EP0268126B2 - Verfahren zur Erhöhung der ausgegebenen Pulvermenge an einer Pulverbeschichtungsanlage sowie Pulverbeschichtungsanlage - Google Patents

Verfahren zur Erhöhung der ausgegebenen Pulvermenge an einer Pulverbeschichtungsanlage sowie Pulverbeschichtungsanlage Download PDF

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EP0268126B2
EP0268126B2 EP87116035A EP87116035A EP0268126B2 EP 0268126 B2 EP0268126 B2 EP 0268126B2 EP 87116035 A EP87116035 A EP 87116035A EP 87116035 A EP87116035 A EP 87116035A EP 0268126 B2 EP0268126 B2 EP 0268126B2
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EP
European Patent Office
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powder
pressure
nozzle
gas
mixing chamber
Prior art date
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EP87116035A
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EP0268126A1 (de
EP0268126B1 (de
Inventor
Hardy P. Dr. Weiss
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Prazisions-Werkzeuge AG
Praezisions Werkzeuge AG
Original Assignee
Prazisions-Werkzeuge AG
Praezisions Werkzeuge AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/16—Arrangements for supplying liquids or other fluent material
    • B05B5/1683—Arrangements for supplying liquids or other fluent material specially adapted for particulate materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/08—Plant for applying liquids or other fluent materials to objects
    • B05B5/12—Plant for applying liquids or other fluent materials to objects specially adapted for coating the interior of hollow bodies

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling the amount of powder delivered per unit of time to a powder coating system, and to a powder coating system.
  • a plastic is in a dissolved form.
  • the solution is applied to the surface to be coated and the solvent is then evaporated.
  • the finest plastic powder usually electrostatically supported, is applied to a surface and then melted by the action of heat. This creates a plastic layer that adheres to the surface.
  • the present invention is basically concerned with the second mentioned technique, e.g. as is known from US-A-4 205 621 or EP-A-0 093 083.
  • the Puiver driven by gravity, cannot be pumped over long distances.
  • a conveying medium usually a conveying gas, is necessary in particular in order to be able to convey it on horizontal or at least not only vertical routes.
  • the present invention now relates to the coating technology mentioned, in which relatively long conveying paths between a powder container and a coating arrangement have to be overcome.
  • FIG. 1 Such a known coating system is shown schematically in FIG. 1.
  • coating powder is filled into a storage container 1.
  • a feed line 3 connects the container 1 to a mixing chamber 5.
  • a gas jet G generated by a pressure source 9, such as a compressor, is accelerated and blown into the mixing chamber 5.
  • P 1 denotes the pressure in the container 1, p 7 the pressure in the feed line for the conveying gas G and p 5 the pressure in the mixing chamber 5. Due to the jet acceleration at the nozzle 7, a pressure drop ⁇ p 75 is generated in the mixing chamber 5 for the time being a negative pressure with regard to the static pressure in the gas supply line 7. The accelerated gas in chamber 5 creates a static pressure drop .DELTA.p 15 from container 1 to chamber 5. This produces powder the container 1 is conveyed into the mixing chamber 5 and mixed with the gas jet G in the mixing chamber 5.
  • the powder-gas mixture is now conveyed out of the mixing chamber 5 through a delivery line 11, the powder-gas flow being delayed in a section 13 between the mixing chamber 5 and delivery line 11, as a result of which the kinetic energy in the mixing chamber 5 is converted into pressure energy and static pressure recovery takes place.
  • the powder-gas flow is now fed to a coating arrangement which is often relatively far away from the container 1, as in the case of the coating arrangement shown schematically in the lower part of FIG. 1.
  • This is a coating arrangement for the internal coating of pipes or pipe-section-like structures, as is used for the internal coating, for example of can bodies.
  • can bodies 15 are first fed via a cantilever arm to a connecting station 19, such as a welding station, then continue via the arm 17 to a coating arrangement 21.
  • a connecting station 19 such as a welding station
  • the delivery line 11 for the coating powder, the arm 17 is axially passed through the entire length of the arm and only opens out of the arm 17 in the coating area.
  • electrostatically assisted (not shown), the powder is applied to the inner surface of the can body 15 and usually excess powder is sucked back again.
  • the static pressure in the input container builds up as a function of the outlet pressure for supplying the injector nozzle with conveying gas provided pressure source.
  • the powder is transported along the line leading downstream of the injector nozzle essentially due to the impulse transmission of the conveying gas to the powder supplied from the input container.
  • a conveyor system for particulate material such as dust is known.
  • the material addition to a container is periodically closed, the container being pressurized so that the material remaining in the container is simultaneously fluidized and driven against the container outlet.
  • the material is conveyed further by means of a gas jet by using a switchable double nozzle for the gas jet and by utilizing pressure recovery.
  • only one nozzle is operated.
  • the higher delivery pressure p 7 has only a minor effect on the delivery rate as soon as the pressure ratio at the nozzle p 7 , p 5 is greater than the critical pressure ratio, for air about 1.7.
  • the increase in the delivery pressure p 7 is extremely expensive, since this pressure must be considerably higher than the pressure in the mixing chamber p 5 and the pressure P 1 in the container 1, the latter usually atmospheric pressure.
  • Another possibility for controlling the amount of powder dispensed would be to control the amount of gas injected into the mixing chamber 5 per unit of time. Given a delivery line configuration, this can lead to a build-up or pressure build-up in the mixing chamber 5 and a pressure drop ⁇ p 11 which is disproportionate to the amount of powder conveyed through line 11.
  • the injected gas jet G is now primarily used to accelerate and redirect the powder in the mixing chamber 5.
