DE202006015697U1

DE202006015697U1 - Verbesserter Applikator für Teilchenmaterial und Pumpe

Info

Publication number: DE202006015697U1
Application number: DE200620015697
Authority: DE
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2016-05-19

Abstract

Pulverbeschichtungssystem
mit einer Pulverpumpe und einer Pulversprühpistole,
bei dem die Pumpe mindestens eine Pumpenkammer aufweist, die in Fluidverbindung mit einer Pulverzuführung und einer Pulversprühpistole steht,
wobei die Pumpenkammer selektiv von der Verbindung mit der Pistole und der Zuführung abgedichtet ist,
einer Sprühdüse an der Pistole, wobei die Sprühdüse einen Einlass und einen Auslass aufweist,
wobei der Auslass eine Querschnittsfläche hat, die gleich oder größer als die Querschnittsfläche des Einlasses ist.

Description

Verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung ist die erweiterte Fortsetzungsanmeldung (CIP) der schwebenden U.S. Patentanmeldungen mit den Seriennummern 10/711.434, angemeldet am 17. September 2004 mit dem Titel IMPROVED PARTICULATE MATERIAL APPLICATION SYSTEM; 10/515.400, angemeldet am 9. November 2004, mit dem Titel SPRAY APPLICATOR FOR PARTICULATE MATTER; und der internationalen Anmeldung Nr. PCT/US 04/26887, angemeldet am 18. August 2004 mit dem Titel SPRAY APPLICATOR FOR PARTICULATE MATTER, und beansprucht außerdem aufgrund solcher Fortsetzungen den Zeitrang der vorläufigen U.S. Patentanmeldungen mit den Seriennummern 60/481.250, angemeldet am 18. August 2003 mit dem Titel POWDER APPLICATOR WITH PATTERN ADJUSTMENT; 60/523.012, angemeldet am 18. November 2003 mit dem Titel POWDER SPRAY APPLICATOR; 60/554.655, angemeldet am 19. März 2004 mit dem Titel POWDER COATING MATERIAL SPRAY GUN; und 60/524.459, angemeldet am 24. November 2003 mit dem Titel PINCH PUMP WITH VACUUM TUBE, deren gesamte Offenbarungen durch Referenz in dieser Anmeldung eingeschlossen sind.
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Systeme zum Aufbringen von Material, beispielsweise auf Systeme zum Aufbringen von Pulverbeschichtungen, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Applikator und eine Pumpe, die eine Verkürzung der Reinigungszeit und der für den Farbenwechsel erforderlichen Zeit und eine erleichterte Bedienung ermöglichen.
Hintergrund der Erfindung
Systeme zum Aufbringen von Material werden dazu verwendet, ein oder mehrere Materialien als eine oder mehrere Schichten auf ein Objekt zu bringen. Allgemeine Beispiele sind Pulverbeschichtungssysteme sowie andere Applikationssysteme, die für das Aufbringen von Teilchenmaterialien ausgelegt sind, wie sie beispielsweise in der Lebensmittelindustrie bei der Lebensmittelbearbeitung und in der chemischen Industrie verwendet werden. Dies sind lediglich einige Beispiele für ein breites Gebiet zahlreicher unterschiedlicher Anwendungsmöglichkeiten von Systemen, die Teilchenmaterialien auf ein Objekt aufbringen, für die die vorliegende Erfindung angewendet werden kann.
Das Aufbringen von trockenem Teilchenmaterial bietet auf verschiedenen Ebenen ganz besondere Herausforderungen. Ein Beispiel, jedoch in keiner Weise eine Beschränkung für die Verwendung und Anwendung der vorliegenden Erfindung, ist das Aufbringen von Pulverbeschichtungsmaterial auf Objekte mit einer Sprühpistole. Weil versprühtes Pulver dazu neigt, zu einer Wolke oder zu einem diffusen Sprühmuster zu expandieren, verwenden bekannte System zum Aufbringen von Pulver Sprühkabinen, in denen das Pulver eingefangen wird. Pulverpartikel, die nicht auf dem Zielobjekt haften, werden allgemein als Pulversprühverlust bezeichnet; sie fallen ungeordnet innerhalb der Kabine nach unten und legen sich auf fast jede exponierte Fläche innerhalb der Sprühkabine. Reinigungszeit und die für einen Farbenwechsel erforderlichen Zeiten hängen also in hohem Maße von dem Oberflächenbereich ab, der dem das Zielobjekt verfehlenden Pulversprühnebel ausgesetzt ist.
Zusätzlich zu den äußeren Flächen, die dem das Ziel nicht treffenden Sprühnebel ausgesetzt sind, hängen die für Farbenwechsel erforderlichen Zeiten und die Reinigungszeiten in starkem Maße von der Größe der Innenflächen ab, die dem Pulverstrom während eines Sprühvorgangs ausgesetzt sind. Beispiele solcher Innenflächenbereiche schließen alle Oberflächenbereiche ein, die den Pulverfließpfad bilden, vom Pulvervorrat über den gesamten Weg durch die Pulversprühpistole. Der Pulverfließpfad umfasst üblicherweise eine Pumpe, die eingesetzt wird, um Pulver aus einem Pulvervorrat an eine oder mehrere Sprühpistolen zu transportieren. Meistens werden Schläuche verwendet, um den Vorratsbehälter, die Pumpen und Pistolen miteinander zu verbinden.
Innenflächen des Pulverfließpfades werden üblicherweise gereinigt, indem ein Spülgas wie Druckluft durch Abschnitte des Pulverfließpfades geblasen wird. Bei Teilen, die der Abnutzung durch aufschlagendes Material ausgesetzt sind wie beispielsweise eine Sprühdüse einer typischen Pulversprühpistole, kann sich die Reinigung schwierig gestalten, weil das Pulver auf den der Abnutzung ausgesetzten Flächen durch den Aufprall zum Schmelzen gebracht wird.
Für die meisten Sprühsysteme wird eine Pulver-Rückhaltekabine oder Sprühkabine benutzt, in der die Objekte besprüht werden. Das verlorene Pulver wird von einem Pulversammelsystem gesammelt, das üblicherweise auf der Basis betrieben wird, dass eine große Menge an Luft aus der Sprühkabine herausgesogen wird, was im allgemeinen durch Öffnungen in den Wänden oder dem Boden geschieht. Diese große Luftmenge hält das Pulver, das nicht auf dem Objekt aufgetroffen ist, in sich gefangen und verhindert, dass es außerhalb der Sprühkabine niederfällt. Das in dieser Luftmenge enthaltene Pulver wird durch geeignete Vorrichtungen wie Primärfilter oder Fliehkraftabscheider von der Luft getrennt. Da die Primärfilter oder Fliehkraftabscheider üblicherweise nicht 100 % des in der Luft enthaltenen Pulvers extrahieren, werden Nachfilter verwendet, um Restpulver herauszufiltern, bevor die Luft in die Umgebungsluft entlassen wird.
Zu bekannten Pulverbeschichtungszuführsystemen gehört im allgemeinen ein Behälter wie ein Kasten oder Trichter, in dem ein Vorrat an neuem oder unbenutztem Pulver vorhanden ist. Dieses Pulver wird normalerweise innerhalb des Trichters fluidisiert, das heißt, es wird Luft in das Pulver hineingepumpt, um ein fast fließendes Verhalten des Pulvers herbeizuführen. Ein so fließbar gemachtes Pulver ist üblicherweise eine fette Mischung aus Material zu Luft. Rückgewonnenes Pulver wird oft dem Vorrat über eine Siebanordnung wieder zugefügt. Mit einer Venturipumpe wird Pulver durch eine Saugleitung oder ein Saugrohr aus dem Vorrat in einen Zuführschlauch gesogen und dann mit positivem Druck durch den Schlauch an eine Sprühpistole gedrückt. Solche Systeme sind als Vorbereitung auf einen Farbenwechsel schwierig zu reinigen, weil die Venturipumpen nicht im Rücklauf gespült werden können, den Saugrohren und den zugeordneten Halterungen Pulverreste anhaften und das Auswechseln der Vorratstrichter viel Zeit in Anspruch nimmt. Das Reinigen des Siebes bedeutet ebenfalls eine Herausforderung und nimmt viel Zeit in Anspruch, da es häufig als Teil des Pulverrückgewinnungssystems in einem getrennten Gehäuse untergebracht oder auf andere Weise nicht leicht zugänglich ist. Die meisten dieser Teile müssen mit einem Druckluftrohrreiniger gereinigt werden, den eine Bedienungsperson manuell bedient, um Pulverreste zurück in den Fliehkraftabscheider oder eine andere Pulverrückgewinnungseinheit zu blasen. Jede Minute, die die Bedienungspersonen damit zubringen, das System für einen Farbenwechsel zu reinigen und zu spülen, stellt für das System verlorene Zeit, also einen Verlust an Wirtschaftlichkeit dar.
Es sind zwei Arten von Auftragverfahren für trockene Teilchenmaterialien allgemein bekannt, die hier als Dünnstromphase und Dichtstromphase bezeichnet werden. Systeme für die Anwendung der Dünnstromphase verwenden eine große Menge Luft, um Material durch einen oder mehrere Schläuche von einem Vorrat an einen Sprühapplikator zu drücken. Eine Pumpenkonstruktion, die im allgemeinen in Pulverbeschichtungssystemen eingesetzt wird, ist die Venturipumpe, die ein großes Volumen an Luft höherer Geschwindigkeit in den Pulverstrom einführt. Um ausreichende Pulverfließraten (beispielsweise als kg pro Minute oder pro Stunde angegeben) zu erzielen, müssen die Bauelemente, die den Strömungspfad bilden, groß genug ausgelegt sein, um den Strom mit einem so hohen Verhältnis von Luft zu Material (mit anderen Worten, ein magerer Strom) angemessen aufzunehmen, weil sonst ein bedeutender Rückstau und andere schädliche Wirkungen auftreten können.
Systeme, die mit Dichtstromphasen arbeiten, sind andererseits gekennzeichnet durch ein hohes Verhältnis von Material zu Luft (mit anderen Worten, durch einen satten Strom). Eine Pumpe für ein Dichtstromphasensystem wird in der schwebenden U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/501.693, angemeldet am 16. Juli 2004 mit dem Titel PROCESS AND EQUIPMENT FOR THE CONVEYANCE OF POWDERED MATERIAL, beschrieben und die gesamte Offenbarung ist durch Referenz hier eingeschlossen. Eigentümer ist der Zessionar der vorliegenden Erfindung. Diese Pumpe ist allgemein dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Pumpenkammer enthält, die teilweise durch ein gasdurchlässiges Element definiert ist. Ein Material, beispielsweise ein Pulverbeschichtungsmaterial, wird an einem Ende durch die Schwerkraft und/oder Unterdruck in die Kammer gesogen und an einem entgegengesetzten Ende durch positiven Luftdruck aus der Kammer herausgedrückt. Diese Pumpenkonstruktion ist zum Transportieren von Material sehr wirksam, teilweise wegen der neuartigen Anordnung, dass ein gasdurchlässiges Element einen Teil der Pumpenkammer bildet. Die Pumpe insgesamt kann in manchen Fällen jedoch weniger als optimal zum Durchspülen, Reinigen, Farbenwechsel, Wartung und Steuerung der Materialfließrate sein.
Viele bekannte Systeme zum Aufbringen von Material wenden die elektrostatische Aufladung von Materialteilchen an, um die Transportwirksamkeit zu verbessern. Eine Form der häufig zum elektrostatischen Aufladen von Pulverbeschichtungsmaterial verwendeten Verfahren ist die Korona-Aufladung, bei der das Pulver durch ein ionisiertes elektrisches Feld geschickt wird. Dieses elektrostatische Feld wird mit Hilfe einer Hochspannungsquelle erzeugt, die mit einer aufladenden Elektrode verbunden ist, die in der elektrostatischen Sprühpistole angeordnet ist. Üblicherweise sind diese Elektroden direkt in dem Pulverpfad angeordnet.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung schafft Vorrichtungen für eine verbesserte Reinigungsmöglichkeit und einen verkürzten Zeitaufwand für einen Farbenwechsel in einem System zum Aufbringen von Materialien. Die verbesserte Reinigungsmöglichkeit bezieht sich unter anderem auf die Verringerung des Pulververlustes, der von Oberflächen des Applikators und den Innenflächen der Sprühkabine entfernt werden muss, und hat darum auch eine Relation zur Effizienz des Pulvertransportes. Die Reinigungsmöglichkeit kann sich auch auf eine Reduzierung der Pulvermenge beziehen, die zur Reinigung abgespült oder auf andere Weise von Innenflächen entfernt werden muss, die den Pulverpfad vom Pulvervorrat bis zum Ausgang des Sprühapplikators definieren. Der Ausdruck Reinigungsmöglichkeit kann sich ebenfalls darauf beziehen, wie leicht ein Pulverfließpfad saubergespült oder auf andere Weise gereinigt werden kann. Eine Verbesserung der Reinigungsmöglichkeit führt zu kürzeren Farbwechselzeiten, indem das Risiko einer Verunreinigung reduziert wird und die Zeit verkürzt wird, die zum Entfernen eines ersten Farbpulvers aus dem Pulverpfad erforderlich ist, bevor ein zweites Farbpulver eingeführt werden kann.
Entsprechend einem Aspekt der Erfindung wird die Reinigungsmöglichkeit dadurch verbessert, dass eine verbesserte Transporteffizienz geschaffen wird. Mit dem Ausdruck Transporteffizienz ist der Prozentsatz oder das Verhältnis von ausgesprühtem Pulver, das am Zielobjekt haftet, zum gesamten versprühten Pulver gemeint. In einer Ausführungsform wird die Transporteffizienz durch eine Düsenkonstruktion verbessert, die eine dichte, sich langsam bewegende Pulverwolke erzeugt. In einer Ausführungsform wird eine Düse geschaffen, die eine Expansionskammer enthält, um den Pulverstrom, der die Düse verlässt, zu verlangsamen. In einer weiteren Ausführungsform ist insbesondere die Querschnittfläche der Auslassöffnung größer als die Querschnittfläche des Zuführschlauches, der an der Düse angeschlossen ist. Zur Vernebelung und/oder zum Erzeugen einer durchdringenden Geschwindigkeit kann wahlweise innerhalb der Düse Luft eingesetzt werden. Für elektrostatische Applikatoren ist eine Elektrode angeordnet, die die Pulverwolke auf der Achse auflädt, wobei jedoch die Elektrode und der Elektrodenhalter nicht im Pulverfließpfad angeordnet sind. Zu anderen wahlfreien Merkmalen in weiteren Ausführungsformen gehören ein Waschen der Elektrode mit Luft sowie eine Filteranordnung, um einen Pulverrückfluss in die Luftpassagen zu verhindern, die innerhalb der Düse für die Zufuhr von Luft verwendet werden. Ein zusätzliches wahlfreies Merkmal enthält einen angeformten Deflektor als Teil des Düsenkörpers.
Die Erfindung hat ebenfalls die Aufgabe, eine verbesserte Farbwechselabfolge und einen verbesserten Pumpenbetrieb zu schaffen.
Die Erfindung hat ebenfalls die Absicht, eine alternative Technik zum Zuführen von Unterdruck oder Saugwirkung an eine Dichtstromphasenpumpe zu schaffen. In einer Ausführungsform wird ein Reservoir oder Tank für Unterdruck verwendet, um die Quelle für den Unterdruck von den zeitlichen Anforderungen von Pumpenkammern und damit zusammenhängenden zeitlichen Einteilungen zu trennen.
Weiter werden in Übereinstimmung mit diesem Aspekt der Erfindung die Innenflächen reduziert, indem der Sprühapplikator so aufgebaut ist, dass er mit einer Pulverzufuhr betrieben wird, die von großer Dichte und geringem Volumen ist. In diesem Zusammenhang bedeutet der Ausdruck „große Dichte", dass das dem Sprühapplikator zugeführte Pulver eine im Vergleich zu konventionellen Pulverfließsystemen wesentlich verringerte Menge an Fließluft im Pulver enthält. Der Ausdruck „geringes Volumen" bezieht sich einfach darauf, dass für die Zufuhr von Pulver, aufgrund seiner im Vergleich zu konventionellen Pulversprühpistolen höheren Dichte, eine geringere Menge an Fließluft erforderlich ist. Indem eine wesentliche Menge an Luft aus dem Pulverstrom entfernt wird, können die Durchmesser der zugehörigen Kanäle, wie beispielsweise die eines Pulverzuführschlauches und eines Pulverzuführrohres, bedeutend reduziert werden, was die inneren Oberflächen bedeutend verkleinert. Damit ergibt sich auch eine signifikante Verringerung der Gesamtabmessungen des Sprühapplikators, was die Außenfläche, die dem Pulvernebel ausgesetzt ist, weiterhin verkleinert. Die Erfindung schafft für manuell zu betätigende Sprühapplikatoren einen leicht zu ersetzenden oder zu entfernenden Pulverpfad. Es wird in jedem Fall ein Pulverfließpfad konstruiert, der wahlweise nur aus einem einzigen Teil besteht.
Entsprechend einem weiteren Aspekt ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Pumpen- und Applikatoranordnung zu schaffen, die anstelle einer Düse einen Luftzuführkanal verwendet und im Pulverfließpfad vom Pumpenauslass bis zum Applikatorauslass einen einzigen Innendurchmesser aufweist.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Veränderung des Sprühmusters durch die Einstellung der Materialflussrate erreicht. In einer Ausführungsform wird, wenn das Einstellen des Sprühmusters durch das Verändern der auf den Pulverstrom gerichteten Luft vorgenommen wird, die Materialflussrate entsprechend angepasst. Die Steuerung von Musterformen und Fließraten sind zusätzliche Parameter, die individuell oder gemeinsam in die Rezepte für die Aufbringung von Material auf verschiedene zu bearbeitende Objekte einbezogen werden können.
Diese und andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten auf diesem Gebiet aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Systems zur Pulverbeschichtung, bei dem die vorliegende Erfindung verwendet wird.
2A ist ein Sprühapplikator entsprechend der Erfindung und im Längsschnitt dargestellt.
2B ist eine vergrößerte Ansicht des vorderen eingekreisten Abschnittes der 2A, und
2C ist eine vergrößerte Ansicht des hinteren eingekreisten Abschnittes der 2A.
3A und 3B stellen den Sprühapplikator nach 2A als perspektivische Explosionszeichnung dar.
4 ist ein Luftführkanal in perspektivischer Vorderansicht.
5 ist ein Längsschnitt der Luftführkanals nach 4.
6 ist ein Längsschnitt des Luftführkanals nach 4, der eine darin enthaltene Elektrode darstellt.
7A–C stellen eine Elektrode und eine Halterungsanordnung dar.
8A stellt einen manuellen Sprühapplikator nach der Erfindung in Draufsicht dar.
8B stellt den Applikator nach 8A in Längsschnitt dar.
8C ist eine perspektivische Darstellung eines im Applikator nach 8A und 8B verwendeten Pulverrohres und
9 ist ein logisches Flussdiagramm für einen Muster-Einstellalgorithmus entsprechend der Erfindung.
10A–10C sind zusammengesetzte isometrische Ansichten einer erfindungsgemäßen Pumpe in auseinander gezogener Darstellung.
10D–10G sind Draufsichten und Querschnitte der zusammengebauten Pumpe nach 10A.
11A und 11B sind eine isometrische Ansicht und eine Ansicht der oberen Ebene eines Pumpenverteilers.
12A und 12B stellen einen ersten Y-Block dar.
13A und 13B sind eine perspektivische und eine Querschnitt-Ansicht eines Ventilkörpers.
14A und 14B stellen eine weitere Y-Blockanordnung in perspektivischer Ansicht dar.
15 ist eine perspektivische Darstellung eines Zuführverteilers in auseinandergezogener Darstellung.
16 ist ein Ausführungsbeispiel einer pneumatischen Fließanordnung für die Pumpe nach 10A.
17A und 17B zeigen eine isometrische und eine auseinandergezogene isometrische Darstellung einer Transferpumpe nach der Erfindung.
18 ist ein Ausführungsbeispiel einer pneumatischen Fließanordnung für eine Transferpumpe.
19 ist eine alternative Ausführungsform einer pneumatischen Schaltung für die Transferpumpe.
20 ist eine Darstellung von Material-Fliessratenkurven für eine Pumpe, die entsprechend der Erfindung arbeitet.
21 ist eine graphische Darstellung von Pulverfließraten gegenüber Quetschventilöffnungsdauer für zwei unterschiedliche Pumpenzyklusraten.
22A–22E stellen eine Düse für ein konisches Muster eines Sprühapplikators in isometrischer Ansicht, in Draufsicht, ihr vorderes Ende, den Querschnitt entlang der Linie 22D-22D der 22C bzw. den Querschnitt entlang der Linie 22E-22E der 22C dar.
