DE2236042C3

DE2236042C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines flachen Fächerstrahls aus flüssigem Beschichtungsmaterial

Info

Publication number: DE2236042C3
Application number: DE2236042A
Authority: DE
Inventors: Donald Roger Elyria Hastings; Eric Thomas Oberlin Nord; Samuel Raymond Lorain Rosen; Peter William Hanover N.H. Runstadler Jun.; Don Ross Elyria Scarbrough; Frederick Robert Avon Lake Wilhelm
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1971-07-30
Filing date: 1972-07-22
Publication date: 1979-05-10
Also published as: FR2149158A5; IT961728B; ES405203A1; US3734406A; SE394965B; JPS5322086B2; GB1404983A; CA984234A; DE2236042A1; NL7210336A; DE2236042B2; AU464866B2; BE786903A; AU4372772A; JPS4825035A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines flachen Fächerstrahls aus flüssigem Besehichtungsmaterial, bei dem das unter Überdruck strömende Material zu einer Entspannungsstelle geleitet und durch Einwirkung von Lust zerstäubt wird.

Zum Erzeugen flacher Fächerstrahlen aus flüssigem Beschichtungsmateria! sind derzeit drei unterschiedliche Verfahren bekannt. Bei einem dieser Verfahren wird das Material aus einer Düse ausgestoßen und nach dem Verlassen der Düse millels eines DruckJuftsirahles beaufschlagt, um den Flüssigkeitsstrahl in einzelne Partikel zu zerreißen; mit Hilfe eines zweiten Druckluftstrahles werden die Flüssigkeitspartikel anschließend in die Form eines flachen Fächerstrahls gebracht. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der DE-OS 20 05 830 beschrieben.

Die zweite prinzipeile Möglichkeit besteht darin, daß zwei konische Sprühstrahlen derart gegeneinander gerichtet werden, daß im Ergebnis ein flacher fächerförmiger Sprühstrahl entsteht. Bei der dritten bekannten Methode wird das flüssige Beschichtungsmaterial unter einem hohen Durch von z. B. 20 bis 200 bar durch eine Blende gedrückt, an deren Ausgang die Flüssigkeit aufgrund des schlagartigen Absinkens des Druckes auf Umgebungsdruck zerstäubt wird. Der flache Fächerstrahl entsteht dabei durch eine spezielle Konfiguration der Blendenöffnung.

Alle diese Verfahren haben spezielle Eigenschaften, die sich nachteilig auswirken können. Bei ohne Druckluft arbeitenden Auftragsgeräten komrm es häufig zu kräftigen Ausläufen, die aus der ungleichmäßigen Ablagerung relativ großer Tropfen an den Enden des Sprühfächers resultieren. Ebenso ist es weder bei Anwendung von gegeneinander gerichteten konischen Sprühstrahlen noch durch Verwendung eines sekundären Luftstroms immer möglich, einen gleichmäßigen Sprühfächer mit einem randlosen Spritzbild zu erzeugen. Darüber hinaus führt die Verwendung von Druckluft dazu, daß nicht nur große Luftmengen mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten benötigt werden, sondern daß darüber hinaus hierbei unerwünschte Farbverluste eintreten. Dieser Nachteil ist das Resultat der hohen Geschwindigkeiten, aufgrund derer ein beachtlicher Teil des Farbsprühfächers selbst bei elektrostatischer Aufladung an dem zu beschichtenden Werkstück vorbeigetragen wird. Entsprechend der hohen Geschwindigkeit haben die Farbtröpfchen eine hohe kinetische Energie. Das bedeutet, daß viele Farbtröpfchen beim Auitreffen auf die zu beschichtende Oberfläche reflektiert werden und den Farbverlust erhöhen.

Ganz besonders dann, wenn mehrere Spritzgeräte in einem konventionellen Druckluftsprühsystem gleichzeitig betrieben werden, muß der vorbeigespritzte oder reflektierte Farbverlust aus der Umgebungsluft entfernt werden. Hierfür ist ein erheblicher Aufwand an Filtern und Wasserschleiern erforderlich.

Luftlos arbeitende Farbsprühsysteme erfordern verhältnismäßig teure Gerate, wie Pumpen und zugehörige Komponenten zur Aufrechterhaltung des hohen Farbdruckes. Darüber hinaus ist es hier häufig erwünscht oder gar erforderlich, die Farbe über die Umgebungstemperatur hinaus aufzuheizen, um die Spritzergebnisse zu verbessern. All das erhöht sowohl die Anlagekosten des Systems als auch seine Betriebskosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nebst Vorrichtung zum Erzeugen eines flachen Fächerstrahls aus flüssigem Beschichtungsmaterial vorzuschlagen, mit deren Hilfe die geschilderten Probleme wie vor Farbverlust oder Anlage- und Betriebskosten wesentlich verringern lassen.

