DE3639139A1 - Verfahren zur erhoehung der ausgegebenen pulvermenge an einer pulverbeschichtungsanlage sowie pulverbeschichtungsanlage - Google Patents
Verfahren zur erhoehung der ausgegebenen pulvermenge an einer pulverbeschichtungsanlage sowie pulverbeschichtungsanlageInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Erhöhung der pro Zeiteinheit an einer Pulverbe
schichtungsanlage ausgegebenen Pulvermenge, bei der
das Pulver über eine Speiseleitung von einer Eingabe
zu einer Mischkammer zugespiesen wird, indem entlang
der Speiseleitung durch Beschleunigung eines Gasstrahles
in der Mischkammer ein gegen die Kammer gerichtetes
Druckgefälle erzeugt wird und durch Verzögerung des
Pulver-Gas-Stromes Druckrückgewinnung erzielt wird,
um den Pulver-Gas-Strom durch eine Förderleitung
einer Beschichtungsanordnung zuzuspeisen sowie Pul
verbeschichtungsanlagen mit einem Pulverbehälter,
der über eine Leitung mit einer Mischkammer verbun
den ist, in welche eine Fördergasdüse einmündet,
um durch Gasstrahlbeschleunigung in der Mischkammer be
züglich des Behälters einen Unterdruck zu erzeugen
und aus welcher eine Förderleitung für Gas-Pulver-
Gemisch zu einer Beschichtungsanordnung führt.
Zur Beschichtung von Oberflächen mit Kunststoff können
prinzipiell zwei Verfahren eingesetzt werden. Beim
ersten Verfahren liegt ein Kunststoff in gelöster
Form vor. Dabei wird die Lösung auf die zu beschich
tende Oberfläche aufgetragen und das Lösungsmittel
anschließend verdampft. In einem zweiten Verfahren
wird feinstes Kunststoffpulver, meistens elektro
statisch unterstützt, auf eine Oberfläche aufgebracht
und anschließend durch Wärmeeinwirkung zum Schmelzen
gebracht. Dadurch entsteht eine auf der Oberfläche
haftende Kunststoffschicht.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich grundsätzlich
mit der zweiterwähnten Technik. Bei ihr besteht immer
wieder die Schwierigkeit darin, das Kunststoffpulver
gleichmäßig auf die zu beschichtende Oberfläche
aufzubringen, wozu primär eine gleichmäßige För
derung des Pulvers erforderlich ist. Das Pulver kann,
schwerkraftgetrieben, nicht über längere Strecken
gefördert werden. Insbesondere um es auf horizontalen
oder mindestens nicht nur vertikalen Strecken för
dern zu können, ist ein Fördermedium, üblicherweise
ein Fördergas, notwendig. Im speziellen bezieht sich
nun die vorliegende Erfindung auf die genannte Be
schichtungstechnik, bei der relativ lange Förderwe
ge zwischen einem Pulverbehälter und einer Beschich
tungsanordnung überwunden werden müssen.
Eine derartige bekannte Beschichtungsanlage ist sche
matisch in Fig. 1 dargestellt. Beschichtungspulver
wird, wie mit dem Pfeil F angedeutet, in einen Vorrats
behälter 1 eingefüllt. Eine Speiseleitung 3 verbindet
den Behälter 1 mit einer Mischkammer 5. Mittels einer
Düse 7, die in die Mischkammer 5 einmündet, wird ein
durch eine Druckquelle 9, wie einen Kompressor, er
zeugter Gasstrahl G beschleunigt und in die Misch
kammer 5 eingeblasen.
Es bezeichnen p 1 den Druck im Behälter 1, P 7 den Druck
in der Zuführleitung für das Fördergas G und p 5 den
Druck in der Mischkammer 5. Aufgrund der Strahl-Be
schleunigung an der Düse 7 wird ein Druckgefälle Δ p 75
erzeugt, in der Mischkammer 5 vorerst bezüglich des
statischen Druckes in der Gaszuführleitung 7 ein Unter
druck. Durch das beschleunigte Gas in der Kammer 5
entsteht ein statisches Druckgefälle Δ p 15 vom Behälter
1 zur Kammer 5. Dadurch wird Pulver aus dem Behälter
1 in die Mischkammer 5 gefördert und in der Misch
kammer 5 mit dem Gasstrahl G vermischt. Das Pulver-
Gas-Gemisch wird nun durch eine Förderleitung 11 aus
der Mischkammer 5 gefördert, wobei in einem Abschnitt
13 zwischen Mischkammer 5 und Förderleitung 11 der
Pulver-Gas-Strom verzögert wird, wodurch die kinetische
Energie in der Mischkammer 5 in Druckenergie gewandelt
wird, statische Druckrück
gewinnung erfolgt. Über die Förderleitung 11 wird nun der
Pulver-Gas-Strom einer Beschichtungsanordnung zuge
spiesen, die des öfteren relativ weit vom Behälter
1 entfernt ist, wie im Falle der schematisch im un
teren Teil von Fig. 1 dargestellten Beschichtungs
anordnung. Es handelt sich hier um eine Beschich
tungsanordnung zur Innenbeschichtung von Rohren oder
rohrabschnittförmigen Gebilden, wie sie für die Innen
beschichtung, beispielsweise von Dosenkörpern, ein
gesetzt wird. Dabei werden vorerst entlang von
Längskanten noch nicht verbundene, d. h. noch nicht
in sich geschlossene Dosenkörper 15 über einen aus
ladenden Arm erst einer Verbindungsstation 19, wie
einer Schweiß-Station, zugeführt, laufen danach
weiter über den Arm 17 zu einer Beschichtungsanordnung
21. Die Förderleitung 11 für das Beschichtungspulver
wird über die gesamte Länge des Armes 17 axial
durch diesen hindurchgeführt und mündet erst im Be
schichtungsbereich aus dem Arm 17 aus. Dort wird,
elektrostatisch unterstützt (nicht dargestellt), das
Pulver an die Innenfläche der Dosenkörper 15 appli
ziert und üblicherweise Überschußpulver wieder
rückgesaugt.
