DE2811436C2 - Verfahren zur pneumatischen Zerstäubung eines flüssigen Mediums, insbesondere Farbe oder Lack, und Spritzpistole - Google Patents
Verfahren zur pneumatischen Zerstäubung eines flüssigen Mediums, insbesondere Farbe oder Lack, und SpritzpistoleInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum pneumatischen Zerstäuben eines flüssigen Mediums,
insbesondere Farbe oder Lack, unter Einsatz von zwei symmetrischen Druckluftstrahlen, die auf dem Farbstrahl
konvergieren sowie eine zur Ausführung dieses Verfahrens geeignete Spritzpistole, welche insbesondere
für das Zerstäuben von Farbe oder Lack geeignet ist.
Ein entsprechendes Verfahren jedoch bei hydrostatischer Farbzerstäubung ist beispielsweise aus einem
Bericht in »INDUSTRIE-LACKIER-BETRIEB« (1975) Ni-. 7, S. 257, 258 bekanntgeworden. Nach der dortigen
Lehre tritt das flüssige Medium unter einem Druck von bar aus, wobei Zerstäuberluft auf den Badstrahl
gerichtet wird. Auch wird dort der Arbeitsdruck der Pumpe mit 4 bar angegeben. Da der Ausstoßdruck
dieser Pumpe etwa regelmäßig 8/1 beträgt, liegt der Farbdruck somit etwa bei 32 bar. Nachteilig macht sich
also bei der hydrostatischen Zerstäubung bemerkbar, daß sie einen sehr hohen Farbdruck erfordert, was
wiederum zu Zerstäubungsöffnungen mit sehr kleinem Querschnitt führt, welcher einen erhöhten Herstellungsaufwand erfordert und hoch verschleißfanfällig sowie
leicht verstopfbar sind. Andererseits ergibt sich aufgrund der Energie des unter hohem Druck stehenden
Farbstrahls die Ausbildung eines zerstäubten Farbstrahls hoher Geschwindigkeit, der zur Ausbildung eines
Induktionsluftstroms und folglich zu Farbverlusten führt
Es wurde daher versucht, den hydrostatischen
Zerstäubungsdruck zu senken. Diese Bemühungen haben jedoch nicht zu dem gewünschten Erfolg geführt,
ίο weil sich der Strahl auflöst und an seinen Rändern zwei
mehr oder minder weit vom mittigen Strahlteil getrennte Strahlabschnitte entweichen läßt Diese
seitlichen Strahlanteile sind schlecht zerstäubt und führen zu zwei nicht annehmbaren Farbkonzentratio-
ü nen.
Verschiedene Versuche zur Verbesserung der hydrostatischen Zerstäubung durch Änderungen am Farbspritzkopf
haben nicht zu nennenswerten Verbesserungen geführt.
ίο Bessere Ergebnisse wurden erhalten, wenn der aus
der hydrostatischen Zerstäuberdüse austretende Farbstrahl durch Druckluftstrahlen beeinflußt wurde oder in
dem dieser Farbstrahl durch zwei parallele, in gleicher Richtung verlaufende und gleiche Ausbildung wie der
:> Farbstrahl aufweisende Druckluftstrahlen, welche den
Farbstrahl umgeben und tragen, mitgenommen wird. Der hydrostatisch zerstäubte Strahl ist daher wohlgeformt
und von leicht verbessertem Zerstäubungsgrad. Eine hydrostatische Zerstäubung unter Verwendung
von Druckluft gestattet niedrigere Farbdrücke und den Einsatz von Düsen größeren Querschnitts.
Demgegenüber ist das erfindungsgemäße Verfahren pneumatischer Art. An dieser Stelle sei erwähnt, daß ein
pneumatisches Zerstäubungs.verfahren in jeder Weise j-, von einem hydrostatischen Verfahren abweicht, da
völlig unterschiedliche physikalische Phänomene auftreten, die in dieser Hinsicht jeweils ihre Vor- und
Nachteile haben. So macht sich bei der pneumatischen Zerstäubung nachteilig bemerkbar, daß ein hoher
Druckluftbedarf erforderlich ist und ein sehr heftiger Strahl aus Druckluft und zerstäuber Farbe erzeugt
wird, der viel Farbe mitführt, welche nichi auf den zu beschichtenden Gegenstand abgelagert wird, sondern
sich unter starker Verwirbelung in der Umgebungsluft 4-, dispergiert.
Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, beim eingangs genannten Verfahren
einerseits die Notwendigkeit eines hohen Druckluftbedarfes der bekannten pneumatischen Verfahren, und
andererseits den hohen Farbdruck zu vermeiden, welcher bei der klassischen hydrostatischen Farbzerstäubung
auftritt. Außerdem soll die Erfindung eine entsprechend geeignete Spritzpistole zur Verfügung
stellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren bzw. die im
Anspruch 4 gekennzeichnete Spritzpistole gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist also besonderer Art und setzt eine Kombination verschiedener Mittel
ein, von denen einige in abweichender Art und Weise bei der pneumatischen Farbzerstäubung eingesetzt
wurden und andere ebenso zu einem anderen Zweck bei der hydrostatischen Zerstäubung Verwendung fanden.
So dienen beim erfindungsgemäßen Verfahren die Druckluftstrahlen nun nicht mehr — wie bei der
hydrostatischen Zerstäubung — zur Erzeugung des Zusammenhaltens des Farb.strahles. sondern besitzen
ausreichende Energie, um die Druckluftspeicher zu
durchqueren und in den flachen Farbstrahl einzudringen und ihn zu zerstäuben.
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren handelt es sich also um ein pneumatisches
Zerstäubungsverfahren, das anwendbar ist auf einen Farbstrahl, der von einer Düse abgegeben wird, welche
identisch den für hydrostatische Zerstäubung verwendeten Düsen ist, d. h. der die Form eines sich fächerförmig
verbreiternden Schleiers aufweist Bei niedrigen Farbdrücken von 1 bis 5 bar spaltet sich ein derartiger
Farbstrahl wie oben beschrieben normalerweise in einen Grobzerstäubungsbereich in seiner Mitte und
zwei sehr starke und noch schlechter zerstäubte seitliche Strahlabschnitte auf.
Zur Vermeidung dieses Nachteils wird dieser fächerförmige Strahl pneumatisch zerstäubi, wozu um
die Farbdüse herum ein gleichfalls fächerförmiger Druckluftstrahl konzentriert wird, der eine zur Farbzerstäubung
ausreichend hohe Energie aufweist.
Diese Konzentration von Druckluftenergie um die Farbdüse herum gestattet die Farbzerstäubung unter
Luftdrücken von 1 bis 4 bar, vorzugsweise von 3 bar, und in einem Durchsatz von S bis 9 mVh, vorzugsweise
von 4 mVh.
Zur Vereinfachung der Beschreibung wird die Farbdüse im nachfolgenden als »Flachstrahldüse«
bezeichnet. Eine derartige Düse weist in an sich bekannter Weise ein Blindloch mit kugeliger oder
elliptischer Bodenfläche auf, von dem ein V-förmiger
Einschnitt ausgeht, dessen Kante senkrecht steht zur Lochachse, und durch die Kugelmitte oder in deren
Nähe verläuft, wobei sich die Lochachse in der Ebene der Winkelhalbierenden des V-förmigen Einschnitts
befindet.
Der Vorteil der Flachstrahldüse besteht aus einer Kugelkalotte, deren Mittelpunkt sich in der Lochachse
befindet, und die nach hinten über die beiden Halbebenen des V-förmigen Einschnitts hinaus durch
einen Kegel verlängert ist.
Maßnahmen zur Verbesserung der hydrostatischen Zerstäubung vermittels zweier Druckluftschleier, welche
den aus der Flachstrahldüse austretenden Farbstrahl umhüllen und mitführen, gestatten für sich alleine
keine gute pneumatische Zerstäubung. Die s,ich auf der
kegelstumpfförmigen Oberfläche der Düse in den Farbstrahl begleitende, fächerförmige Strahlen aufspaltenden
Druckluftstrahlen weisen keine ausreichend hohe Energie auf und üben nicht die gewünschte
Wirkung aus. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird jedoch die einhüllende Wirkung dieser Drucklufistrahlen
ausgenutzt, weil diese ein »Rückschlagen« der Farbe auf die Düse und den Luftkopf und damit die
Verschmutzung derselben verhindert.
Die Düse ist somit einwandfrei geschützt. Die Zerstäubung des Farbstrahls erfolgt vermittels unmittelbar
auf diesen von der Düse austretenden Farbschleier gerichtete Druckluftstrahlen.
