DE69402762T2 - Pneumatischer Flachstrahlzerstauber zum Versprühen von Beschichtungsmaterialien - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Flachstrahlzerstäuber für Beschichtungsmaterial. Genauer gesagt, betrifft sie einen Zerstäuber mit großer Durchsatzmenge und niedrigem Druck der Zerstäubungsluft, allgemein mit dem Namen "H.V.L.P." bezeichnet.
• Während der Anwendung eines pneumatischen Flachstrahlzerstäubers besteht ein wesentliches Problem darin,einen Strahl in ausreichend abgeflachter Form zu erhalten, damit die Schwenkbewegung des Zerstäubers eine möglichst gleichmäßige Abscheidung auf den zu bedeckenden Objekten gestattet. Um dies zu erzielen, sind Nasen vorgesehen, die aus der vorderen Fläche der Zerstäuberkappe herausragen: sie ermöglichen, daß der aus dem Zerstäuber heraustretende Strahl an pulverisierter Farbe der Wirkung mehrerer Luftströme unterworfen wird, die ihn flachdrücken. Man spricht von Formbildung des Strahles.
• In den Flachstrahlzerstäubern nach dem Stand der Technik, sei es, daß es sich um manuelle Pistolen oder um automatische Projektoren handelt, ist die Regelung der Luft zur Formbildung oder der Luft der Nasen schwierig. Wenn er nicht stark genug ist, ist der Farbstrahl nicht breit genug und dem Zerstäuber muß eine sehr schnelle Schwenkbewegung aufgeprägt werden, um einen zufriedenstellenden Oberflächenzustand zu erzielen. Dies ist im Fall eines automatischen Zerstäubers nicht immer möglich; dies ist sehr ermüdend für die Bedienperson im Fall eines manuellen Zerstäubers. Die Vorteile des Flachstrahls bestehen somit nicht.
• Wenn andererseits die Luft zur Formbildung zu stark ist, wird der Farbstrahl in zwei geteilt und es gibt keine Farbe mehr im Mittelbereich des Strahls: der erhaltene Strahl ist nicht mehr ein Flachstrahl sondern die Kombination von zwei mehr oder weniger eiförmigen Strahlen. Die Dicke der auf dem zu bedeckenden Objekt erhaltenen Beschichtung ist somit ungleichmäßig, was nicht akzeptierbar ist.
• Ein pneumatischer Zerstäuber nach dem Stand der Technik benutzt eine Druckluftquelle, um den Farbenstrom bis zu einer Zone mitzunehmen, wo er zerstäubt wird. Eine zweite Luftdruckquelle wird verwendet, um den Farbenstrom am Ausgang der Zerstäubungsöffnung zu zerstäuben, d.h. in eine Vielzahl von kleinen Tröpfchen aufzuteilen. Die Mitnahmeluft und die Zerstäubungsluft können eine gemeinsame Quelle haben; sie sind dann durch Kanäle im Inneren der Zerstäubungskappe getrennt.
• In dem bestimmten Fall der Flachstrahlzerstäuber vom H.V.L.P. Typ bildet die Mitnahmeluft gleichzeitig die Zerstäubungsluft. Ihr Druck hinter der Zerstäubungshaube ist relativ niedrig, vorzugsweise weniger als 1 bar. Somit muß der Farbenstrom, damit er zerstäubt wird, durch diesen Luftstrom mitgenommen und abgeschnitten werden, wobei die in der Mitte des Stroms angeordneten Farbenpartikel nicht der Wirkung des Abscherens der Zerstäubungsluft unterworfen werden. Es ist somit manchmal notwendig, den Druck der Zerstäubungsluft zu erhöhen, was die Vorteile der Ausbildung als H.V.L.P. begrenzt. Tatsächlich treten die geringe Verschmutzung, die geringen Farbverluste und der erhöhte Wirkungsgrad der Ablagerung, die mit einem Zerstäuber diesen Typs erhalten werden, im wesentlichen aufgrund des geringen Drucks der Zerstäubungsluft und der Luft zur Formbildung hervor.
• Das amerikanische Patent US 5 074 466 beschreibt eine Pistole mit großem Durchsatz und niedrigem Druck der Zerstäubungsluft, bei der die Nadel des Ventils dazu dient, den Strom des Beschichtungsproduktes hohl zu machen. Auf diese Weise ist der hohle Strahl, der aus dem Zerstäuber austritt, sehr viel einfacher zu pulverisieren und durch die Luft zur Formbildung abzuflachen. Tatsächlich ist im Fall eines hohlen Stroms das Verhältnis des Außenumfangs zu dem Querschnitt des Farbenstroms größer als das eines vollen Stroms mit gleichem Durchmesser. In einem hohlen Farbenstrom sind die Partikel im Mittel näher zum Äußeren des Stroms gerichtet und sind so mehr der Wirkung der äußeren aerodynamischen Kräfte ausgesetzt als im Fall eines vollen Stroms, ob es sich um die Wirkung der Zerstäubungsluft oder um die der Luft zur Formbildung handelt.
