DE2849295A1 - Pneumatische foerdereinrichtung mit regelbarer foerderleistung fuer pulverfoermiges bis koerniges massegut - Google Patents

Pneumatische foerdereinrichtung mit regelbarer foerderleistung fuer pulverfoermiges bis koerniges massegut

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DE2849295A1 DE19782849295 DE2849295A DE2849295A1 DE 2849295 A1 DE2849295 A1 DE 2849295A1 DE 19782849295 DE19782849295 DE 19782849295 DE 2849295 A DE2849295 A DE 2849295A DE 2849295 A1 DE2849295 A1 DE 2849295A1
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Description

Apparat ebau
Kunkler Str.9
St.Gallen, Schweiz
Pneumatische Fördereinrichtung mit regelbarer Förderleistung für pulverförmiges bis körniges Massegut
Die Erfindung betrifft' eine pneumatische Fördereinrichtung mit regelbarer Förderleistung für pulverförmiges bis körniges Massegut, insbesondere zum Sprühbeschichten von Gegenständen, bei welcher das Gut aus einem Vorratsbehälter von einem Treibgasstrom in einem pneumatischen Fördergerät angesaugt und in eine Förderleitung geblasen wird, und bei welcher sich in der Treibgasleitung ein Druckregler befindet.
Ferner betrifft die Erfindung eine pneumatische Fördereinrichtung mit regelbarer Förderleistung für pulverförmiges bis körniges Massegut, insbesondere zum Sprühbeschichten von Gegenständen, bei welcher das Gut aus einem Vorratsbehälter von einem Treibgasstrom in einem Diffusor eines pneumatischen Fördergerätes angesaugt und in eine Förderleitung geblasen wird, ferner eine Leitung für Steuergas in den Unterdruckbereich des Diffusors mündet, sodaß durch Zuführen von Steuergas der Unterdruck in diesem Bereich und dadurch die Förderleistung geändert werden kann, und sich in der Steuergasleitung eine Einrichtung zur Einstellung der Steuergaszufuhr befindet.
Außerdem betrifft die Erfindung einen Druckregler, der sich besonders für pneumatische Fördereinrichtungen zum Sprühbeschichten von Gegenständen eignet.
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Eine pneumatische Fördereinrichtung dieser Art und ein pneumatisches Fördergerät dazu, letzteres wird auch Injektor oder Diffusor genannt, sind aus der DE-PS 1 266 68c bekannt.
Eine Sprüheinrichtung zum Sprühbeschichten von Gegenständen, welcher von einer pneumatischen Fördereinrichtungg der genannten 'Art Massegut zugeführt werden kann, ist aus der CH-PS il29 517 bekannt.
Ferner ist aus der DE-OS 26 o2 81J*! ein Druckregler bekannt. Dieser kann jedoch nicht fern bedient werden. Auch eignet er sich wegen Leckverlusten und Ungenauigkeiten nicht für die Regelung von Gas. Deshalb mußte man bisher bei den bekannten pneumatischen Fördereinrichtungen außer einem Druckminderer zusätzlich auch ein getrenntes Magnetventil (Auf-Zu-Ventil) sowie ein Manometer verwenden. Das Manometer zeigt den am Druckminderer einzustellenden Druckwert an. Erst nach Vornahme dieser Einstellung wird das Magnetventil geöffnet.
Das Sprühbeschichten mit bekannten pneumatischen Fördereinrichtungen hat folgende Nachteile:
1.'' die im Sprühverfahren zu beschichtenden Gegenstände benötigen häufig in einem 3ereich eine dickere Beschichtung als in einem anderen Bereich. Da eine automatische Einstellung bei den bekannten Einrichtungen nicht möglich ist, hat man bisher mit einer mittleren Schichtdicke beschichtet, d.h.teilweise zu dick und teilweise zu dünn. Unterschiedlich lange Verweilzeiten der Gegenstände vor der Sprüheinrichtung sind nicht möglich, weil die Gegenstände von der Transporteinrichtung kontinuierlich durch den Trockner hindurchgeführt werden. Läßt man die Transporteinrichtung diskontinuierlich laufen, dann
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ergeben sich dadurch unerwünschte andere Nachteile.
2. Wenn verschiedene Gegenstände nacheinander beschichtet werden, wird jeweils viel Zeit für die Einstellung der neuen Druck-und Pörderwerte erforderlich.
3. Unerwünschte Veränderungen im Fordergut strom werden jeweils erst bemerkt, wenn die betreffenden Gegenstände bereits damit beschichtet wurden, sodaß Ausschuß entsteht.
*1. Die bekannten Einrichtungen geben kontinuierlich das geförderte Massegut ab. Das zwischen den zu beschichtenden Gegenständen abgegebene Massegut muß durch teuere Einrichtungen hoher Saugleistung abgesaugt, gereinigt und dosiert dem Vorratsbehälter für das Massegut zurückgeführt werden.
5. Die für den Transport und die Einstellung der geförderten Menge an Massegut erforderlichen Gase, normalerweise Luft, sind Druckschwankungen unterworfen, die sich nachteilig auswirken, beispielsweise in Form einer zu dünnen Beschichtung der Gegenstände, was zu Ausschuß führt oder erneut beschichtet werden muß, oder in Form von zu dicken Beschichtungen, was einen unnötigen Material-und Kostenaufwand bedeutet.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine optimalere Arbeitsweise und Bedienbarkeit zu erzielen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Druckregler der Fördergasleitung und / oder der Druckregler der Steuergasleitung einen Elektromagneten aufweist,der je nach Größe eines angelegten elektrischen Signals einen bestimmten vom Druckregler zu haltenden Sollwert einstellt, und daß der Elektromagnet an eine elektrische Signalgebereinrichtung angeschlossen ist.