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird somit ein unter einem Druck von 1 bis 5 bar
stehender flacher Farbstrahl in Kombination mit zwei Druckluftstrahlsystemen wie oben angegeben benutzt.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Zerstäubungsverfahrens sind:
1. Aufgrund des niedrigen Farbdrucks wird die Speisung der Spritzpistole vereinfacht, indem diese
vermittels einer in einem Verhältnis von 1 : 1 arbeilenden pneumatischen Motorpumpe, vermittels
eines Druckluftbehälters oder einer Farbverteilungsanlage
erfolgen kann. Die letztere steht im allgemeinen in diesem Fall unter einem Druck von
mehr als 4 bar.
2. Der niedrige Druck der Farbe gestattet den Einsatz
von »Flachschleierdüsen« ausreichend großen Querschnitts, womit Verstopfungen vermieden
werden. Ihr Verschleiß ist gering.
3. Die für Bedienungspersonen gefährlichen hohen ίο Farbdrücke kommen in Fortfall. Ein Hochdruck-
Farbstrahi bringt stets die Gefahr mit sich, daß der Strahl in die Haut eindringt. Dieses Risiko ist
ausgeschaltet.
4. Der Druckiuftbedarf wird gegenüber dem normai)
len Verbrauch einer pneumatischen Farbspritzspistole
auf ein Viertel oder sogar noch weniger gesenkt, wodurch nicht nur die Anlagekosten für
die Luftverdichtung, sondern auch der Energieverbrauch gesenkt sind.
in 5. Die niedrige Energie des zerstäubten Farbstrahls
gewährleistet eine maximale Ausbeute beim Farbauftrag auf einen Gegen? vnd und minimale
Dispersion nicht-absetzter Farbteiichen in der Atmosphäre der Farbkabine, so daß diese ggf. mit
einer schwächer bemessenen Lüftungsanlage ausgestattet werden kann, was wiederum eine
ge'-'eigerte Wirtschaftlichkeit bei der Heizung der Zuluft bedeutet.
Jd Der Druck der Zerstäubungsluft liegt zwischen 1 bis
4 bar und vorzugsweise bei 3 bar. wobv-i der Durchsatz an Luft zwischen 3 bis 9 mVh vorzugsweise bei 4 mVh
liegi.
Das Verfahren und die Spritzpistole sind im j-, nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele näher veranschaulicht. In den Zeichnungen ist bzw. sind
Fig. 1 ein Aufriß einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Spritzpistole, wobei der Spritzkopf teilweise im α, Schnitt dargestellt ist,
Fig.2 ein Längsschnitt durch einen Zerstäubungskopf.
F.g. 3 eine teilweise im Schnitt entlang der Linie III-III von Fi g. 2 gehaltene Vorderansicht des Zerstäu-
;-, berkopfs.
Fig.4 und 5, sowie 6 und 7 zwei unterschiedliche
Ausführungsformen des Zerstäuberkopfs,
F i g. 8 und 9 ein Längsschnitt bzw. eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 10 ein Querschnitt entlang der Linie X-X von
Fig. 9.
Fig. 11-13. 14-16, 17-19 und 20-22 den Fig. 8—10 entsprechende Ansichten drei weiterer
Ausführungsformen des Zerstäuberkopfs.
Die in Fig. 1 dargestellte Spritzpistole weist in an
sich bekannter Weise einen Farbeinlaßstutzen oder -anschluß 1, einen Drucklufteinlaßstutzen oder -anschluß
2 und einen Drücker 3 auf, welcher das Druckluftventil 4 und das Nadelventil 5 für die Farbe
t,n steuert. Der als Anschlag für das Nadelventil 5
ausgebildete Drehknopf 6 gestattet, den Durchlaß für die Farbe veränderlich einzustellen= Es wjrd hier
bemerkt, daß der Farbdurchsatz bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf diese Weise erfolgen kann, was
hi bei Zerstäubung unter hydrostatischem Druck aufgrund
der zu hohen Drücke unmöglich ist.
Der im Schnitt dargestellte erfindungsgemäße Farbspritzkopf
weist eine »falsche« Düse 7 auf, in welcher
sich der Sitz des Nadelventils befindet. In dieser falschen
Düse befindet sich die eigentliche, aus zwei Teilen,
nämlich dem Körper 8 und dem Einsatz 9 bestehende Düse. Im folgenden soll als Düse die Gesamtheit dieser
beiden, fest miteinander verbundenen und z. B. miteinander verkitteten Teile bezeichnet sein. Der Einsatz 9
besteht im allgemeinen aus Wolframkarbid oder einem anderen, hoch verschleißfesten Werkstoff. Bei der hier
dargestellten Flachstrahldüse weist er eine Mündung mit der nachstehend beschriebenen besonderen Formgebung
auf. F.s ist anzumerken, daß die verwendeten Drücke in bezug auf die für hydrostatische Zerstäubung
niedrig sind, demzufolge ein geringerer Verschleiß auftritt, und die Düse daher auch aus einem einzigen
Werkstück aus Metall oder einem anderen, ausreichend verschleißfesten Werkstoff hergestellt werden kann.
