DE2209896C2 - Zerstäubungsverfahren für niederzuschlagende flüssige Überzugsmaterialien und Vorrichtung zur Durchführung des Zerstäubungsverfahrens - Google Patents

Description

lungskosten erreichbar sind. Außerdem kann eine Flüssigkeitsdüse mit verhältnismäßig großem Düsenquerschnitt verwendet werden, wodurch die Verstopfungsgefahr erheblich eingeschränkt ist

Schließlich können die Gefahren für das Bedienungspersonal deutlich herabgesetzt werden, wodurch das Zerstäubungsverfahren insgesamt sicherer wird. Bei den bekannten Verfahren und bei der bekannten Vorrichtung können sich die Bedienungspersonen selbst (versehentlich) mit dem Farbstoff injizieren, was außerordentlich gefährlich ist und zu tödlichen Unfällen aufgrund von Blutvergiftung führen kann. Durch die Erfindung sind hydrostatische Drücke erreichbar, mit denen diese Gefahr vermieden werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich insbesondere für eine elektrostatische Beschichtung, da weniger Flüssigkeitspartikel die vorhandenen elektrostatischen Kräfte des Niederschlagsfeldes beanspruchen.

Es ist zwar an sich bekannt, vgl. US-PS 31 69 882 und CH-PS 2 34 187, mittels Luftstrahien seitlich auf einen aus einer Düse austretenden Fiüssigkeits-Luft-Gemischstrom einzuwirken, jedoch lediglich zur Formung dieses Gemischstromes bezüglich seiner Abmessungen bzw. Erstreckung (vgl. US-PS 31 69 882, Sp. 8, Z. 49 bis 51; CH-PS 2 34 187, S. I,Z. 27 bis 31). Außerdem treffen die Luftstrahlen nicht auf einen zusammenhängenden Flüssigkeitsstrom, sondern auf ein Flüssigkeits-Luft-Gemisch; sie dienen somit einem völlig anderen Zweck.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den weiteren Unteransprüchen beschrieben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht, z. T. im Schnitt, eines erfindungsgemäß ausgestalteten Hand-Spritzgerätes,

F i g. 2 eine horizontale Schnittansicht des vorderen Endteiles des Hand-Spritzgerätes.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hand-Spritzgerät der sogenannten »luftlosen« Art, bei dem die zu verspritzende Flüssigkeit ohne vorherige Vermischung mit einem Gas aus einer Düsenöffnung ausgespritzt wird. Des weiteren ist das Hand-Spritzgerät dem elektrostatischen Typ angehörend, mit einem elektrogasdynamischen Hochspannungsgenerator als Stromquelle. Die vorgenannte Art bewirkt eine Zerstäubung von Farbe oder einer anderen Überzugsflüssigkeit durch Aufprallen eines mit großer Geschwindigkeit ausgestoßenen Niederdruck-Flüssigkeitsstrahles auf eine kleine, nach Wunsch geformte Düsenöffnung, vorzugsweise in Form eines doppelten Halbmondes oder »Katzenauges«, wodurch ein sich ausweitender flacher und fächerförmiger Flüssigkeitsfilm gebildet wird, der sich an seinem vorderen Rand in Tröpfchen auflöst.

Das dargestellte Band-Spritzgerät weist ein aus Isolierstoff bestehendes Spritz-Rohr 10 mit einem pistolenähnlichen Handgriff 12, einen die Flüssigkeitsfreigabe auslösenden Abzug 14, einen mit 16 bezeichneten Zerstäubungskopf und eine den Flüssigkeitsstrahl aufladende Vorrichtung auf.

