DE2811436C2

DE2811436C2 - Verfahren zur pneumatischen Zerstäubung eines flüssigen Mediums, insbesondere Farbe oder Lack, und Spritzpistole

Info

Publication number: DE2811436C2
Application number: DE2811436A
Authority: DE
Inventors: Michel Paris Binoche
Original assignee: S K M Sa 93240 Stains Fr
Current assignee: S K M Sa 93240 Stains Fr
Priority date: 1977-03-22
Filing date: 1978-03-16
Publication date: 1983-07-14
Also published as: AU3470278A; CA1118298A; US4232824A; FR2384551B1; PH15956A; BE864754A; SE7803227L; IT7848468A0; FR2384551A1; JPS53117041A; AU517040B2; DE2811436A1; SE443518B; IT1103576B; ZA781575B; ES468008A1; JPS5530904B2; NL7803047A; BR7801753A; CH622968A5

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

Patentansprüche:

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.