DE3417229C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zerstäuberkopf zum pneumatischen Zerstäuben von Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Bei den herkömmlichen luftzerstäubenden Spritzpistolen tritt die zu zerstäubende Flüssigkeit aus einer kreisförmigen Düse aus (Fig. 1). Die zur Flüssigkeitszerstäubung erforderliche Druckluft strömt aus einem Ringspalt, der die Flüssigkeitsdü­ se konzentrisch umgibt. Bei Flüssigkeitszufuhr aus einem Be­ cher saugt dieser Luftstrom durch Verlängerung des Düsenzapf­ fens gleichzeitig die Flüssigkeit aus der Düsenmündung. In der Regel werden Luftdrücke zwischen ca. 2 bar und 6 bar ver­ wendet. Durch das überkritische Druckverhältnis zur Umgebungs­ luft wird die ausströmende Luft auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Der sich mit der zunächst ringförmigen Luftströ­ mung vermischende Flüssigkeitsstrom wird durch die hohen Luft­ geschwindigkeiten bereits nach wenigen Millimetern zerstäubt. Das entstehende feine Flüssigkeitspartikelspektrum bildet ge­ meinsam mit der Luftströmung einen kegelförmigen Spritzstrahl mit Kreisquerschnitt.

Zum Erzeugen der in der Spritzpraxis überwiegend verwendeten länglichen Querschnittsform des Spritzstrahls (Flachstrahl) werden zusätzliche Luftstrahlen auf den Spritzstrahl gerichtet mit dem Ziel, dessen kreisförmigen Querschnitt entsprechend zu deformieren. Die aus den gegenüberliegenden Hörnern der Luftkappe unter Winkeln zwischen ca. 50° und 70° auf den Spritzstrahl treffenden Luftstrahlen formen durch den Zusam­ menprall einen flachen Strahl. Weitere Luftstrahlen aus den sogenannten Steuerbohrungen, die weitgehend parallel zur Spritzstrahlachse aus der Luftkappe austreten, dienen gegebe­ nenfalls zur Regulierung des unregelmäßig deformierten Spritz­ strahls.

Die Zerstäubungsvorgänge und die Ausbildung des Spritzstrahls bei herkömmlichen luftzerstäubenden Spritzpistolen sind u. a. in folgenden Arbeiten ausführlich beschrieben:

Thomer, K. W. und Mitarbeiter: Optimale Anwendungsbedingungen beim Spritzlackieren: Einflüsse und Möglichkeiten. Maschinenmarkt 84 (1978) 26, Seite 443-446.
N. N.: Farbspritz- und Beschichtungstechnik. Firmenschrift der De Vilbiss GmbH, Dietzenbach, Seite 3-6.
Schene, H.: Der Zerstäubungsvorgang beim Lackspritzen. Industrie-Lackier-Betrieb 28 (1960) 7, Seite 207-216.

Ausströmende Freistrahlen, wie z. B. der Spritzstrahl von luft­ zerstäubenden Spritzpistolen, erzeugen Geräusche, die insbe­ sondere bei Überschallgeschwindigkeit der austretenden Luft­ strahlen auf die Turbulenzen der Strahlströmung zurückzuführen sind. Bei herkömmlichen luftzerstäubenden Spritzpistolen ent­ stehen dabei durch die Luftstrahlen aus dem Ringspalt und den Steuerbohrungen Geräuschpegel bis ca. 85 dB(A), gemessen in 1 m Abstand zur Spritzstrahlachse auf der Höhe des Zerstäuber­ kopfes.

Dieses Spritzstrahlgeräusch wird durch das Zusammentreffen der Luftstrahlen aus dem Ringspalt und den Steuerbohrungen mit denjenigen aus den Hornbohrungen erheblich verstärkt. Durch die Ausbildung einer ausgeprägten turbulenten Vermischungs­ zone steigern sich die Geräuschemissionen um ca. 10 dB(A) bis ca. 95 dB(A).

Die Vermeidung der geräuschintensiven Pralleffekte zwischen den Spritzluftstrahlen führt somit zu erheblichen Verminderun­ gen der Geräuschemissionen. Konstruktive Maßnahmen müssen da­ hingehend ausgelegt sein, daß durch entsrechende Führung der austretenden Luft- und Flüssigkeitsströme derartig intensive Vermischungszonen vermieden werden bei gleichzeitiger Berück­ sichtigung des anwendungstechnisch erforderlichen Luftvolumen­ stroms und -drucks sowie des Flachstrahlbildes.

