DE2325989A1

DE2325989A1 - Duese fuer pulverbeschichtungsanlagen

Info

Publication number: DE2325989A1
Application number: DE2325989A
Authority: DE
Inventors: Adrien Lacchia
Original assignee: Air Industrie SA
Current assignee: Air Industrie SA
Priority date: 1972-05-26
Filing date: 1973-05-22
Publication date: 1974-01-24
Also published as: CH570207A5; GB1413394A; US3870232A; JPS4942742A; IT984188B; JPS529219B2

Description

Dlpl.-lng. Dipl. oec pub».

₈München2l-Gotthard3tr.81

Telefon 56 17 62

Air Industrie

19 Avenue Dubonnet

92401 Courbevoie (Frankreich)

Düse für Pulverbeschichtungsanlagen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düse für Pulverbeschichtungsanlagen, die eine Vorrichtung aufweisen zur Bildung eines Gemisches aus Treibgas und Pulver in Form eines flachen Gemischstrahles.

Pulverbeschichtungsanlagen, seien es elektrostatische oder andere, sind in der Lage, feste pulverisierte Stoffe wie: PVC, Polyäthylen, Epoxy-Kunstharze, Polyamid II, Emaille, Talkum usw. als feste Schichten auf irgendwelche Körper aufzubringen.

Bei bekannten Anlagen dieser Art, wie sie beispielsweise in der französischen Patentschrift 1 302 415 beschrieben sind,

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wird das aus dem Treibgas und dem Pulver bestehende Gemisch durch eine abgeflachte Düse fächerförmig als dünne Schicht ausgestrahlt. Diese Düsen arbeiten Jedoch noch nicht völlig zufriedenstellend, da der fächerförmige flache Gemischstrahl auf beiden Seiten von einer Teilchenwolke umgeben ist, die durch Wirbelbildung in der umgebenden Luft beim Austritt des Gemischstrahles entsteht. Diese Wirbel üben auf die Teilchen eine bremsende Wirkung aus und lenken sie von ihrer ursprünglichen Richtung ab. Statt eines abgeflachten Gemischstrahles hat man also eher eine Gemischwolke.

Für bestimmte Anwendungen bei der elektrostatischen Beschichtung ist es jedoch unbedingt erforderlich, einen genau definierten, flachen Gemischstrahl mit hoher Strömungsgeschwindigkeit zu erhalten* Ist nämlich die Geschwindigkeit der pulverförmigen Teilchen zu klein, so folgen sie den elektrostatischen Feldlinien, die zwischen der Düse und dem zu beschichtenden Gegenstand verlaufen. In dem Fall, in dem die zu beschichtenden Gegenstände keine Vertiefungen oder Erhöhungen aufweisen, ist diese Eigenschaft vorteilhaft, da keine Teilchen verloren gehen. Man wird also in diesem Fall bestrebt sein, die Ausströmgeschwindigkeit des Strahles möglichst stark zu reduzieren, beispielsweise durch einen zusätzlichen für Verwirbelungen sorgenden Luftstrom, wie es in der französischen Patentschrift 1 340 629 beschrieben ist.

In dem Fall jedoch, in dem der zu beschichtende Gegenstand mit Vertiefungen oder Erhöhungen versehen ist, muß dem Pulverstrahl eine möglichst hohe Geschwindigkeit erteilt werden, da sich in diesem Fall die elektrostatischen Feldlinien nicht schließen.und nur durch die hohe Geschwindigkeit die abstoßenden Kräfte der zwischen den Erhöhungen des zu beschichtenden Gegenstandes herrschenden Feldlinien überwunden werden können. Die in die Vertiefungen eingedrungenen Puderteilchen haften auf der Oberfläche aufgrund elektrischer und

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intermolekularer Anziehungskräfte. Verwendet man in diesem Fall eine Düse mit runder Austrittsöffnung, so wirfst sich dies dann nachteilig aus, wenn die zu beschichtende Oberfläche relativ groß ist oder wenn der BeSchichtungsvorgang in einer geringen Zeit durchgeführt werden muß, wie es bei der industriellen Pulverbeschichtung der Fall ist.

