DE7341468U - Pulverzerstäuber mit Prallkörper - Google Patents

Description

Dipl. Ing. Helmut Zoepke ,

Dipl. Irvi. Car! O. Tiodpte ":

Patentanwalt
8 München 5, Erhordtstraße β

Gema AG Apparatebau. St. Gallen (Schweiz)

Pulverzerstäuber mit Prallkörper

Die Neuerung betrifft einen Pulverzerstäuber mit Prallkörper zum Beschichten von Gegenständen im elektrostatischen Feld, bei welchem das durch ein strömendes Gas zugeführte Beschic htungs pulver in Form eines Pulverstrahles aus einem Sprührohr austritt und der Pulverstrahl von dem an einem aus dem Sprührohr herausragenden Stab befestigten Prallkörper zu einer Pulverwolke zerstäubt wird.

Die bekannten Pulverzerstäuber dieser Art besitzen inbezug auf die Stabachse rotationssymmetrische Prallkörper, die eine im wesentlichen kegelförmige Pulverwolke erzeugen. Der grösste Abstand des Prallkörpers von der Beschichtungsfläche ist hauptsächlich von der angelegten Hochspannung abhängig, da durch das elektrostatische Feld möglichst alle zerstäubten und

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elektrisch geladenen Partikel zur Beschichtungsflächs hin getragen werden sollen. Di« üblichen Pulverzerstäuber ergeben bei maximaler Arbeiosdistanz eine Eeschichtungsflache von ungefähr 30 cm Breite. Dies reicht für Handspritzpistolen, mit denen üblicherweise nur Gegenstände verhältnismässig kleiner Grosse beschichtet werden, durchaus aus. Automatische Beschichtungsanlagen, bei denen die zu beschichtenden Gegenstände z.B. mittels einer Förderkette am ortsfesten Pulverzerstäuber vcrbeibewegt werden, müssen deshalb für Beschichtungsbreiten über ca. 30 cm mit Hub- und ^enkvorrichtungen für den Pu3verzerstäuber oder mit mehreren Pulverzerstäubern in verschiedenen Höhen ausgerüstet sein. In der Industrie werden sehr häufig mittelgrosse Beschichtungsautomaten mit einer Beschichtungsbreite benötigt, die nicht wesentlich über die" etwa 30 cm liegt, und meist nur das Zweibis Dreifache beträgt. Wegen der hierzu erforderlichen automatischen Hub- und Senkvorrichtungen sind nun gerade diese mittleren Automaten in Anbetracht des nur geringen Beschichtungsbreitengewinns unverhältnismässig aufwendiger und teurer als die einfachen kleinen Beschichtungsautomaten.

Der Pulverzerstäuber mit Prallkörper gemäss der Neuerung ermöglicht es nun, bei mittleren Beschicntungsautomaten mit Beschichtungsbreiten um etwa 1 m ohne Hub- und Senkvorrichtungen auszukommen. Dies wird dadurch erreicht, dass der Prallkörper einen plattenförmigen Teil von in Richtung des Stabes gesehen länglicher abgerundeter Grundfläche, deren grösster Durchmesser ein Mehrfaches des Sprührohrdurchmessers beträgt, und auf der dem Sprührohr zugekehrten Plattenseite einen mit der Stabachse koaxialen konischen Leitteil mit insbesondere konkaver Mantelfläche aufweist. Mit einer solchen Prallkörperform wird eine in der den grössten Radius der Grundfläche des plattenförmigen Teiles enthaltenden Axialebene beträchtlich auseinandergefächerte Partikelwolke erzielt, deren Homogenität vergleichbar mit der Homogenität einer kegelförmigen Partikelwolke ist.

Die Grundfläche des plattenförmigen Prallkörperteiles hat vorzugsweise eine zum grössten Durchmesser symmetrische Form,
wodur*ch eine; gleichmässigere Verteilung der Pulverpartikel in
der Sprühwclke erhalten wird. Zur Erzielung einer noch besseren Homogenität der Pulverwolke,ist vorteilhaft der Prallkörper auf dem ^tab exzentrisch derart angeordnet, dass die Stabachse den
grössten Durchmesser der Grundfläche des plattenförmigen Prallkörperteiles aussermittig schneidet, wobei im Betrieb der Prallkörper lotrecht mit dem grösseren Abschnitt nach oben weisend
gestellt wird. Damit sich auf dem Prallkörper keine Materialansammlungen bilden, die nach Ablösung zu unsauberen Schichten
führen können, geht die Mantelfläche des konischen Leitteiles
knicklos in die dem Sprührohr zugekehrte stirnfläche des platten-förmigen Prallkörperteiles über. Während bei leistungsschwacheren Pulverzerstäubern sich die Mantelfläche des konischen Leitteiles bis zum Rand des plattenförmigen Prallkörperteiles hin erstrecken kann, ist es bei leistungsstarken Pulverzerstäubern vorteilhaft, dass der konische Prallkörper-Leitteil mit seiner Basisfläche nur einen Teil der stirnfläche des plattenförmigen Frallkörperteiles bedeckt, wobei der über den konischen Leitteil vorstehende Bereich der Stirnfläche der, plattenförmigen PrallKörperteiles senkrecht zur Stabachse ausgerichtet ist und eine Prallfläche bildet, durch die die von der konischen Mantelfläche des Leitteiles abgelenkte Pulverwolke zerstäubt
wird.

