DE2252474C2

DE2252474C2 - Vorrichtung zum Steuern des Pulverdurchsatzes durch elektrostatische Pulverbeschichtungsanlagen oder -geräte

Info

Publication number: DE2252474C2
Application number: DE2252474A
Authority: DE
Inventors: Lande S. Elyria Ohio Duncan; Charles H. Lakewood Ohio Riedy; Simon Z. Lorain Ohio Tamny
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1971-11-02
Filing date: 1972-10-26
Publication date: 1982-06-24
Also published as: GB1409424A; GB1409423A; IT966839B; US3746254A; JPS4854140A; CA973702A; JPS5412499B2; JPS51105347A; FR2159946A5; DE2252474A1; JPS5225855B2; AU4801372A; GB1409425A; NL7214751A; BE790830A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern des Pulverdurchsatzes durch elektrostatische Pulverbeschichtungsanlagen oder -geräte, die einen Vorratsbehälter für das Pulver, eine über einen Kanal hierin angeschlossene pneumatische Förderleitung und ein Pulversprühgerät sowie eine Druckgasquelle aufweisen.

Ein Problem beim Betrieb derartiger Anlagen oder Geräte besteht in der Einhaltung der optimalen Relation zwischen durchgesetztem Pulver und durchgesetztem, der Pulverförderung dienendem Gas. Die Gasgeschwindigkeit soll gerade ausreichen, um einen gleichmäßig verteilten Pulverstrom zur Düsenöffnung des Gerätes bzw. der Anlage zu fördern. Wenn die Geschwindigkeit des Pulvers nämlich im Bereich der Düsenoffnung zu groß ist, nimmt es die erforderliche elektrostatische Ladung nicht auf, die seinen Transport zur ('berfläche des zu beschichtenden Gegenstandes bewirken soll. Das Pulver wird in diesem Fall vielmehr aufgrund seiner Geschwindigkeit und seiner Trägheit auf den Gegenstand aufgebracht. Dies führt zu einem übermäßigen Pulververbrauch und hat andere unerwünschte Folgen. Wenn die Pulvergeschwindigkeit Während der Förderung jedoch zu klein äst, fallen Feststoffteilchen während der Förderung zur Düse aus und setzen sich irgendwo in dem System ab. Die Folge ist ein stoßartiger Betrieb mit unterschiedlichen Pulverdichten, der die Qualität der Beschichtung wesentlich beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für elektrostatische Pulverbeschichtungsanlagen oder -gerate zu schaffen, mit der sich die Menge des Pulverdurchsatzes über einen weiten Bereich steuern bzw. verändern läßt.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß hinter dem Vorratsbehälter eine an die Druckgasquelle angeschlossene, den Ausgang des Vorratsbehälters umgebenden Überdruckzone (Ringkanal) im Kanal vorgesehen ist, die zum Erzeugen eines in Normalenebene zur Längsachse des Kanals gerichteten Gasvorhanges Leiteinrichtungen aufweist und daß zum Einstellen des Druckes in der Überdruckzone zwischen dieser und der

• ⁵ Druckgasquelle ein Dr\ckeinstellglied vorgesehen ist

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Der Vorzug der gegebenen Lehre liegt in der einfachen Verstellmöglichkeit der Durchsatzraten bei im wesentlichen gleichbleibender Relation zwischen Pulver- und Gasdurchsatz, so daß die erwünschten optimalen Strömungseigenschaften innerhalb der Förder leitungen weitgehend erhalten bleiben. So wurde bei Versuchen mit einem Ausführungsbeispiel festgestellt, daß der stündliche Pulverdurchsatz zwischen etwa 4,5 kg und 27 kg variiert werden konnte und daß hierbei die Pulverabgabe aus der Düse die gewünschte Gleichmäßigkeit behielt. Eine übertriebene Geschwindigkeit des Pulvers wurde nicht festgestellt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbei spiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektrostatischen Pulverbeschichtungsanlage:

F i g. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch einen Teil des Vorratsbehälters und durch die Überdruckzone;

F i g. 3 einen Schnitt durch einen Steuerschalter: und F ι g. 4 einen Schnitt durch eine andere Ausfünrungsform des Steuerschalters.

