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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Technik betrifft allgemein Sprühsysteme und insbesondere industrielle
Sprühbeschichtungssysteme.
Die vorliegende Technik stellt speziell ein System und ein Verfahren
zur Verbesserung der Zerstäubung
in einer Sprühbeschichtungsvorrichtung
durch inneres Mischen und Aufbrechen des Fluids vor der Zerstäubung in
einem Spraybildungsabschnitt der Sprühbeschichtungsvorrichtung bereit.
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Die
Schrift
US 3 190 564 offenbart
eine Sprühbeschichtungsvorrichtung
zum Sprühen
von flüssigem
Beschichtungsmaterial unter hohem Druck, wobei der Sprühprozess
ohne Verwendung von Druckluft als Zerstäubungsmedium durchgeführt wird.
Das herkömmliche
System umfasst eine Fluidzufuhranordnung, die einen sich von einer
Fluideinlasskupplung zu einer Fluidzufuhrspitzenanordnung erstreckenden
Fluiddurchgang aufweist. Im Stand der Technik wird eine schnelle Öffnungsbewegung der
Fluidsteuerventilanordnung berücksichtigt,
um gleichförmigere
trübe und
dadurch verbesserte Beschichtungen zu erzeugen. Dazu ist die Fluidsteuerventilanordnung
für eine
leichtere manuelle Betätigung
ausgeführt.
Im Einzelnen umfasst das herkömmliche
System eine Flüssigkeitskammer,
eine mit der Kammer in Verbindung stehende Sprühdüse und eine Austragsöffnung zwischen
der Kammer und der Sprühdüse. Des
Weiteren ist eine fluiddichte Packungsmaterialdichtung, die die
Wand der Fluidkammer zur Öffnung
bildet, vorgesehen. Die Dichtung weist einen dort hindurch gehenden
eingeengten Führungsdurchgang
auf, der axial auf die Öffnung ausgerichtet
ist.
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Sprühbeschichtungsvorrichtungen
werden zum Auftragen einer Sprühbeschichtung
auf die verschiedensten Erzeugnisarten und Materialien, wie zum
Beispiel Holz und Metall, verwendet. Die für jede verschiedene industrielle
Anwendung verwendeten Sprühbeschichtungsfluide
können
sich stark unterscheidende Fluideigenschaften und gewünschte Beschichtungseigenschaften
aufweisen. Zum Beispiel handelt es sich bei Holzbeschichtungsfluiden/-beizen im
Allgemeinen um viskose Fluide, die im ganzen Fluid bzw. in der ganzen
Beize große
Partikel/Ligamente aufweisen können.
Bestehende Sprühbeschichtungsvorrichtungen,
wie zum Beispiel Luftzerstäubungs-Sprühpistolen,
sind oftmals nicht in der Lage, die vorhergehenden Partikel/Ligamente
aufzubrechen. Die sich ergebende Sprühbeschichtung weist ein unerwünscht inkonsistentes
Erscheinungsbild auf, das durch Fleckenbildung und verschiedene andere
Unregelmäßigkeiten
in der Struktur, in den Farben und im Gesamterscheinungsbild gekennzeichnet
ist. In Luftzerstäubungs-Spritzpistolen,
die mit relativ geringen Luftdrücken,
wie zum Beispiel unter 0,6894757 bar (10 psi) arbeiten, sind die
vorhergehenden Beschichtungsunregelmäßigen besonders offensichtlich.
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Demgemäß ist eine
Technik zum Mischen und Aufbrechen eines gewünschten Beschichtungsfluids
vor der Zerstäubung
in einem Spraybildungsabschnitt einer Sprühbeschichtungsvorrichtung erforderlich.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Technik stellt ein System und ein Verfahren zur Verbesserung
der Zerstäubung in
einer Sprühbeschichtungsvorrichtung
durch inneres Mischen und Aufbrechen eines gewünschten Beschichtungsfluids
vor der Zerstäubung
in einem Spraybildungsabschnitt der Sprühbeschichtungsvorrichtung bereit.
Eine beispielhafte Sprühbeschichtungsvorrichtung
der vorliegenden Technik weist ein Gemischeinleitventil auf, das
neben einer Strömungssperre
stromaufwärts
eines Spraybildungsauslasses angeordnet ist. Das Gemischeinleitventil kann
die verschiedensten stumpfen/abgewinkelten Strukturen und inneren
Durchgänge
zur Erleichterung des Mischens des Fluids aufweisen. Des Weiteren
kann das Gemischeinleitventil mit der Strömungssperre zusammenwirken,
um das Mischen und das Aufbrechen des Fluids zu verbessern. Eine Ausführungsform
der vorliegenden Sprühbeschichtungsvorrichtung
weist einen inneren Fluidaufbrechabschnitt, wie zum Beispiel einen
Aufprallstrahlabschnitt, neben dem Gemischeinleitventil auf. Die
sich ergebende Sprühbeschichtung
weist verfeinerte Eigenschaften, wie zum Beispiel verringerte Fleckenbildung,
auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorhergehenden und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden
bei Lektüre
der folgenden ausführlichen
Beschreibung und bei Bezugnahme auf die Zeichnungen offensichtlich.
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1 ist
ein Diagramm, das ein beispielhaftes Sprühbeschichtungssystem der vorliegenden Technik
darstellt;
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2 ist
ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Sprühbeschichtungsprozess der vorliegenden
Technik darstellt;
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3 ist
eine Querschnittsseitenansicht einer beispielhaften Sprühbeschichtungsvorrichtung, die
in dem Sprühbeschichtungssystem
und dem Sprühbeschichtungsverfahren
nach den 1 und 2 verwendet
wird;
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4 ist
eine Teilquerschnittsseitenansicht beispielhafter Fluidmisch- und
-aufbrechabschnitte und eines eine stumpfe Spitze aufweisenden Fluidventils
in einer Fluidzufuhrspitzenanordnung der Sprühbeschichtungsvorrichtung nach 3;
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5 ist
eine Teilquerschnittsseitenansicht der Fluidzufuhrspitzenanordnung
nach 4, die weiterhin das eine stumpfe Spitze aufweisende
Fluidventil, den Fluidmischabschnitt und einen divergierenden Durchgangsabschnitt
des Fluidaufbrechabschnitts darstellt;
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6 ist
eine Teilquerschnittsvorderansicht des in 5 dargestellten
Fluidmischabschnitts;
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7 ist
eine Teilquerschnittsseitenansicht der Fluidzufuhrspitzenanordnung
nach den 4 und 5, die weiterhin
das eine stumpfe Spitze aufweisende Fluidventil, den Fluidmischabschnitt
und den divergierenden Durchgangsabschnitt aufweist, der gemäß der Darstellung
in 6 um 45 Grad gedreht ist;
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8 ist
eine Teilquerschnittsvorderansicht eines Zwischendurchgangs zwischen
dem divergierenden Durchgangsabschnitt und einem konvergierenden
Durchgangsabschnitt des in 4 dargestellten
Fluidaufbrechabschnitts;
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9 ist
eine Teilquerschnittsseitenansicht der Fluidzufuhrspitzenanordnung
nach 4, die weiterhin einen Fluidaufprallbereich des
Fluidaufbrechabschnitts zeigt;
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10 ist
eine Teilquerschnittsseitenansicht einer alternativen Ausführungsform
der Fluidzufuhrspitzenanordnung von 4 mit dem
divergierenden Durchgangsabschnitt ohne den in 9 dargestellten
konvergierenden Durchgangsabschnitt;
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11 ist
eine Teilquerschnittsseitenansicht einer anderen alternativen Ausführungsform
der Fluidzufuhrspitzenanordnung nach 4 mit dem
konvergierenden Durchgangsabschnitt ohne den in den 5 und 7 dargestellten
divergierenden Durchgangsabschnitt;
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12 ist
eine Teilquerschnittsseitenansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform
der Fluidzufuhrspitzenanordnung nach 4 mit einem
modifizierten Fluidventil, das sich durch den Fluidmisch- und -aufbrechabschnitt
erstreckt;
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13 ist
eine Teilquerschnittsseitenansicht einer anderen alternativen Ausführungsform
der Fluidzufuhrspitzenanordnung nach 4 mit einem hohlen
Fluidventil neben dem Fluidmischabschnitt;
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14 ist
eine Teilquerschnittsseitenansicht der Fluidzufuhrspitzenanordnung
nach 4 mit einem alternativen Fluidventil mit einem
entfernbaren und austauschbaren Spitzenabschnitt;
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15 ist
eine Teilquerschnittsseitenansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform
der Fluidzufuhrspitzenanordnung nach 4 mit einem
alternativen konvergierenden Durchgangsabschnitt und einem eine
stumpfe Spitze aufweisenden Fluidventil;
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16 ist
ein Ablaufdiagramm, das einen die in den 3–15 dargestellte
Sprühbeschichtungsvorrichtung
verwendenden beispielhaften Sprühbeschichtungsprozess
darstellt; und
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17 ist
ein Ablaufdiagramm, das einen die in den 3–15 dargestellte
Fluidbeschichtungsvorrichtung verwendenden beispielhaften Fluidaufbrech-
und Sprühbeschichtungsprozess
der vorliegenden Technik darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG SPEZIFISCHER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie
unten ausführlich
besprochen, stellt die vorliegende Technik einen verfeinerten Spray
zur Beschichtung und für
andere Sprühanwendungen
durch inneres Mischen und Aufbrechen des Fluids in der Sprühbeschichtungsvorrichtung
bereit. Dieses innere Mischen und Aufbrechen wird durch Leiten des
Fluids durch einen oder mehrere Durchgänge mit verschiedener Geometrie,
die scharfe Biegungen, abrupte Ausdehnungen oder Verengungen aufweisen können, oder
andere Gemischeinleitströmungswege erreicht.