Dabei ist nun ersichtlich, daß relativ lange Förder
leitungen zwischen dem generell mit
8 bezeichneten sog. Injektor bis zur Pulver-Ausgabe
stelle zurückzulegen sind.
Entlang der Förderleitung 11 stellt sich infolge
von Reibungsverlusten eine stetige Druckabnahme im
Pulver-Gas-Strom ein. In Fig. 1 sind diese Verluste
durch Δ p 11 dargestellt. Diese Verluste werden durch
die Energie des in die Mischkammer 5 eingedüsten
Gasstrahles mit überwunden, die ausreicht, das Pulver-
Gas-Gemisch umzulenken, zu beschleunigen und
die erwähnten Verluste an der Förderleitung 11 zu
überwinden. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es,
die pro Zeiteinheit an einer Beschichtungsanordnung,
wie der Anordnung 21 von Fig. 1 ausgegebene Pulver
menge zu erhöhen. Dazu bieten sich vorerst mehrere
Maßnahmen an:
- - Erhöhung der kinetischen Energie des in die Mischkammer 5 eingeblasenen Gasstrahles, was durch die Erhöhung des Förderdruckes p 7 oder durch vermehrte Beschleunigung bis hin zum Einsatz einer Lavaldüse, angestrebt werden könnte: Der höhere Förderdruck p 7 hat nur eine geringe Auswirkung auf die Fördermenge, sobald das Druckverhältnis an der Düse p 7/p 5 größer als das kritische Druckverhältnis, für Luft als Gas als etwa 1,7 wird. Zudem ist die Erhöhung des Förder druckes p 7 außerordentlich kostspielig, muß doch ohnehin dieser Druck erheblich über dem Druck in der Mischkammer p 5 und dem Druck p 1 im Behälter 1, letzterer üb licherweise Atmosphärendruck, liegen.
Die mit Einsatz einer Lavaldüse erreichbare höhere
kinetische Energie kann wegen des schlechten Strahl-
Expansions- bzw. -Verzögerungs-Wirkungsgrades bzw.
der schlechten Rückgewinnung des statischen Druckes
nicht genutzt werden. Eine Erhöhung des Druckver
hältnisses p 7/p 5 über das kritische Verhältnis, wie
mittels einer Lavaldüse, führt zudem zu instabiler
Strömung in der Förderleitung 11 aufgrund des dann
auftretenden Verdichtungsstoßes.
Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der ausgegebenen
Pulvermenge wäre die Erhöhung der pro Zeiteinheit
in die Mischkammer 5 eingedüsten Gasmenge. Dies führt
bei gegebener Förderleitungskonfiguration zu einem
Stau bzw. Druckaufbau in der Mischkammer 5 und einem
zu der durch Leitung 11 geförderten Pulvermenge über
proportionalen Druckabfall Δ p 11.
Die obengenannte Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß man einen Druckabfall im Pulver-Gas-Strom
entlang der Förderleitung durch Erhöhung des Druckes
an der Eingabe mindestens teilweise kompensiert. Dadurch
wird der Druckabfall Δ p 11 gemäß Fig. 1 nicht durch
die Energie des durch Düse 7 eingedüsten Gasstrahles
überwunden, sondern durch den erfindungsgemäß im
Behälter 1 erstellten Überdruck p 1. Der eingedüste
Gasstrahl G dient nun vornehmlich der Beschleunigung
und Umlenkung des Pulvers in der Mischkammer 5, womit
der Impuls des durch Düse 7 eingedüsten Gasstrahles
zusätzlich wesentlich reduziert werden kann, bei gleich
bleibender oder erhöhter Ausgabemenge. Durch Variation
des Überdruckes p 1 im Behälter 1 kann die Fördermenge
eingestellt werden.
Eine Pulverbeschichtungsanlage eingangs genannter
Art zeichnet sich zur Lösung der genannten Aufgabe
nach dem Wortlauf des Anspruchs 8 aus.
Im weiteren läßt sich nun die ausgegebene Pulvermenge
beim Einsatz von möglichst geringer eingedüster Gas
menge durch Optimierung des Strahl-Expansionswirkungs
grades bzw. Verzögerungswirkungsgrades, d. h. der
Rückgewinnung des statischen Druckes am genannten
Gasstrahl verbessern.
Dies wird beim Verfahren eingangs genannter Art dadurch
erreicht, daß man den Pulver/Gasstrom in der Misch
kammer stetig verzögert und das Pulver durch die Spiese
leitung im Bereiche größter Gasstromgeschwindigkeit
mit letzterem mischt.