Die Düse 8, 9 wird von einer Kappe IO umgriffen, welche am Spritzkopfkörper vermittels eines Rings 11
gehalten ist, welcher die Düse 8, 9 gegen die falsche Düse 7 andrück! «üd dabei die Dichtung !2 zusammendrückt.
Die Druckluft wird der Kammer 13 über den Kanal 14 zugeführt. Wie bei allen Spritzpistolen öffnet der
Drücker 3 das Druckluftventil 4 vor Betätigung des Nadelventils 5. welches den Farbeinlaßstutzen verschließt.
Die Formgebung der Düse und der Kappe 10 kann in Abhängigkeit von den Luftöffnungen für die Erzielung
der beiden gewünschten Wirkungen, nämlich einerseits das Einhüllen des Farbstrahls und andererseits die
Zerstäubung dieses Strahls unterschiedlich gewählt werden.
In den Fig. 2 und 3 ist ein Farbspritzkopf einer Ausführung dargestellt, mit welcher die in F i g. 1
dargestellte Spritzpistole ausgestattet ist.
An der Vorderseite der Düse 8, 9 sind zwei Nuten 15 und 16 eingefräst, welchen einen rechteckförmigen
Querschnitt mit einer Breite von 2 bis 4 mm und einer Tiefe von 0,4 bis I mm aufweisen. Dieser Querschnitt
kann in Abhängigkeit von den beabsichtigten Wirkungen der Druckluftstrahlen auch eine andere Formgebung
aufweisen. Die auf die Düse aufgesetzte Kappe 10 bildet gegen die Oberseite der Nut einen Kanal
rechteckförmigen Querschnitts aus, welcher vor der kegeligen Düsenoberfläche mündet.
Die Nuten 15 und 16 können auf unterschiedliche Weise mit Druckluft gespeist werden: Ausfräsungen 17
und 18 an der zylindrischen Düsenaußenseite, wie in den F i g. 2 und 3 dargestellt. Durchlässe 19 und 20 an der
Düse, wie in den Fig.4 und 5 dargestellt, oder auch Durchlässe 21 und 22 an der Kappe 10, welche wie in
den F i g. 6 und 7 dargestellt in eine Ringnut 23 münden.
Die Mündung 25 der Kappe 10, durch welche die Luft und die Farbe austreten, kann kreisförmig oder
elliptisch sein. Im letzteren Falle muß sich die längere Mündungsachse in der Ebene des Farbstrahls und somit
senkrecht zur Achse der Nuten 15 und 16 befinden, wobei die letzteren senkrecht stehen zur Kante des
V-förmigen Einschnitts, welcher über die Austrittsöffnung der Düse in der Kappe vorsteht.
Die aus den aus den Nuten 15 und Ib in der Düse gebildeten Kanälen austretenden Druckluftstrahlen
spalten sich auf der kegelstumpfförmigen Düsenoberflä-
ehe unter Ausbildung des Luftschleiers auf. welcher sich
fächerförmig entwickelt und den am Düsenausgang
austretenden Farbstrahl umhüllt. Druckluftöffnungen wie /.. B. bei 26 und 27 sind unmittelbar auf den
Farbstrahl gerichtet und dienen dazu, diesen zu zerstäuben
Bei der in den F i g. 8 bis K) dargestellten Ausführungsl'orm
weist der /erstauberkopf Paare von Luftoifnungen 28 und 29, 30 und 31 auf, welche
unmittelbar gegen den Düsenkegel gerichtet sind und sich zur Ausbildung des umhüllenden Luftstrahls
aufspalten. Die durch die schräg verlaufenden Luftöffnungen 32 und 33 /ugeführten Druckluftströme oder
-strahlen sind unmittelbar auf den Farbstrahl gerichtet und gewährleisten die Zerstäubung desselben.
Der in F ι g. 11 bis 13 dargestellte Zerstäuberkopf
weist den gleichen Aufbau wie der vorstehend beschriebene auf. wobei jedoch die Zerstäubcrluftöffnungen
34 und 33 weniger stark zur Spritzkopfachse geneigt sind und zur Ausbildung eines breiteren,
zerstäubten Farbstrahls führen.