Zum Beispiel kann die vorliegende Technik das Fluid durch oder um
ein modifiziertes Nadelventil herum leiten, das einen oder mehrere
stumpfe oder abgewinkelte Ränder,
innere Strömungsdurchgänge und
Strukturen mit verschiedener Geometrie aufweist. Des Weiteren kann
die vorliegende Technik eine Strömungssperre,
wie zum Beispiel eine Blockade im Fluiddurchgang bereitstellen,
wobei sich ein oder mehrere eingeengte Durchgänge dadurch erstrecken, um
das Mischen von Fluid und das Aufbrechen von Partikeln zu erleichtern.
Zum Beispiel kann die Strömungssperre
ein Mischen des Fluids in einem Mischhohlraum zwischen der Strömungssperre und
dem modifizierten Nadelventil einleiten. Die Strömungssperre kann des Weiteren
Fluidstrahlen von dem einen oder den mehreren eingeengten Durchgängen erzeugen,
so dass die Partikel/Ligamente in der Fluidströmung aufbrechen, wenn die Fluidstrahlen
auf eine Fläche
aufprallen oder gegeneinander prallen. Des Weiteren kann die vorliegende
Technik das innere Mischen und Aufbrechen für ein bestimmtes Fluid und
eine bestimmte Sprühanwendung durch Änderung
der Aufprallwinkel und -geschwindigkeiten der Fluidstrahlen, Änderung
der Strömungsdurchgangsgeometrien,
Modifizierung der Nadelventilstruktur und Änderung des Spraybildungsmechanismus
zur Erzeugung eines Sprays optimieren.
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1 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Sprühbeschichtungssystem 10 darstellt, das
eine Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 zum Aufbringen
einer gewünschten
Beschichtung auf ein Zielobjekt 14 umfasst. Die Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 kann
mit den verschiedensten Versorgungs- und Steuersystemen, wie zum
Beispiel einer Fluidversorgung 16, einer Luftversorgung 18 und
einem Steuersystem 20, verbunden werden. Das Steuersystem 20 erleichtert
die Steuerung der Fluid- und Luftversorgung 16 und 18 und
gewährleistet,
dass die Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 eine
Sprühbeschichtung
akzeptabler Qualität
auf das Zielobjekt 14 bereitstellt. Zum Beispiel kann das
Steuersystem 20 ein Automatisierungssystem 22,
ein Positioniersystem 24, eine Fluidversorgungssteuerung 26,
eine Luftzufuhrsteuerung 28, ein Rechnersystem 30 und eine
Benutzerschnittstelle 32 enthalten. Das Steuersystem 20 kann
auch mit einem Positioniersystem 34 verbunden sein, das
die Bewegung des Zielobjekts 14 bezüglich der Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 erleichtert.
Demgemäß kann das
Sprühbeschichtungssystem 10 (ein)
rechnergesteuerte(s) Gemisch des Beschichtungsfluids, Fluid- und
Luftdurchflüsse und
Sprühmuster
bereitstellen. Des Weiteren kann das Positioniersystem 34 einen
durch das Steuersystem 20 gesteuerten Roboterarm enthalten,
so dass die Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 die
gesamte Fläche
des Zielobjekts 14 auf gleichförmige und effiziente Weise
bedeckt.
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Das
Sprühbeschichtungssystem 10 nach 1 ist
auf die verschiedensten Anwendungen, Fluide, Zielobjekte und Arten/Konfigurationen
der Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 anwendbar.
Zum Beispiel kann ein Benutzer ein gewünschtes Fluid 40 von
mehreren verschiedenen Beschichtungsfluiden 42 auswählen, die
verschiedene Beschichtungsarten, Farben, Strukturen und Eigenschaften
für die verschiedensten
Materialien, wie zum Beispiel Metall und Holz, enthalten können. Des
Weiteren kann der Benutzer ein gewünschtes Objekt 36 von
den verschiedensten Objekten 38, wie zum Beispiel verschiedene
Material- und Produktarten, auswählen. Wie
unten ausführlicher
besprochen, kann die Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 des
Weiteren die verschiedensten Komponenten und Spraybildungsmechanismen
umfassen, um dem (der) vom Benutzer ausgewählten Zielobjekt 14 und
Fluidversorgung 16 Rechnung zu tragen. Zum Beispiel kann
die Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 einen
Luftzerstäuber, einen
Drehzerstäuber,
einen elektrostatischen Zerstäuber
oder irgendeinen anderen geeigneten Spraybildungsmechanismus umfassen.
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2 ist
ein Ablaufschema eines beispielhaften Sprühbeschichtungsprozesses 100 zum
Auftragen einer gewünschten
Sprühbeschichtung
auf das Zielobjekt 14. Wie dargestellt, verfährt der
Prozess 100 durch Identifizieren des Zielobjekts 14 zum Auftragen
des gewünschten
Fluids (Block 102). Dann wählt der Prozess 100 das
gewünschte
Fluid 40 zum Auftragen auf eine Sprühfläche des Zielobjekts 14 aus
(Block 104). Danach kann ein Benutzer die Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 für das identifizierte
Zielobjekt 14 und das gewählte Fluid 40 konfigurieren
(Block 106). Wenn der Benutzer die Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 einstellt,
erzeugt der Prozess 100 einen zerstäubten Spray des gewählten Fluids 40 (Block 108).
Dann kann der Benutzer eine Beschichtung des zerstäubten Sprays über die
gewünschte
Fläche
des Zielobjekts 14 auftragen (Block 110). Danach
härtet
der Prozess 100 die über
die gewünschte
Fläche
aufgetragene Beschichtung aus oder trocknet sie (Block 112).
Wenn von dem Benutzer an Abfrageblock 114 eine zusätzliche
Beschichtung mit dem gewählten
Fluid 40 gewünscht
wird, dann fährt
der Prozess 100 durch die Blöcke 108, 110 und 112 fort,
um eine weitere Beschichtung des gewählten Fluids 40 zu
bilden. Wenn der Benutzer an Abfrageblock 114 keine zusätzliche
Beschichtung des gewählten
Fluids wünscht,
dann geht der Prozess 100 zu Abfrageblock 116 über, um
zu ermitteln, ob von dem Benutzer eine Beschichtung mit einem neuen
Fluid erwünscht
ist. Wenn der Benutzer an Abfrageblock 116 eine Beschichtung
mit einem neuen Fluid wünscht,
dann fährt
der Prozess 100 durch die Blöcke 104–114 unter
Verwendung eines neuen gewählten
Fluids für
die Sprühbeschichtung
fort. Wenn der Benutzer an Abfrageblock 116 keine Beschichtung
mit einem neuen Fluid wünscht,
dann wird der Prozess 100 an Block 118 beendet.