Im hinteren Teil des Rohrs 10 verläuft eine erste große, verlängerte Bohrung 18, die so bemessen ist, daß sie lösbar einen mit 2C bezeichneten elektrogasdynamischen Generator aufnehmen kann. Dieser erzeugt den für das Aufladen der zu verstäubenden Farbspritzteilchen und den für das Erzeugen des elektrostatischen Niederschlagsfeldes notwendigen elektrischen Strom durch direkte Umwandlung der kinetischen Energie des sich bewegenden Luftstromes, versetzt mit einer geringen Menge verdichtbaren »Saate-Materials, zweckmä-Big Alkohol. Diese Betriebsluft, die durch den Boden des Handgriffs 12 eingeführt und ausgelassen wird, wird durch Betätigen des Abzugs 14 dem Generator 20 unter Druck zugeführt Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft nimmt bedeutend zu und erreicht vorzugsweise

ίο annähernd die Schallgeschwindigkeit, wenn sie in den verlängerten Generatorkanal 22 als elektrisch geladene Teilchen enthaltender Luftstrom entladen wird. Der Luftstrom trifft nach Erregung des Generatorkanals 22 auf die axial daneben angeordnete Sammel-Nadelelektrode 24, die in einem Stöpsel 26 angebracht ist Der Luftstrom breitet sich weiter bis in eine den Generatorkanal enthaltenden Rohrabschnitt umgebende Bohrung 18 aus und strömt dann in ihr zurück mit verminderter Geschwindigkeit zu einem Generatorausgangsrohr 28.

Die Überzugsflüssigkeit, z. B. Fe-^e, wird dem Zerstäubungskopf 16 über eine Leitung 30 r-ugeführt Letztere ist mit einer Armatur 32 verbunden, die an der Unterseite des Rohres 10 angebracht ist und ein Einlaßrohr 34 aus elektrisch leitendem Material enthält Das Einlaßr«hr 34 steht in direkter Verbindung mit der Bohrung 36 einer zylindrischen Hülse 38 im vorderen Ende des Rohrs 10. Die Hülse 38 besteht aus elektrisch leitendem Material und dient zeitweilig als Kammer für die Überzugsflüssigkeit Am vorderen Ende der Hülse 38 ist ein leitender Ventilkörper 40 angeschraubt mit einer Längsbohrung 42. Vor dem Ventilkörper 40 liegt eine Flüssigkeitsdüse 44. Wie gezeigt, geht die Längsbohrung 42 des Ventilkörpers in eine im Durchmesser größere Bohrung oder Kammer 46 über, die von der FIüssigkeitsdüse 44 begrenzt ist Diese Kammer 46 endet vom in einer nach Wunsch geformten Düsenöffnung 48, die die Form der aus ihr ausgestoßenen Flüssigkeit, vorzugsweise in der Form eines zusammenhängend flachen, fächerförmigen Films, bestimmt, der sich an seinem vorderen Ende auflöst und in getrennte Wassertröpfchen zerstäubt wird. Der Hauptbereich, in dem dies geschieht wird hier in üblicher Weise als »Zerstäubungsort« bezeichnet Er erstreckt sich im allgemeinen nicht über mehr als 6 bis 12 mm von der Düsenöffnung 48 aus.

Die Flüssigkeitsdüse 44 ist in ihrer Funktionsstellung durch eine Überwurfmutter 50 gehalten, deren vorderes Ende 51 zylindrisch ist Die Mutter 50 ist zur Längsbohrung 42 im Ventilkörper 40 ausgerichtet und durch das Gewinde bei 52 mi», dem vorderen Ende der Hülse 38 verschraubt

Die Strömung des flüssigen Überzugsmaterials durch die Düsenanordnung wird mittels einer Ventilspindel 54 gesteuert, die in der Bohrung 36 verschiebbar ist Das vordere Ende 56 der Ventilspindel 54 ist normalerweise durch eine Feder 74 mit einer Ventilsitzfläche auf dem Ventilkörper 40 am Eingang zur Ventilkörperbohrung 42 abdichtend vorgespannt. Die Ventilspindel 54 erstreckt sich nach hinten durch einen unter Federspannung stehenden Dichtflansch 60. Dieser Flansch ist am hinteren Ende der Hülsenbohrung 36 angebracht und mit einer Stange 62 aus Isoliermaterial verbunden, die in einer zweiten Bohrung 64 im Rohr 10 verschiebbar ist Ein zweites Dichtehment, zweckmäßig ein O-Ring 66, soll ein Auslaufen der Flüssigkeit an der Grenzfläche der Stange 62 und einer zweiten Bohrung 64 verringern, wenn nicht ausschließen. Das hintere Ende der Stange 62 ist über ein isolierendes KuDDlunjtsstück 70 mit einer