• Allerdings ist diese Technik nur gültig, wenn die Nadel sehr nahe an dem Ausgang des Farbenkanals angeordnet ist, d.h. praktisch weniger als 5 mm in offener Stellung. Wenn nämlich die Nadel zu weit von dem Austritt der Farbe entfernt ist, schließt sich der Farbenstrom wieder und der erhaltene Beschichtungsmaterialstrahl ist ein voller Strahl. Dieses Phänomen wird mehr oder weniger abhängig von dem physikalischen Eigenschaften des Produktes, wie seiner Viskosität und seiner Oberflächenspannung erzeugt. Die Bildung des hohlen Stroms wird nicht reproduzierbar sein, wenn Farben mit unterschiedlichen chemischen zusammensetzungen verwendet werden.
• Darüber hinaus hängt der mehr oder weniger hohle Charakter des Stroms vom Öffnungsgrad des Ventils ab, was hinderlich ist, da die Wirksamkeit der Bildung auch von der Öffnung des Ventils, d.h. von der Zerstäubungsdurchflußmenge abhängt. Die Regelung eines solchen Zerstäubere ist besonders schwierig.
• Schließlich formt die Stellung der Spitze in bezug auf den Ventilsitz selbst das Profil des Beschichtungsmaterialstroms aus: wenn die Spitze nicht genau in bezug auf den Sitz zentriert ist, ist der erhaltene hohle Strom nicht zylindrisch. Diese Unsymmetrie findet sich notwendigerweise im endgültig erhaltenen flachen Strahl wieder.
• Die Erfindung löst die Gesamtheit dieser Probleme.
• Sie betrifft einen pneumatischen Flachstrahlzerstäuber für Beschichtungsmaterial mit einem Versorgungsventil für das Beschichtungsmaterial, das einen Farbenstrom liefert, und einer Zerstäuberdüse, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen Ringkanal umfassender Einsatz in der Düse stromabwärts zur Nadel des Ventils angeordnet ist und den Strom in einen hohlen Farbenstrahl umwandelt.
• Das Vorhandensein des Einsatzes unmittelbar vor dem Auslaß des Farbenkanals und stromabwärts der Nadel des Ventils garantiert, daß der Strom seine hohle Form bis zu seinem Ausstoß aus dem Zerstäuber beibehält, d.h., bis er der Wirkung der Zerstäubungsluft und der Luft zur Formbildung unterliegt.
• Dank dieses Einsatzes wird der hohle Zustand des Stromes unabhängig von der Regelung des Durchsatzes des Beschichtungsproduktes und seiner physikalischen Eigenschaften erhalten. Die Zentrierung der Nadel auf den Ventilsitz konditioniert nicht die Symmetrie des Stromes des Beschichtungsproduktes. Schließlich kann in dem Fall eines elektrostatischen Zerstäubers die relativ große elektrische Kapazität, die die metallische Nadel bildet, ausreichend tief in dem Körper des Zerstäubers angeordnet werden, um jedes Risiko der Entzündung auszuschließen.
• Es ist einfach, einen bekannten Falchstromzerstäuber umzuformen, um die Vorteile der Erfindung zu erlangen. Es ist ausreichend, den Einsatz nach der Erfindung in die Düse des Zerstäubers anstelle des klassischen Injektors anzuordnen, der von vorn vom Zerstäubert abnehmbar ist.
• Die Erfindung und andere Vorteile derselben werden besser verstanden und erscheinen klarer im Lichte der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels eines pneumatischen Flachstrahlzerstäubers für Beschichtungsmaterial entsprechend dem erfindungsgemäßen Prinzip, die folgen wird und beispielsweise gegeben wird und Bezug nimmt auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
• Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen pneumatischen Zerstäubers ist,
• Fig. 2 eine Ansicht im vergrößerten Maßstab des Einsatzes des Zerstäubers nach Fig. 1 ist,und
• Fig. 3 eine Ansicht im vergrößerten Maßstab einer Variante des Einsatzes des Zerstäubers nach Fig. 1 ist.