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3 stellt
eine Querschnittsseitenansicht dar, die eine beispielhafte Ausführungsform
der Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 zeigt.
Wie dargestellt, umfasst die Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 eine
Sprühspitzenanordnung 200,
die mit einem Körper 202 verbunden
ist. Die Sprühspitzenanordnung 200 enthält eine
Fluidzufuhrspitzenanordnung 204, die entfernbar in eine
Aufnahme 206 des Körpers 202 eingesetzt
werden kann. Zum Beispiel können
mehrere verschiedene Arten von Sprühbeschichtungsvorrichtungen
zur Aufnahme und Verwendung der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204 konfiguriert
werden. Des Weiteren enthält
die Sprühspitzenanordnung 200 eine
Spraybildungsanordnung 208, die mit der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204 verbunden
ist. Die Spraybildungsanordnung 208 kann die verschiedensten
Spraybildungsmechanismen, zum Beispiel Luft-, Dreh- und elektrostatische
Zerstäubungsmechanismen,
enthalten. Die dargestellte Spraybildungsanordnung 208 umfasst
jedoch eine Luftzerstäubungskappe 210,
die über
eine Sicherungsmutter 212 lösbar am Körper 202 befestigt
ist. Die Luftzerstäubungskappe 210 enthält die verschiedensten Luftzerstäubungsöffnungen,
wie z. B. eine mittlere Zerstäubungsöffnung 214,
die um einen Fluidspitzenauslass 216 von der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204 herum
angeordnet ist. Die Luftzerstäubungskappe 210 kann
des Weiteren eine oder mehrere Spraybildungsöffnungen, wie zum Beispiel
die Spraybildungsöffnungen 218, 220, 222 und 224,
aufweisen, die das Spray zur Bildung eines gewünschten Sprühmusters (zum Beispiel einen
flachen Spray) zwingen. Die Spraybildungsanordnung 208 kann
des Weiteren die verschiedensten anderen Zerstäubungsmechanismen umfassen,
um ein gewünschtes Sprühmuster
und eine gewünschte
Tröpfchenverteilung
zu erreichen.
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Der
Körper 202 der
Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 enthält die verschiedensten
Steuerungen und Versorgungsmechanismen für die Sprühspitzenanordnung 200.
Wie dargestellt, enthält
der Körper 202 eine
Fluidzufuhranordnung 226 mit einem sich von einer Fluideinlasskupplung 230 zur
Fluidzufuhrspitzenanordnung 204 erstreckenden Fluiddurchgang 228.
Die Fluidzufuhranordnung 226 umfasst des Weiteren eine
Fluidventilanordnung 232 zur Steuerung der Fluidströmung durch
den Fluiddurchgang 228 und zur Fluidzufuhrspitzenanordnung 204. Die
dargestellte Fluidventilanordnung 232 weist ein Nadelventil 234 auf,
das sich zwischen der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204 und
einem Fluidventilversteller 236 durch den Körper 202 erstreckt.
Der Fluidventilversteller 236 ist gegen eine zwischen einem hinteren
Abschnitt 240 des Nadelventils 234 und einem inneren
Teil 242 des Fluidventilverstellers 236 angeordnete
Feder 238 drehbar verstellbar. Des Weiteren ist das Nadelventil 234 mit
einem Abzug 244 verbunden, so dass das Nadelventil 234 nach
innen von der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204 weg bewegt
werden kann, wenn der Abzug 244 um ein Drehgelenk 246 entgegen
dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Jedoch kann innerhalb des Schutzbereichs
der vorliegenden Technik auch irgendeine geeignete nach innen oder
außen
zu öffnende
Ventilanordnung verwendet werden. Des Weiteren kann die Fluidventilanordnung 232 die
verschiedensten Packungs- und
Dichtungsanordnungen, wie zum Beispiel die zwischen dem Nadelventil 234 und
dem Körper 202 angeordnete
Packungsanordnung 248, enthalten.
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Des
Weiteren ist eine Luftversorgungsanordnung 250 im Körper 202 angeordnet,
um die Zerstäubung
an der Spraybildungsanordnung 208 zu erleichtern. Die dargestellte
Luftversorgungsanordnung 250 erstreckt sich von einer Lufteinlasskupplung 252 zur Luftzerstäubungskappe 210 über Luftdurchgänge 254 und 256.
Die Luftversorgungsanordnung 250 enthält des Weiteren die verschiedensten
Dichtungsanordnungen, Luftventilanordnungen und Luftventilversteller,
um den Luftdruck und die Luftströmung durch
die Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 aufrechtzuerhalten
und zu regulieren. Zum Beispiel enthält die dargestellte Luftversorgungsanordnung 250 eine
Luftventilanordnung 258, die mit dem Abzug 244 verbunden
ist, so dass durch eine Drehung des Abzugs 244 um das Drehgelenk 246 die
Luftventilanordnung 258 geöffnet wird, damit Luft vom
Luftdurchgang 254 zum Luftdurchgang 256 strömen kann.
Des Weiteren enthält
die Luftversorgungsanordnung 250 einen Luftventilversteller 260,
der mit einer Nadel 262 verbunden ist, so dass die Nadel 262 über Drehung des
Luftventilverstellers 260 beweglich ist, um die Luftströmung zur
Luftzerstäubungskappe 210 zu
regulieren. Wie dargestellt, ist der Abzug 244 sowohl mit
der Fluidventilanordnung 232 als auch mit der Luftventilanordnung 258 verbunden,
so dass Fluid und Luft gleichzeitig zur Sprühspitzenanordnung 200 strömen, wenn
der Abzug 244 zu einem Griff 264 des Körpers 202 gezogen
wird. Wenn die Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 eingeschaltet
ist, erzeugt sie einen zerstäubten
Spray mit einem gewünschten Sprühmuster
und einer gewünschten Tröpfchenverteilung.
Die dargestellte Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 ist
wieder nur eine beispielhafte Vorrichtung der vorliegenden Technik.
Jede beliebige geeignete Art und Konfiguration einer Sprühvorrichtung
kann von dem einzigartigen Mischen des Fluids, Aufbrechen der Partikel
und verfeinerten zerstäubungsaspekten
der vorliegenden Technik profitieren.
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4 ist
eine Querschnittsseitenansicht der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204.
Wie dargestellt, umfasst die Fluidzufuhrspitzenanordnung 204 einen Fluidaufbrechabschnitt 266 und
einen Fluidmischabschnitt 268, die in einem mittleren Durchgang 270 eines
Gehäuses 272 angeordnet
sind, das entfernbar in die Aufnahme 206 des Körpers 202 eingesetzt werden
kann. Stromabwärts
des Fluidaufbrechabschnitts 266 erstreckt sich der mittlere
Durchgang 270 in einen Fluidspitzenauslassdurchgang 274,
der einen konvergierenden Abschnitt 276 aufweist, an den
sich ein konstanter Abschnitt 278 neben dem Fluidspitzenauslass 216 anschließt. Irgendeine
andere geeignete Fluidspitzenauslassgeometrie liegt auch im Schutzbereich
der vorliegenden Technik. Stromaufwärts des Fluidaufbrechabschnitts 266 und des
Fluidmischabschnitts 268 steuert das Nadelventil 234 die
Fluidströmung
in und durch die Fluidzufuhrspitzenanordnung 204. Wie dargestellt,
umfasst das Nadelventil 234 eine Nadelspitze 280 mit
einer Stoßfläche 282,
die gegen eine Stoßfläche 284 des
Fluidmischabschnitts 268 entfernbar abdichtbar ist. Demgemäß bewegt
sich das Nadelventil 234 von der Stoßfläche 284 weg nach innen,
wie durch den Pfeil 286 gezeigt, wenn der Benutzer den
Abzug 244 betätigt.
