DE19614192A1

DE19614192A1 - Dispergiersystem für eine Pulversprüheinrichtung

Info

Publication number: DE19614192A1
Application number: DE19614192A
Authority: DE
Inventors: Enar Ahlbert; Lars-Erik Johansson; Gunter Dr Ing Boerner; Johann Dr Nienburg; Anton Puhane
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 1997-10-16
Also published as: ES2131421T3; EP0800868B1; DK0800868T3; DE59700097D1; EP0800868A1; KR970069152A; JPH1034028A; JP4018192B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Dispergiereinrichtung zur Ge staltung einer Pulverwolke, die beim Austreten von einem Pulver/Luftgemisch aus einer Pulversprüheinrichtung entsteht.

Die Dispergiereinrichtung ist besonders geeignet für Sprüheinrichtungen, bei denen ein Pulver/Luftgemisch aus einer Fluidisierungskammer durch eine Düse austritt; es ist aber auch in anderen Systemen anwendbar, wie beispielsweise einer Sprüheinrich tung, bei der der Dispergiereinrichtung ein Pulver/Luftgemisch über einen Schlauch zugeführt wird.

In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 195 37 089.9 ist eine Pulversprüheinrichtung beschrieben, die eine Fluidisierungskammer aufweist, aus der mit Hilfe eines Entnahmerohres fluidisiertes Pulver aus einem Fluidbett entnommen wird und durch eine Düse nach außen gelangt. Im Auslaßbereich sind Hochspan nungselektroden angeordnet, die eine Aufladung der austretenden Pulverpartikel be wirkt.

Als Dispergiersystem wird in der vorgenannten Patentanmeldung die Anordnung eines Prallkörpers vorgeschlagen, auf den das aus der Düse austretende Pulver/Luftgemisch trifft, wodurch sich eine definierte Pulverwolke ausbildet. Allerdings lassen sich damit - unter Verwendung kleiner Prallkörper - nur bestimmte, relativ kleine Sprühwolken ausbilden, die für manche Anwendungen nicht groß genug sind. Eine Verwendung größerer Prallkörper verbietet sich wegen der dabei auftretenden stärkeren Pulverabla gerung auf dem Prallkörper.

Zur Erzeugung einer relativ breiten Pulverwolke unter Vermeidung von Pulverablage rungen wird in der EP 0574 305 A1 ein Dispergiersystem mit einer schnell rotierenden Scheibe vorgeschlagen, wobei Drehzahlen über 3000 U/min verwendet werden. Solche Systeme sind jedoch mechanisch empfindlich und haben in Pulversprüheinrichtungen nur eine begrenzte Standzeit.

Ein weiterer Nachteil der beiden vorgenannten Sprüheinrichtungen ist, daß keine Flachdüsen zur Erzeugung eines flachen Pulverstrahls eingesetzt werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Disper giereinrichtung anzugeben, die unterschiedliche Gestaltungen der Sprühwolke, auch relativ weit aufgeweitete große Sprühwolken zulassen, wobei keine rotierenden Teile verwendet werden, und Pulverablagerungen in der Dispergiereinrichtung vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Formung einer Pulverwolke nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst. Bei diesem Verfahren wird innerhalb eines Hohlkörpers in tangentialer Richtung ein Druckluftstrom auf einen Pulver/Luftstrom geleitet. Der so mit einem Drall versehene Pulver/Luftstrom weitet sich nach dem Austreten aus der Pulversprühwolke auf.

Diese Aufgabe wird außerdem bei einer Dispergiereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3 durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst. Bei dieser Disper giereinrichtung wird ein Hohlkörper von einem Pulver/Luftgemisch durchströmt. Der Hohlkörper hat in seiner Wandung Bohrungen, durch die ein oder mehrere Druckluft ströme tangential einleitbar sind.

Eine dazu alternative Ausführung einer Dispergiereinrichtung ist im Anspruch 10 ange geben. Bei dieser Einrichtung trifft ein aus einer Düse strömender Pulver/Luftstrom auf die Spitze eines kegelförmigen Prallkörpers und strömt entlang des Kegelmantels zu einem Auslaß. Der Pulver/Luftstrom wird dabei durch einen Ringspalt geführt, der durch den Kegelmantel und eine davon beabstandete trichterförmige Führungswand gebildet wird. Im Bereich der Eintrittsdüse ist ein Ringkanal mit mehreren Bohrungen angeordnet, durch die in tangentialer Richtung eine steuernde Druckluft auf den Pul ver/Luftstrom leitbar ist.

Alternativ oder zusätzlich dazu kann diese Steuerluft auch durch Bohrungen in der trichterförmigen Führungswand eingeleitet werden.

