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APPLIKATIONSVERFAHREN UND APPLIKATIONSGERTE

Ausgabe 05/2007

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INHALTSVERZEICHNIS1. Die Aufladesysteme................................................... 31.1 Die elektrostatische Aufladung .............................................................3 1.2 Die ionenarme Aufladung (SuperCorona) ...........................................6 1.3 Die Pulverglocke ..................................................................................8 1.4 Tribo-Aufladung ...................................................................................9 1.5 Die Hybridpistole (Tribo/Elektrostatik-Kombination) ............................10 1.6 Die Innenaufladung............................................................................10 1.7 Vergleich der Ladungssysteme ..........................................................10

2. Die Mundstcke ....................................................... 11 3. Die Applikationsgerte............................................ 143.1 Die Handbeschichtungsgerte............................................................14 3.2 Die Automatikgerte...........................................................................16

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1.

Die AufladesystemeZur Aufladung des Pulvers werden verschiedene Systeme eingesetzt. Der Einsatz der unterschiedlichen Verfahren hngt von der Anwendung und den Wnschen des Anwenders ab. Grundstzlich wird zwischen drei verschiedenen Aufladeverfahren unterschieden: der elektrostatischen Aufladung, der ionenarmen Aufladung und der TriboAufladung. Die Luftionenreduzierung wird bei praktisch allen Anbietern durch einen speziellen Aufsatz (bei ITW Gema SuperCorona genannt) auf die Pistole erreicht. Weitere Systeme, die allerdings bisher keine grosse Verbreitung gefunden haben, sind die sogenannten Hybridpistolen, bei denen Elektrostatik und Tribo kombiniert werden, sowie Innenaufladungssysteme. Sie ergnzen die genannten Hauptverfahren.

1.1 Die elektrostatische Aufladung

OptiSelect von ITW Gema AG

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Das Prinzip der Corona-Aufladung Die Corona-Entladung ist das ungehinderte Austreten von freien Elektronen aus einem elektrischen Leiter. Dieser Vorgang ist nur unter hoher elektrischer Feldstrke mglich. Diese steigt mit zunehmender Spannung und mit abnehmender Drahtdicke, weshalb man eine hohe Spannung und einen dnnen Draht bentigt. Dieser dnne Draht wird in der Pistole als Elektrode/Elektrodenspitze bezeichnet. Die freien Elektronen suchen sich den krzesten Weg zum nchsten geerdeten Teil. Auf diesem Weg treffen sie auf die Pulverteilchen und bleiben darauf haften. Die so ionisierten Pulverteilchen werden wie die freien, ionisierten Luftteilchen von allen geerdeten Objekten angezogen. In der praktischen Anwendung ist das Werkstck das erste geerdete Teil, das dem Pulver begegnet und somit bleibt es an diesem haften.

Sobald das ionisierte Pulverteilchen auf das geerdete Werkstck trifft, erzeugt es im Werkstck eine Gegenladung. Die beiden Ladungen ziehen sich gegenseitig an. Da das Pulver elektrisch nicht leitend ist, kann die Ladung nicht abfliessen und die Anziehungskraft bleibt bestehen. Der vom geerdeten Werkstck abfliessende Strom besteht aus den auftreffenden freien Elektronen, aus Luftionen und aus dem Influenzstrom der Gegenladung.

Um eine optimale und konstante Aufladung des Pulvers zu gewhrleisten, wird die Elektrode der Gema-Pistole mit einem kleinen Luftstrom gesplt. Ohne diese Splung wrde das Pulver in krzester Zeit an der Elektrode ansintern und ihr Elektronenfluss deutlich reduziert werden. Der Luftstrom erhht zudem die Corona-Entladung an der Elektrode. Von den freien Elektronen treffen 1 - 3% auf Pulverteilchen, der Rest ionisiert die Umgebungsluft oder bleibt frei. Diese freien Elektronen und die ionisierte Luft, zusammen als Raumladung bezeichnet, haben einen Einfluss auf die Beschichtungsqualitt. Wie bereits erwhnt, suchen die geladenen Pulverteilchen den krzesten Weg zum nchsten geerdeten Objekt. Die Raumladung verstrkt diese Kraft und die Pulverteile haben Mhe in Vertiefungen einzudringen und lagern sich eher an den Kanten und Ecken des Werkstckes ab.

