DE3922685A1 - Luftkappe und verfahren insbesondere zum email- und keramikglasur-spritzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftkappe insbesondere für Materialspritzanlagen und ein Verfahren zum Materialspritzen.

Beim Materialspritzen wird ein auf die erforderliche Viskosität gebrachtes Material in einer Spritzpistole meist mittels Preßluft als Treibmittel in feine Tröpfchen zerstäubt und auf das Werkstück aufgespritzt.

Eine Spritzpistole besteht aus einem Pistolenkörper, der Anschlüsse für die Materialzufuhr und die Preßluftzufuhr aufweist, sowie eine Mechanik zum - meist korrelierten - Öffnen bzw. Schließen dieser Zugänge. Material und Preßluft werden einem Düsenkopf zugeführt, der im wesentlichen aus der eigentlichen Düse und einer Luftkappe bzw. einem Luftkopf besteht.

Die Preßluft steht vorzugsweise unter einem höheren Druck als das Material, und es ist eine Aufgabe des Düsenkopfes, aus diesen beiden Quellen einen fein zerstäubten, dennoch gerichteten Spritzstrahl bzw. Fluidstrahl zu bilden.

Bei herkömmlichen Düsenköpfen weist die Luftkappe einen Innenkanal auf, der die Düse aufnimmt und der gleichzeitig zwischen der Kanalinnenoberflä­ che und der Düsenaußenoberfläche Preßluft leitet, so daß diese am Ausgang des Kanals direkt um die Düsenöffnung herum austritt. Bekannt ist auch, daß die Düse umfänglich mit einem schräge Nuten aufweisenden Konus versehen ist, der mit einem Innenkonus-Abschnitt des Kanals der Luftkappe zusammen­ paßt, so daß die Preßluft zwischen Düse und Kanal durch die schrägen Nuten gezwungen wird. Weiterhin ist bekannt, die Luftkappe mit Hörnern zu versehen, über die Preßluft oberhalb des Düsenaustrittes radial in den Spritzstrahl gerichtet wird.

Es sind auch Düsenköpfe bekannt, bei denen diese Hornluft radial nach vorn in den Spritzstrahl gerichtet wird.

Mit solchen Düsen-Luftkappenanordnungen wird beim Spritzen von Fluiden, insbesondere Email/Glasuren, die durch hohe Abresivität und tixotropes Verhalten gekennzeichnet sind, ein gutes Spritzergebnis nur erreicht, indem man mit hohen Materialdrücken und Preßluftdrücken arbeitet (z.B. Email- Glasur- Spritzen: Materialdruck : 1,4-2,5 bar, abhängig vom Material; Preßluftdruck 4,5-6,0 bar, wobei spez. Gewicht Emaille = 1,50-1,70). Nur mit diesen hohen Drücken ist eine ausreichende Zerstäubung und ein gerich­ teter Spritzstrahl gewährleistet. Das führt jedoch zu einer starken, uner­ wünschten Nebelbildung und einer hohen Partikelgeschwindigkeit bzw. -beschleunigung sowie zu einer dickeren Randschicht und Orangenhauteffekt.