• Der Zerstäuber 1 der Fig. 1 ist vom Typ eines H.V.L.P.. Er umfaßt einen Zufuhrkanal 2 für Farbe, der durch eine in den Zerstäuber durch den Griff 4 eintretende Leitung 3 versorgt wird. Der Abzug 5 erlaubt eine Steuerung eines Ventils 6, dessen Nadel 7 auf einen Sitz 8 in der Nähe der Zerstäubungsöffnung 9 ruht, die in einer Zerstäubungsdüse 10 eingearbeitet ist. Eine Luftversorgungsleitung 11 tritt auch in den Handgriff 4 ein. Sie erlaubt, den Zerstäuber 1 durch die Leitungen 12 und 12' einerseits mit Mitnahme- und Zerstäubungsluft und andererseits mit Luft für die Nasen oder die Formbildung zu versorgen. Die Nasen oder Ecken 13a und 13b umfassen Öffnungen 14a, isa und 14b, 15b für den Austritt der Luft zur Formbildung, die zu dem aus dem Zerstäuber durch die Öffnung 8 austretenden Farbenstrom gerichtet sind. Diese Nasen sind Teil einer Zerstäubungskappe 16, die auf der Düse 10 durch eine Spannschraube 17 in Stellung gehalten wird. Stromabwärts zum Sitz 8 des Versorgungsventils für Farbe ist ein Einsatz, beispielsweise aus Kunststoff angeordnet, der den Farbenstrom in einen hohlen Farbstrom umwandelt. Dieser Einsatz ist in der Düse 10 in der Nähe der Zerstäubungsöffnung angeordnet. Er bildet tatsächlich den Endbereich des Farbenkanals in der Düse 10.
• Der Einsatz ist in der Fig. 2 dargestellt. Er umfaßt vier Eintrittskanäle 21, die gleichmäßig an der Seite des Sitzes 8 und der Nadel 7 des Versorgungsventils für Farbe verteilt sind, und einen Ringkanal 22 für den Austritt, der die Zerstäubungsöffnung bildet. Die Kanäle 21 und der Kanal 22 stehen in Verbindung.
• Im Fall eines elektrostatischen Zerstäubers umfaßt der Einsatz 20 eine axiale Bohrung 25, in der eine Ladungselektrode 26 angeordnet ist, die in an sich bekannter Weise von einem nicht dargestellten Hochspannungsgenerator versorgt wird. Die Elektrode 26 ragt über den Einsatz 20 um eine Länge L hinaus, die ausreicht, um den Farbenstr6m mit einem Mal durch Kontakt und durch eine Koronaentladung aufzuladen.
• Die Funktionsweise ist die folgende: nachdem sie durch das Rohr 3 und die Leitung 2 hindurchgefördert wurde, geht die Farbe zwischen der Nadel 7 und dem Sitz 8 des Versorgungsventils hindurch. Sie wird dann in vier Fäden bzw. dünne Strahlen durch die vier Leitungen 21 geteilt, die in dem Kanal 22 zusammengeführt werden, um einen einzigen Strahl zu bilden, der bis zur Zerstäubungsöffnung 9 hohl gehalten wird dank dem inneren zentralen Bereich 27. Das Vorhandensein des mittleren Bereichs 27 bis zum Ende des Einsatzes 20 verhindert, daß der Farbenstrom sich zu einem vollen Strom zurückformt, bevor die Zerstäubungsluft ihn beginnt aufzuteilen und ihn mitzunehmen und bevor die Luft zur Formbildung ihn anfängt abzuflachen. Es ist somit möglich, die Zerstäubungsluft und die Luft zur Formbildung bei einem relativ geringen Druck zu verwenden, um diesen Farbenstrom mitzureißen und abzuflachen.
• Wenn die Ladungselektrode 26 ausreichend lang ist, beginnt die Abflachung am Ende derselben und sie ist in direktem Kontakt mit dem Farbenstrom, was zu einer Kontaktaufladung führt. Wenn nicht, lädt die Elektrode den Farbenstrom durch Koronaentladung während der Zerstäubung auf, da ihr Ende in der Nähe des Farbenstromes ist.
• Die Variante nach Fig. 3 betrifft einen Einsatz 120, der eine Modifikation der Geometrie des mittleren Bereichs 27 der Fig. 2 einschließt: sie ist mit 127 bezeichnet. Sie weist ein kegelstumpfförmiges Ende 128 auf, das den Farbenstrom umlenkt. Die Farbe hat somit eine radiale Geschwindigkeitskomponente bei ihrem Zusammentreffen mit der Zerstäubungsluft, die in etwa parallel zur Achse des Einsatzes 120 ist. Auf diese Weise wird das Eindringen der Luft in den Farbenstrom weiter vereinfacht und der Druck der Zerstäubungsluft kann auf einem minimalen Wert gehalten werden.
• Im Falle eines elektrostatischen Zerstäubers kann der Einsatz auch metallisch sein oder aus einem leitenden Material bestehen. Die Elektrode 26 wird dann weggelassen und das Beschichtungsmaterial wird durch Kontakt während seines Durchganges durch die Kanäle 21 und 22 und/oder durch Koronaentladung an den Kanten des Einsatzes 20 oder 120 aufgeladen. Dieser Einsatz kann auch aus Keramik hergestellt sein, das seine längere Lebensdauer aufgrund der Härte des Materials sicherstellt.
• Die Beschreibung wurde unter Bezugnahme auf einen manuellen Zerstäuber beschrieben, aber die Erfindung betrifft auch in offensichtlicher Weise einen automatischen Zerstäuber. Gleichfalls läßt sich die Erfindung unabhängigerweise auf einen pneumatischen elektrostatischen Zerstäuber oder rein pneumatischen Zerstäuber mit großem Durchsatz und niedrigem Druck der Zerstäubungsluft oder einen konventionellen anwenden.