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Wir wissen, dass gleich ionisierte Pulverteilchen einander abstossen. Diese Rckstosskraft ist auch bei den am Werkstck abgelagerten Pulverteilchen aktiv. Sie limitiert die Schichtstrke und erhht die Gleichmssigkeit der Verteilung des Pulvers. Wenn die Pulverschicht auf dem Objekt zu dick wird, entsteht eine ungleichmssige Oberflche, Orangenhaut genannt. Eine andere Erscheinungsform ist, dass das Pulver zurckgesprht wird, wobei auf der Oberflche kleine Krater, Rcksprher genannt, entstehen. Wenn man die Hochspannung an der Elektrode reduziert, reduziert man auch die Aufladung und die Raumladung; damit knnen Orangenhaut und Rcksprher bekmpft werden. Da mit dieser Massnahme aber auch die Aufladung des Pulvers reduziert wird, sinkt der Auftragswirkungsgrad der Pistole. Einen grossen Einfluss auf die Beschichtungsqualitt hat die eingesetzte Luftgeschwindigkeit. Die Luft dient hauptschlich zur Frderung des Pulvers vom Pulverbehlter zur Pistole, durch das Mundstck zum Objekt. Durch die Luftmengeneinstellung kann das Beschichtungsresultat erheblich beeinflusst werden. Hohe Luftgeschwindigkeiten untersttzen das Eindringen in Vertiefungen und den Umgriff; sie verstrken aber auch die Tendenz zum Abblasen. Niedrige Luftmengen erhhen den Abscheidegrad, knnen aber auch das Eindringvermgen negativ beeinflussen. Nur die Kombination der richtigen Aufladung mit der passenden Luftgeschwindigkeit ergeben optimale Beschichtungsresultate. Das Einsatzgebiet der Corona-Aufladung Das Aufladungsprinzip mit konstanter Zufhrung von elektrostatischer Ladung ermglicht den Einsatz dieses Pistolentyps fr alle Anwendungsflle und fr praktisch alle auf dem Markt erhltlichen Pulversorten. Sie wird deshalb auch als Universalpistole bezeichnet.

Die OptiSelect Handpistole

Transformator (zu 4.5 kV) Kaskade (zu 100 kV)

Elektrode Flachstrahldse Elektrodensplluft Pulver vom Pulverbehlter 10 V Anschluss Steuerung

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Die Pulverwolken Profiles

Prallplatte

Flachstrahldse

1.2 Die ionenarme Aufladung (SuperCorona)Die ionenarme Aufladung mit dem nachrstbaren SuperCorona-Aufsatz (b) kommt berall dort zum Einsatz, wo gleichzeitig dickere Pulverschichten und eine hohe optische Beschichtungsqualitt gefordert werden. Bei der herkmmlichen elektrostatischen Aufladung ist es nicht immer mglich eine hohe Oberflchengte zu erzielen, wo Vertiefungen zu decken sind und die vorderen Kanten gleichzeitig glatt sein mssen. Entweder knnen die Vertiefungen nicht gedeckt werden, oder es entstehen an den Kanten zu grosse Schichtdicken, wobei ab 60 - 70 Schichtstrke die Orangenhaut hnliche Oberflche entstehen kann. Diese resultiert aus einem berschuss an freien Ionen, die sich durch die zu dicke Pulverschicht nicht mehr ber das Objekt entladen knnen. Der SuperCorona-Aufsatz verhindert, dass die freien Ionen (Raumladung) zum Werkstck gelangen, indem sie diese ber den SuperCorona-Ring zur Erdung der Pistole zurckfhrt. Der Aufsatz besteht im Wesentlichen aus einem leitenden Ring mit sechs Elektroden und einem Verbindungsdraht zur geerdeten Pistolenbefestigung. Typische Einsatzgebiete fr die SuperCorona-sind die Beschichtung von Schubladen, Felgen und Profilen. Ein anderes Einsatzgebiet ist auch die Beschichtung mit Strukturpulver, wo die SuperCorona-zu einem wesentlich ausgeglichenerem Muster fhrt (Reduktion des "Bilderrahmeneffekts"). Zudem reduziert sie beim Handbeschichten den Pulverrckschlag.