  • the delivery rate can now be set.
  • the amount of powder dispensed can be optimized by optimizing the jet expansion efficiency or delay efficiency. i.e. improve the recovery of the static pressure on the gas jet mentioned.
  • the delay section is thus, according to the invention, immediately after the nozzle mouth, which enables the desired improvement in pressure recovery.
  • an axially parallel outflow is achieved at an outlet cross section of the nozzle, such as nozzle 7 of FIG. 1.
  • the container according to claim 4 or claim 10 is preferably supplied with fluid air for fluidizing the powder in the area of the feed line, precautions must be taken which enable a filtered removal of the supplied air after the desired excess pressure has been reached.
  • FIG. 2a shows a powder container 30 on a system according to the invention, used instead of the container 1 from FIG. 1.
  • the container 30 is connected via a feed line 32 to an injector 8 according to FIG. 1, preferably an injector described below.
  • a porous fluid base 34 is arranged in the container 30, and a fluid-gas line 36 opens into the container 30 below the fluid base 34.
  • a fluid gas FL preferably air, is gently blown through the fluid base 34 into the overlying coating powder 40 through the line 36, as with the aid of a conventional type of blower, as shown schematically at 38.
  • a pressure generating element is generally provided on the container 30 in order to apply an overpressure p 30 to the powder 40 in relation to ambient pressure.
  • a pressure regulating device 42 such as a pressure regulating valve or a slide, is also provided on the container 30. Once the desired overpressure p 30 has been set in the container 30 and can be set on the pressure regulating device 42, the further fluid air FL escapes through the pressure regulating device 42, like the pressure regulating valve, via a filter 44.
  • the filter 44 is provided in order to filter out powder particles suspended in the escaping fluid air.
  • the container 30 is loaded with fresh powder via a line 46 and a schematically illustrated rotary valve 48, which ensures that when the container 30 is loaded with powder, there is no pressure equalization between the interior of the container and the surroundings.
  • a level control 50 with electrical output lines 52 monitors the powder level in the container 30 and controls or regulates, not shown, at most the amount of powder supplied via line 46 and rotary valve 48.
  • Fig. 2a the injector 8 is shown again according to Fig. 1, dashed a path coordinate x of the powder from the container via the feed line 32, through the injector 8, into the delivery line 11.
  • Fig. 2b the pressure curve along the path coordinate x is shown purely qualitatively, in an extended characteristic for an arrangement according to Fig. 1, in which there is atmospheric pressure in the container 1, dash-dotted lines according to the inventive embodiment of Fig. 2a, with overpressure p 30 in the container 30th
  • the internal pressure in the container 30 is now increased, which leads to the qualitative progression, as shown in broken lines.
  • the entire characteristic is increased by the excess pressure corresponding to the pressure p 30 , which has a strong effect on the amount of powder conveyed through line 11.
  • Raising the pressure in the mixing chamber 5, p 5 and the associated reduction in the pressure difference p 7 to p 5 according to FIG. 1 does not lead to a significant reduction in the delivery rate.
  • the delivery pressure p 7 and the amount of gas injected through the nozzle 7 can even be reduced, with the same or increased output quantity.
  • the overpressure p 30 ensures that the pressure losses along the delivery line 11 are overcome, while the kinetic energy of the injected gas stream, preferably an air jet, increases only the powder acceleration and its deflection. With the aid of the setting of the excess pressure p 30 with the pressure regulating device 42, the amount of powder conveyed is set through line 11.
  • FIG. 2b the position numbers of the parts according to FIG. 2a, which are run through as x progresses, are also entered.
  • the injector 54 comprises a mixing chamber 55 into which a nozzle 57 with an orifice 59 opens. Coaxial to the axis A 57 and the nozzle 57, the mixing chamber 55 has a section 61 which widens immediately after the mouth. The section 61 opens continuously into the delivery line 11, arranged coaxially to the axis A 57 of the nozzle 57.
  • the feed line 3 according to FIG. 1 or 32 according to FIG. 2a opens into the mixing chamber 55 transversely to the axis A 57 of the nozzle 57.
  • a gas jet G is injected through the nozzle 57 into the mixing chamber 55 and is delayed immediately after the nozzle orifice 59, in that the diverging mixing chamber section 61 starts immediately after the nozzle orifice 59.
  • the jet G is emitted as a free jet from the nozzle 57 and the boundary of the section 61 is designed to be 15 ° or less in accordance with the jet edge angle ⁇ of the free jet with respect to the axis A 57 .
  • the deflection and acceleration of the inflowing powder takes place between the nozzle mouth 59 and the approach of section 61, with the result that the gas jet is additionally decelerated and thus spreads out with a jet edge angle that is greater than approximately 8 °, the jet edge angle of the free jet which propagates undisturbed.
  • the nozzle 57 becomes operated with a subcritical pressure ratio p 57 to p 55 , whereby shock waves are avoided and free jet expansion is possible.
  • the inner bore of the nozzle 57 is continuously converging, as shown, the diameter ratio d 57 in the non-converging nozzle part to the mouth diameter d 59 preferably being greater than 5.
  • a flow channel 63 is provided between the connection of the feed line 3 or 32 and the section 61, which continuously leads into the area 61.
  • the continuously curved transition from line connection on line 3 or 32 to divergent section 61 prevents further erosion by accelerated powder particles, in particular at the mixing chamber locations designated E x in FIG. 3.
  • To generate the free jet opens out further the nozzle 57 with a sharp edge into the mixing chamber 55.
  • the nozzle 57 is as shown by the double arrow S. for example, via a fine thread 64 between nozzle 57 and mixing chamber block 65, axially adjustable.