Die in Fig. 1 ge/.eigte Pulvert eschichtungsanlage dient /ur Förderung eines Feinpulvers 10 von einem Trichter 11 zu und durch ein pistolenförmiges Pulversprühgerät 12. Wenn das von der Luft mitgerissene Pulver aus der ringförmigen Auslaßöffnung 13 der Pistole austritt, nimmt es eine elektrostatische Ladung aus einem Korona F.ntladungsfeld einer Antenne 14 auf. Diese Ladung stößt das Pulver dann von der Pistole weg auf einen Gegenstand oder eine Unterlage von

entgegengesetzter Ladung. Üblicherweise ist die von dem Pulver mitgenommene Ladung negativ und die Unterlage ist geerdet. Als Folge dieser entgegengesetzten Ladungen wird das Pulver angezogen und bleibt auf der Oberfläche des Gegenstandes sitzen. Der Gegenstand oder die Unterlage ist gewöhnlich etwa 46 cm von der Düse 13 der Pistole entfernt.

Die in Fig 1 dargestellte Anlage kann mit vielen handelsüblichen Pulvern betrieben werden und ist auf ein spezielles Pulver nicht beschränkt. Zur Zeit handelsübliche Pulver sind beispielsweise solche auf Zellulosebasis. Venylbasis, F.poxidharzbasis, ferner Polyäthylene, thermoplastische Polyester, Phenolharze und Stoffe auf Nylonbasis. Die Wahl eines Pulvers wird durch die Eigenschaften des Films bestimmt, der nach

der Wärmebehandlung des Pulvers auf dem Gegenstand erwünscht ist.

Die Anlege weist außer dem Trichter 11 und der Pistole 12 einen Förderblock 15, eine pneumatische

Förderleitung 16, eine pneumatische Durchflußsteuerschaltung 17 sowie eine Ladungssteuerschaltung 18 für die Antenne auf.

Die Pistole 12 der Pulverbeschichtungsanlage weist einen Handgriff 21 mit daran angesetztem, elektrisch nicht leitenden Lauf 22 auf. Mit einer die Rückseite des Handgriffs bildenden Klemmvorrichtung 25 kann die Förderleitung 16 in Gestalt eines Schlauches 30 in der Pistole festgelegt werden. Das durch die Förderleitung ankommende Pulver/Gasgemisch strömt durch eine Bohrung 36 innerhalb des Laufes 22 zur Düse ϊ3.

Durch die Pistole 12 ist weiterhin ein elektrisches Kabel 108 zu einem ebenfalls innerhalb der Pistole befindlichen Vorwiderstand 105 geführt, der seinerseits mit der Antenne 14 verbunden ist

Die Abgabemenge an Pulver wird mit einem Auslöser 20 der Pistole 12 gesteuert, welcher seinerseits ein im Handgriff untergebrachtes Ventil 45 betätigt. Der Eingang dieses Ventils 45 steht mit einem im Handgriff der Pistole 12 befindlichen Kanal 33 in Verbindung, und der Ausgang des Ventils öffnet sich zur Atmosphäre.

Der zur Antenne 14 fließende Strom wird durch einen Schalter ί Ϊ4 sowie durch eine elektrische Ladeschanung 18 unter Einschluß eines pneumatischen Durchflußsteuerschalters 44 sowie schließlich durch das aiulöserbetätigte, pneumatische Ventil 45 gesteuert.

Der Durchflußsteuerschalter 44 ist im einzelnen in Fig. 3 dargestellt. Im wesentlichen weist er einen Zylinder 120 auf, in dem ein Kölbchen 121 verschiebbar ist. Diese Kolbenanordnung 121 ist auf einer Kolbenstange 122 befestigt, deren Ende 123 sich durch eine öffnung 124 im Zylinderende erstreckt und an einem Auslöser 125 des elektrischen Schalters 114 anliegt. Wie in F i g. 1 dargestellt, ist der Schalter 114 normalerweise offen und wird nur bei Rechtsbewegung des Kolbens 121 und der zugehörigen Kolbenstange 122 geschlossen.

