-
Die Erfindung betrifft eine Pistole zur reibungselektri-
-
schen Aufladung von Pulver, insbesondere eine Vorrichtung, zur reibungselektrisch-gasdynamischen
Aufladung von Pulver (TEGD für tribo-electro-gas-dynamic). Die Vorrichtung besteht
aus einer Pulverpistole, die insbesondere zur Beschichtung von Objekten mit tiefen
Spalten bzw. Rücksprüngen wie beispielsweise die Innenflächen von zweistückigen
Aluminiumgetränkedosen geeignet sind.
-
Bekannte Vorrichtungen zur Pulverbeschichtung verwenden im allgemeinen
ein äußeres elektrisches Feld zur Aufladung des Pulvers. Eine erste Bauart von Pistolen
mit elektrostatischer Aufladung verwendet einen Gleichstrom hoher Spannung und niedriger
Stromstärke, um die Pulverteilchen aufzuladen, wenn sie den Pistolenlauf verlassen.
-
Die verwendete Spannung überschreitet in einigen Fällen 100 000 V,
was einerseits im Hinblick auf feuerverursachende Lichtbogen oder auch elektrische
Schläge für das Bedienungspersonal eine Gefahr darstellt. Diese Systeme, die eine
hohe Spannung verwenden, sind teuer, erfordern umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen
und sind darüberhinaus störanfällig, was zu einer Unzuverlässigkeit des gesamten
Systems führt. Wegen der Lage der Hochspannungselektroden wird zwischen den Elektroden
und der Erde, die auch das Werkstück darstellen kann, ein elektrisches Feld erzeugt.
Wenn die Pistole nicht speziell geschützt ist und zu nahe an das geerdete Werkstück
oder einen anderen geerdeten Gegenstand herangeführt wird, kann ein Lichtbogen entstehen.
Es ist bekannt, daß solch ein elektrisches Feld, das zum Transport und zur Überleitung
des Pulvers auf das Werkstück dient, infolge des sogenannten "Faradayischen Käfig-Effektes"
die Fähigkeit des Pulvers
begrenzt, in tiefe Spalte des Werkstückes
einzudringen.
-
Bei einer zweiten bekannten Bauart von Pulverbeschichtungspistolen
sind die Elektroden innerhalb der Pistole angeordnet. Die Elektroden sind so gelegen,
daß das Pulver zwischen den Elektroden hindurchströmen muß, wobei eine Elektrode
geerdet und die andere mit einer Hochspannung von etwa 7000 bis 15000 V verbunden
ist. Dieses System verwendet ein kleineres jedoch begrenztes elektrisches Feld zwischen
dem Ende des Pistolenlaufs und dem Werkstück, verglichen mit der zuvor beschriebenen
Bauart von Pistolen. Diese zweite Pistolenart hat daher geringere Probleme mit Lichtbogen-
und Faradayischen Käfig-Effekten. Diese Systeme sind bekannt als EGD-Systeme (electro-gas-dynamic
charging systems).
-
Es wird angenommen, daß eine elektrostatische Aufladung mittels Reibung
bzw. eine reibungselektrische Aufladung auf verschiedene Art und Weise zu verwirklichen
ist. Bei einem Verfahren wird das aufzuladende Material gezwungen, eine andere Oberfläche
in einer rollenden, gleitenden oder stossenden Bewegung zu beaufschlagen. Ein weiteres
Verfahren besteht darin, das aufzuladende Material in einem aufgeladenen Fluid zu
transportieren, welches seine Ladung dem Material überträgt. Ein weiteres Verfahren
besteht darin, die einzelnen Teilchen des Materials unterschiedlich stark zu beschleunigen,
was zu einer Reibung zwischen den Partikeln bzw. Teilchen des Pulvers führt. Bei
der reibungselektrischen Aufladung von Pulver tritt ein größeres Problem auf. Obwohl
fast jede Pulverart reibungselektrisch aufgeladen werden kann, wenn sie einem nur
ausreichenden Reibungskontakt ausge-
setzt wird, führt die Handhabung
typischer Pulverarten im Sinne eines ausreichenden Reibkontaktes zu unerwünschten
Konsequenzen. Wenn das Pulver ein hitzehärtbares Harz darstellt, härtet das Material
ständig aus, wobei die Geschwindigkeit der Aushärtung temperaturabhängig ist. Durch
einen übermäßigen Reibkontakt kann das Pulver schmelzen und an den Wänden der Rohre
und der Kanäle hängen bleiben, wodurch diese Kanäle verstopft oder verschmutzt werden.
