Verfahren zum Überziehen von Werkstücken und Schlitzgiesseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens Zum Auftragen von Überzügen in flüssiger Form auf Werkstücke aller Art, z. B. Möbelteile, Bretter, Faserplatten, Kartonabschnitte, Folienbahnen usw. ha ben sogenannte Schlitzgiesseinrichtungen verbreitete An wendung gefunden.
In diesen werden die Werkstücke durch einen von der Begussmasse gebildeten, fallenden Flüssigkeitsschleier hindurchgeführt, wobei die oben und seitlich liegenden Flächen der Werkstücke einen gleich- mässigen Überzug erhalten. Als Begussmasse kommen mancherlei Materialien in Frage, insbesondere Lacke, Kunststoffe oder dgl.; praktisch handelt es sich bei den Begussmassen immer um elektrische Nichtleiter.
Ein wesentlicher Vorteil des Schlitzgiessverfahrens besteht in der Möglichkeit, auch dünne überzugsschich- ten gleichmässig aufzutragen. Es ist bekannt, dass für die resultierende Schichtdicke ausser der Einstellung der Weite des den fallenden Schleier formenden Giess- schlitzes auch die Fallhöhe des Schleiers vom Giess- schlitz bis zur Werkstückoberfläche massgebend ist.
In folge der Fallbeschleunigung nimmt nämlich die Ge schwindigkeit während der Fallbewegung ständig zu, weshalb der Schleier nach unten zunehmend auseinan- dergezogen und entsprechend dünner wird. Bei zu gros- ser Fallhöhe würde der dünne Schleier schliesslich in folge irgend einer geringfügigen Instabilität zerreissen, was natürlich vermieden werden muss. Die Gefahr des Zerreissens wird stark erhöht durch unerwünschte Flat terbewegungen des Schleiers, wie sie etwa durch Er schütterungen oder Luftströmungen verursacht werden.
Das Flattern des Schleiers bewirkt aber auch beim Gies- sen grösserer Schichtdicken bereits Schwankungen der Überzugsstärke, wenn noch keine unmittelbare Gefahr des Zerreissens besteht. Durch Störungen dieser Art war es bisher oft nicht möglich, die Vorteile des Schlitzgiess- verfahrens voll auszunützen.
Aufgabe der Erfindung ist es, störende Instabilitäten des Flüssigkeitsschleiers, wie insbesondere Flatterbewe gungen, und deren Auswirkungen zu vermeiden. Die Er findung betrifft ein Verfahren zum Überziehen von Werkstücken mittels einer Schlitzgiesseinrichtung, in welcher die Werkstücke durch einen von einer nichtlei tenden Begussmasse gebildeten, fallenden Flüssigkeits schleier hindurchgeführt werden. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsschleier zwecks Stabilisierung fortlaufend mit vorbestimmter Po larität elektrostatisch aufgeladen wird.
Ausserdem be zieht sich die Erfindung auf eine Schlitzgiesseinrichtung zur Durchführung des vorstehend genannten Verfah rens. Die erfindungsgemässe Schlitzgiesseinrichtung ist gekennzeichnet durch eine im Bereich des Giessschlitzes befindliche, sich im wesentlichen über die Breite des Flüssigkeitsschleiers erstreckende, obere Elektrodenan- ordnung, welche mit dem einen Pol einer hochgespann ten Gleichspannungsquelle verbunden ist, deren anderer Pol an eine in Fallrichtung des Flüssigkeitsschleiers wei ter unten angeordnete, ebenfalls etwa die Breite des Schleiers einnehmende Gegenelektrode angeschlossen ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Aus führungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung nä her erläutert.
Fig. 1 ist eine vereinfachte perspektivische Darstel lung einer Schlitzgiesseinrichtung.
Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Einrichtung etwa entsprechend der Fig. 1, jedoch mit einigen zusätzlichen Teilen, und Fig. 3 ist ein Schnitt durch eine Sprühentladungs- elektrode.
