-
Verwandte Anmeldungen
-
Diese
Anmeldung nimmt die Priorität
der schwebenden vorläufigen
Patentanmeldung der Vereinigten Staaten mit der Seriennummer 60/524.459, angemeldet
am 24. November 2003 und mit dem Titel PINCH PUMP WITH VACUUM TUBE,
in Anspruch; ihre gesamte Offenbarung ist hierin durch Bezug vollständig enthalten.
-
Technisches Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Systeme zum Aufbringen von
Material, beispielsweise auf Systeme zum Aufbringen von Pulverbeschichtungsmaterial,
ist jedoch nicht darauf beschränkt. Insbesondere
betrifft die Erfindung eine Pumpe, bei der die Reinigungszeit sowie
die für
einen Farbwechsel erforderliche Zeit reduziert und die Handhabungseigenschaften
verbessert werden.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Materialauftragsysteme
werden benutzt, um ein oder mehrere Materialien in einer oder mehreren Schichten
auf ein Objekt aufzubringen. Allgemeine Beispiele sind Pulverbeschichtungssysteme,
andere Teilchenmaterialauftragsysteme wie sie beispielsweise in
der Lebensmittelverarbeitungsindustrie und in der chemischen Industrie
benutzt werden. Hierbei handelt es sich nur um einige wenige Beispiele
von zahlreichen Möglichkeiten einer
breiten Systempalette, die zum Aufbringen von Teilchenmaterialien
auf ein Objekt verwendet wird.
-
Das
Aufbringen von trockenem Teilchenmaterial birgt auf mehreren Ebenen
besondere Herausforderungen. Ein Beispiel, das aber in keiner Weise als
eine Einschränkung
der Benutzung und Anwendung der vorliegenden Erfindung darstellt,
ist das Aufbringen von Pulverbeschichtungsmaterial auf Objekte mit
Hilfe einer Pulversprühpistole.
Da versprühtes
Pulver dahin tendiert, zu einer Wolke oder einem diffusen Sprühmuster
zu expandieren, benutzen bekannte Systeme für das Aufbringen von Pulver
als Eingrenzung eine Sprühkabine.
Pulverpartikel, die nicht an dem Zielobjekt haften, werden allgemein
als Pulverabfall bezeichnet, und im Großen und Ganzen fallen diese
Partikel innerhalb der Kabine irgendwo nieder und setzen sich an
fast jeder exponierten Fläche
innerhalb der Sprühkabine
fest. Die für
Reinigung und Farbwechsel erforderlichen Zeiten stehen darum in
enger Beziehung zur Größe der Oberflächen, die
dem Pulverabfall ausgesetzt sind.
-
Zusätzlich zu
den dem Pulverabfall ausgesetzten Oberflächen, hängen auch die für einen
Farbwechsel und zum Reinigen erforderlichen Zeiten in starkem Maße von der
Größe der Innenoberfläche ab,
die dem Pulverstrom während
des Aufbringvorgangs ausgesetzt ist. Zu den Beispielen solcher Innenoberflächen gehören alle
Oberflächen,
die den Pulverstrompfad bilden, und zwar von einer Zuführquelle
für das
Pulver durch die ganze Pulversprühpistole
hindurch. Üblicherweise
enthält
der Pulverstrompfad eine Pumpe, die für den Transfer des Pulvers von
einer Pulverquelle an eine oder mehrere Sprühpistolen eingesetzt wird.
Im Allgemeinen werden Schläuche
verwendet, um die Pumpen mit den Pistolen und der Zuführquelle
zu verbinden.
-
Innenoberflächen des
Pulverstrompfades werden üblicherweise
dadurch gereinigt, dass ein Spülgas,
beispielsweise Druckluft, durch den Pulverstrompfad geblasen wird.
Verschleißteile,
deren Flächen
dem Materialaufschlag ausgesetzt sind wie beispielsweise eine Sprühdüse in einer
typischen Pulversprühpistole,
sind manchmal wegen des in die Verschleißflächen durch den Aufschlag eingeschmolzenen
Pulvers schwierig zu reinigen. Auch Pumpen haben generell eine oder
mehrere Verschleißflächen, die
aufgrund der Aufschlagfusion durch Spülen schwierig zu reinigen sind.
Konventionelle Venturipumpen können
in Pistolenrichtung durchgespült werden,
es ist jedoch schwierig, sie in Rückwärtsrichtung hin zur Zuführquelle
durchzuspülen.
-
Es
sind zwei Arten von Transferprozessen für trockenes Teilchenmaterial
allgemein bekannt, die hier als Dünnphase und Dichtphase bezeichnet
werden. Dünnphasensysteme
verwenden eine größere Menge
Luft, um Material durch einen oder mehrere Schläuche oder andere Leitungen
von einer Quelle an ein Sprühgerät zu drücken. Eine
allgemeine Pumpenkonstruktion, die für Pulverbeschichtungssysteme
verwendet wird, ist eine Venturipumpe, die unter Druck und mit hoher
Geschwindigkeit eine große Menge
Luft in den Pulverstrom einführt.
Um ausreichende Pulverstromraten (z. B. in pounds/minute oder pounds/h
bzw. kg/min. oder kg/h) zu erreichen, müssen die Bauteile, die den
Strömungspfad
darstellen, so groß ausgelegt
sein, dass sie den Strom mit einem so hohen Anteil von Luft gegenüber Material (mit
anderen Worten einen mageren Strom) aufnehmen können, weil sonst ein deutlicher
Rückdruck
und weitere schädliche
Wirkungen auftreten können.
-
Dichtphasensysteme
sind dagegen durch ein hohes Verhältnis von Material zu Luft
(in anderen Worten, durch einen „gehaltvollen” Strom)
gekennzeichnet. Eine Pumpe zum Transport in dichter Phase ist in
der schwebenden Patentanmeldung der Vereinigten Staaten mit der
Seriennummer 10/501.693, angemeldet 16. Juli 2004 mit dem Titel „PROCESS AND
EQUIPMENT FOR THE CONVEYANCE OF POWDERED MATERIAL”, beschrieben;
ihre gesamte Offenbarung ist hierin durch Bezug vollständig enthalten.
Eigentümer
dieser Anmeldung ist die Anmelderin der vorliegenden Erfindung,
auf die die Anmeldung übertragen
wurde. Die Pumpe ist allgemein durch eine Pumpenkammer gekennzeichnet,
die teilweise durch ein gasdurchlässiges Element definiert ist.
Material, bei dem es sich beispielsweise um Beschichtungsmaterial
handelt, wird an einem Ende durch Schwerkraft und/oder Unterdruck
in die Kammer hineingesogen und durch ein entgegengesetztes Ende
durch Luftüberdruck
aus der Kammer hinausgedrückt.
Diese Pumpenkonstruktion ist für
einen Materialtransfer sehr effektiv, was teilweise auf der neuartigen
Anordnung eines gasdurchlässigen
Elements beruht, das einen Teil der Pumpenkammer bildet. Die gesamte
Pumpe kann jedoch in einigen Fallen für Spül-, Reinigungs-, Farbwechsel-,
Wartungsvorgänge
und die Steuerung von Materialstromraten schlechter als optimal
sein.
-
Viele
bekannte Systeme zum Aufbringen von Material verwenden die elektrostatische
Aufladung des Teilchenmaterials, um die Transfereffizienz zu steigern.
Eine allgemein für
Pulverbeschichtungsmaterial angewendete Form elektrostatischer Aufladung ist
die Koronaaufladung, wozu das Erzeugen eines ionisierten elektrischen
Feldes gehört,
durch das das Pulver hindurch geleitet wird. Das elektrostatische Feld
wird durch eine Quelle hoher Spannung erzeugt, die mit einer in
der elektrostatischen Sprühpistole
installierten Ladeelektrode verbunden ist. Üblicherweise sind diese Elektroden
direkt innerhalb des Pulverpfades angeordnet, was die Komplikationen
beim Spülen
des Pulverpfades verstärkt.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die
Erfindung schafft Vorrichtungen für eine verbesserte Reinigungsmöglichkeit
und Bedienung einer Pumpe für
Teilchenmaterial, beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf,
Pulverbeschichtungsmaterial. Die Erfindung beschäftigt sich auch mit Vorrichtungen
zur verbesserten Steuerung der Materialstromrate bei Verwendung
einer Pumpe zum Transport in dichter Phase. Die Erfindung beschäftigt sich außerdem mit
Vorrichtungen zum Dichtphasentransfer mit einem Pumpenkonzept, bei
dem sowohl rückwärts oder
stromaufwärts
zur Quelle hin als auch vorwärts
oder stromabwärts
zu einem Anwendungsgerät
hin gespült
werden kann. Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung werden Vorrichtungen für eine Pumpe
zum Transport in dichter Phase beschrieben, die mehr als eine Spülfunktion
bieten, beispielsweise einen weichen Spülgang und einen harten Spülgang, die
beide wahlweise in Vorwärts-
oder Rückwärtsspülrichtung
durchgeführt
werden können.
-
Die
Reinigungseignung der Pumpe bezieht sich auf die Verringerung der
Materialmenge, die wegzuspülen
oder auf andere Weise von Innenflächen zu entfernen ist, die
den Materialstrompfad durch die Pumpe definieren, sowie auf die
Vereinfachung des Spülprozesses
durch eine erleichterte Zugänglichkeit
des Materialstrompfades für
die Spülreinigung.
Eine Verbesserung der Reinigungseignung führt zu kürzeren Farbwechselzeiten, indem
beispielsweise Kontaminationsrisiken verringert und die zum Entfernen
eines ersten Farbpulvers aus der Pumpe vor dem Einfüllen eines
zweiten Farbpulvers erforderliche Zeit verkürzt wird.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung werden Innenoberflächen reduziert, um die Größe der Oberfläche zu verringern,
die dem Materialstrom ausgesetzt ist. In einer Ausführungsform
ergeben sich die verringerten Oberflächen aus der Anwendung einer
Pumpe, die Material in Dichtphasenform transferiert oder bewegt.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Pumpe zum Transport in dichter
Phase in Betracht gezogen, die dadurch leichter zu spülen ist,
dass ein Materialstrompfad bereitgestellt wird, der nur ein Minimum
an nicht zu erreichendem Raum und einen gerade hindurchgehenden
Spülvorgang bildet.
In einer Ausführungsform
wird eine Pumpenkammer bereitgestellt, die allgemein zylindrisch
mit einem ersten offenen Ende ausgebildet ist, durch das Material
in die Pumpenkammer eintritt und aus ihr austritt, und die ein zweites
offenes Ende aufweist, durch das Spülluft eingeführt werden
kann, um die Pumpenkammer entlang ihrer gesamten Länge zu spülen. In
einer besonderen Ausführungsform
wird die Spülluft
am zweiten Ende der zylindrischen Pumpenkammer axial gegenüber dem
ersten Ende eingeführt.
Damit wird ein gerade durch die Pumpenkammern hindurchführender
Spülprozess
geschaffen. Diese Anordnung erleichtert auch die Möglichkeit
eines Spülvorgangs
in Vorwärtsrichtung
durch den Sprühapplikator,
ebenso wie ein Spülen
der Pumpe in Rückwärtsrichtung,
sogar bis zur Zuführquelle.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung werden die Reinigungseignung und die
Wartungsfreundlichkeit dadurch verbessert, dass ersetzbare Verschleißteile bereitgestellt
werden, deren Innenoberflächen
Teil des Materialstrompfades in der Pumpe bilden. Bei einer Ausführungsform
sind die Verschleißteile
in Form von Y-Blocks ausgeführt,
die für
einen leichten Zugang und Austausch in einem Vollkörper abnehmbar
gehaltert sind.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung werden die Reinigungseignung und Wartungsfreundlichkeit
durch eine modulare Pumpenkonstruktion noch weiter verbessert. In
einer Ausführungsform
wird eine modular aufgebaute Pumpe zum Transport in dichter Phase
geschaffen, die gekennzeichnet ist durch eine Anzahl von Modular-elementen
wie einem Verteilerkörper,
einem Düsenkörper und
einem oder mehreren Materialstrompfadkörpern, zu denen eine oder mehrere
Verschleißoberflächen gehören. Die
Modularelemente sind beispielsweise durch Bolzen aneinander gesichert.
Dadurch, dass die Verschleißteile
in getrennten Modularelementen angeordnet sind, können sie
leicht ersetzt oder gewartet werden, wenn der normale Spülvorgang
zum Reinigen der Oberflächen
nicht ausreicht. Ein weiterer Aspekt der Erfindung beschäftigt sich
mit einer modularen Konstruktion, bei der alle pneumatische Energie über einen
Verteilerkörper
an die Pumpe geliefert wird. In einer Ausführungsform stellt der Verteilerkörper Pneumatiköffnungen
bereit, die in einer einzigen Fläche
für die
Aufnahme von Druckluft aus entsprechenden Öffnungen ausgebildet sind,
die wiederum in einer einzigen Fläche eines Zufuhrverteilers ausgebildet
sind. Wahlweise enthält
der Verteilerkörper
auch eine Spülfunktion.
Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird Druckluft, die für die pneumatischen
Ventile in der Pumpe gebraucht wird, von dem Verteilerkörper innen
an den Ventilkörper geleitet.
-
Weiter
werden gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung Innenoberflächen dadurch reduziert, dass
die Pumpe für
einen Materialzufuhrbetrieb mit hoher Materialdichte bei niedrigem
Luftvolumen ausgelegt ist. Im Zusammenhang mit Pulverbeschichtungsmaterialpumpen
bedeutet eine hohe Dichte, dass das von einer Pumpe einem Applikator zugeführte Pulver
gegenüber
einem konventionellen Dünnphasenstromsystem
mit geringer Dichte eine wesentlich reduzierte Menge an mitgerissener
Luft oder Fließluft
im Pulverstrom enthält.
Ein geringes Luftvolumen bedeutet einfach, dass aufgrund der höheren Dichte
im Pulverstrom ein geringeres Volumen an Fließluft erforderlich ist, um
Pulver zu bewegen oder zu transportieren.