Hinsichtlich des Verfahrens geht die Erfindung von dem bekannten Vorschlag aus, das unter Überdruck strömende flüssige Beschichtungsmatcrial zu einer Entspannungsstellc zu leiten und durch Einwirkung von Luft zu zerstäuben. Zur Lösung der Aufgabe dienen die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale.

In apparativer Hinsicht geht die Erfindung von einer Vorrichtung aus, mit einem Gehäuse, einem dieses durchsetzenden Luftkanal, einem dieses durchsetzenden Kanal für das flüssige Beschichtungsmaterial, der in einem Kopfelement endet und mit einer die Entspannungsstelle bildenden Düse. Zur Lösung der Aufgabe dienen hierbei die im Kennzeichen des Anspruchs 8 aufgeführten Merkmale.

Der prinzipielle Unterschied zwischen dem Stand der Technik und der Erfindung besteht demgemäß darin, daß die Zerstäubung des flüssigen Bcschichtungsmaterials nicht mehr durch äußere Kräfte, sondern von innen heraus durch die explosionsartig expandierenden Luftbläschen bewirkt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugen einen flachen Farbfächerstrahl mit merkbar überlegenen Bcschichtungscigenschaftcn. Als erstes besteht der Farbspriihstrahl aus kleinen Partikeln bemerkenswert gleichmäßiger Größe. Diese Partikel sind extrem gleichmäßig über den Sprühfächcr verteilt. Das Sprilzbild zeigt keine »Tränen« oder »lokale Bereiche erhöhter Farbkonzentration«. Ferner ist das Spritzbild besonders vorteilhaft, da seine Enden »ausgefranst«, d. h. weniger dicht sind. Dadurch wird beim Spritzen von zwei einander überlappenden Streifen eine weitgehend gleichmäßige Beschichtung aufgetragen, die im Überlappungsbereich völlig frei von schweren Bandeffekten ist.

Die Erfindung ermöglicht ferner die Elimination vieler teurer Komponenten der bekannten kommerziellen Farbsprühsysteme. So läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung z. B. mit konventioneller Werksdruckluft betreiben, d. h. sie benötigt keine speziellen Kompressoren zur Erzeugung von Hochdruckluft wie das konventionelle Druckluftsprühsystem. Ferner benötigt die erfindungsgemäße Vorrichtung keine Hochdruckfarbpumpe und zugehöriges Gerät wie die konventionellen luftlosen Sprühsysteme.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, daß die Farbe nicht nur fein und gleichmäßig zerstäubt, sondern auch mit einer für Beschichtungszwccke optimalen Geschwindigkeit von z. B. 60 m/min in einem Abstand von 250 mm von der Spritzpistole hoch, um die Farbe in die gewünschte Richtung auf das zu beschichtende Objekt zu strahlen und die Farbe nach dem Aufprall an dem Objekt haften zu lassen; Geschwindigkeit und Luftmenge sind aber so gering, daß ein mehr als minimales Überschuß- und Rücksprilzen verhindert

wild. Ls werden also nicht nur die Farbverluste minimiert, sondern auch die l.üftiings- und Filter-Pro bleme Mark vereinfachl.

Verschiedene vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind mit den in den (Interuiisprüehei. aulgeführten Merkmalen möglich.

Die !Erfindung ist nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispicle näher erläutert. Ks zeigt

I"ig. 1 einen partiellen vertikalen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Spritzpistole;

Tig. 2 einen vergrößerten vertikalen Längsschnitt durch das Düsenende der Spritzpistole gemäß Γ i g. 1;

!-" i g. 3 einen Querschnitt 3-3 gemäß F i g. 2;

I"ig.4 einen vergrößerten Querschnitt 4-4 gemäß Γ ig. 2:

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Ringclementes der Spritzpistole gemäß Fig. I;

I- ig.b eine perspektivische Ansicht einer Blendenplatte der Spritzpistole gemäß Fig. 1;

F i g. 7 eine Frontansicht der Düse;

K ig. 8 einen Querschnitt ähnlich I-ig. 4 einer modifizierten Ausführungsform der Spritzpistole;

I" i g. 9 eine Grundansicht der Düse der modifizierten Ausführungsform der Spritzpistole gemäß F i g. 8;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht der modifizierten Ausführungsform des Blendenelcmentes der Spritzpistole gemäß Fig. 8.

Fig. 1 zeigt eine Spritzpistole 10 zum Aufbringen einer dekorativen oder schützenden Beschichtung auf ein Produkt, /.. B. auf einen Kühlschrank, auf Automobilteilc, auf Möbel, auf Behälter o. dgl. Die zu verspritzenden Bcschiehtungsmalcrialien sind nicht nur Farben, sondern auch Emailicn, Lacke, Beizen. Firnisse, Emulsionen, Wachse. Klebstoffe o.dgl. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird das Wort »Farbe« als Gattungsnahmc für die verschiedenen Arten der Beschichtungsmaterialien verwendet. F'erncr ist zu beachten, daß die Spritzpistole 10 nur als Beispiel erläutert und die erfindungsgemäße Vorrichtung in viele verschiedene Geräte mit oder ohne Einrichtung zur elektrostatischen Aufladung der Farbe cinsctzbar ist. z. B. auch in nicht manuell bedienbarc automatische Spritzpistolen der in der US-OS 31 69 883 beschriebenen Art.