  • the flow channel 63 between the mouth of the feed line 3 or 32 and the mouth into the delivery line 11 is designed in the form of a continuously bent Laval nozzle.
  • the nozzle 57 protrudes with its mouth 59 into the area of the nozzle constriction 67 coaxially to the constriction cross section, as a result of which between the body 56 of the nozzle 57 and the wall of the flow channel 63 in the area 67 an annular nozzle 69 for the supply via line 3 or 32 Powder is created.
  • the axis A 32 of the feed line 3 or 32, the axis of the adjoining flow channel 63 and the axis of the nozzle 57 or of the section 61, A 57 lie in one plane.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration in the view according to line V-V of FIGS. 3 and 4 .
  • the axis A 32 is arranged eccentrically with respect to the axis A 57 of the nozzle or the section 61.
  • the powder fed through line 3 or 32 is mixed in the mixing chamber 55 with a self-cleaning swirl, which leads to a vortex D, as shown schematically.

Landscapes

  • Nozzles (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der pro Zeiteinheit an einer Puiverbeschichtungsanlage ausgegebenen Pulvermenge, sowie eine Pulverbeschichtungsanlage.
  • Zur Beschichtung von Oberflächen mit Kunststoff können prinzipiell zwei Verfahren eingesetzt werden. Beim ersten Verfahren liegt ein Kunststoff in gelöster Form vor. Dabei wird die Lösung auf die zu beschichtende Oberflache aufgetragen und das Lösungsmittel anschliessend verdampft. In einem zweiten Verfahren wird feinstes Kunststoffpulver, meistens elektrostatisch unterstützt, auf eine Oberfläche aufgebracht und anschliessend durch Warmeeinwirkung zum Schmelzen gebracht. Dadurch entsteht eine auf der Oberfläche haftende Kunststoffschicht.
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich grundsätzlich mit der zweiterwähnten Technik, z.B. wie sie aus der US-A-4 205 621 oder der EP-A-0 093 083 bekannt ist. Bei ihr besteht immer wieder die Schwierigkeit dann, das Kunststoffpulver gleichmässig auf die zu beschichtende Oberfläche aufzubringen, wozu primär eine gleichmässige Förderung des Pulvers erforderlich ist. Das Puiver kann, schwerkraftgetrieben, nicht über längere Strecken gefördert, werden. Insbesondere um es auf horizontalen oder mindestens nicht nur vertikalen Strecken fördern zu können, ist ein Fördermedium, üblicherweise ein Fördergas, notwendig. Im speziellen bezieht sich nun die vorliegende Erfindung auf die genannte Beschichtungstechnik, bei der relativ lange Förderwege zwischen einem Pulverbehälter und einer Beschichtungsanordnung überwunden werden müssen.
  • Eine derartige bekannte Beschichtungsanlage ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Beschichtungspulver wird, wie mit dem Pfeil F angedeutet, in einen Vorratsbehälter 1 engefüllt. Eine Speiseleitung 3 verbindet den Behälter 1 mit einer Mischkammer 5. Mittels einer Düse 7, die in die Mischkammer 5 einmündet. wird ein durch eine Druckquelle 9, wie einen Kompressor, erzeugter Gasstrahl G beschleunigt und in die Mischkammer 5 eingeblasen.
  • Es bezeichnen p1 den Druck im Behälter 1, p7 den Druck in der Zuführleitung für das Fördergas G und p5 den Druck in der Mischkammer 5. Aufgrund der Strahlbeschleunigung an der Düse 7 wird ein Druckgefälle Δp75 erzeugt, in der Mischkammer 5 vorerst bezüglich des statischen Druckes in der Gaszuführleitung 7 ein Unterdruck. Durch das beschleunigte Gas in der Kammer 5 entsteht ein statisches Druckgefälle Δp15 vom Behälter 1 zur Kammer 5. Dadurch wird Pulver aus dem Behälter 1 in die Mischkammer 5 gefördert und in der Mischkammer 5 mit dem Gasstrahl G vermischt. Das Pulver-Gas-Gemisch wird nun durch eine Förderleitung 11 aus der Mischkammer 5 gefördert, wobei in einem Abschnitt 13 zwischen Mischkammer 5 und Förderleitung 11 der Pulver-Gas-Strom verzögert wird, wodurch die kinetische Energie in der Mischkammer 5 in Druckenergie gewandelt wird und statische Druckrückgewinnung erfolgt. Ueber die Förderleitung 11 wird nun der Pulver-Gas-Strom einer Beschichtungsanordnung zugespiesen, die des öftern relativ weit vom Behälter 1 entfernt ist, wie im Falle der schematisch im unteren Teil von Fig. 1 dargestellten Beschichtungsanordnung. Es handelt sich hier um eine Beschichtungsanordnung zur Innenbeschichtung von Rohren oder rohrabschnittförmigen Gebilden, wie sie für die Innenbeschichtung, beispielsweise von Dosenkörpern, eingesetzt wird. Dabei werden vorerst entlang von Längskanten noch nicht verbundene, d.h. noch nicht in sich geschlossene Dosenkörper 15 über einen ausladenden Arm erst einer Verbindungsstation 19, wie einer Schweiss-Station, zugeführt, laufen darnach weiter über den Arm 17 zu einer Beschichtungsanordnung 21. Die Förderleitung 11 für das Beschichtungspulver wird über die gesamte Länge des Armes 17 axial durch diesen hindurchgeführt, und mündet erst im Beschichtungsbereich aus dem Arm 17 aus. Dort wird, elektrostatisch unterstützt (nicht dargestellt), das Pulver an die Innenfläche der Dosenkörper 15 appliziert und üblicherweise Ueberschusspulver wieder rückgesaugt.