Im Unterschied zur Darstellung gemäß Fig. 1 des prinzi
piellen Aufbaus bekannter Mischkammern, wird somit
erfindungsgemäß der Verzögerungsabschnitt unmittelbar
anschließend an die Düsenmündung verlegt, was die
angestrebte Verbesserung der Druckrückgewinnung er
möglicht.
Es sei an dieser Stelle eine Klammer geöffnet: Üblicher
weise wird von Strahlexpansion bzw. -kompression bei
dessen Verzögerung bzw. Beschleunigung gesprochen.
Da aber z. B. bei der Laval-Düse der Strahl im Expansions
bereich bzw. Aufweitungsbereich weiter beschleunigt
wird, wird hier das Strahlverhalten mit den eindeutigeren
kinetischen Begriffen "Beschleunigen", "Verzögern"
beschrieben.
Eine Pulverbeschichtungsanlage obengenannter Art, zur
Lösung der genannten Aufgabe, zeichnet sich nach
dem Wortlaut des Anspruchs 9 aus.
Wie in Fig. 1 auch dargestellt, ist es üblich, die
Speiseleitung 3 für das Pulver, mindestens in einer
Komponente, senkrecht zur Achse des eingedüsten Gas
strahles G der Mischkammer 5 zuzuspeisen. Es be
steht dabei eine gewisse Gefahr, daß sich in der
Mischkammer, wie 5 von Fig. 1, Pulver absetzt. Dies
führt zu Veränderungen der Druck- und Strömungs-
Charakteristiken in der Mischkammer 5, was sich wie
derum auf eine Beeinträchtigung der ausgegebenen
Pulvermenge in obengenanntem Sinne niederschlägt. Um
nun dieses, die genannte Pulvermenge auch beein
trächtigende Problem zu lösen, wird beim Verfahren
eingangs genannter Art vorgeschlagen, bei dem man
einen Pulverstrom aus der Speiseleitung mindestens
in einer Komponente senkrecht zur Achse des Gasstrah
les der Mischkammer zuspeist, den Pulverstrom bezüg
lich der Achse des Gasstrahls exzentrisch der Misch
kammer zuzuspeisen, um eine selbstreinigende Drall
strömung des Pulver-Luft-Stromes zu erzeugen.
Wird in Fig. 1 die Achse der Speiseleitung 3 so ge
legt, daß, in Richtung gegen die Düse 7 hin betrach
tet, sich deren Achse und die Achse der Leitung 3
nicht schneiden, so wird die Strömung des Pulver-
Gas-Gemisches mit einem Drall versehen: Es entsteht
ein selbstreinigender Wirbel in der Mischkammer 5
bzw. allenfalls der anschließenden Leitung 11.
Eine Pulverbeschichtungsanlage obengenannter Art, die
dieses letztgenannte Problem zum Erhalt einer gestei
gerten Pulverausgabe- bzw. Fördermenge löst, zeichnet
sich nach dem Wortlaut von Anspruch 10 aus.
Es versteht sich von selbst, daß eine optimale Wirkung
im Lichte der der Erfindung zugrundegelegten Aufgabe
dadurch erzielt wird, daß zwei oder drei der erfin
dungsgemäßen Verfahren kombiniert bzw. die erfindungs
gemäßen Merkmale der drei genannten Pulverbeschich
tungsanlagen zu zweien oder zu dreien kombiniert
werden.
Wird gemäß erstgenanntem erfindungsgemäßen Verfah
ren oder einer Kombination mit diesem Verfahren der
Druck an der Eingabe zur Speiseleitung erhöht, so
wird weiter vorgeschlagen, daß man das Pulver vor
der Mischkammer fluidisiert. Dies kann im Behälter,
wie dem Behälter 1 gemäß Fig. 1 erfolgen und/oder
entlang der Speiseleitung 3 zwischen Behälter und
Mischkammer bzw. Injektor 8.
Bei einem Verfahren, bei dem der Pulver-Gasstrom
stetig verzögert wird, wie oben ausgeführt, wird
weiter vorgeschlagen, daß man den Gasstrahl mittels
einer Düse kontinuierlich beschleunigt und die Düse
mit einem unterkritischen Druckverhältnis betreibt.
Durch stetige bzw. kontinuierliche Beschleunigung wird
an einem Austrittsquerschnitt der Düse, wie der Düse
7 von Fig. 1, eine achsparallele Ausströmung erreicht.
Der Betrieb der Düse bei einem Druckverhältnis
kleiner als dem kritischen, bei Einsatz von Luft
als Gas, bei einem Verhältnis p 7/p 5 < ca. 1,7,
werden Stoßwellen in der Mischkammer vermieden und
die Ausbildung eines Freistrahls ermöglicht. Im wei
teren wird zur möglichst optimalen Druckrückgewinnung
vorgeschlagen, daß man den Düsen-Austrittsstrahl
sich wenigstens nahezu als Freistrahl verzögern läßt.
An der obengenannten Pulverbeschichtungsanlage, bei
welcher der Behälter mit einer Druckquelle verbunden
ist, wird zur Sicherstellung einer kontinuierlichen,
staufreien Abführung des Pulvers durch die Spei
seleitung, wie die Leitung 3 von Fig. 1, weiter vor
geschlagen, daß, im Bereiche der Leitungsausmündung
aus dem Behälter, ein Fluidboden vorgesehen ist und
eine Zuführleitung für ein Fluidgas. Dabei wird be
vorzugterweise eine Förderanordnung für das Fluidgas
auch als Druckquelle zur Erhöhung des Druckes im
Behälter eingesetzt.