23 ist ein Längsschnitt einer ersten Ausführungsform einer Düsenanordnung entsprechend einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
24A–24E stellen eine Düse für flache Muster eines Sprühapplikators in isometrischer Darstellung, in Draufsicht, von vorn, im Querschnitt entlang der Linie 24D-24D der 24C bzw. im Querschnitt entlang der Linie 24E-24E der 24C dar.
25 ist ein Längsschnitt einer ersten Ausführungsform einer Düsenanordnung entsprechend einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
26 ist ein Funktionsschema einer alternativen Ausführungsform einer Unterdruckquelle, wie sie von einer Dichtstromphasenpumpe verwendet wird.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung und von Ausführungsbeispielen der Erfindung
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unterschiedliche neue Aspekte für ein System zum Aufbringen von aus Teilchen bestehendem Material zu verwirklichen. Generell ist die Erfindung auf drei wichtige Systemfunktionen gerichtet; auf das Zuführen von Material, den Applikator, der zum Aufbringen von Material auf ein Objekt verwendet wird, und eine Transportvorrichtung oder Pumpe zum Transportieren von Pulver aus einem Vorrat an einen Applikator oder von einem Wiedergewinnungssystem zum Vorratsbehälter. Im Betrieb haben die drei hauptsächlichen Systemfunktionen Schnittstellen zueinander sowie zu anderen Funktionen eines typischen Systems zum Aufbringen von Material, einschließlich einer Auffangfunktion für Sprühpulververlust, die üblicherweise in Form einer Sprühkabine vorhanden ist, und einer Wiedergewinnungsfunktion für verlorenes Sprühpulver, die üblicherweise als Material-Wiedergewinnungs-vorrichtung in Form eines Filters oder Fliehkraftabscheiders vorhanden ist.
Aus einer Systemperspektive ist die Erfindung unter anderem darauf gerichtet, die Reinigungsmöglichkeit des Systems zu verbessern, so dass die für einen Farbenwechsel erforderliche Gesamtzeit bedeutend verkürzt wird. Zusätzlich ist die Erfindung auf verschiedene Aspekte gerichtet, die die Benutzung des Systems oder von Subsystemen erleichtern und weniger Arbeitskraft und Arbeitszeit erfordern. In Ausführungsbeispielen der Erfindung wird das Material im Dichtstromphasenbetrieb verwendet, es müssen jedoch nicht alle Aspekte der Erfindung nur bei Dichtstromphasensystemen angewendet werden.
Der Ausdruck „dichte Phase" bezeichnet einen Teilchenstrom, bei dem die darin vorhandene Luft etwa die gleiche Menge Luft ist, die zur Fluidisation des Materials im Vorratsbehälter, beispielsweise in einem Zuführtrichter, verwendet wird. Hier werden die Ausdrücke „dichte Phase" und „hohe Dichte" zum Beschreiben derselben Idee verwendet, dass nämlich im Materialfluss in einem pneumatischen Materialtransportsystem ein geringes Volumen an Luft vorhanden ist, bei dem nicht alle der Materialteilchen in Suspension gehalten werden. In einem solchen Dichtstromphasensystem wird das Material mit einer bedeutend geringeren Menge an Luft entlang einer Materialstrompassage gedrückt, wobei das Material eher so fließt, wie sich Pfropfen entlang einer Passage drücken oder annähernd analog dem Drücken von Pfropfen als Kolben durch eine Passage. Bei Passagen mit kleineren Querschnitten kann diese Bewegung bei niedrigem Druck bewirkt werden.
Im Gegensatz dazu tendieren konventionelle Fließsysteme zur Verwendung von verdünnten Phasen, das heißt, zu einer Art des Materialflusses in einem pneumatischen Materialtransportsystem, bei dem alle Partikel in Suspension gehalten werden. Konventionelle Fließsysteme führen eine bedeutende Menge an Luft in den Fließstrom ein, um das Material aus einem Vorrat zu pumpen und es unter positivem Druck zur Sprühapplikatorvorrichtung zu drücken. So verwenden zum Beispiel die meisten konventionellen Pulverbeschichtungs-Sprühsysteme Ventu ripumpen, um in den Fließzustand versetztes Pulver aus einem Vorrat in die Pumpe zu bringen. Eine Venturipumpe bringt durch ihre Konstruktion eine bedeutende Menge an Luft in den Pulverstrom. Üblicherweise werden Fließluft und Vernebelungsluft dem Pulver zugesetzt, um es unter positivem Druck durch einen Zuführschlauch an eine Applikatorvorrichtung zu drücken. In einem konventionellen Pulverbeschichtungs-Sprühsystem wird also das Pulver durch einen großvolumigen Luftstrom hoher Geschwindigkeit mitgerissen, was Pulverpassagen mit großen Durchmessern erfordert, um brauchbare Pulverfließraten zu erreichen.
Materialströme dichter Phase werden oft in Verbindung mit dem Transport von Material in einen geschlossenen Behälter unter hohem Druck eingesetzt. Die vorliegende Erfindung, die sich eher auf das Aufbringen von Material richtet als einfach auf den Transport von Material, hat die Aufgabe, Materialströme unter bedeutend geringerem Druck und niedrigeren Fließraten zu ermöglichen, als sie bei Dichtphasentransporten unter hohem Druck in einen geschlossenen Behälter hinein üblich sind.
Im Vergleich zu einem Dünnphasensystem, bei denen Luftvolumen-Fließraten von etwa 85 bis 170 l/Minute (3 bis etwa 6 cfm) auftreten (wie beispielsweise mit einer Venturipumpenanordnung), kann die vorliegende Erfindung mit etwa 23 bis 45 l/Minute (0.8 bis etwa 1.6 cfm) betrieben werden. Bei der vorliegenden Erfindung können also Pulverzuführraten in der Größenordnung von etwa 150 bis etwa 300 Gramm pro Minute verwendet werden.
Dichtphasenstrom kann gegenüber Dünnphasenstrom auch damit erklärt werden, dass es sich um eine satte Materialkonzentration und nicht um eine magere Materialkonzentration im Luftstrom handelt, so dass in einem Dichtphasensystem das Verhältnis von Material zu Luft viel höher ist. Mit anderen Worten gesagt, es wird in einem Dichtphasensystem die gleiche Menge an Material pro Zeiteinheit einen Querschnitt (beispielsweise eines Rohres) geringerer Fläche durchqueren als das bei einem Dünnphasenstrom der Fall ist. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt die Querschnittfläche eines Pulverzuführroh res etwa ein Viertel der Fläche eines Zuführrohres für ein konventionelles System auf Venturi-Basis. Um den Materialfluss pro Zeiteinheit zu vergleichen, das Material ist in dem Luftstrom etwa viermal so dicht enthalten wie im Luftstrom konventioneller Dünnphasensysteme.
Die vorliegende Erfindung zielt auf ein System zum Aufbringen von Material, das einen Sprühapplikator und verschiedene Verbesserungen daran enthält, von denen einige sich spezifisch auf einen mit niedrigem Druck arbeitenden Dichtphasenapplikator beziehen, andere jedoch in vielen Arten von Materialfließsystemen, ob Dichtphasensysteme, Dichtphasensysteme mit niedrigem Druck oder andere, angewendet werden können. Hinsichtlich des Applikators ist die vorliegende Erfindung also nicht spezifisch darauf gerichtet, auf welche Weise ein dichtphasiger Materialfluss erzeugt und dem Applikator zugeführt wird. Generell erfolgt eine Dichtphasenzufuhr durch eine Pumpe, die im Betrieb durch Unterdruck Material in eine Kammer zieht und dieses Material unter positivem Druck mit kleiner Luftmenge, wie oben beschrieben, hinausbefördert. Es ist eine Anzahl von Dichtphasenpumpen und Dichtphasen-Transportsystemen bekannt, die unter anderen die folgenden Offenbarungen einschließt: EP Anmeldung Nr. 03/014.661.7; PCT Veröffentlichung 03/024.613 A1; und PCT Veröffentlichung 03/024.612 A1, deren Offenbarungen hier durch Referenz vollständig eingeschlossen sind.
Die Erfindung hat ebenfalls die Aufgabe, einige neue Aspekte für eine Dichtphasenpumpe für Material zu schaffen, das aus Partikeln besteht. Die Pumpe kann in Kombination mit jeder Zahl oder Art von Sprühapplikationsvorrichtungen oder Sprühpistolen und Materialzuführarten verwendet werden. Außerdem hat die Erfindung die Aufgabe, Verbesserungen für den Vorgang des Farbenwechsels zu schaffen.
In 1 wird die vorliegende Erfindung in einem Ausführungsbeispiel bei der Verwendung in einem System zum Aufbringen eines Materials dargestellt, beispielsweise in einem typischen Pulverbeschichtungs-Sprühsystem 10. Eine solche Anordnung enthält im allgemeinen eine Pulversprühkabine 12, in der ein Objekt oder ein Teil P mit einem Pulverbeschichtungsmaterial zu besprühen ist. Das Aufbringen von Pulver auf das Teil P wird hier allgemein als ein Pulversprühvorgang, ein Beschichtungs- oder Aufbringvorgang bezeichnet; es können jedoch jede Zahl von Steuerfunktionen, Schritten und Parametern vorhanden sein, die vor, während und nach dem tatsächlichen Pulverauftrag auf dem Teil gesteuert und ausgeführt werden.
Das Teil P hängt, wie bekannt, unter Benutzung von Aufhängevorrichtungen 16 von einem Gehängeförderer 14 oder von einer anderen geeigneten Anordnung. Die Kabine 12 enthält eine oder mehrere Öffnungen 18, durch die ein oder mehrere Sprühapplikatoren 20 eingesetzt werden können, um Beschichtungsmaterial auf das Teil P aufzubringen, während es durch die Kabine 12 wandert. Bei den Applikatoren 20 kann es sich, abhängig von der Anlage des Gesamtsystems 10, um jede Anzahl von Applikatoren handeln. Bei jedem der Applikatoren kann es sich um eine manuell zu betätigende Vorrichtung handeln wie bei der Vorrichtung 20a oder um eine vom System gesteuerte Vorrichtung, die hier als ein automatischer Applikator 20b bezeichnet wird, wobei der Ausdruck „automatisch" einfach die Tatsache bezeichnet, dass ein automatischer Applikator auf einer Halterung befestigt ist und durch ein Steuersystem ausgelöst und abgeschaltet wird, statt von Hand gehalten und betätigt zu werden.
Es ist üblich, dass in der Pulverbeschichtungsindustrie die Pulverapplikatoren als Pulversprühpistolen bezeichnet werden, und hinsichtlich der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele wird sowohl der Ausdruck Applikator als auch Pistole für dieselbe Vorrichtung verwendet. Es ist jedoch beabsichtigt, dass die Erfindung auch auf Systeme zum Aufbringen von Material anwendbar ist, die keine Pulversprühpistolen sind, und darum wird der allgemeinere Ausdruck Applikator verwendet, um deutlich zu machen, dass die Erfindung zusätzlich zu Pulverbeschichtungssystemen für viele Systeme zum Aufbringen von Material verwendet werden kann. Einige Aspekte der Erfindung sind sowohl auf elektrostatische Sprühpistolen als auch auf nicht-elektrostatische Sprühpistolen anzuwenden. Außerdem ist die Erfindung nicht durch die mit dem Ausdruck „Sprühen" verbundene Funktionalität eingeschränkt. Obgleich die Erfindung besonders für die Anwendung auf Pulversprühvorgänge geeignet ist, können das Pumpenkonzept und die hier beschriebenen anderen Techniken als dem Sprühen eingesetzt werden, die zum Aufbringen von Material verwendet werden, ob diese Techniken nun als Verteilen durch einen Spender, Entladen, Aufbringen oder anders bezeichnet werden, wenn sie zur Beschreibung einer besonderen Art von Materialapplikationsvorrichtung verwendet werden.
Die Sprühpistolen 20 werden von einem Versorgungszentrum oder Vorratsbehälter 22 über einen zugeordneten Pulverzuführ- oder Versorgungsschlauch 24 mit Pulver versorgt. Die Ausdrücke „Versorgungszentrum" und „Vorratsbehälter" werden hier austauschbar verwendet und beziehen sich auf jede Art von Quelle für aus Teilchen bestehendes Material entsprechend der vorliegenden Erfindung. In dem Maße, wie der Vorratsbehälter 22 einem Zuführtrichter in dem Sinne gleicht, dass er ein Behälter für Pulver ist, kann der Vorratsbehälter 22 als ein Trichter gedacht und bezeichnet werden.
Die automatischen Pistolen 20b sind üblicherweise auf einer Halterung 26 befestigt. Bei der Halterung 26 kann es sich um einen einfachen stationären Aufbau handeln oder um einen beweglichen Aufbau wie um einen Schwingungserzeuger, der die Pistolen während eines Sprühvorgangs nach oben und nach unten bewegen kann, oder um eine Pistolen-Bewegungseinrichtung, die die Pistolen in die Sprühkabine hinein und heraus bewegen kann, oder um eine Kombination davon.
Die Sprühkabine 12 ist so konstruiert, dass der Pulververlust innerhalb der Kabine zurückgehalten wird, gewöhnlich durch einen starken Strom von Luft in die Kabine, der die Pulverpartikel in sich hält. Dieser Zustrom von Luft in die Kabine wird üblicherweise durch ein Pulververlust-Sammelsystem 28 ausgelöst. Das Sammelsystem 28 zieht Luft mit dem darin enthaltenen Pulver, das nicht auf dem Objekt haftet, beispielsweise durch einen Kanal 30 ab. In einigen Systemen wird das verlorene Pulver dem Versorgungszentrum 22 wieder zugeführt, wie dies durch die Rückleitung 32 dargestellt ist. In anderen System wird das verlorene Pulver entweder in den Abfall gegeben oder auf andere Weise in einem getrennten Behälter gesammelt.
In dem hier besprochenen Ausführungsbeispiel wird das Pulver aus dem Sammelsystem 28 über eine erste Transferpumpe 400 zurück zum Versorgungszentrum 22 transportiert. Eine entsprechende Pistolenpumpe 402 wird verwendet, um Pulver aus dem Versorgungszentrum 22 an einen oder mehrere zugeordnete Sprühapplikatoren oder Pistolen 20 zu führen. Beispielsweise wird eine erste Pumpe 402a dazu verwendet, der manuell zu betätigenden Pistole 20a einen Dichtphasen-Pulverstrom anzuliefern, und eine zweite Pumpe 402b wird eingesetzt, um einen Dichtphasen-Pulverstrom an die automatische Pistole 20b zu bringen. Der Aufbau der Pistolenpumpen und Transferpumpen kann jedes einfach zu erzielende oder geeignete Design sein. Es können Dichtphasenpumpen, wie sie beispielsweise in der oben angegebenen Patentanmeldung oder wie sie später hier beschrieben werden, oder es können Dünnphasenpumpen verwendet werden.
Jede Pistolenpumpe 402 wird mit unter Druck stehendem Gas, wie normaler Luft, betrieben, das der Pistole durch einen pneumatischen Versorgungsverteiler 404 zugeführt wird. Obgleich in der schematischen Darstellung der 1 jede Verteiler- und Pumpenanordnung als direkt verbunden dargestellt ist, ist es eine Aufgabe, dass in der Praxis die Verteiler 404 in einem Schrank oder einem anderen Gehäuse angeordnet und direkt mit den Pumpen 402 durch eine Öffnung in einer Wand des Schrankes verbunden sind. Auf diese Weise werden die Verteiler 404, die auch elektrisch betriebene Elemente wie Magnetventile enthalten können, von der Umgebung des Sprühvorgangs getrennt.
Der Verteiler 404 liefert der ihm zugeordneten Pumpe 402 Druckluft für später erläuterte Zwecke. Außerdem enthält jeder Verteiler 404 einen Vorrat 405 an Muster-Druckluft, die den Sprühpistolen über Luftschläuche oder Luftleitungen 406 zugeführt wird. Leitungsluft 408 wird dem Verteiler 404 aus jeder bequem zu handhabenden Quelle innerhalb des Herstellungsortes des Endbenutzers des Systems 10 zugeführt.
In dieser Ausführungsform wird eine zweite Transferpumpe 410 für den Transport des Pulvers aus einem Vorratsbehälter 412 mit unbenutztem Pulver zum Versorgungszentrum 22 verwendet. Fachleuten auf diesem Gebiet ist verständlich, dass die Anzahl der erforderlichen Transferpumpen 410 und der Pistolenpumpen 402 durch die Anforderungen an das Gesamtsystem 10 sowie die vom System 10 auszuführenden Sprühabläufe bestimmt wird.
Außer den Pistolen 20 und den Pumpen 400, 402, 410 ist die für das System 10 zum Aufbringen von Material ausgewählte Konstruktion und Betriebsweise einschließlich Versorgungszentrum 22, Sprühkabine 12, Pistolenbewegungsvorrichtung 26, Teiletransportvorrichtung 14 und Sammelsystem 28 kein Teil der vorliegenden Erfindung und kann auf der Basis von Anforderungen, die eine spezielle Beschichtungsart erfordert, ausgewählt werden. Bei einem Steuersystem 34 kann es sich ebenfalls um eine konventionelle Steuersystemarchitektur handeln wie beispielsweise um ein System, das auf einem programmierbaren Prozessor basiert, oder um andere geeignete Steuerschaltungen. Das Steuersystem 39 führt viele verschiedene Steuerfunktionen und Algorithmen aus, üblicherweise auf der Basis programmierbarer Logik- und Programmroutinen, die in 1 allgemein die Steuerung 36 des Versorgungszentrums (zum Beispiel Zuführsteuerung und Pumpenbetriebssteuerung), die Pistolenbetriebssteuerung 38, die Pistolenpositioniersteuerung 40 (wie beispielsweise die Steuerung von Funktionen der Pistolenbewegungsvorrichtung 26, wenn diese verwendet wird), die Systemsteuerung 42 für das Sammeln des Pulvers (beispielsweise Steuerfunktionen für Fliehkraftseparatoren, Gebläsen hinter Filtern usw.), Steuerung 44 von Teiletransportmitteln und Steuerung 46 von Materialaufbringungsparametern (wie beispielsweise Pulverfließraten, aufzubringende Filmdicke, elektrostatische oder nicht-elektrostatische Applikation usw.) umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Eine konventionelle Steuersystemtheorie, Steuerkonstruktion und Steuerungsprogrammierung kann verwendet werden.
Während verschiedene Aspekte der Erfindung hier als in den Ausführungsbeispielen als Kombination enthalten beschrieben und dargestellt werden, können diese verschiedenen Aspekte in vielen anderen Ausführungsformen verwirklicht werden, entweder einzeln oder in unterschiedlichen Kombinationen und Sub-Kombinationen. Wenn es nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, sollen alle solche Kombinationen und Sub-Kombinationen als innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung gelten. Außerdem sollen hierin vorhandene Beschreibungen unterschiedlicher anderer Ausführungsformen der verschiedenen Aspekte und Merkmale der Erfindung wie alternative Materialien, Strukturen, Konfigurationen, Vorrichtungen, Software, Hardware, Steuerlogik usw. nicht als eine vollständige oder ausschließende Liste möglicher alternativer Ausführungsformen gelten, ob sie nun zur Zeit bekannt sind oder später entwickelt werden. Fachleute auf diesem Gebiet können ohne weiteres einen oder mehrere der Aspekte, Konzepte oder Merkmale der Erfindung in zusätzliche Ausführungsformen innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung übertragen, auch wenn solche Ausführungsformen hier nicht ausdrücklich offenbart sind. Selbst wenn einige Merkmale, Konzepte oder Aspekte der Erfindung hier als bevorzugte Anordnung beschrieben werden, dann hat eine solche Beschreibung nicht den Zweck, vorzuschlagen, dass ein solches Merkmal erforderlich oder notwendig ist, wenn dies nicht ausdrücklich gesagt wird. Beispielgebende oder repräsentative Werte und Bereiche mögen zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung eingefügt sein, solche Werte und Bereiche sind jedoch nicht in einschränkendem Sinne auszulegen, und es handelt sich dabei nur dann um kritische Werte oder Bereiche, wenn dies ausdrücklich gesagt wird.
Sogar aus der allgemeinen schematischen Darstellung der 1 kann entnommen werden, dass die Reinigung solcher komplexen Systeme und ein Wechsel der Farben schwierig und zeitraubend ist. Typisches Pulverbeschichtungsmaterial ist sehr fein und wird allgemein als feine Wolke oder als Sprühmuster direkt auf das zu besprühende Objekt gerichtet. Selbst bei Nutzung der elektrostatischen Technik ist eine bedeutende Menge an Pulververlust nicht zu vermeiden. Gegenseitige Verunreinigung während eines Farbenwechsels ist in vielen Industrien eine bedeutende Herausforderung, darum ist es wichtig, dass das System zum Aufbringen des Materials zwischen den Farbenwechselvorgängen gründlich gereinigt werden kann. Für einen Farbenwechsel muss das System zum Aufbringen des Materials jedoch abgeschaltet werden, somit ist ein Farbenwechsel ein Kostentreiber. Zusätzliche Merkmale und Aspekte der Erfindung sind abgesehen von der Aufgabe der leichten Reinigungsmöglichkeit und des schnellen Farbenwechsels von Vorteil.