Ein derartiger Zerstäuberkopf ist Gegenstand der DE-OS 28 11 436. Bei diesem Zerstäuberkopf muß die Flüssigkeit mit einem Druck von 1 bar bis 3 bar aus der Düsenmündung gepreßt werden. Da­ zu wird eine separate Zerstäuberdüse von hydrostatisch zerstäu­ benden Spritzpistolen mit größerem Düsenmündungsquerschnitt verwendet. Zur Zerstäubung der Flüssigkeit und zur Formung eines flachen Spritzstrahls werden zwei funktionell differen­ zierte Druckluftstrahlsysteme verwendet. Die zur Flüssigkeits­ zerstäubung erforderlichen Luftvolumenströme betragen 3 m³/h bis 9 m³/h bei Luftdrücken zwischen 1 bar und 4 bar. Auf eine Saug­ wirkung der Luftstrahlen zur Förderung der Flüssigkeit aus Fließ- oder Saugbechern wird nicht verwiesen.

Aus der DE-OS 27 05 642 ist ein Spritzkopf mit Regulier­ möglichkeit des Spritzstrahles für Airless-Spritzverfahren bekannt, wobei dem durch die Düsenöffnung bestimmten Flach­ spritzstrahl an seinen Schmalseiten regulierbare Druckluft zugeführt wird, so daß die Form des Flachspritzstrahls ver­ ändert wird. Die Zerstäubung des Farbmaterials erfolgt je­ doch nicht pneumatisch, sondern mittels des Airless-Ver­ fahrens. An den Breitseiten der ovalen Düsenöffnung ange­ brachte Schlitze dienen zur Feinverteilung des bereits zerstäubten Spritzgutes und nicht zur Formung des Flach­ strahls. Zur Zerstäubung der Farbflüssigkeit und zur For­ mung eines flachen Spritzstrahls werden zwei funktionell differenzierte Druckluftsysteme benötigt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Zerstäuberkopf zum pneumatischen Zerstäuben von Flüssig­ keiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzuentwickeln, daß herkömmliche luftzerstäubende Spritzpistolen mit einfachen Maßnahmen umrüstbar sind, wo­ bei die Flüssigkeitsförderung auch drucklos aus einem Becher möglich sein soll, nur ein gemeinsames Druckluft­ strahlsystem zur Flüssigkeitszerstäubung, Strahlformung und Flüssigkeitsansaugung erforderlich ist und unter Beibehaltung der für die herkömmliche pneuamtische Zer­ stäubung erforderlichen Betriebsbedingungen bezüglich Luftvolumenstrom und -druck sowie Flachstrahlbild wesent­ lich geringere Geräuschemissionen entstehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil des Anspruches 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst. Wei­ tere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in den folgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Schnitt durch den Zerstäuberkopf einer herkömmlichen luftzerstäubenden Spritzpistole,

Fig. 2 Draufsichten bzw. Schnitte durch das Vorsatzteil nach der Erfindung in Verbindung mit der Flüssigkeitsdüse von herkömmlichen luftzerstäubenden Spritzpistolen.

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch den Zerstäuberkopf einer her­ kömmlichen, luftzerstäubenden Spritzpistole dargestellt. Er besteht aus einer Luftkappe 1, die mit einem nicht dargestell­ ten Haltering, der am Absatz 2 der Luftkappe luftdicht auf­ sitzt, auf den nicht dargestellten Spritzpistolenkörper auf­ schraubbar ist. Die Düse 3 besteht für die meisten zu ver­ spritzenen Flüssigkeiten aus einem Zuführungskanal 10 für die Flüssigkeit mit einem Durchmesser von ca. 7 mm . . . 10 mm, der in eine kreisförmige Öffnung mit einem Durchmesser zwi­ schen ca. 0,5 mm und 2,5 mm im Zapfen 4 übergeht. Der Zapfen 4 hat einen Außendurchmesser von ca. 2 mm bis 4 mm. Die kon­ struktiven Details im Bereich des Zapfens 4 sind im Ausschnitt A der Fig. 1 vergrößert dargestellt. Die Verschlußnadel, die zum Verschließen des Zuführungskanals der Flüssigkeit im Zap­ fen 4 dient, ist nicht dargestellt.