  • Dabei ist nun ersichtlich, dass relativ lange Förderleitungen zwischen dem generell mit 8 bezeichneten sog. Injektor bis zur Pulver-Ausgabestelle zurückzulegen sind.
  • Entlang der Förderleitung 11 stellt sich infolge von Reibungsverlusten eine stetige Druckabnahme im Pulver-Gas-Strom ein. In Fig. 1 sind diese Verluste durch Δp11 dargestellt. Diese Verluste werden durch die Energie des in die Mischkammer 5 eingedüsten Gasstrahles mitüberwunden, die ausreicht, das Pulver-Gas-Gemisch umzuienken, zu beschleunigen und die erwähnten Verluste an der Förderleitung 11 zu überwinden.
  • Aus der GB-A-1 249 746 ist nun eine Pulverförderanlage bekannt, bei welcher der der Injektordüse zugeführte Gasstrom aufgeteilt wird und dem verschlossenen Pulvereingabebehältnis zugeführt wird. Dadurch wird das Pulvereingabehältnis unter Druck gesetzt, dies, um bei Unterbrechung der Pulverförderung durch den der Düse zugeführten Gasstrom, die Förderung wieder rasch in Gang setzen zu können.
  • Der statische Druck im Eingabebehältnis baut sich dabei in Funktion des Ausgangsdruckes einer für die Speisung der Injektordüse mit Fördergas vorgesehenen Druckquelle auf. Der Pulvertransport entlang der stromabwärts der Injektordüse wegführenden Leitung erfolgt im wesentlichen aufgrund einer Impulsübertragung von Fördergas auf das aus dem Eingabebehältnis zugeführte Pulver.
  • Aus der US-A-3 149 884 ist eine Pulverförderungsanlage bekannt, bei welcher das Pulver ebenfalls aufgrund des Injektorsaugprinzipes aus einen Eingabebehältnis abgesaugt wird und dann durch Impulsübertragung durch eine Förderleitung gefördert wird. Das Eingabebehältnis wird in Abhängigkeit vom dem Injektor zugeführten Gasstrahl druckbeaufschlagt und darin ein gegenüber der Umgebung ungefähr eingestellter Ueberdruck aufrechterhalten.
  • Es wird erkannt, dass die grundsätzliche Erzeugung eines positiven Druckes im Eingabebehältnis sich positiv auf die Pulverförderung auswirkt.
  • Aus der US-A-4 569 161 ist eine Pulverförderanlage bekannt, bei welcher das Pulver aus dem Eingabebehältnis durch Impulsübertragung mittels eines Injektorgasstrahles gefördert wird. Um den Druck zwischen Eingabebehältnis und Eintrittsbereich in den Injektor auszugleichen, wird Druckluft in das Eingabebehältnis eingebracht.
  • Aus der US-A-4 561 808 ist weiter eine Pulverförderanlage bekannt geworden, bei welcher Rückgewinnung statischen Druckes an einem sich stromab-wärts aufweitenden Förderleitungsabschnitt für die Pulverförderung erfolgt. Das Eingabebehältnis wird druckbeaufschlagt, um die Pulverförderung rasch in Gang zu setzen.
  • Aus der GB-A-1 106 082 ist eine Förderanlage für partikelförmiges (particulate) Material, wie von Staub, bekannt. Dabei wird periodisch die Materialzugabe an einen Behälter geschlossen, dabei der Behälter unter Druck gesetzt, so dass gleichzeitig das im Behälter verbliebene Material fluidisiert und gegen den Behälterausgang getrieben wird. Von da wird das Material mittels eines Gasstrahles weitergefördert durch Einsatz einer umschaltbaren Doppeldüse für den Gasstrahl und durch Ausnützung von Druckrückgewinnung. Während den Phasen, in denen der Behälter geschlossen und unter Druck gesetzt ist, wird nur die eine Düse betrieben.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung der pro Zeiteinheit an einer Pulverbeschichtungsanlage ausgegebenen Pulvermenge bzw. eine Pulverbeschichtungsanlage hierfür anzugeben, die nach der oben erwähnten zweiten Technik arbeiten.
  • Zur erwähnten Mengensteuerung bieten sich vorerst mehrere Massnahmen an:
  • Steuerung der kinetischen Energie des in die Mischkammer 5 eingeblasenen Gasstrahles, was durch Variation des Förderdruckes p7 angestrebt werden könnte: Der höhere Förderdruck p7 hat nur eine geringe Auswirkung auf die Fördermenge, sobald das Druckverhältnis an der Düse p7,p5 grösser als das kritische Druckverhältnis, für Luft etwa 1,7, wird. Zudem ist die Erhöhung des Förderdruckes p7 ausserordentlich kostspielig, muss doch ohnehin dieser Druck erheblich über dem Druck in der Mischkammer p5 und dem Druck P1 im Behälter 1, letzterer üblicherweise Atmosphärendruck, liegen.
  • Die mit Einsatz einer Lavaldüse erreichbare höhere kinetische Energie kann wegen des schlechten Strahl-Expansions- bzw. -Verzögerungs-Wirkungsgrades bzw. der schlechten Rückgewinnung des statischen Druckes nicht genutzt werden. Eine Erhöhung des Druckverhältnisses p7/p5 über das kritische Verhältnis, wie mittels einer Lavaldüse, führt zudem zu inslabiler Strömung in der Förderleitung 11 aufgrund des dann auftretenden Verdichtungsstosses.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Steuerung der ausgegebenen Pulvermenge wäre die Steuerung der pro Zeiteinheit in die Mischkammer 5 eingedüsten Gasmenge. Dies kann bei gegebener Förderleitungskonfiguration zu einem Stau bzw. Druckaufbau in der Mischkammer 5 und einem zu der durch Leitung 11 geförderten Pulvermenge überproportionalen Druckabfall Δp11 führen.