Betätigungsstange 68 verbunden, die ein Teil des Abzugs 14 ist. Das Kupplungsstück 70 ist verschiebbar in einer dritten Bohrung 72 im Rohr 10 und koaxial mit der zweiten Bohrung 64 angeordnet.

Die Betätigung des Abzugs 14 bewirkt eine gemeinsame Rückwärtsverschiebung der Stange 68, des Kupplungsstücks 70, der Stange 62 und der Ventilspindel 54 entgegen der Vorspannung der Feder 74 und damit ein öffnen der Längsbohrung 42. Die komprimierte Flüssigkeit in der Bohrung 36 fließt nach außen durch die Längsbohrung 42 und wird zu einem Niederdruck-Flüssigkeitsstrahl hoher Strömungsgeschwindigkeit mit kleinem Durchmesser beschleunigt Dieser Niederdruck-Flüssigkeitsstrahl fließt durch die in einer Düsenkammer 46 der Flüssigkeitsdüse 44 aufgespeicherte is Überzugsflüssigkeit und prallt gegen die die Düsenöffnung 48 abgrenzende Fläche. Wie zuvor betont wurde, ist die Düsenöffnung 48 vorzugsweise so geformt, daß sie einen flachen, fächerförmigen Film erzeugt, der kurz nach der Düsenöffnung in einen Flüssigkeitsstaub aus getrennten Überzugsmaterial-Tröpfchen umgewandelt wird.

Für das dargestellte elektrostatische Spritzgerät werden das Einlaßrohr 34, die Hülse 38, der Ventilkörper 40, die Ventilspindel 54 und die Mutter 50 zweckmäßig aus elektrisch leitendem Metall hergestellt Diese Teile sind so ausgebildet, daß sie über den im isolierenden Rohr 10 untergebrachten Leiter 76 auf eine hohe, vorzugsweise negative. Spannung aufgeladen und mit der Sammel-Nadelelektrode 24 des elektrogasdynamischen Generators 20 verbunden werden können. Wegen der an den Düsenteilen angelegten hohen Spannung wird das vordere Ende des Spritzgerätes mit einer Isolierkappe 53 versehen, die mittels Gewinde 57 an ein Verlängerungsglied 59 des Rohrs 10 angeschraubt ist. Letzteres be- steht ebenfalls aus Isoliermaterial. Die Isolierkappe 53 dient dazu, die aufgeladenen Düsenteile an dem vorderen Ende des Gerätes zu ummanteln.

Wie zuvor erwähnt führt der Durchgang der Luft durch den elektrogasdynamischen Generator 20 zur Erzeugung einer hohen Gleichstromspannung an der Sammelelektrode 24 und durch die leitenden Teile 76, 38, 40 zu der metallischen Flüssigkeitsdüse 44, die dadurch zur aufladenden Elektrode für das elektrostatische Niederschlagsgerät wird. Die Anwendung solcher Spannungen bei der Flüssigkeitsdüse 44 erzeugt eine Koronaentladung und einen an unipolaren Ionen reichen Bereich direkt neben dem Zerstäubungsort Diese Ionen binden sich an die zerstäubten Farbteilchen und laden sie zusätzlich auf, wenn das Überzugsmaterial leitend ist Die Tröpfchen aus dem Überzugsmaterial nehmen durch Berührung eine elekiribche Ladung auf, wenn sie sich aus dem fächerförmigen Film loslösen. Unter diesen Bedingungen dient die Flüssigkeitsdüse 44, die in der beschriebenen Art aufgeladen ist auch als Endpunkt eines elektrostatischen Niederschlagsfeldes, dessen anderer Endpunkt der zu überziehende Gegenstand ist

