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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen triboelektrischen Zerstäuber zum
Auftragen eines elektrostatischen Pulverlacks.
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Das
Funktionsprinzip eines triboelektrischen Zerstäubers zum Auftragen eines elektrostatischen Pulverlacks
ist folgendermaßen:
Der
von der so genannten Transportluft geförderte Lack in Form eines isolierenden
Pulvers lädt
sich durch Reibung an einem isolierenden Material elektrostatisch
auf, was dazu geeignet ist, ihm Elektronen zu entziehen, so daß der Lack
sich positiv auflädt.
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Ein
nach diesem Prinzip funktionierender triboelektrischer Zerstäuber, der
aus dem Dokument
EP 592137 bekannt
ist, umfasst die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Das
isolierende Material, das durch Reibung für die elektrostatische Aufladung
des Pulvers sorgt, bildet die Wand des oben erwähnten Kanals, der die Luft
und das Pulver fördert.
Dieses isolierende Material ist durch Verbindungen zwischen Komponenten des
Zerstäubers
elektrisch mit der Erde verbunden, so dass es insgesamt elektrisch
neutral bleibt, wobei seine Ladung permanent durch "Kriechströme" (Oberflächenstrom)
gegen den Erdungsanschluss fließt.
Man beachte, je größer die
Reibkraft des Pulvers auf den Wänden
des Aufladekanals ist, desto besser ist die elektrische Aufladung
des Pulvers.
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Viele
Dokumente beschreiben schon diese Art von triboelektrischen Zerstäubern. Beispielhaft können hier
die europäischen
Patentanmeldungen
EP 0163118 ,
EP 0199054 ,
EP 0314049 ,
EP 0592137 und
EP 0818245 oder auch die internationalen
Patentanmeldungen
WO 88/08332 ,
WO 92/11950 und
WO 98/25707 genannt werden.
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Der
Großteil
der in diesen Dokumenten beschriebenen triboelektrischen Zerstäuber weisen
als Aufladekanal einen ringförmigen,
relativ gestreckten Raum auf, der durch Elemente begrenzt ist, an
welchen das von der Luft geförderte
Pulver sich reiben und aufladen wird. Der ringförmige Aufladekanal ist innen
durch einen zentralen Kern begrenzt, der vorzugsweise in Seitenansicht
eine wellige Gestalt besitzt (siehe insbesondere die oben erwähnten Dokumente
EP 0314049 (
3),
EP 0592137 und
WO 92/11950 ), um das Aufrühren des
Pulvers zu erhöhen und
damit auch seinen Kontakt mit dem isolierenden Material zu verbessern,
das für
seine Aufladung sorgen soll. Dieser zentrale Kern wird im Inneren
eines den Aufladekanal außen
begrenzenden Außenkörpers durch
Zentrierelemente gehalten, die an jedem Ende des besagten Kanals
befestigt sind. Dieser zentrale Kern kann ein konisches Ende auf
der Eingangsseite des Aufladekanals beinhalten, so daß das Pulver
in dem ringförmigen
Raum, der den Kanal bildet, verteilt wird; das andere Ende des zentralen Kerns,
das auf der Ausgangsseite des Aufladekanals liegt, kann gleichfalls
von konischer Gestalt sein, um das aufgeladene Pulver zu sammeln,
bevor es in die kleinen Ausgangskanäle geleitet wird, die zu den
Mitteln zum Abgeben der Strahlen des Luft/Pulver-Gemischs gehören oder
mit ihnen verbunden sind, wobei diese Mittel in der Praxis von einer
Düse gebildet werden.
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Üblicherweise
ist in dem hinteren Teil des triboelektrischen Zerstäubers ein
Lufteinlass entlang der Mittelachse dieses Zerstäubers realisiert. Hingegen
ist bei einem Großteil
der bekannten Ausführungen
ein zusätzlicher
Luft- und gegebenenfalls Pulvereinlass senkrecht zur Mittelachse
des Zerstäubers stromauf
des Eingangskegels des Aufladekanals angeordnet – siehe zum Beispiel die oben
erwähnten Dokumente
EP 0592137 und
EP 0818245 . Die Anwesenheit eines "senkrechten" Injektionsmittels,
das ein Hindernis darstellt, erzeugt Störungen; insbesondere ist sie
die Ursache für
vorzeitige Verschleißerscheinungen
und/oder Ansammlungen des Pulvers am Haltepunkt.