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Die Einstellung des Druckreglers kann von einem Wert Null bis zu einen Höchstwert reichen, wobei im ersteren Falle der Druckregler den Durchgang zwischen Eingang und Ausgang vollständig verschließen kann. Auch die Größe des den Elektromagneten des Druckreglers zuzuleitenden elektrischen Signals kann vom Wert Null bis zu einem bestimmten Höchstwert reichen. Dies bedeutet, daß bei einem elektrischen Signal des Wertes Null keine Spannung am Elektromagneten anliegt. In diesem Sustand ist der Elektromagnet nicht erregt und vorzugsweise das Hauptventil des Druckreglers geschlossen.
Durch die Erfindung ist es möglich, die Förderleistung zu programmieren. Der Elektromagnet kann an einen Programmgeber angeschlossen sein, der ihm in bestimmter Zeitfolge bestimmte elektrische Sollwert-Signale zuleitet. Gleichzeitig oder alternativ hierzu ist es möglich, den geförderten Gas-Gut-Strom zu messen und in Abhängigkeit hiervon den Elektromagneten des Druckreglers entsprechende Signale zuzuleiten, beispielsweise bei einer unerwünschter. Änderung des Gutstromes die Gaszufuhr zu ändern oder ganz abzuschalten. Ferner ist es möglich, dem Elektromagneten Signale zuzuleiten, die ihm anzeigen, ob ein Gegenstand vorhanden ist, der den Gutstrom aufzunehmen hat,also beispielsweise, ob gegenüber einer Sprühpistole ein zu beschichtender Gegenstand vorhanden ist oder nicht. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Abgabe von Massegut zwischen den einzelnen zu beschichtenden Gegenständen zu unterbrechen. Auch kann durch den genannten Programmgeber der Elektromagnet so eingestellt werden, daß der Gasstrom auf einen anderen Wert eingestellt wird. Dadurch ändert sich in entsprechender Weise die geförderte Massegutmenge und damit auch die auf einen Gegenstand aufgebrachte Beschichtungsstärke.
Eine Beeinflussung des Gut stromes ist sowohl durch eine Änderung des Treibgasstromes als auch durch eine Änderung des Steuergasstromes möglich. Beide Leitungen dieser Gasströme münden in das pneumatische Fcrdergerät.
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-/-44'
Ein für die Bestimmung des Treibgasstromes und/ oder des Steuergasstromes geeigneter Druckregler kann ein zwischen einem Eingang für das Gas und einem Ausgang für das Gas angeordnetes Hauptventil aufweisen, dessen Ventilkörper den Ventilsitz je nach Regelzustand versehließt oder verschieden weit öffnet, ferner mit einen Steuerdruckraum versehen sein, dessen Druck auf den Hauptventilkörper wirkt und der einerseits über eine Drossel mit dem Eingang und andererseits über ein Steuerventil mit einem Entlüftungsraum (gegebenenfalls die umgebende Atmosphäre) verbunden sein, weiter eine Druckeinstellvorrichtung enthalten, die den Ventilkörper des Steuerventils mit einer vom eingestellten Druck abhängigen Kraft entgegen dem im Steuerdruckraum herrschenden Druck mehr oder weniger stark in Schließstellung drängt, und eine Einrichtung zur Erfassung und Rückführung des Ist-Wertes des im Ausgang herrschenden Druckes aufweisen.
Ein solcher Druckregler ist gemäß der"Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Elektromagnet ein Teil der Druckeinstellvorrichtung ist, und daß ein Rückführdruckraum vorgesehen ist, dessen Druck entgegen dem im Steuerdruckraum vorhandenen Druck auf den Kauptventilkörper wirkt und der einerseits über eine Drossel mit dem Ausgang und andererseits über eine verstellbare Drossel mit einem Entlüftungsraum (gegebenenfalls die umgebende Atmosphäre) verbunden ist.
Ein häufig geeignetes und billiges Gas ist Luft.
Der Regler nach der Erfindung regelt so genau, daß praktisch keine merklichen Druckschwankunger. mehr auftreten. Durch die beiden Drosseln des Rückführdruckraumes wird ein so-genannter Druckteiler gebildet, durch welchen die Regelungen nicht mehr statisch, sondern dynamisch erfolgen. Dadurch kann am Ausgang praktisch der gleiche Druck erzielt werden wie am Eingang. Ferner können durch
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die verstellbare Drossel herstellungsbedingte Toleranzen ausgeglichen werden, sodaß bei einer Einstellung eines gewünschten Druckes kein Manometer mehr erforderlich ist, da jeder an den Elektromagneten des Druckreglers angelegter Spannungswert einem ganz bestimmten Gasdruck entspricht. Die Regelabweichungen des Druckreglers sind kleiner als plus-minus I Prozent.
V/eitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen.
Mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen als Beispiele beschrieben. In diesen zeigen
Pig.l eine Schnittansicht eines Druckreglers der Fördereinrichtung nach der Erfindung,
Fig.2 einen Ausschnitt von Fig.l mit Angaben der.im Druckregler wirkenden Kräfte und Drücke, und
Fig.3 eine schematische Darstellung der Fördereinrichtung nach der Erfindung in Form einer Sprühbeschichtungsanlage.