Insbesondere beim elektrostatischen Spritzen ist jedoch eine hohe Partikelge­ schwindigkeit nicht erwünscht, da ein wesentliches Ziel des elektrostatischen Spritzens ein guter "Umgriff" ist, d.h. es sollen auch im Schatten des Spritz­ strahls liegende Werkstückflächen mit Material beaufschlagt werden. Eine hohe Partikelbeschleunigung führt jedoch dazu, daß die Trägheitskräfte in Richtung des Spritzstrahls gegenüber den elektrostatischen Kräften überwie­ gen; ein Umgriff ist nicht ausreichend gewährleistet.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Luftkappen ist es, daß durch das radiale Zuführen der Hornluft in den Spritzstrahl - insbesondere bei diametral angeordneten Hörnern - die Hornluftausgänge schnell verstopfen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erflndung, eine Luftkappe zu schaffen, mit der es möglich ist, Materialien, insbesondere Lacke und speziell schwere Materialien wie Email und Keramik/Glasglasuren, zu spritzen.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, die schnelle Verschmutzung der Horn­ luftausgänge zu vermeiden.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch eine Luftkappe der in den Ansprüchen definierten Art gelöst. Diese Luftkappe weist einen Innenkanal zur Aufnahme einer Düse bzw. Materialdüse auf. Der Innenkanal definiert eine Hauptaustrittsachse (für die Materialzerstäubung), die mit der Austritts­ achse der Düse zusammenfällt. Die Zerstäubung wird beeinflußt durch den Materialvorlaufdruck und ein erstes Treibgas sowie gegebenenfalls durch eine Drehkomponente dieses ersten Treibgases um diese Hauptaustrittsache. Weiterhin weist die Luftkappe erfindungsgemäß eine besondere Einrichtung für die Zufuhr von Sekundärtreibgas auf. Diese Einrichtung lenkt das Se­ kundärtreibgas über eine oder mehrere Austrittsöffnungen mit jeweils einer Sekundäraustrittsache in den Fluidstrahl, und zwar so, daß die Sekundäraus­ trittsachse die Düsenaustrittsachse nicht schneidet. Diese verläuft vielmehr so, daß im Betrieb das Sekundärtreibgas mit einer tangentialen Komponente in den aus erstem Treibgas und fluidem, zu zerstäubenden Material gebildeten Fluidstrahl strömt.

Vorzugsweise weist der Innenkanal mindestens einen geraden und mindestens einen konischen Abschnitt auf. Der gerade Abschnitt dient dazu, die Luftkap­ pe auf der Düse radial festzulegen. Der konische Abschnitt dient dazu, den Querschnitt des lnnenkanals zu verringern und/oder mit einem Außenab­ schnitt der Düse zusammenzupassen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Einrichtung für das Sekun­ därtreibgas zwei Kanäle auf. Diese Kanäle verlaufen in dem Luftkappenkörper in einem ersten Abschnitt axialparallel und sind in einem zweiten Abschnitt so nach innen abgewinkelt, daß sie auf der Sekundäraustrittsachse verlaufen.

Vorzugsweise wird der Abstand d zwischen Sekundäraustrittsachse und Hauptaustrittsachse bzw. Düsenaustrittsachse im Bereich von etwa 1 bis 10 mm gewählt. In einer besonders bevorzugten Ausführungform wird der Abstand d zwischen Sekundäraustrittsachse und Hauptaustrittsachse im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm gewählt.

Der Eintrittsbereich des Sekundärtreibgases mit Tangentialkomponente in den aus dem fluiden Material und dem ersten Treibgas gebildeten Fluidstrahl liegt vorzugsweise 2 bis 10 mm über der Austrittsöffnung der Düse.

Ein Verfahren zum Email/Keramikglasur-Spritzen löst die Aufgaben erfin­ dungsgemäß dadurch, daß das Material aus einer Düse längs einer Hauptaus­ trittsachse ausströmt. Einem Primärtreibgasstrom wird eine Rotation um die Hauptaustrittsachse aufgezwungen. Das ausströmende Material und der Primärtreibgasstrom werden so kombiniert, daß sich ein Fluidstrahl bildet, der um die Hauptaustrittsachse rotiert und längs der Hauptaustrittsachse strömt.

Dem Fluidstrahl wird ein Sekundärtreibgas zugeführt, und zwar in einer Richtung, die die Hauptaustrittsachse nicht schneidet, sondern so verläuft, daß das Sekundärtreibgas mit einer tangentialen Komponente in den Fluid­ strahl strömt.

Vorzugsweise steht das Material unter einem Druck im Bereich von 0,6 bar bis 0,75 bar. Das Primärtreibgas steht vorzugsweise unter einem Druck von 0,6 bar bis 1,5 bar, und das Sekundärtreibgas steht vorzugsweise unter einem Druck von 0,6 bar bis 1,5 bar.

Ohne Sekundärtreibgas kam man eine Rundspritzzerstäubung bei einem Druck von 0,4 bar bei einem Abstand Düse zum Werkstück von 250 mm mit einem Rundspritzbild von 80 mm ⌀ erreichen.