Wenn das Pulver mit sehr hoher Geschwindigkeit in diesen Kanälen vorwärtsgetrieben
wird und wenn die einzelnen Pulverteilchen auf Objekte und Oberflächen in diesen
Kanälen anstossen, wird die kinetische Energie in Hitze umgesetzt, wodurch die Pulverteilchen
kleben bleiben und aushärten. Diese Erscheinung wird "Aufschlag-Schmelzen" (impact
fusion) genannt und kann Kanäle sehr schnell verstopfen.
-
Die einzige bekannte Pistole, die eine reibungselektrische Aufladung
verwendet, ist in der US-PS 3 903 321 beschrieben. Diese Pistole weist jedoch einen
solchen Aufbau auf, daß keine störungsfreie Strömung möglich ist. Das Material der
bekannten Pistole ist auf Polytetrafluoräthylen begrenzt und nur einige Pulverarten
können damit aufgeladen werden. Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin,
eine Pistole zu schaffen, die aus verschiedensten Materialien aufgebaut sein kann
und einen breiten Bereich von Pulverarten entscheidend höher aufladen kann.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Pistole zur reibungselektrischen
Aufladung von Pulver dadurch gelöst, daß als Hauptkraftquelle komprimiertes Treibgas
verwendet
wird. Die Pistole ist so ausgebildet, daß das Pulver einen hindernisfreien Strömungskanal
durchströmt und somit das Pulver so wenig wie möglich aufgeladen wird, bevor es
mit dem Treibgas im Lauf der Pistole in Berührung kommt, wodurch das Aufschlag-Schmelzen
auf ein Minimum gebracht wird und ein Verstopfen vor oder nach dem Kontakt des Pulvers
mit dem Treibgas verhindert wird.
-
Ein Teil des Strömungsweges des Pulvers stellt eine Bohrung konstanten
Durchmessers eines Venturirohres dar, dessen Außenseitemit der Innenfläche des Pistolenlaufs
derart zusammenwirkt, daß ein ringförmiger Venturikanal gebildet wird. Treibgas,
das durch diesen engen Zwischenraum strömt, erhält eine hohe Geschwindigkeit und
kommt mit dem Pulver in Kontakt, das die Bohrung des Venturirohrs durchströmt, wodurch
das Pulver aufgeladen wird, wenn Treibgas und Pulver durch den Aufladebereich des
Pistolenlaufs strömen. Im Aufladebereich wirkt das Pulver mit dem Treibgasstrom,
der Wand des Pistolenlaufs und anderen Pulverteilchen derart zusammen, daß eine
höhere Aufladung erreicht wird, als bisher sowohl mit dem EGD- oder auch elektrostatischen
Systemen erzielt werden konnten. Gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung
kann der Auflade-Wirkungsgrad noch weiter gesteigert werden, indem in die Bohrung
des Venturirohres ein Einsatz angeordnet wird und in der Wand des Venturirohrs ein
System von Löchern angeordnet wird, welches bewirkt, daß dem in der Innenbohrung
des Venturirohrs strömenden Pulver ein Drall erteilt wird.
-
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
-
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Pistole besteht darin, daß keine
äußere Stromquelle benötigt wird, wodurch die Pistole eine größere Sicherheit als
bekannte Systeme aufweist, die von außen elektrisch geladen werden müssen.
-
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das System keine Elektroden
aufweist, die verschmutzen können.
-
Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, daß die Pistole ohne
von außen appliziertes elektrisches Feld arbeitet und auch tiefe Rücksprünge oder
Spalte mit Pulver beschichtet werden können.
-
Ein weiterer Vorteil der Pistole besteht darin, daß sie einfach und
wirtschaftlich ausgebildet ist, was in einer einfachen Arbeitsweise und zuverlässigen
Funktion resultiert.
