DE4130973A1 - Pneumatisch gesteuerte spritzpistole - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spritzpistole, deren Verwendungszweck sich auf ein tuschestiftähnliches Zeichenwerkzeug erweitern läßt. Es sei erwähnt, daß sich das erfundene Steuersystem auch als Sandstrahlgerät eignet.

Spritzpistolen finden dort Einsatz wo Flüssigkeiten, insbesondere Lacke und Far­ ben, großflächig und homogen aufgetragen werden sollen.

Miniaturisierte Spritzpistolen haben sich als sogenannte Airbrush für den graphi­ schen Gebrauch durchgesetzt, indem die Farbzufuhr sehr fein dosiert werden kann, und somit für kleine Flächen ein kontrollierter Farbauftrag ermöglicht wird. Dabei hat sich die Nadelventil-Technik zur Flüssigkeitsregulierung durchgesetzt. Mittels einer hin- und herbewegbaren konischen Nadel in einer Lochblende beziehungs­ weise eines konischen Röhrchens wird der Farbflußquerschnitt und somit die Flußmenge reguliert. Direkt an dieser Nadelventilöffnung bewirkt ein koaxialge­ richteter Luftstrom durch seine beschleunigende Kraftwirkung eine feine Zerstäubung der Flüssigkeit. Durch die dem Wasserstrahleffektes gleichende Sogwirkung des Luftstromes wird die Flüssigkeit angesaugt.

Die Nadel wird dabei mittels eines untersetzenden Hebelchens mit dem Zeigefinger gesteuert, was zwangweise zu leichtem Klemmen während des Steuervorgangs führt, weil die Nadelführung und die Hebelaufhängung der mechanischen Haftrei­ bung ausgesetzt sind.

In der Airbrush-Technik hat sich auch die zusätzliche Luftdruckregulierung durch­ gesetzt, um mit vermindertem Druck auch grobe Sprenkel zu erzeugen. Dazu steu­ ert das obengenannte Hebelchen in seiner Axialrichtung zusätzlich ein Luftventil an. Diese doppelte Hebelfunktion überfordert jedoch die meisten Anwender, so daß diesem Luftventil nur eine digitale Funktion zugesprochen werden kann.

Einen weiteren Störfaktor stellt die im Luftstrom befindliche Nadel dar, da sich bei feinem Farbfluß an ihr ein "Bart" von eingetrockneter Farbe bildet, der dann zu gro­ ben Klecksern am Spritzgrund führt. Deshalb ist öfteres umständliches Nadelputzen von Nöten, wobei wiederum die Gefahr besteht, daß die Nadel verbogen wird. Außerdem hat die herkömmliche Technik zur Folge, daß sehr viel Innenfläche der Spritzpistole mit Farbe benetzt wird. Die Reinigung der Spritzpistole und ein Farb­ wechsel, der den gereinigten Zustand voraussetzt, werden dadurch zu einer aufwendigen Prozedur.

Im übrigen muß peinlich darauf geachtet werden, daß keine Farbe und auch keine Reinigungsmittel in die Nadel-Hebel-Mechanik gelangt, um Schäden zu vermeiden.

Auch die Ergonomie leidet stark unter dem technisch determinierten Aufbau durch die Nadelmechanik. Beispielsweise beeinträchtigt der vor dem Hebelchen liegende Farbbehälter die Sicht auf den Spritzgrund.

Ein weiteres Interesse für den Graphikgebrauch liegt darin, eine x-beliebige Farbe feinlinig aufzutragen. Dazu diente bisher ein Feinhaarpinsel, der jedoch wegen der unregelmäßigen Linienbreite und des ständigen Antrocknens der Farbe auf dem Pinsel nicht den Anforderungen der Praxis genügte.

Auch Sandstrahlgeräte feinster Ausführung finden im graphischen Bereich Anwen­ dung, um entgegen des Airbrush die Farbe wieder gleichmäßig abzutragen. Jedoch ist die Sandzufuhrregelung mittels Stellschraube offensichtlich noch nicht ausgereift, da eine manuelle, direkte Ansteuerung des Sandstrahls erforderlich wäre.

Der Erfindung liegt zugrunde diese aufgeführten Nachteile zu verbessern oder gar gänzlich abzuschaffen.