  • Die obgenannte Aufgabe wird nur erfindungsgemäss nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 7 gelöst.
  • Der eingedüste Gasstrahl G dient nun vornehmlich der Beschleunigung und Umlenkung des Pulvers in der Mischkammer 5. Durch Variation des Ueberdruckes P1 im Behälter 1 kann nun die Fördermenge eingestellt werden.
  • Im weiteren lässt sich dabei die ausgegebene Pulvermenge durch Optimierung des Strahl-Expansionswirkungsgrades bzw. Verzögerungswirkungsgrades. d.h. der Rückgewinnung des statischen Druckes am genannten Gasstrahl verbessern.
  • Dies wird beim Verfahren nach dem Wortlaut von Anspruch 2 erreicht.
  • Im Unterschied zur Darstellung gemäss Fig. 1 wird somit erfindungsgemäss der Verzögerungsabschnitt unmittelbar anschliessend an die Düsenmündung verlegt, was die angestrebte Verbesserung der Druckrückgewinnung ermöglicht.
  • Es sei an dieser Stelle eine Klammer geöffnet: Ueblicherweise wird von Strahlexpansion bzw. - kompression bei dessen Verzögerung bzw. Beschleunigung gesprochen. Da aber z.B. bei der Laval-Düse der Strahl im Expansionspereich bzw. Aufweitungsbereich weiter beschleunigt wird, wird hier das Strahlverhalten mit den eindeutigeren kinetischen Begriffen "Beschleunigen". "Verzögern" beschrieben.
  • Wie in Fig. 1 auch dargestellt, ist es üblich, die Speiseleitung 3 für das Pulver, mindestens in einer Komponente, senkrecht zur Achse des eingedüsten Gasstrahles G der Mischkammer 5 zuzuspersen. Es besteht dabei eine gewisse Gefahr, dass sich in der Mischkammer, wie 5 von Fig. 1. Pulver absetzt. Dies führt zu Veränderungen der Druck- und Strömungscharakteristiken in der Mischkammer 5.
  • Um nun dieses Problem zu lösen, wird beim Verfahren eingangs genannter Art weiter vorgeschlagen, nach dem Wortlaut von Anspruch 3 vorzugehen.
  • Wird in Fig. 1 die Achse der Speiseleitung 3 so gelegt, dass, in Richtung gegen die Düse 7 hin betrachtet, sich deren Achse und die Achse der Leitung 3 nicht schneiden, so wird die Strömung des Pulver-Gas-Gemisches mit einem Drall versehen: Es entsteht ein selbstreinigender Wirbel in der Mischkammer 5 bzw. allenfalls der anschliessenden Leitung 11.
  • Weiter wird vorgeschlagen, nach dem Wortlaut von Anspruch 5 vorzugehen.
  • Durch stetige bzw. kontinuierliche Beschleunigung wird an einem Austrittsquerschnitt der Düse, wie der Düse 7 von Fig. 1, eine achsparallele Ausströmung erreicht.
  • Der Betrieb der Düse bei einem Druckverhältnis kleiner als dem kritischen, bei Einsatz von Luft als Gas, bei einem Verhältnis p7/p5 < ca. 1,7, werden Slosswellen in der Mischkammer vermieden und die Ausbildung eines Freistrahls ermöglicht.
  • Im weiteren wird zur möglichst optimalen Druckrückgewinnung vorgeschlagen, dass man nach dem Wortlaut von Anspruch 6 vorgeht.
  • Bei Unterdrucksetzen des Behälters an der Anlage nach Anspruch 7 ergibt sich das Problem, dass ihm immer wieder, oder kontinuierlich, Pulver zugeführt werden muss, ohne dass dabei zwischen Behälter und Umgebung ein Druckausgleich stattfände.
  • Dies wird bei Ausbildung nach den Wortlaut von Anspruch 12 erreicht.
  • Wenn im weiteren bevorzugterweise dem Behälter nach Anspruch 4 oder Anspruch 10 Fluidluft zur Fluidisierung des Pulvers im Bereich der Speiseleitung zugeführt wird, müssen Vorkehrungen getroffen werden, die eine gefilterte Abfuhr der zugeführten Luft nach Erreichen des erwünschten Ueberdruckes ermöglichen.
  • Dies wird bei der Anordnung nach Anspruch 13 erreicht.
  • Dadurch wird nach Erstellen des erwünschten Ueberdruckes die weiter zufliessende Fluidisierungsluft abgeführt und die immer darin mitschwebenden Pulverpartikel durch eine Filteranordnung ausgefiltert.
  • Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 2a
    schematisch den Aufbau eines erfindungsgemässen Behälters, anstelle eines Behälters 1 von Fig. 1, an einer erfindungsgemässen Anlage,
    Fig. 2b
    qualitativ den Verlauf des statischen Drukkes entlang des Pulver-Förderweges,
    Fig. 3
    einen Längsschnitt durch einen bevorzugten Injektor anstelle von 8 in Fig. 1, an einer erfindungsgemässen Anlage,
    Fig. 4
    schematisch eine weitere Ausführungsvariante eines Injektors an einer erfindungsgemässen Anlage,
    Fig. 5
    eine schematische Längsschnittdarstellung einer weiteren Ausbildungsvariante eines Injektors gemäss Fig. 3 oder 4 an einer erfindungsgemässen Anlage.