Der in den Fig.1 und 2 gezeigte Druckregler 100 enthält einen Eingang 1 und einen Ausgang 2. Zwischen beiden befindet sich ein Zylinder 3, der ein Teil des Einganges 1 ist und jeweils mit dessen Druck beaufschlagt wird. Der Hohlraum des Zylinders 3 mündet über einen Ventilsitz 4 in den Ausgang 2. Ein vom Ausgang 2 her an den Hauptventilsitz 4 anlegbarer Hauptventilkörper wird von einer im Ausgang 2 untergebrachten Druckfeder 6 in Schließstellung gedrängt. Das Ventilverschlußelement 7 des Hauptventilkörpers 5 ist über ein im Querschnitt kleineres Verbindungsstück 8 mit einem
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Kolben 9 verbunden, der in dem Zylinder 3 bezüglich des Ventilsitzes 4 in Schließrichtung bzw. Cffnungsrichtung geführt ist. Auf der vom Druck des Einganges 1 abgewandten Seite des Kolbens 9 befindet sich ein Rückführdruckraum 10, der vorzugsweise einen größeren Querschnitt als der Kolben 9 hat und von einer ebenfalls entsprechend größeren Membran 11 abgeschlossen ist. Die Membran 11 ist durch Teller 12 verstärkt und ihre Mitte liegt über eine Druckstange von der Seite des Rückführdruckraumes 10 her am Kolben an. Der Rückführdruckraum 10 ist über eine Leitung 16, in der sich eine feste Drossel 17 befindet, mit dem Ausgang 2 verbunden. Ferner ist der Rückführdruckraum über eine Entlüftungsleitung 18, in der sich eine einstellbare Drossel 19 befindet, mit einem Entlüftungsraum verbunden. Wenn das zu regelnde Strömungsmittel Luft ist, kann der Entlüftungsraum die umgebende Atmosphäre sein, wie dies in Fig.l gezeigt ist.
Der Eingang 1 ist über eine Steuerdruckleitung 21 mit einem Steuerdruckraum 22 verbunden. Dieser befindet sich auf der vom Rückführdruckraum 10 abgewandten Seite der Membran 11 und hat beispielsweise den gleichen Querschnitt wie dieser Rückführdruckraum 10. In der Steuerdruckleitung 21 befindet sich eine Strömungsdrossel 23. Ferner befindet sich in der Steuerdruckleitung 21 zwischen der Drossel 23 und dem Eingang 1 ein Regelventil zur Vorregelung des Steuerdruckes. Dieses Steuervordruck-Regelventil enthält einen Ventilkörper 24, der von der stromabwärtigen Seite her an einen Ventilsitz 26 angelegt werden kann. Eine Druckfeder 27 drängt ihn in Öffnungsrichtung. Der die Feder enthaltende Raum 28 ist mit der Atmosphäre verbunden. Die Feder 27 drückt auf einen Kolben 29, der in einer Zylinderbohrung 30 geführt ist. Durch den Zylinderraum 30 erstreckt sich ein im Querschnitt kleineres Verbindungsstück 31, das den Kolben 29 mit dem Ventilverschlußelement 25 verbindet. Eine den Anfang der
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Regler ein. Der Netzdruck wirkt im Zylinderraum 3 einerseits auf den Kolben 9, der mit dem O-Ring 34 gegen den Rückführdruckraum 10 abgedichtet ist, und andererseits auf das Verschlußelement 7 des Hauptventilkörpers Im weiteren strömt Luft (Steuerluft) durch die Bohrung zur Steuervordruckregelung. Durch diese Steuervordruckregelung ist es möglich, den zur Steuerung des Reglers benötigten Steuervordruck bis auf z.B.- 0,2 bar vorzuregeln, unabhängig der Netzdruckschwankungen. Zur Funktion derselben: Der Netzdruck wirkt auch in dem Zylinderraum 30 einerseits auf den Kolben 29, der mit dem O-Ring 33 gegen den Raum 28 (Atmosphärendruck) ab — dichtet, und andererseits auf das Verschlußelement des Steuervordruckventilkörpers 24. Die wirksamen Querschnitte von 29 und 25 sind gleich groß, so daß sich
die beiden durch den Netzdruck hervorgerufenen Kräfte aufe
hgtben. Es herrscht also unabhängig vom Netzdruck immer Gleichgewicht. Mit der Feder 27 kann der Wert des Steuervordruckes gewählt werden, Je nach gewünschtem Maximalausgangsdruck und minimalem Netzdruck. Durch die Vorspannung der Feder 27 öffnet der Steuervordruck-Ventilkörper 24 und Steuerluft gelangt in den stromaufwärtigen Ventilraum 44. Der Ventilkörper 24 öffnet nun solange, bis im Raum 44 der zur Federvorspannung zugehörige Druck herrscht. Das Gleichgewicht ist dann erreicht, wenn das Produkt aus Druck im Raum 44 (Steuervordruck) mal Fläche des Steuervordruck-Ventilverschlußelement gleich der Federvorspannung ist» Erhöht sich nun z.B. der Netzdruck, so regelt der Ventilkörper 24 insofern, als er sich solange in Schließrichtung (nach rechts) bewegt, bis das Produkt Steuervordruck mal Fläche wieder gleich der Federvorspannung ist. Hinzu kommt natürlich noch die Reibungskraft, welche durch den O-Ring hervorgerufen wird. Wäre keine Reibung vorhanden, würde auch keine Regelabweichung auftreten. Diese Reibung geht doppelt in die Berechnung der Regelabweichung ein (öffnungs-und Schließrichtung) und zwar folgendermassen:
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Steuerdruckleitung 21 bildende Bohrung 32 verbindet den Eingang 1 niit dem Zylinderraum 30. Der vom Eingangsdruck beaufschlagte, für eine Verschiebung des Ventilkörpers 21J maßgebliche Querschnitt des Kolbens 29 kann größer sein als der des Ventilverschlußelements 25..
Die Kolben 29 und 9 der beiden Ventilkörper 24 und 5 können durch O-Ringe 33 bzw. 34 gegen die die Kolben aufnehmende Zylinderwand abgedichtet sein.