-
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit der Pistole eine wesentlich
höhere Ladungseinheit erzeugt werden kann, wie dies mit bisher bekannten Systemen
möglich war.
-
Ein weiterer Vorteil ist der gerade durchlaufende Pulverkanal in der
selbstladenden Pistole, wodurch die Tendenz zur Verschmutzung und die Notwendigkeit
für häufiges Reinigen reduziert werden.
-
Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße Pistole
die Fähigkeit hat, das Pulver von einem Pulvervorrat selbst abzusaugen.
-
Nachfolgend sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnung beispielsweise beschrieben.
-
Darin zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht der Pistole mit zugeordneter
Ausrüstung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Pistole mit ihren Hauptbestandteilen,
Fig. 3 einen vergrößerten Längsschnitt durch ein modifiziertes Venturirohr, Fig.
4 einen vergrößerten Längsschnitt durch das Venturirohr, in welchem gemäß einer
weiteren Ausführungsform ein Einsatz angeordnet ist, Fig. 5 einen Querschnitt entlang
der Linie 5-5 in Fig. 3, welche die Modifikation des Venturirohrs mit größerer Genauigkeit
zeigt, Fig. 6 eine vergrößerte Endansicht des Hinterendes eines modifizierten Venturirohres,
Fig. 7 einen vergrößerten Längsschnitt durch das Venturirohr entlang der Linie 7-7
in Fig. 6, und Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des
Pistolenlaufs.
-
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann die Pistole 10 in einer Pulverbeschichtungseinrichtung
Verwendung finden, die ein geeignetes Pistolenauflager 11 und eine Deckplatte 12
mit einer Öffnung 13 aufweist. Ein Werkstück, wie eine Aluminiumdose 14 kann in
die Öffnung 13 eingesetzt werden, um das Innere der Dose mit Pulver zu beschichten.
-
Die Pistole 10 ist über eine Leitung 15 mit einem Vorrat geeigneten
Pulvers verbunden, das in einem Trägergas angeliefert werden kann, sie ist weiterhin
über Leitung 16 mit einem Vorrat komprimierten Treibgases verbunden. Die Pistole
kann kontinuierlich arbeiten, während die Deckplatte 12 sich bewegt, so daß eine
Reihe von Werkstücken vor die Pistole gebracht werden können, um diese mit Pulver
zu beschichten. Die Pistole ist nicht nur zur Beschichtung der Innenflächen tiefer
Spalte oder Rücksprünge geeignet, sondern ebenfalls zur Beschichtung äußerer Oberflächen
oder in anderen industriellen Anwendungen zur Veredelung von Oberflächen.
-
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform der Pistole 10 weist einen
Lauf 20 mit einer Bohrung 21 auf, die in Mündung 22 endet. Ein eine Venturidüse
bildendes Rohrstück 23, das nachfolgend als Venturirohr oder kurz Venturi bezeichnet
wird, ist genauer in Fig. 3 gezeigt und in der Bohrung 21 des Laufes 20 an dessen
Hinterende 24 befestigt.
-
Wenn sich Venturirohr 23 im Lauf 20 in seiner vorgesehenen Lage befindet,
wird zwischen der Innenwand von Lauf 20 in einem bestimmten Bereich der Bohrung
21 und der Außenwand des Venturirohres 23, nahe dessen eingezogenem Ende 26 ein
enger ringförmiger Zwischenraum bzw. Ringspalt 25 gebildet. Das Venturirohr 23 ist
ein Kragen innerhalb der Bohrung des Laufes 20, der in dem engen Ring-
spalt
25 zwischen der Außenseite des Kragens und der Innenseite der Bohrung des Laufes
an seinem Ende 26 einen Venturikanalbildet. Wie am besten in den Fig. 3 und 7 gezeigt
ist, hat Venturirohr 23 zwischen dem Hinterende 24 und dem eingezogenen Ende 26
einen allmählich abnehmenden Außendurchmesser, wobei ein Bereich des Rohres, der
unmittelbar an das Ende 26 angrenzt, einen gleichmäßigen Außendurchmesser aufweist.
