diesen Zweck auch andere geeignete Anordnungen möglich.
Im vorliegenden Beispiel war eine Gesamtlast der Sonde von 11/,1 Pfund (etwa 580 g) gerade ausrei chend, um die Sonde bis zum Boden der Pulvermasse sinken zu lassen, wenn man sie an der Oberfläche der Masse losliess, während sich die Pulvermasse in dem von Punkt U der Kurve dargestellten Zustand befand. Bei der Verringerung der Gasgeschwindigkeit nahm die erforderliche Belastung der Sonde, um bis zum Boden der Masse durchzudringen, ständig und gleich mässig zu, bis bei Punkt O die erforderliche Gesamt last 41/.2 Pfund (etwa 2050 g) betrug.
Der Test lässt sich auch mit konstanter Belastung durchführen, indem man die Eindringungstiefe in jedem Falle misst und dadurch zu einem vergleichs weisen Satz von Messwerten gelangt.
Eine wichtige Eigenschaft, die sich an static aerates beobachten lässt, besteht darin, dass mit Än derung der Gasgeschwindigkeit praktisch keine Vo lumenänderung der Pulvermasse stattfindet. So ist beispielsweise auf dem absteigenden Ast der Kurve zwischen Punkten U und O das Volumen der Pulver masse konstant oder praktisch konstant. Bei O befin det sich die Masse in einem sehr labilen Zustand, und die geringste mechanische Störung lässt die Pul vermasse vollständig zusammenfallen, so dass das Pulver in den Zustand des normalen, lose gesetzten Pulvers zurückkehrt.
Der Schüttwinkel nimmt zu, wenn die Gasge schwindigkeit abnimmt.
<I>Beispiel 10</I> Der Versuch des Beispieles 9 wurde mit verschie denen Pulvern und zwei verschiedenen Arten von Durchgasungsunterlagen wiederholt. Nur die abstei genden Kurven wurden in Fig. 12 aufgetragen. <I>I. Normales Leinentuch als</I> Durchgasungsunterlage <I>Kurve A</I> Verwendetes Pulver: Polyäthylen geringer Dichte, unregelmässig geformte Teilchen, starke Tendenz zum Zusammenballen. Teilchengrösse des Grossteils des Pulvers (3/4 des Pulvers) zwischen 50 und 250 Mi- kron.
Um eine ordentliche Wirbelschicht zu erhalten, war es notwendig, zu scharren und zu rühren, um dadurch die Luftröhrenbildung zu unterdrücken. Volle Wirbelschichtbedingungen herrschten zwischen 1 und 1/2 Fuss/Sek. Luftgeschwindigkeit (30 bis 15 cm/Sek.).
Beim Verringern der Gasgeschwindigkeit musste das Scharren fortgesetzt werden, bis das static gerate bei 0,3 Fuss/Sek. (10 cm/Sek.) erreicht wurde. Die Pulvermasse befand sich dann von unten bis oben in einem vollständig statischen Zustand. Bei Ein taucharbeiten entstanden zuweilen Luftröhren, die sich jedoch durch Umrühren der Röhrenzone aus schalten liessen.
Penetration des static aerates : ausgezeichnet. Arbeitsgebiet (d. h. geeignet für Eintauchbeschich- tung): 0,3 bis 0,1 Fuss/Sek. (10 bis 3 cm/Sek).
Beschichtungseigenschaften: gut zur Beschichtung von Drahtwerkstücken, schlecht für Rohrbiegungen. <I>Kurve B</I> Verwendetes Pulver: die Fraktion des obigen Pul vers oberhalb 150 Mikron wurde verwendet.
Eine gute Wirbelschicht liess sich ohne Umrühren irgendwelcher Art zwischen 1,1 und 0,9 Fuss/Sek. (33 bis 27 cm/Sek.) Gasgeschwindigkeit herstellen.
Das static gerate liess sich ohne Rühren errei chen (0,65 Fuss/Sek.; 19,7 cm/Sek.).
Arbeitsgebiet: 0,65 bis 0,5 Fuss/Sek. (19,7 bis 15 cm/Sek.), zu viskos bei geringerer Strömungs geschwindigkeit.
Penetration des static gerate : gering. Beschichtungseigenschaften: Nützlichkeit be schränkt durch geringe Penetration.
<I>Kurve C</I> Ve,rwendetes Pulver: Polyäthylen von hoher Dichte und mit ziemlich perlförmigen Teilchen, 38 bis 150 Mikron.