Die Mantelfläche des konischen Leitteiles kann am Scheitel knicklos in die Aussenflache des Stabes übergehen, so dass
die Zerstäubung des Pulverstrahl^s in die Pulverwolke ausschliesslich über die Mantelfläche des konischen Leitteiles und gegebenenfalls über den über den Leitteil vorstehenden Bereich der
Stirnfläche des plattenförmigen Prallkörperteiles erfolgt. Vorzugs-weise ist der konische Prallkörper-Leitteil jedoch in Form
eines Kegelstumpfes ausgebildet, wobei dessen Scheitelfläche

senkrecht zur Stabachse ausgerichtet ist und eine "Haupt"-Prallfläche bildet, von der der austretende Pulverstrahl im wesentlichen zerstäubt wird, und der vorzerstäubte und durch die konische Mantelfläche abgelenkte zerstäubte Pulverstrahl dann durch die über die Mantelfläche vorstehende "Neben"-Prallfläche der Stirnfläche des plattenförmigen Prallkörperteiles nochmals nachzerstäubt wird. Um eine gleichmSssige Verteilung von Pulver auf der effektiven Fläche des Prallkörpers zu gewährleisten, weist der Prallkörper zweckmässig aof seiner dem Sprührohr zugekehrten Seite radial vom Stab zum Rand des plattenförmigen Prallkörperteiles führende gerade und/oder gekrümmte Leitrippen auf, durch die das aufprallende Pulver am Abgleiten gehindert wird«

Der Prallkörper mit s einem plattenförmigen Teil und seinem konischen Leitteil kann einstückig aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gefertigt sein. Um bei einem Prallkörper von z.b. 10 bis 20 cm grösstem Durchmesser seiner Grundfläche ein befriedigendes elektrostatisches Transportfeld zu erhalten, weist der Prallkörper zweckmässig auf seiner dem Sprührohr abgewandten Seite Metallspitzen auf, deren Enden über die Körperoberfläche vorstehen oder auch in ihr liegen, und die durch einen in den Prallkörper eingebetteten elektrischen Leiter mit dem mit dem einen Pol einer Hochspannungsquelle verbundenen Metallstab elektrisch verbunden sind.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Neuerung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Beschichtungsanlage mit einem Pulverzerstäuber gemäss der Neuerung, der an ein Versorgungsaggregat angeschlossen ist,

Fig. 2 vorn Sprührohr des Pulverzerstäubers der Fig. 1 her gesehen in Aufsicht den Prallkörper des Pulverzerstäubers,

Fig. 3 in Seitenansicht und Aufsicht einen Prallkörper in einer abgeänderten Ausführung,

-¹S-

Fig. 4 eiren Prallkörper noch in anderer Form in Aufsicht und Seitensicht,

Fig. 5 im Schnitt einen Prallkörper bevorzugter'Ausführungsform,

Fig. 6 die dem Sprührohr abgewandte Seite des Prallkörpers der Fig. 5.