Ein Ring 35 hält die Membran 11 in ihrer Lage und dichtet den Steuerdruckraum 22gegenüber dem Rückführdruckraum 10 ab. Der Steuerdruckraum 22 ist über eine Entlüftungsleitung 37 mit einem Entlüftungsraum verbunden, der im Falle von Luft als Strömungsmittel die umgebende Atmosphäre sein kann. In der Entlüftungsleitung 37 befindet sich ein Steuerventil 38. Sein Ventilkcrper 39 ruht auf einem Ventilsitz 40. Die Ventilsitzbohrung 43 hat einen kleineren Querschnitt als die vom Druck des Steuerdruckraumes 22 beaufschlagte Fläche der Membran 11. Der Ventilkörper 39 liegt auf der vom Steuerdruckraum 22 abgewandten Seite an dem Ventilsitz 40 an. Der Ventilkörper 39 wirkt mit der Ankerstange 4l eines als Sollwertgeber dienenden Elektromagne ten 42 zusammen. Die Ankerstange 4l übt auf den Ventilkörper 39 je nach angelegter Stromstärke eine mehr oder weniger starke Kraft aus, entsprechend dem gewünschten Sollwert. Der Elektromagnet 42 ist vorzugsweise ein Proportionalmagnet. Der Ventilkörper 39 kann unter der Vorspannung einer ihn in Schließstellung drängenden Feder stehen. DieseFeder ist nicht dargestellt und kann sich im Elektromagneten 42 befinden.
Funktion:
Für die Eeschreibung wird angenommen, daß das Strömungs mittel Luft ist. Die Luft vom Druckluftnetz tritt durch eine Bohrung, die ein Teil des Einganges 1 ist, in den
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Ventilkörper-Durchmesser beispielsweise d = 12 mm Reibungskraft FR:= 200 ρ
__£ = _ = 0,35 kp/cm^ τ* - 0,2 bar
d__ (1,2)2 .^cm2
Dabei bedeuten:
PR = Reibungskraft
d = Durchmesser des Steuervordruck-Ventilverschlußelements 25
A = Fläche des Ventilverschlußelements 25 ρ = Druck im Ventilraum 44
Mit dieser Steuervordruckregelung ist es alsomöglich, den Steuervordruck bei
genau vorzuregeln.
Steuervordruck bei Netzschwankungen bis auf etwa - 0,2 bar
Die Steuerluft strömt nun weiter aus dem Ventilraum 44 über die Drossel 23 in den eigentlichen Steuerdruckraum 22 und, sofern kein Strom am Proportionalmagnet 42 fließt, durch die Ventilsitzöffnung 40 und eine stromabwärtige Eohrung der Entlüftungsleitung 37 in die Atmosphäre (Freie). Es baut sich also kein Steuerdruck auf. Somit ist auch ersichtlich, warum die Steuerluft von 44 nach 22 über eine Drossel 23 führt, weil nämlich diese Luftmenge verloren geht (Eigenluftverbrauch des Reglers). Der Eigenluftverbrauch im stromlosen Zustand wird also auch durch den Öffnungsquerschnitt der Drossel 23 und den eingestellten Steuervordruck (Federvorspannung) bestimmt. Fließt nun am Magnet 42 ein Strom, so baut sich im Steuerdruckraum 22
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ein zugehöriger Steuerdruck auf, welcher mit Hilfe des Ventilschlußelements 39 gebildet wird, und zwar folgendemiassen: Bei jedem Strom wirkt eine zugehörige Kraft FM an der Ankerstange 21, Diese Kraft wirkt nun auf das Ventilverschlußelement 39· Der se entstehende Steuerdruck Pg. berechnet sich:
F
P
* E2
Querschnitt der Ventilbohrung 43
Die überschüssige Steuerluftmenge wird wieder gleich abgeführt wie im stromlosen Zustand über die Ventilsitzbohrung 43 und die Auslaßbohrung 45 der Entlüftungsleitung 37.
Die kleine Steuervordrucksschwankung von maximal - 0,2 bar kann durch den Proportionalmagneten 42 bis zu einer akzeptablen Abweichung fein ausgeregelt werden (max.-0,ol5 bar). Wäre diese Steuervordruckregelung nicht vorhanden, könnte der Magnet eine Netzdruckschwankung von z.3. 3 bar auf höchstens - 0,1 bar ausregeln. Diese Abweichung des Steuerdruckes P„. ergäbe am Ausgang 2, ohne die Abweichungen des Reglers selbst, eine Ausgangsdruekschwankung von etwa - 0,15 bar. Vergleiche nachfolgende Formel 3·
Der so aufgebaute Steuerdruck wirkt nun auf die Membran 11, welche mittels des Ringes 35 den Steuerdruckraum 22 und den Rückführdruckraum 10 gegeneinander abdichtet. Die Membran 11 wandelt mit Hilfe der Teller 12 den Druck wieder in eine Kraft F^um, welche dann über die Druckstange 13 auf den Hauptventilkörper 5 wirkt. Mit Hilfe dieser umwandlung (Kraft ?,, von z.B.maximal 2.0kp an der Ankerstange 4l in den Steuerdruck Pg^ von z.B. maximal 4,0 bar und von diesem in die Kraft z.B.maximal 72 kp an der Ankerstange 13) kann eine beliebige Kraftverstärkung erreicht werden, da die Durchmesser der Ventil-
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sitzbohrung 43 und der Membran 11, welche ein Maß für die Kraftverstärkung sind, frei gewählt werden können. Bei den angenommenen Massen wirkt bei diesen Regler eine ungefähr 36-fache Kraftverstärkung.