Bei Unterdrucksetzen des genannten Behälters ergibt
sich nun das Problem, daß nämlich dem Behälter immer
wieder, oder kontinuierlich, Pulver zugeführt werden
muß, ohne daß dabei zwischen Behälter und Umgebung
ein Druckausgleich stattfände.
Dies wird nun dadurch erreicht, daß eine Pulver
einfülleitung am Behälter vorgesehen ist, mit einer
Druckentkopplungsanordnung, wie eine Zellradschleuse,
zur Pulverzubringung von einem Druckniveau eingangs
seitig auf ein Druckniveau behälterseitig.
Wenn im weiteren, wie erwähnt, bevorzugterweise dem
Behälter Fluidluft zur Fluidisierung des Pulvers
im Bereich der Speiseleitung zugeführt wird, müssen
Vorkehrungen getroffen werden, die eine Abfuhr der
zugeführten Luft nach Erreichen des erwünschten
Überdruckes ermöglichen.
Dies wird dadurch erreicht, daß am Behälter eine
Druckregulieranordnung, wie ein Druckregulierventil,
vorgesehen ist, vorzugsweise mit einer Filteranordnung
für Schwebepulver.
Dadurch wird nach Erstellen des erwünschten Über
druckes die weiter zufließende Fluidisierungsluft
abgeführt und die immer darin mitschwebenden Pulver
partikel durch die Filteranordnung ausgefiltert.
Bei einer erfindungsgemäßen Pulverbeschichtungs
anlage, bei der die Mischkammer einen zur Achse der
Düse koaxialen, sich stetig bezüglich der Düsenmün
dung auf dem Querschnitt der Förderleitung erwei
ternden Abschnitt aufweist, wird nun weiter vor
geschlagen, daß sich der Abschnitt wenigstens nahe
zu entsprechend dem Strahlrandwinkel eines sich an
der Düse bildenden Gasfreistrahls aufweitet, vorzugs
weise mit ca. 15° oder weniger, bezüglich der Düsen
achse. Damit wird eine optimale Druckrückgewinnung
möglich.
Im weiteren wird - um mit möglichst geringer Gasmenge
und möglichst geringem Gas-Förderdruck optimale Ein
düsverhältnisse an der Mischkammer zu erzielen, ins
besondere eine achsparallele Strömung im Bereich
der Düsenmündung zu realisieren - bei dieser Anlage
vorgeschlagen, daß sich die Bohrung der Fördergas
düse gegen ihre Mündung hin stetig verengt, wobei
das Verhältnis der Durchmesser vom unverengten Ab
schnitt zu Düsenmündung vorzugsweise größer als
5 ist.
Um im weiteren die Verhältnisse je nach zu förderndem
Pulver oder nach Maßgabe von Fertigungstoleranzen
an der Mischkammer optimal einstellen zu können,
wird vorgeschlagen, daß die Düse in der Mischkammer
axial verstellbar ist.
Um eine optimale Einströmung und Vermischung des
Pulvers und des Gasstrahles verlustarm zu ermögli
chen, ohne daß störende Turbulenzen auftreten, wird
weiter vorgeschlagen, daß die Leitung mit einer
Querkomponente bezüglich der Düsenachse in die Kammer
einmündet und ein Strömungskanalabschnitt der Kammer
stetig von der Leitungseinmündung in den Verzögerungs
abschnitt überführt.
Bevorzugterweise bilden dabei dieser Strömungskanalab
schnitt und der sich anschließend erweiternde Verzö
gerungsabschnitt, ähnlich einer stetig abgebogenen
Lavaldüse, eine Einschnürung in dem der Förderleitung
zugewandten Abschnitt, wobei die Mündung der Düse
im Bereich dieser Einschnürung liegt. Es entsteht
dadurch für das Zubringen des Pulvers um die in den
Einschnürungsbereich einragende Düsenmündung, eine
Ringdüse, womit das Pulver entlang der Mischkammer-
Peripherie gleichmäßig zugeführt wird.
Die Erfindung wird anschließend beispielsweise anhand
von Figuren erläutert.
Es zeigt
Fig. 2a schematisch den Aufbau eines erfindungsge
mäßen Behälters, anstelle eines Behälters 1
von Fig. 1, an einer erfindungsgemäßen
Anlage,
Fig. 2b qualitativ den Verlauf des statischen Druckes
entlang des Pulver-Förderweges,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen erfindungsge
mäßen Injektor anstelle von 8 in Fig. 1,
an einer erfindungsgemäßen Anlage,
Fig. 4 schematisch eine weitere Ausführungsvariante
eines erfindungsgemäßen Injektors an einer
erfindungsgemäßen Anlage,
Fig. 5 eine schematische Längsschnittdarstellung
einer weiteren Ausbildungsvariante des
erfindungsgemäßen Injektors gemäß Fig. 3
oder 4 einer erfindungsgemäßen Anlage.