Wie am besten in den Fig. 2 und 8 gezeigt ist, nimmt der Innendurchmesser stromab
vom Ende 26 des sich an seinem Platz in der Bohrung befindenden Venturirohrs 23
nicht mehr weiter ab. Bei einer Ausführungsform der Pistole 10 beträgt der lichte
Durchmesser der Bohrung 21 am Ende 26 des Venturirohres etwa 0,953 cm, der Ringspalt
25 zwischen der Außenfläche des Venturirohres und der Innenfläche des Laufes hat
eine radiale Abmessung von etwa 0,0127 bis 0,0254 cm. Die bevorzugte radiale Weite
des Spaltes 25 am Ende 26 liegt zwischen 3 % bis 7 % des Radius der Bohrung 21 am
eingezogenen Ende 26 des Venturirohrs.
-
Eine Öffnung 27 in der Wandung von Lauf 20 und eine mit Öffnung 27
verbundene Leitung 16 bilden eine Einrichtung zur Beschickung des Ringspalts 25
mit komprimiertem Treibgas. Der Innenbohrung 28 des Venturirohrs 23 wird ein Pulvervorrat
von einer Pulverbeschickungseinrichtung wie Leitung 15 zugeführt, welche mittels
Stopfen 29 an Öffnung 30 angeschlossen ist. Bei der gezeigten Ausführungsform dient
Stopfen 29 auch als Befestigungseinrichtung zum Justieren des Venturirohrs 23 in
seine richtige Lage im Lauf 20. Die Bohrung der Leitung 15 ist axial mit Öffnung
30 und der Innenbohrung 28 des Venturirohres ausgefluchtet und von gleichem Durchmesser
wie diese, wo-
durch eine relativ störungsfreie Zuleitung des Pulverstroms
gewährleistet und ein Verstopfen bzw. Verkleben reduziert wird. Ein elektrisch leitender
Draht (nicht gezeigt) stellt eine Erdungseinrichtung dar, mit welcher die Pistole
geerdet wird, um den reibungselektrischen Stromkreis zu schliessen und das Potential
der Pistole bei länger dauerndem Gebrauch zu begrenzen.
-
Die Pistole funktioniert auch, wenn sie nicht geerdet ist, die Leistungsfähigkeit
der Pistole nimmt jedoch in dem Maße ab, wie das Potential des Laufes ansteigt.
-
Die Erdungsleitung dient auch der elektrischen Sicherheit der Pistole.
In den Erdungsschaltkreis kann auch ein Gleichstrom-Meßinstrument (nicht gezeigt)
in Serie eingeschaltet werden, um die Leistungsfähigkeit der Pistole zu überwachen.
-
Während des Gebrauchs wird das Aufschlag-Schmelzen nicht nur infolge
der geraden Leitung der Pulverbeschickungseinrichtung und des Venturirohres auf
ein Minimum gebracht, sondern auch durch die Verwendung der niedrigst möglichen
Pulvergeschwindigkeit vom Pulvervorrat zum Aufladebereich 31 der Pistole. Unter
anderem durch die Wirkung des komprimierten Treibgases, das durch eine Venturiwirkung
das Pulver in die Pistole hineinzieht, wird dieses veranlaßt, aus der Innenbohrung
28 des Venturirohrs aus-und in den Aufladebereich 31 einzutreten. Der Ringspalt
25 zwischen dem Außendurchmesser des Venturirohrs und dem Innendurchmesser des Laufes
ist so ausgelegt, daß der Strom des komprimierten Gases ein wirksames Aufladen verursacht.
Wenn der Spalt zu klein ist, kann, obwohl die Geschwindigkeit des Treibgases hoch
ist, die hier als Energiemaß dient, das Gasvolumen nicht aus-
reichend
sein, um das Pulver genügend stark aufzuladen.
-
Wenn der Spalt 25 zu weit ist, steigt der Gasverbrauch und Gasgeschwindigkeit
und die den Lauf aufladende Pulverströmung kann zu hoch werden, um mit der Beschichtungstechnik
einiger Werkstücke kompatibel zu sein.