Die Spritzpistole 10 besitzt .*in Gehäuse 11, einen Handgriff 12 und einen am vordeien Ende eines Laufes 14 befestigten Sprühknopf 13. Der Sprühknopf 13 ist an seinem vorderen Ende mit einer DOse 15 ausgerüstet. Der Griff 12 besitzt einen Anschluß 16 für eine Druckluftleitung, z. B. eine Werkdruckluftleitung mit einem Druck von 4,5 bar. Der Lauf 14 ist mit einem Farbeintrittskanal 17 zum Anschluß einer Färb-Versorgungsleitung versehen. Der Farbdruck an der Spritzpistole ist relativ niedrig; er liegt unmittelbar stromaufwärts vom Luftinjektionsbereich bei 3 bis 8 bar.

In der Spritzpistole 10 wird der Zufluß von Farbe zum Sprühkopf 13 und der Zufluß von Luft mittels eines Auslösehebels 18 gesteuert. Der Hebel 18 ist mittels eines Gelenkstiftes 20 am Gehäuse 11 angelenkt.

In der Pistole 10 strömt die Luft aus einem Eintrittskanai 21 in eine Kammer 22, die normalerweise durch einen Ventilteller 23 verschlossen ist, der sich im geschlossenen Zustand an einen kegelringförmigen Sitz

24 anlegt. Der Ventilteller 23 wird von einem Ventilstift

25 getragen, der sich vom Griff 12 aus nach vorn in Berührung mit einer an der Rückseite des Auslösehebcls 18 gebildeten Druckplatte 26 erstreckt. Der Ventilteller 23 wird von einer in der Kammer 22 angeordneten Druckfeder 27 in seine Schließstellung gedruckt. Ober den Ventilstift 25 drückt die F'edcr 27 damit gleich/eint den Auslöschebel 18 in seine vordere Stellung.

Eine den Sitz 24 für den Ventilteller 23 bildende ', Kcgclhülsc 28 ist mit mehreren radialen Kanälen 30 versehen, die, wenn der Ventilteller 23 vom Sitz 24 abhebt, die Kammer 22 und damit den Lufteintrittskanal 21 mit einem Kanal 31 verbindet. Der Kanal 31 steht seinerseits durch eine Bohrung 32 mit einem Kanal 33 in

Ί' Vorbindung. Durch den Kanal 33 nach vorn strömende Luft strömt von einem Nadelventil 35 gesteuert durch eine Blende 34. Das Nadelventil 35 ist in das Gehäuse 11 eingeschraubt und wird durch eine Kontermutter in seiner eingestellten Position gehalten.

Die Blende 34 steht durch eine Bohrung 36 mit einer Ringnut 37 in Verbindung. Die Ringnut 37 steht mit mehreren in eine Kammer 40 mündenden Längskanälen 38 in Verbindung. Wie später ausführlich beschrieben wird, wird Luft aus der Kammer 40 durch Injeklionska-

2Ii näle 41 in einem Ringelement 42 der Zerstäubungsvorrichtung der Spritzpistole 10 zugeführt.

Mittels des Auslösehebels 18 wird ferner auch der Farbzufluß zu der Zerstäubungsvorrichtung gesteuert. Durch den Eintrittskanal 17 zuströmende Farbe gelangt

_"i durch einen einen Vcntilstift 44 umgebenden Kanal 43 nach vorn. Der Ventilstift 44 besitzt eine Kegelspilze 45, die sich in ihrer Schließstellung in einen Sitz 46 eines Kopfelcmentes 47 legt.

Der Ventilstifl 44 erstreckt sich nach hinten durch

j» eine im Lauf 14 angeordnete Stopfbuchse 48 und durch eine erweiterte öffnung im Auslösehebel 18. An seinem hinteren Ende trägt der Ventilstift 44 eine Hülse 50. die gleitend im Gehäuse 11 gelagert ist. Die Hülse 50 besitzt an ihrem vorderen Ende einen Kopf 51, der an einer an

Γι der Rückseite des Hebels 18 gebildeten Druckplatte 52 anliegt.