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Die OptiGun Pistole mit SuperCorona

ber das Pistolenkabel (1) wird dem Hochspannungserzeuger (4) in der Pistole Gleichspannung vom Steuergert zugefhrt. Die in der Pistole integrierte Elektronik (c) generiert aus der Gleichspannung eine Wechselspannung. Diese wird durch eine Vervielfacher-Schaltung (d) auf die, fr die Anwendung ntige, gleichgerichtete Hochspannung gebracht. Die erzeugte Hochspannung wird zur Elektrode (e) im Mundstck gefhrt.

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Messresultate aus Beschichtungsversuchen mit und ohne SuperCorona Ohne SuperCorona Abstand Pistole - Werkstck Pulverausstoss Strom an Pistole PG1 Strom am Werkstck Strom an SuperCorona

Mit SuperCorona 200 mm 203 g/min 90 A 3,6 4,5 A 65 A

200 mm 203 g/min. 70 A 55 A

Frderer Kabine

Isolation

Amperemeter fr Strom vom Werkstck (Kchenblech)

Amperemeter fr Strom von SuperCorona

Funktionsschema SuperCorona

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1.3 Die PulverglockeDie Funktionsweise der Pulverglocke entspricht der aus dem Nasslack-Bereich bestens bekannten Glocke. Die Aufladung des Pulvers geschieht ber die Ladekante des rotierenden Pralltellers. Die Rotationsgeschwindigkeit kann je nach Pulverart und gewnschter Wolkenbildung verndert werden. Die Pulverzufhrung erfolgt durch das Mittelrohr. Die Hochspannungskaskade wurde von der elektrostatischen Pulverpistole bernommen und in den Glockenkrper eingebaut. Eine Zusatzluft ermglicht die Strahlverstellung und die Erhhung der Vorwrtsgeschwindigkeit in Richtung Objekt. Mit dem Einsatz der Pulverglocke wird ein usserst gleichmssiger Schichtauftrag bei einem hohen Auftragswirkungsgrad erzielt. Durch ihren Einsatz kann die Anzahl der Zerstuber je nach Anwendungsfall reduziert und durch die hohe Gleichmssigkeit des Pulveraustrages die mittlere Schichtstrke reduziert werden. Letzteres bietet ein hohes Pulvereinsparungspotential. Pulverglocken erreichen nur eine sehr beschrnkte Eindringtiefe und sind daher in erster Linie fr die Beschichtung von grossen, flchigen Teilen geeignet. Bei der Kabinenauswahl sollte unbedingt darauf geachtet werden, dass Pulverglocken grosse, weiche Pulverwolken aufbauen und deshalb sehr sensibel auf Luftstrmungen reagieren. Der maximale Pulverausstoss liegt fr Pulverglocken bei 600 - 700 g/min.

Die Pulverglocke

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1.4 Tribo-AufladungDas Tribo-Verfahren bedient sich der Reibungsaufladung. Aus Erfahrung wissen wir, dass zwei Plastikfolien die wir voneinander trennen, sich gegenseitig wieder anziehen. Die beiden Trennflchen haben sich mit einer elektrischen Ladung gegenstzlicher Polaritt aufgeladen. Die Tribo-Aufladung macht sich genau dieses Phnomen zunutze, nur dass die Ladung abgefhrt wird. Die Pulverpartikel werden mit einem anderen Kunststoffmaterial in Kontakt gebracht und sofort wieder von diesem getrennt. Dieser Vorgang kann in einem Rohr, Schlauch oder ber eine Platte erfolgen. Vorzugsweise sollte der Vorgang bei hoher Luftgeschwindigkeit erfolgen, da dann im Rohr Turbulenzen entstehen, welche die Anzahl der Kontakte erhhen. Das eingesetzte Kunststoffmaterial ist vorwiegend Teflon und die Ladung positiv. Die TriboAufladung ist nur bedingt regulierbar. Wie bei der elektrostatischen Aufladung wird das Pulver mit einem Injektor zur Pulverpistole gefhrt. Da die Frdergeschwindigkeit des Pulvers alleine nicht ausreicht, um in der Pistole die geforderte Ladung auf das Pulver zu erzeugen, wird die Durchtrittsgeschwindigkeit des Pulvers durch die Pistole mit einer Zusatzluft erhht. Dadurch ist eine unabhngige Regulierung der Luftmenge und der gewnschten Ladung auf das Pulver nur bedingt steuerbar. Der Vorteil: der Tribo-Aufladung liegt in der guten Eindringtiefe. Die Tribo-Aufladung erzeugt praktisch keine berschssigen Ionen in der Luft. Die Raumladung ist unbedeutend. Deshalb ist das Eindringen von Pulver in Vertiefungen, wie bei Briefksten und Felgen besser als bei der Corona- Pistole. Die Ladung des Frischpulvers ist hher als bei der elektrostatischen Aufladung. Die beschichteten Oberflchen sind glatter, die Orangenhaut ist weniger ausgeprgt. Die Konstruktion der Pistole ist einfach. Die erzeugte Influenzladung kann mit einem A-Meter einfach abgelesen werden. Die Mundstcke fr die Zerstubung des Pulvers knnen beliebig ausgebildet werden. Die Nachteile: der Tribo- Aufladung sind die geringe Flexibilitt und die Rckgewinnung des Pulvers. Nicht jedes Pulver ist mit Tribo verarbeitbar, es braucht spezielle TriboZustze (Aluminiumoxide). Allerdings knnen die Pulverlieferanten die meisten Pulver tribofhig machen. Frischpulver ldt sich am besten auf, mehrmals zurckgewonnenes Pulver kann nicht mehr verwendet werden. Je hher der Feinstanteil des Pulvers wird, umso weniger tribofhig ist es.