Es liess sich eine ausgezeichnete Wirbelschicht herstellen mit wenig Scharren oder Schaukeln des Be hälters bei 0,58 bis 0,4 Fuss/Sek. (11,7 bis 12,2 cm/ Sek.). Bei 12,2 cm/Sek. wurden zuweilen Luftröhren beobachtet, wenn man mit dem Schaukeln oder Schar ren aufhörte.
Die static aerate -Bedingungen wurden durch Verringern der Gasgeschwindigkeit mit gleichzeitigem Ausschalten von Luftröhren bei 0,13 Fuss/Sek. (4 cm/Sek.) erhalten.
Penetration des static gerate : gut. Arbeitsgebiet: 0,13 bis 0,05 Fuss/Sek. (4,0 bis 1,5 cm/Sek.).
Beschichtungseigenschaften: ausgezeichnet für Rohrbiegungen. II. <I>Dichtgewebtes synthetisches Filtertuch</I> Das in der folgenden Versuchsreihe als Durchlüf- tungsunterlage benutzte Filtertuch wird in Südafrika von The South African Canvas Company (Pty) Limi- ted, Johannesburg, vertrieben, und zwar unter der Handelsbezeichnung TS 400.
Es hat die folgenden Eigenschaften: Luftdurchlässigkeit: 2,5, Wasserdurchlässigkeit: 2625, Feststoffzurückhaltungsfaktor pro 1/10o: 87, Reissstärke eines Streifens 2 Zoll X 7 Zoll, ein gespannt, Kettenfadenstärke: 1005 Pfund, Schussfadenstärke: 981 Pfund. <I>Kurve A'</I> Verwendetes Pulver: wie für Kurve A.
Mit mässigem Scharren wurde zwischen 0,95 bis 0,47 Fuss/Sek. (29 bis 14,3 cm/Sek.) Gasströmungs- geschwindigkeit eine sehr gute Wirbelschicht erhalten. Mit Schaukeln und Scharren der Pulvermasse war die Wirbelschicht ausgezeichnet.
Die teilweise Entgasung (d. h. Verringerung der Gasströmungsgeschwindigkeit) fand nur mit Schar ren statt und das static gerate bildete sich bei 0,1 Fuss/Sek. (3,1 cm/Sek.).
Penetration des staticaerate : vergleichbar mit A. Arbeitsgebiet: 0,1 bis 0,5 Fuss/Sek. (3,1 bis 1,5 cm/ Sek.).
Beschichtungseigenschaften: ausgezeichnet für Drahtwerkstücke, ungeeignet für Rohrbiegungen we gen schwacher Fliesseigenschaften.
<I>Kurve B'</I> Verwendetes Pulver: wie für Kurve B.
Eine sehr gute Wirbelschichtbildung fand ohne jegliches Umrühren zwischen 1,46 bis 1,0 Fuss/Sek. (44,2 bis 30,5 cm/Sek.) statt. Das static gerate bildete sich bei 0,65 Fuss/Sek. (l9,8 cm/Sek.).
Penetration: zu gering für befriedigendes Arbeiten nach dem Eintauchbeschichtungsverfahren.
<I>Kurve<B>C</B></I> Verwendetes Pulver: wie für Kurve C.
Man erhielt eine gute Wirbelschicht ohne Schar ren zwischen 0,6 und 0,5 Fuss/Sek. (18,3 bis 15,2 cm/ Sek.). Das static gerate bildete sich bei 0,21 Fuss/ Sek. (6,4 cm/Sek.).
Penetration des static gerate : gut. Arbeitsgebiet: 0,21 bis 0,1 Fuss/Sek. (6,4 bis 3,1 cm/Sek.).
Beschichtungseigenschaften: ausgezeichnet für Rohrbiegungen.
<I>Kurve C"</I> Wiederholung des Versuches gemäss Beispiel 9, Pulver wie für Kurve C und<B>C</B>.
Die Ergebnisse zeigen in überzeugender Weise die Überlegenheit feiner sphärischer Teilchen und des Filtertuches TS 400, an welchem ich feststellte, dass es eine äusserst feine Gasdispersion zustande bringt.