Sonstige Ausgestaltungsmöglichkeiten sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

Vorteile des Verfahrens bzw. der Dispergiereinrichtung bestehen unter anderem darin, daß die Pulversprühwolkenform nicht allein durch die konstruktive Gestaltung festge legt ist, sondern noch während des Betriebes durch Änderung der Steuerluftzufuhr än derbar ist. Es kann auch mit einer Flachdüse gearbeitet werden. Pulverablagerungen in der Dispergiereinrichtung werden weitgehend vermieden. Die mit der Dispergiereinrich tung erzielte schraubenförmige Bewegung der Pulverteilchen in der Pulverwolke führt die Pulverteilchen mit großer Wahrscheinlichkeit nahe an den Hochspannungselektro den vorbei und bewirkt dadurch eine verbesserte elektrostatische Aufladung, die wie derum zu einer verbesserten Abscheidung von Pulver auf einem Werkstück führt.

Das Verfahren und die Einrichtung werden nachstehend anhand von in den Zeich nungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Pulversprüheinrichtung mit einer angeschlossenen ersten Variante einer Dispergiereinrichtung mit tangentialer Steuerluftein leitung, wobei zwei Schnittebenen dargestellt sind;

Fig. 2 ein Gestaltungs- und Dimensionierungsbeispiel zur ersten Variante;

Fig. 3 eine zweite Variante einer Dispergiereinrichtung mit tangentialer Steuerlufteinleitung, wobei zwei Schnittebenen dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt in einer schematisierten Darstellung einen Schnitt durch einen Fluidisie rungsbehälter 2, wobei nur ein Ausschnitt aus dem an sich geschlossenen Behälter 2 dargestellt ist. Im Behälter 2 befindet sich fluidisiertes Pulver 8, das mit Hilfe eines Ent nahmerohres 25 und gesteuert durch eine Schließeinrichtung 13 aus dem Fluidbett entnehmbar ist. Die Schließeinrichtung 13 besteht im dargestellten Ausführungsbei spiel aus einem in das Entnahmerohr 25 mündenden Rohr, durch das Druckluft einleit bar ist, die fluidisiertes Pulver 8 im Schließzustand in den Behälter 2 zurückdrängt.

Durch eine Düse 11 tritt das fluidisierte Pulver 8 als Pulver/Luftstrom 16 in eine Dis pergiereinrichtung 1 ein. Die Dispergiereinrichtung 1 ist als Hohlraum 3 gestaltet, der durch ein Rohr 4, die Düse 11 als Einlaß für das fluidisierte Pulver 8 und durch einen Auslaß 12 gebildet wird. Der Hohlraum 3 kann auch eine andere Geometrie aufweisen, z. B. kann anstelle eines Rohres 4 auch ein Konus verwendet werden, wobei die Düse 11 am Konusanfang mit dem kleineren Durchmesser angeordnet ist.

Im Rohr 4 sind mehrere Bohrungen 5 angebracht, die in einer Reihe über den Rohrum fang verteilt sind; es können auch mehrere solcher Reihen mit Bohrungen 5 nachein ander in axialer Richtung, d. h. in Sprührichtung, angeordnet sein. Aus der Schnittdar stellung A-A ist die Gestaltung der Bohrungen 5 deutlicher zu sehen. Sie sind so aus geführt, daß eine durch die Bohrungen 5 in den Hohlraum 3 eingeleitete Druckluft als Steuerluft 6 tangential den Pulver/Luftstrom 16 berührt. Es bildet sich dadurch eine zum Auslaß 12 hin sich verstärkende schraubenförmige Bewegung des Pulver/Luft stroms 16 aus. Der Auslaß 12 kann sich trichterförmig erweiternd ausgeführt werden, wodurch - unterstützt durch die Zentrifugalkraft der sich in einer Rotation befindlichen Pulverteilchen - eine sich aufweitende Pulverwolke 15 bildet.

Im Ausführungsbeispiel ist die Dispergiereinrichtung 1 doppelwandig ausgeführt, wo durch eine äußere Kammer 7 geschaffen ist, in die die Steuerluft 6 über eine Zuleitung 9 zugeführt ist und aus der durch die Bohrungen 5 die Steuerluft 6 in den Hohlraum 3 einleitbar ist.

Durch die Anordnung eines sehr kleinen Prallkörpers 10 in kurzem Abstand hinter der Düse 11 kann erreicht werden, daß sich der Pulver/Luftstrom 16 etwas aufweitet, so daß die Steuerluft 6 eine verstärkte Drallwirkung erzielen kann.

Eine Aufladung der Pulverteilchen erfolgt mit Hilfe von Hochspannungselektroden 14 außerhalb des Auslaßbereichs 12.