Die Schlitzgiesseinrichtung nach Fig. 1 und 2 weist einen in erhöhter Lage angeordneten Giesskopf 2 be kannter Bauart auf. Dieser ist durch einen länglichen Behälter gebildet, welcher unten mit einem Giessschlitz 6 versehen ist. Durch diesen fliesst die dem Giesskopf 2 durch einen Rohrstutzen 4 zugeleitete, flüssige Beguss- masse in Form eines kontinuierlichen, frei fallenden Flüssigkeitsschleiers 8 aus.
Zur Schlitzgiesseinrichtung gehört ferner eine Transportvorrichtung, meist in Form von zwei seitlich neben dem Schleier 8 angeordneten Transportbändern 10 und 12, welche die zu überziehen den Werkstücke durch den Flüssigkeitsschleier 8 hin- durchführen. Wenn es sich, wie im vorliegenden Beispiel angenommen, um flache, dünne Werkstücke 14 handelt (z. B. Kartonfolien), so ist es erwünscht, diese auf der Zufuhrseite bis möglichst nahe an den Schleier 8 heran zu unterstützen.
Hierzu ist eine Stützleiste 20 vorgese hen, welche die Lücke zwischen der einen Umlenkwalze des Transportbandes 10 und dem Schleier 8 teilweise überbrückt und das Durchhängen der Vorderkante des zugeführten Werkstückes 14 in diesem Bereich verhin- dert. Zwischen den beiden Transportbändern 10 und 12 und in Fallrichtung unterhalb des Giesschlitzes 6 befin det sich eine Auffangwanne 16, welche den Flüssigkeits schleier 8 jeweils in der Zeit zwischen dem Durchlauf zweier aufeinanderfolgender Werkstücke, sowie die seit lich neben den Werkstücken herabfallenden Schleier teile aufnimmt. Die aufgefangene Flüssigkeit fliesst durch ein Rohr 18 aus der Wanne 16 ab.
Die soweit beschriebene Anordnung entspricht einer bereits bekannten Schlitzgiesseinrichtung. Zur Regulie rung der Ausflussmenge kann die Weite des Giess- schlitzes 6 in bekannter Weise eingestellt werden, und der Giesskopf 2 ist zur Einstellung der Fallhöhe des Schleiers bis zum Werkstück 14 vorzugsweise in der Hö henlage einstellbar. Die zugehörigen konstruktiven Mit tel wie auch weitere Teile der Schlitzgiesseinrichtung, z.
B. das Maschinengestell, Leitungs- und Fördermittel für die flüssige Begussmasse usw., sind der Einfachheit halber nicht dargestellt, da sie im Zusammenhang mit der Erfindung nicht von Bedeutung sind.
Wie eingangs erwähnt, ist es bei einer solchen Schlitzgiesseinrichtung wichtig, Flatterbewegungen des Flüssigkeitsschleiers 8 zu verhindern und diesen in einer gleichmässig ruhigen Fallbewegung zu stabilisieren. Beim dargestellten Beispiel besteht auch die Schwierig keit, dass ein flatternder Schleier mit der Stützleiste 20 in Berührung kommt und an dieser hängen bleibt, mit anderen Worten können flexible Werkstücke 14 bis nä her an den Schleier 8 heran mittels einer Leiste 20 unter stützt werden, wenn der Schleier 8 ruhig seine lotrechte Lage einhält.
Es wurde nun die überraschende Feststellung ge macht, dass der fallende Flüssigkeitsschleier 8 durch ge eignete elektrostatische Aufladung sich wirksam stabili sieren lässt. Um eine solche Aufladung zu bewerkstelli gen, sind beim dargestellten Beispiel die nachstehenden Mittel vorgesehen: Als eine obere Elektrodenanordnung sind zwei stabförmige Sprühentladungselektroden 22, deren Aufbau weiter unten beschrieben wird, symme trisch zu beiden Seiten des Schleiers 8 und parallel zum Giessschlitz 6 angeordnet. Sie sind z.