Dann strömt
das gewünschte
Fluid durch die Fluidzufuhrspitzenanordnung 204 und durch
den Fluidspitzenauslass 216 nach außen, um über die Spraybildungsanordnung 208 einen
gewünschten Spray
zu bilden.
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Wie
unten ausführlicher
beschrieben, sind der Fluidaufbrech- und -mischabschnitt 266 und 268 so
konfiguriert, dass sie ein Mischen des Fluids und das Aufbrechen
von Partikeln/Ligamenten im gewünschten
Fluid vor dem Austritt durch den Fluidspitzenauslass 216 erleichtern.
Demgemäß kann die vorliegende
Technik die verschiedensten Strukturen, Durchgänge, Winkel und Geometrien
verwenden, um das Mischen des Fluids und das Aufbrechen der Partikel
in der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204 vor der äußeren Zerstäubung durch
die Spraybildungsanordnung 208 zu erleichtern. Bei dieser
beispielhaften Ausführungsform
weist der Fluidmischabschnitt 268 einen Mischhohlraum 288 auf,
der neben einem stumpfen Rand 290 der Nadelspitze 280 angeordnet ist,
so dass am stumpfen Rand 290 vorbei strömendes Fluid zum Mischen im
Mischhohlraum 288 eingeleitet wird. Das Mischen des Fluids
im Mischhohlraum 288 ist aufgrund der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen
dem um die Nadelspitze 280 herum strömenden Fluid und dem im Wesentlichen
gesperrten Fluid im Mischhohlraum relativ stark. Des Weiteren stellt
der stumpfe Rand 290 eine relativ scharfe Grenzfläche zwischen
den Fluidströmen
mit hoher und niedriger Geschwindigkeit dar, wodurch Wirbel- und
Drallstrukturen in der Fluidströmung
erleichtert werden. Des Weiteren liegt irgendeine beliebige andere
geeignete Mischeinleitungsstruktur im Schutzbereich der vorliegenden
Technik.
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Der
Mischhohlraum 288 erstreckt sich über einen oder mehrere Fluiddurchgänge in und
durch den Fluidaufbrechabschnitt 266. Wie dargestellt,
umfasst der Fluidaufbrechabschnitt 266 einen divergierenden
Durchgangsabschnitt 292, der mit dem Mischhohlraum 288 verbunden
ist, einen konvergierenden Durchgangsabschnitt 294, der
mit dem divergierenden Durchgangsabschnitt 292 verbunden
ist, und einen stromabwärts
des konvergierenden Durchgangsabschnitts 294 angeordneten
Fluidaufprallbereich 296. Der divergierende Durchgangsabschnitt 292 umfasst
Durchgänge 298, 300, 302 und 304,
die vom Mischhohlraum 288 nach außen zu einem ringförmigen Durchgang 306 divergieren,
der zwischen dem divergierenden und konvergierenden Durchgangsabschnitt 292 und 294 angeordnet
ist. Der konvergierende Durchgangsabschnitt 294 umfasst Durchgänge 308, 310, 312 und 314,
die vom ringförmigen
Durchgang 306 nach innen zum Fluidaufprallbereich 296 konvergieren.
Im Betrieb strömt
das gewünschte
Fluid durch den mittleren Durchgang 270, durch den Mischhohlraum 288,
durch die Durchgänge 298–304 des
divergierenden Durchgangsabschnitts 292, durch die Durchgänge 308–314 des konvergierenden
Durchgangsabschnitts 294 in den Fluidaufprallbereich 296 als
zueinander konvergierende Fluidstrahlen, durch den Fluidspitzenauslassdurchgang 274 und
durch den Fluidspitzenauslass 216 heraus, wie durch die
Pfeile 316, 318, 320, 322, 324, 326 bzw. 328 gezeigt.
Wie unten ausführlicher besprochen,
kann der Fluidaufbrechabschnitt 266 irgendeine geeignete
Konfiguration von Durchgängen aufweisen,
die zu einer Fläche
oder zueinander gerichtet sind, so dass das Fluid auf eine solche
Weise kollidiert/aufprallt, dass Partikel/Ligamente im Fluid aufbrechen.
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5 ist
eine Teilquerschnittsseitenansicht der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204,
die weiterhin das Nadelventil 234, den Fluidmischabschnitt 268 und
den divergierenden Durchgangsabschnitt 292 zeigt. Wie dargestellt,
strömt
das gewünschte
Fluid um die Nadelspitze 280 herum und wirbelt am stumpfen
Rand 290 vorbei, wie durch die Pfeile 316 bzw. 330 gezeigt.
Demgemäß leitet
der stumpfe Rand 290 der Nadelspitze 280 eine
Fluidmischung stromabwärts
des Nadelventils 234 ein. Zum Beispiel kann der stumpfe
Rand 290 turbulente Strömungen
und Aufbrechen des Fluids im Fluidmischabschnitt 268 erleichtern.
Es versteht sich, dass der Mischabschnitt 268 ein Mischen
des Fluids durch irgendeine geeignete scharf- oder stumpfrandige
Struktur, einen abrupt aufgeweiteten oder vergengten Durchgang oder durch
irgendeinen anderen Mechanismus, der eine Geschwindigkeitsdifferenz
erzeugt, der ein Mischen des Fluids einleitet, einleiten kann. Wenn
das Fluid in den Fluidmischabschnitt 268 strömt, kollidiert
das Fluid gegen eine Strömungssperre 332,
die eine abgewinkelte Fläche 334 aufweist,
die sich zu einer vertikalen Fläche 336 erstreckt.
Die Strömungssperre 332 wirft
einen wesentlichen Teil der Fluidströmung in den Fluidmischabschnitt 268 zurück, so dass
die Fluidströmung
verwirbelt und sich im Fluidmischabschnitt 268 allgemein
vermischt, wie durch die Pfeile 338 gezeigt. Das gemischte
Fluid strömt
dann von dem Fluidmischabschnitt 268 über die Durchgänge 298, 300, 302 und 304 in
den Fluidaufbrechabschnitt 266, wie durch die Pfeile 320 gezeigt.
Wie dargestellt, weisen die Durchgänge 298–304 eine
im Verhältnis kleinere
Geometrie als der Mischhohlraum 288 auf. Diese sich abrupt
verengende Strömungsgeometrie verlangsamt
effektiv die Strömung
im Fluidmischabschnitt 268 und zwingt das Fluid zur Mischung
vor der Vorwärtsbewegung
durch den Fluidaufbrechabschnitt 266. Die sich abrupt verengende
Strömungsgeometrie
beschleunigt des Weiteren die Fluidströmung durch den Fluidaufbrechabschnitt 266,
wodurch Fluidstrahlen mit relativ großer Geschwindigkeit erzeugt
werden, die zu einem Aufprallbereich gerichtet sind.
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6 ist
eine Querschnittsvorderansicht des in 4 dargestellten
Fluidmischabschnitts 268. Wie oben erwähnt, strömt das Fluid in den Fluidmischabschnitt 268 und
schlägt
gegen die Strömungssperre 332,
wie durch die Pfeile 318 gezeigt. Obgleich ein Teil des
Fluids direkt in die Durchgänge 300–304 geleitet
werden kann, schlägt
ein großer
Teil des Fluids gegen die abgewinkelte und die vertikale Fläche 334 und 336 der
Strömungssperre 332,
die die Durchgänge 300–304 umgeben.
Demgemäß wirft
die Strömungssperre 332 die Fluidströmung zurück und verlangsamt
sie, so dass sich das Fluid im Fluidmischabschnitt 268 vermischt.
Das Mischen des Fluids wird auch durch die Geometrie des Nadelventils 234 eingeleitet.
Zum Beispiel erzeugt der stumpfe Rand 290 eine Geschwindigkeitsdifferenz,
die ein Mischen des Fluids zwischen dem in den Fluidmischabschnitt 268 eintretenden
Fluid und dem im Fluidmischabschnitt 268 im Wesentlichen
gesperrten Fluid erzeugt. Das durch die Strömungssperre 332 und
den stumpfen Rand 290 eingeleitete Mischen kann ein homogeneres
Gemisch des gewünschten
Fluids gewährleisten,
während
es des Weiteren Partikel im Fluid aufbricht. Jegliche geeignete
ein Mischen einleitende Geometrie liegt wieder im Schutzbereich
der vorliegenden Technik.