Claims (8)

1. Pneumatischer Flachstrahlzerstäuber für Beschichtungsmaterial mit einem Versorgungsventil für Beschichtungsmaterial (6), das einen Farbenstrom liefert, einer Zerstäuberdüse (10) und Luftkanälen (14,15) zur Formbildung, die zu dem aus der Düse austretenden Farbenstrom gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Düse stromabwärts zur Nadel (7) des Ventils ein einen Ringkanal (22) umfassender Einsatz (20,120) angeordnet ist, der den Strom in einen hohlen Farbenstrahl umwandelt.

2. Zerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerstäuber des Typs einer großen Durchströmmenge und eines niedrigen Zerstäubungsluftdrucks ist.

3. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (20,120) mehrere Eingangskanäle (21) an der Seite der Nadel (7) des Ventils (6) aufweist, wobei diese Kanäle mit dem ringförmigen Kanal (22) in Verbindung stehen.

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4. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Farbenstrahl am Ausgang des Einsatzes zerstäubt und dann durch Luftströme, die aus Vorsprüngen (13a,13b) austreten, in einen flachen Strahl geformt wird.

5. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Farbenstrahl eine radiale Geschwindigkeitskomponente am Ausgang des Einsatzes (120) aufweist.

6. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Innenteil (127) des Kanals des Einsatzes ein kegelstumpfförmiges Ende (128) aufweist, das einen Abweiser bildet.

7. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (20) eine axiale Bohrung (25) aufweist, in der eine Ladungselektrode (26) angeordnet ist.

8. Zerstäuber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (26) über den Einsatz (20) um eine Länge herausragt, die ausreicht, um mit dem zerdrückten Farbenstrom in Kontakt zu sein.