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Außerdem benötigt die
Erdung insbesondere des zentralen Kerns des Aufladekanals in den
aktuellen triboelektrischen Zerstäubern die Anbringung von Teilen,
die die Montage erschweren; diese Erdung wird im Allgemeinen an
der äußeren Peripherie
und gegen den hinteren Teil des Gehäuses des Zerstäubers gemacht.
Im Hinblick auf die Kräfte
und elektrischen Felder, die von den erzeugten Ladungen aufgebracht
werden, sind häufig Überschläge zwischen dem
inneren Teil des Zerstäubers
und seinem Erdungsbereich zu beobachten, die dazu führen, daß mehr oder
weniger häufig
Teile ersetzt werden, die an sich keine Verschleißteile sind.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, all diese Unannehmlichkeiten
der aktuellen triboelektrischen Zerstäuber zu vermeiden, indem ein
Luft- und Pulvereinlasssystem zur Verfügung gestellt wird, das Verschleiß und Pulveransammlung
vermeidet, wobei es die Erdung noch vereinfacht.
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Zu
diesem Zweck, ist bei dem triboelektrischen Zerstäuber der
eingangs genannten Art, der Gegenstand der Erfindung ist, vorgesehen,
dass:
- – der
Pulvereinlass unter einem spitzen Winkel mit dem Lufteinlass in
einem Punkt zusammenläuft,
der stromauf des Aufladekanals liegt.
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Folglich
ist jedes Injektionselement, das ein Hindernis für die Strömung darstellt, beseitigt,
wobei der Lufteinlass und der Pulvereinlass unter einem spitzen
Winkel zusammenlaufen bevor das Luft/Pulver-Gemisch in den Verwirbelungs-
und Aufladebereich gelangt.
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Vorteilhaft
wird der Pulvereinlass, der mit dem Lufteinlass zusammenläuft, durch
einen Pulverkanal gebildet, der auf der Rückseite des Zerstäubers mündet, was
den Platzbedarf reduziert und die Anschlüsse vereinfacht.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
des triboelektrischen Zerstäubers,
der Gegenstand der Erfindung ist, ist der Aufladekanal ein Kanal
mit einem nicht gleichbleibenden kreisförmigen Querschnitt mit aufeinanderfolgenden
Verengungen, wobei der Punkt des Zusammenlaufens des Pulvereinlasses und
des Lufteinlasses stromauf der ersten Verengung des Aufladekanals
liegt. Die Wahl eines solchen Aufladekanals kann im Vergleich zu
einem Aufladekanal mit einem ringförmigen Querschnitt Vorteile
bieten, insbesondere im Sinne einer gewissen konstruktiven Vereinfachung
(Wegfall des zentralen Kerns) und einer Verbesserung des Betriebs
(Wegfall des Risikos des Verstopfens des ringförmigen Raums durch das Pulver).
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Jedoch
bleibt die Erfindung kompatibel zu einem triboelek trischen Zerstäuber, bei
dem der Aufladekanal ein Kanal mit einem ringförmigen Querschnitt ist, der
einen zentralen Kern mit einem rückseitigen
Kegel umfaßt,
wobei in diesem Fall der Punkt des Zusammenlaufens des Pulvereinlasses und
des Luftstromes stromauf der Spitze des besagten Kegels liegt.
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In
jedem Fall erlauben es die Verengungen des Querschnitts, die entlang
des Aufladekanals vorgesehen sind, Auftreffbereiche des Pulvers
auf dem isolierenden Material vorzusehen, was ein Aufladen gewährleistet.
Ganz besonders in dem Falle, dass der Aufladekanal einen ringförmigen Querschnitt
besitzt, ist dieser ringförmige
Querschnitt nicht gleichbleibend und hat aufeinanderfolgende Verengungen.
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Zudem
ist stromab des Aufladekanals vorteilhaft ein Drosselungsbereich
vorgesehen, der in eine Homogenisierungskammer führt, von der aus die Mittel
zum Abgeben des mindestens einen Strahls des Luft/Pulver-Gemischs
versorgt werden. Diese letzte Verengung erlaubt es, das Gemisch
aus Luft und Pulver zu beschleunigen, um das Pulver vor seiner Verteilung
in die Ausgangskanäle
auf homogene Weise in Suspension zu bringen.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung wird der axiale Lufteinlass durch
einen Injektor aus elektrisch leitendem Material gebildet, der zugleich
ein Erdungselement darstellt. Diese Anordnung erlaubt es, die Erdung
einfacher zu realisieren, da die an dem Pulver abgenommenen elektrischen Ladungen über den
Luftinjektor abfließen.