B. mittels elektrisch isolierender Träger 24 am Giesskopf 2 befestigt und be finden sich vorzugsweise in einer Höhe unmittelbar un terhalb des Giessschlitzes 6; als Richtwert kann etwa angenommen werden, dass der horizontale Abstand der Elektroden 22 zum Flüssigkeitsschleier 8 etwa gleich dem Höhenunterschied zwischen den Elektroden und dem Giessschlitz 6 ist. Beide Elektroden 22 sind mit einer Leitung 34 verbunden, welche von einem elektrischen Speisegerät 30 ausgeht.
Dieses ist vorzugsweise zum Netzanschluss über einen Schalter 32 ausgebildet und stellt eine hochgespannte Gleichspannungsquelle dar, wobei die eine Polarität der Gleichspannung an der Lei- tun- 34 und die andere Polarität an der Leitung 36 er scheint. Die Leitung 36 führt zu weiter unten in Fall richtung des Schleiers 8 liegenden Teilen, welche somit die Gegenelektrode bilden, wie nachstehend im einzel nen angegeben ist. Die Verteilung der negativen und positiven Polarität auf die Leitungen 34 und 36 ist für die Wirkun-sweise nicht ausschlaggebend.
Die für eine Sprühentladung an den Elektroden 22 erforderliche hohe Gleichspannung wird im Speisegerät 30 beispiels weise durch Transformierung der Netzspannung und an- schliessende Gleichrichtung erzeugt; vorzugsweise ist die Höhe der Gleichspannung am Gerät 30 einstellbar. Bei einem angenommenen Abstand von etwa 5 cm zwischen den Elektroden 22 und dem Schleier 8 ist eine Span nung in der Grössenordnung von etwa 20 bis 60 kV, vorzu-sweise etwa 30 bis 45 kV angemessen; bei ande rem Abstand sind diese Werte natürlich entsprechend anzupassen.
Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel für einen geeigneten Aufbau der Sprühentladungselektroden 22. Ein metalli scher Stab 26 von U-förmigem Querschnitt, an welchen die Leitung 34 anzuschliessen ist, enthält im Innern eine elektrisch isolierende Masse 27. In die Masse 27 sind eine Reihe von metallischen, zugespitzten Stiften 28 ein gesetzt, wobei die Spitzen gegen den Flüssigkeitsschleier 8 gerichtet sind; gegebznenfalls könnte anstelle der Stif- tenreihe auch ein durchgehendes metallisches Lineal mit scharfer, gegen den Schleier 8 gerichteter Kante verwen det werden.
Bei einem Elektrodenaufbau gemäss Fig. 3 übertragen sich die Elektrischen Ladungen durch In lluenzwirkung vom äusseren Mantel 26 auf die isolierten Spitzen 28 bzw. das erwähnte Lineal. Aus Gründen des Berührungsschutzes wird die Elektrode 22 mit Vorteil mit einer isolierenden Hülle 29 umgeben, und aus dem gleichen Grund kann es zweckmässig sein, die Spitzen 28 kürzer auszuführen, so dass sie vollständig zwischen den Schenkeln des Stabes 26 liegen.
Mit der beschriebenen Anordnun- wird im Zwi schenraum zwischen den Elektroden 22 und dem Schlei er 8 dauernd eine von den Elektroden ausgehende elek trische Spitzen- oder Sprühentladung aufrechterhalten, wodurch der aus dem Giessschlitz 6 austretende Flüssig keitsschleier 8 fortlaufend mit der glichen Polarität wie die Elektroden 22 elektrostatisch aufgeladen wird.