Die Form der Pulverwolke 15 kann nicht nur während des Betriebs durch die Zufuhr von Steuerluft beeinflußt werden, sondern auch bereits durch die Wahl und Optimie rung der Geometrie der Dispergiereinrichtung. Einige wesentliche Parameter sind in Fig. 2 angegeben. Diese Parameter sind die Länge L₂, gemessen von der - ggf. ersten - Einlaßstelle 5 für Steuerluft 6 und den Beginn des Auslasses 12, der Abstand L₁ zwi schen der Düse 11 und der Einlaßstelle 5, der Durchmesser D1 des Rohres 4, der Durchmesser D2 der trichterförmigen Erweiterung des Auslasses 12, der Öffnungswin kel α₁ der trichterförmigen Erweiterung, der Öffnungsdurchmesser D₃ der Düse 11 der Durchmesser D₄ der Bohrungen 5 und die Anzahl der Bohrungen 5.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der Dispergiereinrichtung 1. Fluidisiertes Pulver 8 wird über eine Düse 11 in die Dispergiereinrichtung in axialer Richtung einge leitet. Der durch die Düse 11 erzeugte Pulver/Luftstrom 16 trifft kurz hinter der Düse 11 auf die Spitze eines großen kegelförmigen Prallkörpers 17. Der Pulver/Luftstrom 16 strömt entlang des Mantels des kegelförmigen Prallkörpers 17 zu einem Auslaß 12. Der sich aufweitende Pulver/Luftstrom 16 wird dabei durch eine an die Kegelform ange paßte Führungswand 18 geführt. Die Führungswand 18 ist Teil eines Zuführungskanals 19, in den über eine Zuleitung 9 Steuerluft 6 eingeleitet wird, die über Bohrungen 5, die in der Schnittzeichnung durch eine Schnittebene A-A dargestellt sind, tangential auf den Pulver/Luftstrom 16 gerichtet ausströmt.

Alternativ oder zusätzlich zur beschriebenen Steuerlufteinleitung kann Steuerluft 6 auch über einen Ringkanal 20 in axialer Richtung, aber ebenfalls tangential auf den Pulver/Luftstrom 16 geleitet werden. Dem Ringkanal 20 ist zu diesem Zweck über eine zweite Zuleitung 21 Steuerluft 6 zugeführt, die über Bohrungen 22 austritt. Die aus dem Ringkanal 20 durch die Bohrungen 22 tangential auf den Pulver/Luftstrom 16 treffende Steuerluft 6 beschleunigt den Pulver/Luftstrom 16 einerseits in axialer Richtung und versetzt ihn außerdem in eine rotierende Bewegung. Im Auslaßbereich 12 sind Hoch spannungselektroden 14 angeordnet. Die aus dem spaltförmigen Auslaß 12 austre tende Pulverwolke 15 wird durch ihre schraubenförmige Bewegung besonders wirksam aufgeladen. Die Form der Pulverwolke 15 kann durch die den beiden Zuleitungen 9 und 21 zugeführte Steuerluft 6 beeinflußt werden.

Es versteht sich, daß die Steuerluft 6 nur in solcher Menge zugeführt wird, wie zur Bil dung der gewünschten Form der Pulverwolke 15 erforderlich ist, da die Steuerluft 6 die Pulverdichte in an sich unerwünschter Weise verringert. Die vorgeschlagene Disper giereinrichtung der ersten und zweiten Variante bzw. das damit zugleich vorgeschla gene Verfahren zur Beeinflussung der Form der austretenden Pulverwolke sind daher besonders als Dispergiereinrichtung für eine Sprüheinrichtung geeignet, die mit einem Pulver/Luftgemisch mit hohem Pulveranteil arbeitet, wie beispielsweise die in Fig. 1 angedeutete Sprüheinrichtung.

Bezugszeichenliste

1 Dispergiereinrichtung
2 Fluidierungsbehälter
3 Hohlraum
4 Rohr
5 Bohrung
6 Steuerluft
7 äußere Kammer
8 fluidisiertes Pulver
9 Zuleitung
10 kleiner Prallkörper, z. B. als Fadenkreuz ausgeführt
11 Düse
12 Auslaß
13 Schließeinrichtung
14 Hochspannungselektrode
15 Pulverwolke
16 Pulver/Luftstrom
17 kegelförmiger Prallkörper
18 Führungswand
19 Zuführungskanal
20 Ringkanal
21 zweite Zuleitung
22 Bohrung
23 -
24 -
25 Entnahmerohr