Vorzugsweise werden Materialien mit einer "Viskosität" von 23 bis 30 Schlammtest verwendet, und zwar bei einer Emailtemperatur im Bereich von 20°C bis 25°C.

Die Verfahrensparameter werden vorzugsweise so eingestellt, daß die axiale Strömungsgeschwindigkeit des zu zerstäubenden Materials in der Düsenaus­ trittsöffnung im Bereich des Auftreffens des Sekundärtreibgases zwischen 0,2 m/sec. bis 0,3 m/sec. liegt.

Zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren gehören

• - geringe oder fehlende Nebelbildung
• - niedrige Betriebsdrücke sowohl bei der Luft (Treibgas) als auch beim Material
• - gute Zerstäubung und Spritzstrahlausbildung.

Weitere Ausführungsformen, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Luftkappe in einem durch die Mittelachse gehenden Längsschnitt.

Fig. 2 zeigt dieselbe Ausführungsform der Luftkappe in der Draufsicht.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungform der Luftkappe 1 im Längs­ schnitt.

Der Innenkanal 2 ist im wesentlichen konisch aufgebaut, wobei der unterste Abschnitt 3 gerade (zylinderförmig) ausgebildet ist, um die Luftkappe 1 auf der Düse radial festzulegen. Der zweite, konische Abschnitt 4 dient dazu, den Durchmesser in Vorwärtsrichtung zu verkleinern. Der dritte, ebenfalls konische Abschnitt 5 mit einer geringen Steigung hat Abmessungen, die einem Konus entsprechen, der an der Düse angeordnet ist und vorzugsweise schräge Nuten aufweist. Da der Spalt zwischen Düse und Luftkappe in diesem Bereich sehr klein ist, die Luft also durch die schrägen Nuten gedrückt wird, wird der Luft in diesem Bereich eine Rotation aufgezwungen. Der oberste konische Abschnitt 6 dient einer weiteren Verkleinerung des Kanalquer­ schnitts und ist an einen Konus angepaßt, den die Düse in diesem Bereich ausbildet.

Die Luftkappe wird vorzugsweise so auf der Düse angeordnet, daß die Düseaustrittsöffnung 0,8 bis 1,0 mm oberhalb der Öffnung des Innenkanals der Luftkappe liegt.

Zwei Luftkappenhörner 10 sind radial von der Luftkappenachse beabstandet und diametral an der Luftkappe 1 angeordnet. Vorzugsweise werden zwei bis vier Sekundärtreibgasströme mit tangentialer Komponente eingesetzt, wobei eine symmetrische Anordnung um die Hauptaustrittsachse der Düse besonders bevorzugt ist. In einer nicht gezeigten Ausführungsform sind vier Luftkap­ penhörner 10 im 90°-Abstand vorgesehen. Die Hörner 10 erstrecken sich in Sprührichtung über den Düsenaustritt hinaus und führen jeweils einen Hornluftkanal 11, der in einem ersten Abschnitt mit einem bestimmten Durchmesser (von 1,4 bis 3,0 mm) parallel zur Luftkappenachse verläuft. In seinem letzten Abschnitt knickt dieser Kanal in Richtung auf das Innere der Luftkappe 1 ab und wird gleichzeitig in seinem Querschnitt (Durchmesser 0,7 bis 1,3 mm) verringert. Die Öffnungen 12 der Hornluftkanäle liegen axial oberhalb des Düsenaustritts und sind radial von der Luftkappenachse beab­ standet.

Gemäß dem Erfindungsgedanken sind diese letzten Abschnitte der Hornluftka­ näle nun nicht nur axial abgewinkelt (Fig 1), sondern auch radial, d.h. ihre virtuelle Verlängerung läuft nicht mehr durch die Luftkappenachse (Fig. 2), sondern in einem vorgegebenen Abstand d zu dieser; in der Fig. 2 ist der Abstand zwischen den zwei vorzugsweise symmetrisch und in zueinander parallelen Ebenen angeordneten virtuellen Verlängerungen der letzten Ab­ schnitte bzw. Austrittskanäle für die Hornluft dargestellt und mit 2d gekenn­ zeichnet.