-
Die Pulver-Trägergasmischung bewegt sich relativ langsam, bis sie
unter den Einfluß der sehr hohen Gasgeschwindigkeit aus dem Ringspalt 25 am eingezogenen
Ende 26 des Venturirohrs 23 kommt, was zu einer Beschleunigung des Pulvers beim
Eintritt in den Auf ladebereich 31 führt. Versuche haben ergeben, daß in der Leitung
15 vom Pulvervorrat bis zum Venturirohr 23 keine signifikante Aufladung stattfindet.
Das Trägergas kann gleich oder ähnlich dem Treibgas sein, das durch den Spalt 25
austritt.
-
Es wird angenommen, daß die Aufladung des Pulvers bei der beschriebenen
Pistole infolge verschiedener Kombinationen nachfolgender Phänomene erreicht wird.
Das Pulver beginnt sich wahrscheinlich zu beschleunigen, bevor es noch an das Ende
26 des Venturirohrs gelangt. Dies kann zu einiger Reibung und einer daraus resultierenden
Aufladung durch die Berührung mit der Wand des Venturirohres führen. Da das Pulver
beim Eintritt in den ringförmigen Hochgeschwindigkeitsstrom des Treibgases stark
beschleunigt wird, tritt auch eine Reibung mit der Innenseite des Laufes auf, wodurch
das Pulver weiter aufgeladen wird. Im Pulverstrom existiert weiterhin ein radialer
Geschwindigkeitsgradient, der den einzelnen Pulverteilchen unterschiedliche Geschwindigkeiten
verleiht, was zu Kollisionen der Partikel untereinander und damit zu einem weiteren
Aufladen des Pulvers führt. Wenn das Pulver einmal geladen ist, tritt eine Raum-
ladungssituation
auf, in welcher sich alle Partikel gleicher Ladung voneinander abstossen, was zu
zwei Resultaten führt: Erstens, der Pulverstrom versucht sich innerhalb des Pistolenlaufes
aufzuweiten und kommt stärker mit der Innenfläche der Bohrung 21 in Berührung, was
das Ladungsniveau weiter erhöht und zweitens wird ein Ladungsausgleich zwischen
hochgeladenen und weniger hoch geladenen Teilchen stattfinden, was dazu führt, daß
sämtliche Teilchen geladen werden, sogar wenn sie nicht mit der Innenfläche des
Laufes in Berührung kommen.
-
Die Bedeutung der gezeigten und beschriebenen Pistole zur Aufladung
mit Reibungselektrizität ergibt sich zum Teil durch ihren überraschend hohen Aufladungswirkurgsgrad.
Das experimentelle Verfahren zur Bestimmung des Aufladungswirkungsgrads bestand
darin, die Ladung zu messen, die von den Pulverteilchen einem Objekt aufgeprägt
wurde, wobei die Messung so durchgeführt wurde, daß das Verhältnis von Ladung zu
Masse in Mikrocoulomb per Gramm Pulver gemessen wurde, das sich auf dem Objekt ablegt.
Zusätzlich wurde die Zeitdauer des Versuches, die Geschwindigkeit der durchschnittlichen
Pulverzufuhr und der durchschnittlichen Pulvererzeugung gemessen. Mit dem Verfahren
zur Messung des Aufladungswirkungsgrades wird die durchschnittliche Ladungsmenge
bestimmt, die einem Objekt von denjenigen Teilchen aufgeprägt bzw. übergeben wird,
die an dem Objekt hängen bleiben. Die übergebene Ladungsmenge kann beeinflußt von
der Größe, Form und Zusammensetzung der Partikel variieren. Mit dem Verfahren wird
lediglich die Ladung derjenigen Partikel gemessen, die am Objekt hängen bleiben,
wobei jedoch die Teilchen, die nicht am Objekt hängen bleiben, dadurch berücksichtigt
werden, daß
die Pulvermenge gemessen wird, die insgesamt durch
den Pistolenlauf strömt und diese Menge mit der am Objekt hängenbleibenden Pulvermenge
verglichen wird.