Durch einen abgeflachten Pulverstrahl läßt sich dagegen eine schnellere Beschichtung erzielen, bei gleichmäßigerer Qualität der Beschichtung, insbesondere bei länglichen Körpern. Bei Verwendung von Düsen mit abgeflachter Austrittsöffnung erhält man dann keine gleichmäßige Pulverteilchenverteilung im Pulverstrom, wenn die Düse so angeordnet ist, daß die' Längsausdehnung des Pulverstrahles senkrecht verläuft. .Aufgrund des Gewichtes ist nämlich die Dichte des Pulvers pro cm im unteren Teil des Fächers höher als im oberen Teil. Aus.diesem Grund erfolgt die Beschichtung des Gegenstandes heterogen, was ausgesprochen unerwünscht ist. Dazu tritt noch der Effekt auf, daß sich der · Fächer nach unten hin verformt.

Bei einer anderen bekannten Düse für Pulverbeschichtungsanlagen ist die Austrittsöffnung halbkugelförmig und wird von einem waagrecht angeordneten, fächerförmigem Schlitz durchteilt. Diese Ausführungsform weist jedoch noch mehrere Nachteile auf. Zum einen muß der Schlitz genügend klein sein im Verhältnis zum Radius der Halbkugel, um einen genügend feinen Pulverstrahl zu erhalten, dessen Austrittswinkel nicht zu groß wird, um Gegenstände verschiedenster Abmessungen beschichten zu können. Aufgrund der kleinen Abmessungen des Schlitzes ist jedoch die Beschichtungsleistung begrenzt. Die gebräuchlichen Pulverbeschichtungsanlagen weisen ein Venturi-System auf und aufgrund der kleinen Abmessungen des Schlitzes am Ende der Düse wird die Ausgangsleistung des,Treibgases begrenzt und damit auch die Menge des austretenden Pulvers= Des v/eiteren wurde fest- * gestellt, daß die Pulververteilung am Ausgang der Düse ungünstig

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ist, da die Dichte des Pulvers im Zentrum des PulverStrahles bei höheren Leistungen viel zu groß ist.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Düse für Pulverbeschichtungsanlagen anzugeben, die eine Vorrichtung aufweisen zur Bildung eines Gemisches aus Treibgas und Pulver in Form eines flachen Geraischstrahles und mit der die oben aufgezählten Nachteile vermieden werden»

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Düse mehrere getrennte Kanäle aufweist₉ die wenigstens teilweise in ihr und in Strömungsrichtung des Gemisches verlaufen und von einer bestimmten Menge des Gemisches durchsetzt werden und daß jeder Kanal mit einer Gemischansaugvorrichtung versehen ist.

Die erfindungsgemäße Düse weist den Vorteil auf, daß die austretende Pulvermenge, d.h. die Pulverleistung₍in einem großen Bereich beliebig eingestellt werden kann, wobei gleichzeitig die störende Teilchenwolke, die den Pulverstrahl bei den bisher bekannten Düsen noch umgibt* vermieden wird. Die Verteilung des Pulvers im Gemischstrahl selbst ist gleichmäßig und* die Strahlbreite ist beliebig einstellbar.

Die Gemischansaugvorrichtung ist vorzugsweise eine Venturi-Vorrichtung und weist wenigstens eine im Kanal mündende Zufuhrleitung für ein zusätzliches Gas auf«

Vorteilhafterweise sind die Kanäle konisch ausgestaltet und erweitern sich zum Vorderteil der Düse hin, wobei der Winkel des Konus zwischen 0 und 14 betragen kann und vorzugsweise 7° beträgt.

Besonders günstig ist es, wenn die Achsen aller Kanäle in einer Ebene angeordnet sind und die Gesamtheit der Achsen der Kanäle

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einen Fächer darstellen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nehmen die Durchmesser der Kanäle mit zunehmendem Abstand vom Mittelteil der Düse zu ihrem Ende hin zu-,

'Die erfindungsgemäße Düse weist xfenigstens eine Beladungselektrode auf, die außerhalb des Strahles und in Höhe der vorderen Düsenmündung angeordnet ist« Die Beladungselektroden bestehen aus dünnen Spitzen, wobei vorteilhafterweise jeweils ein Teil der Elektroden in einem Hohlrohr und parallel zur Achse des Hohlrohres angeordnet ist ₃ wobei das Hohlrohr mit der Zufuhrleitung für das zusätzliche Gas verbunden ist».