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7 ist
eine Teilquerschnittsseitenansicht des Fluidmischabschnitts 268 von 5,
um 45 Grad gedreht gemäß der Darstellung
von 6. Bei der dargestellten Ausrichtung der Strömungssperre 332 ist
zu sehen, dass ein bedeutender Teil des Fluids nicht direkt in die
Durchgänge 300–304 strömt, sondern
gegen die Strömungssperre 332 schlägt und davon
zurückgeworfen
wird, wie durch die Pfeile 338 gezeigt. Demgemäß wird das
Fluid im Fluidmischabschnitt 268 gemischt und zu einem
gleichförmigeren Gemisch
aufgebrochen. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende
Technik irgendeine beliebige Größe, Geometrie
oder Struktur für
den Mischhohlraum 288, die Strömungssperre 332 und die
Nadelspitze 280 aufweisen kann. Zum Beispiel können die
bestimmten Winkel und Strömungskapazitäten im Fluidmischabschnitt 268 so
gewählt
werden, dass sie ein Mischen und Aufbrechen des Fluids für ein bestimmtes
Fluid und eine bestimmte Sprühanwendung
erleichtern. Bestimmte Fluideigenschaften, wie zum Beispiel Viskosität und Fluidpartikelgrad können eine
bestimmte Strömungsgeschwindigkeit, Durchgangsgröße und andere
bestimmte Strukturen erfordern, um ein optimales Mischen und Aufbrechen des
Fluids durch die Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 zu
gewährleisten.
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8 ist
eine Querschnittsvorderansicht des abgewinkelten Durchgangs 306,
die eine Fluidströmung
zwischen den Durchgängen
darstellt, die über die
divergierenden und konvergierenden Abschnitte 292 und 294 in
den ringförmigen
Durchgang 306 eintritt und daraus austritt. Wie oben besprochen,
strömt Fluid
vom Fluidmischabschnitt 268 über die Durchgänge 298–304 des
divergierenden Durchgangsabschnitts 292 zum ringförmigen Durchgang 306.
Der ringförmige
Durchgang 306 gibt die Fluidströmung bezüglich der verengten Geometrien
der Durchgänge 300–304 im
Wesentlichen frei. Demgemäß vereinigt
der ringförmige
Durchgang 306 die Fluidströmung und egalisiert sie im
Wesentlichen, wie durch die Pfeile 340 gezeigt. Die im
Wesentlichen egalisierte Fluidströmung tritt dann in die Durchgänge 308–314 des
konvergierenden Durchgangsabschnitts 294 ein, wo die Fluidströmung zum
Fluidaufprallbereich 296 nach innen geleitet wird. Es sei
darauf hingewiesen, dass die vorliegende Technik irgendeine geeignete
Form von Zwischenbereich zwischen dem divergierenden und dem konvergierenden
Durchgangsabschnitt 292 und 294 aufweisen kann.
Demgemäß können die
Durchgänge 298–304 über irgendeine
geeignete Grenzfläche
getrennt oder zusammen mit den Durchgängen 308–314 verbunden
sein. Des Weiteren kann die vorliegende Technik irgendeine gewünschte Anzahl
von Durchgängen durch
die konvergierenden und divergierenden Abschnitte 292 und 294 verwenden.
Zum Beispiel kann sich ein einzelner Durchgang durch den divergierenden
Durchgangsabschnitt 292 erstrecken, während sich einer oder mehrere
Durchgänge
durch den konvergierenden Durchgangsabschnitt 294 erstrecken kann.
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9 ist
eine Teilquerschnittsseitenansicht des Fluidaufbrechabschnitts 266,
die den konvergierenden Durchgangsabschnitt 294 und den
Fluidaufprallbereich 296 zeigt. Wie dargestellt, strömt das Fluid
durch die Durchgänge 308–314 des
konvergierenden Durchgangsabschnitts 294 nach innen zum Fluidaufprallbereich 296,
so dass das Fluid in einem gewünschten
Winkel kollidiert. Zum Beispiel können die Durchgänge 308–314 in
einem Aufprallwinkel 344 bezüglich einer Mittellinie 346 des
Fluidaufbrechabschnitts 266 zu einer Aufprallstelle 342 gerichtet
sein. Der Aufprallwinkel 344 kann so gewählt werden,
dass das Aufbrechen des Fluids auf Grundlage von Eigenschaften eines
bestimmten Fluids, gewünschten Sprayeigenschaften,
einer gewünschten
Sprühanwendung
und verschiedenen anderen Faktoren optimiert wird. Der gewählte Aufprallwinkel 344,
die gewählten
Geometrien der Durchgänge 308–314 und andere
anwendungsspezifische Faktoren optimieren gemeinsam das Kollidieren
und Aufbrechen von Fluidpartikeln/-ligamenten im Fluidaufprallbereich 296. Zum
Beispiel kann der Aufprallwinkel 344 bei bestimmten Anwendungen
in einem Bereich von 25–45 Grad
liegen. Bei bestimmten Holzsprühanwendungen
und vielen anderen Anwendungen kann ein Aufprallwinkel von ca. 37
Grad gewählt
werden, um das Aufbrechen von Fluidpartikeln zu optimieren. Wenn die
Fluidstrahlen gegeneinander prallen, wie in 9 dargestellt,
dann kann der Aufprallwinkel in einem Bereich von 50–90 Grad
zwischen den aus den Durchgängen 308–314 strömenden Fluidstrahlen
liegen. Bestimmte Sprühanwendungen
können
wieder von einem Aufprallwinkel von ca. 74 Grad zwischen den Fluidstrahlen
profitieren. Die vorliegende Technik kann jedoch die verschiedensten
Aufprallwinkel und Strömungsdurchgangsgeometrien
wählen
und verwenden, um das Mischen und Aufbrechen des Fluids zu optimieren.
Der Fluidaufprallbereich 296 kann des Weiteren in einer
Aussparung des konvergierenden Durchgangsabschnitts 294,
wie zum Beispiel einem konischen Hohlraum 348, angeordnet
sein.
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10 ist
eine Querschnittsseitenansicht der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204,
die eine alternative Ausführungsform
des Fluidaufbrechabschnitts 266 zeigt. Wie dargestellt,
enthält
der Fluidaufbrechabschnitt 266 den divergierenden Durchgangsabschnitt 292 neben
einem ringförmigen
Abstandsstück 350 ohne
den konvergierenden Durchgangsabschnitt 294. Demgemäß strömt in einer
geöffneten Position
des Nadelventils 234 Fluid an der Nadelspitze 280 vorbei,
durch den Fluidmischabschnitt 268, durch die Durchgänge von 298–304 des
divergierenden Durchgangsabschnitts 292, kollidieren gegen
die Innenseite des ringförmigen
Abstandsstücks 350 in einem
Aufprallwinkel 352, durch den mittleren Durchgang 270 im
ringförmigen
Abstandsstück 350 und durch
den Fluidspitzenauslassdurchgang 274 heraus, wie durch
die Pfeile 316, 318, 320, 354 bzw. 326 gezeigt.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform werden
aufprallende Fluidstrahlen aus den Durchgängen 298–304 des
divergierenden Durchgangsabschnitts 292 anstatt aus den
Durchgängen 308–314 des
konvergierenden Durchgangsabschnitts 294 ausgestoßen. Diese
Fluidstrahlen mit relativ großer Geschwindigkeit
prallen dann gegen eine Fläche (das
heißt
die Innenfläche
des ringförmigen
Abstandsstücks 350),
anstatt gegeneinander zu prallen. Der Aufprallwinkel 352 wird
wieder so ausgewählt, dass
er ein Aufbrechen der Partikel/Ligamente des Fluids auf Grundlage
der Fluideigenschaften und anderer Faktoren erleichtert. Demgemäß kann der
Aufprallwinkel 352 in Abhängigkeit von der Anwendung in
irgendeinem geeigneten Bereich liegen. Zum Beispiel kann der bestimmte
Aufprallwinkel 352 so gewählt werden, dass das Aufbrechen
des Fluids für
ein bestimmtes Beschichtungsfluid, wie zum Beispiel Holzbeize, und
eine bestimmte Sprühanwendung
optimiert wird. Wie oben besprochen, kann der Aufprallwinkel 352 in
einem Bereich von 25–45
Grad, oder ca. 37 Grad, für
eine bestimmte Anwendung liegen. Es versteht sich auch, dass die
vorliegende Technik eine oder mehrere Flächenaufprallstrahlen, wie zum Beispiel
die in Figur 10 dargestellten, verwenden kann. Zum Beispiel kann
ein einzelner Aufprallstrahl auf eine Fläche des ringförmigen Abstandsstücks 350 gerichtet
werden. Des Weiteren kann der Fluidaufbrechabschnitt 266 mehrere
Fluidstrahlen aufweisen, die aufeinander oder auf eine oder mehrere
geteilte Stellen an der Innenfläche
des ringförmigen
Abstandsstücks 350 gerichtet
sind.