-
Dieses Versuchsverfahren läßt sich bei bekannten Pistolen mit elektrostatischer
Aufladung, die ein äußeres elektrisches Feld besitzen, nicht anwenden. Es ist jedoch
allgemein bekannt, daß die Ladungsmenge, die vom Pulver übertragen wird, klein ist
und daß solche Systeme eine hohe elektrische Feldstärke benötigen, um eine ausreichende
Beschichtungsleistung zu erzielen. Mit dem EGD-System wird dem Pulver eine relativ
hohe Ladung übertragen und ein Aufladungswirkungsgrad für die meisten Pulverarten
erzielt, die zwischen 3,5 und 5,5 Mikrocoulomb pro Gramm Pulver liegt.
-
Mit der vorliegenden Erfindung und mit Pulverarten, die leicht aufladbar
sind, werden Aufladungen von 20 bis 30 Mikrocoulomb pro Gramm Pulver erreicht. Diese
Ergebnisse hängen sowohl von der Ausbildung der Pistole, die bereits beschrieben
wurde, und auch von den Eigenschaften des verwendeten Pulvers ab. Repräsentative
Ergebnisse bei einer Pulveranliefergeschwindigkeit von 0,5 g/s und einer Treibgasströmung
von 0,133 m3/min sind wie folgt: Bei Verwendung eines Celanese MDS 117A-Pulvers
wurde ein Aufladungswirkungsgrad von 10,5 Mikrocoulomb/g erreicht; mit einem Dupont
Surlyn-Pulver betrug der Wirkungsgrad 3,8 Mikrocoulomb/g. -Infolge der Ausbildung
der Pistole und der verwendeten Geschwindigkeiten tritt das Problem einer Verstopfung
der Pistole nicht auf.
-
Nach einer modifizierten Bauart der Pistole wird im Venturirohr ein
Einsatz 33 angeordnet. Der Einsatz kann koaxial mit der Innenbohrung 28 des Venturirohrs
angeordnet sein, so daß zwischen dem Einsatz und der Innenwand der Bohrung 28 ein
Ringspalt 34 entsteht, der in einer ringförmigen Öffnung 35 am Ende 26 des Venturirohrs
mündet.
-
Der Einsatz 33 kann durch Stützrippen 36 und Stege 37 innerhalb des
Einsatzes gehalten werden. Pulver, welches durch Ringspalt 34 zur Öffnung 35 strömt,
wird gezwungen, eng an der Innenfläche des Laufs entlangzuströmen, wenn es das Venturirohr
23 durchströmt. Bei dieser Ausführungsform besteht eine gewisse Verstopfungsgefahr,
wenn Pulverarten verwendet werden, die bei einem Aufprall leicht schmelzen, sie
kann jedoch sehr nützlich sein, wenn Pulverarten verwendet werden, welche die erwähnte
Eigenschaft nicht aufweisen. Durch den Einsatz wird der Wirkungsgrad der Aufladung
weiter gesteigert.
-
Bei einer weiteren Modifikation der Pistole ist eine Einrichtung vorgesehen,
um dem Pulver in der Pistole eine rotierende Bewegung aufzuprägen. Obwohl das Treibgas
die Kraftquelle für die Aufladung des Pulvers mit Reibungselektrizität ist, verhindert
der den Ringspalt 25 mit hoher Geschwindigkeit durchströmende Treibgasstrom, daß
ein Teil des Pulvers mit der Bohrung 21 des Laufs 20 in Berührung kommt. Wie vorstehend
beschrieben, bewirkt Einsatz 33, daß eine größere Menge des Pulvers mit der Wand
von Bohrung 21 in Kontakt kommt, ungeachtet der Wirkung der Treibgasströmung. Eine
weitere Einrichtung, um die Pulverteilchen mit der Wand von Bohrung 21 in Berührung
zu bringen, besteht darin, eine Bohrung 40 in der Wand des Venturirohrs 23 vorzusehen,
welches eine spiralige Be-
wegung des Pulvers innerhalb der Innenbohrung
28 des Venturirohres bewirkt. Die Pulverpartikel werden infolge von zentrifugalen
Kräften radial auswärts zur Achse von Bohrung 21 gegen die Außenwand der Bohrung
gedrückt, wodurch die dem Pulver mitgeteilte Ladungsmenge weiter ansteigt.
