DE3124870A1

DE3124870A1 - "verfahren und vorrichtung zum verspruehen bzw. verspritzen von pulver"

Info

Publication number: DE3124870A1
Application number: DE19813124870
Authority: DE
Inventors: Calvin Emory 15668 Murrysville Pa Kelly; Thomas Edgar 15626 Delmont Pa Nicely
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1980-06-25
Filing date: 1981-06-24
Publication date: 1982-03-18
Also published as: FR2485401A1; GB2078551A; JPS5735968A; IT8167880A0; GB2078551B; AU7216381A; CA1169718A

Description

PfITlCP - ßflHI ma - fVlMfclP i^4Ö/U Patentanwälte und

EDTR.E OUHLING i\JNNE Vertreter beim EPA

O Dip!.-Ing. H.Tiedtke

!RUFE - FELLMAfora Dipl.-Chem. G. Bühling

- 3 - Dipl.-Ing. R. Kinne

Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 20 2403

8000 München 2

TeL: 0 89-539653

Telex: 5-24 845 tipat

cable: Germaniapatent München

24.Juni 1981 DE 1277/^case 1874

USS Engineers and Consultants, Inc. Pittsburgh, USA

Verfahren und Vorrichtung zum Versprühen bzw. Verspritzen von Pulver

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Versprühen bzw. Verspritzen von PuI-ver. Bei verschiedenen Stahl-Nachbearbeitungsprozessen,, bei denen Stahl im heißen Zustand gestaltet oder umgeformt wird, ist es oftmals erwünscht, den heißen Stahl beispielsweise zur Kennzeichnung oder zur Markierung von Fehlern bzw» Fehlstellen zu markieren. Da der Stahl heiß ist, können Markierungsmaterialxen wie z. B. Farbe nicht verwendet werden, da diese Materialien schnell abbrennen würden. Bislang ging man deshalb so vor, daß trockene Pulverpigmente bzw. -farbstoffe oder metallische Pulver auf die heiße Stahloberfläche aufgebracht wurden, indem man bevorzugterweise derartige Pulver pneumatisch aufsprühte bzw. aufspritzte.

Obwohl es eine Auswahl von kommerziell verfügbaren Ausstattungen bzw. Einrichtungen für das Aufsprühen trockener Pulver gibt, so war eine derartige herkömmliche Einrichtung nicht vollkommen bzw. uneingeschränkt für das Ver-

IX/rs

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Ί sprühen bzw. Verspritzen derartiger Pulvertypen bzw. Pulversorten geeignet, wie sie für die Markierung von heißen Stählen verwendet werden. Genauer gesagt zeigen die für das Markieren heißer Stähle am häufigsten bevorzugten Pulversorten, wie z. B. Titandioxid oder Zinkoxid die Tendenz, daß sie, wenn sie pneumatisch gefördert bzw. gepumpt werden, agglomerieren bzw. zusammenbacken und somit regelmäßig die Pulversprüh- bzw. -spritzeinrichtung verstopfen.
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Die US-PS 3 899 131 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Versprühen bzw. Verspritzen agglomerierender Pulver, wie z. B. von Titandioxid, worin die Probleme der Agglomeration in gewissem Rahmen reduziert

'5 sind. Obwohl dieses Verfahren und diese Vorrichtung bei einigen kommerziellen Arbeitsvorgängen laufend verwendet werden, so hat dieses Verfahren und die Anwendung dieser Vorrichtung doch gewisse Grenzen, welche den Einsatz bei bestimmten Bedingungen, wie z. B. für das Markieren von

^zu heißen Erzeugnissen wie Balken bzw. Stangen, Barren oder Platten, die sich mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten, z. B. mit über 5,08 m/s bewegen, ungeeignet erscheinen lassen. Es stellt sich insbesondere heraus, daß der Stoß bzw. die Ausprallwucht des Markierungspulvers auf den sich schnell bewegenden Erzeugnissen nicht ausreichend ist, um ein beständiges Haften am Produkt bzw. Erzeugnis sicherzustellen, und/oder daß das Volumen des das Erzeugnis erreichenden Markierungspulvers keine Markierung schaffen kann, die einen annehmbaren Kontrast zur Sicher-

stellung einer Sichtbarkeit aus größeren Entfernungen hervorrufen könnte. In der Tat erfordert dieses System, daß sich die Markierungsvorrichtung in unmittelbarer Nähe eines stationären oder sich langsam bewegenden Erzeugnisses befindet, um einen annehmbaren Kontrast