In Übereinstimmung mit dem Grundgedanken der Erfindung, und um eine zulässige bedeutende Herabsetzung des erforderlichen Zuleitungsdruckes und der Geschwindigkeit des flüssigen Farbstrahls oder dergL zu erreichen, wird ein Hilfs-Gasstrahl zugeleitet der zwischen der Austrittsstelle der Flüssigkeitsdüse und dem Zerstäubungsart auf den zusammenhängenden, sich ausweitenden Film auftrifft

Bei der dargestellten Ausführungsform wird ein kleiner Teil der Betriebsluft die von dem Generator 20 ausgestoßen wird, von der ersten Bohrung 18 des Rohrs 10 her umgeleitet und strömt durch eine von einer Bohrung 80 und einer Bohrung 82 gebildete Zuleitung in einen ringförmigen Hohlraum 84 im Zerstäubungskopf 16.

Diese Luft wird aus dem Hohlraum 84 durch zwei diametral angeordnete Bohrungen 86 in einem Vorsatzteil 94 oder in der Isolierkappe 53 und durch die darin befindlichen Ausgangsöffnungen 88 in Form von Gasstrahlen aufprallend gegen den fächerförmigen Film der austretenden Flüssigkeit entladen.

Diese Gasstrahlen werden vorzugsweise gegen die glatten Flächen des fächerförmigen Films gerichtet, obwohl die gleiche Wirkung auch erreicht wird, wenn Zusatzstrahlen gegen die Filmränder gerichtet werden, um dessen Seitenausdehnung zu begrenzen.

Wenn man die Zusatzstrahlen gegen die gegenüberliegenden, im wesentlichen ebenen Oberflächen des Films richtet, wie es dargestellt ist, wird eine intensivierte, feine Zerstäubung herbeigeführt und dazu beigetragen, daß der Zerstäubungsort sich näher zu der Stelle der Flüssigkeitsabgabe bewegt. Durch eine geeignete Gasregulierung, z. B. durch das als Zerstäubungsblende fungierende Vorsatzteil 94 wird eine wirksame Steuerung erreicht.

Es hat sich herausgestellt, daß mit der Zugabe von Hilfsluftstrahlen, wie gezeigt, eine deutliche Verringerung des erforderlichen Arbeitsdrucks des Flüssigkeitsstrahls leicht erzielbar ist bei sonst gleichem Zerstäubungseffekt Bei dieser Herabsetzung des Flüssigkeitsstrahldruckes kann die Größe der Düsenöffnung 48 bedeutend größer sein, was eine geringere Abnutzung zur Folge hat.

Wie schon erwähnt wurde, neigen die Hilfs-Flüssigkeitsstrahlen, wenn sie auf die entgegengesetzten ebenen Oberflächen des Films gerichtet werden, dazu, den sich ausweitenden Film zusätzlich abzuflachen. Deshalb ist ein Steuerventil 36 vorgesehen, um die Menge der von dem Generator 20 umgeleiteten, ausgestoßenen und dem Hohlraum 84 zugeführten Luft zu regulieren, wodurch eine Kontrolle über die Form des Flüssigkeitsfächers ausgeübt werden kann. Die Menge der so zurückgeführten Luft ist so klein, daß sie als nachteilig bekannte, bei Zerstäubungsgeräten auftretende Luftstoßwirkungen nicht hervorruft die einen Flüssigkeitsstrahl derart beaufschlagen, daß die Partikel vom zu überziehenden Werkstück zurückprallen. Außerdem wird, da die Geschwindigkeit der Flüssigkeit bedeutend herabgesetzt ist, der Wirkungsgrad des Spritzgerätes gemäß der Erfindung besser, besonders bei elektrostatischer Beschichtung, da weniger Flüssigkeitspartil A die vorhandenen elektrostatischen Kräfte des Niederschlagsfeldes beanspruchen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Wirkungen stellen sich als Zerstäubungseffekte dar, die auch bei unterschiedlichen hydraulischen Drücken und Austrittsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit im Rahmen einer weiten Toleranz eine wirksame Zerstäubung des Films herbeiführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 senöffnung auftrifft Bei beiden Zerstäubungsarten wird Patentansprüche: die Zerstäubung durch die Wechselwirkung des aus der Düsenöffnung austretenden Films und der Umgebungs-