Der Ausdruck Scharren bedeutet ein Agitieren des Materials mittels eines hin und her bewegenden Grills oder Lattengestells am Boden der Pulvermasse. <I>Beispiel 11</I> <I>Zusammenhang zwischen</I> Eintauchzeit <I>und</I> Beschichtungsdicke Der folgende Versuch wurde mit 3/s Zoll dicken (0,92 mm) Weichstahlplatten ausgeführt. Diese wur den erhitzt und in ein static gerate aus weissem Polyäthylenpulver eingetaucht, mit den folgenden Er gebnissen:
EMI0010.0044
Temperatur <SEP> des <SEP> Ofens
<tb> zur <SEP> Erhitzung <SEP> des <SEP> Erhitzungszeit <SEP> Eintauchzeit <SEP> Beschichtungsdicke
<tb> Gegenstandes <SEP> (mm)
<tb> 315 <SEP> C <SEP> 20 <SEP> Min. <SEP> 8 <SEP> Sek. <SEP> 0,64
<tb> 315<B>0</B> <SEP> C <SEP> 20 <SEP> Min. <SEP> 5 <SEP> Sek. <SEP> 0,51
<tb> 315<B>0</B> <SEP> C <SEP> 15 <SEP> Min. <SEP> 3 <SEP> Sek. <SEP> 0,25 <I>Beispiel 12</I> In einem Gefäss mit einer Querschnittfläche von etwa 0,55 m2 wurde eine Wirbelschicht mit Poly- äthylenpulver hergestellt.
Eine Stahlplatte, 30 cm im Quadrat, wurde senkrecht in die Wirbelschicht einge taucht. Hierdurch wurde die Qualität der Wirbel schicht nicht wesentlich beeinflusst, mit Ausnahme einiger Luftröhren, die sich an der Oberfläche der Platte bildeten.
Danach wurde die Stahlplatte waagrecht einge taucht. Die Pulvermasse oberhalb der Platte fiel sofort auf der Platte zusammen. In einem Vergleichsversuch wurde dann ein static gerate durch Verringerung der Gasgeschwin digkeit zunächst hergestellt. Die waagrechte Eintau chung der Platte in das static gerate 15 cm tief oder tiefer verursachte keine merkliche Änderung des Zustandes der Pulvermasse oberhalb der Platte. <I>Beispiel 13</I> Die im Beispiel 4 beschriebene Arbeitsweise wurde wiederholt und weiter untersucht.
Es zeigte sich, dass das Pulver den static aerate -Zustand an genommen hatte, als es das obere Ende des Rohres erreichte. Selbst wenn man das verdrängte Material einige Sekunden lang in dem Rohr hielt, deutete die Beweglichkeit des Pulvers am Ende dieses Zeitraumes an, dass das Material immer noch in erheblichem Masse durchgast und keinesfalls völlig gesetzt war.
In dieser Arbeitsweise erwies es sich als vor teilhaft, das durchgaste Pulver während der eigent lichen Beschichtungsstufe langsam durch das Rohr in die Durchgasungskammer zurückzuführen, zu wel chem Zweck von einer Rückführungssteuerungsvor- richtung, z. B. einem Zahnrad, einer drehtürartigen Vorrichtung oder einer Förderschnecke oder derglei chen Gebrauch gemacht wurde.
Das gleiche Ergebnis wird erzielt, wenn man das ganze Rohr einschliesslich des Trichters mit durch- gastem Material während der Einengungsstufe füllt und dann langsam das Volumen des Wirbelgefässes während der Beschichtungsstufe vergrössert, wonach das Gefässvolumen schnell vergrössert wird, um alles überschüssige Pulver in die Wirbelkammer zurück zuführen.
Im Falle des Beschichtens von Rohren und der gleichen hat die langsame Wischbewegung des aerates längs der Rohroberfläche - gleichgültig ob es vom Zusammenfallen der Wirbelschicht oder von der kontrollierten Rückführung herrührt - einen un bedingt günstigen Einfluss auf die Qualität der Be schichtung.
Das anfängliche static aerate in der Pulver masse bewirkt das Einfüllen sämtlicher Unregel mässigkeiten und Sprünge in der ursprünglichen Ober fläche. Nachträglich ist es von geringerer Bedeutung, ob die Pulvermasse ein Grossteil seiner Durchlüftung verliert, besonders solange das Pulver in Bewegung gehalten wird. Eine gewisse Gasmenge sickert wäh rend des gesamten Verfahrens durch die Pulvermasse, so dass das Pulver immer einen gewissen Grad der Durchgasung aufrechthält.