Im Zusammenhang mit den 2A und 2B wird ein Ausführungsbeispiel eines automatischen Sprühapplikators 20b entsprechend der Erfindung dargestellt. Die gleiche Ausführungsform ist in den 3A und 3B in perspektivischer Explosionsansicht dargestellt.
Der Sprühapplikator 20b enthält ein Hauptgehäuse 100, das die meisten der Applikatorbauteile einschließt. Das Gehäuse weist ein Pulvereinlassende 102 und ein Auslassende 104 auf. Ein Pulverrohr 106 erstreckt sich im wesentlichen durch das Gehäuse 100. Das Pulverrohr 106 bildet einen geraden und ununterbrochenen Pulverpfad von einem Einlassende 106a des Pulverpfades bis zu einem Auslassende 106b des Pulverpfades. Das Pulverrohr besteht vorzugsweise aus einem einzigen Stück Rohr, um Verbindungsstellen, die Pulver einfangen können, zu minimieren. Dadurch ist der Applikator 20b innen leicht zu reinigen und durchzuspülen. Die einzige Verbindung im Pulverpfad innerhalb des Pistolengehäuses 100 ist dort vorhanden, wo ein Pulverschlauch (nicht gezeigt) mit dem Einlassende 102 der Pistole verbunden ist, wie nachfolgend beschrieben wird.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung ist die Konstruktion der Pistole 20 besonders vorteilhaft für die Reinigung und einen Farbenwechsel, weil sie mit einem gerade durchgehenden Pulverrohr 106 voll betriebsfähig ist, das sich vom Einlass bis ganz durch zum Auslass erstreckt. Als Folge der Verwendung eines Dichtphasen-Pulverstroms von der Pumpe 402 weist das Rohr einen reduzierten Durchmesser auf und damit weniger Innenfläche, die zu reinigen ist. Außerdem kann der Pulverschlauch, der zwischen dem Pistolenpulvereinlass und dem Pumpenauslass angeschlossen ist, denselben Durchmesser haben wie das Pulverrohr. Auf die Weise ergibt sich eine durchgehende, gleichförmige Geometrie in Form eines Pulverfließpfades von der Pumpe bis zum Pistolenauslass mit einem durchgehend gleichen Durchmesser. Mit diesem Merkmal werden potentielle Pulverfangbereiche umgangen und der Strömungswiderstand wird minimiert. Außerdem ist der Pulverfließpfad für einen Farbenwechsel viel leichter und effektiver durchzuspülen. Entsprechend weiteren Aspekten der Erfindung, die nachfolgend noch erläutert werden, können die Pumpen 402 in zwei Richtungen durchgespült werden, auch in Vorwärtsrichtung durch den Pulverschlauch und das Pulverrohr. Dieser Reinigungs-Spülvorgang wirkt abgestimmt mit der gleichförmigen Geometrie des Pulverfließpfades zwischen Pumpe und Pistole so zusammen, dass der Reinigungsvorgang erleichtert wird.
Das Gehäuse 100 dieser Ausführungsform besteht aus drei Abschnitten und schließt einen vorderen Abschnitt 100a, einen länglichen mittleren Abschnitt 100b und einen rückwärtigen Abschnitt 100c ein. Der Vorderabschnitt 100a enthält einen Vorsprung 108 an seinem hinteren Ende, der in das vordere Ende des mittleren Abschnitts 100b hineinpasst, vorzugsweise mit engem Reibungssitz. Der rückwärtige Abschnitt 100c enthält einen Vorsprung 110 an seinem vorderen Ende, der in das rückwärtige Ende des mittleren Abschnitts 100b hineinpasst, vorzugsweise mit engem Reibungssitz. Das Pulverrohr 106 enthält einen vorderen Gewindeabschnitt 112, der einschraubbar mit einem Innengewindeabschnitt des vorderen Abschnitts 100a zusammenpasst. Das Pulverrohr 106 enthält ebenfalls einen hinteren Gewindeabschnitt 114 (2C), der einschraubbar mit einer Sicherungsmutter 116 zusammenpasst. Die Sicherungsmutter 116 erstreckt sich teilweise in eine Ausbohrung 118 eines Kühlkörpers 120. Die Sicherungsmutter 116 grenzt während des Zusammenbaus der Pistole an die Ausbohrung an. Ist das Pulverrohr 106 einmal mit dem vorderen Abschnitt 100a des Gehäuses 100 verschraubt und angezogen, wird die Sicherungsmutter 116 angezogen, was bewirkt, dass das Pulverrohr 106 unter Spannung zurückgezogen wird. Mit diesem Vorgang werden die drei Gehäuseabschnitte 100a, b und c axial so zusammengedrückt, dass das Pulverrohr 106 wie eine Verbindungsstange wirkt, die die Gehäuseabschnitte fest zusammenhält. Die Sicherungsmutter 116 enthält eine Dichtung 122 wie beispielsweise einen O-Ring, die einen Reibungssitz zwischen der Sicherungsmutter 116 und dem Kühlelement 120 schafft.
Ein Verschlussknopf 124 für das Pulverrohr ist mit der Sicherungsmutter 116 verschraubt. Ein vorderes Ende eines Pulverzuführschlauches 125 ist durch eine Bohrung 126 im Verschlussknopf geführt und stößt gegen eine Innenschulter 128, die im Pulverrohr 106 ausgebildet ist. Ein Sicherungsring 130 ist zwischen einem vorderen Ende des Verschlussknopfes 124 und dem hinteren Rand des Pulverrohres 106 angeordnet. Der Sicherungsring ermöglicht ein leichtes Einführen eines Pulverzuführrohres 125 in das Einlassende der Pistole 20b. Der Sicherungsring 130 greift jedoch um die Außenwand der Zuführrohres und verhindert ein Zurückbewegen des Zuführrohres. Der Sicherungsring 130 greift fest am Zuführrohr 125 an, wenn der Verschlussknopf 124 gegen die Sicherungsmutter 116 fest angezogen wird. Das Pulverrohr 125 kann zur Wartung und wahlweise für einen Farbenwechsel leicht entfernt werden, indem einfach der Verschlussknopf 124 gelöst wird. Eine Dichtung 132 ist vorgesehen, um den Verlust von Pulver zu verhindern. Die Dichtung 132 schafft außerdem einen Reibungssitz, so dass, wenn das Pulverrohr 125 aus der Pistole herausgenommen wird, der Verschlussknopf 124 nicht durch die Länge des Pulverrohres gleitet.
Aus den 2A und 2C geht also hervor, dass der Pulverpfad durch den Sprühapplikator 20b durch das Pulverrohr 106 definiert ist. Die einzige Verbindungsstelle ist der Ort 134, wo der Pulverzuführschlauch 125 an der Schulter 128 des Pulverrohres 106 angrenzt. Ausgenommen diese eine Verbindungsstelle kann das Pulver durch einen ununterbrochenen Pfad durch die Sprühpistole bis an das Auslassende 104 fließen. Die Pistole ist auf die Weise für einen Farbenwechsel leicht sauber zu spülen und bietet keine bedeutenderen Bereiche im Pulverpfad, die das Pulver einfangen könnten. Zur Verwendung mit einem dichtphasigen Teilchenmaterial ist der Durchmesser des Pulverrohres im Vergleich zu einem Pulverrohr einer konventionellen Pulversprühpistole wesentlich kleiner. So kann der Innendurchmesser des Pulverrohres beispielsweise in einer Ausführungsform der Erfindung etwa sechs Millimeter messen, wohingegen es für ein konventionelles System mit verdünnter Phase im Bereich von 11 bis 12 Millimeter liegen kann.
Das Pulverrohr 106 erstreckt sich durch das Gehäuse 100, und das vordere Ende 106b wird von einer zentralen Bohrung 136 in einem Luftzuführkanal 138 aufgenommen, der im vorderen Abschnitt 100a durch eine Haltemutter 140 mit Gewinde gehaltert wird. Da sich das Pulverrohr 106 über die ganze Strecke durch die Pistole erstreckt, ist keine Düsenvorrichtung vorhanden, wie sie bei typischen Pulversprühpistolen nach dem Stand der Technik üblich ist. Stattdessen verlässt das Pulver die Pistole aus dem vorderen Ende 106b des Pulverrohres. Das Pulverrohrende 106b kann, muss aber nicht, im allgemeinen in einer Ebene mit dem vorderen Ende der zentralen Bohrung 136 des Luftzuführkanals 138 ausgerichtet sein.
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Sprühapplikator 20b üblicherweise eine ziemlich lange Vorrichtung ist, deren verhältnismäßig größte Länge durch den mittleren Abschnitt 100b definiert ist. Die Gesamtlänge der Pistole kann mehrere Dezimeter betragen, zum Beispiel 1,50 m (5 ft).
Der Luftzuführkanal 138 ist in den 4 und 5 am besten dargestellt. Entsprechend einem Aspekt der Erfindung ist der Luftzuführkanal 138 vorgesehen, um dem Pulverstrom Luft, hauptsächlich als Vernebelungs- oder Diffusionsluft, hinzuzufügen, wenn er das Pulverrohrende 106b verlässt. Die Erfindung hat die Aufgabe, dem Pulverstrom bei Systemen für dichtphasiges Teilchenmaterial Luft hinzuzufügen. Wird keine Luft zugesetzt, dann fließt das Pulver des Pulverstroms in einem Dichtphasensystem fast so wie Wasser in einem Rohr.
Der Luftzuführkanal 138 enthält eine zentrale Passage 136, die das vordere Ende des Pulverrohres 106 aufnimmt. Die Passage 136 ist so bemessen, dass sie das Ende des Pulverrohres lose aufnimmt. Das erleichtert die Zentrierung des Pulverstroms für die genaue Anlieferung des Pulverstroms an die Luftdüsen 150. Es ermöglicht ebenfalls, dass Luft um das Äußere des Rohrende herumstreicht, um zu verhindern, dass Pulver in das Pistolengehäuse zurückwandert. Die zentrale Passage 136 ist durch einen inneren Rohrabschnitt 142 mit Außengewinde definiert. Das Außengewinde 144 nehmen einen leitenden Diffusionsring auf, wie es später noch beschrieben wird. Eine Außenwand 146 des Luftzuführkanals ist ebenfalls mit Außengewinde versehen, wie bei 148, und passt mit der Haltemutter 140 mit Gewinde zusammen. Die Haltemutter 140 ist auf die Weise durch eine Schraubverbindung mit dem Luftzuführkanal 138 und einem mit Gewinde versehenen Ende des vorderen Gehäuseabschnitts 100a (2B) verbunden, um den Luftzuführkanal sicher am Gehäuse zu haltern.
Wie am besten aus 5 hervorgeht, enthält der Luftzuführkanal zwei Luftdüsenzinken 148a und 148b. Jeder Zinken 148 enthält eine oder mehrere Luftdüsen 150. Die Luftdüsen 150 öffnen sich in einen Vernebelungs- oder Diffusionsbereich 152, der sich kurz vor dem Pulverrohrende 106b befindet. Die Anzahl von Luftdüsen und der Winkel, in dem sie Luft auf den Pulverstrom richten, ist abhängig von der gewählten Konstruktion, um die Vernebelung des Pulvers und die gewünschten Sprühmusterformen nach Wunsch zu optimieren. Üblicherweise nimmt die Vernebelung des Stromes und die Größe des Sprühmusters zu, je mehr Luft auf den Pulverstrom gerichtet wird.
Die Luftdüsen 150 öffnen sich in eine ringförmige Luftpassage 154. Die ringförmige Luftpassage 154 steht außerdem mit einem ringförmigen Hohlraum 156 in Verbindung. Der ringförmige Hohlraum 156 nimmt einen Luftdiffusionsring 158 mit Innengewinde auf (6). Der Ring 158 wird in den Luftzuführkanal 138 mit dem Innengewinde 144 eingeschraubt. Wie am besten aus der 3A hervorgeht, enthält der Ring 158 eine Mehrzahl von Luftöffnungen 161, die einen gleichmäßigen Luftstrom innerhalb des Luftzuführkanals 138 schaffen. Außerdem besteht der Ring 158 aus einem elektrisch leitenden Material. Beispielsweise kann der Ring 158 aus karbongefülltem Teflon^TM bestehen. Der Ring 158 ist als leitendes Element vorgesehen, weil er zusätzlich zum Erzeugen eines diffusen Luftstroms durch den Luftzuführkanal 138 auch eine elektrische Verbindung einer Elektrodenanordnung 160 zu einem Hochspannungs-Vervielfacher 162 schafft.
Wie aus den 7A bis C und 6 hervorgeht, ist nach einem weiteren Aspekt der Erfindung eine externe Elektrode stromabwärts in kurzer Entfernung vom Austrittsort des Pulvers aus dem Ende 106b des Pulverzuführrohres ange ordnet. Dadurch, dass die Elektrode außen am Pistolengehäuse 100 vorgesehen ist, beeinträchtigt sie weder den Pulverstrom noch die Reinigungsmöglichkeit des Pulverrohres. Dieses Merkmal ist besonders nützlich für dichtphasige Materialflüsse.
In einer Ausführungsform ist eine Elektrodenanordnung 160 vorgesehen, die einen Elektrodenleiter 164 und einen Elektrodenhalter 166 enthält. Vorzugsweise, jedoch nicht notwendiger Weise, ist der Halter 166 über dem Leiter 164 geformt. Ein kurzer Abschnitt 164a des Leiters erstreckt sich aus dem Halter 166 heraus und ein längerer Abschnitt 164b erstreckt sich vom entgegengesetzten Ende des Halters 166. Der Halter 166 ist mit einem Ausrichtschlüssel 168 in Form eines U-förmigen Vorsprungs versehen, der von einer entsprechend geformten Vertiefung 170 im Luftzuführkanal 138 aufgenommen wird (s. 4 und 6). Auf diese Weise kann der Elektrodenhalter 166 nur mit einer Ausrichtung installiert werden, so dass die Elektrodenspitze 164a stromabwärts vom Ende 106b des Pulverrohres optimal positioniert ist. Der Halter weist einen längeren Abschnitt 166b auf, der in eine Bohrung 172 des Luftzuführkanals 138 eingeführt ist. Ein vorderer Abschnitt 166a des Halters 166 positioniert die Elektrodenspitze und ist etwa im rechten Winkel zum längeren Abschnitt 166b ausgebildet.
Wie am besten aus den 4 und 6 hervorgeht, ist der innere Abschnitt 164b der Elektrode nach unten gebogen und zwischen dem leitenden Ring 158 und einer Schulter 174 des Luftzuführkanals fest angeordnet. Auf diese Weise ist eine solide elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter 164 und dem leitenden Ring 158 hergestellt.
In den 2A und 2B ist gezeigt, dass ein Kontaktstift 180 im vorderen Abschnitt 100a angeordnet ist, um einen guten Kontakt mit einer Rückseite des leitenden Rings 158 herzustellen. Der Kontaktstift 180 ist ebenfalls im Kontakt mit einem Widerstandskabel 182, dass sich durch einen vorderen Abschnitt des mittleren Gehäuseabschnitts 100b zurück erstreckt. Das Widerstandskabel 182 kann jede konventionelle Widerstandsanordnung sein, die Widerstand erzeugende Kohlefasern verwendet und gegenüber der elektrostatischen Pistole einen strombegrenzenden Schutz bietet. Dieser Schutz wird verbessert, wenn der Widerstand näher an der Elektrode angeordnet ist. Das Widerstandskabel 182 kann im Gehäuse mit einem Führungsglied gehaltert sein und wird an einem rückwärtigen Ende des Gehäuses durch eine vorgespannte Feder 186 gehalten. Die Feder 186 hält zwischen dem Stift 180 und dem elektrischen Kabel 188 einen guten elektrischen Kontakt aufrecht. Das hintere Ende der Feder 186 hat elektrischen Kontakt mit einem Kontakt eines elektrischen Kabels 188. Das elektrische Kabel kann beispielsweise den U.S. Patenten Nr. 4.576.827 und 4.739.935 entsprechen, die dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung erteilt wurden und deren Offenbarungen hier durch Referenz vollständig eingeschlossen sind.
Das elektrische Kabel 188 erstreckt sich zurück durch den ausgedehnten mittleren Abschnitt 100b des Gehäuses. An seinem hinteren Ende hat das elektrische Kabel 188 elektrischen Kontakt mit einem Ausgangskontakt 190 des Vervielfachers 162. Zur Sicherung des elektrischen Kabels 188 am Vervielfacherausgang 190 kann eine Mutter 192 verwendet werden.
So ist entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung der Hochspannungs-Vervielfacher 162 in einem hinteren Abschnitt des Pistolengehäuses angeordnet, vorzugsweise in der Nähe der Pistolenbefestigung. Auf diese Weise wird das Hauptgewicht der Pistole am hinteren Ende getragen und damit werden Vibrationen und Bewegungen des vorderen Pistolenabschnitts bedeutend reduziert. Wäre der Vervielfacher näher am vorderen Ende der Pistole angeordnet, wie dies bei konventionellen Pulversprühpistolen der Fall ist, dann könnte die freitragende Aufhängung große Biegemomente verursachen. Die Erfindung schlägt also eine Anordnung eines Vervielfachers in Längsrichtung mit einem elektrischen Kabel, einem Widerstand und der Elektrode vor, wobei der Vervielfacher im hinteren Abschnitt der Pistole und der Widerstand in der Nähe des vorderen Ende der Pistole vorgesehen ist.
Der Vervielfacher 162 ist mit einem Bolzen 196 an einem Klammerglied 194 befestigt. Die Klammer ist thermisch leitend, beispielsweise aus Aluminium her gestellt, und ist mit dem Kühlelement 120 durch ein Paar Schrauben 198 verbunden. Auf diese Weise kann der Vervielfacher durch das Kühlelement 120 gekühlt werden. Ein konventioneller elektrischer Eingangsverbinder 121 wird verwendet, um die Eingangstreiberspannung, üblicherweise eine niedrige Gleichspannung, auf bekannte Weise dem Eingang des Vervielfachers zuzuführen.
Ein Luftrohr 200 wird in einen im vorderen Gehäuseabschnitt 100a ausgebildeten Nippel 202 gedrückt. Der Nippel 202 bildet eine Luftpassage zu einer Haupt-Luftpassage 204, die sich zu einem ringförmigen Hohlraum 156 unmittelbar hinter dem leitenden Ring 158 hin öffnet. Die durch das Luftrohr 200 fließende Luft strömt so durch die Öffnungen 161 im Ring 158 und dann durch die Luftdüsen 150 im Luftzuführkanal 138 nach außen, wie es oben beschrieben wurde.
Das Luftrohr 200 erstreckt sich durch das Pistolengehäuse 100 zurück bis zu einem Innenverbinder 206. Der Innenverbinder 206 passt mit einer ersten Bohrung 208 zurammen, die in der Vorderfläche 210 der Kühlelementes 120 (s. 2C) ausgebildet ist. Die erste Bohrung 208 öffnet sich zu einer zweiten Bohrung 212, die in der rückwärtigen Fläche 214 des Kühlelementes 120 ausgebildet ist. Aus der 3C ist zu entnehmen, dass die Zentralachse der ersten Bohrung 208 gegenüber der Zentralachse der zweiten Bohrung 212 versetzt ist, obwohl sie in Fluidverbindung stehen. Damit wird eine Luftturbulenz und eine bessere Kühlung des Kühlelementes 120 erzeugt. Ein zweites Verbindungsstück 216 ist an der zweiten Bohrung 212 angeordnet und dient als Verbindung für einen Leitungsluftschlauch (nicht gezeigt). Mit dieser Anordnung wird dem Luftzuführkanal am vorderen Abschnitt der Pistole Luft zugeführt, und der Vervielfacher wird vom Kühlelement gekühlt, das demselben Luftstrom ausgesetzt ist, der zum Luftzuführkanal fließt.
Die Explosionszeichnungen der 3A und 3B sind eingefügt, um die oben beschriebene Anordnung besser darzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, der in den 3A und 3B am besten dargestellt ist, sind Abschnitte des Gehäuses 100 vorzugsweise mit ei nem abgeschrägten oberen Abschnitt mit zwei ziemlich steilen Wänden 222 ausgebildet, die sich an einem Scheitelpunkt 224 mit kleinem Radius verbinden. Der Scheitelpunkt ist vorzugsweise oben am Pistolengehäuse, wenn die Pistole für Sprühmaterial verwendet wird, so dass das Profil des Pistolengehäuses 100 die Menge an anhaftendem verlorenem Pulver reduziert, das die Pistole von außen erreicht, und die steilen Seitenflächen dabei helfen, das Pulver abzuleiten.
Aus den 8A und 8B ist zu entnehmen, dass die vorliegende Erfindung ebenfalls einen manuellen Sprühapplikator 250 vorschlägt, der insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für das Aufbringen von Dichtphasenmaterial geeignet ist. Viele Merkmale der manuellen Version sind die gleichen wie bei dem automatischen Sprühapplikator, der oben beschrieben wurde.