-
Die rotierende Bewegung innerhalb des Venturirohres 23 wird dadurch
bewirkt, daß das den Ringspalt 25 durchströmende Treibgas durch die Bohrung 40 austritt
und in die Innenbohrung 28 des Venturirohres in einem Winkel eintritt, welcher das
Gas in eine schraubenlinienförmige Bahn innerhalb der Innenbohrung 28 leitet, die
gegen das Ende 26 gerichtet ist. Die Achse der Bohrung 40 ist einerseits in Richtung
des vorderen Endes 26 geneigt, wobei ihr Neigungswinkel, gemessen in einer Ebene,
welche die Achse der Innenbohrung 28 enthält, zwischen 30 und 600, vorzugsweise
jedoch 600, beträgt. Die Achse ist zusätzlich auch seitlich geneigt, wobei der Winkel
zwischen einer Linie, welche die Außenwand des Venturirohres tangiert und einer
Ebene gemessen wird, die senkrecht zur Achse der Innenbohrung 28 liegt. Der Winkel
kann zwischen 30 und 600 betragen, vorzugsweise jedoch 450. Vorzugsweise sind mehrere
solche Bohrungen 40, beispielsweise vier oder acht, am Umfang von Innenbohrung 28
angeordnet. Die Bohrungen 40 können extrem klein sein, wobei noch positive Ergebnisse
erzielt werden, wenn deren Durchmesser etwa 0,0254 cm betragen. Der bevorzugte Durchmesserbereich
liegt zwischen 0,0356 und 0,0711 cm, ein besonders vorteilhafter Durchmesser beträgt
0,05 cm.
-
Die experimentellen Ergebnisse mit der Pistole unter
Verwendung
des vorbeschriebenen Meßsystems zeigen, daß ein bestimmter Treibgasdruck, eine niedrige
Pulverzuliefergeschwindigkeit wie etwa 0,15 g/s in einem Aufladungswirkungsgrad
von beispielsweise 10 Mikrocoulomb/g resultieren. Dieser Wert gibt die maximale
Ladung an, die bei dem gegebenen Gasdruck und bei dem verwendeten Pulver erreicht
werden kann. Wenn die Pulverzuliefergeschwindigkeit erhöht wird, nimmt der Aufladungswirkungsgrad
ab, beispielsweise auf 3,9 Mikrocoulomb/g bei 0,80 g/s Pulverzuliefergeschwindigkeit.
-
Bei Versuchen, bei denen vier Bohrungen der vorstehend beschriebenen
Größe in dem Venturirohr angebracht wurden, stieg der Aufladungswirkungsgrad auch
bei weiter gesteigerter Pulver-Zuliefergeschwindigkeit.
-
Tabelle I Abhängigkeit des Aufladungswirkungsgrades von der Größe
der Bohrungen im Venturirohr Auf ladungswirkungsgrad gemessen in Mikrocoulomb/g
Pulver bei einer Pulverlieferrate von 0,8 g/s Bohrungsdurchmesser (cm) Aufladungswirkungsgrad
0,0000 3,9 0,0254 4,5 / 0,0356 7,7 0,0510 7,7 0,0710 7,7
Wie sich
aus Tabelle I ergibt, werden von Lochdurchmessern oberhalb 0,0356 cm etwa gleiche
Ergebnisse erreicht. Wenn die Pulverzulieferrate herabgesetzt wird, konvergieren
die experimentellen Ergebnisse im Bereich von etwa 10 Mikrocoulomb/g, einer Zahl,
die bereits vorstehend genannt wurde als maximaler Auf ladungswirkungsgrad, der
mit den Versuchsparametern erreicht werden kann. Obwohl ein weiteres Steigern der
Zahl und Größe der Bohrungen im Venturirohr auch befriedigende Ergebnisse bringen
kann, erfordert die Wirtschaftlichkeit doch, daß eine minimale Menge Treibgas bei
der Pulverbeschichtungspistole verwendet werden soll. Daher stellen die Größe und
Anzahl der Bohrungen, welche die kleinste Menge Treibgas erfordern, die bevorzugte
Kombination dar.
-
Eine weitere modifizierte Form des Venturirohrs 23 ist in den Fig.