Die Kolbenanordnung 121 umfaßt eine Vorderscheibe 127. deren Nabe 128 über einen rückwärtigen Abschnitt der Kolbenstange 122 von kleinem Durchmesser befestigt ist. Die Nabe trägt einen Ring 129, der von einer Mutler 130 und einer Scheibe 131 auf der Nabe gehalten wird. Die Mutter 130 ist über einen rückwärtigen Abschnitt 132 der Kolbenstange geschraubt. Eine pneumatische Dichtung 13J ist zwischen der Scheibe 127 und dem Ring 129 zwischengelegt. An der Vorderseite der Kolbenanordnung 121 liegt ein .Querkanal 135 in Kommunikation mit dem axialen Kanal 136. Der letztgenannte Kanal 136 endet in einem radialen Schlitz 137 am Kolbenende, so daß die gegenüberliegenden Seiten des Kolbens in strömungsmittelmäßiger Verbindung über den Querschlitz 135, den axialen Kanal 136 und den radialen Schlitz 137 stehen.

Dem Zylinder wird Luft aus einer Druckluftquplle 140 (Fig. I) über eine Luftleitung 142 und einem Zylindereinlaß 143 an d°r Vorderseite des Kolbens zugeführt. Die Luft verläßt den Zylinder an der Rückseite des Kolbens über einen Auslaß 144 und eine Luftleitung 145, die den Auslaß 144 mit dem Kanal 33 in dem Pistolenhandgriff verbindet.

Wenn im Betrieb die Pistole nicht verwendet und demzufolge deren Auslöser 20 nicht betätigt wird, ist das Ventil 45 geöffnet, so daß Luft durch den Kanal 33 in den Handgriff der Pistole durch das Ventil 45 zum Kanal 33 und durch einen Auslaß 53 nach außen strömen kann. Bei diesem Betriebszustand der Pistole strömt Luft aus der Druckluftqueüe 140 über die Luftleitung 142 in den Einlaß 143 durch die Kanäle 135,136 in dem Kolben und in der Kolbenstange, aus dem Auslaß 144 durch die Leitung 145 und den Kanal 33 im Handgriff. Bei diesem Betriebszustand der Pistole hält also der Luftstrom die Kolbenanordnung 121 in ihrem linktn Umkehrpunkt gemäß F i g. 1 und 3, so daß der elektrische Schalter 114 offengehalten wird.

Wenn der Auslöser 20 der Pistole nach rückwärts gezogen und die Pistole geschaltet wird, wird dadurch das Ventil 45 den Kanal 33 schließen. Dies beendet die Zufuhr von Luft in den Einlaß 143 und aus dem Auslaß 144. Wenn dies eintritt, gleicht sich der Luftdruck in den Kammern 150 und 151 auf den beiden Seiten der Kolbenanordnung 121 sehr schnell aus. Wegen der größeren wirksamen Kolbenfläche auf der linken Seite des Kolbens bewegt er sich nach rechts, wenn die Drücke ausgeglichen sind und schließt somit den Schalter 114. Dies hat die Wirkung, daß ein pulvermitreißender Luftstrom durch die Pistole eingeschaltet wird, und zwar vermöge der Betätigung von Magnetventilen 193, 185 und vermöge des jetzt vollständigen elektrischen Stromkreises zwischen der Hochspannungsquelle J13 und der Antf ie 14 der Pistole. Dadurch wird urn die Antenne he.ü~ ein elektrisches Hochspannungsfeld aufgebaut, durch das das Pulver hindurchströmen muß, wenn es aus der Düse 13 der Pistole austritt.