1. Zerstäubungsverfahren für niederzuschlagende luft bewirkt

flüssige Oberzugsmaterialien, bei dem die Flüssig- 5 Beide Zerstäubungsarten bereiten bei ihrer Anwenkeit unter hohem Druck aus einer Düse als zunächst dung Schwierigkeiten, die Unbequemlichkeiten und verzusammenhängender Flüssigkeitsfilm ausgestoßen meidbare Kosten für den Benutzer zur Folge haben, wird, der sich mit Abstand von der Düse in einen Aufgrund des hohen hydrostatischen Drucks bzw. der zerstäubten Nebel auflöst, dadurch gekenn- hohen Strömungsgeschwindigkeit unterliege« die die zeichnet, daß zum Zerstäuben Luftstrahlen zum io Flüssigkeit führenden Teile, insbesondere die Düse ei-Auftreffen gegen beide Seiten des zusammenhän- ner schnellen Abnutzung. Diese Teile sind deshalb aus genden Flüssigkeitsfilms gerichtet werden, nachdem einem sehr harten Material herzustellen, z. B. aus WoIfder Flüssigkeitsfilm aus der Düse ausgetreten ist und ramkarbid oder legiertem Stahl. Hierdurch sind hohe bevor er sich mit Abstand von der Düse auflöst, Herstellungskosten vorgegeben, die auf hohe Materialwobei der Flüssigkeitsfilm unter verringertem hy- if kosten und erschwerter Herstellung beruhen,
draulischen Druck aus der Düse ausgestoßen wird. Insbesondere bei der Zerstäubungsart, bei der mit

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- einem hohen hydrostatischen Druck gearbeitet wird, ist zeichnet, daß die in den Luftstrahlen verwendete eine Düse mit einem verhältnismäßig kleinem Düsen-Luftmenge so gewählt wird, daß sie auf den hydrauü- querschnitt erforderlich. Hierdurch wird die Benutzung sehen Druck zum Ausstoßen der Flüssigkeit und de- 20 dieser Zerstäubungsart erheblich eingeschränkt, weil ren Zerstäubung abgestimmt ist. Überzugsmaterialien mit einer weniger flüssigen Konsi-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- stenz nicht verarbeitet werden können und weil Düsen kennzeichnet, daß durch die Luftstrahlen der Ort der mit einem erforderlichen kleinen Düsenquerschnitt Zerstäubung näher zu dem Ausstoßpunkt der Flüs- schnell verstopfen, insbesondere deshalb, weil in vielen sigkeit verschoben wird. 25 Oberzugsmaterialien Partikel enthalten sind, die von

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens verhältnismäßig fester Konsistenz sein können.

nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Zer- Der Erfindung Kegt die Aufgabe zugrunde, ein einstäubungskopf, der eine einstellbare Düse für einen gangs beschriebenes Zerstäubungsverfahren und eine Flachstrahl aufweist, und einer Einrichtung zur Zu- Vorrichtung zur Durchführung des Zerstäubungsverführung der Flüssigkeit unter ausreichend hohem 30 fahrens so weiterzubilden, daß auch bei verringertem hydraulischen Druck zu der Düse, dadurch gekenn- hydrostatischen Druck der Flüssigkeit eine gute Zerzeichnet, daß der Zerstäubungskopf (16) zwei äuße- stäubungswirkung erreicht wird,
re Düsen -(86) aufweist, die -einander diametral ge- Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 bzw. im genüberliegen und die üiftstrahlen auf die beiden Anspruch 4 enthaltenen Kennzeichnungsmerkmale ge-Flachseiten des Flüssigkeitsfilri. > richten. 35 löst