Wenn der Hebel 18 gedruckt wird, wird der Ventilteller 23 nach hinten außer Eingriff mit dem Kegelsitz 24 geschoben, so daß Luft aus dem

w Eimrittskana! 2! durch die Kammer 22, die radialen Bohrungen 30, den Kanal 31, die Bohrung 32, den Kanal 33 und die Blende 34 strömen kann. Wenn der Hebel 18 weiter durchgedrückt wird, wird der Ventilstift 44 zurückgezogen, so daß seine Kegelspitze 45 aus dem

■»■> Ventilsitz 46 des Kopfelementes 47 herausgezogen wird. Dadurch strömt Farbe aus dem Farbeintrittskanal 17 durch den Kanal 43 und eine am vorderen Ende des Kopfelementes 47 gebildete Öffnung 53. Auf diese Art werden ein Luftstrom und ein Farbstrom separat der

so Zerstäubungsvorrichtung der Spritzpistole 10 zugeführt. Wenn der Hebel 18 freigegeben wird, bewegt sich der Ventilstift 44 nach vorn, um den Farbstrom abzusperren; danach sperrt der Ventilteller 23 den Luftstrom ab.

v> Die Zerstäubungsvorrichtung der Spritzpistole 10 ist mit einem Blendenelement 54 gemäß Fig. 5 und 6 ausgerüstet, das eine scheibenförmige Basis 55 mit drei Bohrungen 56 besitzt; von der Basis 55 aus erstreckt sich eine zylindrische Erhebung 57 nach vorn. Von der

i'ii zylindrischen Erhebung aus ragt ein Tragstift 58 nach vorn. Der Tragstifl 58 besitzt an seinem äußeren freien Ende ein kugelförmiges Leitelement 60, das einen vorderen halbkugelförmigen Teil 60a und einen den halbkugelförmigen Teil 60a mit dem Tragstift 58

h^r> verbindenden kegeistumpfförmigen Teil 606 aufweist Das Blendenelement 54 ist derart in der Spritzpistole 10 angeordnet, daß die rückseitige Stirnfläche 61 der Basis 55 an der Frontseite 62 des Kopfelementes 47 anliegt.

Die Stirnfläche 61 der Basis 55 ist mit einer die Öffnung 53 des Kopfelementes 47 umgebenden Vertiefung versehen, die die Öffnung 53 mir den Bohrungen 56 verbindet. Das Blendenelement 54 ist teilweise teleskopartig von einem sich nach hinten erstreckenden Flansch 63 des Ringelementes 42 aufgenommen.

Das Ringelement 42 besitzt eine Querwand 64 mit einer zentralen Bohrung 65, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Durchmesser der zylindrischen Nabe 57. Die Bohrung 65 überdeckt teilweise die Bohrungen 56; ihre Wand bildet zusammen mit der äußeren Peripherie der Nabe 57 einen einen ringförmigen Film bildenden Strömungskanal 68. In die Frontseite des Ringelementes 42 sind zwei diametrale Kreuzschlitze als Injektionskanäle 41 eingefräst, die sich über den gesamten Durchmesser des Ringelementes 42 erstrecken und vollständig durch einen nach vorn ragenden Flansch 71 geschnitten sind. Bei einer Ausführungsform ist jeder Schlitz 33 mm breit und 0,38 mm tief, gemessen von der Frontseite der Querwand 64. Bei der gleichen Ausführungsform besitzt die Nabe 57 einen Durchmesser von 3 mm, während die Bohrung 65 einen Durchmesser von 4 mm besitzt, so daß die Dicke des ringförmigen, filmbildenden Kanals 68 0,5 mm beträgt

Bei dieser Ausführungsform beträgt die Länge der Nabe 57 gemessen von der Frontseite der Basis 55 aus 3,2 mm; die Dicke der Querwand 64 beträgt 2,8 mm. Dadurch ragt die Nabe 57 vollständig durch die Öffnung 65 des Ringelementes und erstreckt sich ungefähr 0,4 mm weiter vor die Trennwand 64, wenn das Ringelement 42 und das Blendenelement 54 gemäß F i g. 2 zusammengebaut sind. Falls gewünscht, kann die Nabe 57 jedoch auch bündig mit der Frontseite der Trennwand 64 abschließen oder geringfügig hinter der Frontseite der Trennwand 64 enden.

