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Verdampfungsvorrichtung, insbesondere zur Herstellung eines Druckmediums für Spritzlackierungsgeräte
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B.mässen Einrichtungen stets auf gleicher Höhe gehalten wird, bleibt auch der vom Dampf erfüllte Raum gleich gross, und es wird der an den Dampf abgegebene Wärmeanteil konstant gehalten, da dauernd ein gleich grosser Teil des Heizelementes mit dem Dampf in Berührung steht und diesen überhitzt. Somit ist eine konstante Dampf temperatur gewährleistet, und es werden die bisherigen Schwierigkeiten vermieden.
Der Flüssigkeitsspiegel in der Verdampfungskammer stellt sich selbständig auf die Höhe der Anschlussstelle des Ausgleichkanals ein.
Sobald der Flüssigkeitsspiegel, wenn auch nur um einen kleinen Wert, absinkt, kann Dampf in den Dampfraum des Vorratsbehälters austreten, wodurch sofort ein weiteres Absinken des
Flüssigkeitsspiegels verhindert wird. Falls der Flüssigkeitsspiegel in der Verdampfungskammer infolge eines Druckabfalles im Dampfraum, was beispielsweise beim Öffnen der Spritzpistole vorkommt, das Be- streben zum Ansteigen hat, kann Dampf aus dem Flüssigkeitsvorratsbehälter in die Verdampfungskammer strömen und dadurch das Gleichgewicht wieder herstellen.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine erfindungsgemässe
Verdampfungsvorrichtung im Längsschnitt, Fig. 2 die Verdampfungskammer und das Heizelement im grö- sseren Massstab ebenfalls im Längsschnitt, Fig. 3 eine abgeänderte Ausführung der Vorrichtung in gleicher
Schnittdarstellung und Fig. 4 das Schaltschema für das Heizelement mit einem Druckschalter zur Steue- rung des Dampfdruckes.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird vorzugsweise zur Verdampfung einer flüchtigen Flüssigkeit, wie etwa eines Kohlenwasserstoffes, der einen kurzen und niedrigen Siedebereich aufweist, beispielsweise
Petroleumäther, verwendet, wobei die mit ihrer Hilfe erzeugten Dämpfe als Druckmittel für ein Spritz- lackierungsgerät, insbesondere zur Heissspritzlackierung dienen. Während des Aufspritzens des Anstriches bilden die gesättigten. erhitzten Gasdämpfe eine Schutzschicht, die eine Trennung von Lösungsmittel und
Farbe verhindern.
Mit 1 ist ein Druckbehälter bezeichnet, der eine Flüssigkeitszuführungsöffnung 2 und einen Dampf- auslass 3 aufweist. Der Druckbehälter besitzt ein oben geschlossenes Gehäuse 4 und eine Grundplatte 5.
Das Gehäuse 4 und die Grundplatte sind miteinander druckdicht verbunden, welche Verbindung auf ver- schiedene Art und'Weise verwirklicht werden kann. In den Fig. 1 und 2 sind hiezu zwei Konstruktionsva- rianten veranschaulicht.
Das elektrische Heizelement 6 besteht aus einem aus Widerstandsmetall hergestellten Band 7, das zickzackförmig gebogen und schneckenförmig auf einen aus Isoliermaterial hergestellten und mit der Grundplatte 5 verbundenen Kern 8 aufgewickelt ist, wobei sich beide Seiten des Bandes 7 in unmittelbarer
Berührung mit der Flüssigkeit und dem Dampf befinden. Das elektrische Widerstandsband ist vorzugsweise aus einem eine relativ grosse elektrische Leitfähigkeit aufweisenden Metall, wie z. B. aus Chromstahl od. dgl., hergestellt.