Die manuelle Pistole 250 enthält ein Gehäuse 252, das in dieser Ausführungsform ein zweiteiliges Gehäuse mit einem hinteren oder vervielfachenden Abschnitt 254 und einem vorderen oder Pulverrohrabschnitt 256 in Form eines Laufes ist. Diese Abschnitte können durch jeden einfach zu bedienenden Mechanismus, beispielsweise durch einen Satz Schrauben, lösbar aneinander gesichert sein. Es ist ein Luftzuführkanal 258 vorhanden, der am Auslassende des vorderen Gehäuses 256 durch eine Sicherungsmutter 260 gesichert ist. Am Luftzuführkanal ist eine Elektrodenanordnung 262 und ebenfalls ein leitender Diffusionsring 263 angeordnet (gezeigt in 8B). Der Luftzuführkanal enthält Luftdüsen 259. Aufbau und Betriebsweise von Luftzuführkanal 258, Sicherungsmutter 260, Elektrodenanordnung 262 (einschließlich eines Elektrodenleiters und einer darüber geformten Elektrodenhalterung) sowie der leitende Diffusionsring 263 können die gleichen sein wie für die entsprechenden Teile der automatischen Pistolenversion, wie sie oben beschrieben wurde.
Die manuelle Pistole 250 enthält weiter einen Lufteinlass wie ein Passstück 264, das mit einer Luftzufuhrleitung (nicht gezeigt) verbunden werden kann. Es ist ein elektrischer Verbinder 266 zur Verbindung mit einer externen Niederspannungs-Stromversorgung vorgesehen, um den internen Hochspannungs-Vervielfacher 268 (in 8 gestrichelt gezeigt) zu betreiben. Der Vervielfacher 268 ist im hinteren Gehäuseabschnitt 254 oberhalb des Handgriffs 270 angeordnet, um Ermüdungserscheinungen der Bedienungsperson zu verringern. Das Pulverrohrgehäuse kann in einer Länge vorgesehen sein, wie sie notwendig ist, oder es kann an eine Gehäuseerweiterung für eine zusätzliche Länge des Sprühapplikators 250 anzuschließen sein, wenn es erwünscht ist.
Der Betrieb der manuellen Pistole 250 läuft ähnlich dem der automatischen Version ab, außer dass die manuelle Pistole von einer Bedienungsperson manuell ausgelöst wird. Darum enthält die manuelle Pistole eine steuerbare Auslösevorrichtung 271. Wird dieser Auslöser 271 niedergedrückt, dann bewirkt dieser Vorgang, dass elektrischer Strom an den Vervielfacher gelangt, wenn die elektrostatische Betriebsweise eingesetzt werden soll. Die Betätigung des steuernden Auslösers 271 lässt ebenfalls Luft an den Luftzuführkanal 258 über Passagen strömen, die sich durch den Griff 270 und das Gehäuse 252 erstrecken. Luft kann außerdem dazu verwendet werden, den Vervielfacher über ein Kühlelement wie in der automatischen Version zu kühlen. Die Betätigung des steuernden Auslösers 271 bewirkt außerdem, dass Pulver von einem Pulverzuführschlauch 273 durch die Pistole und aus dem vorderen Ende der Pistole nach außen fließt.
Durch das Luft-Passstück 264 tritt Luft in Applikator 250 und in eine Passage 272 im Griff 270 ein. Die Luft kann dazu verwendet werden, bei der Kühlung des Vervielfachers 268 mitzuwirken. Die Passage 272 steht in Fluid-Verbindung mit einer Luftpassage 274 im vorderen Gehäuseabschnitt 256. Die Passage 274 erstreckt sich durch den vorderen Gehäuseabschnitt und öffnet sich in eine Vertiefung 276 im Luftzuführkanal 258, die den Diffusionsring 263 aufnimmt.
Die Elektrode 262 hat elektrischen Kontakt mit dem Diffusionsring 263, wie dies oben beschrieben wurde. Ebenso ist ein Kontaktstift 278 vorhanden, der mit dem Ring 263 Kontakt hat. Der Kontaktstift 278 ist Teil einer elektrischen Schaltung, die eine Federelektrode 280 und eine Widerstandanordnung 282 sowie einen leitenden Elektrodenabstandhalter 282a enthält, der elektrisch mit einem Ausgang des Vervielfachers 268 gekoppelt ist. Der Elektrodenabstandhalter 282a kann beispielsweise aus leitendem Teflon^TM-Material bestehen. Diese elektrische Schaltung kann ähnlich aufgebaut sein wie die für die Ausführungsform mit der automatischen Pistole beschriebene Schaltung.
Der Pulverzuführschlauch 273 ist in eine röhrenförmige Verlängerung 284 des vorderen Gehäuseabschnitts 256 eingeführt. Zum Haltern des Zuführschlauches 273 in der röhrenförmigen Verlängerung 284 kann ein rohrartiger Verschlussknopf 286 mit Innengewinde und ein Sicherungsring 288 verwendet werden. Der Sicherungsring und der Verschlussknopf können so ausgebildet sein, dass sie auf ähnliche Weise wirken wie die entsprechenden Teile in der oben beschriebenen automatischen Pistole.
Das vordere Ende 273a des Zuführschlauches 273 wird in eine Schlauchpassage 290 eingeführt, die in einem Pulverrohr 292 ausgebildet ist. Die Passage 290 öffnet sich in eine Pulverpassage 294, die vorzugsweise entlang der zentralen Längsachse des Applikators 250 vorgesehen ist. Das entfernte Ende 294a der Passage 294 wird durch einen Rohrabschnitt 296 des Pulverrohrs 292 gebildet (s. auch 8C). Das Pulverrohr 292 ist im Gleitsitz oder ist auf andere Weise gleitbar im vorderen Gehäuseabschnitt 256 mit der Passage 290 eingesetzt und dabei mit der röhrenförmigen Verlängerung 284 so ausgerichtet, dass der Pulverzuführschlauch 273 leicht in das Pulverrohr 282 eingeführt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass das entfernte Ende 294a auf ähnliche Weise in den Luftzuführkanal 258 eingeführt ist wie das Zuführrohr 106 in den Luftzuführkanal 138 in der Ausführungsform mit automatischer Pistole, die oben beschrieben wurde. Das Pulverrohr 292 bildet auf diese Weise eine Passage mit kleinem Durchmesser für den Pulverstrom, der an das vordere Ende der Pistole fließt, so dass die manuelle Pistole 250 für, beispielsweise, einen Dichtphasenstrom gut geeignet ist.
Das Pulverrohr 292 schafft also eine leicht zu entfernende Einheit, die den gesamten Pulverfließpfad für die Sprühpistole 250 ausmacht. Damit ist die manuelle Pistole für einen Farbenwechsel leicht zu reinigen.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Einstellelement oder eine Steuervorrichtung in Form einer zweiten Auslösevorrichtung 298 vorgesehen. Dieser Auslöser 298 kann allein oder in Kombination mit dem steuernden Auslöser 271 betätigt werden. Bei diesem zweiten Auslöser 298 handelt es sich um einen Auslöser, mit dem Muster angepasst werden können, indem eine Bedienungsperson die Luftzufuhr an den Luftzuführkanal 258 einstellt. Wird die Luftzufuhr verstärkt, wird das Sprühmuster größer und umgekehrt. Wie aus 1 hervorgeht, empfängt das Steuersystem 34 vom das Sprühmuster anpassenden Auslöser 298 ein Signal (beispielsweise in Form eines Impedanzwechsels, wenn die Kontakte geschlossen werden) und gibt in Reaktion darauf ein Pistolen-Luftsteuersignal 299 ab. Dieses Luftsteuersignal 299 kann benutzt werden, um ein Luftventil (nicht gezeigt) zu steuern, das entweder innerhalb der Pistole 250 oder, vorzugsweise, in einem pneumatischen Steuerabschnitt des Gesamtsystems 10 für das Aufbringen von Pulver angeordnet ist, um die Luftzufuhr an die Luftzuführkanaldüsen 259 zu verstärken oder zu verringern.
Im Zusammenhang mit 9 wird ein Beispiel für ein Flussdiagramm einer logischen Routine oder eines Algorithmus zum Verändern eines Musters beschrieben. Bei Schritt 300 stellt die Logik fest, ob der das Sprühmuster anpassende Pistolenauslöser 298 betätigt ist (es kann wahlweise eine Antiprell-Subroutine vorgesehen sein, um eine Veränderung der Luftzufuhr zu verhindern, wenn die Aktivierung des Auslösers nicht über eine Mindestzeit anhält). Ist dies nicht der Fall, dann wartet das Programm, bis ein gültiges Auslösersignal empfangen wird. Ist der Auslöser 298 bei Schritt 302 aktiviert, dann wird die Luftzufuhr inkrementell erhöht. Die Größe der inkrementellen Zunahme hängt von der Wahl der Konstruktion ab, wobei der Bedienungsperson eine Feinabstimmung, eine Verlaufsabstimmung oder beides überlassen werden kann. Bei Schritt 304 stellt das Programm fest, ob die höchste Luftzufuhr an den Sprühapplikator 250 geliefert wird. Ist dies nicht der Fall, dann überprüft das Programm bei 306, ob der Auslöser 298 noch betätigt ist. Ist das der Fall, dann kehrt die Logik in der Schleife zurück zu Schritt 302, um die Luftzufuhr wieder zu inkrementieren. Auf diese Weise kann die Bedienungsperson den Auslöser 298 gedrückt halten und beobachten, wie sich mit zunehmender Luftzufuhr das Muster verändert, und kann die Veränderung beenden, indem sie den Auslöser 298 loslässt.
Wenn bei Schritt 306 der Auslöser 298 nicht noch betätigt ist, hält das Programm diese Luftzufuhrrate bei 308 und kehrt in der Schleife zurück, um bei Schritt 300 auf die nächste Auslöserbetätigung zu warten.
Wenn das System bei Schritt 304 feststellt, dass der maximal mögliche Luftstrom zugeführt wird, dann überprüft die Logik bei Schritt 310, ob der Auslöser 298 noch aktiviert ist. Ist das nicht der Fall, dann verzweigt das Programm zu Schritt 308 und hält die Luftzufuhrrate (und damit das ausgewählte Muster) aufrecht. Wenn bei Schritt 310 der Auslöser noch betätigt ist, dann stellt das Programm die Luftzufuhr zurück auf die Minimumrate bei Schritt 312 und kehrt in der Schleife zurück zu Schritt 300. Wahlweise könnte das Programm bei Schritt 312, statt auf die Minimumzufuhrrate zurückzustellen und auf eine weitere Auslösung zu warten, zum Schritt 302 verzweigen und das Inkrementieren wieder beginnen. Hierbei könnte die Bedienungsperson den Auslöser gedrückt halten und das Sprühmuster beobachten, wie die Luftzufuhr über die Maximalzufuhrrate angepasst und dann wieder von der Minimumzufuhrrate inkrementell eingestellt wird. Es ist weiter möglich, dass das System so programmiert ist, dass es auf eine erste Betätigung reagiert und dann die Einstellung auf eine zweite Auslöserbetätigung hin beendet, und die Bedienungsperson den Auslöser 298 zum Verändern des Sprühmusters nicht betätigt halten muss.
Als eine Alternative zum „Rampen"-Merkmal, das oben für die das Sprühmuster formende Luft beschrieben wurde, kann die Steuerfunktion so programmiert sein, dass sie „Hoch/Niedrig"-Merkmal enthält. Bei diesem „Hoch/Niedrig"-Merkmal würde eine diskrete Betätigung des Auslösers 298 verwendet werden, um zwischen einer „hohen" und einer „niedrigen" musterschaffenden Luftzufuhreinstellung zu schalten. Es sei angenommen, dass während eines normalen Sprühvorgangs die Bedienungsperson, gesteuert über die Steuerung der manuellen Pistole, die hohe Einstellung verwendet, um ein großflächiges Fächermuster zu erzeugen. Dann kommt die Bedienungsperson an einen Bereich, wo zur besseren Beschichtung des Objektes ein schmales Fächermuster erforderlich ist. Die Bedienungsperson kann den Auslöser 298 einmal betätigen, und die Steuerung ändert die Zufuhr der das Muster formenden Luft auf eine niedrigere Einstellung, die die Bedienungsperson über die manuelle Pistolensteuerung vorher auf einen bestimmten Wert eingestellt hat. Eine zweite Betätigung des Auslösers 298 bringt die musterbildende Luftzufuhr zurück in die „hohe" Einstellung.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Verändern des Sprühmusters durch das Einstellen der Luftzufuhr auch bei dem automatischen Sprühapplikator vorgesehen sein kann, weil diese Veränderung der Luftzufuhr im wesentlichen eine Steuerfunktion der Software-Logik ist. Bei der automatischen Pistolenversion könnte das Steuersystem mit einem Schalter ausgerüstet sein, über den die Bedienungsperson das Inkrementieren der Luftzufuhrrate an die Pistole aktivieren kann.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Anpassungsmöglichkeit des Sprühmusters durch eine wahlweise Anpassung der Materialfließrate von der Pumpe 402 implementiert sein. Wie nachfolgend beschrieben wird, kann eine Pumpe nach der Erfindung mit steuerbaren Materialfließraten, auch mit ziemlich niedrigen Fließraten betrieben werden. Diese Steuerung basiert teilweise auf verschiedenen Zeitgeberfunktionen in der Pumpe. Bei Verwendung in Kombination mit der Sprühpistole kann das Steuersystem 39 so programmiert sein, dass auf einen Wechsel des Sprühmusters hin die Materialfließrate ebenfalls angepasst wird. Wenn beispielsweise die Bedienungsperson das Sprühmuster von einem großen Muster auf ein kleines Muster umstellt, kann es wünschenswert sein, auch die Materialfließrate zu verringern. Umgekehrt kann eine Erhöhung der Materialfließrate dann wünschenswert sein, wenn die Bedienungsperson das Sprühmuster vergrößert. Diese komplementären Anpassungen können in die Teile-Rezepte der Steuerlogik des Steuersystems 39 eingearbeitet sein. Als weitere Möglichkeit kann das Steuersystem 39 so programmiert sein, dass es die Materialfließrate als einen Prozentsatz einer Veränderung der Mustergröße einstellt. Die Anpassung der Fließrate kann Pulver sparen, da für besondere kleine Farbflächen oder andere Sprühoperationen, für die ein kleines Muster verwendet wird, weniger Pulver verbraucht werden kann. Fachleute auf diesem Gebiet erkennen sofort viele solche Anpassungen, die in Übereinstimmung mit der Erfindung vorgenommen werden können. Die Erfindung schafft eine solche Flexibilität zum Teil dadurch, dass eine entsprechend einer Skala einstellbare Pumpe (nachfolgend noch beschrieben) eingesetzt wird und eine Sprühpistole, deren Luftstrom zum Luftzuführkanal nach einer Skala einzustellen oder zumindest einstellbar ist.
In einer weiteren ebenfalls möglichen Ausführungsform kann das Programm des Steuersystems 39 einen Einstellmodus enthalten. Während dieses Einstellmodus kann eine Bedienungsperson den das Muster einstellenden Auslöser betätigen und kann entweder im stetig ansteigenden oder Rampen-Modus oder im schrittweise fortschreitenden Modus das Sprühmuster beobachten, während es auf das Objekt trifft. Dann kann die Bedienungsperson das optimale Sprühmuster für das Objekt auswählen. Die Einstellungen für Luftzufuhr und Fließrate dieses optimalen Sprühmusters können dann für zukünftige Anwendungen für das gleiche Teil aufgezeichnet werden. Diese Informationen könnten auch in das Teile-Rezept der Datenbasis eingetragen werden, so dass das Steuersystem 39 automatisch die Muster- und Materialfließraten auswählen kann, wenn das System das nächste Mal das gleiche Teil mit einem ähnlichen Beschichtungsmaterial besprühen soll.
In den 22A bis 22E und in 23 ist in einer weiteren möglichen Ausführungsform der Luftzuführkanal 138 der 2B durch eine Düsenanordnung 900 ersetzt. Die Düsenanordnung 900 ist in manchen Fällen einfacher herzustellen und kann gegenüber dem Luftzuführkanal 138 im Betrieb einige Vorteile bringen, wie aus der später folgenden Beschreibung zu entnehmen ist; der Luftzuführkanal 138 kann jedoch, wie oben beschrieben, in vielen Anwendungsfällen verwendet werden. Das Düsen-Konzept kann sowohl mit der manuellen Sprühpistolenversion als auch der automatischen Sprühpistole verwendet werden.
Die Düsenanordnung 900 enthält eine Düse 902 und einen Düseneinsatz 904. Der Düseneinsatz 904 kann wahlweise verwendet werden und ist nicht für alle Anwendungsmöglichkeiten erforderlich. Der Düseneinsatz kann jedoch die Herstellung der Düsenkonstruktion erleichtern und kann auf jeden Fall dazu verwendet werden, eine Expansionskammer 906 für das Pulver zu bilden, wenn das Pulver aus dem Pulverzuführrohr 106 (bei der automatischen Pistole) oder aus dem Pulverrohr 292 (bei der manuellen Version) in die Düse fließt.
Die Düse 902 enthält einen Düsenkörper 903, der mit einem Außengewinde 908 versehen sein kann, damit die Düsenanordnung 900 am Auslassende der Sprühpistole angebracht werden kann, beispielsweise mit der Halterungsmutter 140 (2B). Die Düse 902 kann ein Gussformstück oder ein mechanisch bearbeitetes Teil sein und besteht üblicherweise aus einem schlagzähen Material mit niedrigem Schmelzpunkt (low impact fusion material) wie PTFE, TIVAR^TM oder beispielsweise Nylon.
In dieser Ausführungsform hat die Düse 902 eine allgemein kugelartige Form mit einem kuppelartigen vorderen Ende 902a. Ein Bearbeitungs- oder Formschritt kann dazu benutzt werden, eine integrale Düse aus einem Stück mit einem Deflektor und einer Auslassöffnung zu versehen. Die Düse 902 kann einen integral geformten Deflektor 910 haben. In dem Beispiel nach 22 und 23 wird die Düse zur Herstellung eines konischen Sprühmusters verwendet, darum enthält der Deflektor 910 ein allgemein konisches Profil, um dem Pulver eine Richtung zu geben, damit es sich zu einem konischen Muster ausbreitet. Der Deflektor 910 wird an der Düse 902 durch eine oder mehrere Rippen 912 gehaltert. In dem Ausführungsbeispiel nach 22A bis E ist eine Rippe etwas größer ausgebildet als die andere um eine Elektrode aufzunehmen, wie später noch beschrieben wird.
Der konische Deflektor 910 bildet einen Öffnungswinkel θ von in diesem Fall etwa 70°. Der Winkel kann jedoch je nach Art des gewählten Musters ausgewählt werden. Ein größerer Öffnungswinkel von beispielsweise etwa 100° erzeugt ein breiteres Sprühmuster mit der Düse.
Der Deflektor 910 und das vordere Ende 902a der Düse bilden eine Auslassöffnung 914, durch die Pulver aus der Düse 902 austritt. Die geometrische Ausbildung der Öffnung 914 kann entsprechend des gewünschten Sprühmusters ausgewählt werden. Die Öffnung 914 kann eine durchgehend gleichförmige Weite 916 entlang ihrer Länge haben (im Querschnitt gesehen wie in 22D) oder eine abgeschrägte Weite oder eine andere erforderliche geometrische Form. Ein Verfahren zur Herstellung der Düse 902 besteht in der mechanischen Bearbeitung in der Art, dass der Deflektor 910 integral mit der Düse hergestellt wird.
Wie am besten aus 22B hervorgeht, kann die Düse 902 mit Markierungen, Nuten oder anderen Anzeigehilfsmitteln oder physischen Merkmalen 918 versehen sein. Diese Charakteristika 918 können beispielsweise den Sprühwinkel der Öffnung 914 oder andere Größenkriterien der Öffnung, des Materials usw. darstellen und sind nur durch die Komplexität beschränkt, die für den Code der Angaben und der Menge an Informationen wünschenswert ist, die der Bedienungsperson oder dem Monteur für den Zusammenbau übermittelt werden sollen.
Wie am besten in den 22E und 23 dargestellt ist, enthält die Düse 902 ebenfalls eine Elektrodenpassage 920, die eine Elektrode 922 enthält. Die Elektrodenpassage enthält einen vorderen Abschnitt 920a, der sich durch eine der Rippen 912 erstreckt, die den Deflektor 910 trägt. Die Elektrodenpassage 920 ist so geformt, dass sie vorne an der Düse 910 an einer Elektrodenöffnung 924 endet. Ein Entladeabschnitt 922a der Elektrode erstreckt sich durch die Elektrodenöffnung 924. Die Elektrodenpassage 920 und die Elektrodenlänge sind so ausgewählt, dass die Elektrodenspitze sich vorzugsweise, jedoch nicht in allen Fällen notwendigerweise, im Mittelpunkt des von der Düse 910 erzeugten Sprühmusters befindet. Damit sind mehrere Vorzüge verbunden, einschließlich ein besseres Aufladen der Pulverpartikel für eine bessere Übertragungseffizient und der Tatsache, dass die Pulverwolke gegen ein Umhüllen durch ein elektromagnetisches Feld schützt, und damit das Risiko eines Schlages verringert. In geeigneten Fällen kann sich die Elektrodenpassage jedoch zu einem anderen Ort erstre cken, beispielsweise mehr entlang der Peripherie der Düse 902, wie es mit den gestrichelten Linien 920b in 23 angedeutet ist.