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Beim erfindungsgemäßen Verfahren beruht die Zerzeichnet, daß die äußeren Düsen (86) so gerichtet stäubung nicht nur auf der Wechselwirkung des aus der sind, daß die Luftstrahlen den Flüssigkeitsfilm nahe Flüssigkeitsdüse austretenden Films und der Umgeseinem Ausstoßpunkt treffen. bungsluft, sondern die Zerstäubung wird wesentlich for-

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekenn- 40 eiert durch die Luftstrahlen, die gegen beide Seiten des zeichnet durch ein Ventil (96) zum Steuern des Luft- zusammenhängenden Films gerichtet sind und beim Stroms, um das Zerstäubungsmuster des zerstäubten Auftreffen auf den Film dessen Auflösung in feine Parti-Materials einzustellen. kel herbeiführen. Diese feine Zerstäubung ist sowohl

7. Anwendung des Verfahrens nach einem der An- auf eine selbständige Wirkung der auf den unter verrinsprüche 1 bis 3 bzw. der Vorrichtung nach einem der 45 gertem hydraulischen Druck aus der Düse ausgestoße-Ansprüche 4 bis 6 bei einem elektrostatischen Be- nen Flüssigkeitsfilm auftreffenden Luftstrahlcn als auch schichtungsverfahren bzw. einer elektrostatischen' auf eine Intensivierung der Wechselwirkung zwischen Beschichtungsvorrichtung. dem Film und der Umgebungsluft zurückzuführen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die er-

so findungsgemäße Vorrichtung ermöglicht, bei der der

Zerstäubungskopf zwei äußere Düsen aufweist, die ein- ?nder diametral gegenüberliegen und die Luftstrahlen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zerstäubungsver- auf die beiden Flachseiten des Flüssigkeitsfilms richten, fahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf Aufgrund dieser Anordnung können die Luftstrahlen eine Vorrichtung zur Durchführung des Zerstäubungs- 55 wirksam auf den Film einwirken, wobei sie die Zerstäuveriahrens nach dem des Anspruchs 4. bung des Films bzw. der Flüssigkeit erheblich forcieren.

Die Erfindung baut auf einer Zerstäubung niederzu- Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Maßnah-

schlagender flüssiger Überzugsmaterialien auf, die als men bestehen darin, daß nur ein niedriger hydrostatisogenannte »hydraulische« oder »luftlose« Zerstäubung scher Druck in der Flüssigkeit erforderlich ist. Deshalb bekanntgeworden ist. Bei den hierfür verwendeten Vor- 60 können die Pumpen, die die Überzugsflüssigkeit zuführichtungen zum Zerstäuben wird die Flüssigkeit in Form ren, in ihrer Größe und Bauart kleiner und damit koeines flachen, fächerförmigen Films ausgestoßen. Die stengünstiger ausgeführt werden. Ferner können auch Zerstäubung erfolgt entweder dadurch, daß die Flüssig- die Zuführleitungen für die Flüssigkeit, nämlich Rohrleikeit unter einem hohen hydrostatischen Druck mit gro- tungen, Schlauchleitungen und insbesondere die Düse ßer Geschwindigkeit durch eine kleine Düse gepreßt 65 bezüglich niedriger Druckberciche ausgelegt werden, wird, wie es in der US-PS 31 69 883 beschrieben und Das heißt, insbesondere die Düse kann aus einem Matcdargestellt ist, oder dadurch, daß die Flüssigkeit mit gro- rial mit geringerer Härte bzw. Verschleißfcstigkcit hcrßer Geschwindigkeit unter niedrigem Druck auf die Du- gestellt werden, wodurch erhebliche geringere Hersiel-