In Fig. 2a ist ein Pulverbehälter 30 an einer erfin
dungsgemäßen Anlage, anstelle des Behälters 1 von
Fig. 1 eingesetzt, gezeigt. Der Behälter 30 ist
über eine Speiseleitung 32 mit einem Injektor 8 ge
mäß Fig. 1, vorzugsweise einem erfindungsgemäß
ausgebildeten, weiter unten beschriebenen Injektor,
verbunden. Im Bereiche der Ausmündung der Speiselei
tung 32 ist im Behälter 30 ein poröser Fluidboden
34 angeordnet und es mündet unterhalb des Fluidbodens
34 eine Fluid-Gasleitung 36 in den Behälter 30 ein.
Durch die Leitung 36 wird, wie mit Hilfe eines Geblä
ses konventioneller Art, wie schematisch bei 38 dar
gestellt, ein Fluidgas FL, vorzugsweise Luft, durch
den Fluidboden 34 in das darüberliegende Beschichtungs
pulver 40 sanft eingeblasen. Am Behälter 30 ist gene
rell ein Druckerzeugungsorgan vorgesehen, um das
Pulver 40 gegenüber Umgebungsdruck mit einem Überdruck
p 30 zu beaufschlagen.
Selbstverständlich kann hierzu ein eigens dafür vor
gesehenes Druckerzeugungsorgan vorgesehen werden.
Bevorzugterweise werden aber das Gebläse 38 und die
Fluidluftleitung 36 bzw. die Fluidluft FL für diese
Druckbeaufschlagung ausgenützt. Am Behälter 30 ist
im weiteren eine Druckreguliervorrichtung 42, wie
ein Druckregulierventil oder ein Schieber, vorge
sehen. Hat sich der gewünschte, an der Druckregulier
vorrichtung 42 einstellbare Überdruck p 30 im Behäl
ter 30 eingestellt, so entweicht die weitere Fluid
luft FL durch die Druckreguliervorrichtung 42 , wie
das Druckregulierventil, über einen Filter 44.
Der Filter 44 ist vorgesehen, um in der entweichen
den Fluidluft schwebende Pulverpartikel auszufiltern.
Beladen wird der Behälter 30 mit frischem Pulver
über eine Leitung 46 und eine schematisch dargestell
te Zellradschleuse 48, welche sicherstellt, daß
bei der Beladung des Behälters 30 mit Pulver kein
Druckausgleich zwischen Behälterinnerem und Umgebung
erfolgt.
Eine Niveaukontrolle 50 mit elektrischen Ausgangs-
Leitungen 52 überwacht das Pulverniveau im Behälter
30 und steuert bzw. regelt, nicht dargestellt, allen
falls die über Leitung 46 und Zellradschleuse 48
zugeführte Pulvermenge.
In Fig. 2a, unten, ist der Injektor 8 gemäß Fig. 1
nochmals dargestellt, gestrichelt eine Wegkoordinate
x des Pulvers aus dem Behälter über die Speiseleitung
32, durch den Injektor 8, in die Förderleitung 11.
In Fig. 2b ist rein qualitativ der Druckverlauf ent
lang der Wegkoordinate x dargestellt, in ausgezogener
Charakteristik für eine Anordnung gemäß Fig. 1,
in welcher im Behälter 1 Atmosphärendruck herrscht,
strichpunktiert gemäß der erfindungsgemäßen Aus
führung von Fig. 2a, mit Überdruck p 30 im Behälter 30.
An der Ausführung von Fig. 1 nimmt der Druck, vom
Atmosphärendruck p A als Behälterdruck p 1 ausgehend,
bis in die Mischkammer 5 des Injektors 8 auf einen
Wert p 5 ab, einen Unterdruck, der durch den beschleu
nigten Gasstrahl aus der Düse 7 erzeugt wird, X 1.
Bis zum divergierenden Abschnitt des Injektors bleibt,
abgesehen von Druckverlusten, der Druck nahezu auf
dem Wert p 5, X 2 im abrupt divergierenden Abschnitt
erfolgt Druckrückgewinnung, d. h. die kinetische Ener
gie des eingedüsten Gasstrahles G wird in potentielle
Druckenergie gewandelt, der statische Druck steigt
an, X 3. Reibungsverluste entlang der Förderleitung
11 bewirken nun den Druckabfall Δ p 11, X 4,
bis zur Ausmündung an der Beschichtungsanordnung
21 gemäß Fig. 1, wo das Pulver-Luftgemisch in Atmosphären
druck ausgedüst wird, X 5.
Erfindungsgemäß wird nun, wie in Fig. 2b dargestellt,
der Innendruck im Behälter 30 erhöht, was zum quali
tativen Verlauf, wie er strichpunktiert dargestellt
ist, führt. Die gesamte Charakteristik wird um den
Überdruck entsprechend dem Druck p 30 angehoben,
was sich stark auf die durch Leitung 11 geförderte
Pulvermenge auswirkt. Das Anheben des Druckes in
der Mischkammer 5, p 5 und die damit einhergehende
Reduktion der Druckdifferenz p 7 zu p 5 gemäß Fig. 1
führt zu keiner wesentlichen Fördermengenreduktion.
Durch Anheben des Behälterinnendruckes p 30 kann
sogar der Förderdruck p 7 sowie die durch Düse 7 ein
gedüste Gasmenge reduziert werden, bei gleicher oder
gesteigerter Ausgabemenge.