Durch die Kraft FD an der Druckstange 13 wird nun der Hauptventilkcrper 5 gegen die Schließfeder 6 in Öffnungsrichtung verschoben, sodaß der Luftdurchgang frei wird. Die Luft strömt vom Eingang 1 in den Ausgang und dann aus dem Regler. In Ausgang 2 baut sich der Reglerausgangsdruck oder Sekundärdruck P.auf. Dieser Ausgangsdruck wird über die feste Drossel 17 in den Rückführdruckraum 10 auf die Membran 11 geleitet. Der Luftstrom führt weiter über die verstellbare Drossel 19 und Auslaßbohrung 46 der Entlütungsleitung 18 ins Freie. Da alles dynamisch erfolgt, bilden diese beiden Drosseln einen sogenannten Druckteiler, über den beiden Drosseln entsteht ein bestimmter Druckabfall, je nach Größe ihres Durchtrittsquerschnittes. Der Vorteil der Druckteilerschaltung liegt darin, daß mit Hilfe der verstellbaren Drossel das Verhältnis der Durchtrittsquerschnitte dieser beiden Drosseln 17 und 19 beliebig gewählt werden kann und somit zu einem bestimmten Druck am Ausgang 2 ein beliebiger Rückführdruck im Rückführdruckraum 10 eingestellt werden kann.
Die beiden Extremfälle: Wenn der Durchtrittsquerschnitt der veränderbaren Drossel 19 den Wert Null hat, dann ist der Druck P^ im Rückführdruckraum 10 gleich dem Druck F. im Ausgang 2 (kein Druckteiler)J geht der Durchtrittsquerschnitt der einstellbaren Drossel 19 gegen Unendlich, dann geht der Druck Pn im Rückführ-
Γί
druckraum 10 gegen Null ( Regler wirkt nicht mehr als Regler, da der Rückführdruck bei jedem Ausgangsdruck gleich Null ist).
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Der Rückführdruck PR wird als Ist-Wert des Reglerausganges mit dem Steuerdruck Pq. an der Membran verglichen. Der Hauptventilkörper 5 wird solange in Öffnungsrichtung verschoben, bis die resultierende Kraft auf den Hauptventilkörper gleich Mull ist. Dann bleibt der Hauptventilkörper 5 stehen und der Ausgangsdruck im Ausgang 2 bleibt konstant.
Fig.2 zeigt das Angreifen der verschiedenen Kräfte am Hauptventilkörper 5. Es bedeuten:
A^: Fläche der Membran 11 A~: Fläche des Kolbens 9
Ag: Fläche des Kauptventil-Verschlusselements 7
FR: Reibungskraft des O-Ringes 3^ (FR, in Öffnungsrichtung)
(FR2 in Schließrichtung)
Fp: Kraft der Schließfeder 6
F^y: Kraft für Verformung der Membran 11
• P.: Druck im Ausgang 2
Pn. Druck im Rückführdruckraum 10
SAi
]?St: Druck im Steuerdruckraum 22
Gleichgewichtsgleichung für die Bewegung des Hauptventilkörpers 5 in Öffnungsrichtung: Formel 1
PStl * AM =PR1 ^M-V + PA1 * A6 + FF1 + PR + FMV1
Wird jetzt z.B. der Druck P£ im Eingang 1 erhöht, dann bewegt sich der HauptventIlkörper 5 in Schließrichtung, weil der Druck P. im Ausgang 2 zu groß wird und somit die resultierende Kraft am Hauptventilkörper ungleich Null ist. Er bewegt sich wiederum solange, bis Kräftegleichgewicht herrscht.
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Die Gleichgewichtsgleichungen für die Eewegung des Hauptventilkorpers 5 in Schließrichtung sind: Formel 2
PSt2 ' AM =PR2 (AM"A3^ + PA2 ' A6 + FF2"FR + FHV2
FF2 - FF1
MV2 " *Mvl
Interessant 1st natürlich jetzt, die Regelabweichung des Ausgangsdruckes zu kennen, also die Differenz von Ε>Α2"·ΡΑ1* Pür ^ie BerechnunS wird von folgenden Werten ausgegangen:
PR * 0,69 PA Pfi2 = 3,45 kp/cm2 A Pc51. πητ = 0.03 kp/cm2 Pst = 4,0 kp/cm2 PA2 = 5,0 kp/cm2 FR = 0,25 kp
PF2 = 4,5 kp
AM =15,9 cm2 A3 = 3,33cm2 Ag = 3,l4cm2
Dies führt zur folgenden Gleichung für die Regelabweichung: Jp = ^ PSt ' AM + 2FR * ^ FF + A FMV Formel 3
A 0,69 (Aj11 - A3) +Ag
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Daraus ergibt sich eine maximale Regslabweichung von = 0,082 kp/cm2» 0,ο8 bar <ί 1% von P.
Ist also die Netzdruckschwankung beliebig groß, dann bleibt der eingestellte Druck im Ausgang 2 immer in den Grenzen - 0,o4 bar. Da nun aber bei den meisten Druckluftkompressoren die Schalthysterese auf 3 bar eingestellt ist, wird der Regler im Innern so korrigiert, daß bei einer Eingangsdruckschwankung von 3 bar der Druck am Ausgang 2 den eingestellten Wert in etwa beibehält.
Deshalb sind die beiden Flächen Ag und A, des Reglers entsprechend Pig.l (abweichend von Fig.2) auch nicht gleich groß. Es tritt damit im Innern des Reglers eine auf den Hauptventi!körper 5 wirkende Differenzkraft auf, hervorgerufen durch den Metzdruck P^. Durch diese Differenzkraft ändert sich die Formel 3 zu:
AM * 2FR *frg ^KV -0,69'(AM - A3) + A6
Mit Avβ - 3 bar (Schalthysterese des Kompressors) folgt:
A = 0,03 bar
Nochmals ein Wort zum Druckteiler:
Die Formeln (1) und (2) zeigen einen weiteren großen Vorteil des Druckteilers. Dank dem ist es möglich, praktisch den gleichen Ausgangsdruck P. im Ausgang 2 zu erhalten, wie am Eingang 1 minimal (P„ _in) vorhanden ist, und zwar deshalb, weil man mit einem beliebigen Steuerdruck (Pgt<ρε min^ e^-nen beliebigen Ausgangsdruck ( maximal P„ m:in) erreichen kann. Ohne Druckteiler ist das nicht möglich.