Die Frontseite des Ringelementes 42 liegt an einer kreisförmigen Basis 72 der Düse 15 an. Die Düse 15 ist relativ zum Ringelement 42 dadurch zentriert, daß die Peripherie der Basis 72 mit der Innenwand des nach vorn ragenden Flansches 71 des Ringelementes 42 im Eingriff steht Die Rückseite der Basis 72 der Düse liegt an vier quadrantenförmigen Anlagenflächen 74 der Frontseite 64 des Ringelementes 42 an. Die Anlageflächen 74 befinden sich auf der Frontseite 64 des Ringelementes 42 zwischen den Injektionskanälen 41. Dadurch bildet die Basis 72 der Düse 15 zusammen mit dem Ringelement 42 vier radiale die Kammer 40 mit dem ringförmigen Strömungskanal 68 verbindende Luftinjektionskanäle. Die Düse 15 besitzt ferner einen sich nach vorn erstreckenden zylindrischen Kanal 75, der bei einer Ausführungsfrom einen Durchmesser von 4 mm und eine Länge von ungefähr 9 mm hat Die Düse 15 ragt vorwärts durch eine zentrale Öffnung 76 einer Überwurfmutter 77. Das vordere Ende der Düse 15 ist gemäß Fig.2 und 7 domförmig oder weitgehend halbkugelförmig ausgeführt; es ist mit einer entlang eines Durchmessers des Domes angeordneten weitgehend rechteckigen schlitzförmigen Blende 78 ausgerüstet Gemäß Fig.2 sind die Enden 80 der Blende 78 derart geneigt, daß sie weitgehend entlang von Radien der Peripherie des Domes verlaufen. Diese radiale Anordnung der Kanten 80 begünstigt stark die »ausgefranste« Konfiguration des Sprühfächers. Bei einer Ausfuhrungsform überstreicht die Blende 78 einen 90°-Winkel, dessen Scheitel im Mittelpunkt des Domes liegt Die inneren Xanten der Blende 78 haben einen Abstand voneinander, der kleiner ist als der maximale Durchmesser des Leitelementes 60, der bei einer Ausführungsform ungefähr 3,5 mm beträgt. Ferner ist der halbkugelförmige Teil des Leitelementes 60 in einem Vertikalschnitt weitgehend konzentrisch zur Innenwand 81 des Domes angeordnet. Das Leitelement 60 und der Dom bilden somit einen halbkugelförmigen Strömungsraum mit einer Dicke von ungefähr 0,25 mm. Die Düse 15, das Ringelement 42 und das Blendenelement 54 werden von der Überwurfmutter 77 aneinandergereiht vor dem Kopfelement 47 gehalten. Das vordere Ende der Überwurfmutter 77 ist mit einem hinterdrehten Bund 82 ausgerüstet, der an einem an dem vorderen Teil der Düsenbasis 72 gebildeten ringförmigen Bund 83 anliegt Das entgegengesetzte Ende der

is Überwurfmutter 77 ist mit einem Innengewinde 84 ausgerüstet, das auf ein Außengewinde 85 des Laufes 14 aufschraubbar ist.

Im Betrieb strömt bei der Spritzpistole 10 die unter einem Druck von 3 bis 8 bar stehende Farbe durch das offene Nadelventil 44, durch die Vertiefung 49 an der Rückseite des Blendenelementes 54 und durch die Bohrungen 56 im Blendenelement 54 in den zwischen der Nabe 57 und der sie umgebenden Wand der Bohrung 56 des Ringelementes 42 gebildeten ringförmigen Strömungskanal 68. Druckluft strömt durch das Nadelventil 35, die Kanäle 36 und 38 in die Kammer 40 und von da radial nach innen durch die Injektionskanäle 41. Der Druck der zugeführten Luft wird mittels des Nadelventils 35 so eingestellt, daß der Luftdruck beim Eintritt in den Farbfilm geringfügig höher, z. B. 0,15 bar höher ist als der Farbdruck in diesem Bereich. Aus den inneren Enden des Schlitzes 70 austretende Luft trifft auf den ringförmigen Farbfilm und wird in Form von unzähligen Mikroblasen abgeschert, die von der Farbe eingeschlossen werden. Die Farbe mit den eingeschlossenen Luftblasen strömt dann als Schaum vorwärts durch die Kammer 75. In der Kammer 75 werden die Blasen und die Farbe so gemischt, daß die Blasen gleichmäßig in der Farbe verteilt sind. Dadurch, daß von dem ringförmigen Strömungskanal 68 bis zur Blende 78 ein Druckverlusl auftritt, ist zu vermuten, daß sich die Blasen auf ihrem Weg zur Blende 78 etwas ausdehnen.

Bevor die Farbe und die Blasen aus der Blende 78 austreten, werden sie von dem Leitelement 60 aus ihrem Strömungsweg nach außen gegen die Innenwand 81 des Domes der Düse 15 abgelenkt. Der aus der Farbe als kontinuierliche Phase und den eingeschlossenen Luftblasen bestehende Schaum strömt durch den Spalt zwischen dem Leitelement 60 und dem Dom nach vorn

so und tritt aus der Blende 78 aus. Dabei findet eine plötzliche Druckabsenkung auf Atmosphärendruck statt Die Luftblasen in dem Schaum expandieren plötzlich und zerreißen den Schaum in einen Sprühnebel aus kleinen Tropfen, deren Durchmesser im Bereich von 10 bis 100 μπι liegt Die Vorwärtsgeschwindigkeit dieser Partikel beträgt bei einer Ausführungsform in einer Entfernung von 250 mm vor der Düse ungefähr 60 m/min. Diese Geschwindigkeit ist zum Farbspritzen optimal.

Der Sprühstrahl wird von der Düse in Form eines flachen Fächers ausgestrahlt, der sich durch eine gleichmäßige Verteilung gleichmäßig großer Partikel auszeichnet Der Sprühfächer ist besonders günstig, da er »ausgefranste« Kanten besitzt, die das Aufbringen einander überlappender Spritzbilder auf ein Werkstück gestatten. Der Sprühfächer enthält eine relativ geringe Luftmenge; das Massenverhältnis Luft zu Farbe liegt im Bereich von 0,1 bis 1,6.