Der Überdruck p 30 sorgt für die Überwindung der
Druckverluste entlang der Förderleitung 11, während
die kinetische Energie des eingedüsten Gasstrahles,
vorzugsweise Luftstrahles, vermehrt lediglich die
Pulverbeschleunigung und dessen Umlenkung vornimmt.
Mit Hilfe der Einstellung des Überdruckes p 30 mit
der Druckreguliervorrichtung 42 wird die geförderte
Pulvermenge durch Leitung 11 eingestellt.
In Fig. 2b sind im weiteren die Positionsnummern
der Teile gemäß Fig. 2a, die bei fortschreitendem
x durchlaufen werden, eingetragen.
In Fig. 3 ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen
Injektors, anstelle des Injektors 8 von Fig. 1 bzw.
2a, dargestellt. Der Injektor 54 umfaßt eine Misch
kammer 55, in die eine Düse 57 mit Mündung 59 einmün
det. Koaxial zur Achse A 57 der Düse 57, weist die
Mischkammer 55 einen sich unmittelbar nach der Mündung
aufweitenden Abschnitt 61 auf. Der Abschnitt 61 mündet
stetig in die Förderleitung 11, koaxial zur Achse
A 57 der Düse 57 angeordnet, ein. Quer zur Achse A 57
der Düse 57 mündet die Speiseleitung 3 gemäß Fig. 1
bzw. 32 gemäß Fig. 2 in die Mischkammer 55 ein.
Durch die Düse 57 wird ein Gasstrahl G, vorzugsweise
ein Luftstrahl, in die Mischkammer 55 eingedüst und
wird unmittelbar nach der Düsenmündung 59 verzögert,
dadurch, daß der divergierende Mischkammerabschnitt
61 unmittelbar nach der Düseneinmündung 59 ansetzt.
Der Strahl G wird als Freistrahl aus der Düse 57
ausgegeben und die Berandung des Abschnittes 61 ent
sprechend dem Strahlrandwinkel α des Freistrahles
bezüglich der Achse A 57, mit 15° oder weniger ausge
legt. Zwischen Düsenmündung 59 und Ansatz des Ab
schnittes 61 erfolgt die Umlenkung und Beschleunigung
des einströmenden Pulvers, womit der Gasstrahl zusätz
lich verzögert wird und sich somit mit einem Strahl
randwinkel ausbreitet, der größer als ca. 8° ist,
dem Strahlrandwinkel des sich ungestört ausbreitenden
Freistrahls.
Dadurch, daß sich der von Düse 57 ausgegebene Strahl
G als Freistrahl im Abschnitt 61 ungehindert verzö
gern kann, ergibt sich eine optimale Druckrückgewinnung,
d. h. Umwandlung der kinetischen Strahlenergie (Maß:
Staudruck) in potentielle Druckenergie an der Aus
mündung von Leitung 11. Die Düse 57 wird mit einem
unterkritischen Druckverhältnis p 57 zu p 55 betrieben,
wodurch Stoßwellen vermieden werden und eine freie
Strahlexpansion ermöglicht wird. Zur Sicherstellung,
daß im Austrittsquerschnitt an der Mündung 59 der
Düse 57 eine achsparallele Strömung herrscht, wird die
Innenbohrung der Düse 57 stetig konvergierend ausge
bildet, wie dargestellt, wobei das Durchmesserver
hältnis d 57 im nichtkonvergierenden Düsenteil zum
Mündungsdurchmesser d 59 vorzusweise größer als 5
ist. Zwischen dem Anschluß der Speiseleitung 3 bzw.
32 und dem Abschnitt 61 ist ein Strömungskanal 63
vorgesehen, der stetig in den Bereich 61 überleitet.
Der stetig gekrümmte Übergang von Leitungsanschluß
an Leitung 3 bzw. 32 zu divergentem Abschnitt 61 verhindert
im weiteren Erosion durch beschleunigte Pulverpar
tikel, insbesondere an den in Fig. 3 mit E bezeichneten
Mischkammerstellen. Zur Erzeugung des Freistrahles
mündet im weiteren die Düse 57 mit einer scharfen
Kante in die Mischkammer 55 aus. Zur Optimierung der
axialen Düsenstellung bezüglich des Ansatzes von
Abschnitt 61 ist die Düse 57, wie mit dem Doppel
pfeil S dargestellt, beispielsweise über ein Fein
gewinde 64 zwischen Düse 57 und Mischkammerblock 65,
axial verschieblich.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsvariante des
erfindungsgemäßen Injektors dargestellt. Mit Bezug
auf Fig. 3 bezeichnen gleiche Nummern gleiche Organe.
Der Strömungskanal 63 zwischen Einmündung der Speise
leitung 3 bzw. 32 und Ausmündung in die Förderleitung
11 ist in Form einer stetig abgebogenen Lavaldüse
ausgebildet. Dabei ragt die Düse 57 mit ihrer Mündung
59 in den Bereich der Düsenverengung 67 koaxial zum
Verengungsquerschnitt ein, wodurch zwischen dem Körper
56 der Düse 57 und der Wandung des Strömungskanals
63 im Bereich 67 eine Ringdüse 69 für das über die
Leitung 3 bzw. 32 zugeführte Pulver entsteht.
In einer Variante des Injektors 54 gemäß den Fig. 3
oder 4 liegt die Achse A 32 der Speiseleitung 3 bzw.