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Wie
oben erwähnt,
kann die Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 die
verschiedensten Ventilanordnungen 232 aufweisen, um ein
Mischen und Aufbrechen des Fluids in der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204 zu
erleichtern. Zum Beispiel können
eine oder mehrere Mischungseinleitdurchgänge oder -strukturen an oder
im Nadelventil 234 ausgebildet sein, um das Mischen des
Fluids einzuleiten. Die 11–15 zeigen
mehrere beispielhafte Nadelventile, die das Mischen des Fluids im
Fluidmischabschnitt 268 verbessern können.
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11 ist
eine Querschnittsseitenansicht der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204,
die eine alternative Ausführungsform
des Nadelventils 234 und der Fluidaufbrech- und -mischabschnitte 266 und 268 darstellt.
Der dargestellte Fluidaufbrechabschnitt 266 weist den konvergierenden
Durchgangsabschnitt 294 ohne den divergierenden Durchgangsabschnitt 292 auf.
Des Weiteren weist der dargestellte Fluidmischabschnitt 268 eine
vertikale Strömungssperre 356 in
einem ringförmigen
Mischhohlraum 358 anstatt den durch 4 dargestellten
mehrwinkligen Mischhohlraum 288 auf. Der ringförmige Hohlraum 358 weist
des Weiteren einen abgestuften Teil 360 zum abdichtenden
Eingriff mit dem Nadelventil 234 in einer geschlossenen
Position auf. Das dargestellte Nadelventil 234 weist des
Weiteren eine stumpfe Spitze 362 auf, um das Mischen im
Fluidmischabschnitt 268 zu erleichtern. In einer geöffneten Position
des Nadelventils 234 strömt Fluid um das Nadelventil 234 herum,
an der stumpfen Spitze 362 vorbei, in die Durchgänge 308–314 des
konvergierenden Durchgangsabschnitts 294 und konvergierend
einwärts
zur Aufprallstelle 342 im Fluidaufprallbereich 296,
wie durch die Pfeile 364, 366, 322 bzw. 324 gezeigt.
Im Fluidmischabschnitt 268 erleichtert die stumpfe Spitze 362 des
Nadelventils 234 Wirbeln und allgemeines Mischen des Fluids,
wie durch die Pfeile 366 gezeigt. Des Weiteren erleichtert
die Strömungssperre 356 das
Mischen des Fluids im Fluidmischabschnitt 268 zwischen
der Strömungssperre 356 und
der stumpfen Spitze 362 des Nadelventils 234. Des
Weiteren drosselt die Strömungssperre 356 die Fluidströmung in
die eingeengten Geometrien der Durchgänge 308–314,
wodurch Fluidstrahlen mit relativ hoher Geschwindigkeit erzeugt
werden, die in den Fluidaufprallbereich 296 ausgestoßen werden. Die
Aufprallwinkel 344 dieser Fluidstrahlen und Durchgänge 308–314 werden
wieder so ausgewählt, dass
sie ein Aufbrechen des Fluids für
ein bestimmtes Fluid und eine bestimmte Anwendung erleichtern. Zum
Beispiel kann ein bestimmtes Fluid bei einem (einer) bestimmten
Kollisions-/Aufprallwinkel und -geschwindigkeit, wie zum Beispiel
einem Winkel von ca. 37 Grad bezüglich
der Mittellinie 346, effektiver aufbrechen.
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12 ist
eine Querschnittsseitenansicht der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204,
die eine andere alternative Ausführungsform
des Nadelventils 234 und des Fluidaufbrech- und -mischabschnitts 266 und 268 zeigt.
Wie dargestellt, weist der Fluidaufbrechabschnitt 266 einen
konvergierenden Durchgangsabschnitt 368 auf, der sich von
dem Fluidmischabschnitt 268 konvergierend zu einem konischen Hohlraum 372 erstreckende
Durchgänge 370 aufweist.
Der Fluidmischabschnitt 268 umfasst einen ringförmigen Hohlraum 374 zwischen
einer stumpfen Spitze 376 des Nadelventils 234 und
einer vertikalen Strömungssperre 378,
die auf einer Einlassseite des konvergierenden Durchgangsabschnitts 368 ausgebildet ist.
Der ringförmige
Hohlraum 374 weist einen abgestuften Teil 380 auf,
der gegen das Nadelventil 234 in einer geschlossenen Position
abdichtbar ist. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform weist das Nadelventil 234 einen
Schaft 382 auf, der sich beweglich durch einen mittleren
Durchgang 384 des konvergierenden Durchgangsabschnitts 368 erstreckt.
Auf einer stromabwärtigen
Seite des konvergierenden Durchgangsabschnitts 368 weist
das Nadelventil 234 einen keilförmigen Kopf 386 auf,
der sich vom Schaft 382 erstreckt. Der keilförmige Kopf 386 ist
in einem Aufprallbereich 388 im konischen Hohlraum 372 positionierbar.
Demgemäß strömt in einer
geöffneten
Position des Nadelventils 234 Fluid entlang dem Nadelventil 234,
in einer Wirbelbewegung an der stumpfen Spitze 376 vorbei,
durch die Durchgänge 370 in
einem Aufprallweg zum keilförmigen
Kopf 386 und durch den Fluidspitzenauslassdurchgang 274 heraus,
wie durch die Pfeile 364, 366, 390 bzw. 326 gezeigt.
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Im
Betrieb erleichtern die stumpfe Spitze 376 und die vertikale
Strömungssperre 378 das
Mischen und Aufbrechen des Fluids im Fluidmischabschnitt 268.
Weiter stromabwärts
prallen die Fluidstrahlen aus den Durchgängen 370 gegen den
keilförmigen Kopf 386,
um das Aufbrechen von Fluidpartikeln/-ligamenten im Fluid zu erleichtern.
Der bestimmte Aufprallwinkel der mit dem keilförmigen Kopf 386 kollidierenden
Fluidstrahlen kann wieder auf Grundlage der Fluideigenschaften und
gewünschten
Sprühanwendung
gewählt
werden. Des Weiteren kann die bestimmte Größe und Geometrie der Durchgänge 370 so
gewählt
werden, dass eine gewünschte
Geschwindigkeit der Fluidstrahlen erleichtert wird. Die Konfiguration
und Struktur des Schafts 382 und des Kopfs 386 kann
auch im Schutzbereich der vorliegenden Technik modifiziert werden.
Zum Beispiel kann der Kopf 386 eine Scheibenform, eine
Keilform auf der Aufprallseite, einen oder mehrere sich dadurch erstreckende
eingeengte Durchgänge
aufweisen, oder der Kopf 386 kann eine hohle Schalldämpferförmige Konfiguration
aufweisen. Der Schaft 382 kann eine massive Struktur, eine
hohle Struktur, eine Mehrschaftstruktur oder irgendeine andere geeignete
Konfiguration aufweisen.