-
Dadurch,
dass eine größere Luftmenge
aus dem Pulverstrom entfernt wird, kann der Durchmesser der zugeordneten
Leitungen wie beispielsweise des Pulverpfades durch die Pumpe, eines
Pulverzuführschlauchs
und einer Pulverzuführrohres
wesentlich verringert werden, was die Innenoberflächen wesentlich
reduziert.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Pumpe zum Transport in dichter
Phase geschaffen, die eine verbesserte Steuerung und Auswahl bei
der Materialstromrate von der Pumpe bietet, indem eine Pumpenanordnung
mit einstellbarem Pumpenstrom bereitgestellt wird. In einer Ausführungsform
enthält
die Pumpe eine Pumpenkammer, die mindestens teilweise durch ein
gasdurchlässiges
Element definiert ist. Das gasdurchlässige Element ist in einer
Pneumatikdruckkammer der Pumpe angeordnet, so dass Material als
Reaktion auf die Anwendung von Unter- und Überdruck auf die Druckkammer
in die Pumpenkammer hineinströmt
oder daraus herausströmt.
Das Hineinströmen
und Herausströmen
von Material in die bzw. aus der Pumpenkammer wird durch die Betätigung von
zwei oder mehreren Quetschventilen gesteuert. Die Steuerung der
Materialstromrate wird gemäß einem
Aspekt der Erfindung durch die gegenüber den anderen getrennte und
unabhängige
Steuerung jedes der Quetschventile bereitgestellt. Wahlweise kann
die Steuerung der Quetschventile unabhängig von der Pumpenzyklusrate
sein, die sich auf die Zykluszeit der Zufuhr von Über- und
Unterdruck auf die Pumpenkammer bezieht. In einer Ausführungsform
sind die Quetschventile als flexible Bauteile ausgebildet, die durch
pneumatischen Druck geöffnet
und geschlossen werden, der auf eine Außenfläche des flexiblen Elements
ausgeübt
wird. Damit wird die Notwendigkeit eines Steuergliedes wie eines
Kolbens, einer Stange oder einer anderen Vorrichtung zum Öffnen und
Schließen
der Quetschventile umgangen und eine unabhängige Zeitgabe für die Quetschventilbetätigung erleichtert. Die
Verwendung von Luftdruck zum Öffnen
und Schließen
der flexiblen Bauteile vereinfacht den gesamten Pumpenaufbau erheblich
und erleichtert die Anwendung der modularen Ausführungsform bei Bedarf.
-
In
einer weiter möglichen
Ausführungsform für einen
Steuerprozess für
eine skalierbare Materialstromrate wird die Stromratensteuerung
unabhängig von
der Pumpenzyklusrate durchgeführt,
indem der Anteil der Ansaugzeit an der Pumpenzyklusrate gesteuert
wird. Damit wird die Steuerung der Strömungsrate mit der unabhängigen Steuerung
der Ansaug- und Abgabequetschventile oder ohne diese unabhängige Steuerung
ermöglicht.
Gemäß einem weiteren
Aspekt der Erfindung ermöglicht
die Strömungsratensteuerung über die
Ansaugzeit in Kombination mit der Steuerung der Quetschventile eine Einstellung
der Ansaugzeit in der Weise, dass sie in den Mittelteil des Pumpenzyklus
fällt,
um ein zeitliches Überlappen
von Ansaug- und Abgabeventil zu verhindern, wodurch die für den Pumpenbetrieb
erforderliche Menge an Druckluft verringert wird.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kann die oben beschriebene Anordnung
einer einzigen Pumpenkammer und zweier Quetschventile wahlweise
dahingehend modifiziert werden, dass eine zweite Pumpenkammer und
zwei zusätzliche Quetschventile
enthalten sind. Die zweite Pumpenkammer arbeitet phasenverschoben
zur ersten Pumpenkammer, um eine ununterbrochene Materialzufuhr
von der Pumpe bereitzustellen. In einer Ausführungsform füllt sich
die eine Pumpenkammer mit Material, während sich die andere entleert,
und umgekehrt, im Wechsel. Die Steuerung der Materialstromrate und
der Konsistenz des Stroms kann dadurch optimiert werden, dass jedes
der vier Quetschventile im Vergleich zu den anderen Quetschventilen
und hinsichtlich der Zykluszeit der Pumpe mit einer unabhängigen Zeitgabe
eingestellt wird. Eine solche Stromsteuerung kann beispielsweise
bei einer Pumpe nützlich
sein, die Material an ein Sprühgerät liefert.
In einer weiteren Ausführungsform
beschäftigt sich
die Erfindung mit einer Transferpumpe, die dazu benutzt wird, Pulver
aus einem Pulverwiedergewinnungssystem zurück in einen Vorratsbehälter zu transportieren.
Bei der Ausführungsform
einer Transferpumpe ist die Konsistenz des Stroms im Allgemeinen
ohne Bedeutung, weil das Material einfach in einen Behälter transportiert
wird. Im Allgemeinen liegt das Hauptinteresse auf dem Volumen des
Stroms, so dass eine unabhängige
Zeitgabensteuerung aller Quetschventile nicht erforderlich ist.
-
Diese
und weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung erkennen
Fachleute auf diesem Gebiet aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen,
die mit Hinsicht auf die beigefügten
Zeichnungen zu betrachten ist.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Material aufbringenden
Pulverbeschichtungssystems, das die vorliegende Erfindung anwendet;
-
2A–2C sind
isometrische Ansichten einer erfindungsgemäßen Pumpe in zusammengebautem
und auseinandergenommenem Zustand;
-
2D–2G sind
Draufsichten und Querschnittansichten der zusammengebauten Pumpe
nach 2A;
-
3A und 3B sind
eine isometrische Ansicht und eine Sicht von oben auf einen Pumpenverteiler;
-
4A und 4B stellen
einen ersten Y-Block dar;
-
5A und 5B sind
Perspektiv- und Querschnittansichten eines Ventilkörpers;
-
6A und 6B stellen
eine weitere Y-Blockanordnung perspektivisch dar;
-
7 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Zufuhrverteilers;
-
8 ist
eine als Beispiel dienende Ausführungsform
einer pneumatischen Strömungsanordnung
für die
Pumpe der 2A;
-
9A und 9B sind
eine isometrische Darstellung und eine isometrische Explosionsdarstellung
einer erfindungsgemäßen Transferpumpe;
-
10 ist
ein Ausführungsbeispiel
für eine pneumatische
Strömungsanordnung
für eine
Transferpumpe;
-
11 ist
eine alternative Ausführungsform eines
pneumatischen Kreislaufs für
eine Transferpumpe;
-
12 ist
eine Darstellung von Materialstromraten in Kurven für eine Pumpe,
deren Betrieb der Erfindung entspricht, und
-
13 ist
eine grafische Darstellung, die Pulverstromraten im Vergleich zu
der Öffnungsdauer der
Quetschventile bei zwei unterschiedlichen Pumpenzyklusraten darstellt.
-
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
sowie von Ausführungsbeispielen
dieser Erfindung
-
Die
Erfindung beschäftigt
sich mit einer Anzahl neuer Aspekte für eine Pumpe zum Transport
in dichter Phase für
Teilchenmaterial. Die Pumpe kann in Kombination mit einer beliebigen
Anzahl oder Art von Sprühapplikationsgeräten oder
Sprühpistolen und
Materialzufuhr verwendet werden.
-
Der
Begriff „Dichtphase” bedeutet,
dass die im Teilchenstrom vorhandene Luft etwa die gleiche Menge
ist, wie sie zum Herbeiführen
des Fließzustandes
des Materials an der Zufuhrquelle, beispielsweise einem Beschickungstrichter,
verwendet wird. Hier werden die Ausdrücke „Dichtphase” und „hohe Dichte” dazu benutzt,
die gleiche Idee eines Materialstrommodus mit geringem Luftanteil
in einem pneumatischen Transportsystem zu beschreiben, bei dem nicht
alle Materialteilchen schwebend transportiert werden. In einem Dichtphasensystem
wird das Material entlang eines Strömungspfades mit Hilfe eines bedeutend
geringeren Luftvolumens gedrückt
als in einem konventionellen Dünnphasensystem,
wobei das Material mehr in Form von Pfropfen strömt, die einander entlang der
Passage drücken,
etwa analog zu Kolben, die durch die Passage gedrückt werden. Bei
kleineren Passagequerschnitten kann diese Bewegung mit niedrigeren
Drücken
erzielt werden.
-
Im
Gegensatz dazu verwenden die meisten konventionellen Strömungssysteme
eine Dünnphase,
bei der es sich um einen Materialstrommodus in einem pneumatischen
Transportsystem handelt, bei dem alle Teilchen schwebend transportiert
werden. Konventionelle Strömungssysteme
führen
eine große
Menge Luft in den Strömungsstrom,
um das Material aus einer Zufuhrquelle zu pumpen und es unter Überdruck
in die Sprühapplikationsgeräte zu drücken. Beispielsweise
verwenden die meisten konventionellen Pulverbeschichtungssprühsysteme Venturipumpen,
um fließfähig gemachtes
Pulver aus einer Zufuhrquelle in die Pumpe zu saugen. Eine Venturipumpe
fügt dem
Pulverstrom aus Konstruktionsgründen
eine größere Menge
Luft hinzu. Üblicherweise
werden dem Pulver Strömungsluft
und Atomisierungsluft hinzugefügt,
um das Pulver unter Überdruck
durch einen Zuführschlauch
und an ein Applikationsgerät
zu drücken.
In einem konventionellen Pulverbeschichtungssprühsystem wird also das Pulver
in einem sehr schnell fließenden
Luftstrom großen
Volumens mitgerissen, was Pulverpassagen mit großem Durchmesser erfordert,
um verwendbare Pulverstromraten zu erreichen.
-
Dichtphasenstrom
wird oft in Verbindung mit dem Transfer von Material unter hohem
Druck in ein geschlossenes Gefäß verwendet.
Die vorliegende Erfindung, die nicht so sehr auf den einfachen Transport
oder Transfer von Material gerichtet ist, sondern auf das Aufbringen
von Material, beschäftigt
sich mit einem Materialstrom bei wesentlichen geringerem Druck und
wesentlich geringeren Stromraten im Vergleich zum Dichtphasentransfer
unter hohem Druck an ein geschlossenes Gefäß. Die Erfindung beschäftigt sich
jedoch auch mit einer Ausführungsform
einer Dichtphasentransferpumpe, die Material an ein offenes oder
geschlossenes Gefäß transportieren
kann.
-
Im
Vergleich zu konventionellen Dünnphasensystemen
mit Luftvolumenströmungsraten
von etwa 85 l/Minute bis etwa 170 l/Minute (etwa 3 bis etwa 6 cfm)
(wie beispielsweise bei einer Venturipumpenanordnung), kann die
vorliegende Erfindung mit etwa 23 bis etwa 45 l/Minute (etwa 0,8
bis etwa 1,6 cfm) betrieben werden. Auf die Weise können bei der
vorliegenden Erfindung die Pulverzuführraten im Bereich von etwa
150 bis 300 Gramm pro Minute liegen. Diese Werte sollen Beispiele
sein und keine Einschränkungen.
Pumpen gemäß der vorliegenden
Erfindung können
so ausgelegt sein, dass sie mit geringeren oder größeren Luftströmen und
Materialzuführwerten
arbeiten.
-
Der
Gegensatz von Dichtphasenstrom zu Dünnphasenstrom kann auch als
hohe Materialkonzentration gegenüber
magerer Materialkonzentration im Luftstrom ausgedrückt werden,
so dass das Verhältnis
von Material zu Luft in einem Dichtphasensystem viel höher ist.
Mit anderen Worten, in einem Dichtphasensystem passiert die gleiche
Materialmenge pro Zeiteinheit einen Strömungspfadquerschnitt (beispielsweise
eines Rohrs) mit kleinerer Fläche
als in einem Dünnphasenstrom.
Beispielsweise hat in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
die Querschnittfläche
eines Pulverzuführrohrs
etwa ein Viertel der Fläche
eines Zuführrohrs für ein konventionelles
Venturi-System.
Zum Vergleich des Materialstroms pro Zeiteinheit kann also gesagt
werden, dass das Material etwa viermal dichter im Luftstrom ist
als in konventionellen Dünnphasensystemen.
-
Es
wird Bezug genommen auf 1. In einem Ausführungsbeispiel
wird die vorliegende Erfindung so dargestellt, dass sie im Zusammenhang
mit einem Materialapplikationssystem, beispielsweise einem üblichen
Pulverbeschichtungssprühsystem 10, verwendet
wird. Eine solche Anordnung enthält
im Allgemeinen eine Pulversprühkabine 12,
in der ein Objekt oder Teil P mit einem Pulverbeschichtungsmaterial
zu besprühen
ist. Das Aufbringen von Pulver auf das Teil P wird hier allgemein
als Pulversprühvorgang,
Beschichtungs- oder Applikationsvorgang oder -prozess bezeichnet,
es können
jedoch beliebig viele Steuerfunktionen, Schritte und Parameter vorgesehen
sein, die vor, während
und nach dem tatsächlichen
Pulverauftragsvorgang auf das Teil ausgeführt werden.
-
Wie
es bekannt ist, hängt
das Teil P von einem Gehängeförderer 14 mit
Hängevorrichtungen 16 oder
einer anderen dafür
geeigneten Anordnung. Zur Kabine 12 gehören eine oder mehrere Öffnungen 18, durch
die ein oder mehrere Sprühapplikatoren 20 eingesetzt
werden können,
um Beschichtungsmaterial auf das Teil aufzubringen, während es
durch die Kabine 12 wandert. Es kann jede Zahl von Applikatoren 20 eingesetzt
werden, abhängig
von der besonderen Konstruktion des Gesamtsystems 10. Jeder
Applikator kann ein manuell zu betätigendes Gerät 20a sein oder
ein systemgesteuertes Gerät,
was hier als automatischer Applikator 20b bezeichnet wird,
wobei der Ausdruck „automatisch” einfach
die Tatsache bezeichnet, dass ein automatischer Applikator auf einer Halterung
montiert ist und über
ein Steuersystem ein- und ausgeschaltet wird und nicht von Hand
gehalten und betätigt
wird. Die vorliegende Erfindung richtet sich auf manuelle und automatische
Sprühapplikatoren.