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- ψ-U-
Eeira Regler ohne Druckteiler gilt PR = P^ und
Po+. _,_ = P17 mj„· In diesem Falle ist aber ein ot max E min
gute Regelung des Steuerdruckes unmöglich.
Eingesetzt in Formel (1) folgt P. = 4,75 bar,
Λ ill CL λ.
wenn PE min = 5 bar. Bei 5 bar Eingangsdruck ist somit am Ausgang 2 ein Maximaldruck von 4,75 bar erreichbar, der allerdings überhaupt nicht genau' geregelt werden kann (maximal in den Grenzen ± 0,25, bar)
Die Vorteile des Druckteilers:
- zu jedem beliebigen Strom am Proportionalmagnet kann mit der verstellbaren Drossel 19 ein gewählter Ausgangsdruck im Ausgang 2 eingestellt werden,
- alle Fabrikationstoleranzen (Drosseln, Abstände,usw.) und die Abweichungen der Magnetkennlinie (Strom-Kraft) können ausgeglichen werden,
- kein Manometer am Ausgang 2 erforderlich, da zu jedem Strom ein bestimmter Ausgangsdruck gehört,
- es wird am Reglerausgang 2 nahezu der gleiche Druck erreicht, wie am Eingang 1 vorhanden ist.
Die in Fig.3 gezeigt pneumatische Fördereinrichtung nach der Erfindung enthält mehrere gleichzeitig oder wahlweise verwendbare Regel-und Programnögllchkeiten. ' Eine Treibgasleitung 101 mündet in ein pneumatisches Fördergerät Io2. Der Treibgasstrom, vorzugsweise Luft, saugt in dem Fördergerät 102 nach dem Diffusor-oder Venturiprinzip aus einem Vorratsbehälter 103 über eine Leitung 104 zum Beschichten dienendes, pulverförmiges bis körniges Massegut an und treibt dieses
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über eine Förderleitung 105 zu einer beispielsweise pistolenartigen Sprühvorrichtung 106, die das Massegut zerstäubt. Der Zerstäubungsstrahl der Sprühvorrichtung 106 ist auf Gegenstände 107 bzw. 1OP gerichtet, die für diesen Eeschichtungsvorgang mit einer Transportvorrichtung 109 an der Sprühdüse der Sprühvorrichtung 106 vorbeibewegt werden.
Ähnlich wie die Massegut leitung 1ο4 mündet auch eine Steuergasleitung 110 in den Bereichkröfiten Unterdruckes der pneumatischen Fördereinrichtung 102. Die Menge des über die Leitung 104 angesaugten Massegutes ist abhängig von dem in diesem Bereich herrschenden Unterdruck . Durch Zuführen einer bestimmten Menge an Steuergas über die Leitung 110 kann der Unterdruck verändert und damit auch die angesaugte Massegutmenge reguliert werden. Als Steuergas dient vorzugsweise Luft.Normalerweise wird das Treibgas über die Leitung 101 mit konstantem Druck zugefühit und bei einer gewünschten Änderung der Förderleistung die je Zeiteinheit zugeführte Steuergasmenge entsprechend verändert. Je nach Anwendungsfall ist jedoch auch eine bestirnte Veränderung des Treibgasstromes erwünscht. Die Strömungsrichtung des Treibgases ist durch Pfeile 111, die Strömungsrichtung des Steuergases durch Pfeile 112, die Strömungsrichtung des Gas-Massegut-Gemisches durch Pfeile 113 und die Bewegungsrichtung der Transporteinrichtung IOC mit den Gegenständen Io7 und Io8 durch einenPfeil 114 angegeben.
Zur Einstellung und Aufrechterhaltung eines bestimmten Druckes befindet
sich in der Treibgasleitung 101 ein Druckregler 100 der vorstehend beschriebenen Art.An den Elektromagneten des Druckreglers 100 ist über eine elektrische Leitung eine Vergleichs-und Umschalteinrichtung 116 angeschlossen.
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Über diese Vergleichs-und Umschalteinrichtung 116 können dem Elektromagneten k2 von einem Programmgeber 117 in bestimmter zeitlicher Folge bestimmte elektrische Sollwert signale zugeleitet werden.
In der Förderleitung 105 für das Massegut-Gas-Gemisch befinden sich eine Meßvorrichtung 118 beispielsweise zur Messung des Gemischdruckes und eine Vorrichtung beispielsweise zur Messung des im Gemisch enthaltenen Feststoffanteils. Ferner ist nahe der Auslaßdüse der Sprühvorrichtung 106 eine Gegenstands-Ermittlungsvorrichtung angeordnet, die in Abhängigkeit davon, ob sich gegenüber der Düse ein zu beschichtender Gegenstand befindet, Signale über eine Leitung 121 an die Vergleichs-und Umschalteinrichtung 116 abgibt. Ebenso gibt die Meßvorrichtung 118 der Förderleitung 105 über eine Leitung vom Meßwert abhängige Signale an die Vergleichs—Umschalt — einrichtung 116. Dadurch ist es möglich, dem Elektro-
magneten 42 des Druckreglers 100, der in der Treibgasleitung 101 angeordnet ist, gleichzeitig oder wahlweise von dem Programmgeber 117 und / oder von der Gegenstands-Ermittlungsvorrichtung 12O7 bzw. in Form eines geschlossenen Regelkreises von der Meßvorrichtung 118, Steuer-bzw. Regelsignale zuzuleiten.
Gleichzeitig ist es möglich, auch in der Steuergasleitung 110 einen Druckregler 100 zu haben, dessen' Elektromagnet M2 über eine Vergleichs-und Umschalteinrichtung 125 gleichzeitig oder wahlweise von einem Programmgeber 126, der Meßvorrichtung 119 der Förderleitung 105jbzw. der Gegenstands-Ermittlungsvorrichtung 120, angesteuert werden kann.