Pulverbeschichtungsanlagen enthalten, wie in Fig. 1 schematisch gezeigt ist, als wesentliche Teile einen Pulverzerstäuber 1, der auf einem Haltegestell (in Fig. 1 nicht dargestellt) montiert ist, und ein Versorgungsaggregat 4, an das der Pulverzerstäuber durch eine Versorgungsleitung 3 angeschlossen ist. Die Versorgungsleitung 3 enthält ein Hochspannungskabel, über das an die Elektroden zur elektrischen Aufladung der Pulverpartikel und für das elektrostatische Hochspannungs-Transportfeld Hochspannung angelegt wird, und einen Schlauch, durch den mittels eines Treibgasstromes Beschichtungspulver in den Pulverzerstäuber 1 gefördert wird, das in Form eines dichten Pulverstrahls aus dem Sprührohr 2 austritt und dann zu einer Wolke aus elektrisch geladenen Pulverpartikeln zerstäubt wird. Es ist verständlich, dass, um in einem v/irtschaftlichen Beschichtungsvorgang mit möglichst wenig Abfall an Beschichtungspulver qualitativ einwandfreie Schichten zu erhalten, gerade die Beschaffenheit der Pulverwolke von besonderer Bedeutung ist. In der Wolke müssen die Pulverpartikel ohne Klümpchenbildung fein verteilt sein und solche Geschwindigkeiten aufweisen, dass möglichst alle geladenen Partikel vom elektrostatischen Transportfeld auf die zu beschichtende Objektfläche getragen und nicht durch den Treibgasstrom stuf die Flächa aufgeblasen werden oder diese gar nicht erreichen. Solche Pulverwolken werden überraschender Weise durch einfache rotationssymmetrische Prallkörper erhalten. Bei den bekannten Pulverzerstäubern ist der Prallkörper meist am Ende eines axial verschiebbaren Stabes 5 im Wege des aus dem

Sprührohr 2 austretenden Pulverstrahles angeordnet. Häufig sind die rotationssyrometr^ischen Prallkörper in Form einer Prallplatte ausgeführt, deren Durchmesser im allgemeinen gleich dem Sprührohrdurchmesser oder etwas grosser ist. Doch wurden auch schon Prallplatten mit grösserem Durchmesser, z.B. bis zum Dreifachen des Öprührohrdurchmessers verwendet, um Sprühwolken mit grossem Oeffnungswinkel zu erhalten. Wie einleitend erwähnt, ist die mit solchen rotationssymmetrischen Prallkörpern bei maximaler Arbeitsdistanz erreichbare Beschichtungsbreite verhSltnismässig klein und beträgt ca. 30 cm.

Der in Fig. 1 in Seitenansicht und in Fig. 2 in Aufsicht gezeigte Prallkörper 10 besteht aus einem plattenförmigen Teil

11 und einem konischen Leitteil 12. In diesem Ausführungsbeispiel weist der plattenförmige Prallkörperteil 11 parallele gerade Längsseiten und auswärtsgebogene halbkreisförmige Schmalseiten auf (Fig. 2). Der in Form eines abgestumpften Konus mit konkaver Mantelfläche ausgebildete Leitteil 12 hat an der Basisfläche einen Durchmesser, der gleich der Breite des plattenförmigen Teiles .¹I ist. Die zur Stabachse senkrechte Scheitelfläche 13 des Leitt^iles 12 hat im gezeigten Beispiel einen Durchmesser, der etwas grosser als der Sprührohrdurchmesser ist. Der Leitteil

12 bedeckt mit seiner Basis den unterenkreisförmigen Bereich der Stirnfläche des plattenförmigen Teiles 11, wobei die konische Mantelfläche allmählich und knicklos unten in die halbkreisförmige Kante und oben in die Stirnfläche des plattenförmigen Teiles 11 übergeht, die demnach oben über den Leitteil 12 vorsteht. Der Prallkörper 10 ist auf dem Stab 5 mit zur Stabachse koaxialem Leitteil 12 angeordnet J der Leitteil 12 ermöglicht hierbei eine sichere Befestigung des Prallkörpers auf dem Stab.

Der aus dem Sprührohr 2 austretende dichte Pulverstrahl trifft in der Hauptsache auf die Scheitelfläche 13 des Leitteiles 12, durch die er zerstäubt wird und die demnach als "Haupt"-Prallflache bezeichnet werden kann, und in seinem Randbereich auf