Die Tribo-Pistole

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1.5 Die Hybridpistole (Tribo/Elektrostatik-Kombination)Die Hybridpistole ist eine Kombination aus Corona- und Tribopistole. Sie vereinigt die Vorzge der beiden Systeme. Bei ungengender Ladungsfhigkeit durch Reibung kann die elektrostatische Ladung untersttzend eingesetzt werden. Die Ladung ist in beiden Fllen positiv. Sowohl tribofhiges wie auch nicht tribofhiges Pulver knnen verarbeitet werden. Die Konstruktion ist relativ kompliziert, da beide Systeme (Gleitflchen aus Teflon und Hochspannungsquelle) in der gleichen Pistole integriert werden mssen. Dadurch muss auch mit erhhten Unterhaltskosten gerechnet werden.

1.6 Die InnenaufladungDie meisten Corona-Pistolen besitzen eine Aussenaufladung. Die Elektrode ist am ussersten Ende der Pistole angebracht. Das nchstliegende, geerdete Teil ist das Werkstck. Das elektrostatische Feld baut sich zwischen dem Werkstck und der Elektrode auf. Die Aufladung des Pulvers entsteht in der Nhe der Elektrode. Bei der Innenaufladung liegt die Erde in der Pistole selbst. Das elektrische Feld baut sich in der Pistole auf. Die Aufladung des Pulvers geschieht in der Pistole und in der Nhe der Elektrode. Die meisten freien Ionen fliegen direkt zur Erde. Das hat zur Folge dass die Raumladung kleiner ist als bei der Aussenaufladung und dass das Eindringvermgen erhht wird. Die Probleme liegen beim Ansintern von Pulver und Beschlagen der geerdeten Elektrode. Durch die sehr kurze Ladungsstrecke ist der Pulverdurchsatz stark eingeschrnkt.

1.7 Vergleich der LadungssystemeKriterium Abscheidegrad (Flachteil) Flchenleistung in m2/min Pulverdurchsatz Eindringvermgen Schichtstrkenverteilung Einfluss der Pulverqualitt Orangenhauteffekt Verschleiss Strungsanflligkeit Elektrostatik 60 70 % 0,1 1,5< 400 gr.

