DE202004021629U1

DE202004021629U1 - Pumpe zum Transport in dichter Phase für trockenes Teilchenmaterial

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Publication number: DE202004021629U1
Application number: DE202004021629U
Authority: DE
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2014-11-20
Also published as: EP1689531B1; US20090142200A1; EP2095881A2; US7997878B2; US20110076159A1; CN100503053C; JP2007512947A; US8333570B2; CN101559415B; EP2095881B1; CN101559415A; EP2095881A3; DE202004021621U1; US20050158187A1; DE602004021416D1; WO2005051549A1; US8057197B2; US8678777B2; US20090180898A1; CN1886200A

Abstract

Pumpe (402) für trockenes Teilchenmaterial mit folgenden Merkmalen:
eine Pumpenkammer (434, 436), die teilweise durch ein gasdurchlässiges Bauteil (438, 440) definiert ist;
ein erstes Quetschventil (480) und ein zweites Quetschventil (481), wobei jedes Quetschventil (480, 481) ein Bauteil enthält, das einen Teil eines Strömungspfades für Material durch die Pumpe (402) definiert, und wobei die Quetschventilteile (480, 481) abhängig von einem zugeführten pneumatischen Druck öffnen oder schließen;
bei der während des Pumpbetriebes Material unter Unterdruck in die Kammer (434, 436) und unter Überdruck aus der Kammer (434, 436) strömt; und
bei der die ersten und zweiten Quetschventile (480, 481) betätigbar sind, um den Strom von Material in die Kammer (434, 436) hinein und aus der Kammer heraus zu steuern, und wobei jedes der Quetschventile (480, 481) in einem transparenten Ventilkörper (416) angeordnet ist.

Description

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 Fällen 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 Zuführverteiler 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 Pumpenverteilerkörpers 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.

Claims

Pumpe (402) für trockenes Teilchenmaterial mit folgenden Merkmalen: eine Pumpenkammer (434, 436), die teilweise durch ein gasdurchlässiges Bauteil (438, 440) definiert ist; ein erstes Quetschventil (480) und ein zweites Quetschventil (481), wobei jedes Quetschventil (480, 481) ein Bauteil enthält, das einen Teil eines Strömungspfades für Material durch die Pumpe (402) definiert, und wobei die Quetschventilteile (480, 481) abhängig von einem zugeführten pneumatischen Druck öffnen oder schließen; bei der während des Pumpbetriebes Material unter Unterdruck in die Kammer (434, 436) und unter Überdruck aus der Kammer (434, 436) strömt; und bei der die ersten und zweiten Quetschventile (480, 481) betätigbar sind, um den Strom von Material in die Kammer (434, 436) hinein und aus der Kammer heraus zu steuern, und wobei jedes der Quetschventile (480, 481) in einem transparenten Ventilkörper (416) angeordnet ist.
Pumpe (402) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Quetschventile (480, 481) ein flexibles Bauteil (480, 481) mit einer hindurchführenden Materialpassage aufweist und dass die Passage durch Gasdruck geschlossen wird, der einer äußeren Fläche des flexiblen Bauteils (480, 481) zugeführt wird.
Pumpe (402) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der flexiblen Bauteile (480, 481) in einer Bohrung (446a, 446b, 446c, 446d) angeordnet ist, die mit einer Überdruckquelle (534) verbindbar ist.
Pumpe (402) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Quetschventil (480, 481) getrennt betätigt werden können.
Pumpe (402) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Material durch eine einzige Öffnung (438a, 440a) in die Pumpenkammer (434, 436) hinein- und aus dieser herausströmt.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenkammer (434, 436) mit einer Quelle (536) für Spülgas getrennt verbindbar ist.
Pumpe (402) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenkammer (438c, 440c) durch eine zylindrische Innenfläche des gasdurchlässigen Bauteils (438, 440) definiert und an seinen entgegengesetzten Enden offen ist, dass Material durch eine erste Öffnung (438a, 440a) an einem Ende des gasdurchlässigen Bauteils (438, 440) in die Pumpenkammer hinein- und aus dieser herausströmt und dass eine zweite Öffnung am entgegengesetzten Ende des gasdurchlässigen Bauteils (438, 440) ein Spülgaseinlass ist.
Pumpe (402) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Pumpenkammer (436) sowie dritte und vierte Quetschventile (480, 481) vorgesehen sind, und dass Material durch einen alternierenden Strom durch die ersten und zweiten Pumpenkammern (434, 436) an einen gemeinsamen Auslass (422) geleitet wird.
Pumpe (402) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten, zweiten, dritten und vierten Ventile (480, 481) getrennt betätigt werden können.