Am oberen und unteren Umfangsteil des Isolierkemes 8 sind Befestigungsspangen 9 zur Sicherung der Enden des elektrischen Widerstandsbandes 7 und eines durchgehenden Stranges 10 aus flexiblem Isolierma- terial, wie etwa aus Asbestfiber, welcher zwischen aufeinanderfolgende Windungen des Widerstandsban- des 7 eingelegt ist ; vorgesehen. Jede der Befestigungsspangen 9 ist an den Stromkreis über eine in der
Wandung des Druckbehälters 1 vorgesehene druckdichte Buchse angeschlossen. Die Befestigungsspangen 9 sind miteinander über das Widerstandsband 7 elektrisch verbunden, so dass über dieses Band 7 ein elektrischer Strom fliessen kann, um so die im Druckbehälter 1 vorhandene Flüssigkeit zu erhitzen.
Aussenseitig ist um das Widerstandsband 7 noch ein aus Isoliermaterial, wie etwa aus Asbestfiber od. dgl., hergestell- tes Spannband 11 gewickelt, das eine Lockerung des Widerstandsbandes verhindert. Die Enden des Spann. - bandes 11 sind mit den Befestigungsspangen 9 verbunden.
Im Druckbehälter 1 ist eine Verdampfungskammer 12 geformt, die über einen Kanal 14 von einem Flüssigkeitsvorratsbehälter 13 mit Flüssigkeit beschickbar ist und in der die Flüssigkeit in unmittelbarer
Berührung mit beiden Seiten des elektrischen Widerstandsbandes 7 kommt. Die Mündung des Kanals 14 in der Verdampfungskammer 12 bestimmt den praktisch konstant bleibenden Flüssigkeitsspiegel in der Ver- dampfungskammer 12, wie dies im folgenden beschrieben wird. Die Konstanthaltung des Flüssigkeitsspie- gels ist notwendig, um einen eine dauernd gleichbleibende Temperatur aufweisenden Dampf erzeugen zu können, welcher äusserst günstig für Spritzlackierungszwecke verwendbar ist.
Innerhalb des Flüssigkeitsvorratsbehälters 13 mündet der Anschlusskanal 14 in einem Wärmeaustau- scher 15. der seinerseits aus einem sowohl mit seiner äusseren als auch mit seiner inneren Fläche mit der im Vorratsbehälter 13 vorhandenen Flüssigkeit in Berührung stehenden, doppelwandigen Rohr besteht. Der
Wärmeaustauscher ist einseitig offen ausgebildet, welche Öffnung oberhalb des höchsten Flüssigkeitsspie- gels im Flüssigkeitsbehälter 13 angeordnet ist. Im tiefer liegenden Bereich des Flüssigkeitsvorratsbehäl- ters 13 ist der Wärmeaustauscher 15 mit einer verhältnismässig kleinen Öffnung 16 versehen, durch die
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Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 13 über den Kanal 14 in die Verdampfungskammer 12 fliessen kann.
Der Kanal 14 verbindet die Verdampfungskammer 12 mit dsm DampfraumimFlüssigkeitsvorratsbehäl- ter 13, so dass zwei kommunizierende Räume entstehen und der im Flüisigkeitsvorratsbehälter 13 enthaltene Dampf etwa den gleichen Druck wie der in der Verdampfungskammer 12 aufweist. Aus diesem Grund arbeitet der Kanal 14 auch als Druckausgleichskanal.
Falls der Dampfdruck in der Verdampfungskammer 12 ansteigt (was beispielsweise bei geringerer Dampfentnahme in der Zeiteinheit auftritt), so sinkt der Flüssigkeitsspiegel in der Verdampfungskammer und es kann, sobald die Anschlussöffnung des Kanals 14 erreicht wird, in den Flüssigkeitsvorratsbehälter Dampf austreten, der dort zum Teil kondensiert, so dass ein weiteres Absinken des Flüssigkeitsspiegels in der Verdampfungskammer 12 verhindert wird. Falls dagegen der Druck in der Verdampfungskammer 12 absinkt, was z. B. beim Öffnen der Spritzpistole der Fall ist, strömt aus dem Flüssigkeitsvorratsbehälter 13 Dampf in die Verdampfangskammer 12 zurück und stellt damit das Gleichgewicht her.