Durch die Außenwand des Zapfens 4 und eine Bohrung in der Luftkappe 1 wird ein Ringspalt 6 gebildet, durch den Druckluft austritt, die die Flüssigkeit aus der Düse 3 zerstäubt und im Bedarfsfall durch Saugwirkung fördert. Zur Erhöhung der Saug­ wirkung für die Flüssigkeit ragt der Zapfen 4 ca. 1 mm aus der Luftkappe 1 heraus. Bei Zufuhr der Flüssigkeit unter Druck kann die Stirnfläche des Zapfens 4 auch bündig mit der Luft­ kappenoberfläche abschließen. An der Peripherie der Düse 3 wird die Druckluft über einen Stauraum 5 zum Ringspalt 6 und zu eventuell vorhandenen Steuerbohrungen 7 bzw. 7′ geführt. Durch die Hornbohrungen 8 bzw. 8′ tritt zusätzlich Druckluft aus zum Breitdrücken des Spritzstrahls. Diese Druckluft wird durch zwei getrennte Stauräume 9 und 9′ zugeführt und ist un­ abhängig von der Druckluft im Stauraum 5 regelbar. Der ent­ stehende flache Spritzstrahl wird durch die ausströmende Druckluft aus dem Ringspalt, den Hornbohrungen und Steuer­ bohrungen sowie durch die zerstäubte Flüssigkeit gebildet.

In Fig. 2 ist im Schnitt A-B eine Ausführungsform des Vor­ satzteils 11 dargestellt, die auf die Düse 3 einer herkömmli­ chen, luftzerstäubenden Spritzpistole, wie sie z. B. in Fig. 1 dargestellt ist, aufsetzbar ist. Die Form der Außenkontur des Vorsatzteils 11 ist mit Ausnahme des Absatzes 17 nicht Gegen­ stand der Beschreibung und kann entsprechend den strömungs­ dynamischen Anforderungen für eine störungsfreie Ansaugung von Umgebungsluft für den Spritzstrahl geformt werden.

Dieses Vorsatzteil 11 enthält ein Kupplungsteil 12, in dessen Bohrung 13 der Zapfen 4 der Düse 3 einer herkömmlichen, luft­ zerstäubenden Spritzpistole flüssigkeitsdicht hineinragt. Die Bohrung 13 geht in eine spaltförmige Düsenöffnung 14 nach Al­ ternative 1 und Schnitt C-F bzw. in linear angeordnete Boh­ rungen 14′ nach Alternative 2 und Schnitt G-J über. Die spaltförmige Düsenöffnung 14 kann z. B. mittels eines Schei­ benfräsers hergestellt werden. Die Spaltlänge der Düsenöffnung 14 ist auf der Innenseite kleiner als auf der Außenseite. Die linear angeordneten Düsenöffnungen 14′ werden unter den Win­ keln δ _o . . . δ _n von 0° oder größer 0° von der Richtung der Spritzstrahlachse weg mit gleichen oder unterschiedlichen Durchmessern in der Größenordnung von ca. 0,5 mm gebohrt. Wie in Fig. 2 dargestellt, können z. B. 5 Bohrungen 14′ linear nebeneinander angeordnet sein.

Die Düsenöffnungen 15 für die Druckluft sind nahe den Längs­ seiten der spaltförmigen Öffnung 14 bzw. der linearen Anord­ nung der Bohrung 14′ angebracht. Der Bohrungswinkel α be­ trägt 0° oder größer 0° zur Richtung der Spritzstrahlachse hin, der Winkel β 0° oder größer 0° von der Richtung der Spritzstrahlachse weg.

Wie in Fig. 2 dargestellt, könen z. B. je 3 Bohrungen 15 von ca. 1,5 mm Durchmesser beidseitig symmetrisch zu den Längssei­ ten der spaltförmigen Öffnung 14 bzw. der linearen Anordnung der Bohrungen 14′ angebracht sein. Die Düsenöffnungen 16 für die Druckluft sind im Bereich der Schmalseiten der Öffnungen 14 bzw. 14′ unter dem Winkel γ von 0° oder größer 0° von der Richtung der Spritzstrahlachse weg angeordnet. Wie in Fig. 2 dargestellt, kann z. B. je 1 Bohrung 16 von ca. 0,8 mm Durch­ messer beidseitg symmetrisch zu den Schmalseiten der spalt­ förmigen Öffnung 14 bzw. der linearen Anordnung der Bohrungen 14′ angebracht sein. Zur Saugförderung und Zerstäubung der Flüssigkeit sowie zur Formung des flachen Spritzstrahls ist somit nur ein Druckluftstrahlsystem erforderlich.

Das Vorsatzteil 11 kann gemäß Anspruch 5 bis 7 so ausgebildet sein, daß es anstelle der Luftkappe 1 auf herkömmliche Spritz­ pistolen aufsetzbar ist. Es ist dazu mit einem umlaufenden Ab­ satz 17 versehen, der an den nicht dargestellten Haltering für die Luftkappe 1 angepaßt wird.