M.-n bemerke, daß beim Ausbleiben eines Luftstromes von der Druckluftquelle 140 zu dem Durchflußsteuerschalter 44 der elektrische Schalter 114 geschlossen bleibt. Ohne einen derartigen Luftstrom hält eine nicht dargestellte Feder des elektrischen Schalters den Auslöser 125 des Schalters in seiner am weitesten links befindlichen Stellung gemäß Fig. 3 und hält somit den Schalter 114 offen. Somit wird der Antenne 14 der Pistole keine elektrische Ladung zugeführt, wenn die Quelle 140 keinen Luftdruck liefert und/oder keine Luftströmung in der Leitung 142 vorhanden ist.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Durchflußsteuerschalters zur Ausführung der Funktion des Durchflußsteuerschalters 44 aus Fi j I. Die einzelnen Bauteile dieses Schalters sind mit solchen Bezugszeichen versehen, die ihren funktionellen Gegen-E.ticken indem Schalter44entsprechen mit Zusatz eines Apostroph. Dieser Durchflußsteuerschalter 44' weist ein Aluminiumgehäuse 200 auf, durch das sicli drei parallele Kanäle 201,202 und 203 erstrecken. Der erste Kanal 201 enthält einen magnetischen Zungenschalter 114' in einem Glasgehäuse 204. Dieser Schalter wird in dem Kanal 201 durch Vergußmassen 205 und 206 gehalten. Der zweite Kanal 202 wirkt als Verschiebestrecke für eine magnetische Abschirmung 207, die so leicht ist, daß ein Luftstrom. de^r über einen Einlaß 143' am einen Ende des Kanals 202 eintritt und den Kanal 202 am entgegengesetzten Ende über den Auslaß 208 verläßt, dif Abschirmung gegen ihre Schwerkraft von ihrer untersten Stellung aus anhebt, wobei die Abschirmung in ihrer unterste; Stellung in derselben Honzontalebene liegt wie der Zungenschalter 114'. Dtr Luftstrom kann die Abschirmung über und aus dieser Horizontalebene heraus anheben.

Der dritte Kanal 203 wirkt als Verschiebestrecke für einen Magneten 209 und steht, in strömungsmittelmäßiger Verbindung mit dem Kanal 202 über einen Quefkanal 210, der die beiden verbindet. An seinem unteren Ende ist der Kanal 203 durch einen Stöpsel 211 verschlossen. Das gegenüberliegende oder obere Ende des Kanals mündet in einen Auslaß 144', der über eine Luftleitung 145 mit dem auslöserbetätigten Ventil 45

verbunden ist.

In Betrieb strömt Luft aus der Druckluftquelle 140 in den Einlaß 143' und sowohl durch den Abluftauslaß 208 wie den Auslaß 144. Dieser Luftstrom hebt die magnetische Abschirmung 207 sowie den Magneten 209 von unten nach oben, wie in Fi g. 4 dargestellt, an. Der Magnet und die Abschirmung verbleiben in dieser angehobenen Stellung solange, wie das Ventil 45 der Pistole geöffnet ist. Wenn der Auslöser 20 der Pistole ausgelöst wird und demzufolge das Ventil 45 schließt, wird der Luftdurchsatz durch den Kanal 144' beendet; jedoch setzt sich die Strömung durch den Kanal 202 und den F.ntlüftungsauslaß 208 fort. Folglich fällt der Magnet 209 in die Horizontalebene des magnetischen Zungen schalters 114' herab, in welcher Stellung das Magnetfeld des Magneten die ferromagnetischen Metallzungen 212 und 213 des Zungenschalters miteinander in Berührung bringen. Das Schließen des Schalters 114' schaltet die HochspannunßSEuelle 113 an die Antenne 14 und aktiviert gleichzeitig die Spulen der Magnetventile 185 und 19.3. Solange wie das auslöserbetätigte Ventil 45 geschlossen bleibt, bleibt auch der Magnetschalter 114' geschlossen. Wenn das Ventil 45 jedoch wieder geöffnet wird, stellt sich der Luftstrom aus dem Einlaß 143' zum Auslaß 144' wieder her und der Magnet 209 wird angehoben, so daß der Zungenschalter 114' öffnen kann

Für den Fall, daß die Druckluft aus der Quelle 114 abgeschaltet wird oder unterbrochen wird, fallen sowohl der Magnet 209 wie auch die magnetische Abschirmung 207 in die untere Stellung, in der sie jeweils in der Horizontalebene des Zungenschalters 114' liegen. Bei dieser Betriebsbedingung des Schalters 144' schirmt die Abschirmung 207 das Magnetfeld des Magneten 209 so stark ab. daß die Zungen des Zungenschalters 114' nicht schließen. Somit ist der Schalter ausfallsicher in dem Sinn, daß er geöffnet bleibt, solange kein Durchsatz von Luft durch den Schalter 144' stattfindet.