Auf diese Weise wird ein Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels infolge einer vergrösserten Flüssigkeitszuführung aus dem Flüssigkeitsvorratsbehälter 13 über die Öffnung 16 verhindert. Diesem Ansteigen wird weiterhin durch die Dimensionierung der Öffnung 16 in der Weise begegnet, dass der Flüssigkeitsstrom zur Verdampfungskammer 12 gerade ausreicht, um die abgenommene Dampfmenge zu ersetzen, dass er jedoch nie auf ein solches Mass ansteigt, dass diese eine merkliche Erhöhung des Flüssigkeitsspiegels bei einem plötzlichen Druckabfall in derVerdampfungskammer12 mit sich bringen könnte.
Der Wärmeaustauscher 15 hat den Zweck, die Wärme der aus der Verdampfungskammer 12 zurückfliessenden Flüssigkeit bzw. des zurückströmenden Dampfes im Flüssigkeitsvorratsbehälter 13 zur Vorwärmung der darin enthaltenen Flüssigkeit zu verwenden.
In einer Öffnung des Flüssigkeitsvorratsbehälters 13 ist ein Druckschalter 17 eingesetzt, der die Stromzuführung zum elektrischen Widerstandsband 7 in der Weise steuert, dass der Dampfdruck im Flüssigkeitsvorratsbehälter 13 auf einen vorbestimmten Wert gehalten wird. Zu diesem Zweck ist der Druckschalter 17 mit einer Druckfläche 18 (Fig. 4) versehen, die mit dem Gehäuse 20 über zuammendrück- bare Bälge 19 verbunden ist. An der einen Seite der Druckfläche 18 kann der Dampfdruck angreifen, während an die andern Seiten der Druckfläche eine Feder 21 wirkt, deren Vorspannung mit Hilfe eines Verstellorgans 22 eingestellt werden kann. Die Druckfläche 18 ist mit dem ferromagnetischen Schaltmesser 23 eines elektrischen Schalters 24 verbunden.
Das Schaltmesser 23 ist bei 25 schwenkbar befestigt und mit seinem freien Ende zwischen zwei permanenten oder dauernd erregten Magneten 26, 27 angeordnet, welche Magnete einander mit gleichen Polen gegenüberliegen, so dass das Schaltmesser 23 von jedem von ihnen angezogen werden kann.
Wenn der Dampfdruck auf einen so hohen Wert ansteigt, dass der Druck der Feder 21 und die Anziehungskraft des Magneten 27 überwunden werden, wird die Druckfläche verlagert, wobei das Kontaktmesser 23, vom Magneten 27 getrennt, in das Feld des gegenüberliegenden Magneten 26 gebracht und die Stromzuführung zum Widerstandsband 7 abgeschaltet wird, da das Kontaktmesser 23 und der Magnet 27 als Kontakt des Schalters 24 dienen und die Stromzuführung zum elektrischen Widerstandsband 7 indirekt steuern. Demgegenüber schlägt das Kontaktmesser23 in seine andere Endstellung am Magneten27 zurück, sobald der Dampfdruck unter einen vorbestimmten Wert absinkt, wobei die Stromzuführung zum Heizband 7 wieder hergestellt wird.
Zufolge der Anordnung der Magneten 26 und 27 werden zwei sichere Schalterendstellungen erzielt, so dass ein Stehenbleiben des Kontaktmessers in Zwischenstellungen und ein Vibrieren des Kontaktmessers unbedingt verhindert wird. Vorzugsweise wird ein elastisches Kontaktmesser 23 verwendet und das Kontaktmesser 23 sowie die Magnete 26 und 27 werden so dimensioniert, dass die von jedem der Magnete auf das Kontaktmesser 23 ausgeübte Anziehungskraft erst dann überwunden wird, wenn das Kontaktmesser schon so stark gebogen ist, dass es nach seiner Ablö3ung von dem einen nur mehr einen kleineren Weg als den vorhergehenden Biegungsweg zum andern zurückzulegen hat.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, liegt der Schalter 17 in einem Steuerstromkreis und steuert ein Relais 28, das ausserhalb des Druckbehälters angeordnet ist und die Stromzuführung zum Widerstandsband 7 steuert.