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Die
Erfindung wird mit Hilfe der folgenden Beschreibung, die Bezug auf
die beigefügten
schematischen Zeichnungen Bezug nimmt, welche beispielhaft einige
Ausführungsformen
dieses triboelektrischen Zerstäubers
darstellen, besser verstanden werden:
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1 ist
eine äußere Seitenansicht
eines triboelektrischen Zerstäubers
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Ansicht des triboelektrischen Zerstäubers von 1 von
hinten;
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3 ist
ein Längsschnitt
dieses Zerstäubers
längs der
Schnittlinie III-III von 2;
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4 ist
dabei ein anderer Längsschnitt längs der
Schnittlinie IV-IV von 2;
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5 ist
ein Längsschnitt
analog zu 3, in der eine Variante dieses
triboelektrischen Zerstäubers
gezeigt ist.
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Der
triboelektrische Zerstäuber,
der in den 1 bis 4 dargestellt
ist und insgesamt durch die Bezugsziffer 1 bezeichnet ist,
umfasst ein Hauptgehäuse 2 von
im Wesentlichen röhrenförmiger Gestalt
mit einer mit 3 bezeichneten Mittelachse, in welchem ein
gestreckter Block 4 aus isolierendem Material angeordnet
ist, der einen auf die Achse 3 zentrierten Aufladekanal 5 begrenzt.
In dem betrachteten Beispiel hat der Aufladekanal 5 kreisförmigen Querschnitt.
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Hinter
dem Hauptgehäuse 2 ist
ein Injektionsansatz 6 vorgesehen, der mittels einer schraubbaren
Verbindungsmuffe 7 unter Zwischenschaltung von Zentrierstiften 8 mit
besagtem Gehäuse 2 mechanisch
verbunden ist. Der Injektionsansatz 6 selbst ist mittels
eines Befestigungsstifts 9 mechanisch mit dem Ende eines
beweglichen Armes 10 (teilweise dargestellt) verbunden,
der zu einem Lackierroboter gehört,
womit der Zerstäuber 1 von
dem Roboterarm 10 gehalten und bewegt wird.
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Im
Verbindungsbereich zwischen dem Aufladekanal 4, 5 und
dem Ansatz 6 und längs
der Mittelachse 3 ist ein Injektor 11 für Luft angeordnet.
Dieser Injektor 11 ist aus elektrisch leitendem Material
mit einem guten Reibungskoeffizient hergestellt, so z. B. graphithaltigem
Polytetrafluorethylen (PTFE), und ist geerdet. Zu diesem Zweck ist
an dem Ansatz 6 eine Erdungsschraube 12 vorgesehen,
deren Kopf mit einem Kragen des Injektors für Luft 11 in Kontakt kommt
(siehe 4).
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Ein
Einlassstutzen 13 für
Luft/Pulver-Gemisch ist zudem in dem Einspritzansatz 6 parallel
zur Mittelachse 3 montiert, also in seitlicher Position
bezogen auf den Injektor 11 für Luft. Der Stutzen 13 mündet so
auf der Rückseite 14 des
Ansatzes 6.
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Der
Stutzen 13 ist nach vorne durch einen kurzen schrägen Kanal 15 verlängert, der
unter einem spitzen Winkel A in einem Punkt P mit dem Eingang des
Aufladekanals 4, 5 gerade stromab des Injektors 11 für Luft zusammenläuft.
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Auf
diese Weise erlaubt der Injektor 11 für Luft, ein das Luft/Pulver-Gemisch
in Bewegung zu versetzen, das durch den schrägen Kanal 15 in den Eingang
des Aufladekanals 4, 5 gelangt. Die Anordnung
ermöglicht
es, in dem Aufladekanal 4, 5 eine turbulente und
schnelle Strömung
zu erlangen, wobei jede laminare Strömung vermieden wird, die eine
Reduktion der für
die elektrostatische Aufladung des Pulvers nötigen Reibungskontakt zur Folge
hätte.