Eine pneumatische Steuerung nach Anspruch 1 bis 3, anstatt der üblichen Nadel­ ventil-Steuerung führt zur Lösung dieser Aufgabe. Die Ansprüche 3 bis 9 dienen zur erweiterten Ausführung der Erfindung.

Dazu ist der Farbtank als Druckbehälter ausgelegt und über den Farbkanal mit der Farbdüse verbunden. Durch den Entlüftungskanal und den darin einmündenden Druckluftanschlusses kann durch einfaches Auf-und Abdecken der Entlüftungsöff­ nung ein Unter- oder Überdruck im Farbbehälter hergestellt werden.

Mittels dieser Druckvariierung wird die Flüssigkeit vom Behälter zur Farbdüse herausgepreßt. Die Zerstäubung geschieht auf herkömmliche Weise durch einen um der Farbdüse koaxial angelegten Luftstrom. Dabei zeigt sich eine wesentliche Besserung des Spritzbildes, was daher rührt, daß es keine angetrocknete Farbkleckser von der fehlenden Nadel gibt.

Um den Farbfluß trotz des kontinuierlichen Luftflusses aufzustocken, muß im Be­ hälter der gleiche Unterdruck herrschen, wie er vorn an der luftumströmten Farbdüse erzeugt wird. Dieser Unterdruck entsteht nach dem Wasserstrahleffekt dadurch, daß die Druckluft axial von Behälter abweisend vom Entlüftungskanal eingespeist wird. Da dieser Unterdruck etwas größer ist als nötig, gelingt der Druckabgleich nun durch exaktes Aufstauen der aus dem Entlüftungskanal strömenden Luft mittels Eindrehen der Ventilschraube, die sich zwischen Lufteinspeisung und Entlüftungsöffnung befindet.

Der Vorteil der Ansteuerung der Spritzpistole durch Abdecken des Entlüftungska­ nals liegt darin, daß es kein mechanisches Spiel durch den obengenannten Haftrei­ bungseffekt gibt. Der Sprühstrahl läßt sich so sehr gefühlvoll mit der Zeigefinger­ kuppe regulieren.

Um den maximalen Sprühstrahl zu begrenzen, wird die Aufstauung durch Öffnen des Zweigventils vermindert. Diese Funktion erleichtert das Spritzen sehr feiner Li­ nien.

Die Luftsteuerung geschieht nach Anspruch 7 mit einem im Luftschlauch befindli­ chen Schlauchquetschventil. Die Quetschung wird durch einen hin- und herbeweg­ baren, keilförmigen Stift erreicht. Durch ausreichende Reibung bleibt der Stift fixiert, so daß der Bediener ohne weiteren Bedienungsaufwand mit dem gedrosselten Luftdruck arbeiten kann, im Gegensatz zur oben erwähnten doppelten Hebelsteue­ rung zur Druckregulierung.

Um einen sekundenschnellen Farbwechsel zu Ermöglichen ist der Farbbehälter mittels Schnappassung abtrennbar vorgesehen. Kunststoffpreßpassungen sorgen für Dichtigkeit der Entlüftungsleitung und des Farbkanals.

Um nach dem Abstöpseln ein Austreten von Farbe zu verhindern, ist ein Stellhahn oder ein Feder-Kugelventil eingebaut, das im abgestöpselten Zustand selbsttätig verschließt, wie man es von Kaffeemaschinen her kennt.

Durch Schraub- oder Steckverbindungen sind Luft- und Flüssigkeitsdüsen aus­ tauschbar.

Für die Reinigung wird der Farbbehälter durch einen Behälter mit Reinigungsmittel ausgetauscht. Da sich die Reinigung auf die Farbdüse und dessen Zuleitung beschränkt, erfolgt sie ohne Demontage, nur mit Durchspülen, indem die Spritzpistole, wie mit der Farbfüllung beschrieben, betätigt wird.