Ferner ist es möglich, die beiden Vergleichs-und Umschalteinrichtung 116 und 125 über eine Leitung 128 miteinander zu verbinden, damit der Treibgasstrom der Leitung 101 und der Steuergasstrom der Leitung 110 aufeinander abgestimmt werden können.
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Es ist ersichtlichj daß durch die exakt arbeitenden, Regelabweichungen weitgehend vermeidenden Druckregler 100 das pneumatische Fördern von pulverförmiger, bis körnigem Massegut, insbesondere das Sprühbeschichten von Gegenständen, weitgehend automatisiert v/erden kann. Durch die mit der. Druckteiler der Druckregler 100 gegebener. Eichmöglichkeiten entfallen Manometer und teuere, von Eand vorzunehmende Einstellvorgänge. Da die Druckregler 100 auch als Auf-ZuVentile wirken, werden keine zusätzlichen Absperrventile benötigt.
In den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Gegenständen Io7 und 108 kann die Förderung an Massegut unterbrochen werden.
Dies kann durch Abstellen des Treibgasstromes der Leitung oder durch verstärkte Zufuhr von Steuergas der Steuergasleitun?; in den Unterdruckbereich geschehen, in welchem Falle ebenfalls kein Massegut gefördert wird. Dadurch wird Massegut eingespart bzw. es muß nicht mehr soviel überschüssiges Massegut durch starke Vakuumquellen abgesaugt, gereinigt und dem Vorratsbehälter 103 zurückgeführt werden. Ferner können Gegenstände, die an verschiedenen Stellen verschieden starke Beschichtungen benötigen, in der erforderlichen Weise verschieden stark besprüht werden, vorprogrammiert durch die Programmgeber 117 und / oder 126. Auch ist es möglich, eine Folge verschiedener Gegenstände nacheinander ohne Unterbrechung zu beschichten, indem die Programmgeber 117 und / oder 126 mit einem entsprechenden Programm versehen werden. Beispielsweise können die flachen Gegenstände 1C7 eine geringe Beschichtung
und die Gegenstände 108 eine dickere Beschichtung benötigen.
Ferner ist es normaler Weise erforderlich, daß in Hohlräume, wie sie die Gegenstände 108 haben,ein stärkerer Sprühstrahl gerichtet wird, damit die Hohlräume ausreichend beschichtet werden.
Die Meßvorrichtung 118 könnte auch an die Vergleichs-und Umschalteinrichtung 125 angeschlossen sein, während die Meßvorrichtung 119 an die Vergleichs-und Uiaschalteinrichtung 116 angeschlossen sein kann.
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-Zfc -
Die Treibgasleitung 101 und die Steuergasleitung 110 können mit gleichem Gas und aus dem gleichen Gasnetz versorgt werden. Wenn dagegen für jede der Leitungen ICl und 110 eine andere Gasquelle verwendet wird, dann können auch verschiedene Gasarten verwendet v/erden.
29.9.7S
030021/0374

Claims (1)

  1. Unser Az:Pa103 Ge-a PG
    Apparatebau OQ/QOQc Kunkler Str.9 £ O HO 4 CJO St.Gallen, Schweiz
    Patentansprüche
    L. Pneumatische Fördereinrichtung mit regelbarer Förderleistung für pulverförmiges bis körniges Kassegut, insbesondere zum Sprühbeschichten von Gegenständen, bei welcher das Gut aus einem Vorratsbehälter von einem Treibgasstrom in einem pneumatischen Fördergerät angesaugt und in eine Förderleitung geblasen wird, und bei welcher sich in der Treibgasleitung ein Druckregler befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler (ICO) einen Elektromagneten (42) aufweist, der je nach Größe eines angelegten elektrischen Signals einen bestimmten vom Druckregler zu haltenden Druckwert einstellt, und daß der Elektromagnet (42) an eine elektrische Signalgebereinrichtung (116, 117, 118, 120) angeschlossen ist.
    2. Fördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaleinrichtung einen Programmgeber (117) aufweist, der dem Elektromagneten (42) ihn betätigende elektrische Signale zuführen kann.
    3. Fördereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmgeber (117) nacheinander elektrische Signale verschiedener Stärke an den Elektromagneten (42) abgeben kann.
    4. Fördereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Programmgeber (117) in einer bestimmten zeitlichen Folge elektrische Signale verschiedener zeitlicher Länge an den Elektromagneten (42) abgeben kann.
    D30021/0374
    -2
    5. Fördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (105) eine Vorrichtung (118) zur Messung des Massegut-Gas-Stromes ( z.B.Strömungsgeschwindigkeit oder Massegut-Luft-Anteile) aufweist, die dem Elektromagneten (42) des Druckregler (100) in Abhängigkeit voia Kesswert bestimmte elektrische Signale zuleiten kann.
    6. Fördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Ermittlungsvorrichtung (120), die feststellt, ob den Massegut-Gas-Strom aufzunehmende Gegenstände ( 107> 108) vorhanden sind, und daß in Abhängigkeit von deren Festell -Ergebnis dem Elektromagneten (42) des Druckreglers (100) bestimmte elektrische Signale zugeleitet werden.