Die Verbindung des Hohlrohres mit der Zufuhrleitung für das zusätzliche Gas besteht vorzugsweise aus einem in den Düsenkörper gebohrten Kanal«

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:

Die Figuren 1a und 1b perspektivische Ansichten der erfindungsgemäßen Düse,

Figur 2 eine Vorderansicht der Düse,
Figur 3 einen Längsschnitt durch die Düse₅ Figur 4 einen Längsschnitt der Düse in .einer anderen Ebene, die Figuren 5a und 5b perspektivische Ansichten eines zx^eiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Düse, Figur 6 eine Vorderansicht dieser Düse₉ Figur 7 einen Längsschnitt durch diese Düse und Figur 8 einen Schnitt auf Höhe der Beladungselektrode.

Die Düse für elektrostatische PulverbeSchichtungsanlagen nach den Figuren 1 bis 4 besteht aus einem Düsenkörper 1, der aus

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einem elektrisch isolierenden Material besteht, wie es z.B. unter den Handelsnamen "Delrin" oder "Teflon" erhältlich ist« Mit ihrem Ende 2 ist die Düse mit der Pulverbeschichtungsanlage verschraubt, die z.B. ein manuell bedienbarer oder automatischer Apparat sein kann, wie er von der Anmelderin unter den Markennameh "STAJET" und "MEGASTAJET" vertrieben werden, χ Mit 3 ist ein ringförmiger Körper aus einem elektrisch leitenden aber einen Widerstand aufweisenden Material bezeichnet, der die Eingangsöffnung des Gemisches aus Pulver und Treibgas in die-Düse begrenzt und an den eine hohe elektrische Spannung gelegt wird, um das elektrostatische Feld zu er-' zeugen, das die Pulverteilchen auflädt und das in der Größenordnung von 70 kV liegt. Zwei dünne Elektroden 4 und 5, die mit dem ringförmigen Körper 3 elektrisch verbunden sind, erstrecken sich bis zur Mündung 6 der Düse.

Es wurde gefunden, daß ein ringförmiger Körper 3 vorteilhafterweise aus Teflon besteht, das mit 60% Bronze vermischt ist, da in diesem Fall der elektrische Widerstand des Körpers einen Wert von mehreren Meg-Ohm aufweist, bei gleichzeitig sehr geringem Reibwiderstand.

Die Elektroden 4 und 5 können z.B. aus Klavierdraht der Stärke , 4/10 mm Durchmesser hergestellt werden und sind zum größten Teil bis auf. ihr freies Ende in einem isolierendem Material, wie z.B. Araldil; eingebettet. Erfindungsgemäß v/eist nun die Düse an ihrem Vorderteil eine Vielzahl von getrennten Öffnungen 7, 8, 9, 10, 11 und 12 auf, durch die das Pulver in Richtung des zu beschichtenden Gegenstandes gesprüht wird. Bei" dem gezeigten Ausführungsbeispiel dient die Elektrode 4 zur Beladung der Pulverteilchen, die durch die Öffnung 7,· 8 und 9 die Düse verlassen und die Elektrode 5 zur Beladung der Pulverteilchen, die die Öffnungen 10,-11 und 12 der Düse verlassen. Jede der Öffnungen 7, 8, 9* 10, 11 und 12 stellt das Ende eines getrennten Kanals^13» 14, 15, 16, 17» 18 dar, die konisch aus-

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gebildet sind_s xifobei sich das erweiterte Ende am Düsenende befindet.

Das Geraisch aus Pulver und Treibgas verteilt sich über alle . Kanäle 13, 14, 15» 16,,17, 18» Die Steuerung dieser Verteilung des Gemisches über die einzelnen Kanäle wird erfindungsgemäß durch einzelne Gemischansaugvorrichtungen gesteuerte Jeder der Kanäle 13 bis 18 weist zu diesem Zweck eine oder mehrere Öffnungen 19, 20 für ein unter Druck stehendes zusätzliches Gas auf, wobei die Öffnungen schräg und in Stfeömungsrichtung in den entsprechenden Kanal weisen, so daß die Ansaugung nach dem Venturi-Prinzip erfolgt. · _<