Die mit dem kugelförmigen Leilelement 60 äußerst günstigen Resultate sind in einem gewissen Umfang nur als empirische Entdeckung erklärbar. Es ist jedoch zu vermuten, daß sie zum Teil dadurch hervorgerufen werden, daß das kugelförmige Leitelement 60 mehrere der folgenden Funktionen ausübt. Erstens verhindert das Leitelement eine geradlinige Strömung von dem schaumbildenden Bereich zu der Blende; es schnürt vielmehr den Querschnitt hinter der Blende ein und zwingt dadurch den Schaum, nach außen zu strömen, d. h. bevor er die Austrittsblende erreicht, in Querrichtung dazu. Ohne diese Einschnürung würde die Flüssigkeitskomponente des Schaumes zu einer größeren Beschleunigung neigen als die Luftkomponente, so daß ein nichthomogenes Gemisch im Schaum entstehen würde, das schließlich zur Bildung von nicht gleichmäßig großen und verteilten Blasen führen könnte.

Zweitens bildet das kugelförmige Leitelement die Innenwand eines Kanals, die so angeordnet ist, daß sie von denjenigen Teilen des Farbfilmes berührt wird, die vorher entlang der Innenwand des Kanals 68 geströmt sind und daher eventuell weniger Luftblasen eingeschlossen haben als die Teile des Filmes, die entlang der Außenwand des Kanals 68 direkt benachbart zu den Enden der Injektionskanäle 41 geströmt waren. Wegen der geometrischen Beziehungen zwischen dem kugelförmigen Leitelement und der Blende strömen diese innere weniger Luft enthaltenden Teile des Schaumes entlang der Kugelform und werden dann im Düsenbereich gezwungen, quer zu den äußeren Teilen des Schaumes zu strömen, bevor sie aus der Düse ausgestoßen werden. Daraus resultiert eine homogenere Mischung des aus der Düse austretenden Schaumes und damit eine, gleichmäßigere Blasengröße und -verteilung.

Drittens zwingen das kugelförmige Leitelement und die es umgebende Düsenwand den Schaum durch einen begrenzten Bereich zu strömen, so daß die Blasen im Schaum zusammengedrängt werden, um die Homogenität des Schaumes weiter zu erhöhen, wodurch sich auch eine gleichmäßigere Blasengröße und -verteilung ergibt.

Bei dieser speziellen Konfiguration, bei der der Querschnitt des Strömungsweges von dem Bereich der Luftinjektion zur Blende abnimmt, wird auf dem Weg zur Blende der Druckabfall im Schaum verstärkt Dadurch expandieren die Blasen, so daß die Homogenität des Schaumes weiter verbessert wird.

Obwohl die beschriebene Ausführungsform der Sprühvorrichtung wegen des äußerst gleichmäßigen, mit ausgefransten Kanten versehenen flachen Sprühfächers bevorzugt wird, gibt es viele Anwendungsfälle, bei denen ein solch optimaler Sprühfächer nicht erforderlich ist. Demgemäß wurde eine modifizierte und vereinfachte Ausführungsform einer Spritzpistole entwickelt, die viele der Vorteile der ersten Ausführungsform besitzt, z. B. den Einsatz nur einer geringen Luftmenge und die Erzeugung eines flachen Sprühfächers, ohne jedoch einen Sprühfächer mit ausgefransten Kanten oder ein Spritzbild mit einer Gleichmäßigkeit so hohen Grades wie die erste Ausführungsform zu erzeugen. Die modifizierte Ausführungsform ist in F i g. 8,9 und 10 dargestellt Es ist offensichtlich, daß die Einzelteile der Spritzpistole mit Ausnahme des Blendenelementes 154 und der Düse 115 die gleichen sind, wie die entsprechenden Einzelteile der ersten Ausführungsform. Diejenigen Teile, die unverändert bleiben, haben in den Zeichnungen die gleichen Nummern wie entsprechende Teile der ersten Ausführungsform.

Gemäß Fig.8 besitzt in der modifizierten Ausführungsform das Blendenelement 154 eine scheibenförmige Basis 155 mit drei Bohrungen 156; sie besitzt ferner eine vom Zentrum der Basis 155 aus vorwärtsragende zylindrische Nabe 157. Bei dieser Ausführungsform trägt die Nabe jedoch keinen Stift und kein Leitelement. Wie gezeigt, ist die Nabe 157 so lang, daß sie bündig mit der Frontseite des Ringelementes 42 abschließt. Das vordere Ende der Nabe kann sich jedoch auf die gleiche

ίο Art wie die Nabe 57 bis vor die Frontseite des Ringelementes 42 erstrecken oder bereits geringfügig hinter der Frontseite enden. Das Blendenelement 154 besitzt eine rückseitige Stirnfläche 161, die an der Frontseite 62 des Kopfelementes 47 anliegt Eine die

öffnung 53 des Kopfelementes 57 umgebende Vertiefung ist in der Stirnfläche 161 der Blendenplatte 154 gebildet Die Vertiefung 149 stellt eine Strömungsverbindung zwischen der öffnung 53 und den Bohrungen 156 her.