Die so über die -esamte Breite des Schleiers 8 aufgebrachte elektrische Ladung bleibt hierauf im wesentlichen auf diesem haften und machte die Fallbewegung nach unten mit. Voraussetzun- hierfür ist natürlich, dass es sich um eine elektrisch isolierende Begussmasse handelt, da sonst die Ladung durch elektrische Leitung unmittelbar wie der abfliessen würde. Es hat sich gezeigt, dass durch die se elektrostatische Aufladung die Fallbewegung bzw. die lotrechte Lage des Flüssigkeitsschleiers in hohem Masse stabilisiert wird.
Dies wirkt sich auch so aus, dass bei ge gebener Weite des Giessschlitzes 6 durch entsprechende Einstellung der Fallhöhe sich wesentlich dünnere Auf tragsschichten erzielen lassen als bei unterbleibender Aufladung, ohne dass der Schleier auseinanderreisst. Es wird angenommen, dass diese günstigen Wirkungen ei nerseits auf den Einfluss der unten liegenden Gegen elektrode zurückgehen, deren Ladung auf die auf dem Schleier 8 befindliche, entgegengesetzte Ladung über die ganze Breite des Schleiers eine elektrostatische Anzie hungskraft mit einer Kraftkomponente in Fallrichtung des Schleiers ausübt,
wodurch der Schleier gewisser- massen mechanisch gespannt wird. Dies kann ausser der Lagestabilisierung eine zur Fallbeschleunigung zu sätzliche Beschleunigung nach unten und damit ein zu sätzliches Ausziehen des Schleiers zur Folge haben. Anderseits dürften die auf dem Schleier sitzenden, unter sich gleichnamigen Ladungen selber infolge gegenseitiger Abstossung eine vermehrte Oberflächenspannung des Schleiers bewirken und seine Reissfestigkeit erhöhen.
Es hat sich gezeigt, dass die Stabilisierungswirkung auf den Flüssigkeitsschleier 8 noch verstärkt werden kann durch Anordnung von flächenhaften Feldsteuer elektroden 40, welche der Einfachheit halber nur in Fig. 2 dargestellt sind. Solche Elektroden weisen etwa die gleiche Breite auf wie der Schleier bzw. die Sprüh entladungselektroden 22 und reichen in der Höhe etwa von den Elektroden 22 bis nach unten über die durch laufenden Werkstücke. Auf nicht näher dargestellte Wei se sind die Elektroden 40 in schiefer Lage gehalten, so dass ihr oberer Rand weiter von dem Schleier entfernt ist als die Sprühentladungselektroden 22 und die Elek- trodenfläche sich nach unten stetig dem Schleier nähert.
Die Elektroden 40 werden an eine Spannung gleicher Po larität wie die Elektroden 22 angeschlossen, vorzugs weise direkt an die Leitung 34. Dadurch bildet sich zwi schen den beiden Flächenelektroden 40 ein bestimmter Feldverlauf aus, in welchem die von den Elektroden aus gehenden Feldlinien im allgemeinen gegen den Schleier zu nach unten abbiegen; eine nennenswerte elektrische Entladung tritt an den Feldsteuerelektroden 40 nicht auf. Die Feldsteuerelektroden 40 können z. B. aus Blech, Drahtgitter oder dgl. oder vorzugsweise aus einer ein- oder beidseitig mit Isolierstoff beschichteten Metall folie hergestellt sein.
Es wäre auch eine Anordnung mit nur einer Sprüh entladungselektrode 22 und gegebenenfalls einer einzi gen Feldsteuerelektrode 40 denkbar, doch wird der in Fig. 2 gezeigten symmetrischen Anordnung im allgemei nen der Vorzug gegeben. Die obere Elektrodenanord- nung kann jedoch in anderer Weise unsymmetrisch ge staltet sein, indem auf der einen Seite des Schleiers 8 eine stabförmige Spitzen- bzw. Kantenelektrode ent sprechend der Elektrode 22, auf der andern Seite hin gegen eine streifenförmige, hochkant stehende und eben falls parallel zum Schleier verlaufende Feldelektrode an geordnet ist.