sicherzustellen; dies ist jedoch in manchen Produktions-

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straßen nicht immer möglich, da die Spritzvorrichtung bald Schaden nimmt oder weil es nicht möglich ist, die Produktionsstraße anzuhalten oder die Produktionsgeschwindigkeit herabzusetzen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum pneumatischen Versprühen bzw. Verspritzen von Pulver durch eine Vorrichtung geschaffen, die einen Fließbett-Pulvervorratsbehälter, ein innerhalb dieses Vorratsbehälters angebrachtes Pumpengehäuse, welches in seinem Inneren eine Kammer, die mit einer Trommel- bzw. Rohreinheit in Verbindung steht und in einer seiner Wände eine öffnung besitzt, die mit dem Inneren des Vorratsbehälters in Verbindung steht, ein Ventil zum wahlweisen Öffnen und Schließen der Öffnung, eine gasdichte Dichtung zwischen dem Ventil und dem Gehäuse zum Abdichten dieser Kammer gegenüber dem Inneren des Vorratsbehälters, wenn das Ventil geschlossen ist, und eine Einrichtung aufweist, um ein Gas durch das Gehäuse und die Rohreinheit zu blasen; das Verfahren besteht aus den folgenden Verfahrensschritten: dem Aktivieren des Fließbett-Pulvervorratsbehälters zur Fluidisierung des darin aufgenommenen Pulvers, dem Öffnen des Ventils, um eine gewisse Menge fluidisierten Pulvers in diese Kammer eindringen zu lassen, dem Schliessen des Ventils,um die bestimmte Menge fluidisierten Pulvers innerhalb dieser Kammer einzufangen, und dem Aktivieren der Blaseinrichtung, um die gewisse Menge fluidisierten Pulvers durch die Rohreinheit hindurch auszublasen.

Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines

Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beige-

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fügten Zeichnungen, von denen

Fig. 1 einen im Teilschnitt gezeigten Aufrißeiner Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Versprühen von

trockenem Pulver,

Fig. 2 eine im Teilschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 gezeigte Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung,

Fig. 3 ein schematisches Diagramm des pneumatischen Steuerkreislaufs für den Betrieb der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 4 eine Ansicht eines Schnitts durch eine verbesserte Düsenkonstruktion gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 5 eine Ansicht eines Schnitts durch eine andere Ausführungsform der verbesserten Düsenkons truktion
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zeigen, näher erläutert.

Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, weist die Vorrichtung einen Fließbett-Pulvervorratsbehälter 10, eine Pumpeneinheit 12, einen Luft- bzw. Druckluftzylinder 14 und eine Trommel- bzw. Rohreinheit 16 auf. Die Pumpe 12 ist als gesonderte bzw. einzelne Einheit durch ein Rahmenwerk bzw. Fachwerk gehalten, welches aus zwei Seitenträgerstangen 20, einer Frontplatte 22 und einer Rückplatte besteht. Das Rahmenwerk ist innerhalb des Vorratsbehäl-

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ters 10 mittels Bolzen 26 und 28 angebracht. Eine derartige Anordnung schirmt das Pumpengehäuse von der äußeren Atmosphäre ab. Die Pumpe selbst besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse 30, welches an die Frontplatte 22 geschweißt ist, und sie ist mit einem Paar von länglichen und sich gegenüberliegenden Öffnungen 34 und 36 versehen. Ein Pumpzylinder 38, der aus einer hohlen Metallröhre besteht, die mit Polytetrafluoräthylen beschichtet ist, ist gleitend innerhalb einer Polytetrafluoräthylen-Hülse 40 montiert, welche innerhalb des Gehäuses 30 durch eine Halteplatte 42 festgehalten ist. Der Zylinder 38 wirkt somit als ein Ventilverschlußkörper zum wahlweisen bzw. selektiven Öffnen und Schließen der Öffnungen 34 und 36. Das-vordere Ende des Zylinders 38 steht in Passungskon-

■J5 takt mit einer auswechselbaren Düse 44. In der gezeigten geschlossenen Position sitzt die Düse 44 gegen einen hohlen und zylindrischen Rohrmündungsabschnitt 46 auf, der in das vordere Ende des Gehäuses 30 eingepaßt ist. Der Rohrmündungsabschnitt 46 besteht ebenfalls aus Polytetrafluoräthylen.

Am vorderen Ende des Gehäuses 30 ist mittels einer mit Gewinde versehenen Mutter 48 die auswechselbare Trommel- bzw. Rohreinheit angebracht die ein Metallrohr 50 aufweist, welches einen Adapterring 52 besitzt, der an dessen inneres Ende gelötet ist. Das Rohr 50 besitzt eine Polytetrafluoräthylen-Hülse 54, die mittels einer Metallkappe .56, die an das vordere Ende des Rohrs 50 gelötet ist, in diesem festgehalten ist.