Gemäß Fig. 2 hat der Vorratsbehälter ti für das Pulver die Form eines Trichters und weist an seinem unteren Ende einen Ausgang 155 auf. Diese Öffnung liegt in einem Lagerblock 156. der an den Boden des Trichters angesetzt ist. Der Boden des Blockes 156 weist eine kreisförmige Ausnehmung 157 auf. die aus ihm herausgedreht ist und die über einen Ring 158 am oberen Ende des Förderblockes 15 paßt. Gegenüber dem Ring 158 am oberen Ende des Förderblockes mit Abstand nach innen versetzt befindet sich ein mit Tetrafluorethylen ausgekleideter Kanal 159, der sich vertikal durch den Förderblock erstreckt. Dieser Kanal öffnet sich nach außen divergierend in eine kaminähnliche öffnung 160 am oberen Ende des Förderblockes 15.

Eine Querbohrung 161 erstreckt sich durch den Förderblock 15 und steht in strömungsmittelmäßiger Verbindung mit dem Kanal 159 des Förderblockes. Auf einer Seite der Schnittstelle zwischen dem Kanal 159 und der Querbohrung 161 befindet sich eine Einlaßdüse 16Z die in einen Schraubabschnitt 163 der Bohrung 161 eingeschraubt ist Auf der gegenüberliegenden Seite der Schnittstelle zwischen dem Kanal 159 und der Bohrung 161 befindet sich eine Tetrafluoräthylen-AusIaBröhre 164. die in einen Schraubabschnitt 165 der Bohrung 161 eingeschraubt ist Zwischen der Einlaßdüse 162 und dem Auslaßrohr 164 befindet sich ein Gebiet 166 in der Bohrung, in dem durch Luft, die durch einen Axialkanal 167 der Düse 162 strömt, ein Unterdruck aufgebaut wird. Solange Luft von mehr als Atmosphärendruck durch die Düse strömt, wird der Druck in dem Gebiet 166 auf einem Wert gehallen, der unter Almosphärendruck liegt, so daß Pulver 10 durch den Unterdruck aus dem Trichter nach unten durch den Kanal 159 gezogen

und nach außen durch eine axiale Öffnung 168 in dem Auslaßrohr 164 zusammen mit dem Luftstrom gefördert wird. Der Luftstrom durch die Düse wird auf einem solchen Wert gehalten, der den notwendigen Unterdruck erzeugt, um einen gewünschten Durchsatz an

to Pulver durch die Pistole zu erzielen und um das Pulver durch die Pistole zu fördern, während es von dem Luftstrom mitgerissen wird. Im Idealfall ist der Luftstrom gerade ausreichend, um das Pulver zu der Düse der Pistole zu transportieren, ohne daß das Pulver aus dem mitgerissenen Zustand ausfällt, jedoch ohne, daß Pulver mit nennenswerter Geschwindigkeit aus der Düse 13 ausgestoßen wird. Von der öffnung bis zu dem Gegenstand, auf den das Pulver aufgetragen werden soll, führt es elektrische Ladung mit sich, die für eine Anziehung des Pulvers durch den Gegenstand wegen dessen entgegengesetzter Ladung sorgt.