-
In
der Pulverbeschichtungsindustrie werden Pulverapplikatoren allgemein
als Pulversprühpistolen bezeichnet
und im Hinblick auf die hierin beschriebenen Ausführungsbei spiele
werden die Ausrücke
Applikator und Pistole austauschbar verwendet. Es ist jedoch beabsichtigt,
dass die Erfindung auf Materialapplikationsvorrichtungen anzuwenden
ist, die keine Pulversprühpistolen
sind, und darum wird der allgemeinere Begriff Applikator dazu verwendet,
die Idee zu verdeutlichen, dass die Erfindung in vielen Applikationssystemen
für Teilchenmaterial
angewendet werden kann, die nicht zu den hierin beschriebenen Beispielen
von Pulverbeschichtungs-Materialapplikationssystemen gehören. Einige
Aspekte der Erfindung können
sowohl in elektrostatischen Sprühpistolen
als auch nicht-elektrostatischen
Sprühpistolen
eingesetzt werden. Außerdem
ist die Erfindung nicht auf die Funktion begrenzt, die mit dem Wort „Sprüh-„ einhergeht.
Obgleich die Erfindung besonders geeignet ist für das Aufbringen von Pulver
im Sprühvorgang,
können
die hierin beschriebenen Pumpenkonzepte bei anderen Materialapplikationstechniken
außer
einem einfachen Sprühen
eingesetzt werden, ob solche Techniken als Dispensieren, Entladen,
Applizieren oder mit anderen Termini bezeichnet werden, die zum
Beschreiben einer speziellen Art von Materialapplikation verwendet
werden mögen.
-
Die
Sprühpistolen 20 erhalten
Pulver aus einer Zuführquelle
oder einem Zuführzentrum
wie einem Beschickungstrichter 22 oder von einer anderen Materialquelle über eine
zugeordnete Pulverzufuhr oder einen Zufuhrschlauch 24.
Die automatischen Pistolen 20b sind üblicherweise auf einer Halterung 26 montiert.
Bei der Halterung 26 kann es sich um einen einfachen stationären Aufbau
handeln oder um einen zu bewegenden Aufbau wie beispielsweise um einen
Oszillator, der die Pistolen während
eines Sprühvorgangs
nach oben und nach unten bewegen kann, oder es kann eine Pistolenbewegungseinrichtung
oder Pistolenpendeleinrichtung sein, die die Pistolen in die Sprühkabine
hinein und daraus heraus bewegen kann, oder eine Kombination daraus.
-
Die
Sprühkabine 12 ist
aufgebaut, um Pulverabfall innerhalb der Kabine zurückzuhalten,
im Allgemeinen indem ein großer
Strom Rückhalteluft
in die Kabine geleitet wird. Dieser Luftstrom in die Kabine wird
im Allgemeinen durch ein Pulverabfallsammel- oder Pulverabfallwiedergewinnungssystem 28 bewirkt.
Das Wiedergewinnungssystem 28 zieht Luft mit mitgerissenem
Pulverabfall aus der Kabine heraus, beispielsweise durch eine Leitung 30.
In einigen Systemen wird der Pulverabfall zum Zuführzentrum 22 zurückgeführt, was
durch die Rückführleitung 32 dargestellt
wird. In anderen Systemen wird der Pulverabfall entweder einem Abfallbehälter zugeführt oder
in einem getrennten Behälter
auf andere Weise zurückgewonnen.
-
Hierin
wird bei einem Ausführungsbeispiel Pulver
von einem Wiedergewinnungssystem 28 durch eine erste Transferpumpe 400 zurück zum Zuführzentrum 22 transportiert;
eine als Beispiel dienende Ausführungsform
gemäß der Erfindung
wird nachfolgend beschrieben. Eine entsprechende Pistolenpumpe 402 wird
dazu verwendet, Pulver aus dem Zuführzentrum 22 an einen
zugeordneten Sprüh-applikator
oder eine Pistole 20 zu liefern. Beispielsweise wird eine
erste Pistolenpumpe 402a dazu benutzt, einen Dichtphasenpulverstrom
an die manuell zu bedienende Pistole 20a zu liefern, und
eine zweite Pistolenpumpe 402b wird dazu benutzt, einen
Dichtphasenpulverstrom an die automatische Pistole 20 zu
liefern. Als Beispiel dienende Ausführungsformen der Pistolenpumpen 402,
die gemäß der Erfindung
aufgebaut sind, werden nachfolgend beschrieben.
-
Jede
Pistolenpumpe 402 wird mit Gas unter Überdruck betrieben, beispielsweise
mit gewöhnlicher
Luft, die der Pistole von einem pneumatischen Zuführverteiler 404 zugeführt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Pumpe und eine Verteileranordnung
bereit, bei der die Pumpe 402 über einen Dichtungsring oder
eine andere zwischengelegte Dichtungsvorrichtung an dem Zuführverteiler 404 befestigt
ist. Damit erübrigt
sich eine unnötige
Rohrinstallation zwischen dem Verteiler 404 und der Pumpe 402.
Obgleich es in der 1 schematisch so dargestellt
ist, als seien sie direkt verbunden, ist es möglich, dass in der Praxis die
Verteiler 404 in einem Schrank oder in einem anderen Gehäuse untergebracht
sind und so an den Pumpen 402 montiert sind, dass sich
eine Schrankwand zwischen beiden befindet. Auf diese Weise sind
die Verteiler 404, die elektrischen Strom führende Teile
wie beispielsweise Magnetventile enthalten können, von der Sprühumgebung
isoliert.
-
Der
Zuführverteiler 404 liefert
Druckluft an seine zugeordnete Pumpe 402 für die nachfolgend erläuterten
Zwecke. Zusätzlich
ist jedem Zuführverteiler 404 Musterdruckluft
zugeordnet, die den Sprühpistolen 20 über Schläuche oder
Leitungen 405 zugeführt
wird. Hauptluft 408 wird dem Zuführverteiler 404 aus
jeder geeigneten Quelle innerhalb der Werkanlage des Endanwenders
des Systems 10 geliefert. Jede Pumpe 402 führt dem
entsprechenden Applikator 20 über einen Pulverzuführschlauch 406 Pulver zu.
-
In
der Ausführungsform
der 1 wird eine zweite Transferpumpe 410 dazu
verwendet, Pulver von einer Quelle 412 für frisches
Pulver (d. h. noch nicht durch den Applikationsprozess gelaufenes
Pulver) an das Zuführzentrum 22 zu
transportieren. Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass die
Anzahl der erforderlichen Transferpumpen 410 und Pistolenpumpen 402 durch
die Anforderungen an das Gesamtsystem 10 sowie an die mit
dem System 10 durchzuführenden
Sprüharbeiten
bestimmt wird. Obgleich Pistolenpumpe und Transferpumpen die gleiche
Konstruktion aufweisen mögen,
sind bei den Ausführungsbeispielen
Unterschiede vorhanden, die nachfolgend beschrieben werden. Diese
Unterschiede berücksichtigen,
dass die Pistolenpumpe vorzugsweise einen glatten, gleichmäßigen Strom
an Pulvermaterial an die Sprühapplikatoren 20 transportiert,
um die beste Beschichtung auf die Objekte P aufzubringen, wohingegen
die Transferpumpen 400 und 410 einfach dazu benutzt
werden, Pulver von einem Behälter
in einen anderen zu bewegen, und zwar mit einer Strömungsrate
und einem Volumen, die beide dem Pulverbedarf der Applikatoren genügen, wobei
wahlweise dieser Pulverbedarf durch Zusätze von Abfallpulver, das im
Wiedergewinnungssystem 28 gesammelt wurde, gedeckt wird.
-
Abgesehen
von den Pumpen 400, 410 und 402 bilden
der ausgewählte
Aufbau und Betrieb des Materialapplikationssystems 10,
einschließlich
der Sprühkabine 12,
der Transportvorrichtung 14, der Pistolen 20,
des Wiedergewinnungssystems 28 und des Zuführzentrums
oder der Zuführquelle 22 keinen für die vorliegende
Erfindung erforderlichen Teil und können auf der Basis der Anforderungen
an spezielle Beschichtungsvorgänge
ausgewählt
werden. Ein besonderer Sprühapplikator,
der zur Benutzung mit der vorliegenden Erfindung gut geeignet ist,
ist in der schwebenden Internationalen Patentanmeldung Nummer PCT/US04/26887
mit dem Titel SPRAY APPLICATOR FOR PARTICULATE MATERIAL beschrieben,
die am 18. August 2004 angemeldet wurde und deren gesamte Offenbarung
hierin durch Bezug eingeschlossen ist. Es können jedoch viele andere Applikatorkonstruktionen
verwendet werden, wie sie für
einen speziellen Anwendungszweck erforderlich sind. Ein Steuersystem 34 kann
ebenfalls ein konventionelles Steuersystem sein, beispielsweise ein
programmierbares computergestütztes
System oder eine andere geeignete Steuerschaltung. Das Steuersystem 34 führt viele
verschiedene Steuerfunktionen und Algorithmen aus, üblicherweise
werden dazu programmierbare logische und Programmroutinen verwendet,
von denen allgemein in 1 angegeben wird, dass sie die
Zuführzentrumsteuerung 36 (beispielsweise
Zuführsteuerungsvorgänge und
Pumpenbetriebssteuervorgänge),
Pistolenbetriebssteuerung 38 (beispielsweise Pistolenauslösesteuerungsvorgänge), Pistolenpositionssteuerung 40 (wie
beispielsweise Steuerfunktionen für die Bewegungsvorrichtung
zum Hinein- und Herausbewegen bzw. die Pistolenbewegungsvorrichtung 26),
die Systemsteuerung 42 für die Pulverwiedergewinnung (beispielsweise
Steuerfunktionen für
Fliehkraftabscheider, Nach filtergebläsen usw.), Transportsteuerung 44 und
Parametersteuerungen 46 für die Materialapplikation (beispielsweise
Pulverstromraten, Dicke des aufgebrachten Films, elektrostatische
oder nicht-elektrostatische Applikation usw.) enthalten, jedoch
sind sie nicht darauf beschränkt.
Die zugrundeliegende Steuersystemtheorie, Aufbau und Programmierung
können
konventionell sein.
-
Auch
wenn die hier beschriebenen Ausführungsformen
im Zusammenhang mit einer Pumpe zum Transport in dichter Phase zur
Anwendung in einem Pulverbeschichtungs-Materialapplikationssystem dargestellt
werden, erkennen Fachleute auf diesem Gebiet ohne Weiteres, dass
die vorliegende Erfindung in vielen verschiedenen Applikationssystemen
für trockenes
Teilchenmaterial angewendet werden kann, eingeschlossen, jedoch
nicht darauf beschränkt,
bei Talk auf Reifen, bei superabsorbierenden Materialien wie beispielsweise
für Windeln,
bei mit Lebensmitteln im Zusammenhang stehenden Material wie Mehl,
Zucker, Salz usw., bei Trocknungsmitteln, Trennmitteln und pharmazeutischen Mitteln.
Diese Beispiele sollen die breite Anwendungsmöglichkeit der Erfindung für Dichtphasenapplikation
von Teilchenmaterial auf Objekte illustrieren. Der besondere Aufbau
und Betrieb des ausgewählten
Materialapplikationssystems stellt keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung
dar, wenn es nicht ausdrücklich
hierin angemerkt wird.
-
Während verschiedene
Aspekte der Erfindung hierin so beschrieben und dargestellt werden, dass
sie in Ausführungsbeispielen
kombiniert enthalten sind, können
diese unterschiedlichen Aspekte in vielen alternativen Ausführungsformen
verwirklicht sein, entweder einzeln oder in unterschiedlichen Kombinationen
und untergeordneten Kombinationen dieser Aspekte. Wenn es nicht
ausdrücklich
ausgeschlossen wird, sollen alle solche Kombinationen und untergeordneten
Kombinationen als innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung
gelten. Weiterhin sollen, auch wenn unterschiedliche mögliche Ausführungsformen
für die
unterschiedlichen Aspekte und Merkmale der Erfindung wie mögliche Materialien,
Strukturen, Konfigurationen, Vorrichtungen, Software, Hardware,
Steuerlogik usw. hierin beschrieben sein mögen, solche Beschreibungen
nicht als eine vollständige
oder alternativlose Liste von zur Verfügung stehenden möglichen
Ausführungsformen gelten,
ob sie nun derzeit bekannt oder später entwickelt worden sind.
Fachleute auf diesem Gebiet können
ohne Weiteres einen oder mehrere der Aspekte, Konzepte oder Merkmale
der Erfindung in zusätzliche
Ausführungsformen
einbringen, die sich innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung
befinden, selbst wenn solche Ausführungsformen nicht ausdrücklich hierin
offenbart sind. Zusätzlich
hat eine Beschreibung, auch wenn einige Merkmale, Konzepte oder
Aspekte der Erfindung hierin als eine bevorzugte Anordnung oder
ein bevorzugtes Verfahren beschrieben werden, nicht den Zweck, den
Anschein zu erwecken, dass ein solches Merkmal erforderlich oder
notwendig sei, es sei denn, dass es ausdrücklich gesagt wird. Weiter
können
Werte und Bereiche als Beispiele oder Repräsentanten eingeschlossen sein,
um das Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu erleichtern; solche Werte und Bereiche
sollen jedoch nicht in einem einschränkenden Sinn ausgelegt werden
und sollen nur dann als kritische Werte oder Bereiche anzusehen,
wenn das ausdrücklich
gesagt wird.