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13 ist
eine Querschnittsseitenansicht der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204,
die eine alternative Ausführungsform
des Nadelventils 234 darstellt. Wie dargestellt, umfasst
die Fluidzufuhrspitzenanordnung 204 den Fluidaufbrechabschnitt 266 neben
dem konvergierenden Durchgangsabschnitt 294 ohne den divergierenden
Durchgangsabschnitt 292. Das in 13 dargestellte
alternative Nadelventil 234 kann jedoch mit irgendeiner
beliebigen Konfiguration des Fluidaufbrechabschnitts 266 und des
Fluidmischabschnitts 268 verwendet werden. Bei dieser beispielhaften
Ausführungsform
umfasst der Fluidmischabschnitt 268 einen ringförmigen Mischhohlraum 392,
der zwischen dem Nadelventil 234 und einer vertikalen Strömungssperre 394 auf
einer Einlassseite des konvergierenden Durchgangsabschnitts 294 angeordnet
ist. Das dargestellte Nadelventil 234 umfasst einen hohlen
Schaft 396 mit einem mittleren Durchgang 398 und
mehreren Einlass- und Auslassöffnungen.
Zum Beispiel weist der hohle Schaft 396 mehrere seitliche
Einlassöffnungen 400 und
eine mittlere Auslassöffnung 402 auf,
wodurch das Mischen des Fluids erleichtert wird, wenn das Fluid
an den Einlass- und Auslassöffnungen 400 und 402 vorbeiströmt. Wie
dargestellt, erzeugen die Öffnungen 400 und 402 ein
abruptes Verengen und Aufweiten im Fluidströmungsweg, so dass sich stromabwärts der Öffnungen 400 und 402 Ringwirbel
bilden und ein Mischen eingeleitet wird.
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Im
Betrieb sperrt das Nadelventil 234 die Fluidströmung durch
Positionieren einer Ventilspitze 404 gegen die vertikale
Strömungssperre 394,
so dass die Fluidströmung
nicht in die Durchgänge 308–314 eintreten
kann. Das Nadelventil 234 öffnet die Fluidströmung durch
Bewegen des hohlen Schafts 396 von der vertikalen Strömungssperre 394 nach
außen, wodurch
Fluid durch die Durchgänge 308–314 strömen kann.
Demgemäß strömt in der
geöffneten
Position Fluid um den hohlen Schaft 396 herum, durch die Öffnungen 400 hinein,
durch den mittleren Durchgang 398, durch die Öffnung 402 heraus
und in den Fluidmischabschnitt 268, wirbelnd an der Öffnung 402 im
Abruptaufweitungsbereich vorbei, durch die Durchgänge 308–314,
konvergierend in den Aufprallbereich 296 und durch den
Fluidspitzenauslassdurchgang 274 heraus, wie durch die
Pfeile 406, 408, 410, 412, 322, 324 bzw. 326 gezeigt.
Wie oben erwähnt,
wird durch die abrupt verengten und aufgeweiteten Geometrien der
sich durch den hohlen Schaft 396 erstreckenden Durchgänge und Öffnungen
ein Mischen des Fluids im Fluidmischabschnitt 268 erleichtert,
wodurch die Fluidströmung
vor dem Eintritt in den konvergierenden Durchgangsabschnitt 294 weiter
gemischt wird. Dann erhöht
die Fluidströmung
die Geschwindigkeit, da sie durch die Durchgänge 308–314 gedrosselt
wird, wodurch eine Fluidkollision mit relativ hoher Geschwindigkeit
im Fluidaufprallbereich 296 erleichtert wird. Obgleich 13 bestimmte
Strömungsdurchgänge und
-geometrien zeigt, kann die vorliegende Technik irgendwelche geeigneten
Strömungsgeometrien
und -durchgänge durch
das Nadelventil 234 und den Aufbrech- und Mischabschnitt 266 und 268 verwenden,
um das Mischen des Fluids vor der Zerstäubung und das Aufbrechen des
Fluids zu erleichtern.
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14 ist
eine Querschnittsseitenansicht der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204,
die ein alternatives Mehrkomponentennadelventil 234 zeigt.
Das dargestellte Nadelventil 234 umfasst einen Nadelkörperabschnitt 414,
der über
einen Verbinder 418, der ein ein Außengewinde aufweisendes Glied
umfassen kann, oder irgendeine andere geeignete Befestigungsvorrichtung,
mit einem Nadelspitzenabschnitt 416 verbunden ist. Der
Nadelkörperabschnitt 414 kann
aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder irgendeinem anderen geeigneten
Material hergestellt sein, während
der Nadelspitzenabschnitt 416 aus Kunststoff, Metall, Keramik,
Delrin oder irgendeinem anderen geeigneten Material hergestellt
sein kann. Des Weiteren kann der Nadelspitzenabschnitt 416 durch einen
anderen Nadelspitzenabschnitt ersetzt werden, um einer anderen Konfiguration
der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204 Rechnung zu tragen
oder um das Nadelventil 234 nach großem Verschleiß zu erneuern.
Es versteht sich auch, dass das durch 14 dargestellte
Nadelventil 234 mit irgendeiner beliebigen Konfiguration
des Fluidaufbrechabschnitts 266 und des Fluidmischabschnitts 268 verwendet werden
kann. Demgemäß kann der
dargestellte Fluidaufbrechabschnitt 266 den divergierenden
und/oder den konvergierenden Durchgangsabschnitt 292 und 294 oder
irgendeine andere geeignete Fluidmisch- und -aufbrechkonfiguration
umfassen. Die Aufprallwinkel im Fluidaufbrechabschnitt 266 können wieder so
ausgewählt
werden, dass sie einem bestimmten Beschichtungsfluid oder einer
bestimmten Sprühanwendung
Rechnung tragen.
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15 ist
eine Querschnittsseitenansicht der Fluidzufuhrspitzenanordnung 204,
die eine alternative Ausführungsform
des Nadelventils 234 und des Fluidaufbrech- und -mischabschnitts 266 und 268 zeigt.
Wie dargestellt, umfasst der Fluidaufbrechabschnitt 266 einen
konvergierenden Durchgangsabschnitt 420, während der
Fluidmischabschnitt 268 einen keilförmigen Mischhohlraum 422 zwischen
dem konvergierenden Durchgangsabschnitt 420 und dem Nadelventil 234 aufweist.
Der konvergierende Durchgangsabschnitt 420 weist Durchgänge 424 auf,
die sich von einer vertikalen Strömungssperre 426 im
keilförmigen
Mischhohlraum 422 konvergierend zu einem Fluidaufprallbereich 428 neben
dem Fluidspitzenauslassdurchgang 274 erstrecken. Das Nadelventil 234 steuert
die Fluidströmung
durch die Fluidzufuhrspitzenanordnung 204, indem es die
Nadelspitze 280 vom keilförmigen Mischhohlraum 422 nach
innen und nach außen
bewegt.
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Im
Betrieb strömt
Fluid durch die Nadelspitze 280, mischend am stumpfen Rand 290 vorbei,
durch den keilförmigen
Mischhohlraum 422 und gegen die vertikale Strömungssperre 426,
durch die Durchgänge 424 und
konvergierend einwärts
zueinander im Fluidaufprallbereich 428 und durch den Fluidspitzenauslassbereich 274 heraus,
wie durch die Pfeile 430, 432, 434, 436, 438 bzw. 326 gezeigt.
Der stumpfe Rand 290 erleichtert das Mischen des Fluids
an der Nadelspitze 280 vorbei durch Einleiten von Wirbeln/Mischen
auf Grundlage der Geschwindigkeitsdifferenz. Das Mischen wird durch
die vertikale Strömungssperre 426 und
den keilförmigen
Mischhohlraum 422, durch die bzw. den die Fluidströmung im Wesentlichen
gesperrt und ein Mischen des Fluids zwischen der vertikalen Strömungssperre 426 und dem
stumpfen Rand 290 eingeleitet wird, weiter eingeleitet.
Durch den konvergierenden Durchgangsabschnitt 420 wird
die Fluidströmung
durch Drosseln der Fluidströmung
in den Durchgängen 424 weiter gemischt
und aufgebrochen, wodurch die Fluidgeschwindigkeit erhöht und das
Fluid zum Ausstoßen von
Fluidstrahlen gezwungen wird, die im Fluidaufprallbereich 428 gegeneinander
stoßen.