Der Druck in der Verdampfungskammer 12, der dem Spritzdruck entspricht, ist praktisch gleich dem Druck im Flüssigkeitsvorratsbehälter 13, da beide Räume miteinander kommunizieren und der Unterschied der Fjüssigkeitsspiegel nur von untergeordneter Bedeutung ist. Sobald der Druck in der Verdampfongskam- merl2 über den gewünschten Spritzdruck ansteigt, steigt auch der Druck im Flüssigkeitsvorratsbehälter 13 und betätigt den Druckschalter 17, der die Stromzuführung zum Heizwiderstandselement 7 unterbricht, bis der Druck in der Verdampfungskammer 12 auf einen vorbestimmten Wert abgesunken ist. Mit Hilfe des Einstellorgans 22 kann der Spritzdruck in einfacher Weise eingestellt oder verändert werden.
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Der Dampf kann aus der Verdampfungskammer 12 in ein zur Spritzpistole (nicht dargestellt) führendes flexibles Rohr oder einen Schlauch 29 austreten, wobei das Rohr bzw. der Schlauch vorzugsweise mit elek- trischen Heizeinrichtungen versehen ist. Um eine Kondensation innerhalb des Schlauches 29 zu verhin- dern, muss der Dampfaustritt während der Anlaufperiode der Vorrichtung unterbrochen werden, während welcher der erste Dampf erzeugt und überhitzt wird, bevor noch die Spritzlackierungsarbeit beginnt.
Wei- terhin ist eine Unterbrechung der Dampfzufuhr während der Zeitspannen erforderlich, in denen die Vor- richtung nicht in Betrieb steht und die Stromzuführung zum elektrischen Heizelement 7 unabhängig von dem eben vorhandenen Dampfdruck unterbrochen ist, da es sonst zufolge der raschen Abkühlung des - Schlauchkörpers zu einer Kondensation innerhalb des Schlauches 29 käme. Zu diesem Zweck ist zwischen dem flexiblen Schlauch 29 und der Dampfaustrittsöffnung 3 der Verdampfungskammer 12 ein Absperror- gan eingeschaltet, das entweder von Hand aus betätigt oder aber auch über den Druckschalter 17 automa- tisch gesteuert sein kann.
Die Ingangsetzung der Verdampfungsvorrichtung gemäss Fig. 1 wird wie folgt durchgeführt :
Wenn sich die Vorrichtung ausser Betrieb befindet und die Stromzuführung unabhängig vom Dampf- druck im Flüssigkeitsvorratsbehälter 13 und in der Verdampfungskammer 12 abgeschaltet ist, haben sowohl die Flüssigkeit als auch der Dampf Raumtemperatur, so dass praktisch kein Dampf vorhanden ist. Infolge- dessen liegt der Flüssigkeitsspiegel in der Verdampfungskammer 12 naturgemäss oberhalb des Bereiches, den er beim Betrieb einnimmt. Bei der Inbetriebsetzung der Vorrichtung wird das Einstellorgan 22 des
Druckschalters17 in der Weise eingestellt, dass die Stromzuführung zum Heizelement 7 so lange nicht ab- schaltet, bevor nicht der höchste Arbeitsdruck erreicht wurde.
Während dieser Zeitdauer bleibt das Ab- sperrorgan für das flexible Rohr 29 geschlossen, so dass der erzeugte Dampf aus der Verdampfungskammer nicht über den Schlauch 29 austreten kann und der Druck in verstärktem Masse ansteigt. Sobald in der
Verdampfungskammer 12 ein unter Druck stehender Dampf erzeugt wird, sinkt der Flüssigkeitsspiegel in der Verdampfungskammer 12 so lange ab, bis die Anschlussstelle des Kanals 14 erreicht wird, worauf
Dampf in den Dampfbereich innerhalb des Flüssigkeitsvorratsbehälters 13 austreten und dort zum Teil kondensieren kann.