Der Farbbehälter muß nicht gereinigt werden, da er auch als Aufbewahrungsbehäl­ ter konzipiert ist, und als billiges Kunststoffspritzgußteil in mehrfacher Ausführung zur Verfügung steht. Ein Farbwechsel geschieht nur durch Auswechseln der Farbbehälter. Ein wie üblicherweise notwendiges Zwischenreinigen entfällt, weil die Düsenzuleitung einen Bruchteil der Oberfläche der üblichen Zuleitungen darstellt Das Entfallen der empfindlichen Nadelventilmechanik macht diese Spritzpistole sehr störunanfällig und robust. Dies erlaubt beispielsweise die gesamte Spritzpistole in Reinigungsmittel einzulegen, was bei Spritzpistolen üblicher Bauart streng zu unterlassen ist.

Das pneumatische Steuersystem erlaubt eine ergonomisch fast uneingeschränkte Ausführung der Geräte, so wie sich beispielsweise die Spritzpistole (Fig. 2) mit der Kunststoffspritzgußtechnik in Füllfederhaltergröße umsetzen läßt, und dabei gegen­ über den üblichen metallgefertigten Spritzpistolen nur einen Bruchteil wiegt.

Der Umbau der Spritzpistole zu einem Tuschestift ähnlichen Zeichenstift. geschieht mit einer verlängerten Farbdüse, die über die Luftdüse heraussteht. Dabei dient die Luftdüse jedoch nur zur Abstützung der Farbdüse, ohne dabei einen Luftspalt frei zu lassen, damit die aufgetragene Farbspur nicht vom scharfen Luftstrahl zerfließt.

Die Druckluftzufuhr ist jedoch trotzdem notwendig als Steuermittel, denn das pneu­ matische Steuersystem erweist sich auch hier als sehr nützlich. Mit der Druckvariie­ rung durch das Aufstauventil läßt sich exakt die aufgetragene Farbmenge variieren; es lassen sich also sehr feine bis satte, farbkonzentrierte Linien ziehen.

Bei der Sandstrahlgerätsausführung mündet der Entlüftungskanal über einen luft­ durchlässigen Filter derartig in den Behälter, daß der Sand aufgewirbelt wird, um dann als Luft-Sandgemisch der Austrittsdüse zugeführt zu werden.

Fig. 1 zeigt schematisch den Grundgedanken der Erfindung. Fig. 2 bildet eine Ausführung der Spritzpistole als Airbrush mit einer Gesamtlänge die kleiner als 15 cm ist, ab.

Wie in der Beschreibung erwähnt sitzt das Luftventil (Fig. 3) extern im Zuleitungs­ schlauch zur Luftquelle.

Die Quetschung des Gummischlauches 25 wird mit dem Keilstift 26 (siehe Schnitt A-B) erreicht und erlaubt von der offenen Ventilstellung bis zum Verschluß jede Zwischenstellung. Durch die Reibungskräfte der Quetschung bleibt die Stiftstellung fixiert. Der Schlauch leitet die Luft zum Anschluß 1. Danach verteilt sich die Luft zur Luftdüse 9 und zum Steuerluftkanal 2, welcher axial vom Behälter abweisend in den Entlüftungskanal einmündet.

Die Luftdüse 9 und die Farbdüse 8 sind auswechselbar durch Schraub- oder Steckverbindungen ausgelegt.

Die Farbdüse 8 ist mittels eines Führungsröhrchens 10 in der Luftdüse 9 zentriert, so daß diese von einem koaxialen Luftmantel umströmt wird. Einschlitzungen des Röhrchens 10 erlauben den Luft­ durchfluß. Es sei bemerkt, daß sich dabei nicht der übliche Bernoulli-Sog in der Farbdüse bildet, da die ausströmende Luft an der Düsenöffnung 8 immer noch expandiert, und damit einen statischen Druck auf die Düsenöffnung ausübt. Der Sogeffekt bildet sich erst nach dieser Expansionsphase aus.

Der Düsenkanal 7 ist als dünner Teflonschlauch ausgelegt, damit Farbablagerungen vermieden werden. Dieser Düsenkanal paßt sich, wie auch der Entlüftungskanal 4 per Preßpassung in die Bohrung 30 des abtrennbaren Behälter 5 ein. Der Behälter selbst findet mit der Schnapplippe 12 an dem Gegenstück halt.