  • In Fig. 2a ist ein Pulverbehälter 30 an einer erfindungsgemässen Anlage, anstelle des Behälters 1 von Fig. 1 eingesetzt, gezeigt. Der Behälter 30 ist über eine Speiseleitung 32 mit einem Injektor 8 gemäss Fig. 1, vorzugsweise einem weiter unten beschriebenen Injektor, verbunden. Im Bereiche der Ausmündung der Speiseleitung 32 ist im Behälter 30 ein poröser Fluidboden 34 angeordnet, und es mündet unterhalb des Fluidbodens 34 eine Fluid-Gasleitung 36 in den Behälter 30 ein. Durch die Leitung 36 wird, wie mit Hilfe eines Gebläses konventioneller Art, wie schematisch bei 38 dargestellt, ein Fluidgas FL, vorzugsweise Luft, durch den Fluidboden 34 in das darüberliegende Beschichtungspulver 40 sanft eingeblasen. Am Behälter 30 ist generell ein Druckerzeugungsorgan vorgesehen, um das Pulver 40 gegenüber Umgebungsdruck mit einem Ueberdruck p30 zu beaufschlagen.
  • Selbstverständlich kann hierzu ein eigens dafür vorgesehenes Druckerzeugungsorgan eingesetzt werden. Bevorzugterweise werden aber das Gebläse 38 und die Fluid-Luftleitung 36 bzw. die Fluidluft FL für diese Druckbeaufschlagung ausgenützt:. Am Behälter 30 ist im weiteren eine Druckreguliervorrichtung 42, wie ein Druckregulierventil oder ein Schieber, vorgesehen. Hat sich der gewünschte, an der Druckreguliervorrichtung 42 einstellbare Ueberdruck p30 im Behälter 30 eingestellt, so entweicht die weitere Fluidluft FL durch die Druckreguliervorrichtung 42, wie das Druckregulierventil, über einen Filter 44.
  • Der Filter 44 ist vorgesehen, um in der entweichenden Fluidluft schwebende Pulverpartikel auszufiltern. Beladen wird der Behälter 30 mit frischem Pulver über eine Leitung 46 und eine schematisch dargestellte Zellradschleuse 48, welche sicherstellt, dass bei der Beladung des Behälters 30 mit Pulver kein Druckausgleich zwischen Behälterinnerem und Umgebung erfolgt.
  • Eine Niveaukontrolle 50 mit elektrischen Ausgangsleitungen 52 überwacht das Pulverniveau im Behälter 30 und steuert bzw. regelt, nicht dargestellt, allenfalls die über Leitung 46 und Zellradschleuse 48 zugeführte Pulvermenge.
  • In Fig. 2a, unten, ist der Injektor 8 gemäss Fig. 1 nochmals dargestellt, gestrichelt eine Wegkoordinate x des Pulvers aus dem Behälter über die Speiseleitung 32, durch den Injektor 8, in die Förderleitung 11.
  • In Fig. 2b ist rein qualitativ der Druckverlauf entlang der Wegkoordinate x dargestellt, in ausgezogener Charakteristik für eine Anordnung gemäss Fig. 1, in welcher im Behälter 1 Atmosphärendruck herrscht, strichpunktiert gemäss der erfindungsgemässen Ausführung von Fig. 2a, mit Ueberdruck p30 im Behälter 30.
  • An der Ausführung von Fig. 1 nimmt der Druck. vom Atmosphärendruck pA als Behälterdruck p1 ausgehend, bis in die Mischkammer 5 des Injektors 8 auf einen Wert p5 ab, einen Unterdruck, der durch den beschleunigten Gasstrahl aus der Düse 7 erzeugt wird, X1.
  • Bis zum divergierenden Abschnitt des Injektors bleibt, abgesenen von Druckverlusten, der Druck nahezu auf dem Wert p5, X2, im abrupt diverpierenden Abschnitt, erfolgt Druckrückgewinnung, d.h. die kinetische Energie des eingedüsten Gasstrahles G wird in potenbelle Druckenergie gewandelt. der statische Druck steigt an, X3. Reibungsverluste entlang der Förderleitung 11 bewirken nun den Druckabfall Δp11, X4, bis zur Ausmündung an der Beschichtungsanordnung 21 gemäss Fig. 1, wo das Pulver-Luft-Gemisch in Atmosphärendruck ausgedüst wird, X5.
  • Erfindungsgemäss wird nun, wie in Fig. 2b dargestellt, der Innendruck im Behälter 30 erhöht, was zum qualitativen Verlauf, wie er strichpunktiert dargestellt ist, führt. Die gesamte Charakteristik wird um den Ueberdruck entsprechend dem Druck p30 angehoben, was sich stark auf die durch Leitung 11 geförderte Pulvermenge auswirkt. Das Anheben des Druckes in der Mischkammer 5, p5 und die damit einnergehende Reduktion der Druckdifferenz p7 zu p5 gemäss Fig. 1 führt zu keiner wesentlichen Fördermengenreduktion. Durch Anheben des Behälterinnendruckes p30 kann sogar der Förderdruck p7 sowie die durch Düse 7 eingedüste Gasmenge reduziert werden, bei gleicher oder gesteigerter Ausgabemenge.
  • Der Ueberdruck p30 sorgt für die Ueberwindung der Druckverluste entlang der Förderleitung 11, während die kinetische Energie des eingedüsten Gasstranies, vorzugsweise Luftstrahles, vermehrt lediglich die Pulverbeschleunigung und dessen Umlenkung vornimmt. Mit Hilfe der Einstellung des Ueberdruckes p30 mit der Druckreguliervorrichtung 42 wird die geförderte Pulvermenge durch Leitung 11 eingestellt.