32, die Achse des anschließenden Strömungskanals
63 und die Achse der Düse 57 bzw. des Abschnittes
61, A 57, in einer Ebene. Um nun aber die Ablagerung
von Pulver in Bereichen der Mischkammer, insbesondere
stromaufwärts des Bereiches 61 zu verhindern, wird
in einer weiteren Ausführungsvariante gemäß Fig. 5,
die eine schematische Darstellung in der Ansicht
gemäß Linie V-V von Fig. 3 bzw. 4 zeigt, die Achse
A 32 bezüglich der Achse A 57 der Düse bzw. des Ab
schnittes 61 exzentrisch angeordnet. Dadurch wird
dem durch Leitung 3 bzw. 32 zugespiesenen Pulver in
der Mischkammer 55 ein selbstreinigender Drall versetzt,
der zu einem Wirbel D, wie schematisch dargestellt,
führt.
Mit Hilfe einer oder mehrerer der beschriebenen er
findungsgemäßen Maßnahmen am Injektor und/oder dem
Pulverbehälter, wird störungsarm eine drastische Er
höhung der durch eine gegebene Förderleitung 11 pro
Zeiteinheit förderbaren Pulvermenge erzielt, ohne
daß Druck und/oder Menge eines in einen Injektor
eingedüsten Transportgases, wie Luft, vorgenommen
werden müßte.
Durch optimale Formgebung am Injektor, Ausbildung
der Injektordüse, Druckbeaufschlagung des zuge
spiesenen Pulvers wird eine einfache und die Betriebs
kosten einer derartigen Anlage kaum erhöhende Maß
nahme vorgestellt, die aber zu einer wesentlichen
Verbesserung der Anlage führt.
Claims (20)
1. Verfahren zur Erhöhung der pro Zeiteinheit an
einer Pulverbeschichtungsanlage ausgegebenen Pulver
menge, bei der das Pulver über eine Speiseleitung
(3, 32) von einer Eingabe (1, 30) zu einer Mischkammer
(5, 55) zugespiesen wird, indem entlang der Speiseleitung
(3, 32) durch Beschleunigung eines Gasstrahlers (G)
in der Mischkammer (5, 55 ) ein gegen die Kammer (5,
55) gerichtetes Druckgefälle (Δ p 15) erzeugt wird und
durch Verzögerung des Pulver-Gas-Stromes Druckrück
gewinnung erzielt wird, um den Pulver-Gas-Strom durch
eine Förderleitung (11) einer Beschichtungsanordnung
(21) zuzuspeisen, dadurch gekennzeichnet, daß man
einen Druckabfall im Pulver-Gas-Strom entlang der
Förderleitung (11, Δ p 11) durch Erhöhung des Druckes
(p 30) an der Eingabe (30) mindestens teilweise kompensiert.
2. Verfahren zur Erhöhung der pro Zeiteinheit an
einer Pulverbeschichtungsanlage ausgegebenen Pulver
menge, bei der das Pulver über eine Speiseleitung
(3, 32) von einer Eingabe (1, 30) zu einer Mischkammer
(5, 55) zugespiesen wird, indem entlang der Speise
leitung (3, 32) durch Beschleunigung eines Gasstrahles
(G) in der Mischkammer (5, 55) ein gegen die Kammer
gerichtetes Druckgefälle (Δ p 15) erzeugt wird und durch
Verzögerung des Pulver-Gas-Stromes Druckrückgewinnung
erzielt wird, um den Pulver-Gas-Strom durch eine Förder
leitung (11) einer Beschichtungsanordnung (21) zuzu
speisen, dadurch gekennzeichnet, daß man den Pulver-
Gas-Strom in der Mischkammer (5, 55) stetig verzögert
(61) und das Pulver im Bereiche größter Gasstromge
schwindigkeit (59) mit letzterem mischt.
3. Verfahren zur Erhöhung der pro Zeiteinheit an
einer Pulverbeschichtungsanlage ausgegebenen Pulver
menge, bei der das Pulver über eine Speiseleitung
(3, 32) von einer Eingabe (1, 30) zu einer Mischkammer
(5, 55) zugespiesen wird, indem entlang der Speise
leitung (3, 32) durch Beschleunigung eines Gasstrahles
in der Mischkammer (5, 55) ein gegen die Kammer (5,
55) gerichtetes Druckgefälle (Δ p 15) erzeugt wird und
durch Verzögerung des Pulver-Gas-Stromes Druckrück
gewinnung erzielt wird, um den Pulver-Gas-Strom durch
eine Förderleitung (11) einer Beschichtungsanordnung
(21) zuzuspeisen, wobei man einen Pulverstrom aus
der Speiseleitung (3, 32) mindestens in einer Komponente
senkrecht zur Achse (A 59) des Gasstrahles der Misch
kammer (55) zuspeist, dadurch gekennzeichnet, daß
man den Pulverstrom bezüglich der Achse (A 59) exzentrisch
der Mischkammer (55) zuspeist, um eine selbstreinigende
Drallströmung des Pulver-Luft-Stromes gegen die Förder
leitung zu erzeugen.
4. Verfahren nach mindestens zwei der Ansprüche 1
bis 3.
5. Verfahren, vorzugsweise nach mindestens einem
der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Pulver vor
der Mischkammer (5, 55) fluidisiert (FL).