Claims

1. Verfahren zur Formung der aus einer - zur elektrostatischen Pulverbeschich tung vorgesehenen - Pulversprüheinrichtung austretenden, aus einem Pulver/Luft gemisch bestehenden Pulverwolke, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines Hohlkörpers (3), den das Pulver/Luftgemisch (16) in axialer Sprührichtung durchströmt, auf den Pulver/Luftstrom (16) in tangentialer Richtung eine Druckluft als Steuerluft (6) geleitet wird, die dem Pulver/Luftstrom (16) zusätzlich zum axialen Impuls einen tan gentialen Impuls verleiht, wodurch eine Aufweitung des Pulver/Luftstroms (16) zur Pul verwolke (15) unterstützt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerluft (6) aufgeteilt in mehrere Steuerluftströme tangential an mehreren Stellen auf den Pul ver/Luftstrom (16) geleitet wird.

3. Dispergiereinrichtung (1) zur Formung der aus einer - zur elektrostatischen Pulverbeschichtung verwendbaren - Pulversprüheinrichtung austretenden, aus einen Pulver/Luftgemisch (8, 16) bestehenden Pulverwolke (15), dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlkörper (3) angeordnet ist, der

a) einen axial in Sprührichtung angeordneten Einlaß (11) für einen Pulver/Luft strom (16) aufweist,
b) mehrere Bohrungen (5) in seiner Wandung (4, 18) hat, durch die Steuerluft (6) tangential auf den Pulver/Luftstrom (16) leitbar ist, und der
c) einen Auslaß (12) für den durch die Steuerluft (6) mit einem Drall versehenen Pulver/Luftstrom (16) hat.

4. Dispergiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (3) als Rohr (4) mit Bohrungen (5) für die Steuerlufteinleitung (6, 9) in sei ner Wand ausgeführt ist.

5. Dispergiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (3) als Konus mit Bohrungen für die Steuerlufteinleitung ausgeführt ist, wobei sich der Einlaß für den Pulver/Luftstrom auf der Seite mit dem kleineren Durchmesser befindet.

6. Dispergiereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dispergiereinrichtung doppelwandig ausgeführt ist und in einer zwi schen den Wänden befindlichen äußeren Kammer (7, 19) die Steuerluft (6) einleitbar ist, die durch mehrere Bohrungen (5) in der inneren Wand (4, 18) tangential auf den Pulver/Luftstrom (16) geführt ist.

7. Dispergiereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß am Auslaß (12), beispielsweise auf das Rohr (4), eine Flachdüse auf steckbar ist.

8. Dispergiereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Auslaß (12) als trichterförmige Erweiterung des Hohlkörpers (3) aus gebildet ist.

9. Dispergiereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß in relativ kleinem Abstand zum Einlaß (11) für das Pulver/Luftgemisch (8, 16) in axialer Richtung, noch vor der Einleitungsstelle (5) für Steuerluft (6) ein sehr kleiner Prallkörper (10) angeordnet ist, womit eine Aufweitung des Pulver/Luftstroms (16) und eine verbesserte Wirkung der tangential eingeleiteten Steuerluft (6) erzielt wird.

10. Dispergiereinrichtung (1), zur Formung des aus einer - zur elektrostati schen Pulverbeschichtung verwendbaren - Pulversprüheinrichtung austretenden, aus einem Pulver/Luftgemisch bestehenden Pulverwolke, dadurch gekennzeichnet daß

a) als Einlaß eine Düse (11) angeordnet ist, durch die ein Pulver/Luftstrom (16) axial in Sprührichtung in die Dispergiereinrichtung (1) eintritt,
b) ein kegelförmiger Prallkörper (10) vorhanden, auf dessen Kegelspitze der Pul ver/Luftstrom (16) trifft und entlang des Kegelmantels zu einem Auslaß (12) geleitet wird,
c) eine vom Kegelmantel des Prallkörpers (17) beabstandete Wand (18) einer trichterförmigen Führung einen Ringspalt (3) bildet, durch den der Pul ver/Luftstrom (16) zum Auslaß (12) geführt wird, und
d) im Bereich der Düse (11) ein Ringkanal (20) mit mehreren Bohrungen (22) an geordnet ist, durch den in einer zur Sprührichtung vorwiegend tangentialen Richtung Steuerluft (6) einleitbar ist, die eine schraubenförmige Bewegung des zum Auslaß strömenden Pulver/Luftstroms (16) bewirkt.

11. Dispergiereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zu sätzlich zur Steuerlufteinleitung über den Ringkanal (20) oder anstelle dieser Steuerlufteinleitung eine tangentiale Einleitung von Steuerluft (6) durch Bohrungen (5) in der Führungswand (18) ermöglicht ist.