-
Selbst
aus der schematischen allgemeinen Darstellung der 1 ist
zu erkennen, dass ein solch komplexes System sehr schwierig und
zeitaufwändig zu
reinigen und auf einen Farbwechsel vorzubereiten ist. Das übliche Pulverbeschichtungsmaterial
besteht aus sehr feinen Teilchen und wird allgemein als auf die
einzusprühenden
Objekte gerichtete feine Wolke oder als Sprühmuster aufgebracht. Selbst
bei Anwendung der elektrostatischen Technik ist eine bedeutende
Menge an Pulverabfall unvermeidlich. In vielen Industrien spielt
die Kreuzkontamination während
eines Farbwechsels eine große
Rolle, darum ist es wichtig, dass das Materialapplikationssystem
zwischen Farbwechselvorgängen
gründlich
gereinigt werden kann. Für
die Farbwechselvorgänge
muss das Materialapplikationssystem jedoch abgeschaltet werden und
dadurch werden die Kosten deutlich in die Höhe getrieben. Die vorliegende
Erfindung ist darauf gerichtet, eine Pumpe zu schaffen, die leichter und
schneller zu reinigen ist. Zusätzliche
Merkmale und Aspekte der Erfindung sind hinsichtlich der leichteren
Reinigungseignung getrennt anwendbar.
-
Bezugnehmend
auf 2A, 2B und 2C wird
ein Ausführungsbeispiel
einer Pumpe zum Transport in dichter Phase 402 gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Obgleich die Pumpe 402 ebenso gut
als eine Transferpumpe verwendet werden kann, ist sie speziell als
eine Pistolenpumpe zum Zuführen
von Material an die Sprühapplikatoren 20 ausgelegt.
Die Pistolenpumpen 402 und die Transferpumpen 400 und 410 weisen
gemeinsame Konstruktionsmerkmale auf, die aus den detaillierten Beschreibungen,
die hierin gegeben werden, ohne Weiteres hervorgehen.
-
Die
Pumpe 402 ist vorzugsweise, obgleich nicht notwendigerweise,
modular ausgelegt. Die modulare Konstruktion der Pumpe 402 wird
umgesetzt mit einem Pumpenverteilerkörper 414 und einen Ventilkörper 416.
Der Verteilerkörper 414 dient
als Gehäuse
für ein Paar
Pumpenkammern sowie eine Anzahl von Luftpassagevorrichtungen, was
später noch
detaillierter erläutert
wird. Der Ventilkörper 416 dient
als Gehäuse
für eine
Mehrzahl von Ventilelementen, was auch später erläutert wird. Die Ventile reagieren
auf Luftdrucksignale, die dem Ventilkörper 416 von dem Verteilerkörper 414 übermittelt
werden. Obgleich die hierin gegebenen Ausführungsbeispiele die Anwendung
von pneumatischen Quetschventilen darstellen, werden Fachleute auf
diesem Gebiet ohne Weiteres erkennen, dass unterschiedliche. Aspekte
und Vorteile der vorliegenden Erfindung außer mit Quetschventilen durch
die Verwendung anderer Steuerventilkonstruktionen verwirklicht werden
können.
-
Der
obere Abschnitt 402a der Pumpe ist für Spülluftanordnungen 418a und 418b ausgelegt,
und der untere Abschnitt 402b der Pumpe ist für einen Pulvereinlassschlauchverbinder 420 und
einen Pulverauslassschlauchverbinder 422 ausgelegt. Ein
Pulverzuführschlauch 24 (1)
ist mit dem Einlassverbinder 420 verbunden, um einen Pulverstrom
von einer Zuführquelle,
wie beispielsweise einem Beschickungstrichter 22, zuzuführen. Ein
Pulverzuführschlauch 406 (1)
wird dazu verwendet, den Auslass 422 mit einem Sprühapplikator
zu verbinden, bei dem es sich um eine manuell oder automatisch zu bedienende
Sprühpistole
handeln kann, die in der Sprühkabine 12 positioniert
ist. Das der Pumpe 402 zugeführt Pulver kann, muss aber
nicht notwendigerweise, in einen Fließzustand versetzt sein.
-
Der
Pulverstrom tritt also an einem einzigen Ende 402b in die
Pumpe 402 ein und aus ihr heraus. Damit wird das Bereitstellen
einer Spülfunktion 418 am
entgegengesetzten Ende 402a der Pumpe ermöglicht,
was einen leichter durchzuführenden
Spülvorgang
schafft, wie es später
noch detaillierter erläutert
wird.
-
Wäre nur eine
Pumpenkammer vorhanden (was eine brauchbare Ausführungsform der Erfindung ist),
dann könnte
der Ventilkörper 416 direkt
mit dem Verteiler verbunden sein, weil nur zwei Pulverpfade durch
die Pumpe erforderlich wären.
Um jedoch einen gleichmäßigen, einheitlichen
und einstellbaren Pulverstrom durch die Pumpe zu erzeugen, sind
zwei oder mehr Pumpenkammern vorgesehen. Werden zwei Pumpenkammern
verwendet, dann werden sie vorzugsweise außer Phase betätigt, so dass,
während
eine Kammer Pulver aus dem Einlass aufnimmt, die andere dem Auslass
Pulver zuführt. Auf
diese Weise strömt
Pulver im Großen
und Ganzen ununterbrochen von der Pumpe aus. Mit einer einzigen
Kammer wäre
dies nicht der Fall, weil in dem Pulverstrom von jeder ein zelnen
Pumpenkammer eine Lücke
auftritt, weil die Pumpenkammer zuerst mit Pulver gefüllt werden
muss. Werden mehr als zwei Kammern verwendet, kann ihre Zeitgabe
je nach Erfordernis eingestellt sein. Auf jeden Fall ist es vorzuziehen,
obgleich nicht notwendig, dass alle Pumpenkammern mit einem einzigen
Einlass und einem einzigen Auslass in Verbindung stehen.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung werden der Einlass und der Auslass
des Materialstroms in jede Pumpenkammer hinein und aus ihr heraus über ein
einziges Ende der Kammer durchgeführt. Das schafft eine Anordnung,
bei der eine gerade hindurchgehende Spülfunktion an einem entgegengesetzten
Ende der Pumpenkammer eingesetzt werden kann. Da in dem Ausführungsbeispiel
jede Pumpenkammer mit demselben Pumpeneinlass und Pumpenauslass
kommuniziert, werden zusätzliche modulare
Einheiten verwendet, um abzweigende Pulverstrompfade in Form von
Y-Blocks bereitzustellen.
-
Ein
erster Y-Block 424 ist zwischen dem Verteilerkörper 414 und
dem Ventilkörper 416 angeschlossen.
Ein zweiter Y-Block 426 bildet das Einlass-/Auslassende
der Pumpe und ist an der Seite des Ventilkörpers 416 angeschlossen,
die dem ersten Y-Block 424 gegenüber liegt. Ein erster Satz
von Bolzen 428 wird dazu verwendet, den Verteilerkörper 414,
den ersten Y-Block 424 und den Ventilkörper 416 miteinander
zu verbinden. Ein zweiter Satz Bolzen 430 wird verwendet,
um den zweiten Y-Block 426 an dem Ventilkörper 416 zu
befestigen. Auf die Weise ist die Pumpe in 2a, wenn
sie vollständig
zusammengesetzt ist, sehr kompakt und widerstandsfähig, dennoch
kann der untere A-Block 426 leicht
und einzeln gelöst
werden, um Verschleißteile
des Strompfades ohne ein vollständiges
Auseinandernehmen der Pumpe zu ersetzen. Der erste Y-Block 424 bietet
einen Pulverstrompfad mit zwei Zweigen aus jeder Pulverkammer. Ein
Zweig von jeder Kammer steht über den
Ventilkörper 416 in
Verbindung mit dem Pumpeneingang 420 und der andere Zweig
jeder Kammer mit dem Pumpenauslass 422 über den Ventilkörper 416. Der
zweite Y-Block 426 wird dazu benutzt, die gemeinsamen Pulverstrompfade
vom Ventilkörper 416 zum
Einlass 420 und Auslass 422 der Pumpe kombinieren.
Auf diese Weise steht jede Pumpenkammer mit dem Pumpeneinlass über ein
Steuerventil in Verbindung und mit dem Pumpenauslass über ein
weiteres Steuerventil. Es sind also in dem Ausführungsbeispiel vier Steuerventile
im Ventilkörper
vorgesehen, die den Strom des Pulvers in die Pumpenkammern hinein
und aus ihnen heraus steuern.
-
Details
des Verteilerkörpers 414 werden
in den 2B, 2E, 2G, 3A und 3B gezeigt.
Der Verteiler enthält
einen Körper 432 mit ersten
und zweiten hindurchgehenden Bohrungen 434 bzw. 436.
Jede der Bohrungen nimmt ein allgemein zylindrisches, gasdurchlässiges Filterelement 438 bzw. 440 auf.
Die gasdurchlässigen
Filterelemente 438, 440 enthalten untere Enden 438a und 440 mit
reduzierten Außendurchmessern,
die in eine Gegenbohrung im ersten Y-Block 424 (4B)
eingeführt
werden, was dabei hilft, die Bauteile 438, 440 ausgerichtet
und sicher zu halten. Die oberen Enden der Filterelemente grenzen
an die unteren Enden von Spülluftbauteilen 504,
wobei geeignete Dichtungen je nach Erfordernis vorgesehen sind.
Jedes der Filterelemente 438, 440 definiert ein
Innenvolumen (438c, 440c), das als Pulverpumpenkammer
dient, so dass in dieser Ausführungsform
zwei Pulverpumpenkammern vorgesehen sind. Ein Teil der Bohrungen 434, 436 sind
darauf ausgelegt, die Spülluftanordnungen 418a und 418b aufzunehmen,
wie es später
noch beschrieben wird.
-
Die
Filterelemente 438, 440 können identisch ausgeführt sein
und ermöglichen
es einem Gas, beispielsweise normaler Luft, die zylindrische Wand des
Bauteils zu passieren, jedoch keinem Pulver. Die Filterelemente 438, 440 können beispielsweise
aus porösem
Polyethylen hergestellt sein. Dieses Material wird allgemein zum
Auflockern von Platten in Pulverbeschickungstrichtern verwendet.
Bei einem als Beispiel dienenden Material sind die Öffnungen
etwa 40 Mikron groß und
die Porosität
beträgt
etwa 40 bis 50%. Solches Material ist kommerziell über Genpore oder
Poron zu beziehen. Andere poröse
Materialien können
je nach Bedarf verwendet werden. Jedes der Filterelemente 438, 440 weist
einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser der ihm
zugeordneten Bohrung 434, 436 so dass ein kleiner
ringförmiger
Raum zwischen der Bohrungswand und der Wand des Filterelements vorhanden
ist (siehe 2E, 2G). Dieser
ringförmige
Raum dient als eine pneumatische Druckkammer. Wird ein Unterdruck
auf eine Druckkammer ausgeübt,
wird Pulver in die Pulverpumpenkammer hinaufgesogen, und wenn Überdruck
auf die Druckkammer ausgeübt
wird, wird das Pulver in der Pulverpumpenkammer hinausgedrückt.
-
Der
Verteilerkörper 432 enthält eine
Reihe von sechs Einlassöffnungen 442.
Diese Öffnungen 442 werden
dazu benutzt, pneumatische Energie oder Signale in die Pumpe einzugeben.
Vier der Öffnungen 442a,
c, d und f stehen über
entsprechende Luftpassagen 444a, c, d und f in Fluidverbindung
mit einer entsprechenden Druckkammer 446 im Ventilblock 416 und
werden dementsprechend dazu benutzt, Ventilbetätigungsluft zuzu führen, wie
es später noch
erläutert
wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Luftpassagen 444 sich
von der Verteilerfläche 448 horizontal
in den Verteilerkörper
erstrecken und sich dann senkrecht nach unten zur Bodenfläche des Verteilerkörpers erstrecken,
wo sie in Verbindung mit entsprechenden senkrechten Luftpassagen
durch den oberen Y-Block 424 und
den Ventilkörper 416 stehen,
wodurch sie mit entsprechenden horizontalen Luftpassagen im Ventilkörper 416 verbunden sind,
um sich in jede der entsprechenden Ventildruckkammern zu öffnen. Es
können
(nicht gezeigte) Luftfilter in diesen Luftpassagen vorgesehen sein,
um zu verhindern, dass Pulver in den Pumpenverteiler 414 und
der Zuführverteiler 404 hinauffließt, falls
ein Ventilelement oder eine andere Dichtung undicht wird. Die übrigen beiden Öffnungen 442b und 442e stehen über Luftpassagen 44b und 44e in
jeweils entsprechender Fluidverbindung mit den Bohrungen 434, 436.
Diese Öffnungen 442b und 442e werden
auf diese Weise dazu benutzt, Über- und Unterdruck an die
Pumpendruckkammern im Verteilerkörper
zu liefern.
-
Die Öffnungen 442 sind
vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, in einer einzigen planen
Fläche 448 des
Verteilerkörpers
ausgebildet. Der Luftzuführverteiler 404 enthält einen
entsprechenden Satz von Öffnungen,
die gegenüber
den Pumpenöffnungen 442 ausgerichtet
sind und mit ihnen in Fluidverbindung stehen, wenn der Zuführverteiler 404 am Pumpenverteiler 414 montiert
ist. Auf diese Weise kann der Zuführverteiler 404 die
ganze erforderliche Pumpenluft für
die Ventile und Pumpenkammern über
eine einfache ebenflächige
Schnittstelle zuführen.