Super Corona 60 % 0,1 1,5 < 400 gr. gut gut klein wenig klein klein

Tribo 60 70 % 0,1 1,0 200 gr. gut sehr gut gut hoch wenig hoch mittel

Glocke 70 75 % 0,5 3,0 700 gr. schlecht sehr gut klein wenig hoch mittel

gut gut klein ja klein klein

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Die MundstckePistolen knnen je nach Beschichtungsbedrfnis mit unterschiedlichen Mundstcken ausgestattet werden. Um optimale Beschichtungsresultate zu erhalten, muss die Wahl des Mundstckes den effektiven Beschichtungsbedrfnissen angepasst sein. Die Mundstcke erfllen zwei Aufgaben, sie zerstuben das Pulver und erzeugen eine homogene Pulverwolke. Abhngig vom Aufladungsverfahren sind sie auch Trger der Elektrode. Die Prallplatte Seit Beginn der Pulverbeschichtung ist die Prallplatte bekannt. Der stark gebndelte Pulverstrahl trifft auf eine Platte von 16 - 32 mm Durchmesser und wird dabei auseinandergerissen. Es entsteht eine homogene Pulverwolke, die sich langsam dem geerdeten Werkstck nhert. Die Wolke kann nur bedingt gesteuert werden und das Eindringvermgen ist klein. Sie wird fr Flachteile und hohe Flchenleistungen eingesetzt. Der maximale Pulverausstoss liegt fr Coronapistolen bei 300 - 400 g/min. und fr Tribopistolen bei 200 - 250 g/min.

Rundstrahldse

Die Flachstrahldse Die Flachstrahldse ist ein Mundstck mit einem Schlitz. Das Pulver im Rohr wird vor und nach dem Schlitz beschleunigt und verzgert und damit in hohe Turbulenz versetzt. Die Pulverwolke hat einen ellipsenfrmigen Querschnitt und kann gut auf das Objekt ausgerichtet werden. Sie wird fr komplexere Teile mit Vertiefungen eingesetzt. Der maximale Pulverausstoss liegt fr Coronapistolen bei 150 - 200 g/min. und fr Tribopistolen bei 100 - 150 g/min.

Flachstrahldse

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Die Dralldse Mit ihr wird versucht den Pulverstrahl mit einem tangential eintretenden Luftstrahl auseinander zu reissen. Die zustzlich im Beschichtungsraum eingefhrte Luft strt aber die Beschichtungsqualitt. Deshalb erfreut sich diese Dse keiner grossen Beliebtheit.

OptiSelect mit Dsensortiment

Mundstcksortiment fr Tribo-Pistolen

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Mundstcke und Verlngerungen fr die elektrostatische Aufladung

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Die ApplikationsgerteApplikationsgerte werden unterteilt in Handbeschichtungs- und Automatikgerte. Standardisierte Module werden den Anforderungen des Kunden entsprechend zusammengestellt. Applikationsgerte umfassen immer Steuergerte, Pistolen und Pulverbehlter. Man unterscheidet zwischen Steuerungen fr eine, zwei oder mehrere Pistolen. Bei den Pulverbehltern besteht grundstzlich die Wahl zwischen fluidisierten, vibrierten oder solchen mit Rhrwerk. Auch das Gebinde des Herstellers kann als Pulverbehlter benutzt werden, was sich besonders fr den hufigen, schnellen Farbwechsel eignet.

3.1 Die HandbeschichtungsgerteEine Handbeschichtungsanlage besteht im wesentlichen aus einem Steuergert, einer Handpistole, einem Pulverbehlter, einem Przisionsinjektor, einem Pulverschlauch, Kabeln und pneumatischen Leitungen. Leistungsstarke Gerte zur Handbeschichtung eignen sich hervorragend fr kleine bis mittlere Serienproduktionen. Weil dabei hufig Farbwechsel anfallen, sollten sie zudem auch immer leicht zu reinigen sein.

Die OptiFlex-Gertelinie von ITW Gema AG

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Funktionsschema Handgert OptiFlex B

Funktionsschema Handgert OptiFlex F mit fluidisiertem Behlter

Funktionsschema Handgert OptiFlex S mit Rhrwerk

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3.2 Die AutomatikgerteDie Automatikanlage besteht im wesentlichen aus den gleichen Elementen wie die Handbeschichtungsanlage, nmlich Steuergerte, Pistolen, Pulverbehlter, Injektoren und Pulverschluche. Zustzlich werden Verriegelungs- und Automatisierungssteuerungen eingesetzt. Hochleistungsgerte zur Automatikbeschichtung mssen die Anforderungen an die Produktion von Grossserien erfllen knnen. Individuelle Baukastensysteme, die fr jeden Betrieb eine massgeschneiderte Lsung mit Standardelementen zulassen, sind fr solche Aufgaben prdestiniert.