Am Farbausgang des Behälters befindet sich ein Stellhahn, der zur Inbetriebnahme geöffnet und zur Farbaufbewahrung geschlossen wird. Eine andere Ventil­ ausführung (Fig. 4), würde mittels federangepreßter Kugel den Behälter selbsttätig verschließen und beim Aufstecken des Behälters die Kugel durch den eindringen­ den Düsenkanal 3 aus seiner Dichtungsposition gedrückt werden.

Die Farbeinfüllung geschieht über den Behälterdeckel, der als Schraub- oder Schnappverschluß ausgelegt ist.

Das Baukonzept erlaubt es, in den Farbausgang einen Filtereinsatz auszugestalten, der beispielsweise quer zur Behälterachse eingefügt ist. Der Vorzug eines Filters ist bei verstopfungsanfälligen Farben ersichtlich.

Der Entlüftungskanal 4 ragt weit in den Behälter hinein, damit bei steuerbedingtem Druckwechsel keine Farbe mit herausgepreßt wird. Verständlicherweise darf nicht zuviel Farbe eingefüllt und der Behälter nicht horizontal benutzt werden.

Durch diesen Entlüftungskanal 4 und dem Steuerluftkanal 2 erfolgt die pneumati­ sche Druckregulierung. Das Aufstauventil zum Druckausgleich (siehe oben), stellt die feingängige Rändelschraube 16 dar. Ein Hineindrehen dieser Schraube bewirkt ein Aufstauen der Steuerluft und somit eine Verstärkung des aus der Düse 8 aus­ tretenden Farbstrahls. Sinn ist es jedoch, durch Herausdrehen der Ventilschraube 16 den Sprühstrahl gerade soweit zu reduzieren, daß keine Farbe zur Düse austritt; jetzt ist der Behälterdruck exakt dem der Luftdüse erzeugten Druck angeglichen. Dieser Ausgleichdruck kann durchaus über dem atmosphärischen Druck liegen. Durch das Abdecken der Entlüftungsöffnung 3 wird jedoch ein höherer Druck er­ reicht. Man kann von einem Einspritzen der Farbe in den Luftstrom reden.

Um den Maximaldruck bei völliger Abdeckung der Entlüftungsöffnung zu begren­ zen, wird eine Ventilschraube 15 in einen Zweigstrom 14 herausgeschraubt. Somit läßt sich der austretende Sprühstrahl bei Betätigung der Spritzpistole bis zum fein­ sten begrenzen.

Fig. 5 zeigt die notwendige Düsenveränderung die es erlaubt die beschriebene Spritzpistole als Zeichengerät, zum Zeichnen feiner Striche, zu benutzen.

Dies geschieht mit einer verlängerten Farbdüse 12 und einer Luftdüse 18, die aller­ dings keine Luftöffnung bietet, sondern lediglich die Farbdüse abstützt. Durch die Steckpassungen der Düsen ist dieser Umbau in wenigen Sekunden getan.

Die austretende Farbmenge läßt sich genau wie beim Airbrush regeln. Die Farbe wird beim Aufsetzen der Düse auf den Zeichengrund selbsttätig durch die Kapillar­ kraft zwischen Düse und Zeichengrund herausgesogen.

Fig. 6 zeigt von Fig. 2 ausgehend den abgeänderten Behälter zum Gebrauch als Sandstrahlgerät. Der Entlüftungskanal 4 endet in den Filter 40, der den Sand bei der Entlüftungsphase davon abhält, in die Steuerkanäle zu dringen.

Der Düsenkanal 41 ragt bis zum Deckel hoch, damit dort das Luft-Sand-Gemisch zur Düse strömt. Die Luft und Sanddüse müssen natürlich weit größer ausgestaltet werden als zur Flüssigkeitsverarbeitung. Die Steuerung entspricht der be­ schriebenen Spritzpistole.

Der Anwendungsbereich der beschriebenen Geräte bezieht sich schwerpunkts­ mäßig auf die graphische Darstellung, beispielsweise für Fotoretuschen, Illustratio­ nen oder für den Hobbygebrauch.

Da sich herstellungstechnisch die langen Kanälchen nicht spanenderweise bohren lassen, bietet sich das Kunststoffspritzgußverfahren für das Steuerteil aber auch für den Farbbehälter an.