die Kante der Scheitelfläche 13 und auf die daran anschliessende konische Mantelfläche des Leitteiles, an denen eine weiters Zerstäubung stattfindet. Die zufolge der verhältnismäsaig grossen axialen Geschwindigkeitskomponente der Partikel noch dichte Pulverwolke wird durch die konkave Mantelfläche des Leitteiles 12 nach unten zur halbkreisförmigen Kante des plattenförmigen Teiles 11 und nach oben auf die über den Leitteil vorstehende Stirnfläche desselben abgelenkt. Durch diese zur Stabachse senkrechte Stirnfläche, die als "Neben"~Prallfläche bezeichnet werden kann, wird die axiale Geschwindigkeitskomponente der Partikel im oberen Wolkenbereich drastisch vermindert und die vertikale Geschwindigkeit skomponente erhöht. In den seitlichen Bereichen und im unteren Bereich der Pulverwolke hingegen ist die axiale Geschwindigkeitskomponente der Partikel grosser, so dass im Ergebnis eine verhältnismässig schmale, in vertikaler Richtung auseinandergezogene Pulverwolke erhalten wird, in der die Pulverpartikel fein verteilt sind und im wesentlichen die für den Transport \m elektrostatischen Feld richtige Geschwindigkeit aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass mit einem solchen Prallkörper Beschichtungsbreiten von einem Meter und mehr bei einwandfreier und wirtschaftlicher Beschichtung erhalten werden. Fig. 1, in welcher der Prallkörper inbezug auf das Sprührohr masstabsgerecht dargestellt ist, vermittelt einen Eindruck von den Grösseuverhältnissen. Der plattenförmige Teil 11 des Prallkörpers 10 hat beispielsweise einen grössten Durchmesser von 120 mm bis 200 mm und eine Breite von 80 mm bis 120 mm. Die Höhe des Prallkörpers beträgt etwa 50 mm und der Abstand des plattenförmigen Teiles 11 von der Sprührohrmündung im Durchschnitt etwa 70 mm. Diese Grössenangaben sind jedoch nur rein beispielsweise angegeben, um ein anschauliches Bild von dem neuen Pulverzerstäuber zu vermitteln.

Die Form des PrallKÖrpers kann unter Wahrung der wesentlichen Merkmale natürlich abgewandelt werden.

Der in Fig. 3 als weiteres Ausführungsbeispiel in Seitenansicht und Aufsicht gezeigte Prallkörper weist einen plattenförmigen Teil 11a mit elliptischer Grundfläche auf. Die Basisfläche des Leitteiles 12 reicht nirgends bis zur Kante des plattenförmigen Teiles, so dass sich auch im unteren Bereich des Pulverstrahls eine "Neben"-Prallfläche ergibt.

Fig. 4 zeigt in Aufsicht und Seitensicht einen Prallkörper 10, dessen plattenförmiger Teil 11b eine Grundfläche in Form eines Trapezes mit halbkreisförmig abgerundeten Schmalseiten hat. Die Basisfläche des Leitteiles 12 entspricht genau der Grundfläche des plattenförmigen Teiles 11b, so dass die Mantelfläche des Leitteiles 12 in die Umfangskante des plattenförmigen Teiles 11b übergent. Am Scheitel geht die konkave Mantelfläche ohne "Haupt"-Prallf-läche direkt knicklos in die Aussenfläche des Stabes 5 über. Als Prallfläche dient hier allein die konische Mantelfläche des Leitteiles 12.

Der Prallkörper 10 mit seinem plattenförmigen Teil 11 und dem Leitteil 12 wird vorzugsweise einstückig aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gefertigt. Wegen der Grosse des Prallkörpers (z.B. 120 mm χ 200 mm) sind u.U. Schwierigkeiten bei dem elektrostatischen Transportfeld zu erwarten und zudem kann das Pulver auf Oberfläche des Prallkörpers gleiten, was Anlass zu einer ungünstigen Partikelverteilung in der Sprühwolke sein könnte.

In Fig. 5 ist im Schnitt ein solch grosser Prallkörper von bevorzugter Ausführungsform dargestellt, bei dem durch zusätzliche Massnahmen diese Gefahren behoben sind. Fig. 6 zeigt diesen Prallkörper in Aufsicht vom Sprührohr her gesehen und Fig. die dem Sprührohr abgewandte Seite des Prallkörpers. Der Prallkörper 10 hat im wesentlichen die in Fig. 1 gezeigte und vorstehend beschriebene Form. Der Kunststoffkörper weist den plattenförmigen Teil 11 mit d er in Fig. 1 gezeigten Grundfläche und

den in Form eines abgestumpften Konus ausgebildeten Leitteil 12 mit der konkaven Mantelfläche und der "Haupt"-Prallfläche 13 am Scheitel auf. Auf der dem Sprührohr 2 zugekehrten Seite trägt der Prallkörper 10 von der "Haupt"-Prallfläche 13 radial zum Rand des plattenförmigen Teiles 11 verlaufende Leitrippen 14, durch die das auftreffende Pulver am Abgleiten gehindert wird. Die Leitrippen 14 können, wie in Fig. 6 ersichtlich, gerade sein. Sie oder mindestens einige derselben können jedoch auch, wie in solchen Fällen an sie. bekannt, auch gekrümmt sein. Um ein wirkungsvolles elektrostatisches Transportfeld aufzubauen, enthält der Kunststoffkörper eingebettet einen dünnen elektrischen Leiter 8. Der Metallstab 5 ist durch eine Kunststoffschicht 6 aussen elektrisch isoliert und sein Ende läuft in einer Spitze 7 aus, an die der Leiter 8 angeschlossen ist. Der Leiter 8 verbindet weitere Spitzen 9, die in einer zweckmässdgen Anordnung über die dem Sprührohr 2 abgewandten Prallkörperseite verteilt sind. Die Spitzen 7, 9, die über die Körperoberfläche vorstehen, mit der Oberfläche bündig sein oder auch in Vertiefungen liegen können, bilden Elektroden für das Transportfeld und sind über den Leiter 8 und den Metallstab 5 mit dem einen Pol einer Hochspannungsquelle verbunden. Durch diese Spitzenelektroden wird ein "tragfähiges" elektrostatisches Hochspannungsfeld zwischen dem Prallkörper und dem geerdeten, zu beschichtenden Objekt gewährleistet.