6 und 7 gezeigt. Das Hinterende 24 ist mit einer Ringnut 43 versehen, von der schräg
bzw. spiralförmig gerichtete Bohrungen 40 in die Bohrung 28 verlaufen. Die Anordnung
der Bohrungen 40 entspricht der vorbeschriebenen. Zusätzlich ist der Ringspalt 25
mit der Ringnut 43 durch Bohrungen 45 verbunden, die einen Kanal für das unter Druck
stehende Treibgas bilden, um in Ringnut 43 einzutreten und von da in die Bohrungen
40 im Hinterende 24 des Venturirohrs. Durch die Anordnung der Bohrungen 40 in der
Nähe des Hinterendes 24 wird die Zeitdauer verlängert, welche zur Verfügung steht,
um dem durch das Venturirohr strömenden Pulver einen Drall aufzuprägen, was wiederum
in einen besseren Kontakt zwischen dem Pulver und den Wänden der Bohrung 21 führt
und damit zu einer noch höheren Aufladung des Pulvers. Ein Dichtring 48 zwischen
Ringnut 43 und Innenbohrung 28 verhindert, daß Treibgas hinter das Hinterende 24
des Venturirohres gelangt.
-
Für den Aufbau des Pistolenlaufs 20 und des Venturirohrs 23 sind verschiedenste
Materialien, sowohl Leiter als auch Nicht-Leiter geeignet. Unter den Nicht-Leitern
haben sich Delrin, Nylon, Tetrafluoräthylen und Keramik gut bewährt, unter den Leitern
sind Aluminium und Edelstahl geeignet. Infolge seiner Härte und Leitfähigkeit wird
bevorzugt Aluminium für den Lauf 20 und auch das Venturirohr 23 verwendet. Es wird
angenommen, daß der primäre Ladungsmechanismus in der Pistole die Reibung zwischen
den Pulverteilchen und dem Lauf 20 ist. Entsprechend wird der höchste Ladungsgrad
dann erreicht, wenn die Pulverteilchen gegen das härteste Laufmaterial anstossen.
Aluminium ist relativ hart, andererseits jedoch leicht zu bearbeiten und billig,
so daß es gegenüber anderen harten Materialien bevorzugt verwendet wird. Zusätzlich
ist Aluminium ein guter Leiter und kann geerdet werden, um überschüssige Ladungen
zu entfernen, die sich während der Aufladung des Pulvers ansammeln.
-
Für einige Anwendungen, wie beispielsweise das Beschichten des Inneren
einer Dose 14, wie in Fig. 1 gezeigt, soll der von der Pistole 10 ausgehende Sprühstrahl
relativ weich und breit sein, so daß sowohl die Wände der Dose als auch sein Bodenende
erreicht werden. Zu diesem Zweck kann die Bohrung 21 gegen die Mündung 22 hin leicht
aufgeweitet sein, wobei die Aufweitung sowohl die Geschwindigkeit des zur Mündung
22 strömenden Pulvers herabsetzt, als auch den Pulverstrahl verbreitert. Es kann
vorkommen, daß die Pulvergeschwindigkeit so abnimmt, daß die Ladungsmenge, die durch
den Zusammenstoß zwischen Pulverteilchen und den Wänden des Laufs erzeugt wird,
kleiner ist, als die Ladungsmenge, die beim Aufprall der Pulverteilchen an
die
Wände des Laufs verloren wird, wodurch der Aufladungswirkungsgrad der Pistole herabgesetzt
wird. Um den Ladungsverlust zu reduzieren und doch die Vorteile eines metallischen
Laufs und einer aufgeweiteten Bohrung zu erhalten, kann das Laufende wie in Fig.
8 gezeigt, modifiziert werden. Ein nicht-leitendes aufgeweitetes Laufende 49, das
beispielsweise aus Delrin besteht, ersetzt den entsprechenden Bereich des einstückigen,
in Fig. 2 gezeigten Laufs. Das modifizierte Laufende kann mit dem Aufladebereich
31 der Bohrung mittels einer einfachen Schraubverbindung 50 verbunden werden. Das
derart modifizierte Laufende verringert den Ladungsverlust beim Durchströmen des
Pulvers durch den aufgeweiteten Lauf bei verminderter Geschwindigkeit.