Die Elektrodenpassage 920 endet innen an einer Tasche 926. In dieser Ausführungsform enthält die Elektrode 922 ein Federende 922b, das in der Tasche 926 positioniert ist. Diese Feder 922b hat mit einem leitenden Diffusionsring 928 Kontakt, wie es weiter oben für Ausführungsformen als Element 158 (2B) mit einer oder mehreren Öffnungen als Luftdurchlass durch den Ring beschrieben wurde. Wenn der Diffusionsring 928 an der Pistole angebaut ist, dann steht er in elektrischem Kontakt mit dem Ausgang des Vervielfachers, wie es oben für bereits beschriebene Ausführungsformen angegeben wurde. Die Düse 902 enthält ebenfalls eine Muster-Luftkammer 930. Der Diffusionsring 928 ist durch eine Schraubverbindung 932a eines Gewindeendes 932 mit dem Einsatz 904 in die Kammer eingesetzt. Der Ring 928 ist ausreichend weit eingeführt, um mit der Elektrodenfeder 922b elektrischen Kontakt herzustellen.
Wenn die Düsenanordnung 900 an der Pistole angebracht ist, kommuniziert die Muster-Luftkammer 930 mit einer Quelle für Druckluft, beispielsweise über die Luftpassage 204 und das Muster-Luftrohr 200 in den oben beschriebenen Ausführungsformen.
Weiter enthält die Düse 902 eine Einsatzkammer 934, in der der Einsatz 904 gleitbar positioniert ist. Eine Dichtung 936, beispielsweise ein O-Ring, kann am Außenumfang des Einsatzes 904 angeordnet sein, um zu verhindern, dass Pulver zurück in das Pistoleninnere fließt.
Der Einsatz 904 enthält ein Pulverrohr oder eine Zuführschlauchpassage 938. Abhängig davon, ob die Düse für eine manuelle oder automatische Pistole verwendet wird, wird ein Pulverrohr oder Zuführschlauch so eingeführt, dass sein Ende an eine Schulter 940 in dem Einsatz 904 stößt. Diese Schulter definiert den Pulvereinlass oder die Einlassöffnung für die Düsenanordnung 900 und weist eine definierte Querschnittfläche auf. Der Einsatz 904 enthält weiter die Expansionskammer 906 auf eine Weise, dass das durch den Zuführschlauch oder das Pulverrohr fließende Pulver durch die Einlassöffnung 940 in die Expansionskammer 906 eintritt. Geometrisch kann die Expansionskammer 904 auf jede geeignete Weise ausgebildet sein, in dem Ausführungsbeispiel hat sie allgemein die Form eines Kegels, dessen Durchmesser zum vorderen Ende der Düse 902 zunimmt. Die Expansionskammer 904 öffnet sich zur Auslassöffnung 914. Der Deflektor 910 ist vorzugsweise, wenn auch nicht notwendigerweise, gegenüber der Mitte der Expansionskammer entlang der Zentralachse X zentriert.
In der Ausführungsform nach 23 erstreckt sich die Expansionskammer 904 mit einem Öffnungswinkel β gegenüber der zentralen Längsachse X. Der Winkel β kann durch die Expansionseigenschaften des übermittelnden Gases (in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es komprimierte Luft) so definiert werden, dass der Winkel β gleich oder geringer ist als etwa die Hälfte des Expansionswinkels des übermittelnden Gases, so dass sich keine Taschen bilden, in denen Pulver sich fangen kann. Damit kann auch sichergestellt werden, dass die Wände der Expansionskammer während eines reinigenden Spülvorgangs durch die Druckluft „gewaschen" werden.
Die Expansionskammer 904 bewirkt eine Verringerung der Pulverfließgeschwindigkeit, wenn es den Zuführschlauch oder das Pulverrohr verlässt. Der Deflektor 914 kann ebenfalls zur Verlangsamung des Pulver beitragen. Um diese Wirkung zu erzielen, ist die Querschnittfläche der Auslassöffnung 914 größer ausgelegt als die Querschnittfläche des Einlasses 940. Die größere Auslassfläche verhindert eine Beschleunigung des Pulvers, wenn es die Düse verlässt, was bei Sprühdüsen nach Venturi-Art, also geringer Dichte und hohem Luftvolumen, allgemein auftritt. Die bedeutende Geschwindigkeitsverringerung der die Düse verlassenden Pulverwolke erzeugt eine sich langsam bewegende, dichte Wolke aus Pulver, die gleichmäßiger geladen ist (in dem Fall, wo eine elektrostatische Ladung verwendet wird) und die auf dem besprühten Objekt besser haftet (höhere Transfereffizienz). Es ist also vorzuziehen, dass das Verhältnis der Querschnittfläche der Auslassöffnung zur Querschnittfläche des Einlasses mindestens gleich oder größer ist als eins.
Der Einsatz 904 kann wahlweise Luftstrahldüsen oder Passagen 942 enthalten, die in Fluid-Verbindung mit der Muster-Luftkammer 930 stehen. In dem Ausführungsbeispiel sind sechs Düsen 942 angegeben, aber die Anzahl kann den Erfordernissen angepasst werden. Die Luftdüsen werden benutzt, um Luft in den Pulverstrom zu injizieren, während er die Expansionskammer 906 passiert. Die hinzugefügte Luft ist ein optionales Merkmal und kann beispielsweise dazu verwendet werden, den Pulverstrom zu beschleunigen, so dass eine kraftvollere Pulverwolke am Düsenauslass erzeugt wird. Dies kann beispielsweise dann wünschenswert sein, wenn Innenräume zu besprühen sind, bei denen die Pulverwolke in das Objekt hinein zu bringen ist, die Düse jedoch nicht zu nahe an das Objekt gebracht werden kann, weil dann eine Lichtbogenbildung mit der Elektrode zu befürchten wäre. Luft kann auch als Hilfe bei der Vernebelung des dichten Pulvers verwendet werden. Zwischen dem Einlass 942a der Luftstrahldüse und der Muster-Luftkammer 930 ist ein Filterelement 944 vorgesehen, um ein Zurückströmen von Pulver in die Muster-Luftpassage der Pistole zu reduzieren oder zu verhindern. Der Filter 944 kann aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, dass Luft durchströmen lässt, jedoch Pulver herausfiltert, wie es beispielsweise bei Filtern aus gesintertem Polyethylen der Fall ist.
Eine sich axial erstreckende Vertiefung 946 kann zwischen dem vorderen Ende des Diffusionsringes 928 und dem Filter 944 vorgesehen sein. Diese Vertiefung 946 steht in Fluid-Verbindung mit der Federtasche 926 und macht es möglich, dass Luft durch die Elektroden-Passage 920 strömt, um die Elektrode 922 zu waschen und zu verhindern, dass Pulver zurück in die Pistole, insbesondere in Bereiche hoher Spannung, strömt.
Eine Dichtung 948, beispielsweise ein O-Ring, kann als Dichtung für den Zuführschlauch oder das Pulverrohr vorgesehen sein, um ein Zurückströmen von Pulver zu verhindern und um dazu beizutragen, dass Pulverrohr oder Zuführschlauch mit einem dichten Sitz innerhalb des Düseneinsatzes 904 angeordnet sind.
Die Verwendung der Expansionskammer 906, des Deflektors 910 und des gesteuerten Verhältnisses von Auslassöffnungsquerschnitt zu Einlassöffnungsquerschnitt von gleich oder größer als eins, ergeben entweder einzeln oder in Kombination und Sub-Kombination miteinander, dass die Düse eine sich langsam bewegende, dichtphasige Pulverwolke mit ausgezeichneter Transfereffizienz erzeugt, die leichter zu laden ist. Die höhere Transfereffizienz bedeutet, dass Bedienungspersonen ein Objekt viel schneller und mit weniger Pulververlust mit Farbe versehen oder beschichten können, was auch zu besseren Farbwechselzeiten beiträgt. Die Verwendung von dichtphasigen und sich langsam bewegenden Wolken verbessert auch gegenüber dünnphasigen Sprühmustern mit höherer Geschwindigkeit die Transfereffizienz. Das dünnphasige Sprühmuster verlangt die Verwendung von großen Mengen und Strömen von Luft, die das Pulver transportiert. Die Bewegung dieses großen Luftvolumens erzeugt notwendigerweise aerodynamische Effekte, die die Transfereffizienz verringern. Einige der am deutlichsten zu erkennenden Vorteile einer dichtphasigen, sich langsam bewegenden Pulverwolke sind bei manuellen Pistolen zu erkennen, die üblicherweise ziemlich nahe an die zu sprühenden Teilen gehalten werden, so dass die Bedienungsperson sich nicht einfach auf die natürliche Verlangsamung der Geschwindigkeit verlassen kann, die auftritt, wenn Pulver aus der Pistole gesprüht wird. Die Option der Zusatzluft für die Erzeugung einer kraftvolleren Pulverwolke aus dichtphasigem Pulver ist ebenfalls für manuelle Pistolen von Vorteil, da sie es der dichtphasigen Pulverwolke ermöglicht, in umschlossene Räume einzudringen, bei der sonst eine Wirkung wie beim Faradaykäfig auftreten kann, wenn die Elektrode zu nahe am zu besprühenden Teil positioniert ist.
In den 24A bis 24E und 25 ist eine alternative Konstruktion einer Düse 950 gezeigt, wie sie beispielsweise zum Herstellen von flachen Sprühmustern verwendet werden kann. Ein Vergleich der 23 und 25 zeigt, dass der gleiche Einsatz 904 in beiden Düsenkonstruktionen verwendet werden kann, und darum ist die Betriebsweise die gleiche; gleiche Elemente und strukturelle Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, und die Beschreibung braucht deshalb nicht wiederholt zu werden. Der Unterschied in der Konstruktion liegt in der Form der Auslassöffnung und des Deflektors, was am besten aus der 24A hervorgeht.
Die Düse 950 für flache Muster enthält einen allgemein flachen, plattenartigen Deflektor 952, der an der Düse 950 angeformt ist, beispielsweise mit Rippen 954. Die Düse 950 ist vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, eine einteilige Düse, an der der Deflektor 952 über die Rippen 954 angeformt ist. Die Düse 950 hat einen etwa konisch abgeschrägten vorderen Abschnitt 950a. Der Deflektor 952 kann auf jede geeignete Weise geformt sein, beispielsweise durch mechanische Bearbeitung. Der zwischen den Seiten 958 des Deflektors 952 und den Seiten 960 der Düse gegenüber den Deflektorseiten 958 ausgebildete Raum 956 bildet die Auslassöffnung, in diesem Beispiel in Form von zwei Schlitzen. Um ein gutes flaches Sprühmuster zu erzeugen, ist es von Vorteil, jedoch nicht erforderlich, eine schmale Breite für die Auslassöffnung 956 vorzusehen. Bei der Verwendung von dichtphasigem Pulver ist es möglich, die Auslassöffnung gegenüber konventionellen Öffnungsgrößen für dünnphasige Systeme wesentlich kleiner zu gestalten. Die Düse kann beispielsweise Schlitze von 2 × 1 mm aufweisen im Gegensatz zu einer konventionellen Öffnung mit einem einzigen Schlitz von 4 mm Breite. Wie bei der anderen hier beschriebenen Düsen-Ausführungsform ist es jedoch wünschenswert, das Verhältnis der Querschnittfläche von Auslass 956 zum Einlass von etwa gleich oder größer als eins einzuhalten. Aus den 24A, 24E und 25 geht hervor, dass die Düse für flache Sprühmuster ebenfalls die angeformte Elektroden-Passage enthält, die die Elektrodenspitze in der Pulverwolke zentriert, die durch die Düse 950 gebildet wird.
Bei beiden Düsenkonstruktionen ermöglichen die Rippen 912, 954 eine Anordnung des elektrischen Pfades außerhalb des Pulverpfades, insbesondere der Expansionskammer, und dennoch die Positionierung der Elektrodenspitze im Zentrum der Pulverwolke. Dadurch wird vermieden, den elektrischen Pfad und Elemente hoher Spannung im Pulverfließpfad anzuordnen.
Bei der Düse 950 für flache Sprühmuster ist der Winkel θ etwa Null Grad, was bedeutet, dass die Öffnung 956 allgemein parallel um die Zentralachse X liegt. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, dass die Schlitze bewirken, dass das Pulver so auftrifft, dass der Winkel θ negativ ist.
Unter Hinweis auf die 10A, 10B und 10C wird ein Ausführungsbeispiel einer Dichtphasenpumpe 402 entsprechend der vorliegenden Erfindung beschrieben. Obgleich die Pumpe 402 als eine Transferpumpe verwendet werden kann, ist sie insbesondere als eine Pistolenpumpe aufgebaut, um den Sprühapplikatoren 20 Material zuzuführen. Die Pistolenpumpen 402 und die Transferpumpen 400 und 410 haben viele gemeinsame Konstruktionsmerkmale, die ohne weiteres aus der hier gegebenen detaillierten Beschreibung deutlich werden.
Die Pumpe 402 ist vorzugsweise, wenn auch nicht notwendigerweise, modular aufgebaut. Die modulare Konstruktion der Pumpe 402 ist mit einem Pumpenverteilerkörper 414 und einem Ventilkörper 416 verwirklicht. Der Verteilerkörper 414 dient als Gehäuse für ein Paar von Pumpenkammern und einer Anzahl von Luftpassagen, wie es nachfolgend noch näher beschrieben wird. Der Ventilkörper 416 dient als Gehäuse für eine Mehrzahl von Ventilelementen, was auch später noch beschrieben wird. Die Ventile reagieren auf Luftdrucksignale, die dem Ventilkörper 416 vom Verteilerkörper 414 zugeführt werden. Obgleich das hier beschriebene Ausführungsbeispiel die Verwendung von pneumatischen Quetschventilen darstellt, erkennen Fachleute auf diesem Gebiet ohne weiteres, dass verschiedene Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung mit der Verwendung anderer Steuerventilkonstruktionen als den pneumatischen Quetschventilen ausgeführt werden können.
Der obere Abschnitt 402a der Pumpe ist für Reinigungsluft-Anordnungen 418a und 418b ausgelegt und der untere Abschnitt 402b der Pumpe ist für einen Verbinder 420 eines Pulvereinlassschlauches und einen Verbinder 422 eines Pulverauslassschlauches ausgelegt. Ein Pulverzuführschlauch 24 (1) ist mit dem Einlassverbinder 420 verbunden, um aus einem Vorratsbehälter wie einem Zuführtrichter 22 einen Pulverstrom zuzuführen. Ein Pulverversorgungsschlauch 406 (1) verbindet den Auslass 422 mit einem Sprühapplikator, entweder mit einer manuellen oder automatischen Sprühpistole, die an der Sprühkabine 12 angeordnet ist. Das der Pumpe 402 zugeführte Pulver kann, muss aber nicht notwendigerweise, fließfähig gemacht worden sein.
Der Zufluss von Pulver in die Pumpe 402 hinein und der Fluss von Pulver aus der Pumpe 402 heraus tritt also an einem einzigen Ende 402b der Pumpe auf. Damit ist eine Spülfunktion 418 zum Reinigen am entgegengesetzten Ende 402a der Pumpe möglich, was einen einfacheren Spülvorgang ermöglicht, wie noch näher beschrieben wird.
Wäre nur eine Pumpenkammer vorgesehen (was eine brauchbare Ausführungsform der Erfindung darstellt), dann könnte der Ventilkörper 416 direkt mit dem Verteiler verbunden sein, weil nur zwei Pulverpfade durch die Pumpe erforderlich wären. Um jedoch ein stetigen, konsistenten und einstellbaren Pulverfluss von der Pumpe zu erzeugen, sind zwei oder mehr Pumpenkammern vorgesehen. Werden zwei Pumpenkammern verwendet, dann werden sie vorzugsweise nicht phasengleich eingesetzt, so dass eine Kammer vom Einlass Pulver aufnimmt, während die andere den Auslass mit Pulver versorgt. Auf diese Weise fließt praktisch ununterbrochen Pulver von der Pumpe. Mit einer einzigen Kammer wäre dies nicht so, weil eine Lücke im Pulverstrom aus jeder einzelnen Pumpenkammer auftritt, denn jede Pumpenkammer muss erst mit Pulver gefüllt werden. Wenn mehr als zwei Kammer verwendet werden, kann die zeitliche Einteilung je nach Erfordernis gewählt werden. Es ist auf jeden Fall vorzuziehen, auch wenn es nicht erforderlich ist, dass alle Pumpenkammern mit einem einzigen Einlass und einem einzigen Auslass kommunizieren.
Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Materialfluss in die Pumpenkammern hinein und aus ihnen heraus an einem einzigen Ende der Kammer vorgesehen. Damit ist eine Anordnung möglich, bei der eine gerade durchgehende Spülfunktion an einem entgegengesetzten Ende der Pumpenkammer vorgesehen sein kann. Da in dem Ausführungsbeispiel jede Pumpenkammer mit demselben Pumpeneinlass und Pumpenauslass in Verbindung steht, werden zusätzliche Modul-Einheiten verwendet, um sich verzweigende Pulverfließpfade in Form von Y-Blöcken zu schaffen.
Ein erster Y-Block 424 ist als Verbindung zwischen dem Verteilerkörper 414 und dem Ventilkörper 416 angeordnet. Ein zweiter Y-Block 426 bildet das Einlass/Auslass-Ende der Pumpe und ist mit der Seite des Ventilkörpers 416 verbunden, die dem ersten Y-Block 424 gegenüber liegt. Ein erster Satz Bolzen 428 verbindet den Verteilerkörper 414, den ersten Y-Block 424 und den Ventilkörper 416 miteinander. Ein zweiter Satz Bolzen 430 wird für die Verbindung von zweitem Y-Block 426 mit dem Ventilkörper 416 verwendet. Die Pumpe nach 10A ist also in zusammengebautem Zustand sehr kompakt und robust, und dennoch kann der untere Y-Block 426 leicht und einzeln abgenommen werden, um abgenutzte Teile des Fließpfades zu ersetzen, ohne dass die Pumpe vollständig auseinander genommen werden muss. Der erste Y-Block 424 schafft einen zweikanaligen Pulverfließpfad von jeder Pulverkammer weg. Ein Zweig jeder Kammer hat Verbindung zum Pumpeneinlass 420 über den Ventilkörper 416 und der andere Zweig von jeder Kammer kommuniziert mit dem Pumpenauslass 422 durch den Ventilkörper 416. Der zweite Y-Block 426 wird benutzt, um die gemeinsamen Pulverfließpfade vom Ventilkörper 416 mit dem Einlass 420 und dem Auslass 422 der Pumpe zu kombinieren. Auf diese Weise kommuniziert jede Pumpenkammer über ein Steuerventil mit dem Pumpeneinlass und über ein anderes Steuerventil mit dem Pumpenauslass. In dem Ausführungsbeispiel sind also vier Steuerventile im Ventilkörper vorgesehen, die den Pulverfluss in die Pumpe hinein und aus ihr heraus steuern.
Der Verteilerkörper 414 ist in den 10B, 10E, 10G, 11A und 11B im Detail gezeigt. Der Verteiler 414 enthält einen Körper 432 mit ersten und zweiten hindurchgehenden Bohrungen 434 bzw. 436. Jede Bohrung nimmt ein allgemein zylindrisches, gasdurchlässiges Filterelement 438 bzw. 440 auf. Die gasdurchlässigen Filterelemente 438, 440 umfassen untere Enden 438a und 440a mit verkleinertem Außendurchmesser, die in eine Aufbohrung in dem ersten Y-Block 424 (12B) eingeführt sind, was dazu beiträgt, die Elemente 438 und 440 ausgerichtet und lagestabil zu halten. Die oberen Enden der Filterelemente stoßen gegen die Bodenenden von Reinigungsluftgliedern 504 mit geeigneten Dichtungen je nach Erfordernis. Jedes der Filterelemente 438, 440 definiert einen inneren Hohlraum (438c, 440c), der als Pulverpumpenkammer dient, so dass in dieser Ausführungsform zwei Pumpenpulverkammern vorhanden sind. Ein Abschnitt der Bohrungen 434, 436 ist so ausgelegt, dass er die Spülluftanordnungen 418a bzw. 418b wie später beschrieben aufnehmen kann.