Claims (10)

1. Spritzpistole zum zerstäubten Auftragen von Flüssigkeit, bestehend aus einem druckfesten Flüssigkeitsbehälter (5), mit daran anschließenden Flüssigkeitskanal (11) und Flüssigkeitsdüse (8), der die Flüssigkeitsdüse umhüllende Luftdüse (9), dem Entlüftungskanal (4) des Flüssigkeitstanks, und des von der Druckluftquelle ab­ zweigenden und in den Entlüftungskanal endenden Steuerluftkanals (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsfluß zur Düse (8) durch pneumatische Druckvariierung der Luft über der Flüssigkeit im Behälter (5) geschieht, indem durch Auf- oder Abdecken des Entlüftungskanals ein Entlüften bzw. ein Aufstauen des Gasdrucks aus dem Steuerluftkanal (2) im Behälter (5) bewirkt wird. Wesentlich dabei ist die räumlich gedrängte Ausführungsmöglichkeit der gesamten Baueinheit, die sich so in Zeichenstiftgröße realisieren läßt. Das Aufstauen der Luft mittels Auf- und Abdecken des Entlüftungskanals kann entweder mit dem bloßen Finger oder mit einem sonstigen Ventil geschehen, wobei der Entlüftungskanal beispielsweise mit einem Schlauch verlängerbar ist.

2. Spritzpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterdruck im betriebsbereiten Zustand exakt dem erzeugten Druckverhältnis an der Flüssigkeitsdüse angeglichen werden kann, indem die Einmündung des Steuerluftkanals (2) in den Entlüftungskanal (4) axial vom Behälter (5) abweist, so daß sich gemäß des "Wasserstrahleffekts" im Behälter ein Sog bewerkstelligen läßt. Mit einer im Entlüftungskanal befindlichen Stauschraube (16) wird dann durch Aufstauen der Steuerluft der entsprechende Kompensationsdruck erzeugt.

3. Spritzpistole nach Anspruch 1 und 2 mit der Funktion, den maximal erreichbaren Behälterdruck bei Betätigung der Spritzpistole zu limitieren, durch ein Zweigventil (15) in den Zweigkanal (14), vor der Entlüftungsöffnung gekennzeichnet.

4. Spritzpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeits­ behälter (5) mittels Steck- und Preßpassung für Flüssigkeit- und Entlüftungskanal, trennbar ausgelegt wird. Ein Sperrhahn (28) verhindert das Austreten von Flüssigkeit aus dem Behälter (5).

5. Spritzpistole nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Filtereinsatz (29) im Flüssigkeitskanal vor der Austrittsdüse (8).

6. Spritzpistole nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch austauschbare Farb- (8) und Luftdüse (9).

7. Spritzpistole nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Luftventil (Fig. 3) zur Abtrennung der Spritzpistole von dem Druckluftzustrom, wobei dieses Ventil außer­ halb der Spritzpistole im Zuflußschlauch zwischengeschaltet ist. Es ist als Schlauchquetschventil ausgestaltet Mittels eines keilförmig hin- und herbewegba­ ren Stiftes (26) läßt sich der gewünschte Durchflußquerschnitt (24) durch Quet­ schung eines Schlauches (25) fixieren.

8. Zum Sandstrahlgerät abgeänderte Spritzpistole nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß durch die aufgestaute Steuerluft der Sprühsand im Behälter aufgewirbelt wird, und dann als fließfähige Luft-Sandmischung in die Dü­ senzuleitung (41) gelangt. Ein Filter (40) verhindert beim Entlüftungsvorgang ein Austreten von Sand aus dem Entlüftungskanal (4). Durch den Luftstrom der Luftdüse (9) erfahren die Sandteilchen die erforderliche Geschwindigkeit zum Abtragen einer Oberfläche.

9. Zum Zeichenstift abgeänderte Spritzpistole nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeich­ net durch einen fehlenden Luftaustritt an der Luftdüse (18) und mit einer auf den Zeichengrund aufsetzbaren Farbdüse (12), zur Handhabung wie ein gewöhnlicher Tuschestift, jedoch mit der Möglichkeit den Farbauftrag verschieden satt mit der Ventilschraube (16) einzustellen.

10. Spritzpistole nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß anstatt von Luft, jedes andere gasförmige Medium benutzt werden kann.