Das hintere Ende des Zylinders 38 ist in ein winkeliges Zwischenstück bzw. in einen winkeligen Adapter 60 eingepaßt, der zur Aufnahme eines Lufteinlaß- und Zuführschlauchs 6 2 und tür Befestigung einer Schubstange 6 4 dient. Die Schubstange 64 erstreckt sich durch die hintere Wand des Vorratsbehälters 10, wobei ihr äußeres Ende über eine Kupplung 68 mit der Druckluftzylinderstange 66 des Druckluftzylinders 14 verbunden ist. Auf der

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Schubstange 6 4 ist ein Balg 70- gehalten, der an der Rückplatte 24 befestigt ist. Eine wechselnde Aktivierung des Druckluftzylinders 14 bewirkt demgemäß, daß sich der Zylinder 38 zwischen der gezeigten geschlossenen Position und einer offenen Position bzw. Stellung hin- und herbewegt, in der die Innenseite des Gehäuses 30 durch die Öffnungen 34 und 36 der Atmosphäre innerhalb des Vorratsbehälters 10 ausgesetzt ist.

Für den Arbeitsvorgang wird der Zylinder 14 in die geschlossene Position bewegt, und das durch die Rohreinheit 16 zu versprühende Pulver wird in den Vorratsbehälter 10 gebracht und durch Luft fluidisiert, die durch eine poröse Membran 72 strömt. Danach wird Reinigungsluft bzw. Spülluft oder ein anderes Gas mit niedriger Geschwindigkeit durch den Schlauch 62 geleitet. Dieses Reinigungsgas mit geringer Geschwindigkeit strömt durch den Zylinder 38, den Rohrmündungsabschnitt 46 und die Rohreinheit 16. Die Vorrichtung ist somit aktiviert und

*" bereit, im Bedarfsfall Pulver zu versprühen bzw. zu verspritzen. Für das Versprühen von Pulvermaterialien gemäß herkömmlicher Praxis würde die Geschwindigkeit der durch den Schlauch 62 zugeführten Luft bzw. des Gases angehoben werden, wenn der Zylinder 38 durch den

■" Luftdruckzylinder 14 geöffnet wird, um fluidisiertes Pulver in das Gehäuse 30 eindringen zu lassen. Unter diesen Umständen würde das Pulver pneumatisch bzw. unter pneumatischer Förderwirkung durch den Rohrmündungsabschnitt 46 und die Rohreinheit 16 herausgeschleudert

werden. Wenn eine Unterbrechung des Pulverspritzvorgangs erwünscht sein würde, so würde der Luftdruckzylinder aktiviert werden, um den Zylinder 38 zu schließen, so daß der durch den Zylinder zugelassene Luftstrom auf eine mit geringer Geschwindigkeit strömende Reinigungs-Blas-

strömung zurückgedrosselt würde, welche den Strömungs-

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kanal frei von angelagerten Pulverrückständen hält.

Gemäß dem herkömmlichen Verfahrensablauf würde deshalb der Zylinder 38 die gesamte Sprühperiode hindurch in der offenen Stellung gehalten werden. Im Gegensatz hierzu erfordert es der Erfindungsgedanke, daß der Zylinder 38 beim Sprühen bzw. beim Versprühen oder Verspritzen geschlossen ist. Das heißt, daß der Zylinder 38 lediglich kurz vor dem Blasvorgang geöffnet ist, um die erforderliche Menge fluidisierten Pulvers in das Gehäuse 30 eindringen zu lassen. Danach wird der Zylinder 38 geschlossen, wodurch eine kleine Menge fluidisierten Pulvers innerhalb des Zylinders 38 eingefangen wird. Wenn der Zylinder 38 vollkommen geschlossen ist, wird die geringe Menge des Pulvers innerhalb des Zylinders 38 durch die Rohreinheit 16 ausgeblasen, wobei ein relativ kleiner Druck von beispielsweise 40 psi(g), d. h. von umgerechnet 2,758 χ 10 N/m² verwendet wird, um eine wesentlich höhere Geschwindigkeitsrate zu realisieren, als dies mit einem offenen Zylinder 38 möglich ist. Obwohl auf diese Weise ein bedeutend kleineres Volumen an Pulver ausgeblasen wird, so bewirkt doch dessen größere Geschwindigkeit eine stärkere Aufprallwucht auf einer konzentrierteren Aufprallfläche. Das so herausgeschleuderte Pulver besitzt somit eine stärkere Haftung auf der Aufnahme- bzw. Zielfläche, und dadurch, daß das Pulver konzentrierter auftrifft, wird eine besser sichtbare Fläche geschaffen. Zusätzlich kann das Pulver über einen größeren Abstand bzw. über eine größere Strecke gespritzt werden und auch dann noch eine gut sichtbare Markierung hinterlassen, und zwar sogar auf Erzeugnissen, die mit einer Produktionsgeschwindigkeit von über 5,08 m/s bewegt werden.