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Zudem
bilden die Verengungen 16, die aufeinanderfolgend längs des
Aufladekanals 4, 5 angeordnet sind, das heißt also
die Verminderungen des Durchmessers, des kreisförmigen Querschnitts dieses
Kanals, Auftreffbereiche des Pulvers, die den Reibkontakt des letzteren
auf dem Material des Blocks 4 verbessern, der den eigentlichen
Aufladekanal 5 begrenzt.
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Am
stromabwärtigen
Ende des Aufladekanals 4, 5 befindet sich ein
Ausgangskegel 17, der es ermöglicht, das (aufgeladene) Luft/Pulver-Gemisch in
die Ausgangskanäle 18,
die in einer vor dem Zerstäuber 1 befestigten
Blasdüse
ausgebildet sind, zu verteilen. Die Düse 19 selbst nimmt
einen Auslassstopfen 20 auf, dessen Aufbau von dem am Ende
des Zerstäubers
gewünschten
Strahltyps abhängt,
zum Beispiel ein flacher Strahl.
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Die 5,
in welcher die Komponenten, die jenen vorher schon beschriebenen
entsprechen, durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, stellt
eine Variante des triboelektrischen Zerstäubers 1, der Gegenstand
der Erfindung ist, dar.
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Insbesondere
ist bei dieser Variante immer ein Injektor 11 für Luft vorgesehen,
der in der Mittelachse 3 des Zerstäubers 1 gelegen ist
und ein Einlassstutzen 13 für Luft/Pulver-Gemisch, welcher
seitlich angeordnet und durch einen schrägen Kanal verlängert ist,
der in einem Punkt P mit dem Ausgang des Injektors 11 für Luft konvergiert,
wobei ein spitzer Winkel A mit der Achse 3 gebildet wird.
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Im
Gegensatz zu der Ausführungsweise
der 1 bis 4, weist die Variante der 5 einen Aufladekanal 5 mit
einem ringförmigen
Querschnitt (keinen kreisförmigen)
auf, der außen
durch ein Rohr 21 und innen durch einen zentralen Kern 22 begrenzt ist,
wobei das Rohr 21 und der zentrale Kern 22 koaxial
und auf die Achse 3 zentriert sind.
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Der
zentrale Kern 22 hat einen hinteren Kegel 22a,
der stromab des Punktes P des Zusammenlaufens des schrägen Kanals 15 mit
dem Ausgang des Injektors 11 für Luft angeordnet ist.
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Der
Aufladekanal 5 zeigt auch hier aufeinanderfolgende Verengungen
(in 5 nicht näher
gezeigt), die ihm einen von stromaufwärts nach stromabwärts abnehmenden
ringförmigen
Querschnitt geben.
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Der
zentrale Kern 22 weist auch einen vorderen Kegel 22b auf,
der von einem Drosselungsbereich 23 umgeben ist, welcher
den Aufladekanal 5 mit einem kleiner werdenden Querschnitt
verlängert
und der in einer zentralen Homogenisierungskammer 24 mündet. Stromab
dieser Homogenisierungskammer 24 findet man wieder eine
Ausgangskegel 17, der das (geladene) Luft/Pulver-Gemisch
in die Ausgangskanäle 18 einer
Blasdüse 19 verteilt,
welche selbst mit einem Auslassstopfen 20 versehen ist,
welcher zum Beispiel so ausgebildet ist, dass ein flacher Strahl
ausgestoßen
wird.
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Man
sieht, dass bei dieser Variante die Erdung des Rohrs 21,
das den Aufladekanal 5 mit einem ringförmigen Querschnitt außen begrenzt,
mittels einer Kontaktzunge 25 sichergestellt wird.
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In
allen Fällen
erlaubt das Abschrauben der Verbindungsmuffe 7 schnelles
Abnehmen des Ansatzes 6, insbesondere um die Reinigung
vorzunehmen, dabei folgt die Montage dieser Muffe 7 unter
Zwischenschaltung von Dichtringen (nicht dargestellt).
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Die
Anzahl und die Anordnung der Stifte 8 und 9 oder
die Geometrie des Auslassstopfens 20 sind änderbar,
ohne daß man
den Rahmen der Erfindung verläßt, wie
er in den beigefügten
Ansprüchen definiert
ist.