Druckluft min. 5 bar Verriegelung Kabine Speisung Hubgert ZA04 Speisung

Funktionsschema OptiFlex A2 mit Pulverbehltersteuerung und ZA04

Die Steuerungen Im einfachsten Fall braucht jede Pistole und jedes Hubgert seine eigene Steuereinheit. Mit jedem weiteren Automatisierungsgrad werden zustzliche Steuermodule bentigt, um die einzelnen Schritte zu steuern und sie aufeinander abzustimmen. Dies fhrt bis zu vollautomatisierten PC und SPSLsungen. Man unterscheidet folgende Steuerungen: - Die Pistoleneinschbe - Die Automatikeinschbe - Die Hubgertesteuerungen Folgende Automatisierungsstufen sind heute mglich: Die Lckensteuerung fr Pistolengruppen Die Lckensteuerung fr Einzelpistolen Die Lckensteuerung und Breitenzustellung Die Hhenerkennung und Breitenzustellung Der vollautomatische Betrieb

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Die OptiTronic Pistolensteuerung Mit der neuen OptiFlex Gertelinie beschreitet ITW Gema einen zukunftsweisenden Weg in der Steuerungstechnik. Ziel ist, dem Beschichter seine Arbeit so einfach wie mglich zu gestalten: Die optimalste Beschichtungsqualitt so einfach wie mglich zu erzielen. Die Gertelinie umfasst alle Steuereinheiten, die eine vollautomatische Beschichtungsanlage erfordert: von der einfachen Pistolensteuerung ber die Steuerung der Hubgertebewegungen bis hin zur Steuerung der Frischpulverversorgung kann die OptiFlex Gertekonfiguration genau nach Kundenwunsch und Beschichtungsansprchen zusammengestellt werden.

Steuerung OptiStar

Sie besteht aus einem einfachen Basisgert, das durch zustzliche Module ausgebaut werden kann. Die wesentlichen Neuheiten der OptiStar Pistolensteuerung sind: - Die Mglichkeit des Abspeicherns von 250 Beschichtung programmen, welche jederzeit reproduzierbare Beschichtungsresultate erlauben. - Die digitale Anzeige der Beschichtungsparameter, welche eine przise und reproduzierbare Einstellung erlauben. - Die Programmierbarkeit von Hochspannung und Sprhstrom, welche automatisch nachgeregelt werden und konstante Pulveraufladungsverhltnisse erlauben (die Eindringtiefe wird erhht und die Beschichtungsresultate werden gleichmssiger). - Die Funktion Pulverschlauchlngenkorrektur, welche die Vereinheitlichung der einzelnen Pulverausstsse ermglicht. Diese fhrt zu formgleichen Sprhbilder der Pistolen, zu regelmssigen Schichtaufbauten, zu einer Reduktion der mittleren Schichtstrke und damit zu Pulvereinsparungen. - Das FlowControl Modul, welches den kontinuierlichen Ausgleich von Druckluft- und Staudruckschwankungen ermglicht. - Das DigitalBus Modul, mit dem Daten mit einer bergeordneten Steuerung ausgetauscht werden.

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Die Injektoren Die Injektoren haben die Aufgabe, eine genau vorbestimmte Menge Pulver aus den Pulverbehltern oder aus dem Gebinde zu den Pistolen zu transportieren. Fr Emailpulver werden hnliche Injektoren verwendet, die jedoch aus anderen, abrasiv bestndigen Materialien bestehen.

OptiFlow Injektor

Die Pulverbehlter Pulverbehlter dienen zur Pulverversorgung der Pistolen. Sie haben je nach Bedarf unterschiedliche Fassungsvermgen und knnen je nach Einsatz mit Rolluntersatz, Vibrationstisch, Airmover, Niveausteuerung und verschiedenen Anzahlen Injektoren ausgerstet werden

Pulverbehlter 100 l und 50 l

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Die Frischpulversysteme Frischpulversysteme werden eingesetzt, wenn der Pulververbrauch hoch ist, und die Qualittsanforderungen eine konstante Zumischung von Frischpulver zum zurckgewonnen Pulver verlangen. Abhngig von der Anlagengrsse (Anzahl Pistolen) und dem Liefergebinde der Pulverlieferanten kommen verschiedene Systeme zum Einsatz.

Pulverpumpe PP05

Die Hubgerte Hubgerte haben die Aufgabe die Pistolen zu bewegen. Je nach Anwendungsfall sind verschiedene Ausfhrungen whlbar.

Hubgert ZA04 am Magic Plus

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