Die beiden ungleichen Elektroden sind dann mit entgegengesetzten Polen der Gleichspannungs- quelle zu verbinden, wobei die Stabelektrode zwecks Berührungsschutz an Erde gelegt werden kann. Ferner ist es denkbar, den Giesskopf 2 selber als obere Elek- trodenanordnung zu verwenden, indem er von den übri gen Anlageteilen isoliert und mit dem einen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden wird.
Die Aufladung der den Schleier bildenden Giessflüssigkeit kann dabei von einer im Innern des Giesskopfes parallel zum Giess- schlitz angeordneten, eingetauchten, vorzugsweise scharfkantigen Stabelektrode aus erfolgen, oder aber di rekt von den den Giessschlitz begrenzenden, scharfkan tigen Giesslippen. Im einen wie im andern Fall kann der Giesskopf im übrigen aus einem isolierenden Material, z. B. einem geeigneten Kunststoff, hergestellt sein.
Für die untere, vorzugsweise aus Sicherheitsgründen geerdete Gegenelektrode sind ebenfalls verschiedene Ausgestaltungen möglich. Am einfachsten ist es, die Lei tung 36 an einem geeigneten unteren Maschinenteil, z. B. der Auffangwanne 16, anzuschliessen, wobei dann die Gesamtheit der miteinander leitend verbundenen Metallteile unterhalb den Werkstücken die Gegenelek trode bilden. Eine konzentriertere Wirkung ergibt sich, wenn man die Wanne 16 isoliert befestigt und die Lei tung 36 an dieser anschliesst. Vorzuziehen ist jedoch eine Anordnung gemäss Fig. 2, bei welcher eine beson dere Stabelektrode 38 vorgesehen ist, welche senkrecht unter dem Giesschlitz 6 in oder etwas über der Auffang wanne 16 angeordnet ist und oben eine scharfe Kante aufweist.
Der Schleier 8 bzw. die nicht auf das Werk stück 14 auffallenden Teile desselben treffen dann di rekt auf diese Gegenelektrode 38 bzw. deren Kante auf und geben ihre Ladung an diese ab.
Falls die Stützleiste 20 sich zum Schleier 8 entgegen gesetzt aufladen kann, besteht die Gefahr, dass der Schleier von der Leiste elektrostatisch angezogen wird und an dieser hängen bleibt. Um dies zu verhindern, empfiehlt es sich, die Leiste 20 aus Isolierstoff zu formen und in deren vorderen, dem Schleier zugekehrten Kante über die ganze Leistenlänge eine z. B. streifenförmige Metalleinlage einzubetten, die an eine Gleichspannung gleicher Polarität wie die obere Elektrodenanordnung anzuschliessen ist. Infolge elektrostatischer Abstossung zwischen den gleichnamigen Ladungen auf dem Schleier 8 und einer solchen eingelegten Elektrode wird dann die erwähnte Störung vermieden.
Die elektrostatische Ladung, welche mit dem Flüs sigkeitsschleier 8 auf die nichtleitenden Werkstücke 14 auftrifft, bleibt im wesentlichen auf diesen bzw. auf de ren Überzug haften. Da diese Ladung für die Weiterbe handlung der Werkstücke störend oder lästig sein kann, ist es von Vorteil, hinter dem Flüssigkeitsschleier 8 (in Durchlaufrichtung der Werkstücke gesehen) eine Vor richtung anzuordnen, welche die genannte Ladung neu tralisiert. Dies kann z. B. mittels einer an sich bekann ten, stabförmigen Sprühentladungselektrode 42 erfol gen, welche von einem Gerät 44 mit hochgespanntem Wechselstrom gespeist wird.
Es bildet sich dann im Be reich der überzogenen Oberfläche der durchlaufenden Werkstücke ein Entladungsfeld wechselnder Polarität aus, welches in bekannter Weise die statische Ladung neutralisiert.