Durch Variation in der Form und in der Anordnung auf dem Stab 5 kann der Prallkörper ohne Schwierigkeiten an die jeweils gegebenen speziellen Verhältnisse optimal angepasst werden. So kann beispielsweise der plattenförmige Teil 11 eine asymmetrische Grundfläche haben und schräg zur Stabachse angeordnet sein, die Stabachse könnte auch durch den Mittelpunkt des Prallkörpers führen und der Prallkörper könnte mittels des Stabes 5 drehbar und axial verschiebbar sein.

Claims (1)

1. Schutzansprüche

   1. Pulverzerstäuber mit Prallkörper zum Beschichten von Gegenständen im elektrostatischen Feld, bei welchem das durch ein strömendes Gas zugeführte Beschichtungspulver in Form eines Pulverstrahls aus einem Sprührohr austritt und der Pulverstrahl von dem an einem aus dem Sprührohr herausragenden Stab befestigten Prallkörper zu einer Pulverwolke zerstäubt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (10) einen plattenförmigen Teil (11; 11a, lib) von in Richtung des Stabes (5) gesehen länglicher abgerundeter Grundfläche, deren grösster Durchmesser ein Mehrfaches des Sprührohrdurchmessers beträgt, und auf der dem Sprührohr (2) zugekehrten Plattenseite einen mit der Stabachse koaxialen konischen Leitteil (12) mit insbesondere konkaver Mantelfläche aufweist./

   2. Pulverzerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bx*undflache des plattenförmigen Prallkörperteiles (11) eine zum grössten Durchmesser symmetrische Form hat./

   3. Pulverzerstäuber nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (10) auf dem Stab (5) exzentrisch derart angeordnet ist, dass die Stabachse den grössten Durchmesser der Grundfläche des plattenförmigen Prallkörperteiles (11) aussermittig schneidet. /

   4. Pulverzerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche des konischen Leit-

   iles (12) knicklos in die dem Sprührohr (2) zugekehrte Stirnläche des plattenförmigen Prallkörperteiles (11) übergeht.

   1/

   ^r. Pulverzerstäuber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Mantelfläche des konischen Leitteiles (12) bis

   zum Rand des plattenförmigen Prallkörperteiles (11) erstreckt,

   6. Pulverzerstäuber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Prallkörper-Leitteil (12) mit seiner Basisfläche nur einen Teil der Stirnfläche des plattenförmigen Prallkörperteiles (11) bedeckt, wobei der über den konischen Leitteil (12) vorstehende Bereich der Stirnfläche des plattenförmigen Prallkörperteiles (11) senkrecht zur Stabachse ausgerichtet ist und eine Prallfläche bildet, y

   7. Pulverzerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche des konischen Prallkörper-Leitteiles (12) am Scheitel knicklos in die Aussenflache des Stabes (5) übergeht./

   8. Pulverzerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Prallkörper-Leitteil (12) in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist, wobei dessen Scheitelfläche (13) senkrecht zur Stabachse ausgerichtet ist und eine Haupt-Prallfläche bildet J

   9. Pulverzerstäuber nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (10) auf seiner dem Sprührohr (2) zugekehrten Seite vom Stab (5) radial zum Rand des plattenförmigen Prallkörperteiles (11) führende gerade und/Oder gekrümmte Leitrippen (14) aufweist^

   10. Pulverzerstäuber nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff bestehende Prallkörper (10) auf seiner dem Sprührohr (2) abgewandten Seite Metallspitzen (9) aufweist, die durch einen in den Prallkörper (10) eingebetteten elektrischen Leiter (8) mit dom Metallstab (5) elektrisch verbunden sind./

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   11. Pulverzerstäuber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Metallspitzen (9) in der Überfläche des Prallkörpers (10) liegen. /