Eine Dichtung 450 ist zwischen den Flächen des Pumpenverteilers 414 und
des Zuführverteilers 404 komprimiert
angeordnet, um zwischen den Öffnungen
fluiddichte Abdichtungen zu schaffen. Wegen des für Spülluft gewünschten
Volumens, Drucks und der erwünschten
Geschwindigkeit sind vorzugsweise getrennte Spülluftverbindungen zwischen
dem Zuführverteiler
und dem Pumpenverteiler vorgesehen. Obgleich zwischen den beiden
Verteilern eine planare Schnittstelle vorzuziehen ist, ist sie nicht
erforderlich, und es könnten
für jeden
pneumatischen Einlass zur Pumpe vom Zuführverteiler 404 individuelle
Verbindungen vorgesehen sein, wie sie erforderlich sind. Die ebenflächige oder
planare Schnittstelle ermöglicht
es, dass der Zuführverteiler 404,
zu dem in einigen Ausführungsformen
Elektromagneten gehören, in
einem Gehäuse
und die Pumpe außerhalb
des Gehäuses
(am Zuführverteiler
durch eine Öffnung
in einer Gehäusewand
befestigt) angeordnet ist, was dazu beiträgt, das gesamte System 10 elektrisch
zu isolieren. Es wird nebenbei bemerkt, dass die Pumpe 402 während der
Benutzung nicht in irgendeiner bestimmten Ausrichtung montiert sein
muss.
-
Es
wird Bezug genommen auf die 4A und 4B.
Der erste Y-Block 424 enthält erste und zweite Öffnungen 452, 454,
die gegenüber
ihrer entsprechenden Pumpenkammer 434, 436 ausgerichtet sind.
Jede Öffnung 452, 454 steht
mit zwei Zweigen 452a, 452b bzw. 454a, 454b in
Verbindung (4B zeigt nur die Zweige für die Öffnung 452).
Die Öffnung 452 kommuniziert
also mit den Zweigen 452a und 452b. Es sind also
insgesamt vier Zweige im ersten Y-Block 424 vorhanden,
von denen zwei mit einer Druckkammer und die anderen beiden mit
der anderen Druckkammer in Verbindung stehen. Die Zweige 452a,
b und 454a, b bilden einen Teil des Pulverpfades durch
die Pumpe für
die beiden Pumpenkammern. Der Strom von Pulver durch jeden der vier Zweige
wird durch ein getrenntes Quetschventil im Ventilkörper 416 gesteuert,
was später
noch beschrieben wird. Es wird bemerkt, dass der Y-Block 424 ebenfalls
vier durchgehende Luftpassagen 456a, c, d, f enthält, die
in Fluidverbindung mit den Luftpassagen 444a, c, d bzw.
f im Verteilerkörper 414 stehen. Es
kann eine Dichtung 459 dazu verwendet werden, eine fluiddichte
Verbindung zwischen dem Verteilerkörper 414 und dem ersten
Y-Block 424 zu
schaffen.
-
Die Öffnungen 452 und 454 enthalten
zylindrische Senklöcher 458, 460,
die Dichtungen 462, 464 (2C) wie
konventionelle O-Ringe aufnehmen. Diese Dichtungen bieten eine fluiddichte
Abdichtung zwischen den unteren Enden der Filterelemente 438, 440 und
den Y-Block-Öffnungen 452, 454.
Sie ermöglichen
auch kleine Toleranzabweichungen, so die Filterelemente fest an
ihrem Platz gehalten werden.
-
Es
wird zusätzlich
auf die 5A und 5B Bezug
genommen. Der Ventilkörper 416 enthält vier
durchgehende Bohrungen 446a, 446b, 446c und 446d,
die als Druckkammern für
eine entsprechende Anzahl von Quetschventilen wirken. Die obere
Fläche 466 des
Ventilkörpers
enthält
zwei zurückgesetzte
Bereiche 468 und 470, von denen jeder zwei Öffnungen
enthält;
jede dieser Öffnungen
wird durch ein Ende der entsprechenden Bohrung 446 gebildet.
In dieser Ausführungsform
enthält
der erste zurückbesetzte
Abschnitt 468 Öffnungen 472 und 474,
die durch seine entsprechenden Bohrungen 446b und 446a gebildet
werden. In ähnlicher
Weise enthält
der zweite zurückgesetzte
Abschnitt 470 Öffnungen 476 und 478,
die durch entsprechende Bohrungen 446d bzw. 446c gebildet
werden. Entsprechende Öffnungen
sind in der Fläche 479 der
entgegengesetzten Seite des Ventilkörpers 416 ausgebildet.
-
Jede
der Druckkammern 446a bis d hält entweder ein Einlassquetschventilelement 480 oder
ein Auslassquetschventil 481. Bei jedem Quetschventilelement 480, 481 handelt
es sich um ein ziemlich weiches, elastisches Element aus einem geeigneten Material,
beispielsweise aus Naturgummi, Latex oder Silikon. Jedes Ventilelement 480, 481 enthält einen mittig
angeordneten, allgemein zylindrischen Körper 482 und zwei
Flanschenden 484, die gegenüber dem zentralen Körper 482 einen
breiteren Durchmesser haben. Die Flanschenden wirken als Dichtungen
und werden um die Bohrungen 446a bis d zusammengedrückt, wenn
der Ventilkörper 416 zwischen
dem ersten Y-Block 424 und dem zweiten Y-Block 426 angeordnet
ist. Auf diese Weise definiert jedes Quetschventil einen Strömungspfad
für Pulver
durch den Ventilkörper 416 hin
zu einem entsprechenden Zweig der Zweige 452, 454 im
ersten Y-Block 424. Darum kommuniziert ein Paar Quetschventile
(ein Saugventil und ein Zuführventil)
mit einer der Pumpenkammern 440 im Verteilerkörper, während das
andere Paar Quetschventile mit der anderen Pumpenkammer 438 in
Verbindung steht. Es sind zwei Quetschventile pro Kammer vorgesehen,
weil ein Quetschventil den Pulverstrom in die Pumpenkammer (Ansaugen)
und das andere Quetschventil den Pulverstrom aus der Pumpenkammer
(Anlieferung) steuert. Der Außendurchmesser
jedes zentralen Körperabschnitts 482 eines Quetschventils
ist geringer als der Bohrungsdurchmesser seiner entsprechenden Druckkammer 446. Dadurch
verbleibt ein ringförmiger
Raum um jedes Quetschventil, der als die Druckkammer für das Ventil
wirkt.
-
Der
Ventilkörper 416 enthält Luftpassagen 486a bis
d, die jeweils entsprechend mit den vier Druckkammerbohrungen 446a bis
d in Verbindung stehen, wie in 5B dargestellt.
Diese Luftpassagen 486a bis d enthalten senkrechte Verlängerungen (aus
der Sicht der 5B) 488a bis d. Diese
vier Luftpassageverlängerungen 488a,
b, c, d stehen in jeweils entsprechender Fluidverbindung mit den senkrechten
Abschnitten der vier Luftpassagen 444d, f, a, c im Verteiler 414 und
den senkrechten Passagen 456d,f, a, c im oberen Y-Block 424.
Es sind Dichtungen 490 für luftdichte Verbindungen vorgesehen.
-
Auf
diese Weise steht jede der Druckkammern 446 im Ventilkörper 416 in
Fluidverbindung mit einer ihr entsprechenden Luftöffnung der
Luftöffnungen 442 im
Verteilerkörper 414,
ganz durch Passagen, die innen durch den Verteilerkörper, den
ersten Y-Block und
den Ventilkörper
führen.
Wenn Luftüberdruck
im Pumpenverteiler 414 vom Zuführverteiler 404 (1)
empfangen wird, wird das entsprechende Ventil 480, 481 durch
die Kraft des Luftdrucks geschlossen, der gegen die äußere flexible
Fläche
des flexiblen Ventilkörpers
wirkt. Die Ventile öffnen
sich aufgrund ihrer eigenen Verformungsfähigkeit und Elastizität, wenn
der externe Luftdruck in der Druckkammer entfernt wird. Diese echt
pneumatische Betätigung
umgeht jede mechanische Betätigung
oder dass ein anderes Steuerelement zum Öffnen und Schließen der
Quetschventile eingesetzt wird, was gegenüber konventionellen Konstruktionen
eine bedeutende Verbesserung darstellt. Jedes der vier Quetschventile 480, 481 wird
vorzugsweise für
die Pistolenpumpe 402 getrennt gesteuert.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist der Ventilkörper 416 vorzugsweise
aus einem ausreichend transparenten Material gefertigt, so dass
eine Bedienungsperson visuell das Öffnen und Schließen der
darin angeordneten Quetschventile beobachten kann. Ein geeignetes
Material ist Acryl, es können
jedoch auch andere transparente Materialien verwendet werden. Die
Möglichkeit,
die Quetschventile zu beobachten, bietet auch eine gute Möglichkeit,
das Aussetzen eines Quetschventils visuell zu erkennen, da dann
Pulver sichtbar wird.
-
Es
wird zusätzlich
Bezug genommen auf die 6A und 6B. Der übrige Teil
der Pumpe ist das Einlassende 402b, das durch einen zweiten Y-Block
als Endkörper 492 gebildet
wird. Der Endkörper 492 enthält erste
und zweite Aussparungen 494, 496, von denen jede
so ausgebildet ist, dass sie einen Y-Block 498a bzw. 498b aufnehmen
kann. Einer der Y-Blocks wird für
den Pulvereinlass und der andere für den Pulverauslass benutzt.
Jeder Y-Block 498 ist ein Verschleißteil, da seine Innenflächen dem
Pulverstrom ausgesetzt sind. Da der Körper 492 einfach in
den Ventilkörper 416 eingesetzt
ist, ist es einfach, die Verschleißteile zu ersetzen, indem der
Körper 492 entfernt
und auf diese Weise vermieden wird, dass der Rest der Pumpe auseinander
genommen werden muss.
-
Jeder
Y-Block 498 enthält
eine untere Öffnung 500,
die dazu ausgebildet ist, eine Armatur oder einen anderen geeigneten
Schlauchverbinder 420, 422 (2A)
aufzunehmen, wobei eine Armatur an einem Schlauch 24 befestigt
ist, der zu einer Pulverzuführquelle
führt,
und an einem weiteren Schlauch 406, der zu einem Sprühapplikator,
beispielsweise zu einer Sprühpistole 20 (1),
führt.
Jeder Y-Block enthält
zwei Pulverpfadzweige 502a, 502b, 502c und 502d,
die sich von der Öffnung 500 weg
erstrecken. Jeder Pulverpfad in den zweiten Y-Blocks 498 steht
in Fluidverbindung mit einem entsprechenden Pfad in den Quetschventilen 480, 481 des
Quetschventilkörpers 416.
Pulver, das am Einlass 420 in die Pumpe eintritt, verzweigt
sich also durch einen ersten der beiden unte ren Y-Blocks 498 in
zwei der Quetschventile und von dort in die Pumpenkammern. Ebenso kombiniert
sich Pulver aus den beiden Pumpenkammern von den beiden anderen
Quetschventilen wieder in einen einzigen Auslass 422 durch
die Wirkung des anderen unteren Y-Blocks 498.
-
Die
Pulverstrompfade verlaufen wie folgt. Pulver tritt durch einen gemeinsamen
Einlass 420 ein und verzweigt sich über Pfade 502a oder 502b im
unteren Y-Block 498b zu den beiden Einlass- oder Saugquetschventilen 480.
Jedes der Einlassquetschventile 480 ist mit einer ihm entsprechenden
Pulverpumpenkammer 434, 436 über einen entsprechenden Zweig 452, 454 eines
entsprechenden Pfades durch den ersten oder oberen Y-Block 424 verbunden.
Jeder der anderen Zweige 452, 454 des oberen Y-Blocks 424 empfängt Pulver
aus einer entsprechenden Pumpenkammer, wobei der Pulver durch den
ersten Y-Block 424 zu
den beiden Auslass- oder Zuführquetschventilen 481 strömt. Jedes
der Auslassquetschventile 481 ist ebenfalls mit einem entsprechenden
Zweig der zweige 502 im unteren Y-Block 498a verbunden,
in dem das Pulver von beiden Pumpenkammern an einen einzigen Ausgang 422 wieder kombiniert
wird.
-
Die
pneumatischen Strömungspfade
verlaufen wie folgt. Wenn eines der Quetschventile geschlossen werden
soll, gibt der Zuführverteiler 404 einen
Druckanstieg an die entsprechende Öffnung 442 im Verteilerkörper 414.
Der erhöhte
Luftdruck strömt durch
die entsprechende Luftpassage 442, 444 im Verteilerkörper 414,
durch die entsprechende Luftpassage 456 im ersten Y-Block 424 nach
unten und in die entsprechende Luftpassage 486 im Ventilkörper 416 an
die zugeordnete Druckkammer 446.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass eine Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Proportionalstromventil bereitstellt, das auf der prozentualen Füllung der
Pulverpumpenkammern basiert, was bedeutet, dass die Strömungsrate
des Pulvers aus der Pumpe genau gesteuert werden kann, indem die Öffnungszeit
der Quetschventile, die Pulver in den Pumpenkammern einleiten, gesteuert
wird. Dadurch wird es möglich,
dass der Pumpenzyklus (d. h. die Zeitspanne zum Füllen und
Entleeren der Pumpenkammern) kurz genug ist, um einen glatten Pulverstrom unabhängig von
der Strömungsrate
zu erreichen, wobei die Strömungsrate
durch Betätigung
der Quetschventile getrennt gesteuert wird. Die Strömungsrate
kann also vollständig
durch die Steuerung der Quetschventile eingestellt werden, ohne
dass irgendwelche physischen Veränderungen
an der Pumpe durchgeführt
werden müssen.
-
Die
Spülfunktion
wird gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung stark vereinfacht. Da die Erfindung
eine Möglichkeit
schafft, dass das Pulver von einem einzigen Ende aus in die Pulverkammern
eintritt und aus ihnen austritt, kann das entgegengesetzte Ende
der Pumpenkammer für
Spülluft
genutzt werden. Wie aus den 2A, 2C, 2E und 2G zu
erkennen ist, ist eine Spülluftarmatur 504 in
das obere Ende der entsprechenden Pumpenkammer 438, 440 eingesetzt.