Weiterhin kann der Flüssigkeitsspiegel in der Verdampfungskammer zufolge der An- schlussöffnung des Kanals 14 nur bis zu einem bestimmten Bereich absinken, da, sobald der Flüssigkeits- spiegel bis zu dieser Anschlussöffnung absinkt, Dampf aus der Verdampfungskammer 12 in den Flüssig- keitsvorratsbeblilter 13 gelangen kann und dann die Flüssigkeitstemperatur im Vorratsbehälter 13 zufolge der vergrösserten Wärmeübertragung über den Wärmeaustauscher 15 ansteigt, so dass der Dampfdruck im
Flüssigkeitsvorratsbehälter 13 ebenfalls ansteigt. Sobald dieser Druck im Flüssigkeitsvorratsbehälter 13 dem maximalen Arbeitsdruck entspricht, schaltet der Druckschalter 17 die Stromzuführung zum elektri- schen Widerstandsband 7 ab.
Nunmehr kann das Spritzlackierungsgerät in Betrieb gesetzt und der Druckschalter mit Hilfe des Ein- stellorgans 22 so eingestellt werden, dass Dampf mit dem gewünschten Spritzdruck erzeugt wird, während das Absperrorgan für den Schlauch 29 von Hand aus oder automatisch geöffnet wird, so dass aus der Ver- dampfungskammer 12 Dampf über das flexible Rohr 29 zur Spritzpistole strömen kann. Nachdem die
Spritzpistole in Gang gesetzt wurde, kann Überderen Sprühmundstück Dampf abströmen und der Dampf- druck in der Verdampfungskammer 12 sinkt ab, worauf aus dem Flüssigkeitsvorratsbehälter Dampf in die
Verdampfungskammer 12 zurückströmt.
Sobald der Dampfdruck im Flüssigkeitsvorratsbehälter auf den vorbestimmten Endschaltdruck abgesunken ist, schaltet der Druckschalter 17 die Stromzuführung zum Wi- derstandsband 7 ein.
Die Vorrichtung ist nun ausgeglichen, der Flüssigkeitsspiegel schwankt nur in einem begrenzten Be- reich um die Anschlussöffnung des Kanals 14 und bleibt daher auf einem im wesentlichen konstantenwert, so dass auch Dampf konstanter Temperatur erzeugt wird.
In Fig. 3 ist eine abgeänderte Ausführung der erfindungsgemässen Verdampfungsvorrichtung darge- stellt, bei der die Verdampfungskammer 30 innerhalb des Flüssigkeitsvorratsbehälters 31 angeordnet ist,
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tragung zur Vorratsflüssigkeit erreicht werden.
Der übliche Druckbehälter besitzt einen zylindrischen Oberteil 31 und einen engeren, ebenfalls zylindrischen Unterteil 32, der einen abnehmbaren, mit ihm druckdicht verbundenen Boden 33 aufweist. Innerhalb der Flüssigkeitsvorratswanne 31 ist eine zylindrische Trennwand 34 angeordnet, die einen Teil der Wand der Verdampfungskammer 30 bildet und mit dem engeren Teil 32 des Druckbehälters zusammenstösst. Der zylindrische Teil 34 ist nach oben und unten hin offen und mit einer klein dimensionierten Öffnung 35 versehen, die den Innenraum des zylindrischen Teiles 34 mit dem Flüssigkeitsvorratsbehälter 31 verbindet. Mit dem Bodenteil 33 ist ein Widerstandselement, das die gleiche Konstruktion wie jenes gemäss Fig. 1 und 2 aufweisen kann, verbunden.
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An der Oberseite des Vorratsbehälters 31 ist ein Druckschalter 16 angeordnet. Das mit einem Absperrorgan versehene Rohr oder ein Schlauch 29 ist mit einem Verdampfungskopf 36 verbunden, der den Dampfraum, innerhalb dessen der Dampf überhitzt wird, bildet.