Um eine große Pulvergeschwindigkeit beim Durch-^J tritt durch die Rohreinheit 16 sicherzustellen, ist es notwendig, daß die Dichtung zwischen der Düse 44 und dem Rohrmündungsabschnitt 46 sehr zuverlässig und wirksam ist. Jegliche Leckage zwischen diesen Komponenten würde

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ι Turbulenzen im Rohrmündungsabschnitt 46 erzeugen und die Geschwindigkeit herabsetzen. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist die Dichtungsoberfläche der Düse 44 konisch verjüngt, so daß ein Kontaktwinkel O^ von 40° bis 50° geschaffen

c wird. Als Alternative hierzu kann - wie dies in Fig. 5 gezeigt ist - eine kugelige Kontaktoberfläche vorgesehen sein, wobei die Tangente an den Radius R im Kontaktpunkt mit der Düse 44 unter einem Winkel zwischen 40° und 50° zur Achse der Düse geneigt ist.

Die Innenoberflächen des Rohrmündungsabschnitts

4 6 und der Rohreinheit 16 sollten stromlinienförmig gestaltet sein, um Turbulenzen zu minimieren; dies bedeutet, daß· scharfe Kanten oder irgendwelche Öffnungen beseitigt werden sollten, um Turbulenzen zu vermeiden, die dazu führen würden, daß die Luftgeschwindigkeit reduziert wird. Die ideale Geschwindigkeit sollte der Schallgeschwindigkeit nahe kommen, diese jedoch nicht übersteigen.

Der pneumatische Steuerschaltkreislauf der Vorrichtung ist in Fig. 3 gezeigt. Eine Haupt-Luftversorgungsleitung 76, die von einem Verteilerkopf 74 ausgeht, steht mit einem Vierwegeventil 78 in Verbindung, welches, in Abhängigkeit von der Stellung des Ventils 78 Luft entweder zum vorderen Ende 80 oder zum hinteren Ende 82 des Luft- bzw. Druckluftzylinders 14 leitet. Die Magnetspule bzw. das Solenoid 84, die das Ventil 78 aktiviert, wird über einen federvorgespannten Rückstellschalter 88 durch irgendeine geeignete Stromversorgung 86 erregt. In der Luftversorgungsleitung 76, welche Luft in den Lufteinlaß- und Zuführschlauch 62 leitet, ist ein zweites Magnetspulen- bzw. Solenoidventil 90 vorgesehen. Das Solenoidventil 90 wird über einen federvorgespannten Rückstellschalter 94 durch irgendeine geeignete Stromversorgung 92 erregt, über eine Leitung 96 durch die

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] Regeleinrichtung 98 wird kontinuierlich dem Fließbett-Pulvervorratsbehälter 10 Luft zugeführt.

' Im Betrieb kann die Bedienungsperson, wenn der

Vorratsbehälter 10 ein turbulent fluidisiertes Pulver enthält, den Schalter 88 niederdrücken, wodurch dann Luft auf den Einlaß 80 des Druckluftzylinders 14 gegeben wird. Dies bewirkt, daß der Zylinder 38 zurückgezogen wird, wodurch fluidisiertes Pulver in das Gehäuse 30 gelassen

•jO wird. Ein Loslassen des Schalters 88 bewirkt, daß der Luftzylinder seine Bewegungsrichtung umkehrt, wodurch der - Zylinder 38 schließt und eine gewisse Menge Pulver im Gehäuse 30 einschließt bzw. festhält. Dann wird der Schalter "94 niedergedrückt, der das Solenoidventil 90 öffnet und es erlaubt, daß der volle Luftversorgungsdruck durch den Schlauch 62 und den Zylinder 38 plötzlich anschwillt, wodurch die vorbestimmte bzw. festgelegte Menge Pulver durch die Rohreinheit 16 herausgeschleudert wird. Bei Anwendung in einer praktisch eingesetzten Fertigungsstraße werden die Schalter 88 und 94 gewöhnlicherweise automatisch aufeinanderfolgend als Antwort auf ein Signal für das Aufspritzen des Pulvers betätigt.