Das Ringelement 42 ist vor dem Blendenelement 154 angeordnet; es besitzt einen rückwärtsragenden Flansch 63, der teleskopartig das Blendenelement 154 aufnimmt Wie bei der bevorzugten Ausführuugsform, besitzt das Ringelement 54 eine Querwand 64 mit einer zentralen Bohrung 65, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Durchmesser der zylindrischen Nabe 157; der Spalt zwischen der Wand der Bohrung 65 und der Nabe 157 liegi vorzugsweise im Bereich von 0,127 bis 1,27 mm.

In die Frontseite sind zwei sich rechtwinklig schneidende diametrale Kreuzschlitze als Injektionskanäle 41 in der gleichen Weise wie bei F i g. 5 eingefräst und erstrecken sich bis zur Peripherie des Ringelementes 42; sie sind beispielsweise 33 mm breit und 038 mm tief, von der Frontseite der Querwand 64 aus gemessen.

Die Frontseite des Ringelementes 42 liegt an der

kreisförmigen Basis 172 der Düse 115 an, die relativ zum Ringelement 42 dadurch zentriert ist daß die Peripherie der Basis 172 mit der Innenwand des vorwärtsragenden Flansches 71 des Ringelementes 42 im Eingriff steht Die Rückseite 173 der Düse 115 liegt an den vier an der Frontseite 64 des Ringelementes 42 zwischen den Injektionskanälen 41 gebildeten weitgehend kreisquadrantenförmigen Anschlagplatten 74 gemäß F i g. 5 an.

Auf diese Art bildet die Basis 172 der Düse 115 eine Wand der vier im Ringelement 42 gebildeter, radialen Luftinjektionskanäle, die die Kammer 40 mit dem ringförmigen Strömungskanal 68 verbinden.

Gemäß Fig.8 besitzt die Düse 115 einen leicht kegelförmigen internen Kanal 175, der in einer runden Kappe 179 endet Ober das Ende der Düse 115 erstreckt sich eine Blende 180, die ein konventioneller, üblicherweise in luftlos arbeitenden Sprühgeräten zur Erzeugung eines flachen fächerförmigen Sprühstrahles eingesetzter Blendentyp ist; sie besitzt eine kleine zentrale öffnung, die von nach innen geneigten und als

weitgehend schmale elliptische öffnung geschnittenen Wänden der Düse umgeben ist

Die Funktion der modifizierten Ausführungsform der Düse ist die gleiche wie die der bevorzugten Düse, mit der Ausnahme, daß der durch die Injektion von Luft in die Farbe gebildete Schaum direkt durch die Kammer 175 zur Blende 180 strömt, ohne von einem Leitelement nach außen abgelenkt zu werden. Nach dem Austritt aus der Blende 180 explodiert der Schaum und bildet einen fächerförmigen Sprühstrahl aus kleinen Farbtropfen. Dieser Sprühstrahl besitzt weitgehend das gleiche Massenverhältnis Luft zu Farbe wie der mit einer Düse

der ersten Ausführungsform erzeugte Sprühfächer; die Vorwärtsgeschwindigkeit des Sprühstrahles ist v^eilgehend die gleiche. Jedoch sind die Farbpartikeln im Sprühfächer nicht so gleichmäßig verteilt, und der Sprühfächer besitzt nicht die günstigen »ausgefransten« Kanten.
Obwohl die Vorrichtung nur im Zusammenhang mit

einer Farbspritzpistole beschrieben wurde, sind die Vorrichtung und auch das Verfahren zum Sprühen von anderen Materialien in Fällen, in denen ein flacher Sprühfächer mit Tropfen gleichmäßiger Größe wünschenswert ist, einsetzbar, so z. B. auch beim Zerstäuben und Versprühen verschiedener Pflanzenschutzmittel, lnsektenvernichtunjfsinittel, Brennstofföle o. dgl.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen eines flachen Fächerstrahls aus flüssigem Beschichtungsmaterial, bei dem das unier Überdruck strömende Material zu einer Entspannungsstelle geleitet und durch Einwirkung von Luft zerstäubt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in das strömende Material vor der Entspannungsslelle Mikro-Luftblasen zur Bildung eines Schaumes injiziert werden und der Schaum dann zur Verbesserung der Verteilung der Mikro-Luftblasen durch eine Kammer geleitet und schließlich der Entspannungsstelle zugeführt wird, die den Schaum durch ihre Gestaltung in die Fächerform überführt und daß der fächerförmige Schaum nach dem Passieren der Entspannungsslelle durch die platzenden Mikro-Luftblasen zerstäubt wirJ.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum vor dem Erreichen der Entspannungsstelle aus seiner anfänglichen Strömungsrichtung ausgelenkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft und das Beschichtungsmaterial in einem Massenverhältnis Luft/Material im Bereich von 0,1 bis 1,6 gemischt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Material vor der Fntspannungsstelle in die Form eines dünnen Filmes gebracht wird, in den die Mikro-Luftblasen injiziert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Matcrialfilm vor der Injektion der Mikro-Luftblasen in eine ringförmige Konfiguration gebracht wird.

b. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikro-Luflblasen von außen her in den ringförmigen Film injiziert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Malerial unter einem Druck von 3 bis 8 bar steht.