Die Armaturen 504 nehmen entsprechende Steuerventile 506 auf,
die so ausgelegt sind, dass sie nur einen Strom in die Pumpenkammern 438, 440 hinein
erlauben. Die Steuerventile 506 nehmen entsprechende Spülluftschlauchanschlusselemente 508 auf,
an die ein Spülluftschlauch angeschlossen
werden kann. Der Pumpe wird Spülluft
vom Zuführverteiler 404 auf
noch zu beschreibende Weise zugeführt. Die Spülluft kann also geradewegs
durch die Pulverpumpenkammern und durch den Rest des Pulverpfades
innerhalb der Pumpe strömen,
um die Pumpe als Vorbereitung für
einen Farbwechselvorgang sehr wirkungsvoll zu spülen. Die Bedienungsperson braucht
für die
Durchführung dieses
Spülvorgangs
keine speziellen Verbindungen herzustellen oder Veränderungen
durchzuführen, was
die Reinigungszeit verkürzt.
Ist das System 10 einmal installiert, dann steht die Spülfunktion
immer zur Verfügung,
was die Farbewechselzeit bedeutend verkürzt, weil die Spülfunktion
vom Steuersystem 39 durchgeführt werden kann, ohne dass
die Bedienungsperson irgendwelche Pulver- oder Pneumatikverbindungen
zur Pumpe herstellen oder unterbrechen muss.
-
Aus
den 1 und 2A ist zu entnehmen, dass, wenn
alle vier Quetschventile 480, 481 in offenem Zustand
sind, Spülluft
auf geradem Wege durch die Pumpenkammern, durch die Pulverpfade im
ersten Y-Block 424, die Quetschventile 480, 481 selbst,
den zweiten Y-Block 498 strömt und zum Einlass 420 und
Auslass 422 hinaus strömt.
Spülluft kann
also durch die ganze Pumpe und dann weiter zum Sprühapplikator
geführt
werden, um sowohl die Vorrichtung als auch die zur Pulverzuführquelle 22 führenden
Zuführschläuche durchzuspülen. Auf
die Weise wird gemäß der Erfindung
ein Pumpen-Konzept zum Transport in dichter Phase geschaffen, das einen
Spülgang
in Vorwärts-
und in Rückwärtsrichtung
ermöglicht.
-
Unter
Verweis auf 7 wird festgestellt, dass es
sich bei dem dargestellten Zuführverteller 404 im
Prinzip um eine Reihe von Elektromagnetventilen und Luftquellen
handelt, die den Luftstrom an die Pumpe 402 steuern. Die
in 7 dargestellte besondere Anordnung ist ein Beispiel
und soll nicht als einschränkend
angesehen werden. Die Zufuhr von Luft für den Betrieb der Pumpe 402 kann
ohne eine Verteileranordnung und auf viele unterschiedliche Weisen
durchgeführt
werden. Die Ausführungsform
nach 7 wird bereitgestellt, weil sie besonders gut
geeignet ist für
die ebenflächige
Schnittstellenanordnung mit der Pumpe; es können jedoch auch andere Verteilerkonstruktionen
angewendet werden.
-
Der
Zuführverteiler 404 enthält einen
Zuführverteilerkörper 510 mit
einer ersten planaren oder ebenflächigen Fläche 512, die gegen
eine Fläche 448 des
Pumpenverteilerkbrpers 414 (3A) montiert
ist, wie es hierin zuvor beschrieben wurde. Die Fläche 512 enthält also
sechs Öffnungen 514,
die gegenüber
entsprechenden Öffnungen 442 im
Pumpenverteiler 414 ausgerichtet sind. Der Zuführverteilerkörper 510 ist
so bearbeitet, dass er die geeignete Anzahl von Luftpassagen an
den geeigneten Stellen enthält,
so dass die richtigen Luftsignale zu den korrekten Zeiten an die Öffnungen 514 übermittelt
werden. Außerdem
enthält
der Verteiler weiter eine Reihe von Ventilen, die zum Steuern des
Luftstroms sowohl an die Öffnungen 514 als
auch zum Steuern des Spülluftstroms
verwendet werden. Unterdruck wird im Verteiler 404 mit
Hilfe einer konventionellen Venturipumpe 518 erzeugt. System-
oder Werkstattluft wird dem Verteiler 404 über geeignete
Armaturen 520 zugeführt.
Die Details der physischen Verteileranordnung sind zum Verständnis und
zur Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, da
der Verteiler einfach dazu betrieben wird, Luftpassagen für die Luftquellen
zu bieten, um die Pumpe zu betätigen,
und er auf viele unterschiedliche Weisen ausgeführt sein kann. Stattdessen
sind die wichtigen Details im Zusammenhang mit einem Schemadiagramm
des pneumatischen Stroms beschrieben. Es wird hier jedoch darauf
hingewiesen, dass gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ein getrenntes Steuerventil für jedes
der Quetschventile im Ventilkörper 414 für Zwecke
vorgesehen ist, die nachfolgend noch beschrieben werden.
-
Unter
Bezugnahme auf 8 wird ein pneumatisches Diagramm
für eine
erste Ausführungsform der
Erfindung bereitgestellt. Hauptluft 408 tritt in den Zuführverteiler 404 ein
und strömt
zu einem ersten Regler 532, um Pumpendruck von der Quelle 534 sowohl
an die Pumpenkammern 438, 440 als auch an den
Sprühapplikator 20 über den
Luftschlauch 406 zu liefern. Hauptluft wird ebenfalls,
unter der Steuerung eines Spülluftmagnetventils 538,
als Spülluftquelle 536 verwendet.
Es wird auch Hauptluft an einen zweiten Regler 540 geleitet,
um die Venturi-Luftdruckquelle 542 zu erzeugen, die für den Betrieb
der Venturipumpe benutzt wird (um den Unterdruck für die Pumpenkammern 438, 440 zu erzeugen),
und auch, um die Quetschluftquelle 544 zu erzeugen, um die
Quetschventile 480, 481 zu betätigen.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung bietet die Verwendung des Elektromagnetventils 538 oder
einer anderen geeigneten Steuervorrichtung für die Spülluft eine mehrfache Spülmöglichkeit.
Als erster Aspekt können
zwei oder mehr unterschiedliche Spülluftdrücke oder Spülluftströme ausgewählt werden, was eine weiche
und eine harte Spülfunktion
ermöglicht.
Außer
einem Magnetventil können
andere Steueranordnungen verwendet werden, um zwei oder mehr Charakteristika
für den
Spülluftstrom
bereitzustellen. Das Steuersystem 39 wählt einen weichen oder harten
Spülvorgang
aus, oder es könnte
eine manuelle Eingabe für
diese Auswahl vorgesehen sein. Für
eine weiche Spülfunktion
wird ein unterer Spülluftstrom
durch den Zuführverteiler 404 in
die Pumpendruckkammern 434, 436 zugeführt, wobei
es sich um den ringförmigen
Raum zwischen den porösen
Bauteilen 438, 440 und ihren entsprechenden Bohrungen 434, 436 handelt.
Das Steuersystem 39 wählt
weiter einen Satz Quetschventile aus (Ansaug- oder Abgabeventile),
die sich öffnen, während der
andere Satz geschlossen ist. Die Spülluft sickert durch die porösen Filter 438, 440 und
aus den offenen Ventilen hinaus, um entweder das System in Vorwärtsrichtung
zur Sprühpistole 20 oder
in Rückwärtsrichtung
zur Zuführquelle 22 durchzuspülen. Dann
kehrt das Steuersystem 39 das Öffnen und Schließen der
Quetschventile um. Ein weicher Spülvorgang kann auch in beiden
Richtungen zur gleichen Zeit durchgeführt werden, indem alle vier Quetschventile
geöffnet
werden. Auf ähnliche
Weise kann auch ein höherer
Druck der Spülluft
und des Spülluftstroms
für eine
harte Spülfunktion
in Vorwärtsrichtung,
Rückwärtsrichtung
oder zur gleichen Zeit angewendet werden. Die Spülfunktion, die dadurch ausgeführt wird,
dass Luft durch die porösen Bauteile 438, 440 hindurchsickert,
hilft auch dabei, Pulver, das in den porösen Bauteilen eingefangen wurde,
zu entfernen und auf die Weise die Nutzungsdauer der porösen Bauteile
vor einem erforderlichen Ersetzen zu verlängern.
-
Ein
harter Spülgang
oder Systemspülvorgang
kann auch bei Anwendung von zwei Spülanordnungen 418a und 418b durchgeführt werden.
Ein Luftstrom unter hohem Druck kann durch die Spülluftarmaturen 508 eingeführt werden
(Spülluft
kann aus dem Zuführverteiler 404 geliefert
werden), und diese Luft strömt
gerade durch die Pulverpumpenkammern, die teilweise durch die porösen Bauteile 438, 440 definiert
sind, und aus der Pumpe hinaus. Wieder können die Quetschventile 480, 481 wahlweise
je nach Wunsch betätigt
werden, um vorwärts,
rückwärts oder
gleichzeitig zu spülen.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass die Möglichkeit, wahlweise nur in
Vorwärts-
oder Rückwärtsrichtung
zu spülen,
eine bessere Spülmöglichkeit
bietet, weil dann, wenn das Spülen
nur in beiden Richtungen gleichzeitig durchgeführt werden kann, die Spülluft durch
den Pfad fließt,
der den geringsten Widerstand bietet, wodurch einige der Pulverpfadbereiche
möglicherweise
nicht ausreichend durchgespült werden.
Wird beispielsweise versucht, einen Sprühapplikator und einen Beschickungstrichter
zu spülen, dann
wird, wenn der Applikator für
den Luftstrom völlig
offen ist, die Spülluft
dahin tendieren, aus dem Applikator hinauszuströmen, ohne den Trichter oder
die Zuführquelle
in ausreichendem Maß zu
spülen.
-
Die
Erfindung stellt also eine Pumpenkonstruktion bereit, mit der der
gesamte Pulverpfad von der Zuführquelle
zur Sprühpistole
und durch diese hindurch getrennt oder gleichzeitig durchgespült werden
kann, praktisch ohne dass eine Bedienungsperson tätig werden
muss. Der wahlweise anzuwendende weiche Spülvorgang kann günstig dabei
sein, Restpulver mit einem weichen Luftstrom aus dem Strömungspfad
zu blasen, bevor ein harter Strahl der Spülluft auf den Pulverpfad trifft,
und damit ein Einschmelzen oder andere schädliche Wirkungen eines zuerst
durchgeführten
harten Spülvorgangs
zu verhindern.
-
Der
Luftüberdruck 542 für die Venturipumpe tritt
in ein Steuermagnetventil 546 ein und strömt von dort
weiter zur Venturipumpe 518. Der Ausgang 518a der
Venturipumpe ist ein Unterdruck oder Teilvakuum, das an einen Einlass
von zwei Pumpenmagnetventilen 548, 550 geleitet
wird. Die Pumpenventile 548 und 550 werden zum
Steuern des Anlegens von entweder Über- oder Unterdruck an die
Pumpenkammern 438, 440 benutzt. Zusätzliche
Einlässe
der Ventile 548, 550 empfangen Luft unter Überdruck
von einem ersten Servoventil 552, das Pumpendruckluft 534 empfängt. Die
Auslässe
der Pumpenventile 548, 550 sind mit einer entsprechenden
Pumpenkammer der vorgesehenen Pumpenkammern über die oben beschriebene Luftpassagenanlage
verbunden. Es wird bemerkt, dass es schematisch so dargestellt ist, dass
die Spülluft 536 die
porösen
Rohre 438, 440 passiert.
-
Die
Pumpenventile 550 und 552 werden also für die Betätigungssteuerung
der Pumpe 402 genutzt, indem alternativ Überdruck
und Unterdruck an die Pumpenkammern gegeben wird, üblicherweise 180° außer Phase,
so dass eine Kammer Druck erhält,
während
die andere Kammer unter Unterdruck steht, und umgekehrt. Auf diese
Weise füllt
sich eine Kammer mit Pulver, während
sich die andere Kammer entleert. Es wird darauf hingewiesen, dass
die Pumpenkammern vollständig
mit Pulver gefüllt
werden können
oder auch nicht. Wie noch erläutert
wird, können
sehr niedrige Pulverstromraten bei Anwendung der vorliegenden Erfindung
genau gesteuert werden, indem die unabhängigen Steuerventile für die Quetschventile
benutzt werden. Das heißt,
die Quetschventile können
unabhängig
von der Zyklusrate der Pumpenkammern gesteuert werden, um mehr oder
weniger Pulver während
jedes Pumpenzyklus in die Kammern zu bringen.
-
Quetschventilluft 544 wird
an vier Quetschventilsteuermagnete 554, 556, 558 und 560 gegeben.
Es werden vier Ventile verwendet, damit es vorteilhafter Weise eine
unabhängige
Zeitgabesteuerung für
die Betätigung
jedes der vier Quetschventile 480, 481 gibt. In 8 bezieht
sich der Ausdruck „Zuführ-Quetschventil” auf jene
beiden Quetschventile 481, durch die Pulver aus den Pumpenkammern hinausströmt, und „Saug-Quetschventile” bezieht sich
auf jene beiden Quetschventile 480, durch die Pulver in
die Pumpenkammern eingeführt
wird. Obgleich dasselbe Bezugszeichen verwendet wird, wird jedes
Saug-Quetschventil und jedes Zuführ-Quetschventil
getrennt gesteuert.
-
Ein
erstes Zuführmagnetventil 554 steuert den
Luftdruck für
ein erstes Zuführ-Quetschventil 481;
eine zweites Zuführmagnetventil 558 steuert den
Luftdruck für
ein zweites Zuführ-Quetschventil 481;
ein erstes Saugmagnetventil 556 steuert den Luftdruck für ein erstes
Saug-Quetschventil 480 und ein zweites Saugmagnetventil 560 steuert
den Luftdruck für
ein zweites Saug-Quetschventil 480.