Die Luftkappenhörner 10 sind so ausgebildet, daß die Horninnenseite einen rechten Winkel mit der Achse des letzten Hornluftkanal-Abschnitts bildet.

Der Umfang der Luftkappe 1 ist in seinem unteren Abschnitt durch eine Schulter 20 gekennzeichnet, so daß eine Überwurfmutter oder ein sonstiger Festlegungsmechanismus die Luftkappe lösbar mit dem Pistolenkörper verbin­ den kann.

Der Einsatz der Luftkappe in Materialspritzanlagen bzw. das Verfahren zum Materialspritzen wird im folgenden beschrieben.

Der Düse wird über den Pistolenkörper Material mit einem bestimmten Druck zugeführt, und zwar vorzugsweise Email- oder Keramikglasuren.

Das Primärtreibgas (z.B. Luft) wird der Luftkappe zugeführt, so daß es zwischen der Kanalinnenoberfläche und der Düsenaußenoberfläche strömt; im Bereich des dritten konischen Abschnitts des Innenkanals (siehe oben) wird dem Primärtreibgas eine Rotation aufgezwungen, so daß es als Drehluft um die Düsenöffnung herum austritt.

Die Luft steht vorzugsweise unter einem höheren Druck und reißt so das Material mit sich, wodurch dieses in feine Tröpfchen gerissen (zerstäubt) wird.

Durch die oben beschriebenen Parameter wird ein Spritzstrahl gebildet, der einen regelbaren Kegelwinkel von etwa 9°-120° aufweist.

Über die Hornluftkanäle wird das Sekundärtreibgas (z.B. Luft) zugeführt. Dieses kann aus einer getrennten Treibgasquelle entstammen und kann druckmäßig getrennt regelbar sein, vorzugsweise wird auch die gleiche Treibgasquelle verwandt wie für das Primärtreibgas. Die Drücke sind indivi­ duell regelbar.

Die aus den Hornluftkanälen austretende Luft wird - wie zuvor beschrieben - in den entstehenden Spritzstrahl gelenkt.

Das Verfahren zum Materialspritzen ist durch folgende Randbedingungen gekennzeichnet.

Die Umweltbedingungen sind vorzugsweise:
Kabinen-Temperatur: 20°C bis 25°C
relative Luftfeuchte: 78% bis 82%

Das Verfahren eignet sich für Email- und Keramikglasuren mit einer "Visko­ sität" von 23 bis 30 Schlammtest, bevorzugt jedoch 28 Schlammtest bei 25°C Materialtemperatur.

Vorzugsweise werden Materialien mit einem spezifischen Gewicht von 1,40 bis 1,70 verspritzt.

Der Materialdruck liegt vorzugsweise im Bereich von 0,6 bis 0,75 bar.

Durch den vom Primärtreibgas an der Materialaustrittsöffnung (Düse) entste­ henden Unterdruck wird eine Venturi-Saugwirkung erzeugt, welche wiederum die Materialausbringmenge beeinflußt und reguliert.

Das Primärtreibgas und das Sekundärtreibgas werden bevorzugt mit einem Druck von 0,6 bar bis 1,5 bar regelbar zugeführt.

Aus den Drücken von Material und Luft sowie den Abmessungen von Düse und Luftkappe ergibt sich, daß die Strömungsgeschwindigkeit des entstehen­ den Fluidstrahls beim Austritt aus der Luftkappe/Düse im Bereich zwischen 2,2 m/sec. und 6,5 m/sec. liegt.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Sekundärtreibstrahls beim Auftreffen auf den Fluidstrahl liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 2,5 m/sec. und 6,5 m/sec.

Claims (11)

1. Luftkappe, insbesondere für Email- und Keramikglasur-Spritzanlagen mit einem Innenkanal mit Öffnung zur Aufnahme einer Düse mit einer Düsenaustrittsöffnung, wobei der Innenkanal eine Hauptaustrittsachse für einen aus fluidem Medium und einem eine Drehkomponente um diese Hauptaustrittsachse aufweisen­ den Primärtreibgas gebildeten Fluidstrahl definiert, mit einer Einrichtung für die Zufuhr von Sekundärtreibgas, wobei die Einrichtung über eine oder mehrere Austrittsöffnungen mit jeweils einer Sekundäraustrittsachse das Sekundärtreibgas in den Fluidstrahl lenkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundäraustrittsachse die Hauptaustrittsachse nicht schneidet, sondern so verläuft, daß im Betrieb das Sekundärtreibgas mit einer tangentialen Komponente in den Fluidstrahl strömt.

2. Luftkappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkanal mindestens einen geraden und mindestens einen konischen Abschnitt hat, wobei der gerade Abschnitt dazu dient, die Luftkappe auf der Düse radial festzulegen und der konische Abschnitt dazu dient, den Querschnitt des Innenkanals zu verringern und/oder mit einem Außenabschnitt der Düse zusammenzupassen.

3. Luftkappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung für das Sekundärtreibgas zwei bis vier Kanäle aufweist, die in dem Luftkappenkörper in einem ersten Abschnitt axialparallel verlaufen und in einem zweiten Abschnitt so nach innen abgewinkelt sind, daß sie auf der Sekundäraustrittsachse verlaufen.

4. Luftkappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand d zwischen Sekundäraustrittsachse und Haupt­ austrittsachse im Bereich von etwa 1 bis 10 mm liegt.

5. Luftkappe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenaustrittsöffnung 0.8 mm bis 1.0 mm oberhalb der Öffnung des Innenkanals der Luftkappe liegt.

6. Luftkappe nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des Innenkanals der Luftkappe einen Durchmesser von 3,6 mm bis 4,5 mm hat.

7. Spritzpistole zum Spritzen von Lack, insbesondere Email- und Keramik­ glasur,
mit einem Pistolenkörper, der mindestens einen Anschluß für Materialzu­ fuhr und gegebenenfalls -rückfuhr und mindestens einen Anschluß für Treibgaszufuhr aufweist;
mit einer Düse, die mit, dem Anschluß für die Materialzufuhr verbunden ist;
mit einer auf der Düse angeordneten Luftkappe, wobei der Bereich zwischen der Düse und der Luftkappe mit dem Anschluß für Primärtreib­ gas verbunden ist, und wobei die Luftkappen-Düsen-Anordnung das austretende Material mit dem austretenden primären Treibgas kombiniert, um einen zerstäubten, gerichteten Fluidstrahl aus Materialtröpfchen und primärem Treibgas auszubilden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkappe und die Düse so ausgebildet und angeordnet sind, wie es in den Ansprüchen 1 bis 6 definiert ist.

8. Verfahren zum Lackspritzen, insbesondere zum Email- und Keramikglasur- Spritzen, das folgende Schritte aufweist:
Ausströmenlassen von Material aus einer Düse längs einer Hauptaustritts­ achse;
Erzeugen eines um die Hauptaustrittsachse rotierenden Primärtreibgas­ stromes;
Kombinieren des ausströmenden Materials und des Primärtreibgasstromes unter Ausbildung eines um die Hauptaustrittsachse rotierenden und längs der Hauptaustrittsachse strömenden Fluidstrahles;
Zuführen von Sekundärtreibgas in den Fluidstrahl,
dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärtreibgas in einer Richtung zugeführt wird, die die Hauptaustrittsachse nicht schneidet, sondern so verläuft, daß das Sekun­ därtreibgas mit einer tangentialen Komponente in den Fluidstrahl strömt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit einem Druck von 0,6 bar bis 0,75 bar zugeführt wird, daß das Pri­ märtreibgas mit einem Druck von 0,6 bar bis 1,5 bar zugeführt wird, und daß das Sekundärtreibgas mit einem Druck von 0,6 bar bis 1,5 bar zugeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit einer Viskosität von 23 bis 30 Schlammtest bei einer Lack­ temperatur von 20°C bis 25°C verwendet wird, vorzugsweise Emaillack mit einer Viskosität von 27 cps bis 28 cps, und/oder einer Mahlfeinheit von 400 bis 100 mesh Korngröße.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstrahls im Bereich des Auftreffens des Sekundärtreibgases zwischen 2,2 m/sec. bis 6,5 m/sec. liegt.