8. Vorrichtung, insbesondere Spritzpistole zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Gehäuse, einem dieses durchsetzenden Luftkanal, einem dieses durchsetzenden Kanal für das flüssige Beschichlungsmatcrial, der in einem Kopfelement endet und mit einer die Entspannungsstelle bildenden Düse, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blendenclement (54; 154) mit einer Stirnfläche (61) in Richtung auf das Kopfelcment (47) angeordnet ist und eine von seiner entgegengesetzten Stirnfläche wegragende Erhebung (57; 157) besitzt; daß ein Ringelemcnt (42) eine zentrale öffnung zur Aufnahme der Erhebung (57; 157) besitzt, mit der es zusammen einen ringförmigen Kanal (68) bildet; daß das Blendenelement (54; 154) mindestens eine den ringförmigen Kanal (68) in Strömungsverbindung mit der Austrittsöffnung (53) des Kopfelementes (47) bringende Bohrung (56; 156) besitzt, daß das Ringelement (42) einen sich nach innen erstreckenden, mit dem Luftkanal (33) in Verbindung stehenden Injektionskanal (41) zum Injizieren von Luftblasen in einen Film aus flüssigem Beschichlungsmaterial im Kanal (68) zur Erzeugung des Schaumes aufweist und daß die Düse (15; 115) einen in Strömungsverbindung mit dem filmformenden Kanal (68) stehenden internen Kanal (75; 175) besitzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Düse (15) zwischen der Blende (78) und dem (Umformenden Kanal (68) ein Leitelement (60) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiteiement (60) an einem von der Erhebung (57) aus vorwärtsragenden Tragstift (58) befestigt ist

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ίο gekennzeichnet, daß die Hülse (15) in der Nähe der Blende (78) in einer halbkugelförmigen domartigen Wand endet; und daß das Leitelement (60) einen mindestens in einer Ebene mit der Wand des Domes konzentrischen Teil einer Kugeloberfläche (6OaJ besitzt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (60) einen den Tragstift (58) mit dem kugelförmigen Teil (6OaJ verbindenden kegelförmigen Teil (QOb) besitzt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (15) eine schlitzförmige Blende (78) aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß das Blendcnelement (54; 154) eine in Querrichtung ausgerichtete Basis (55; 155) mit einer an dem Kopfelement (47) anliegenden Rückseite (61; 161) aufweist; daß von der Basis (55; 155) die zylinderförmig ausgeführte Erhubung (57; 157) absteht; daß das Ringelement

jo (42) mit einem rückwärtsragenden, die Peripherie des Blendenelementes (55; 155) umfassenden Flansch (63) und einem vorwärtsragenden periphären Flansch (71) versehen ist und a._; seiner Vorderseite bzw. der Vorderseite einer Querwand

(42) einen sich nach innen erstreckenden, mit der zentralen Bohrung (65) in Verbindung stehenden und nach außen durch den vorwärtsragenden Flansch (71) hindurchverlaufenden Schlitz (41) aufweist; daß das Düsenelement (15; 115) zur Bildung des Injektionskanals eine den Schlitz (41) überdeckende Basis (72) aufweis'; daß das äußere Ende (!es Schlitzes (41) mit dem Luftkanal (33) verbunden ist und daß das Düscnelement (15; 115) teleskopartig von dem vorwärtsragenden Flansch

v> (71) des Ringelementes (42) aufgenommen ist.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (180) der Düse (115) eine von nach innen geneigten, in Form eines eliplischen Einschnittes geschnittenen Wänden

V) umgebene kleine Öffnung ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (15) eine halbkugelförmige domartige Wand besitzt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis Ti 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement

(42) in seiner Frontseite (64) mit zwei diametralen Schlitzen (41) ausgerüstet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfelement

Wi (47), das Blendenelement (54; 154), das Ringelement (42) und die Basis (72) des Düsenelementes (15, 115) von einer Überwurfmutter (77) umgeben sind; und daß die Überwurfmutter eine den oder die Luftinjektionskanäle (41) mit dem Luftkanal (33)

hi verbindende Kammer (40) bildet.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwurfmutter (77) einen mit der Basis (72) des Düsenelementes (15, 115) im

Eingriff stehenden Bund (82) zum Andrücken von Düse (15, 115), Ringelement (42) und Düsenelement (54; 154) aufweist.

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (78) entlang radialer Linien gebildet ist.