Die Filterelemente 438, 440 können identisch ausgebildet sein und es ermöglichen, dass ein Gas wie gewöhnliche Luft die zylindrische Wand des Elementes passiert, jedoch kein Pulver. Die Filterelemente 438, 440 können beispielsweise aus porösem Polyethylen hergestellt sein. Dieses Material wird allgemein verwendet, um Platten in Pulverzuführtrichtern fließfähig zu machen. Ein Materialbeispiel hat eine Öffnungsgröße von etwa vierzig Mikrometer und weist eine Porosität von etwa 40 bis 50 % auf. Ein solches Material wird kommerziell vertrieben von Genpore oder Poron. Andere poröse Materialien können je nach Erfordernis eingesetzt werden. Jedes der Filterelemente 438, 440 hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser der zugeordneten Bohrung 434, 436, so dass ein kleiner ringförmiger Raum zwischen der Wand der Bohrung und der Wand des Filterelementes vorhanden ist (s. 10E, 10G). Dieser ringförmige Raum dient als eine pneumatische Druckkammer. Wirkt ein Unterdruck auf die Druckkammer, dann wird Pulver in die Pulverpumpenkammer hinaufgesogen, und wenn positiver Druck auf die Druckkammer ausgeübt wird, dann wird das Pulver in der Pulverpumpenkammer nach außen gedrückt.
Der Verteilerkörper 432 enthält eine Serie von sechs Einlassöffnungen 442. Diese Öffnungen 442 werden für die Eingabe von pneumatischer Energie oder von Signalen in die Pumpe verwendet. Vier der Öffnungen 442a, c, d und f stehen in Fluid-Verbindung über jeweilige Luftpassagen 444a, c, d und f mit einer entsprechenden Druckkammer 446 im Ventilblock 416 und werden so dazu verwendet, Ventil-Betätigungsluft zuzuführen, wie es später noch beschrieben wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Luftpassagen 444 sich horizontal von der Verteilerfläche 448 in den Verteilerkörper hinein erstrecken und sich dann senkrecht nach unten an die Bodenfläche des Verteilerkörpers erstrecken, wo sie Verbindung haben mit entsprechenden senkrechten Luftpassagen durch den oberen Y-Block 424 und dem Ventilkörper 416, in dem sie sich mit entsprechenden horizontalen Luftpassagen im Ventilkörper 416 verbinden, um sich in jede entsprechende Ventildruckkammer zu öffnen. Es können Luftfilter (nicht gezeigt) in diesen Luftpassagen vorgesehen sein, um zu verhindern, dass Pulver in. den Pumpenverteiler 414 und den Versorgungsverteiler 404 hinaufströmt, falls ein Ventilelement oder eine andere Dichtung beschädigt sind. Jede der übrigen beiden Öffnungen 442b und 442e stehen mit den Bohrungen 434, 436 über Luftpassagen 44b und 44e in Fluid-Verbindung. Diese Öffnungen 442b und 442e werden darum dazu verwendet, positiven Druck und Unterdruck an die Pumpendruckkammern in dem Verteilerkörper zu liefern.
Die Öffnungen 442 sind vorzugsweise, obgleich nicht erforderlicher Weise, in einer einzigen ebenen Fläche 448 des Verteilerkörpers ausgebildet. Der Luft-Versorgungsverteiler 404 enthält einen entsprechenden Satz von Öffnungen, die mit den Pumpenöffnungen 442 ausgerichtet sind und mit ihnen in Fluid-Verbindung stehen, wenn der Versorgungsverteiler 404 am Pumpenverteiler 414 angebracht ist. Auf diese Weise kann der Versorgungsverteiler 404 die ganze erforderliche Pumpenluft für die Ventile und die Pumpenkammern durch eine einzige ebene Schnittstelle liefern. Ein Dichtungsring 450 ist komprimiert zwischen den Flächen des Pumpenverteilers 414 und des Versorgungsverteilers 404 vorgesehen, um eine fluiddichte Dichtung zwischen den Öffnungen zu gewährleisten. Wegen der Menge, des Drucks und der Geschwindigkeit, die für die Spülluft erwünscht sind, werden vorzugsweise getrennte Spülluftverbindungen zwischen dem Versorgungsverteiler und dem Pumpenverteiler verwendet. Obgleich die ebene Schnittstelle zwischen den beiden Verteilern vorzuziehen ist, ist sie nicht erforderlich, und individuelle Verbindungen für jeden pneumatischen Eingang in die Pumpe vom Versorgungsverteiler 404 könnte verwendet werden, wie dies erforderlich ist. Die ebene Schnittstelle ermöglicht es, dass der Versorgungsverteiler 404, der in einigen Ausführungsformen Elektromagnete enthält, in einem Gehäuse untergebracht ist und die Pumpe außen am Gehäuse (so angebracht, dass der Verteiler durch eine Öffnung in einer Gehäusewand versorgt werden kann), was zu einer Abschirmung des Gesamtsystems 10 von elektrischer Energie beiträgt. Es soll erwähnt werden, dass die Pumpe 402 während des Betriebes nicht in irgendeine besondere Richtung ausgerichtet sein muss.
Aus 12A und 12B ist zu entnehmen, dass der erste Y-Block erste und zweite Austrittöffnungen 452, 454 enthält, die mit ihrer entsprechenden Pumpenkammer 434, 436 ausgerichtet sind. Jede der Austrittöffnungen 452, 454 steht mit zwei Zweigen 452a, 452b bzw. 454a, 454b in Verbindung (12B zeigt nur die Zweige für die Austrittöffnung 452). Die Austrittöffnung 452 steht also mit den Zweigen 452a und 452b in Verbindung. Es sind also insgesamt vier Zweige im ersten Y-Block 424 vorhanden, von denen zwei der Zweige mit einer Druckkammer und die beiden anderen 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 Pulverfluss durch jeden der vier Zweige wird durch ein getrenntes Quetschventil im Ventilkörper 416 gesteuert, wie nachfolgend beschrieben wird. Es wird darauf hingewiesen, dass der Y-Block 424 ebenfalls vier durchgehende Luftpassagen 456a, c, d, f enthält, die in Fluid-Verbindung mit den Luftpassagen 444a, c, d bzw. f im Verteilerkörper 414 stehen. Ein Dichtungsring 459 kann verwendet werden, um eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Verteilerkörper 414 und dem ersten Y-Block 424 zu schaffen.
Die Austrittöffnungen 452 und 454 weisen Senkbohrungen 458, 460 auf, die Dichtungen 462, 464 (10C) aufnehmen, beispielsweise konventionelle O-Ringe. Diese Dichtungen schaffen eine fluiddichte Verbindung zwischen den unteren Enden der Filterelemente 438, 440 und den Austrittöffnungen 452, 454 des Y-Blocks. Sie ermöglichen auch geringe Toleranzen, so dass die Filterelemente dicht an ihrem Platz gehalten werden.
Es wird außerdem auf die 13A und 13B verwiesen, aus denen zu ersehen ist, dass der Ventilkörper 416 vier durchgehende Bohrungen 446a, 446b, 446c und 446d enthält, die für eine entsprechende Anzahl von Quetschventilen als Druckkammern dienen. Die obere Fläche 466 des Ventilkörpers enthält zwei Vertiefungsbereiche 468 und 470, von denen jede zwei Austrittöffnungen enthält und jede Austrittöffnung durch ein Ende einer entsprechenden Bohrung 446 gebildet wird. In dieser Ausführungsform enthält der erste vertiefte Abschnitt 468 Öffnungen 472 und 474, die durch die entsprechenden Bohrungen 446b bzw. 446a gebildet sind. Auf ähnliche Weise enthält der zweite vertiefte Abschnitt 470 Öffnungen 476 und 478, die durch entsprechende Bohrungen 446d bzw. 446c gebildet sind. Entsprechende Öffnungen sind auf der entgegengesetzten Fläche 479 des Ventilkörpers 416 ausgebildet.
Jede der Druckkammern 446a bis d enthält entweder ein Einlass-Quetschventilelement 480 oder ein Auslass-Quetschventil 481. Jedes der Quetschventilelemente 480, 481 ist ein ziemlich weiches, flexibles Element aus einem geeigneten Material wie beispielsweise Naturgummi, Latex oder Silikon. Jedes Ventilelement 480, 481 enthält einen zentralen, allgemein zylindrischen Körper 482 und zwei Flanschenden 484 mit einem breiteren Durchmesser als ihn der zentrale Körper 482 hat. 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 Fließpfad für das Pulver durch den Ventilkörper 416 zu einem entsprechenden der Zweige 452, 454 im ersten Y-Block 424. Ein Paar der Quetschventile (ein Saugventil und ein Zuführventil) kommuniziert also 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; ein Quetschventil steuert den Pulverfluss in die Pumpenkammer (Saugwirkung), und das andere Quetschventil steuert den Pulverfluss aus der Pumpenkammer hinaus (Zuführung). Der Außendurchmesser jedes zentralen Körperabschnitts 482 der Quetschventile ist kleiner als die Bohrungsdurchmesser seiner entsprechenden Druckkammer 446. Dadurch bleibt ein ringförmiger Raum um jedes Quetschventil frei, der als Druckkammer für das Ventil wirkt.
Der Ventilkörper 416 enthält Luftpassagen 486a bis d, die jeweils in Verbindung stehen mit den vier Druckkammerbohrungen 446a bis d, wie dies in 13B dargestellt ist. Diese Luftpassagen 486a bis d enthalten senkrechte Verlängerungen (zu ersehen aus 13B) 488a bis d. Diese vier Luftpassagenverlängerungen 488a, b, c, d stehen je in Fluid-Verbindung mit den entsprechenden 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. Für eine luftdichte Verbindung sind Dichtungen 490 vorgesehen.
Auf diese Weise steht jede der Druckkammern 446 des Ventilkörpers 416 in Fluid-Verbindung mit einer entsprechenden Luftöffnung 442 im Verteilerkörper 414, durch alle Innenpassagen durch den Verteilerkörper, den ersten Y-Block und den Ventilkörper. Kommt am Pumpenverteiler 414 Luft mit positivem Druck aus dem Versorgungsverteiler 404 (1) an, schließt sich das entsprechende Ventil 480, 481 durch den Luftdruck, der gegen die äußere flexible Fläche des flexiblen Ventilkörpers wirkt. Die Ventile öffnen sich aufgrund ihrer eigenen Rückprallfähigkeit und Elastizität, wenn der externe Luftdruck in der Druckkammer nicht mehr vorhanden ist. Diese echt pneumatische Betätigung umgeht jede Art von mechanischer Betätigung oder Verwendung von anderen Steuergliedern zum Öffnen und Schließen der Quetschventile, was eine bedeutende Verbesserung gegenüber den konventionellen Konstruktionen darstellt. Jedes der vier Quetschventile 480, 481 ist vorzugsweise für die Pistolenpumpe 402 getrennt steuerbar.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung besteht der Ventilkörper 416 vorzugsweise aus einem ausreichend transparenten Material, so dass eine Bedienungsperson visuell das Öffnen und Schließen der vorhandenen Quetschventile beobachten kann. Akrylharz ist ein geeignetes Material, jedoch können andere transparente Materialien verwendet werden. Die Möglichkeit, die Quetschventile zu sehen, ermöglicht auch eine gute visuelle Anzeige, falls ein Quetschventil nicht funktioniert, da das Pulver zu sehen ist.
Wie auch aus den 14A und 14B zu sehen ist, ist der verbleibende Teil der Pumpe das Einlassende 402b, das von einem zweiten Y-Block-Endkörper 492 gebildet wird. Der Endkörper 492 enthält erste und zweite Vertiefungen 494, 496, von denen jede dazu ausgebildet ist, einen Y-Block 498a bzw. 498b aufzunehmen. Einer der Y-Blöcke wird als Pulvereinlass und der andere als Pulverauslass verwendet. Bei jedem der Y-Blöcke 498 handelt es sich um ein der Abnutzung ausgesetztes Bauteil, weil seine Innenflächen dem Pulverfluss ausge setzt sind. Da der Körper 492 einfach am Ventilkörper 416 angeschraubt ist, können die abnutzbaren Teile einfach ersetzt werden, indem der Körper 491 abgenommen wird, ohne dass der Rest der Pumpe auseinander genommen werden muss.
Jeder Y-Block 498 enthält eine untere Austrittöffnung 500, die dazu ausgebildet ist, ein Passstück oder einen anderen geeigneten Schlauchverbinder 420, 422 (10A) aufzunehmen, wobei ein Passstück mit einem Schlauch 24 verbunden ist, der zu einem Pulvervorrat führt, und ein weiterer Schlauch 406 zu einem Sprühapplikator führt, beispielsweise zu einer Sprühpistole 20 (1). Jeder Y-Block enthält zwei Pulverpfadzweige 502a, 502b; 502c und 502d, die sich von der Austrittöffnung 500 fort erstrecken. Jeder der Pulverpfade in den zweiten Y-Blöcken 498 steht in Fluid-Verbindung mit einem entsprechenden Quetschventil 480, 481 im Quetschventilkörper 416. Auf diese Weise verzweigt sich Pulver, das am Einlass 420 in die Pumpe eintritt, durch einen ersten der beiden unteren Y-Blöcke 498 in zwei der Quetschventile und von dort in die Pumpenkammern. Auf ähnliche Weise vereinigen sich Pulverflüsse der beiden Pumpenkammern aus den anderen beiden Quetschventilen an einem einzigen Auslass 422 über den anderen unteren Y-Block 498.
Die Pulverfließpfade verlaufen wie folgt. Durch einen gemeinsamen Einlass 420 tritt Pulver ein und verzweigt sich über Pfade 502a oder 502b im unteren Y-Block 498b zu den beiden Einlass- oder Saug-Quetschventilen 480. Jedes der Einlass-Quetschventile 480 ist mit einer entsprechenden Pulverkammer 434, 436 über einen entsprechenden Zweig 452, 454 eines entsprechenden Pfades durch den ersten oder oberen A-Block 424 verbunden. Jeder der anderen Zweige 452, 454 des oberen Y-Block 424 empfängt Pulver aus einer entsprechenden Pumpenkammer, wobei das Pulver durch den ersten Y-Block 424 zu den beiden Auslass- oder Zuführ-Quetschventilen 481 fließt. Jedes der Auslass-Quetschventile 481 ist auch mit einem entsprechenden der Zweige 502 im unteren Y-Block 498a verbunden, wo das Pulver aus beiden Pumpenkammer für den einzigen Auslass 422 wieder zusammengeführt wird.
Die pneumatischen Fließpfade verlaufen wie folgt. Wenn eines der Quetschventile zu schließen ist, liefert der Verteiler 404 einen erhöhten Druck an die entsprechende Öffnung 442 im Verteilerkörper 414. Der erhöhte Luftdruck strömt durch die entsprechende Luftpassage 442, 444 im Verteilerkörper 414, entlang der entsprechenden Luftpassage 456 im ersten Y-Block 424 und in die entsprechende Luftpassage 486 im Ventilkörper 416 an die zugeordnete Druckkammer 446.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei einer Pumpe in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine Fließrate entsprechend einer Maßangabe möglich ist, deren Skala sich auf den prozentualen Füllgrad der Pulver-Pumpenkammern bezieht, das heißt, die Fließrate des Pulvers aus der Pumpe kann genau gesteuert werden durch die Steuerung der Öffnungszeit der Quetschventile, die den Pumpenkammern Pulver zuführen. Dadurch kann der Pumpenzyklus (d.h. die für das Füllen und Entleeren der Pumpenkammern erforderliche Zeit) so kurz sein, dass unabhängig von der Fließrate ein glatter Pulverfluss erreicht wird, da die Fließrate durch den Betrieb der Quetschventile getrennt gesteuert wird. Die Fließrate kann so vollständig durch die Steuerung der Quetschventile angepasst werden, ohne dass in jedem Fall physische Veränderung an der Pumpe vorgenommen werden müssen.
Die Reinigungs-Spülfunktion wird entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung stark vereinfacht. Weil die Erfindung vorsieht, dass Pulver an einem einzigen Ende in die Pumpenkammern eintritt und austritt, kann das entgegengesetzte Ende der Pumpenkammer für die Spülluft benutzt werden. Aus den 10A, 10C, 10E und 10G ist zu ersehen, dass ein Spülluft-Passstück 504 in das obere Ende der entsprechenden Pumpenkammer 438, 440 eingeführt ist. Die Passstücke 504 nehmen entsprechende Einwegventile 506 auf, die so angeordnet sind, dass nur ein Zustrom in die Pumpenkammern 438, 440 hinein möglich ist. Die Einwegventile 506 nehmen entsprechende Spülluft-Schlauchpassstücke 508 auf, an die ein Spülluftschlauch angeschlossen werden kann. Der Pumpe wird vom Versorgungsverteiler 404 auf die nachfolgend beschriebene Weise Spülluft zugeführt. Die Spülluft kann also geradewegs durch die Pulverpumpenkammern und durch den Rest des Pulverpfades innerhalb der Pumpe strömen und die Pumpe sehr effektiv für einen Farbenwechselvorgang reinigen. Die Bedienungsperson braucht keine besonderen Verbindungen oder Veränderungen vorzunehmen, um diesen Spülvorgang zu bewirken, was die Reinigungszeit verkürzt. Ist das System 10 einmal installiert, dann ist die Spülfunktion immer angeschlossen und betriebsbereit, was die für einen Farbenwechsel erforderliche Zeit signifikant verkürzt, weil die Spülfunktion durch das Steuersystem 39 ausgeführt werden kann, ohne dass die Bedienungsperson irgendeine Pulver- oder Pneumatikverbindung mit der Pumpe herstellen oder unterbrechen muss.
Aus den 1 und 10A ist zu entnehmen, dass, wenn alle vier Quetschventile 480, 481 offen sind, Spülluft gerade durch die Pumpenkammern strömt sowie durch die Pulverpfade im ersten Y-Block 424, durch die Quetschventile 480, 481 selbst, den zweiten Y-Block 498 und aus sowohl dem Einlass 420 als auch dem Auslass 422 hinaus. Es kann also Spülluft durch die ganze Pumpe und dann zum Sprühapplikator geführt werden, so dass diese Vorrichtung auch gereinigt wird, wie auch die Zuführschläuche bis zum Pulvervorrat 22. Entsprechend der Erfindung wird also ein Dichtphasen-Pumpenkonzept geschaffen, das sowohl eine Vorwärts- als auch eine Rückwärts-Reinigungsspülung ermöglicht.
Der in 15 dargestellte Versorgungsverteiler 404 ist essentiell eine Serie aus Magnetventilen und Luftquellen, die den Luftstrom an die Pumpe 402 steuern. Die in 15 dargestellte besondere Anordnung ist als Beispiel dargestellt und nicht als Einschränkung gedacht. Die Versorgung mit Luft für den Betrieb der Pumpe 402 kann ohne eine Verteileranordnung und auf unterschiedlichste Weise geschehen. Die Ausführungsform in 15 ist als besonders geeignet für die Anordnung mit einer ebenen Schnittstelle mit der Pumpe dargestellt, andere Verteileranordnungen können jedoch auch verwendet werden.
Der Versorgungsverteiler 404 enthält einen Versorgungsverteilerkörper 510 mit einer ersten ebenen Fläche 512, die auf der Oberfläche 448 des Pumpenverteilerkörpers 414 (11A) montiert wird, wie oben beschrieben wurde. Die Fläche 512 enthält also sechs Öffnungen 514, die gegenüber ihren jeweiligen Öffnungen 442 im Pumpenverteiler 414 ausgerichtet sind. Der Versorgungsvertei lerkörper 510 ist so bearbeitet, dass er die angemessene Anzahl und Anordnungen von Luftpassagen aufweist, so dass zu den korrekten Zeiten die jeweils erforderlichen Luftsignale an die Öffnungen 514 ausgegeben werden. Als solcher enthält der Versorger weiterhin eine Reihe von Ventilen, die verwendet werden, um den Luftstrom an die Öffnungen 514 sowie den Spülluftstrom zu steuern. Unterdruck wird im Verteiler 404 durch die Verwendung einer konventionellen Venturipumpe 518 erzeugt. System- oder Werkstattluft wird dem Verteiler 404 über geeignete Passstücke 520 zugeführt. Es ist nicht erforderlich, dass die Details der physischen Verteileranordnung und ihr Betrieb bei der vorliegenden Erfindung verstanden werden, da der Verteiler einfach betrieben wird, um Luftpassagen für Luftquellen zu schaffen, die für den Betrieb der Pumpe erforderlich sind; der Verteiler kann auf sehr unterschiedliche Weise ausgeführt sein. Die zu beachtenden Details werden statt dessen im Zusammenhang mit einem schematischen Diagramm des pneumatischen Stroms beschrieben. Hier wird jedoch bereits darauf hingewiesen, dass in Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung ein getrenntes Steuerventil für jedes der Quetschventile im Ventilkörper 414 für Zwecke vorgesehen ist, die nachfolgend beschrieben werden.