Zur Steuerung und Abmessung der Pulvermenge, die von dem Luftstrom mitgenommen wird, ist ein Ringkanal 170 zwischen der Unterseite 171 des Trichters, einer vertikalen Fläche 172 des Ringes 158 und der Oberseite 173 des Förderblockes vorgesehen. Diesem Ringkanal 170 wird Luft von reguliertem Druck über ein«;n engen Kanal 175 zugeführt Wie man aus Fig. I erkennt, steht dieser Kanal 175 mit der Druckgasquelle 140 über ein Luftfilter 181, eine Luftleitung 182, ein Druckeinstellglied 183, eine Luftleitung 184. ein magnetisch betätigtes Ventil 185 und eine Luftleitung 186 in Verbindung. Um den Strom an Steuerluft aus dem Ringkanal 170 in den Kanal 159 zu lenken, steht ein ringförmiger Ringflansch 176 nach oben aus dem oberen Ende des Förderblockes innerhalb des Ringkanals 170 vor. Dieser Flansch definiert eine ringförmige Abmeßöffnung 177. durch die ein pulverabmessender Luftvorhang in den Kanal 159 injiziert wird.

Um zu verhindern, daß geklumptes Pulver den weiteren Durchsatz durch den Ausgang 155 des Trichters und durch die Pulverkanäle des Förderblockes blockiert, ist ein konventioneller pneumatischer Vibrator 190 unter dem Förderblock angeordnet Der Förderblock und der auf seinem oberen Ende getragene Trichter werden ihrerseits von elastischen Kissen eines nicht dargestellten Gestells getragen, so daß die ausgeübte Vibration sowohl den Förderblock als auch den Trichter mit einer Frequenz rüttelt die durch den Druck des dem Vibrator zugeführten Luftstromes gesteuert wird. Dieser Druck wird seinerseits ^iirch einen Regulator 191 in der Luftleitung 192 gesteuert, die mit der Luftleitung 182 verbunden ist Die Leitung 192 ist ihrerseits mit dem Vibrator über ein magnetisch betätigtes Ventil 193 verbunden. Das gleiche Magnetventil 193 steuert den Luftdurchsatz zu der Einlaßdüse 162 der pneumatischen Förderleitung 16. Da sowohl der Vibrator wie die pneumatische Förderleitung 16 mit der Luftdruckquelle 540 über ein gemeinsames Druckeinstellglied 191 verbunden sind, führt eine Luftdruckschwankung bei der einen Einrichtung zu einer gleichzeitigen Luftdruckschwankung bei der anderen Einrichtung. Somit wird die Vibrationsrate des Vibrators 190 stets direkt proportional zn dem Druck in der Leitung 16 und dem im Gebiet 166 erzeugten Vakuum aufrechterhalten^ um einen Durchsatz des Pulvers aus dem Trichter zu ermöglichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Steuern des Pulverdurchsatzes durch elektrostatische Pulverbeschichtungsanlagen oder -geräte, die einen Vorratsbehälter für das Pulver, eine über einen Kanal hieran angeschlossene pneumatische Förderleitung und ein Pulversprühgerät sowie eine Druckgasquelle aufweisen, d a durch gekennzeichnet, daß hinter dem Vorratsbehälter (11) eine an die Druckgasquelle (140) angeschlossene, den Ausgang (155) des Vorratsbehälters umgebende Überdruckzone (Ringkanal 170) im Kanal vorgesehen ist, die zum Erzeugen eines in Normalenebene zur Längsachse des Kanals gerichteten Gasvorhanges Leiteinrichtungen aufweist, und daß zum Einstellen des Druckes in der Überdruckzone zwischen dieser und der Druckgasquelle (140) ein Druckeinstellglied (183) vorgesehen ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Druckeinstellglied (183) für die O^erdruckzone ein vom Auslöser (20) des Pulversprühgerätes (12) betatigbares Magnetventil (185) vorgesehen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdruckzone zwischen einem Lagerblock (156) für den Vorratsbehälter (11) und einem vum Kanal (159) durchsetzten Förderblock (15) vorgesehen und von den jeweils, einander zugeordneten, gleichzeitig als Leiteinrichtung dienenden Begrenzungswänden der beiden Blöcke gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der ^rder¹'ock im Bereich der Überdruckzone zur Bi'dung eines ringschlitzförmigen Auslasses einen Rmgflansc". (176) aufweist.