6. Verfahren, vorzugsweise nach mindestens einem
der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gasstrahl
(G) mittels einer Düse (57) stetig beschleunigt und
die Düse (57) mit einem unterkritischen Druckver
hältnis (p 57) zu (p 55) betreibt.
7. Verfahren, vorzugsweise nach mindestens einem
der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gasstrahl
(G) sich wenigstens nahezu als Freistrahl verzögern
läßt.
8. Pulverbeschichtungsanlage mit einem Pulverbe
hälter (1, 30), der über eine Leitung (3, 32) mit einer
Mischkammer (5, 55) verbunden ist, in welche eine Förder
gasdüse (7, 57) einmündet, um durch Gasstrahlbeschleunigung
in der Mischkammer (5, 55) bezüglich des Behälters
(1, 30) einen Unterdruck zu erzeugen und aus welcher
eine Förderleitung (11) für Gas-Pulver-Gemisch zu
einer Beschichtungsanordnung (21) führt, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Behälter (30) mit einer Druck
quelle (38) verbunden ist.
9. Pulverbeschichtungsanlage mit einem Pulverbehälter
(1, 30), der über eine Leitung (3, 32) mit einer Misch
kammer (5, 55) verbunden ist, in welche eine Förder
gasdüse (7, 57) einmündet, um durch Gasstrahlbeschleunigung
in der Mischkammer (5, 55) bezüglich des Behälters
(1, 30) einen Unterdruck zu erzeugen und aus welcher
eine Förderleitung (11) für Gas-Pulver-Gemisch zu
einer Beschichtungsanordnung (21) führt, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Mischkammer (55) einen zur
Achse (A 57) der Düse (57) koaxialen, sich stetig bezüglich
der Düsenmündung (59) auf den Durchmesser der Förder
leitung erweiternden Abschnitt (61) aufweist.
10. Pulverbeschichtungsanlage mit einem Pulverbe
hälter (1, 30), der über eine Leitung (3, 32) mit einer
Mischkammer (5, 55) verbunden ist, in welche eine Förder
gasdüse (7, 57) einmündet, um durch Gasstrahlbeschleunigung
in der Mischkammer (5, 55 ) bezüglich des Behälters
(1, 30) einen Unterdruck zu erzeugen, und aus welcher
eine Förderleitung (11) für Gas-Pulver-Gemisch zu
einer Beschichtungsanordnung (21) führt, wobei die
Leitung (3, 32) mit einer Achsrichtung, die mindestens
in einer Komponente senkrecht zur Achsrichtung der
Düse (A 57) steht, in die Kammer (5, 55) einmündet,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (3, 32) bezüglich
der Düsenachse (A 57) exzentrisch einmündet.
11. Pulverbeschichtungsanlage nach mindestens zwei
der Ansprüche 8-10.
12. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach
mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der
Ansprüche 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß
im Bereich der Leitungsausmündung aus dem Behälter
(30) ein Fluidboden (34) vorgesehen ist, und eine
Zuführleitung (36) für ein Fluidgas, vorzugsweise
Fluidluft.
13. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach
mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch
12, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle eine
Förderanordnung für das Fluidgas (FL) ist.
14. Anordnung, vorzugsweise nach mindestens einem
der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 8, 11
bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pulver
einfülleitung (46) am Behälter (30) vorgesehen ist,
mit einer Druckentkopplungsanordnung, wie einer Zellrad
schleuse (48), zur Pulverzubringung von einem Druck
niveau eingangsseitig auf ein Druckniveau behälter
seitig (30).
15. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach
mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der
Ansprüche 8, 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß
am Behälter (30) eine Druckregulieranordnung (42)
vorgesehen ist, vorzugsweise mit einem Filter (44)
verbunden, für das Ausfiltern von Schwebepulver.
16. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach
mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch
9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich der
Abschnitt (61) wenigstens nahezu entsprechend dem
Strahlrandwinkel eines sich an der Düse (57) bilden
den Gasfreistrahls aufweitet, vorzugsweise mit ca.
15° oder weniger bezüglich der Düsenachse (A 57).
17. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach
mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der
Ansprüche 9, 11 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Bohrung der Fördergasdüse gegen ihre
Mündung (59) hin stetig verengt, wobei das Ver
hältnis der Durchmesser vom unverengten Querschnitt
(d 57) zu Düsenmündung (d 59), vorzugsweise größer
als 5 ist.
18. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach
mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der
Ansprüche 9, 11, 16, 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Düse (57) in der Mischkammer (55) axial
(S) verstellbar ist.
19. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach
mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der
Ansprüche 9, 11, 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die Leitung (3, 32) mit einer Querkomponente
bezüglich der Düsenachse (A 57) in die Kammer (55)
einmündet und ein Strömungskanalabschnitt (63) der
Kammer (55) stetig von der Leitungseinmündung in
den Abschnitt (61) überführt.
20. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach
mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch
19, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal
(63) und der sich erweiternde Abschnitt (61) ähnlich
einer stetig abgebogenen Lavaldüse eine stetige Ein
schnürung in dem der Förderleitung (11) zugewandten
Abschnitt aufweist, und daß die Mündung (59) der
Düse (57) in diesem Einschnürungsbereich liegt.
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