-
Das
Pneumatikdiagramm der 8 stellt also den Funktionsluftstrom
dar, den der Verteiler 404 als Reaktion auf unterschiedliche
Steuersignale von dem Steuersystem 39 (1)
erzeugt.
-
Es
wird nachfolgend Bezug auf die 9A und 9B genommen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung beschäftigt sich mit einer Transferpumpe 400.
Viele Aspekte der Transferpumpe sind gleich oder ähnlich denen
der Sprühapplikatorpumpe 402 und
brauchen darum nicht im Detail wiederholt zu werden.
-
Obgleich
eine Pistolenpumpe 402 auch als Transferpumpe benutzt werden
kann, wird eine Transferpumpe in erster Linie zum Bewegen großer Pulvermengen
zwischen Behältern
eingesetzt, und zwar zum Bewegen mit der erforderlichen Geschwindigkeit.
Außer dem
wird bemerkt, dass, obgleich eine Transferpumpe, wie sie hier beschrieben
wird, nicht die gleiche unabhängige
Vierwegebetätigung
der Quetschventile aufweist, kann ein Transferventil mit demselben
Steuerprozess wie die Pistolenpumpe betätigt werden. Beispielsweise
erfordern einige Anwendungen, dass große Materialmengen auf große Flächen aufgebracht
werden, wobei jedoch die Endbearbeitung ständig zu steuern sein muss.
Es könnte eine
Transferpumpe als Pumpe für
die Applikatoren verwendet werden, indem auch der unabhängige Steuerprozess
für die
vier Quetschventile, der hier beschrieben wird, in den Aufbau aufgenommen
wird.
-
In
dem System nach 1 wird eine Transferpumpe 400 dazu
benutzt, Pulver aus dem Wiedergewinnungssystem 28 (beispielsweise
ein Fliehkraftabscheider) zurück
in das Zuführzentrum 22 zu
transportieren. Es wird ebenfalls eine Transferpumpe 410 benutzt,
um frisches Pulver aus einer Pulverquelle, beispielsweise aus einem
Kasten, an das Zuführzentrum 22 zu
transportieren. Bei solchen Beispielen und auch bei anderen sind
die Strömungscharakteristika einer
Transferpumpe nicht so wichtig, weil der Pulverstrom nicht an einen
Sprühapplikator
geschickt wird. Darum wird gemäß einem
Aspekt der Erfindung die Pistolenpumpe so modifiziert, dass sie
die Leistungserwartungen an eine Transferpumpe erfüllt.
-
Um
die Pulverstromrate in der Transferpumpe 400 zu erhöhen, sind
größere Pumpenkammern erforderlich.
In der Ausführungsform
der 9A und 9B wird
der Pumpenverteiler durch zwei verlängerte rohrartige Gehäuse 654 und 566 ersetzt,
die sich in der Länge
erstreckende poröse
Rohre 568 und 570 einschließen. Die längeren Rohre 568, 570 können während jedes
Pumpenzyklus eine größere Menge
Pulver aufnehmen. Die porösen
Rohre 568, 570 haben einen geringfügig kleineren
Durchmesser als die Gehäuse 564, 566,
so dass ein ringförmiger Raum
zwischen ihnen vorhanden ist, der als Druckkammer sowohl für Überdruck
als auch für
Unterdruck dient. Es sind Luftschlaucharmaturen 572 und 574 vorgesehen,
um Luftschläuche
anzuschließen, die
ebenfalls mit einer Quelle für Überdruck
und Unterdruck an einem noch zu beschreibenden Transferpumpen-Luftzuführsystem
verbunden sind. Da kein Pumpenverteiler benutzt wird, wird die pneumatische Energie
in die Pumpe 400 individuell eingebracht.
-
Die
Luftschlaucharmaturen 572 und 574 stehen mit den
Druckkammern innerhalb der jeweils entsprechenden Gehäuse 564 und 566 in
Fluidverbindung. Auf diese Weise wird Pulver in die Pulverkammern 568, 570 durch
Unter- und Überdruck
hineingesogen bzw. hinausgedrückt,
wie in dem Pistolenpumpenaufbau. Auch die Anordnung von Spülöffnungen 576 und 578 ist
auf die gleiche Weise vorgesehen, und funktioniert auf die gleiche
Weise, wie im Pistolenpumpenaufbau, einschließlich der Rückschlagventile 580, 582.
-
Es
ist ein Ventilkörper 584 vorgesehen,
in dem vier Quetschventile 585 untergebracht sind, die den
Pulverstrom in die Pumpenkammern 568 und 570 hinein
und aus ihnen heraus wie im Aufbau der Pistolenpumpe steuern. Wie
in der Pistolenpumpe sind die Quetschventile in entsprechenden Druckkammern
im Ventilkörper 584 so
angeordnet, dass Druckluft zum Schließen eines Ventils verwendet wird,
und die Ventile öffnen
aufgrund ihrer eigenen Elastizität,
wenn der Überdruck
entfernt wird. Es wird jedoch eine andere Betätigungsart für die Quetschventile
angewendet, wie es nachfolgend beschrieben wird. Es sind ebenfalls
ein oberer Y-Block 586 und unterer Y-Block 588 vorgesehen,
um, wie im Pistolenpumpenaufbau, sich verzweigende Pulverstrompfade
bereitzustellen. Der untere Y-Block 588 steht also auch
mit einer Pulvereinlassarmatur 590 und einer Pulverauslassarmatur 592 in
Verbindung. Es strömt
also das durch einen einzigen Einlass eingetretene Pulver in beide
Pumpenkammern 568, 570, und zwar durch entsprechende
Quetschventile und den oberen Y-Block 586, und aus den
Pumpenkammern 568, 570 strömt Pulver durch entsprechende Quetschventile
aus den Pumpenkammern 568, 570 an den einzigen
Auslass 592. Die verzweigten Pulverstrompfade sind auf ähnliche
Weise verwirklicht wie bei der Pistolenpumpenausführungsform
und brauchen hier nicht wiederholt zu werden. Die Transferpumpe
kann auch, wie die Pistolenpumpe, ersetzbare Verschleißteile oder
Einsätze
im unteren Y-Block 588 enthalten.
-
Es
wird noch einmal bemerkt, dass, da in der Transferpumpe kein Pumpenverteiler
vorgesehen ist, getrennte Lufteinlässe 594 und 596 zur
Betätigung der
Quetschventile vorgesehen sind, die wie beim Aufbau der Pistolenpumpe
in Druckkammern angeordnet sind. Es sind nur zwei Lufteinlässe erforderlich,
obgleich aus später
noch beschriebenen Gründen
vier Quetschventile vorhanden sind. Eine Endabdeckung 598 kann
verwendet werden, um die Gehäuse
ausgerichtet zu halten und für
die Luftarmaturen und Spülarmaturen
eine Halterung zu schaffen.
-
Da
für die
Transferpumpe die im Strom enthaltene Menge von größerem Interesse
ist als die Qualität
des Pulverstroms, ist eine individuelle Steuerung aller vier Quetschventile
nicht erforderlich, obgleich sie möglich ist. So wie es vorgesehen
ist, können
Quetschventilpaare gleichzeitig und in Übereinstimmung mit der Pumpenzyklusrate
betätigt werden. Mit
anderen Worten, wenn eine Pumpenkammer sich mit Pulver füllt, gibt
die andere Pulver ab, und es werden also entsprechende Paare der
Quetschventile geöffnet
und geschlossen. Die Quetschventile können synchron mit der Betätigung des Überdrucks
und des Unterdruck an die Pumpenkammern betätigt werden. Außerdem können einzelne
Lufteinlässe
zu den Quetschventildruckkammern benutzt werden, indem Druckkammerpaare
von zusammen zu betätigenden
Quetschventilpaaren intern in Verbindung stehen. Es werden also
zwei Quetschventile als Zuführventile
für das
Pulver verwendet, das die Pumpe verlässt, und zwei Quetschventile
werden als Saugventile für
das Pulver verwendet, das in die Pumpe hineingesogen wird. Da jedoch
die Pumpenkammern das Ausgeben und Ansaugen abwechselnd durchführen, ist
während
jedes Halbzyklus ein Saug-Quetschventil offen und ein Zuführ-Quetschventil
offen, wobei jedes mit unterschiedlichen Pumpenkammern verbunden
ist. Darum sind im Ventilkörper 584 die
Druckkammer eines der Saug-Quetschventile und die Druckkammer für eines
der Zuführ-Quetschventile miteinander
verbunden, und die Druckkammern der beiden anderen Quetschventile sind
ebenfalls miteinander verbunden. Dies gilt für Quetschventilpaare, bei denen
jedes Quetschventil mit einer anderen Pumpenkammer verbunden ist. Die
Verbindung miteinander kann einfach durch das Bereitstellen von
Kreuzpassagen innerhalb des Ventilkörpers zwischen den Druckkammerpaaren
geschaffen sein.
-
Mit
Bezug auf 10 wird bemerkt, dass das Pneumatikdiagramm
für die
Transferpumpe 400 gegenüber
dem für
eine Pumpe, die mit einem Sprühapplikator
zusammen eingesetzt wird, etwas vereinfacht ist. Hauptluft 408 wird
in eine Venturipumpe 600 eingelassen, die dazu benutzt
wird, Unterdruck für die
Transferpumpenkammern zu erzeugen. Hauptluft wird auch in einen
Regler 602 eingeführt,
wobei Zuführluft
an entsprechende Einlässe
zu den ersten und zweiten Kammermagnetventilen 604, 606 zugeführt wird.
Die Kammerventile empfangen auch den Unterdruck von der Venturipumpe 600 als
Eingang. Die Magnetventile 604, 606 haben entsprechende
Ausgänge 608, 610,
die in Fluidverbindung mit entsprechenden Druckkammern der Transferpumpe
stehen.
-
Die
Magnetventile in dieser Ausführungsform
sind luftbetätigte
Ventile und keine elektrisch betätigten
Ventile. Deshalb werden Luftsignale 612 und 614 von
einem pneumatischen Zeitgeber oder Wechselventil 616 zum
Alternieren der Ventile 604, 606 zwischen Über- und
Unterdruckausgängen
an die Druckkammern der Pumpe verwendet. Ein Beispiel für einen
geeigneten pneumatischen Zeitgeber oder ein solches Wechselventil
ist das Modell S9 568/68-1/4-SO, das von der Firma Hoerbiger-Origa erhältlich ist.
Wie bei der Pistolenpumpe alternieren die Pumpenkammern auf eine
Weise, dass die eine sich füllt,
während
die andere sich entleert. Das Wechselzeitgebersignal 612 wird
auch dazu benutzt, ein Vierwegeventil 618 zu betätigen. Ein
Regler 620 reduziert die Hauptluft auf einen geringeren
Druck, um Quetschluft 622 für die Quetschventile der Transferpumpe
zu erzeugen. Die Quetschluft 622 wird an das Vierwegeventil 618 geliefert.
Die Quetschluft wird mit den Quetschventilen 624 für die eine
Pumpenkammer und 626 für
die andere Pumpenkammer so gekoppelt, dass zugeordnete Paare während derselben
Zykluszeiten wie die Pumpenkammern zusammen geöffnet und geschlossen sind.
Wenn beispielsweise das Zuführ-Quetschventil 624a zu
der einen Pumpenkammer offen ist, dann ist das Zuführ-Quetschventil 626a für die andere
Pumpenkammer geschlossen, während
das Saug-Quetschventil 624b geschlossen und das Saug-Quetschventil 626b offen
ist. Die Ventile kehren ihren Betrieb während der zweiten Hälfte jedes
Pumpenzyklus um, so dass die Betätigung
der Pumpenkammern wie bei der Pistolenpumpe alterniert. Da die Quetschventile
in demselben Zeitgabezyklus betätigt
werden wie die Pumpenkammern, wird ein kontinuierlicher Pulverstrom erzielt.
-
11 stellt
eine ebenfalls mögliche
Ausführungsform
der Pneumatikschaltung der Transferpumpe dar. In dieser Ausführungsform
ist der grundsätzliche
Betrieb der Pumpe der gleiche, es wird jetzt jedoch ein einziges
Ventil 628 verwendet, um den Über- und Unterdruck wechselweise
an die Pumpenkammern zu liefern. In diesem Fall wird ein pneumatischer
Frequenzgenerator 630 verwendet. Ein geeignetes Gerät ist das
Modell 81 506 490 von der Firma Crouzet. Der Generator 630 erzeugt
ein variierendes Luftsignal, das das Kammer-Vierwegeventil 628 und
das Quetsch-Vierwegeventil 618 betätigt. Auf die Weise werden
die alternierenden Zyklen der Pumpenkammern und der zugeordneten
Quetschventile geschaffen.
-
12 Stellt
einen Strömungssteuerungsaspekt
der vorliegenden Erfindung dar, der durch die unabhängige Steuerung
der Quetschventile 480, 481 ermöglicht wird.
Diese Darstellung dient nur der Erklärung und stellt keine tatsächlich gemessenen
Daten dar; eine übliche
Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung
wird jedoch eine ähnliche
Leistung zeigen. Die grafische Darstellung gibt die Gesamtströmungsrate
in kg/h (pounds per hour) aus der Pumpe zur Pumpenzykluszeit an.
Eine typische Pumpenzykluszeit von 400 Millisekunden bedeutet, dass
jede Pumpenkammer sich während
eines Zeitfensters von 400 ms füllt
oder entleert, und zwar als Ergebnis der Anwendung von Unter- und Überdruck
auf die Druckkammern, die die porösen Bauteile umgeben. Auf die Weise
füllt und entleert
sich jede Kammer während einer
Gesamtzeit von 800 Millisekunden. Die Grafik A zeigt eine typische
Reaktion, wenn die Quetschventile mit denselben Zeitintervallen
betätigt
werden wie die Pumpenkammer. Das erzeugt für eine gegebene Zykluszeit
den maximalen Pulverstrom. Verlängert sich
die Zykluszeit, dann verringert sich also der Pulverstrom, weil
die Pumpenbetätigung
langsamer verläuft.