Beim Betrieb findet eine Wärmeübertragung zu der im Flüssigkeitsvorratsbehälter 31 enthaltenen Flüssigkeit statt, da die Verdampfungskammer 30 und der Flüssigkeitsvorratsbehälter 31 lediglich durch die dünne Wand 34 getrennt sind,-o dass die gesamte zylindrische Innenfläche 34 des Flüssigkeitsvorrats-
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enthaltene Flüssigkeit praktisch auf die gleiche Temperatur wie die in der Verdampfungskammer 30 enthaltene Flüssigkeit erhitzt.
Obwohl die Startzeit bei dieser Einrichtung etwas verlängert wird, wird die Verdampfung während der Betriebszeit zufolge der erhöhten Temperatur der Vorratsflüssigkeit wesentlich beschleunigt. während der Dampfdruck im Flüssigkeitsvorratsbehälter gleichmässiger bleibt, da es zu einer geringeren Kondensation kommt.
Nachdem die Vorrichtung in Betrieb gesetzt wurde, sinkt der Flüssigkeitsspiegel im Verdampfungkopf 36 ab, bis die Unterkante 37 des Kopfes 36 erreicht wird, worauf der Dampf über den kreisringförmigen Ausgleichskanal 38 zwischen der Wandung 34 und dem Kopf 36 in den Dampfbereich des Flüssigkeitsvorratsbehälters 31 austreten kann, wobei er zum Teil kondensiert, so dass eine weitere Wärmeübertragung stattfindet. Daraufhin kann der Flüssigkeitsspiegel im Kopf36 in bezug auf dessen Unterkante wieder etwas ansteigen, so dass der Dampfaustritt durch den Kanal 38 unterbrochen wird.
Dann drückt der Dampf- druck im Kopf 36 die Flüssigkeit wieder aus diesem heraus, bis der Flüssigkeitsspiegel zur Unterkante des Überhitzungskopfes 36 gefallen ist, worauf der Dampf wieder durch den Ausgleichskanal 38 fliessen. kann.
Sobald der Dampfdruck im Flüssigkeitsvorratsbehälter 31 dem maximalen Arbeitsdruck entspricht, schaltet der Druckschalter 17 die Stromzuführung zum elektrischen Heizelement 7 ab. Daraufhin kann das Spritzlackierungsgerät in Tätigkeit gesetzt werden, wobei der Flüssigkeitsspiegel zufolge der kommunizierenden Verbindung zwischen den beiden Dampfräumen praktisch im Bereich der Unterkante des Verdampfungskopfes 36 bleibt. Auf diese Weise wird ein konstanter Flüssigkeitsspiegel erhalten, so dass Dampf konstanter Temperatur erzeugt wird.
Es ist klar, dass verschiedenartigste Abänderungen in der Konstruktion und der Anordnung des erfindungsgemässen Gerätes möglich sind, ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke und der Schutzbereich der Erfindung verlassen. wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verdampfungsvorrichtung, insbesondere zurherstellung einesdruchmediums für Spritzlackierungsgeräte, mit einem Druckbehälter, in dem ein elektrisches Heizelement angeordnet ist und eine flüchti - ge Flüssigkeit, z.
B. ein Kohlenwasserstoff, verdampft wird, wobei die aus einem blanken Heizelement und einer dieses umgebenden Umkleidung bestehende Verdampfungskammer über einen Flüssigkeitseinlass und einen Druckausgleichskanal mit einem Vorratsbehälter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitseinlass (16 bzw. 35) eine Drosselöffnung bildet und die Anschlussstelle (2) des Druckausgleichskanals (14,15 bzw. 38) an der Verdampfungskammer (12 bzw. 30) die gleichmässig zu haltende Höhe des Flüssigkeitsspiegels in der Verdampfungskammer bestimmt, wobei das andere Ende des Druckausgleichskanals oberhalb des höchsten Flüssigkeitsspiegels im Vorratsbehälter (13 bzw.
31) angeordnet ist, der durch den Vorratsbehälter geführte Teil des Ausgleichskanals eine mit der Flüssigkeit in Berührung stehende Wärmeübertragungsflache aufweist und derdampfauslass (3) der Verdampfungskammer über ein Rohr mit einem Schlauchanschluss (29) verbunden ist.