Das Aufprallen der Fluidstrahlen im Fluidaufprallbereich 428 zwingt
dann die Partikel/Ligamente im Fluid vor der Zerstäubung durch
die Spraybildungsanordnung 208 dazu, zu feineren Partikeln
aufzubrechen. Die vorliegende Technik kann wieder einen geeigneten
Aufprallwinkel im Schutzbereich der vorliegenden Technik auswählen.
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16 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Sprühbeschichtungsprozess 500 darstellt.
Wie dargestellt, verfährt
der Prozess 500 durch Identifizieren eines Zielobjekts
zum Auftragen einer Sprühbeschichtung
(Block 502). Zum Beispiel kann das Zielobjekt die verschiedensten
Materialien und Produkte, wie zum Beispiel Holz- oder Metallmöbel, Schränke, Kraftfahrzeuge,
Verbraucherprodukte usw., umfassen. Dann wählt der Prozess 500 ein
gewünschtes
Fluid zum Beschichten einer Sprühfläche auf
dem Zielobjekt aus (Block 504). Zum Beispiel kann das gewünschte Fluid
eine Grundierung, ein Anstrichmittel, eine Beize oder die verschiedensten anderen
Fluide, die sich für
Holz, Metall oder irgendein anderes Material des Zielobjekts eignen, umfassen.
Dann wählt
der Prozess eine Sprühbeschichtungsvorrichtung
zum Auftragen des gewünschten
Fluids auf das Zielobjekt (Block 506). Zum Beispiel kann
eine bestimmte Art und Konfiguration einer Sprühbeschichtungsvorrichtung beim
Auftragen einer Sprühbeschichtung
des gewünschten
Fluids auf das Zielobjekt effektiver sein. Die Sprühbeschichtungsvorrichtung
kann ein Drehzerstäuber,
ein elektrostatischer Zerstäuber,
ein Luftstrahlzerstäuber oder
irgendeine andere geeignete Zerstäubungsvorrichtung sein. Dann
wählt der
Prozess 500 einen inneren Fluidmisch/-aufbrechabschnitt
zum Erleichtern des Aufbrechens von Partikeln/Ligamenten (Block 508).
Der Prozess 500 kann zum Beispiel irgendeine(n) oder eine
Kombination der Ventilanordnungen, divergierenden Durchgangsabschnitte,
konvergierenden Durchgangsabschnitte und Fluidmischabschnitte, die
unter Bezugnahme auf die 3–15 besprochen
werden, wählen.
Dann konfiguriert der Prozess 500 die Sprühbeschichtungsvorrichtung
mit dem (den) gewählten Misch-/Aufbrechabschnitt(en)
für das
Zielobjekt und das gewählte
Fluid (Block 510). Die gewählten Misch-/Aufbrechabschnitte können beispielsweise
in einer Luftzerstäubungs-Sprühbeschichtungsvorrichtung
oder in irgendeiner anderen geeigneten Sprühbeschichtungsvorrichtung angeordnet
sein.
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Nachdem
der Prozess 500 für
den Betrieb eingerichtet ist, positioniert der Prozess 500 die Sprühbeschichtungsvorrichtung über dem
Zielobjekt (Block 512). Der Prozess 500 kann auch
ein Positioniersystem verwenden, um die Bewegung der Sprühbeschichtungsvorrichtung
bezüglich
des Zielobjekts zu erleichtern, wie oben unter Bezugnahme auf 1 besprochen.
Dann schaltet der Prozess 500 die Sprühbeschichtungsvorrichtung ein
(514). Ein Benutzer kann zum Beispiel einen Abzug 244 ziehen, oder
das Steuersystem 20 kann die Sprühbeschichtungsvorrichtung automatisch
einschalten. Wenn die Sprühbeschichtungsvorrichtung
an Block 514 eingeschaltet ist, leitet der Prozess 500 an
Block 516 das gewählte
Fluid in die Sprühbeschichtungsvorrichtung ein
und bricht die Fluidpartikel im Misch-/Aufbrechabschnitt an Block 518 auf.
Demgemäß verfeinert
der Prozess 500 das gewählte
Fluid in der Sprühbeschichtungsvorrichtung
vor der tatsächlichen
Bildung des Sprays. An Block 520 erzeugt der Prozess 500 einen
verfeinerten Spray mit verkleinerten Partikeln/Ligamenten. Dann
trägt der
Prozess 500 eine Beschichtung des verfeinerten Sprays auf
die Sprühfläche des
Zielobjekts auf (Block 522). An Block 524 wird
die auf die Sprühfläche des
Zielobjekts aufgetragene Beschichtung von dem Prozess ausgehärtet/getrocknet.
Demgemäß erzeugt
der Sprühbeschichtungsprozess 500 eine
verfeinerte Sprühbeschichtung
an Block 526. Die verfeinerte Sprühbeschichtung kann sich durch
eine verfeinerte und relativ gleichförmige Struktur und Farbverteilung,
eine verringerte Fleckenbildung und verschiedene andere verfeinerte
Eigenschaften in der Sprühbeschichtung auszeichnen.
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17 ist
ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Fluidaufbrech- und
-spraybildungsprozess 600 darstellt. Der Prozess 600 leitet
das Mischen eines gewählten
Fluids an einer oder mehreren stumpfen/abgewinkelten Strukturen
und/oder Durchgängen
eines Fluidventils (Block 602) ein. Zum Beispiel kann der
Prozess 600 das gewählte
Fluid durch irgendeines der oben unter Bezugnahme auf die 3–15 beschriebenen
Nadelventile 234 oder um es herum leiten. Es kann auch
irgendein anderes geeignetes hohles oder massives Fluidventil mit
stumpfen/abgewinkelten Strukturen/Durchgängen im Schutzbereich der vorliegenden
Technik verwendet werden. Dann drosselt der Prozess 600 die Fluidströmung des
gewählten
Fluids an einer Strömungssperre
(Block 604). Zum Beispiel kann eine vertikale oder abgewinkelte
Fläche
teilweise oder vollständig über einen
Strömungsdurchgang
durch die Sprühbeschichtungsvorrichtung
verlängert
werden. Dann beschleunigt der Prozess 600 die Fluidströmung des
gewählten
Fluids durch sich durch die Strömungssperre
erstreckende eingeengte Durchgänge
(Block 606). An Block 608 erzeugt der Prozess einen
oder mehrere Aufprallfluidstrahlen aus den eingeengten Durchgängen. Dann
bricht der Prozess 600 Partikel/Ligamente in einem Fluidaufprallbereich stromabwärts der
Aufprallfluidstrahlen im gewählten Fluid
auf (Block 610). Zum Beispiel kann bzw. können der
eine oder die mehreren Fluidstrahlen zueinander oder zu einer oder
zu mehreren Flächen
in einem zur Erleichterung des Aufbrechens der Partikel/Ligamente
gewählten
Winkels gerichtet werden. Nachdem der Prozess 600 die Partikel/Ligamente
im gewählten Fluid
gemischt und aufgebrochen hat, wird das gewählte Fluid an Block 612 aus
der Sprühbeschichtungsvorrichtung
ausgestoßen.
Dann zerstäubt
der Prozess 600 das gewählte
Fluid zu einem gewünschten
Sprühmuster
von der Sprühbeschichtungsvorrichtung
(Block 614). Der Prozess 600 kann irgendeinen
geeigneten Spraybildungsmechanismus verwenden, um das gewählte Fluid
zu zerstäuben,
einschließlich
Drehzerstäubungsmechanismen,
Luftstrahlzerstäubungsmechanismen,
elektrostatische Mechanismen oder verschiedenste andere geeignete
Spraybildungstechniken.
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Obgleich
die Erfindung verschiedene Modifikationen erfahren und alternative
Formen aufweisen kann, sind in den Zeichnungen bestimmte Ausführungsformen
beispielhaft gezeigt und hier ausführlich beschrieben worden.
Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten
bestimmten Formen beschränkt
sein soll. Stattdessen soll die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente
und Alternativen mit umfassen, die in den Schutzbereich der Erfindung
fallen, wie er durch die folgenden angehängten Ansprüche definiert wird.