Diese Öffnungen 19» 20 sind mit den Zuleitungen für ein zusätzliches Gas verbunden, wie öie beispielsweise in den Anlagen Stajet und Megastajet zur Zufuhr des die Verwirbelungen besorgenden zweiten Luftstromes dienen» In der Praxis ist es möglich, die in den Anlagen Stajet und Megastajet verwendeten Vortex-Düsen durch die erfindungsgemäßen Düsen zu ersetzen» Die Menge des angesaugten Pulvers pro Kanal ist eine Funktion des Durchmessers des Kanals sowie des Durchmessers der Öffnungen 19 und 2Oo Durch entsprechende Wahl dieser Parameter läßt sich also eine Düse herstellen, deren austretender, flacher Gemischstrahl die Nachteile der bekannten Düsen nicht mehr aufweist. Der Durchmesser der Öffnungen 7 bis 12 wird so gewählt, daß der abgeflachte Gemischstrahl vollständig gleichmäßig in seiner Zusammensetzung ist. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Durchmesser der Öffnungen vom Mittelstück der Düse aus gesehen, zu den beiden Enden hin zunimmt. Zur Strahlverbesserung ist es auch möglich, die Öffnungen 7 bis 12 im Vergleich zur Düsenmündung zurückzuversetzen, so daß ein gleichmäßiger Schlitz gebildet wird_s der eine bessere Vermischung der einzelnen Strahlteile ermöglicht. Der Winkel der konischen Kanäle beträgt vorzugsweise 7 » wobei auch noch bei Werten zwischen O und 14° für diesen Winkel eine befriedigende

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Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Düse festgestellt werden konnte. Die Achsen der Kanäle 13 bis 18 sind fächerförmig angeordnet, wobei sie sich zum Vorderteil der Düse hin erweitern und wobei der Winkel zwischen den Achsen der Kanäle 13 bis auch die Öffnung des austretenden Pulverstrahles begrenzt.

In den Figuren 5 bis 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßeri Düse dargestellt. Bei der Düse nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist mindestens eine Beladungselektrode vorgesehen, die außerhalb des Gemischstrahles angeordnet ist und sich auf Höhe der Mündung der Düse befindet. Diese Elektroden bestehen aus dünnen Spitzen. Aufgrund der bei der Beladung entstehenden hohen Temperatur der ElektrOdenspitzen schmelzen nun die Pulverteilchen, die sich auf den Elektrddenspitzen niederschlagen. Handelt es sich bei den Pulverteilchen z.B. um Epoxy, so liegt der Erweichungspunkt bei ungefähr 40° C. Da die Elektrodenspitzen sich auf einem Potential zwischen .' 60 und 90 kV befinden, kann die Temperatur der Elektrodenspitzen leicht den Wert von 40° C Überschreiten. Die in diesem Fall auf der Elektrodenspitze schmelzenden Pulverteilchen bilden einen isolierenden Panzer, der nach mehreren Stunden Betrieb bis einen Zentimeter Dicke erreichen kann. Aufgrund dieser Isolierung der Elektrode nimmt der Strom ab, so daß auch das elektrische Feld und die Beladung der Teilchen abnimmt, bis die Werte für eine einwandfreie Beschichtung nicht mehr ausreichen.

Eine weitere Gefahr besteht darin, daß plötzlich ein Durchschlag durch den isolierenden Panzer auftritt, wobei die Spannung kurz vor dem Durchschlag am höchsten ist und aufgrund des großen Stromstoßes beim Durchschlag ein Funken auftreten kann, der eine Explosion hervorruft.

Um die Nachteile dieser dünnen Elektrodenspitzen bei der . elektrostatischen Pulverbeschichtung zu vermeiden, hat man bereits daran gedacht, insbesondere bei Anlagen zur Beschichtung

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innerer Schweißstellen von Eisenbehältern_f d.ie Elektrodenspitzen von einem zusätzlichen Gasstrom umspülen zu lassen, so daß der Niederschlag von Pulverteilchen auf den Elektrodenspitzen verhindert wird. Zu diesem Zweck muß jedoch eine aufwendige und komplizierte Zufuhr dieses zusätzlichen Luftstromes zur Elektrode vorgesehen werden„

Bei dem in den Figuren 5 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen' Düse wird dieser Machteil gleichzeitig vermieden, ohne daß eine zusätzliche Gasversorgung für die Elektroden erforderlich ist» Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die zusätzliche Gasversorgung für die Gemischansaugsysteme nach dem Venturi-System in den verschiedenen Kanälen verwendet, um die Elektrodenspitzen gleichzeitig mit einem Gasstrom zu umgeben, .der verhindet₉ daß sich Pulverteilchen auf der Elektrodenspitze niederschlagen und dort eine isolierende Schicht bilden können.