  • In Fig. 2b sind im weiteren die Positionsnummern der Teile gemäss Fig. 2a, die bei fortschreitendem x durchlaufen werden, eingetragen.
  • In Fig. 3 ist der Aufbau eines bevorzugten Injektors, anstelle des Injektors 8 von Fig. 1 bzw. 2a. dargestellt. Der Injektor 54 umfasst eine Mischkammer 55, in die eine Düse 57 mit Mündung 59 einmündet. Koaxial zur Achse A57 und der Düse 57 weist die Mischkammer 55 einen sich unmittelbar nach der Mündung aufweitenden Abschnitt 61 auf. Der Abschnitt 61 mündet stetig in die Förderleitung 11, koaxial zur Achse A57 der Düse 57 angeordnet, ein. Quer zur Achse A57 der Düse 57 mündet die Speiseleitung 3 gemäss Fig. 1 bzw. 32 gemäss Fig. 2a in die Mischkammer 55 ein.
  • Durch die Düse 57 wird ein Gasstrahl G. vorzugsweise ein Luftstrahl, in die Mischkammer 55 eingedüst und wird unmittelbar nach dar Düsenmündung 59 verzögert, dadurch, dass der divergierende Mischkammerabschnitt 61 unmittelbar nach der Düseneinmündung 59 ansetzt. Der Strahl G wird als Freistrahl aus der Düse 57 ausgegeben und die Berandung des Abschnittes 61 entsprechend dem Strahlrandwinkel α des Freistrahles bezüglich der Achse A57, mit 15° oder weniger ausgelegt. Zwischen Düseneinmündung 59 und Ansatz des Abschnittes 61 erfolgt die Umlenkung und Beschleunigung des einströmenden Puivers, womit der Gasstrahl zusätzlich verzögert wird und sich somit mit einem Strahlrandwinkel ausbreitet, der grösser als ca. 8° ist, dem Strahlrandwinkel des sich ungestört ausbreitenden Freistrahls.
  • Dadurch, dass sich der von Düse 57 ausgegebene Strahl G als Freistrahl im Abschnitt 61 ungehindert verzögern kann, ergibt sich eine optimale Druckrückgewinnung, d.h. Umwandlung der kinetischen Strahlenergie (Mass: Staudruck) in potentielle Druckenergie an der Ausmündung von Leitung 11. Die Düse 57 wird mit einem unterkritischen Druckverhältnis p57 zu p55 betrieben, wodurch Stosswellen vermieden werden und eine freie Strahlexpansion ermöglicht wird. Zur Sicherstellung, dass im Austrittsquerschnitt an der Mündung 59 der Düse 57 eine achsparallele Strömung herrscht, wird die Innenbohrung der Düse 57 stetig konvergierend ausgebildet, wie dargestellt, wobei das Durchmesserverhältnis d57 im nichtkonvergierenden Düsenteil zum Mündungsdurchmesser d59 vorzugsweise grösser als 5 ist. Zwischen dem Anschluss der Speiseleitung 3 bzw. 32 und dem Abschnitt 61 ist ein Strömungskanal 63 vorgesehen, der stetig in den Bereich 61 überleitet. Der stetig gekrümmte Uebergang von Leitungsanschluss an Leitung 3 bzw. 32 zu divergentem Abschnitt 61 verhindert im weiteren Erosion durch beschleunigte Pulverpartikel, insbesondere an den in Fig. 3 mit Ex bezeichneten Mischkammerstellen. Zur Erzeugung des Freistrahles mündet im weiteren die Düse 57 mit einer scharfen Kante in die Mischkammer 55 aus. Zur Optimierung der axialen Düsenstellung bezüglich des Ansatzes von Abschnitt 61 ist die Düse 57, wie mit dem Doppelpfeil S dargestellt. beispielsweise über ein Feingewinde 64 zwischen Düse 57 und Mischkammerblock 65, axial verstellbar.
  • In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsvariante eines bevorzugten Injektors dargestellt. Mit Bezug auf Fig. 3 bezeichnen gleiche Nummern gleiche Organe. Der Strömungskanal 63 zwischen Einmündung der Speiseleitung 3 bzw. 32 und Ausmündung in die Förderleitung 11 ist in Form einer stetig abgebogenen Lavaldüse ausgebildet. Dabei ragt die Düse 57 mit ihrer Mündung 59 in den Bereich der Düsenverengung 67 koaxial zum Verengungsquerschnitt ein, wodurch zwischen dem Körper 56 dar Düse 57 und der Wandung des Strömungskanals 63 im Bereich 67 eine Ringdüse 69 für das über die Leitung 3 bzw. 32 zugeführte Pulver entsteht.
  • In einer Variante des Injektors 54 gemäss den Fig. 3 oder 4 liegt die Achse A32 der Speiseleitung 3 bzw. 32, die Achse des anschliessenden Strömungskanals 63 und die Achse der Düse 57 bzw. des Abschnittes 61, A57, in einer Ebene. Um nun aber die Ablagerung von Pulver in Bereichen der Mischkammer, insbesondere stromaufwärts des Bereiches 61 zu verhindern, wird in einer weiteren Ausführungsvariante gemäss Fig. 5, die eine schematische Darstellung in der Ansicht gemäss Linie V - V von Fig. 3 bzw. 4 zeigt, die Achse A32 bezüglich der Achse A57 der Düse bzw. des Abschnitttes 61 exzentrisch angeordnet. Dadurch wird dem durch Leitung 3 bzw. 32 zugespiesenen Pulver in der Mischkammer 55 ein selbstreinigender Drall versetzt, der zu einem Wirbel D, wie schematisch dargestellt, führt.