    7. Pneumatische Fördereinrichtung mit regelbarer Förderleistung für pulverförmiges bis körniges Massegut, insbesondere zum Sprühbeschichten von Gegenständen, bei welcher das Gut aus einem Vorratsbehälter von einem Treibgas strom in einem Diffusor eines pneumatischen Fördergerätes angesaugt und in eine Förderleitung geblasen wird, ferner eine Leitung für Steuergas in den Unterdruckbereich des Diffusors mündet, sodaß durch Zuführen von Steuergas der Unterdruck in diesem Bereich und dadurch die Förderleistung geändert werden kann, und sich Inder Steuergasleitung eine Einrichtung zur Einstellung der Steuergaszufuhr befindet, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergas-Einstelleinrichtung einen in der Steuergasleitung"(110}~ angeordneten Druckregler ( 100) mit einem Elektromagneten (42) aufweist, der je nach Größe eines angelegten elektrischen Signals einen bestimmten vom Druckregler (100) zu haltenden Druckwert einstellt, und daß der Elektromagnet (42) an eine- elektrische Signalgebereinrichtung (126,125, 120, 119) angeschlossen ist.
    O3QQ21/037A
    8. Fördereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalgebereinrichtung einen Programmgeber (126) aufweist, der dem Elektromagneten (42) des in der Steuergasleitung (110) angeordneten Druckreglers ihn betätigende elektrische Signale zuführen kann.
    9. Fördereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmgeber (126) nacheinander elektrische Signale verschiedener Stärke an den Elektromagneten (42) abgeben kann.
    10. Fördereinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmgeber (126) in einer bestimmten zeitlichen Folge elektrische Signale vorzugsweise verschiedener zeitlicher Länge, an den Elektromagneten (42) abgeben kann.
    11. Fördereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (105) eine Vorrichtung (119) zur Messung des Massegut-Gas-Stromes (z.B. Strömungsgeschwindigkeit oder Massegut-Gas-Anteile) aufweist, die dem Elektromagneten'(42) des in der Steuergasleitung (110) angeordneten Druckreglers (100) in Abhängigkeit vom Messwert bestimmte elektrische Signale zuleiter, kann.
    12. Fördereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ermittlungsvorrichtung (120) vorgesehen ist, die feststellt, ob ein den Massegut-Gas-Strom aufzunehmender Gegenstand (107, 108) vorhanden ist, und daß in Abhängigkeit von deren Festellergebniss dem Elektromagneten (42) des in der Steuergasleitung (110) vorhanden Druckreglers (100) bestimmte elektrische Signale zugeleitet werden.
    030021/0374
    13. Fördereinrichtung nacheinen der Ansprüche 1 bis 12, beiweicher der Druckregler (ICO) der Treibgasleitung (101) und / oder der Druckregler (ICO) der Steuergasleitung (110) ein zwischen einem Ausgang für das Gas und einem Eingang für das Gas angeordnetes Hauptventil· aufweist, dessen Ventilkörper den Ventilsitz je nach Regelzustand verschließt oder verschieden weit öffnet, ferner mit einem Steuerdruckraum versehen ist, dessen Druck auf den^Eauptventilkörper wirkt und der einerseits über eine Drossel mit dem Eingang und andererseits über ein Steuerventil mit einem Entlüftungsraum verbunden ist,weiter eine Druckeinstellvorrichtung enthält, die den Ventilkörper des Steuerventils mit einer vom eingestellten Druckwert abhängigen Kraft entgegen dem im Steuerdruckraum herrschenden Druck mehr oder weniger stark in Schließ-" stellung drängt, und eine Einrichtung zur. Erfassung und Rückführung des Ist-Wertes des im Ausgang herrschenden Druckes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem Druckregler (100) der Treibgasleitung (101) und / oder der Steuergasleitung (110) der genannte Elektromagnet (42) ein Teil der Druckeinstellvorrichtung ist und daß ein Rückführdruckraum (10) vorgesehen ist, dessen Druck entgegen dem im Steuerdruckraum (22) vorhandenen Druck auf den Hauptventilkörper (5) wirkt, und der einerseits über eine Drossel (17) mit dem Ausgang (2) und andererseits über eine verstellbare Drossel (19) mit einem Entlüftungsraum verbunden ist.
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    14. Fördereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Hauptventilkörper (5) gegen den Ventilsitz (^) in Schließstellung drängende Feder (6) vorgesehen ist.
    15. Fördereinrichtung nach Anspruch 13 oder
    lit, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruckraum (22) und der Rückführdruckraun (IC) durch eine Membran (11) voneinander getrennt sind und die Membran (11) durch den Rückführdruckraum (10) hindurch mit dem Hauptventilkörper (5) in Verbindung steht.
    16. Fördereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Druck des- Steuerdrucks aum es (22) beaufschlagte wirksame Querschnitt, des Steuerventilkörpers (39) kleiner ist als der von diesem Druck beaufschlagte wirksame Querschnitt der Membran (11).
    17. Fördereinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekernzeichnet, daß der Hauptventilkörper (5) mit einem Kolben (9) versehen ist, der in einem Zylinder (3) zwischen dem Eingang (1) und dem Rückführdruckraum (10) geführt ist.
    18. Fördereinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Druck des Eingangs (1) beaufschlagbare, für eine Ventilkörperverstellung wirksame Querschnitt des Kolbens (9) größer ist als der vom Eingangsdruck beaufschlagbare wirksame Querschnitt des Ventilverschlußelements (7) des Kauptventilkörpers (5)·
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    19. Fördereinrichtung nach einem der Ansprüche i bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in der den Eingang (1) mit dem Steuerdruckraun (22) verbindenden Leitung (21) zwischen dem Eingang (1) und der Drossel (23) dieser Leitung ein Druckregler (24 bis 30) zur Vorregelung des Steuerdruckes angeordnet ist.
    20. Fördereinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuervordruckregler bis 30) einen Ventilkörper (24) aufweist, der durch den stromabwärtigen Strömungsmitteldruck gegen einen Ventilsitz (26) in Schließstellung gedrängt werden kann und der von der stromaufwärtigen Seite her dem Druck einer Feder ausgesetzt ist, die ihn in Öffnungsrichtung drängt.
    21. Fördereinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (42) ein Proportionalmagnet ist.
    29.9.78
    030021/0374
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