Der in den Fig. 14 bis Ib dargestellte Zerstäuberkopf
weist acht Luftöffnungen auf. Dabei handelt es sich um eine Kombination der beiden vorstehend beschriebenen
und in den F i g. 8 bis 10 bzw. 11 bis 13 dargestellten
Zerstäuberköpfe. Vier Luftöffnungen bilden den umhüllenden Luftschleier, während vier weitere, paarweise
angeordnete Luftöffnungen vor Auftreffen auf den aus der Dw*e austretenden Farbschleier dessen Zerstäubung
gewährleisten. Diese Kombination von Zerstäuberstrahlen gestattet eine sehr gute Verteilung im breiteren
Farbstrahl.
In den Fig. 17 bis 19 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, in welcher die zur Ausbildung des
einhüllenden Luftschleiers dienenden Luftöffnungen durch Zusammentreffen von ^wci gleichlaufenden
Luftstrahlen 36 und 37, 38 und 39 andererseits zur Ausbildung eines abgeflachten Strahls führen, der dazu
neigt, die Düse zu umgeben.
In der Praxis gestattet dieser Zerstäuberkopf keine pneumatische Farbzerstäubung, sondern lediglich die
Ausbildung eines umhüllenden Luftstroms von anderer Formgebung als der. welche durch Abflachung der
Luftstrahlen auf dem Düsenkegel erhalten wird.
Zur Zerstäubung muß wie in den Fig. 20—22
dargestellt ein Paar Luftöffnungen 40 und 41 vorgesehen sein, deren Luftstrahlen den Luftschleier durchsetzen,
welcher durch die sich treffenden Luftstrahlen 42 und 43 einerseits und die Luftstrahlen 44 und 45
andererseits erhalten worden ist.
Die dargestellten und im vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen selbstverständliche zahlreiche
Abänderungen und weitere Ausgestaltungen zu, wobei jedoch in sämtlichen Fällen aufgrund der
Kombination von zwei Druckluftstrahlsystemen das gewünschte Ergebnis erhalten werden kann.
In der vorstehenden Beschreibung wird aus Gründen der Vereinfachung in bezug auf das flüssige Medium
kurz von Farbe gesprochen, wobei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen werden soll, daß das Verfahren und
die Spritzpistole zum Zerstäuben ganz allgemein jedes flüssigen Mediums geeignet sind.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur pneumatischen Zerstäubung eines flüssigen Mediums, insbesondere Farbe oder
Lack, unter Einsatz von zwei symmetrischen Druckluftstrahlen, die auf dem Farbstrahl konvergieren,
dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstrahl flach ist und unter Druck von 1 —5 bar
steht, und daß der flache Farbstrahl in zwei Druckluftschleier eingehüllt ist, und daß die in bezug
auf den flachen Farbstrahl symmetrischen Druckluftstrahlen auf dem flachen Farbstrahl konvergieren,
welcher in die· Druckluftschleier eingehüllt ist, und daß die Druckluftstrahlen ausreichend stark
sind, um die Druckluftschleier zu durchqueren und in den flachen Farbstrahl einzudringen und seine
Zerstäubung sicherzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
daß Druckluft unter einem Druck von 1 bis 4 bar und in einem Durchsatz von 3 bis 9 mtyh
zugeführt s/ird.
3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß Druckluft unter einem Druck von 3 bar
und in einem Durchsatz von 4 mVh zugeführt wird.
4. Spritzpistole mit pneumatischer Zerstäubung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 —3, gekennzeichnet durch eine »Flachstrahl«-Zerstäuberdüse
(8,9) von einer für Spritzpistolen mit hydrostatischer Zerstäubung verwendeten
Ausführung, jedoch mit viel größeren Querschnitt aufweisenden Düsenmündungen, Luftöffnungen
(15, 16, 28—31, 42—45) für in bezug auf den flachen Farbstrahl symmetrische, zur kegelstumpfförmigen
Vordersei\e der Zerstäuberdüse (8. 9) gerichtete und sich auf dieser zu den Farbstrahl
fächerförmig umgebenden uno jegleitenden Druckluftstrahlen
aufspaltende Druckluftstrahlen, und durch zusätzliche öffnungen (26, 67; 32, 33; 34, 35;
40, 41) für weitere, in bezug auf den flachen Farbstrahl symmetrische, zu diesem hin gerichtete
und seine Zerstäubung gewährleistende Druckluftstrahlen.
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