Die schematisch dargestellte Düse besteht aus dem Düsenkörper 21, der ebenfalls aus einem elektrisch isolierendem Material, wie Delrin oder Teflon, hergestellt ist und an dem Ende 22 mit der elektrostatischen Pulverbeschichtungsanlage fest verbunden ist, die ebenfalls eine manuelle oder automatische Anlage vom Typ Stajet oder Megastajet sein kann. Mit 23 ist der ringförmige Körper bezeichnet, der aus einem einen Widerstandaufweisenden elektrisch leitenden Material besteht und den Eintritt des aus dem Pulver und dem Treibgas bestehenden Gemisches begrenzt und an den eine Hochspannung gelegt wird. Die Beladungselektroden 24 und 25 sind mit dem ringförmigen Körper 23' elektrisch verbunden und erstrecken sich bis auf Hölie der Mündung 26 der Düse. Die Elektroden 24 und 25 können ebenfalls aus Klavierdraht der Stärke 4/10 mm Durchmesser bestehen und zum größten Teil in einem isolierendem Material eingebettet sein.

Die freien Enden der Elektroden 24 und 25 sind von einem Luft-

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strom umspült j der von den Venturi-Gemischansaugvorrichtungen für die einzelnen Kanäle abgeleitet wird. Der Druck der durch die Venturi-Vorrichtung angesaugten Luft ist ausreichend hoch, · um eine ständige Reinigung der Beladungselektroden von eventuell ankommenden Pulverteilchen zu gewährleisten. Zu diesem Zweck sind in den Düsenkörper 21 drei Kanäle 28, 29 und 210 gebohrt^ wobei der Kanal 210 die Elektrode 24 bzw, 25 vollständig umgibt und die Kanäle 29 und 28 den Kanal 210 mit der Zufuhrleitung für die zusätzliche Luft verbinden» Mit 211 ist eine Abdichtung für den Kanal 29 bezeichnet.

Die erfindungsgemäße Düse kann bei allen gebräuchlichen Pulverbeschichtungsanlagen, die mit Feststoffen arbeiten_; eingesetzt werden. Eine besonders günstige industrielle Anwendungsmöglichkeit ist die elektrostatische Beschichtung von Gegenständen.

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Claims

Patent an Sprüche

1.^: Düse für PulverbeSchichtungsanlagen _s die eine Vorrichtung aufweisen zur Bildung eines Gemisches aus Treibgas und Pulver in Form eines flachen Gemischstrahles, dadurch gekennzeichnet j, daß die Düse mehrere getrennte Kanäle aufweist, die wenigstens teilweise in ihr und in Strömungsrichtung des Gemisches verlaufen und von einer bestimmten Menge des Gemisches durchsetzt werden und daß jeder Kanal mit einer Gemischansaugvorrichtung versehen ist.

2. Düse nach Anspruch 1₅ dadurch gekennzeichnet , daß die Gemischansaugvorrichtung eine Venturi-Vorrichtung ist.

3. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Venturi-Vorrichtung wenigstens eine im Kanal mündende Zufuhrleitung für ein zusätzliches Gas aufweist.

4. Düse nach Ansprüchen 1 bis 3? dadurch gekennzei c h n e t , daß jeder Kanal konisch ist und sich zum Vorderteil der Düse hin erweitert.

5«. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel des Konus zwischen 0 und 14° beträgt.

6. Düse nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel des Konus 7° .beträgt.

7. Düse nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Achsen aller Kanäle in einer Ebene angeordnet sind.

8. Düse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet _f daß die Gesamtheit der Achsen der Kanäle einen Fächer darstellt.

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9. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch •gekennzeichnet , daß die Durchmesser der Kanäle mit zunehmendem Abstand vom Mittelteil der Düse und zu ihren Enden hin zunehmen.

10. Düse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9» dadurch .gekennzeichnet , daß sie wenigstens eine Beladungselektrode aufweist, die außerhalb des Strahles und in Höhe der vorderen Düsenmündung angeordnet ist.

11. Düse nach Ansprüchen 3. bis 10, wobei die Beladungselektroden aus dünnen Spitzen bestehen, dadurch gekennzeichn e t , daß jeweils ein Teil der Elektrode in einem Hohlrohr und parallel zur Achse des Hohlrohres angeordnet ist, und daß das Hohlrohr mit der Zufuhrleitung für das zusätzliche Gas verbunden ist.

12. Düse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß. die Verbindung des Hohlrohres mit der Zufuhrleitung für das zusätzliche Gas aus einem in den Düsenkörper gebohrten Kanal besteht.

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Le e rs e i t e