Claims (18)

  1. Verfahren zur Steuerung der pro Zeiteinheit ausgegebenen Pulvermenge, bei der das Pulver über eine Speiseleitung (3, 32) von einem Behälter (1, 30) einer Mischkammer (5, 55) zugespiesen wird, indem entlang der Speiseleitung (3, 32), durch Beschleunigung eines Gasstrahls (G), in der Mischkammer (5, 55) ein gegen die Kammer gerichtetes Druckgefalle (Δp15) erzeugt wird und, durch Verzögerung des Pulver-Gas-Stromes, Druckrückgewinnung erzielt wird, um den Pulver-Gas-Strom durch eine Förderleitung (11) einer Beschichtungsanordnung (21) zuzuspeisen, und bei dem mittels einer Druckquelle (38) und einer am Behälter (1, 30) vorgesehenen Druckreguliervorrichtung (42), unabhängig von der Erzeugung des Gasstrahles (G) in der Mischkammer (5, 55), ein vom Umgebungsdruck abweichender statischer Druck (p1, p30) im Behälter (1, 30) erzeugt wird und mit diesem statischen Druck (p1, p30) die ausgegebene Pulvermenge gesteuert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Pulver-Gas-Strom in der Mischkammer (5, 55) stetig verzögert (61) und das Pulver im Bereiche grösster Gasstromgeschwindigkeit (59) mit letzterem mischt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das Pulver bezüglich einer Strömungsachse (A59) des Gasstrahles exzentrisch der Mischkammer (55) zuspeist, um eine selbstreinigende Drallströmung des Pulver-Luft-Stromes gegen die Förderleitung zu erzeugen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. dass man das Pulver vor der Mischkammer (5, 55) fluidisiert (FL).
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man den Gasstrahl (G) mittels einer Düse (57) stetig beschleunigt und die Düse (57) mit einem unterkritischen Druckverhältnis (p57) zu (p55) betreibt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man den Gasstrahl (G) sich wenigstens nanezu als Freistrahl verzögern lässt.
  7. Pulverbeschichtungsanlage mit einem Pulverbehälter (1, 30), der über eine Leitung (3, 32) mit einer Mischkammer (5, 55) verbunden ist, in welche eine Fördergasdüse (7, 57) einmündet, um, durch Gasstrahlbeschleunigung, in der Mischkammer (5, 55) bezüglich des Behälters (1, 30) einen Unterdruck zu erzeugen, und aus welcher nach einem Druckrückgewinnungsabschnitt (61) eine Förderleitung (11) für das Gas-Pulver-Gemisch zu einer Beschichtungsanordnung führt und bei der durch eine mit dem Behälter (1, 30) verbundene Druckquelle (38) sowie eine am Behälter (1, 30) vorgesehene Druckreguliervorrichtung (42) ein von der Gasstrahlerzeugung unabhängiges Steuerglied für die pro Zeiteinheit an der Beschichtungsanordnung (21) ausgegebene Pulvermenge gebildet ist.
  8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (55) einen zur Achse (A57) der Fördergasdüse (57) koaxialen, sich stetig bezüglich der Düsenmündung (59) auf den Durchmesser der Förderleitung erweiternden Abschnitt (61) aufweist.
  9. Anlage nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (3, 32) bezüglich der Achse (A57) der Düse (57) exzentrisch einmündet.
  10. Pulvenbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Leitungsausmündung aus dem Behälter (30) ein Fluidboden (34) vorgesehen ist, und eine Zuführleitung (36) für ein Fluidgas, vorzugsweise Fluidluft.
  11. Pulverbeschichtungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle eine Förderanordnung für das Fluidgas (FL) ist.
  12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulvereinfülleitung (46) am Behälter (30) vorgesehen ist, mit einer Druckentkopplungsanordnung, wie einer Zellradschleuse (48), zur Pulverzubringung von einem Druckniveau eingangsseitig auf ein Druckniveau behälterseitig (30).
  13. Pulverbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckreguliervorrichtung (42) mit einem Filter (44), für das Ausfiltern von Schwebepulver verbunden ist.
  14. Pulverbeschichtungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abschnitt (61) wenigstens nahezu entsprechend dem Strahlrandwinkel eines sich an der Düse (57) bildenden Gasfreistrahls aufweitet, vorzugsweise mit ca. 15° oder weniger bezüglich der Düsenachse (A57).
  15. Pulverbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bohrung der Fördergasdüse gegen ihre Mündung (59) hin stetig verengt. wobei vorzugsweise das Verhältnis der Durchmesser vom unverengten Querschnitt (d57) zu Düsenmündung (d59) grösser als 5 ist.
  16. Pulverbescnichtungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (57) in der Mischkammer (55) axial (S) verstellbar ist.
  17. Pulverbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (3, 32) mit einer Querkomponente bezüglich der Düsenachse (A57) in die Kammer (55) einmündet und ein Strömungskanalabschnitt (63) der Kammer (55) stetig von der Leitungseinmündung in den Abschnitt (61) überführt.
  18. Pulverbeschichtungsanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanalabschnitt (63) und der Druckrückgewinnungs-Abschnitt (61) ähnlich einer stetig abgebogenen Lavaldüse eine stetige Einschnürung in dem der Förderleitung (11) zugewandten Abschnitt aufweist und dass die Mündung (59) der Düse (57) in diesem Einschnürungsbereich liegt.
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