Bei Berücksichtigung der Merkmale nach der Erfindung sind ge­ genüber herkömmlichen, luftzerstäubenden Spritzpistolen bei entsprechenden Luft- und Flüssigkeitsvolumenströmen, Spritz­ luftdrücken und Flachstrahlausprägungen Geräuschminderungen in der Größenordnung von ca. 5 dB(A) . . . 10 dB(A) erreichbar (Mikrophonabstand 1 m zum Zerstäuberkopf, Ausrichtung senk­ recht zur Spritzstrahlachse auf Höhe des Zerstäuberkopfes).

Claims (7)

1. Zerstäuberkopf für Spritzpistolen zum pneumatischen Zerstäuben von Flüssigkeiten, wie z. B. Farbe, Lack u. dgl., und zum Erzeugen eines fächerförmigen Spritzstrahls (Flach­ strahl), bestehend aus einer zentrisch angeordneten, schlitzförmigen Düse für die austretende Flüssigkeit und einer Luftkappe, durch die Druckluft zum Zerstäuben und Ansaugen der Flüssigkeit und zur Formung des Spritzstrahls abgegeben wird, wobei die Luftkappe Öffnungen für die Flüssigkeit und die Druckluft enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkappe (1) als Vorsatzteil (11) ausgebildet ist, das auf herkömmliche, luftzerstäubende Spritz­ pistolen aufsetzbar ist, daß Düsenöffnungen (15) für die Druckluft beidseitig sehr nahe den Längsseiten der Düsen­ öffnung (14) bzw. Düsenöffnungen (14′) für die Flüssig­ keit derart angeordnet sind, daß die Druckluft die Flüssig­ keit im ausströmenden Flüssigkeitsstrahl zerstäubt und die zerstäubte Flüssigkeit gleichzeitig zu einem fächerförmi­ gen Spritzstrahl (Flachstrahl) formt und aufweitet und daß weitere Düsenöffnungen (16) für die Druckluft im Bereich der Schmalseiten derart an der Düsenöffnung (14) bzw. den Düsenöffnungen (14′) angeordnet sind, daß dadurch das Ansaugen der Flüssigkeit aus der Düsenöffnung (14) bzw. den Düsenöffnungen (14′) durch die Düsenöffnungen (15) unterstützt wird.

2. Zerstäuberkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen (15) mit gleichen oder unterschied­ lichen Durchmessern im Winkel (α) von 0° oder größer 0° zur Richtung der Spritzstrahlachse hin und im Winkel (β) von 0° oder größer 0° von der Richtung der Spritzstrahl­ achse weg aus dem Vorsatzteil 11 austreten und daß die Düsenöffnung (16) im Winkel (γ) von 0° oder größer 0° von der Richtung der Spritzstrahlachse weg aus dem Vor­ satzteil austreten.

3. Zerstäuberkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das im Vorsatzteil (11) integrierte Kupplungsteil (12) eine Bohrung (13) aufweist, die in eine spaltförmige Düsenöffnung (14) übergeht.

4. Zerstäuberkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß anstelle der Düsenöffnung (14) linear angeordne­ te Bohrungen (14′) mit gleichen oder unterschiedlichen Durchmessern in die Bohrung (13) des Kupplungsteils (12) münden, wobei die Bohrungen (14′) unter Winkeln (w _o . . . δ _n ) von 0° oder größer 0° von der Richtung der Spritzstrahl­ achse weg aus dem Vorsatzteil (11) austreten.

5. Zerstäuberkopf nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Vorsatzteil (11) so ausgebildet ist, daß es anstelle einer Luftkappe (1) auf herkömmliche, luftzer­ stäubende Spritzpistolen aufsetzbar ist, wobei der Zap­ fen (4) der herkömmlichen Düse (3) in der Bohrung (13) des im Vorsatzteil (11) integrierten Kupplungsteils (12) flüs­ sigkeitsdicht mit dem Vorsatzteil verbindbar ist.

6. Zerstäuberkopf nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß anstelle der herkömmlichen Düse (3) für die Flüs­ sigkeit ein vereinfachtes Adapterteil mit entsprechender Verschlußnadel zum flüssigkeitsdichten Verbinden des Vor­ satzteils (11) mit herkömmlichen, luftzerstäubenden Spritzpistolen verwendet wird.

7. Zerstäuberkopf nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Vorsatzteil (11) auf herkömmlichen, luftzer­ stäubenden Spritzpistolen mittels eines Halterings, der an einem umlaufenden Absatz (17) des Vorsatzteils luft­ dicht aufsitzt, festschraubbar ist.