Unter Hinweis auf die 16 wird ein pneumatisches Diagramm für eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Luft 408 aus dem Luftanschluss tritt in den Versorgungsverteiler 404 ein und erreicht einen ersten Regler 532, um eine Pumpendruckquelle 534 für die Pumpenkammern 438, 440 sowie eine Luftquelle 405 für die Musterausbildung des Sprühapplikator 20 über Luftschlauch 406 zu versorgen. Ebenso wird Luft aus dem Luftanschluss als Quelle 536 für Spülluft unter der Steuerung eines Spülluft-Magnetventils 538 verwendet. Luft aus dem Luftanschluss wird ebenfalls einem zweiten Regler 540 zugeführt, um eine Venturi-Luftdruckquelle 542 zu erzeugen, die zum Betreiben der Venturipumpe (um Unterdruck für die Pumpenkammern 438, 440 zu erzeugen) verwendet wird und ebenso zum Erzeugen einer Quetsch-Luftquelle 544, mit der die Quetschventile 480, 481 betätigt werden.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung bietet die Verwendung des Magnetsteuerventils 538 oder einer anderen geeigneten Steuervorrichtung für die Spülluft eine mehrfache Reinigungsmöglichkeit. Der erste Aspekt besteht darin, dass zwei oder mehr unterschiedliche Drücke und Ströme für die Spülluft gewählt werden können, was einen weichen und einen harten Spülgang möglich macht. Es können neben einem Magnetventil noch andere Steueranordnungen vorgesehen sein, um zwei oder mehr Luftstromcharakteristika für die Reinigungsspülung vorzusehen. Entweder wählt das Steuersystem 39 einen weichen oder harten Spülgang oder diese Wahl kann durch eine manuelle Eingabe getroffen werden. Für einen weichen Spülgang wird ein geringerer Spülluftstrom durch den Versorgungsverteiler 404 in die Pumpendruckkammern 434, 436 geschickt, die aus dem ringförmigen Raum zwischen den porösen Elementen 438, 440 und ihren entsprechenden Bohrungen 434, 436 bestehen. Außerdem wählt das Steuersystem 39 einen Satz Quetschventile (Saug- oder Zuführventile) aus, die sich öffnen, während der andere Satz geschlossen wird. Die Spülluft zwängt sich durch die porösen Filter 438, 440 und in die offenen Ventile, um entweder das System vorwärts zur Sprühpistole 20 oder rückwärts zum Vorratsbehälter 22 durchzuspülen. Danach öffnet und schließt das Steuersystem 39 die jeweils entgegengesetzten Quetschventile. Ein weicher Spülgang kann auch gleichzeitig in beide Richtungen vorgenommen werden, indem alle vier Quetschventile geöffnet werden. Auf ähnliche Weise kann der Luftdruck auch ansteigend erhöht werden, um zusätzliches Pulver vom Schlauch und von der Pistole zu entfernen. Ein höherer Druck für den Spülluftstrom kann für einen härteren Reinigungsgang entweder vorwärts, rückwärts oder in beide Richtungen gleichzeitig eingesetzt werden. Die Reinigungsfunktion, die dadurch entsteht, dass Luft durch die porösen Elemente 438, 440 hindurchströmt, hilft auch, Pulver zu entfernen, das an den porösen Elementen haftet, was die nutzbare Lebensdauer der porösen Elemente verlängert.
Dem weichen Spülgang kann dann ein zweiter weicher Spülvorgang folgen, für den der Pulverversorgungsschlauch 406a, b von der Pistole getrennt wird und das freie Ende des Schlauches in die Sprühkabine oder in ihre Richtung gehalten wird. Der weiche Spülgang wird dann mit niedrigem Druck durchgeführt und kann ebenfalls auf einen mittleren Druck ansteigen, um Pulver aus dem Schlauch in die Sprühkabine zu blasen.
Ein harter oder Systemspülgang kann ebenfalls bei Verwendung der beiden Spülanordnungen 418a und 418b bewirkt werden. Der Systemspülgang kann durchgeführt werden, wenn die Pistole nach dem Ende des weichen Spülzyklus wieder mit dem Versorgungsschlauch verbunden ist. Während des Systemspülgangs kann der Luftstrom des weichen Spülgangs durch die porösen Elemente angeschaltet bleiben; er kann sogar während eines ganzen Farbenwechselvorgangs angeschaltet bleiben. Ein unter hohem Druck stehender Luftstrom kann durch die Spülluft-Passstücke 508 (Spülluft kann von dem Versorgungsverteiler 404 geliefert werden) eingegeben werden, und diese Luft strömt auf geradem Wege durch die Pulverpumpenkammer, die teilweise durch die porösen Elemente 438, 440 gebildet werden, und aus der Pumpe hinaus. Die Quetschventile 480, 481 können wieder wahlweise betätigt werden, je nachdem ob die Reinigungsspülung vorwärts oder rückwärts oder in beide Richtungen gleichzeitig erfolgen soll. Wenn der harte Spülgang durch die Pistole beendet ist, kann die Pistole wieder abgenommen werden, damit der Schlauch in die Kabine hinein einem harten Spülgang unterzogen werden kann. Werden die Düsenausführungen nach 23 und 25 verwendet, kann das Merkmal der zusätzlichen Luftzufuhr auch während eines Spülvorgangs und eines Farbenwechselvorgangs eingeschaltet bleiben.
Es wird bemerkt, dass die Möglichkeit, einen Spülvorgang nur in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung zu wählen, eine bessere Reinigung ermöglicht, denn, wenn das Durchspülen nur in beide Richtungen gleichzeitig vorgenommen werden kann, dann strömt die Spülluft durch den Pfad, der den geringsten Widerstand bietet, was dazu führt, dass einige Pulverpfadbereiche möglicherweise nicht ausreichend gereinigt werden. Wenn beispielsweise ein Sprühapplikator und ein Vorratstrichter gereinigt werden sollen, dann strömt die Spülluft tendenziell aus dem Applikator hinaus, wenn dieser ganz geöffnet ist, und reinigt möglicherweise den Trichter nicht in ausreichender Weise.
Die Erfindung schafft auf diese Weise eine Pumpenkonstruktion, mit der praktisch ohne Eingreifen einer Bedienungsperson der gesamte Pulverpfad vom Vorratsbehälter bis durch die Sprühpistole hindurch getrennt oder gleichzeitig gereinigt werden kann. Die Wahlmöglichkeit eines weichen Spülgangs kann nützlich sein, um Pulverreste sanft aus dem Fließpfad zu entfernen, bevor Luft des harten Spülgangs auf den Pulverpfad trifft, wodurch ein Anschmelzen oder andere schädliche Effekte vermieden werden, die auftreten können, wenn sofort mit dem harten Aufprall gearbeitet wird.
Der positive Luftdruck 542 für das Venturisystem tritt in ein Magnetsteuerventil 546 ein und strömt von dort in die Venturipumpe 518. Die Ausgabe 518a der Venturipumpe ist ein Unterdruck oder ein partielles Vakuum, das einem Einlass von zwei Pumpen-Magnetventilen 548, 550 zugeführt wird. Die Pumpenventile 548 und 550 werden für die Steuerung der Zufuhr von positivem Druck oder Unterdruck an die Pumpenkammern 438, 440 verwendet. Zusätzliche Einlässe der Ventile 548, 550 empfangen Luft positiven Drucks von einem ersten Servoventil 552, das Pumpendruckluft 534 erhält. Die Ausgänge der Pumpenventile 548, 550 sind mit je einem entsprechenden Ausgang der Pumpenkammern über das oben beschriebene Luftpassagenschema verbunden. Es wird darauf hingewiesen, dass eine schematische Angabe anzeigt, dass die Spülluft 536 die porösen Rohre 438, 440 passiert.
Die Pumpenventile 550 und 552 werden für die Betriebssteuerung der Pumpe 402 verwendet, indem abwechselnd positiver Druck und Unterdruck an die Pumpenkammern angelegt wird, üblicherweise 180° phasenverschoben, so dass dann, wenn eine Kammer unter Druck steht, die andere unter Unterdruck steht, und umgekehrt. Auf diese Weise füllt sich eine Kammer mit Pulver, während die andere sich leert. Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Pumpenkammern vollständig mit Pulver „füllen" können oder nicht. Es wird noch erklärt werden, dass sehr geringe Pulverfließraten bei Anwendung der vorliegenden Erfindung genau gesteuert werden können, indem die unabhängigen Steuerventile für die Quetschventile verwendet werden. Das heißt, die Quetschventile können unabhängig von der Zyklusrate der Pumpenkammern gesteuert werden, während jedes Pumpenzyklus mehr oder weniger Pulver in die Kammern zu lassen.
Quetschventilluft 544 wird vier Quetschventil-Steuermagneten 554, 556, 558 und 560 zugeführt. Es werden vier Ventile verwendet, damit vorzugsweise eine unabhängige Zeitgabesteuerung der Betätigung jedes der vier Quetschventile 480, 481 möglich ist. In 16 bezieht sich der Ausdruck „Zuführ-Quetschventil" auf jene beiden Quetschventile 481, durch die Pulver aus den Pumpenkammern austritt, und „Saug-Quetschventil" bezieht sich auf jene beiden Quetschventile 480, durch die Pulver in die Pumpenkammern hinein transportiert wird. Obgleich dasselbe Bezugszeichen verwendet wird, wird jedes Saug-Quetschventil und jedes Zuführ-Quetschventil getrennt gesteuert.
Ein erstes Zuführ-Magnetventil 554 steuert den Luftdruck für ein erstes Zuführ-Quetschventil 481; ein zweites Magnetventil 558 steuert den Luftdruck für ein zweites Zuführ-Quetschventil 481; ein erstes Saug-Magnetventil 556 steuert den Luftdruck an ein erstes Saug-Quetschventil 480 und ein zweites Saug-Magnetventil 560 steuert den Luftdruck an ein zweites Saug-Quetschventil 480.
Das pneumatische Diagramm der 16 illustriert also den funktionellen Luftstrom, das der Verteiler 404 als Reaktion auf unterschiedliche Steuersignale vom Steuersystem 39 (1) erzeugt.
Unter Hinweis auf die 17A und 17B und in Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung ist auch eine Transferpumpe 400 vorgesehen. Viele Aspekte der Transferpumpe sind die gleichen oder sind ähnlich der Pumpe 402 des Sprühapplikators und brauchen darum nicht im Detail wiederholt zu werden.
Obgleich eine Pistolenpumpe 402 auch als Transferpumpe verwendet werden kann, wird eine Transferpumpe hauptsächlich dazu verwendet, größere Mengen Pulver zwischen Behältern so schnell wie erforderlich zu bewegen. Obgleich eine hier beschriebene Transferpumpe nicht mit dem gleichen unabhängigen Vierwege-Quetschventilbetrieb ausgestattet ist, kann ein Transferventil mit dem gleichen Steuerprozess wie die Pistolenpumpe betätigt werden. So erfordern beispielsweise einige Anwendungen, dass große Materialmengen auf große Flä chen aufgebracht werden, die endgültige Bearbeitungsqualität jedoch weiterhin der Steuerung unterliegt. Als eine Pumpe für die Applikatoren könnte eine Transferpumpe verwendet werden, indem die vier unabhängigen Quetschventil-Steuerabläufe ebenfalls eingesetzt werden, die hier beschrieben wurden.
Im System nach 1 wird eine Transferpumpe 400 dazu verwendet, Pulver aus dem Rückgewinnungssystem 28 (beispielsweise einem Fliehkraftabscheider) zurück ins Zuführzentrum 22 zu transportieren. Ebenso wird eine Transferpumpe 410 dazu verwendet, unbenutztes Pulver aus einem Vorratsbehälter, beispielsweise einem Karton, an das Zuführzentrum 22 zu transportieren. Bei solchen Beispielen und auch bei anderen spielen die Fließeigenschaften keine so große Rolle bei einer Transferpumpe, weil der Pulverfluss nicht an einen Sprühapplikator transportiert wird. In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung ist die Pistolenpumpe darum so modifiziert, dass sie mit den zu erwartenden Leistungen einer Transferpumpe zusammenwirkt.
Um die Pulverfließrate im Zusammenhang mit der Transferpumpe 400 zu erhöhen, sind größere Pumpenkammern erforderlich. In der Ausführungsform nach 17A und 17B ist der Pumpenverteiler ersetzt durch zwei längliche, rohrförmige Gehäuse 564 und 566, die längere poröse Rohre 568 und 570 umschließen. Die längeren Rohre 568, 570 können eine größere Pulvermenge während jedes Pumpenzyklus aufnehmen. Die porösen Rohre 568, 570 weisen einen geringfügig kleineren Durchmesser auf als die Gehäuse 564, 566, so dass zwischen ihnen ein ringförmiger Raum vorhanden ist, der als Druckkammer sowohl für positiven als auch für Unterdruck dient. Es sind Luftschlauch-Passstücke 572 und 574 vorgesehen, um Luftschläuche anzuschließen, die auch mit einer Quelle für positiven Druck und Unterdruck an einem Luftversorgungssystem einer Transferpumpe verbunden sind, das nachfolgend beschrieben wird. Da kein Pumpenverteiler verwendet wird, wird die pneumatische Energie individuell in die Pumpe 400 geliefert.
Die Luftschlauch-Passstücke 572 und 574 stehen in Fluid-Verbindung mit den Druckkammern innerhalb des entsprechenden Gehäuses 564 bzw. 566. Auf diese Weise wird Pulver in die Pulverkammern 568, 570 wie bei der Konstruktion der Pistolenpumpe durch Unterdruck hineingesogen bzw. aus diesen Pulverkammern durch positiven Druck hinausgedrückt. Auf ähnliche Weise sind auch Spülauslassanordnungen 576 und 578 vorgesehen, die auf die gleiche Weise wirken wie im Aufbau der Pistolenpumpe, einschließlich der Einwegventile 580, 582.
Es ist ein Ventilkörper 584 vorgesehen, der vier Quetschventile 585 enthält, die den Pulverfluss in die Pumpenkammern 568 und 570 hinein und aus ihnen heraus steuern, wie dies beim Pistolenpumpenaufbau auch der Fall ist. Wie bei der Pistolenpumpe sind die Quetschventile in den entsprechenden Druckkammern im Ventilkörper 584 so angeordnet, dass sie sich bei positivem Luftdruck schließen und sich aufgrund der ihnen eigenen federnden Elastizität öffnen, wenn der positive Druck entfernt wird. Ein anderes Betätigungsschema wird jedoch für die Quetschventile verwendet, wie es nachfolgend beschrieben wird. Ein oberer Y-Block 586 und ein unterer Y-Block 588 sind ebenfalls vorgesehen, um, wie bei der Konstruktion der Pistolenpumpe, einen verzweigten Pulverfließpfad zu schaffen. Ein unterer Y-Block 588 steht so auch in Verbindung mit einem Pulvereinlass-Passstück 590 und einem Pulverauslass-Passstück 592. So fließt Pulver vom einzigen Einlass hinein in beide Pumpenkammern 568, 570 über die entsprechenden Quetschventile und den oberen Y-Block 586, und Pulver fließt aus den Pumpenkammern 568, 570 hinaus durch entsprechende Quetschventile an den einzigen Auslass 592. Die verzweigten Pulverfließpfade sind auf eine Weise verwirklicht, die der der Ausführungsform der Pistolenpumpe gleicht und eine Beschreibung braucht hier nicht wiederholt zu werden. Wie auch die Pistolenpumpe, kann die Transferpumpe ebenfalls im unteren Y-Block 588 Teile oder Einsätze, die der Abnutzung unterliegen, als austauschbare Teile enthalten.
Da kein Pumpenverteiler in der Transferpumpe verwendet wird, sind getrennte Lufteinlässe 594 und 596 für die Betätigung der Quetschventile vorgesehen, die in den Druckkammern angeordnet sind, wie dies bei der Pistolenpumpenkonstruktion der Fall ist. Obwohl vier Quetschventile vorhanden sind, sind aus nachfolgend beschriebenen Gründen nur zwei Lufteinlässe erforderlich. Eine Endkap pe 598 kann dazu verwendet werden, die Gehäuse ausgerichtet zu halten und eine Struktur für die Luft-Passstücke und Spül-Passstücke zu bilden.
Weil die Flussmenge bei der Transferpumpe von größerem Interesse ist als die Qualität des Pulverflusses, ist eine individuelle Steuerung aller vier Quetschventile nicht erforderlich, obwohl sie als Alternative vorgenommen werden könnte. So, wie es vorgesehen ist, können Quetschventilpaare in Koinzidenz mit der Pumpenzyklusrate gleichzeitig betätigt werden. Mit anderen Worten, wenn die eine Pumpenkammer sich mit Pulver füllt, liefert die andere Pulver aus, und entsprechende Paare von Quetschventilen werden so geöffnet und geschlossen. Die Quetschventile können synchron betätigt werden durch das Anlegen von positivem Druck bzw. Unterdruck an die Pumpenkammern. Außerdem können einzelne Lufteinlässe zu den Druckkammern der Quetschventile verwendet werden, indem innen entsprechende Paare von Druckkammern für Quetschventilpaare, die gemeinsam betätigt werden, verbunden werden. So werden zwei Quetschventile als Zuführventile für das die Pumpe verlassende Pulver verwendet, und zwei Quetschventile als Saugventile für das in die Pumpe hineinzusaugende Pulver. Da jedoch die Pumpenkammern abwechseln zuführen und saugen, ist während jeden Halbzyklus ein Saug-Quetschventil offen und eine Zuführ-Quetschventil offen, jedes verbunden mit unterschiedlichen Pumpenkammern. Innen sind darum der Ventilkörper 584 der 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 ist der Fall bei Quetschventilpaaren, bei denen jedes Quetschventil mit einer anderen Pumpenkammer verbunden ist. Die Verbindung untereinander kann durch einfache kreuzweise Passagen innerhalb des Ventilkörpers zwischen den Druckkammerpaaren ausgeführt sein.
Das in 18 dargestellte pneumatische Diagramm für die Transferpumpe 400 ist gegenüber einer Pumpe, die zusammen mit einem Sprühapplikator verwendet wird, etwas vereinfacht. Leitungsluft 408 wird in eine Venturipumpe 600 eingelassen und wird dazu verwendet, Unterdruck für die Transferpumpenkammern zu erzeugen. Leitungsluft wird ebenfalls einem Regler 602 zugeführt, wobei die entsprechenden Einlässe von ersten und zweiten Kammer-Magnetventilen 604, 606 mit Zuführluft versorgt werden. Die Kammerventile empfangen ebenfalls den Unterdruck von der Venturipumpe 600 als eine Eingabe. Die Magnetventile 604, 606 weisen entsprechende Ausgänge 608, 610 auf, die in Fluid-Verbindung mit den entsprechenden Druckkammern der Transferpumpe stehen.
Die Magnetventile in dieser Ausführungsform werden nicht elektrisch, sondern durch Luft betätigt. Dementsprechend werden Luftsignale 612 und 614 eines pneumatischen Zeitgabe- oder Wechselventils 616 dazu verwendet, die Ventile 604, 606 zwischen Ausgaben von positivem Druck und Unterdruck an die Druckkammern der Pumpe alternieren zu lassen. Ein Beispiel für ein geeignetes pneumatisches Zeitgabe- oder Wechselventil ist das Modell S9 568/68-1/4-SO von Hoerbiger-Origa. Wie bei der Pistolenpumpe alterniert der Betrieb der Pumpenkammern auf eine Weise, dass, während eine sich füllt, die andere sich entleert. Das Wechsel-Zeitgabesignal 612 wird ebenfalls benutzt, um ein Vierwegeventil 618 zu betätigen. Leitungsluft wird durch einen Regler 620 auf einen geringeren Druck reduziert, um Quetschluft 622 für die Quetschventile der Transferpumpe zu erzeugen. Die Quetschluft 622 wird dem Vierwegeventil 618 zugeführt. Die Quetschluft wird den Quetschventilen 624 für die eine Pumpenkammer und 626 für die andere Pumpenkammer auf eine Weise zugeführt, dass zugeordnete Paare während derselben Zykluszeiten wie die Pumpenkammern zusammen geöffnet und geschlossen werden. Wenn beispielsweise das Zuführ-Quetschventil 624a zu der einen Pumpenkammer offen ist, 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 Zustand während der zweiten Hälfte jedes Pumpenzyklus um, so dass die Pumpenkammern wie bei der Pistolenpumpe ihren Zustand abwechseln. Da die Quetschventile mit demselben Zeitgabezyklus betätigt werden wie die Pumpenkammern, wird ein ununterbrochener Pulverfluss erzielt.
In 19 ist eine ebenfalls mögliche Ausführungsform des Pneumatikschaltkreises der Transferpumpe dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die Betriebsweise der Pumpe grundsätzlich die gleiche, es wird jetzt jedoch ein einziges Ventil 628 für das alternierende Zuführen von positivem Druck und Unterdruck an die Pumpenkammern verwendet. In diesem Fall wird ein pneumatischer Frequenzgenerator 630 verwendet. Eine geeignete Vorrichtung ist das Modell 81 506 490 von Crouzet. Der Generator 630 erzeugt ein variierendes Luftsignal, das das Kammer-Vierwegeventil 628 und das Quetsch-Vierwegeventil 618 betätigt. Damit werden die alternierenden Zyklen der Pumpenkammern und der zugeordneten Quetschventile erzielt.