Zusammenfassend läßt sich damit festhalten, daß beim Spritzen bzw. Versprühen von trockenem Pulver von einem Fließbett- bzw. Turbulenzbett-Pulvervorratsbehälter durch eine Pumpe, die eine Kammer besitzt, welche zur Turbulenzbettatmosphäre geöffnet wird, um fluidisiertes Pulver eindringen zu lassen, und durch die Luft geblasen wird, um das fluidisierte Pulver durch eine Rohrbzw. Trommeleinheit auszublasen,'eine konzentriertere Pulvermenge mit hoher Ge ichwindigkeit über einen größeren Abstand zum Auftragsobjekt versprüht werden kann, wenn die Kammer wirksam und effektiv gegenüber der Vorratsbehälter-Atmosphäre abgedichtet wird, bevor Luft durch sie hindurch geblasen wird.

•a-

Leerseite

Claims

οι 9 Λ Ρ 7 Π - RiIm IMr - SCimmc Patentanwälte und DOHlING I\MNE Vertreter beim EPA f* D Dipl.-Ing. H.Tiedtke Urupe - Kellmann DipL-chem. g. βονιγ* Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Bavariaring 4, Postfach 20 2403 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24 845 tipat cable: Germaniapatent München 24.Juni 1981 DE 1277/case 1874 Patentansprüche

1.J Verfahren zum pneumatischen Pulversprühen bzw. Pulversprxtzen mittels einer Vorrichtung, die einen Fließbett-Pulvervorratsbehälter, ein innerhalb dieses Vorratsbehälters angebrachtes Pumpengehäuse, welches in seinem Inneren eine Kammer, die mit einer Trommel- bzw. Rohreinheit in Verbindung steht und in einer seiner Wände eine Öffnung besitzt, die mit dem Inneren des Vorratsbehälters in Verbindung steht, ein Ventil zum wahlweisen öffnen und Schließen der Öffnung und eine Einrichtung aufweist, um ein Gas durch das Gehäuse und die Rohreinheit zu blasen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:

Aktivieren des Fließbett-Pulvervorratsbehälters (10) zur Fluidisierung des darin aufgenommenen Pulvers,

Öffnen des Ventils (38), um eine gewisse Menge fluidisierten Pulvers in das Gehäuse (12) eindringen zu lassen, .

Schließen des Ventils (38), um das Innere des Gehäuses (12) gegenüber dem Vorratsbehälter (10) abzudichten und die bestimmte Menge fluidisierten Pulvers innerhalb des Gehäuses einzufangen, und

Aktivieren der Blaseinrichtung (62, 90), um die gewisse Menge fluidisierten Pulvers durch die Rohreinheit (16) hindurch auszublasen.

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2. Vorrichtung zum pneumatischen Versprühen bzw. Verspritzen von trockenem Pulver, mit einem Fließbett-Pulvervorratsbehälter, einem innerhalb dieses Vorratsbehälters angebrachten Pumpengehäuse, welches in seinem Inneren eine Kammer, die mit einer Trommel- bzw. Rohreinheit in Verbindung steht und in einer seiner Wände eine Öffnung besitzt, die mit dem Inneren des Vorratsbehälters in Verbindung steht, einem Ventil zum wahlweisen Öffnen und Schließen der Öffnung und einer Einrichtung, um ein Gas durch das Gehäuse und die Rohreinheit zu blasen, gekennzeichnet durch eine gasdichte Dichtung (44, 46) zwischen dem Ventil (38) und dem Gehäuse (12), um die Kammer gegenüber dem Inneren des Vorratsbehälters (10) abzudichten, wenn das Ventil geschlossen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil eine Düse (38) ist, die gleitend im Gehäuse (12) montiert ist, und daß die gasdichte Dichtung einen Polytetrafluoräthylen-Rohrmündungsabschnitt (46) aufweist, der innerhalb des vorderen Endes der Kammer festgelegt ist. und die Düse (38) an einer Gegenführungs- bzw. Paßsitzfläche berührt, die zur Gleitrichtung der Düse (38) um 40° bis 50° geneigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (38) und der Rohrmündungsabschnitt (46) entlang in Passungskontakt stehender Kugelabschnittsoberflächen in Berührung stehen und eine

Tangente an die Kugelabschnittsoberflächen im Berührungsbereich gegenüber der Gleitrichtung der Düse (38) um 40° bis 50° geneigt ist.·