Die Strömungsrate
erhöht
sich also mit abnehmender Zykluszeit, weil die tatsächliche
Zeit, die zum Füllen
der Pumpenkammern erforderlich ist, viel kürzer ist als die Pumpenzykluszeit.
Es gibt eine direkte Beziehung zwischen der Pumpentätigkeit,
d. h. wie schnell oder langsam sie betrieben wird (die Pumpenzykluszeit
basiert auf der Zeitspanne des Anlegens von Unter- und Überdruck
an die Pumpendruckkammern), und der Pulverstromrate.
-
Diagramm
B ist von Bedeutung, weil es darstellt, dass die Pulverstromrate,
insbesondere die niedrigen Strömungsraten,
dadurch gesteuert und ausgewählt
werden können,
dass die Zykluszeit der Quetschventile gegenüber der Pumpenzykluszeit verändert werden
können.
Beispielsweise tritt weniger Pulver in die Pumpenkammer ein, wenn
die Zeit verkürzt
wird, während
der die Quetschventile offen sind, unabhängig davon, wie lange die Pumpenkammer
sich im Saugmodus befindet. In 12 zeigt
Diagramm A beispielsweise, dass bei einem Pumpenzyklus von 400 Millisekunden
eine Strömungsrate von
etwa 18 kg/h (39 pounds/hour) erreicht wird, wie bei Punkt X. Wenn
die Quetschventile jedoch nach weniger als 400 Millisekunden geschlossen
werden, fällt
die Strömungsrate
auf den Punkt Y oder auf etwa 5 kg/h (11 pounds/h), obwohl die Pumpenzykluszeit bei
400 Millisekunden bleibt. Damit wird ein glatter, gleichmäßiger Pulverstrom
auch bei niedrigen Strömungsraten
sichergestellt. Ein gleichmäßigerer
Pulverstrom wird durch höhere
Pumpenzyklusraten bewirkt, aber, wie oben erwähnt, würde dies auch höhere Pulverströmungsraten
erzeugen. Um also niedrigere Pulverströmungsraten, jedoch mit einem
gleichmäßigen Pulverstrom,
zu erzielen, ermöglicht
die vorliegende Erfindung die Steuerung der Pulverstromrate auch
für schnellere
Pumpenzyklusraten, weil es möglich
ist, die Betätigung
der Saug-Quetschventile individuell zu steuern und, wahlweise, auch
die Abgabe-Quetschventile. Eine Bedienungsperson kann die Strömungsrate
einfach dadurch ändern,
dass sie eine gewünschte
Rate eingibt. Das Steuersystem 39 ist so programmiert,
dass die gewünschte
Strömungsrate
durch eine geeignete Einstellung der Öffnungszeiten der Quetschventile
herbeigeführt
wird. Es wird angenommen, dass die Strömungsratensteuerung ausreichend
genau ist und es sich hier um einen Steuerungsaufbau für die Strömungsrate
ohne Rückführung und
nicht um einen geschlossenen Regelkreis handelt, bei dem ein Sensor
zum Messen der tatsächlichen
Strömungsraten verwendet
wird. Es können
empirische Daten für
gegebene Gesamtsystemkonstruktionen gesammelt werden, um Strömungsraten
bei unterschiedlichen Pumpenzykluszeiten und Quetschventilzykluszeiten
zu messen. Die empirischen Daten werden dann als Vorgaben für Materialströmungsraten
gespeichert, was bedeutet, dass, wenn eine spezielle Strömungsrate
gefordert wird, das Steuersystem weiß, welche Quetschventilzykluszeiten
diese Rate erbringen. Die Steuerung der Strömungsrate ist, besonders bei
niedrigen Strömungsraten,
genauer und erzeugt einen besseren, gleichmäßigeren Strom durch ein Einstellen
der Öffnungs-
oder Saugzeiten der Quetschventile als durch ein Herunterschalten
der Pumpenzykluszeiten, was bei bekannten Systemen durchzuführen wäre. Die Erfindung
stellt also eine einstellbare Pumpe bereit, mit der die Strömungsrate
des Materials von der Pumpe nach Wunsch gesteuert werden kann, ohne die
Pumpenzyklusrate zu verändern.
-
13 ist
eine weitere Darstellung des Pumpensteuerkonzepts der vorliegenden
Erfindung. Das Diagramm A zeigt die Strömungsrate im Vergleich zur Öffnungsdauer
des Quetschventils bei einer Pumpenzyklusrate von 500 Millisekunden
und das Diagramm B zeigt die Daten für eine Pumpenzyklusrate von
800 Millisekunden. Beide Diagramme beziehen sich auf hier beschriebene
Zweikammerpumpen. Es wird als Erstes bemerkt, dass bei beiden Diagrammen
die Strömungsrate
bei zunehmenden Öffnungszeiten
der Quetschventile zunimmt. Diagramm B zeigt jedoch, dass die Strömungsrate
ein Maximum oberhalb einer feststellbaren Öffnungsdauer des Quetschventils
erreicht. Der Grund dafür
ist, dass nur eine bestimmte Menge Pulver in die Pumpenkammern gefüllt werden
kann, unabhängig
davon, wie lange die Quetschventile offen sind. Diagramm A würde ein ähnliches
Niveau zeigen, wenn es für
die gleichen Quetschventildauerzeiten ausgelegt wäre. Beide
Diagramme stellen auch dar, dass eine bestimmbare Mindestöffnungsdauer
der Quetschventile erforderlich ist, um überhaupt einen Pulverstrom
von der Pumpe zu erhalten. Der Grund dafür ist, dass die Quetschventile
lange genug offen sein müssen,
dass Pulver tatsächlich
in die Pumpenkammern eingesaugt und aus ihnen herausgedrückt werden
kann. Es wird darauf hingewiesen, dass im Allgemeinen die höhere Pumpenrate
des Diagramms A eine höhere Strömungsrate
für eine
gegebene Quetschventildauer ergibt.
-
Die
Daten und Werte und Diagramme, die hier angegeben sind, sollen als
Beispiele und nicht als Einschränkungen
dienen, da sie in hohem Maße von
dem tatsächlichen
Pumpenaufbau abhängen. Das
Steuersystem 39 ist leicht so zu programmieren, dass es variable
Strömungsraten
dadurch bietet, dass das Steuersystem 39 die Ventilöffnungszeiten der
Quetschventile steuert und die Saug-/Druckzeiten der Pumpenkammern.
Diese Funktionen werden durch den Prozess der Steuerung 672 für die Materialströmungsrate
ausgeführt.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
kann die Materialströmungsrate
von der Pumpe durch das Einstellen der Zeitspanne gesteuert werden,
während
der eine Saugkraft auf die Pumpendruckkammer ausgeübt wird,
um Pulver in die Pulverpumpenkammer zu saugen. Während der Pumpenzyklus als Ganzes
konstant gehalten werden kann, beispielsweise bei 800 Millisekunden,
kann die Zeitspanne eingestellt werden, während der tatsächlich Saugkraft
während
der 400 Millisekunden Füllzeit
ausgeübt
wird, um zu steuern, welche Menge des Pulvers in die Pulverpumpenkammer
eingesogen wird. Je länger
das Vakuum angelegt bleibt, desto mehr Pulver wird in die Kammer
gesogen. Damit wird eine Steuerung und Einstellung der Materialströmungsrate
ermöglicht,
die getrennt von der Ausübung
der Steuerung der Saug- und Zuführ-Quetschventile wirkt.
-
Die
Anwendung der getrennten Quetschventilsteuerung kann jedoch die
Steuerungsmöglichkeit der
Materialströmungsrate
bei dieser alternativen Ausführungsform
erhöhen.
Beispielsweise kann, wie bemerkt, die Ansaugzeit so eingestellt
werden, dass die während
jedes Zyklus in die Pulverkammer eingesogene Menge des Pulvers gesteuert
wird. Indem ebenfalls die Betätigung
der Quetschventile gesteuert wird, kann auch die Zeitgabe für dieses
Ansaugen gesteuert werden. Das Ansaugen tritt nur auf, wenn an die
Druckkammer Unterdruck angelegt wird, aber auch nur, während das
Saug-Quetschventil offen ist. Zu dem Zeitpunkt, wo die Ansaugzeit
beendet ist, kann also das Saug-Quetschventil geschlossen und der
Unterdruck für
die Druckkammer kann abgeschaltet werden. Das hat mehrere Vorteile.
Ein Vorteil liegt darin, dass durch das Entfernen der Saugkraft von
der Druckkammer der Verbrauch an Prozessdruckluft, die für die den
Unterdruck erzeugende Venturipumpe benötigt wird, sinkt. Ein weiterer
Vorteil ist, dass die Ansaugperiode vollständig von der Abgabe- oder Zuführperiode
isoliert werden kann (bei der Abgabe- oder Zuführperiode handelt es sich um
die Zeitspanne, während
der ein Überdruck
an der Druckkammer angelegt ist), so dass es zwischen Saugen und
Abgabe keine Überlappung
gibt. Das verhindert das Auftreten eines Rückstroms in der Übergangszeit
zwischen dem Ansaugen des Pulvers in die und dem Abgeben des Pulvers
aus der Pulverpumpenkammer. Bei Verwendung der unabhängigen Quetschventilsteuerung
mit der Anwendung der Saugzeitsteuerung kann also die Zeitgabe,
wann das Ansaugen auftritt, so gesteuert werden, dass es beispielsweise
in der Mitte des Saugabschnitts des Pumpenzyklus auftritt, um ein Überlappen
in den Abgabe- oder Zuführzyklus
hinein zu verhindern, bei dem ein Überdruck angelegt wird. Wie
bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel,
wo die Quetschventile zum Steuern der Materialströmungsrate
verwendet werden, kann diese alternative Ausführungsform empirische Daten
oder andere geeignete Analysen verwenden, um die geeignete Dauer der
Ansaugzeiten und wahlweise die Betätigungszeiten für die Quetschventile
zu bestimmen, um die erwünschten
Strömungsraten über die
Steuerung zu erreichen. Während
des Abgabe- oder Zuführabschnitts
des Pumpenzyklus kann der Überdruck
während
der gesamten Zuführzeit
aufrechterhalten werden. Das hat mehrere Vorteile. Wenn ein Überdruck aufrechterhalten
wird, wird der Pulverstrom draußen im
Schlauch, der die Pumpe mit einer Sprühpistole verbindet, ausgeglichen.
Weil die Saug-Quetschventile während
der Zuführzeit
geschlossen gehalten werden können,
kann ein Überlappen
zwischen dem Ende einer Zuführperiode
(d. h. Überdruck)
und dem Beginn der anschließenden
Ansaugperiode stattfinden. Bei der Verwendung von zwei Pumpenkammern sichert
dieses überlappen,
dass immer Überdruck
im Zuführschlauch
zur Pistole herrscht, was den Strom ausgleicht und ein Pulsieren
minimiert. Dieses Überlappen
sichert weiter einen gleichmäßigen Pulverstrom,
wenn die Quetschventile zeitlich so eingestellt sind, dass ein Überdruck
keinen Rückstrom
verursacht, wenn die Ansaug-Quetschventile geöffnet werden. Wieder können alle
Zeitgabemöglichkeiten für die Quetschventile
und die Druckkammern ausgewählt
und leicht in das Steuersystem 39 einprogrammiert werden,
um jede von der Pumpe gewünschte Strömungscharakteristik
und alle gewünschten
Strömungsraten
zu bewirken. Empirische Daten können für eine Optimierung
der Zeitgabesequenzen für
unterschiedliche Vorgaben analysiert werden.
-
Die
Erfindung beschäftigt
sich mit einer Pumpe zum Transport in dichter Phase, die hinsichtlich der
Anwendung von Prozessdruckluft, die zum Betreiben der Pumpe erforderlich
ist, hocheffizient arbeitet. Wie weiter oben bemerkt wurde, kann
der Ansaugdruck als Teil des Steuerprozesses der Pumpenströmungsrate
wahlweise abgeschaltet werden, weil die Zeitgabe für die Quetschventile
getrennt einzustellen ist. Das reduziert den Verbrauch von Prozessluft
für den
Betrieb der Venturipumpe, die den Ansaugunterdruck erzeugt. Die
Anwendung eines Dichtphasentransports ermöglicht kleinere Abmessungen
für die
Pulverstrompfad und einen geringeren Bedarf an Luft zum Transportieren
des Materials von der Pumpe zur Pistole. Weiter sind die Quetschventile
im Betrieb norma lerweise offen, so dass es keines Luftdrucks oder
eines Steuergliedes oder eines Bauteils bedarf, um die Quetschventile
zu öffnen
oder so offen zu halten.
-
Die
Erfindung beschäftigt
sich also mit einer Pumpe, deren Ausgabe eine skalierbare Materialströmungsrate
aufweist, was bedeutet, dass eine Bedienungsperson die Ausgangsströmungsrate
der Pumpe auswählen
kann, ohne dass am System andere Veränderungen vorgenommen werden
müssen als
die Eingabe der gewünschten
Strömungsrate. Diese
Eingabe kann über
jede angenehm zu bedienende Schnittstelleneinrichtung, beispielsweise über eine
Tastatur oder einen anderen geeigneten Mechanismus, vorgenommen
werden, oder die Strömungsraten
können
als Teil der Anweisungen für
das Aufbringen von Material auf ein Objekt in das Steuersystem 39 programmiert
werden. Diese Art der Anweisungen enthalten im Allgemeinen solche
Dinge wie Strömungsraten,
Spannungen, Luftstromsteuerung, Musterformung, Auslösezeiten
usw.
-
Die
Erfindung ist mit Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden.
Modifikationen und Abänderungen
werden Anderen beim Lesen und Verstehen dieser Beschreibung und
der Zeichnungen einfallen. Die Erfindung soll alle solche Modifikationen
und Abänderungen
insoweit einbeziehen, als sie im Bereich der beigefügten Ansprüche oder
ihrer Entsprechungen liegen.