Sämtliche in den obigen Beispielen beschriebenen Verfahrensweisen eignen sich zur Herstellung ein wandfreier, gleichmässiger und dünner Deckschichten und sind den bisher üblichen Verfahren überlegen. Die Herstellung dicker Deckschichten ist auch mög lich, wie bereits in Beispiel 13 gezeigt wurde. Ganz generell ist jedoch die Herstellung dickerer Schichten nach sämtlichen in den Beispielen gezeigten Ausfüh rungsweisen möglich. Zu diesem Zweck bringt man den erhitzten Gegenstand mehrmals hintereinander in der beschriebenen Weise in Berührung mit einer zusammenfallenden Wirbelschicht, bevor man den Gegenstand endgültig entfernt und abkühlen lässt.
Beim Aufbau derartiger Deckschichten ist es auch möglich, nacheinander Schichten verschiedener Zu sammensetzung aufzutragen. Zu diesem Zweck kann der Raum, in welchem die Beschichtung ausgeführt wird, nacheinander mit verschiedenen Wirbelkam mern verbunden werden, die verschiedene feinkörnige Materialien enthalten. Es ist beispielsweise sehr oft erwünscht, eine erste Deckschicht eines thermoplasti schen Materials aufzutragen, welche von einer Art ist, die sich sehr stark mit dem zu beschichtenden Gegenstand verbindet, gefolgt von einem anderen thermoplastischen Material, welches sich besser zum Aufbau einer dicken Deckschicht eignet.
Anderseits ist es auch möglich, eine erste Schicht eines thermo plastischen Materials auf den Gegenstand aufzutragen und dann, solange diese Schicht noch klebrig ist, eine weitere Schicht eines körnigen Materials, welches bei der angewandten Temperatur weder erweicht noch verflüssigt, in der genannten Weise aufzutragen, z. B. eine Schicht Glas-Flocken, Perlen oder Fasern oder dergleichen, die eine Verstärkungs- und/oder Schutz schicht bildet.
Zwar ist es üblich, Luft als Begasungsmedium zu verwenden, doch lassen sich oft Vorteile erzielen, wenn man ein dem feinkörnigen Material gegenüber inertes Gas als Durchgasungsmittel verwendet. Bei spiele solcher Durchgasungsmedien sind Stickstoff, Kohlensäuregas, Wasserstoffgas, von denen einige bessere Fliesseigenschaften verleihen als Luft.
Das obengenannte Verfahren in seinen verschie denen Ausführungsformen lässt sich bei Drucken von der gleichen Grössenordnung wie Atmosphärendruck ausführen. Während der Wirbelstufe des Verfahrens ist der Druck oberhalb der Wirbelschicht gewöhnlich ungefähr atmosphärisch. Der Druck in der Luftkam mer unterhalb der Wirbelschicht ist zwischen 100 und 1200 mm Wassersäule höher, je nach der Dichte der Kunststoffpulvermasse, der Höhe der Wirbelschicht und dem Druckabfall durch das Filtertuch, die poröse Platte oder ähnliche Bodenfläche der Wirbelschicht.
Wenn beispielsweise das gesamtspezifische Gewicht der Wirbelschicht 0,25 ist, wird ein Überdruck von zwischen 25 und 40 mm Wassersäule für jeden Dezi meter der Schichthöhe benötigt, um eine ordentliche Wirbelschicht aufrechtzuerhalten, wobei dieser Druck zu dem Druckabfall durch das Filter oder dergleichen hinzuzuzählen ist. Falls das gesamtspezifische Ge wicht der Wirbelschicht höher ist, muss ein entspre chend höherer Gasdruck zur Durchgasung angewandt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann je doch auch in einer geschlossenen Apparatur ausge führt werden, in welcher ein erhöhter Gesamtdruck aufrechterhalten wird. Die verschiedenen obenge nannten erfindungsgemässen Apparaturen sind auch unter solchen Bedingungen verwendbar.
Die folgenden Vorteile lassen sich zuweilen durch Anwendung eines erhöhten Gesamtdruckes erzielen: 1. Eine gleichmässigere und bessere Durchlüftung lässt sich oft erreichen.
2. Einige thermoplastische Stoffe neigen zur Ver dampfung oder Zersetzung bei oder in der Nähe der Temperaturen der heissen zu beschichtenden Gegen stände, wenn das Verfahren bei normalem Druck ausgeführt wird. Diese Schwierigkeit lässt sich manch mal durch Verwendung eines höheren Druckes ver meiden.
Nach sämtlichen Beispielen werden die besten Er gebnisse erzielt, wenn Pulver Verwendung finden, deren Einzelteilchen vorzugsweise abgerundet sind oder zumindest keine ausgeprägten Vorsprünge besit zen und die vorzugsweise annähernd Kugelform be sitzen.