20 illustriert einen Fließsteuerungsaspekt der vorliegenden Erfindung, der durch die unabhängige Steuerung der Quetschventile 480, 481 ermöglicht wird. Diese Darstellung dient der Erläuterung und gibt keine tatsächlich gemessenen Daten wieder; eine typische Pumpe entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt jedoch ein ähnliches Leistungsverhalten. Die graphische Darstellung gibt die Gesamtfließrate in kg pro Stunde aus der Pumpe gegenüber der Pumpenzykluszeit an. Eine übliche Pumpenzykluszeit von 400 Millisekunden bedeutet, dass jede Pumpenkammer sich als Ergebnis der Anwendung von Unterdruck und positivem Druck an die Druckkammern, die die porösen Elemente umgeben, während eines 400 Millisekunden langen Zeitfensters füllt oder entlädt. Jede Kammer füllt und entlädt sich also während einer Gesamtzeit von 800 Millisekunden. Die graphische Darstellung A zeigt einen typischen Verlauf, wenn die Quetschventile mit den gleichen Zeitintervallen betätigt werden wie die Pumpenkammern. Das erzeugt für eine gegebene Zykluszeit den maximalen Pulverfluss. Wenn also die Zykluszeit zunimmt, dann nimmt die Menge des Pulverflusses ab, weil die Pumpe langsamer arbeitet. Die Fließrate erhöht sich also, wenn die Zykluszeit abnimmt, weil die Zeit, die tatsächlich erforderlich ist, um die Pumpenkammern zu füllen, viel kürzer ist als die Pumpenzykluszeit. Auf die Weise besteht ein direktes Verhältnis zwischen dem langsamen oder schnellen Betrieb der Pumpe (Pumpenzykluszeit basierend auf der Zeitdauer zum Anwenden von Unterdruck und positivem Druck auf die Pumpendruckkammern) und der Pulverfließrate.
Die graphische Darstellung B ist von Bedeutung, weil sie darstellt, dass die Pulverfließrate, insbesondere niedrige Fließraten, durch das Ändern der Quetsch ventil-Zykluszeit gegenüber der Pumpenzykluszeit, gesteuert und ausgewählt werden können. Durch das Verkürzen der Zeit, während der die Saug-Quetschventile offen bleiben, tritt beispielsweise weniger Pulver in die Pumpenkammer, unabhängig davon, wie lange die Pumpenkammer sich im Saugmodus befindet. Aus der graphischen Darstellung A der 20 geht beispielsweise hervor, dass bei einer Pumpenzykluszeit von 400 Millisekunden eine Fließrate von etwa 18 kg (39 lbs) pro Stunde, wie bei Punkt X, erreicht wird. Sind jedoch die Quetschventile in einer Zeit von weniger als 400 Millisekunden geschlossen, dann fällt die Fließrate zu Punkt Y oder etwa 5 kg (11 lbs) pro Stunde ab, obgleich die Pumpenzykluszeit bei 400 Millisekunden bleibt. Damit wird ein gleichbleibend gleichmäßiger Pulverfluss auch bei niedrigen Fließraten sichergestellt. Ein gleichmäßigerer Pulverfluss wird durch höhere Pumpenzyklusraten bewirkt, aber, wie oben bemerkt, würde das auch höhere Pulverfließraten erzeugen. Um also niedrige Pulverfließraten bei gleichmäßigem Pulverfluss zu erreichen, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Steuerung der Pulverfließrate auch für schnellere Pumpenzyklusraten, weil die Möglichkeit besteht, die Betätigung der Saug-Quetschventile individuell zu steuern, und, wahlweise, auch die Betätigung der Zuführ-Quetschventile. Eine Bedienungsperson kann eine Fließrate leicht dadurch verändern, das sie einfach eine gewünschte Rate eingibt. Das Steuersystem 39 ist so programmiert, dass die gewünschte Fließrate durch eine geeignete Einstellung der Öffnungszeiten der Quetschventile bewirkt wird. Die Erfindung hat die Aufgabe, dass diese Fließratensteuerung genau genug ist, dass es sich dabei um ein Fließraten-Steuerschema als offene Regelschleife handelt im Gegensatz zu einem System mit geschlossener Regelschleife, bei dem ein Sensor die tatsächlichen Fließraten misst. Für gegebene Gesamtsystemkonstruktionen zum Messen von Fließraten bei unterschiedlichen Pumpenzyklus- und Quetschventil-Zykluszeiten können empirisch Daten gesammelt werden. Diese empirischen Daten können dann als Rezepte für Materialfließraten gespeichert werden und damit dem Steuersystem zur Verfügung stehen, damit es bei Anforderung einer speziellen Fließrate weiß, welche Quetschventil-Zykluszeiten diese Rate erbringen. Die Steuerung der Fließrate, insbesondere der niedrigen Fließraten, ist genauer und erzeugt einen besseren, gleichmäßigeren Fluss, wenn die Öffnungs- oder Saugzeiten der Quetschventile angepasst werden als wenn die Pumpenzykluszeiten verlangsamt werden, wie dies bei bekannten Systemen der Fall war. Die Erfindung schafft also eine skalierbare Pumpe, mit der die Fließrate des Materials aus der Pumpe gesteuert werden kann, falls gewünscht, ohne dass die Pumpenzyklusrate verändert wird.
21 stellt das Pumpensteuerkonzept der vorliegenden Erfindung dar. Die graphische Darstellung A zeigt die Fließrate gegenüber der Öffnungszeit von Quetschventilen bei einer Pumpenzyklusrate von 500 Millisekunden an und die graphische Darstellung B die Daten für eine Pumpenzyklusrate von 800 Millisekunden. Beide Darstellung beziehen sich auf hier beschriebene duale Kammerpumpen. Als erstes wird festgestellt, dass in beiden graphischen Darstellungen die Fließrate bei zunehmenden Öffnungszeiten der Quetschventile zunimmt. Aus der Darstellung B geht jedoch hervor, dass die Fließrate ein Maximum oberhalb einer bestimmbaren Öffnungszeit von Quetschventilen erreicht. Das ist so, weil unabhängig von der Länge der Öffnungszeit der Quetschventile, nur eine bestimmte Menge Pulver die Pumpenkammern füllen kann. Die Darstellung A würde ein ähnliches Plateau anzeigen, wenn sie für die gleiche Quetschventilzeiten ausgeführt wäre. Beide graphischen Darstellungen stellen auch dar, dass es ein bestimmbares Minimum für die Öffnungsdauer von Quetschventilen gibt, um überhaupt einen Pulverfluss aus der Pumpe zu erreichen. Das ist so, weil die Quetschventile lange genug geöffnet sein müssen, dass Pulver tatsächlich in die Pumpenkammern hineingesaugt und aus ihnen hinausgedrückt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass im allgemeinen die schnellere Pumpenrate der Darstellung A für eine gegebene Quetschventildauer eine höhere Fließrate schafft.
Die hier angegebenen Daten und Werte und graphischen Darstellungen haben den Zweck als Beispiele und nicht als Einschränkungen zu gelten, da sie in starkem Maße von dem tatsächlichen Aufbau der Pumpe abhängen. Das Steuersystem 39 ist leicht zu programmieren, um unterschiedliche Fließraten zu liefern, indem einfach das Steuersystem 39 die Öffnungszeiten der Quetschventile und die Saug/Druck-Zeiten für die Pumpenkammern einstellt. Diese Funktionen werden durch die Materialfließratensteuerung 632 durchgeführt.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Materialfließrate durch das Einstellen der Zeitdauer gesteuert werden, während der Saugwirkung auf die Pumpendruckkammer wirkt, um Pulver in die Pulverpumpenkammer zu saugen. Während der Gesamtpumpenzyklus konstant gehalten werden kann, beispielsweise bei 800 Millisekunden, kann die Zeitdauer, während der tatsächlich Saugwirkung während der 400 Millisekunden Füllzeit ausgeübt wird, so eingestellt werden, dass die in die Pulverpumpenkammer hineingesogene Pulvermenge gesteuert wird. Je länger das Vakuum angelegt wird, um so mehr Pulver wird in die Kammer gezogen. Damit ist eine Steuerung und Anpassung der Materialfließrate abgetrennt vom Einsatz der Steuerung von Saug- und Zuführ-Quetschventilen möglich.
Die Benutzung von getrennten Quetschventilsteuerungen kann jedoch die Materialfließratensteuerung bei dieser alternativen Ausführungsform verstärken. Wie beschrieben, kann beispielsweise die Saugzeitdauer so eingestellt werden, dass die während jedes Zyklus in die Pulverkammer hineingesogene Pulvermenge gesteuert wird. Indem auch die Betätigung der Quetschventile gesteuert wird, kann die Zeitgabe, wann diese Saugwirkung erfolgt, ebenfalls gesteuert werden. Eine Saugwirkung tritt nur dann auf, wenn Unterdruck an der Druckkammer anliegt, aber auch nur, während das Saug-Quetschventil offen ist. Darum kann dann, wenn die Saugzeit beendet ist, das Saug-Quetschventil geschlossen und der Unterdruck an der Druckkammer abgeschaltet werden. Das hat mehrere Vorteile. Ein Vorteil ist es, dass durch das Entfernen der Saugkraft von der Druckkammer die Venturipumpe, die den Unterdruck erzeugt, weniger Druckluftverbrauch hat. Ein anderer Vorteil liegt darin, dass die Saugperiode vollständig von der Zuführperiode (die Zuführperiode ist der Zeitabschnitt, während dessen der Druckkammer positiver Druck zugeführt wird) isoliert ist, so dass zwischen Saugen und Zuführen keine Überlappung stattfindet. Das verhindert das Auftreten eines Rückstroms in der Übergangszeit zwischen Saugen und Zuführen von Pulver in die oder aus der Pulverpumpenkammer. Durch die Verwendung einer unabhängigen Quetschventilsteuerung zusammen mit der Steuerung der Saugzeit kann so die Zeitgabe gesteuert werden, wann der Saugvorgang auftritt, zum Beispiel in der Mitte des Saugabschnitts des Pumpenzyklus, um ein Überlappen mit dem Zuführzyklus zu verhindern, wenn positiver Druck ausgeübt wird. Wie bei der hierin beschriebenen Ausführungsform für die Verwendung der Quetschventile zum Steuern der Materialfließrate, kann diese alternative Ausführungsform empirische Daten oder andere geeignete Analysen dazu verwenden, die angemessenen Saugdauerzeiten und optionale Quetschventil-Betätigungszeiten zu bestimmen, um durch Steuerung die erwünschten Fließraten zu erzielen.
Die Erfindung hat also die Aufgabe, eine skalierbare Pumpenabgabe für die Materialfließrate zu schaffen, was bedeutet, dass die Bedienungsperson die Fließratenabgabe der Pumpe auswählen kann, ohne dass sie am System andere Veränderungen vornehmen muss als die Eingabe der gewünschten Fließrate. Das kann geschehen mit Hilfe jeder angenehm zu bedienenden Schnittstellenvorrichtung wie einer Tastatur oder einem anderen geeigneten Mechanismus, oder die Fließraten können in das Steuersystem 39 als Teil der Rezepte für das Aufbringen von Material auf ein Objekt programmiert werden. Solche Rezepte enthalten im allgemeinen Dinge wie Fließraten, Spannungen, Luftstromsteuerung, Musterformvorgänge, Auslösezeiten usw.
Unter Hinweis auf 26 wird eine ebenfalls mögliche Ausführungsform für die Versorgung der Pistole und der Transferpumpen mit Unterdruck dargestellt. Obgleich 26 nur eine einzige Pumpe mit zwei Pumpenkammern 1 und 2 darstellt, kann das Konzept auf eine Mehrzahl von Pumpen eingerichtet werden und ist auch anwendbar auf sowohl die Pistolenpumpen- als auch die Transferpumpenkonzepte dieser Schrift.
Es ist eine Aufgabe, dass die Erfindung für Anwendungen eingesetzt werden kann, die eine große Anzahl von Pistolen und Pumpen einsetzen. Wenn das System größer wird, dann besteht ein Bedarf an einer Mehrzahl von Venturipumpen, um den für den Saugzyklus der Pulverpumpen erforderlichen Unterdruck zu erzeugen. Es ist außerdem einzusehen, dass, wenn Unterdruck angefordert wird, es in der Anordnung nach 16, 19 und 20 der Bauart entsprechend Verzögerungen gibt, weil zum Aufbauen des Unterdrucks die Venturipumpen im Betrieb sein müssen. Außerdem konsumieren die Venturipumpen Druckluft, wenn sie nicht abgeschaltet sind, auch dann, wenn kein Unterdruck angefordert wird.
Um die Effizienz des Systems zu verbessern, kann ein Sammelbehälter oder Reservoir 1000 dem System hinzugefügt werden, um Unterdruck zu speichern, so dass immer ein Vorrat an Unterdruck vorhanden ist, wenn er für die Pumpenkammern angefordert wird, und die Unterdruckpumpen unabhängig von der Anforderung nach Unterdruck von den Pumpenkammern betrieben werden können. In 26 kann der Unterdruck-Pumpenausgang 1002 mit dem Einlass zu einem Reservoir 1000 über ein Einwegventil 1004 verbunden sein. Das Einwegventil 1004 kann dazu verwendet werden, selbst nach dem Abschalten des Systems im Reservoir Unterdruck zu speichern. Eine weitere Steuervorrichtung wie das Ventil 1006 verbindet den Ausgang des Reservoirs 1000 mit den Steuermagneten 1008 und 1010, die das Anlegen von positivem Druck und Unterdruck an die Pumpenkammern steuern. Beispielsweise entsprechen in der Ausführungsform nach 16 das Ventil 1008 und 1010 den Ventilen 548, 550; in der Ausführungsform nach 18 entspricht das Ventil 1008 und 1010 den Ventilen 604, 606; und in der Ausführungsform nach 19 entsprechen die Ventile 1008 und 1010 dem Ventil 628.
Mit der Verwendung des Reservoirs 1000 kann die Venturipumpe entladen oder abgeschaltet werden, so dass sie keine Druckluft verbraucht, bis das Reservoir soweit entleert ist, dass es wieder aufgefüllt werden muss. Es kann ein Sensor (nicht gezeigt) verwendet werden, um zu bestimmen, wann die Venturipumpe wieder angeschaltet werden muss.
Eine geeignete Unterdruckpumpe ist eine Venturipumpe, wie sie in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurde. In jenen Ausführungsformen kann die Venturipumpe auf dem Verteiler 404 (1 und 15) angeordnet sein. Das Konzept des Reservoirs kann in einer alternativen Form realisiert werden. Die Mehrzahl von Unterdruckpumpen 1002 kann im Gehäuse der Steuerung oder an einem anderen Platz zusammen mit dem Vorratsbehälter 1000 vorgesehen sein. Individuelle Versorgungsleitungen können dann vom Ausgang des Reservoirs zu den unterschiedlichen Steuermagneten für die Pumpenkammern vorgesehen sein, die auf dem Verteiler 404 angeordnet sein können. Die Verteiler 404 können an einem Platz mit den Pumpen und dem Reservoir oder an einem anderen Platz je nach Erfordernis angeordnet sein.
Die Beschreibung der Erfindung bezieht sich auf die bevorzugte Ausführungsform. Modifikationen und Abänderungen werden anderen Personen nach dem Lesen und Verstehen dieser Spezifikation und der Zeichnungen in den Sinn kommen. Die Erfindung soll alle solche Modifikationen und Änderungen insofern mit einschließen, als sie sich im Umfangsbereich der beigefügten Ansprüche oder ihrer Äquivalente befinden.

Claims

Pulverbeschichtungssystem mit einer Pulverpumpe und einer Pulversprühpistole, bei dem die Pumpe mindestens eine Pumpenkammer aufweist, die in Fluidverbindung mit einer Pulverzuführung und einer Pulversprühpistole steht, wobei die Pumpenkammer selektiv von der Verbindung mit der Pistole und der Zuführung abgedichtet ist, einer Sprühdüse an der Pistole, wobei die Sprühdüse einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei der Auslass eine Querschnittsfläche hat, die gleich oder größer als die Querschnittsfläche des Einlasses ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe einen dichtphasigen Pulverstrom erzeugt.
Pulverbeschichtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Düse mit einem Düsenkörper ausgebildet ist, der an einem Auslassende einen Deflektor aufweist, der einen Auslass bildet, durch den Pulver die Düse verläßt, und mit einem Pulverströmungspfad durch einen inneren Abschnitt des Düsenkörpers, wobei der Strömungspfad einen Einlass aufweist und der Auslass einen Querschnittsfläche hat, die größer als oder gleich der Querschnittsfläche des Einlasses ist.
Pulverbeschichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Auslasses größer als die Querschnittsfläche des Einlasses ist.
Pulverbeschichtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Düseneinsatz vorgesehen ist, der in den Düsenkörper eingesetzt ist und den Einlass bildet, dass der Einlass dazu ausgebildet ist, ein Ende eines Pulverzuführschlauches aufzunehmen, daß in dem Einsatz zwischen dem Einlass und dem Auslass eine Expansionskammer gebildet ist, die zum Auslass offen ist, und dass die Expansionskammer ein Volumen aufweist, das vom Einlass zum Auslass zunimmt.
Pulverbeschichtungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionskammer konisch ausgebildet ist.
Pulverbeschichtungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Düseneinsatz eine oder mehrere Luftdüsen zum Einlassen von Druckluft in die Expansionskammer aufweist.
Pulverbeschichtungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdüsen in Fluidverbindung mit einer Luftpassage in dem Düsenkörper stehen, dass die Luftpassage in Verbindung mit einer Druckluftquelle steht, wenn die Düse an der Sprühpistole installiert wird, und dass ein Luftfilter in der Luftpassage innerhalb des Düsenkörpers vorgesehen ist und verhindert, dass Pulver in die Luftpassage zurückfließt.
Pulverbeschichtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Passage vorgesehen ist, die sich zumindest teilweise durch den Düsenkörper erstreckt, dass eine Ladeelektrode in der Passage angeordnet ist und durch ein vorderes Ende der Düse verläuft, um Pulver aufzuladen, das die Düse während eines Sprühvorganges verläßt.
Pulverbeschichtungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Passage Druckluft erhält, um die Elektrode zu reinigen.
Pulverbeschichtungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode eine Elektrodenspitze hat, die sich innerhalb der Pulverwolke befindet, die die Düse verläßt.
Pulverbeschichtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Deflektor und der Auslass ein im wesentlichen konisches Sprühmuster erzeugen.
Pulverbeschichtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Deflektor und der Auslass ein im wesentlichen flaches Sprühmuster erzeugen.
Pulverbeschichtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Deflektor mit dem Düsenkörper durch eines oder mehrere Elemente verbunden ist, dass eine Passage vorgesehen ist, die sich zumindest teilweise durch das Element erstreckt und darin eine Ladeelektrode aufnimmt, und dass sich die Ladeelektrode teilweise durch das Innere des Düsenkörpers aus dem Pulverfließpfad heraus erstreckt.
Pulverbeschichtungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode eine Spitze hat, die sich aus einem Vorderabschnitt des Düsenkörpers heraus erstreckt.
Pulverbeschichtungssystem für eine Pulversprühpistole mit einem Düsenkörper, der ein Auslassende und ein Einlassende aufweist, mit einem Pulverströmungspfad durch den Düsenkörper zwischen dem Einlass und dem Auslass, und mit einer Expansionskammer zwischen dem Einlass und dem Auslass, wobei der Auslass einen Querschnittsfläche hat, die gleich oder größer als die Querschnittsfläche des Einlasses ist.
Pulverbeschichtungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Luftdüsen zum Einlassen von Druckluft in die Expansionskammer vorgesehen sind.
Düse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftfilter innerhalb des Düsenkörpers vorgesehen ist und verhindert, dass Pulver durch die Luftdüsen in die Expansionkammer zurückfließt.
Düse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Düsenkörper eine Passage vorgesehen ist, in der eine Elektrode außerhalb des Pulverströmungspfades angeordnet ist, und dass die Elektrode ein freies Ende hat, das sich durch den Düsenkörper an einem vorderen Ende des Düsenkörpers erstreckt.
Pumpe für trockene Materialteilchen mit einer mit einer Materialquelle verbindbaren Pumpenkammer, die eine zugeordnete Druckkammer aufweist sowie eine Unterdruckquelle und eine Überdruckquelle, die abwechselnd mit der Druckkammer verbunden werden, um Material in die Pumpenkammer zu saugen und das Material aus der Pumpenkammer auszustoßen, und mit einem Reservoir, das den Unterdruck aus der Unterdruckquelle für die Benutzung durch die Pumpe speichert.
Pumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckquelle eine Venturipumpe ist.
Pumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil zwischen der Unterdruckquelle und dem Reservoir angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir unabhängig von einer Notwendigkeit der Einschaltung der Unterdruckquelle eine für die Pumpe verfügbare Quelle von Unterdruck bildet, bis der Unterdruck im Reservoir zu niedrig ist.