EP0283957A2 - Vorrichtung zum Zerstäuben einer Flüssigkeit - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum pneumatischen Zerstäuben einer Flüssigkeit unter Bildung eines Flachstrahles, bei der ein aus einer Düse austretender, mittels Zerstäuberluft zerstäubter Flüssigkeitsstrahl durch Formluftstrahlen (12a) flachgedrückt wird, ist zur Verbesserung der Ebenheit des Flachstrahles derart ausgebildet, daß die beiden Formluftstrahlen (12a) zur Düsenachse symmetrische Luftfächer sind, deren -gedachte- Trefflinie die Düsenachse schneidet und zu dieser quer verläuft, wobei die beiden Luftfächer von einer gemeinsamen, regelbaren Druckluftquelle bereitgestellt werden, die von der Zerstäuberluftquelle getrennt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum pneumatischen Zer­stäuben einer Flüssigkeit unter Bildung eines Flachstrahls, insbesondere eine Farbspritzpistole, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Bei pneumatischen Farbspritzpistolen wird die zu zerstäubende Flüssigkeit der Düse nahezu drucklos zugeführt, wobei die Zer­stäubung der aus der Düse austretenden Flüssigkeit durch die Zerstäuberluft erfolgt, die aus einem die Düsenöffnung konzen­trisch umgebenden Ringspalt austritt. Auf diese Weise entsteht ein sich konisch erweiternder, ringförmiger Sprühstrahl. Oft­mals ist jedoch ein flacher Sprühstrahl erwünscht. In solchen Fällen wird die Farbspritzpistole mit zwei sogenannten Lufthör­nern versehen, nämlich im Abstand vor der Düse beidseits diago­nal zur Düsenachse Luftaustrittsöffnungen, die einen Hornluft­strahl, meist etwas schräg nach vorne, gegen den Sprühstrahl richten und diesen dabei zu einem Flachstrahl zusammendrücken. Verständlicherweise gelingt es damit aber nicht, einen Flach­strahl in Form einer ebenen Schicht zu erreichen, vielmehr wird der Flachstrahl im Querschnitt einen dünnen Mittelsteg und ver­breiterte Enden aufweisen, also im mittleren Bereich eine ge­ringere Farbkonzentration besitzen als an den Randzonen. Um die Gleichmäßigkeit zu verbessern, hat man die Lufthörner mit mehre­ren Luftaustrittsbohrungen versehen, jedoch ist der Erfolg nicht zufriedenstellend, weil der Flachstrahl immer noch wellig bleibt. Weiterhin hat man versucht, die Gleichmäßigkeit durch sogenannte Begrenzerluftstrahlen zu verbessern. Dabei handelt es sich um beidseits der Düse beziehungsweise des Zerstäuberluft-Ringspalts angeordnete Luftaustrittsbohrungen, die Luftstrahlen im wesent­lichen parallel zur Düsenachse auf den ringförmigen Sprühstrahl lenken, wobei diese Begrenzerluftstrahlen vor den Hornluft­strahlen auf den Sprühstrahl auftreffen und diesen zu einem Strahl ovalen Querschnitts vorformen. Ein völlig ebener Flach­strahl ist aber auch damit nicht zu erreichen. Hinzu kommt, daß die benachbart dem Zerstäuberluft-Ringspalt befindlichen Begrenzerluft-Bohrungen im allgemeinen an die Zerstäuberluft-­Zuführung angeschlossen sind, wobei diese Kopplung von Zer­stäuberluft und Begrenzerluft nur einen einzigen optimalen Ar­beitspunkt erlaubt, abhängig vom Grad der gewünschten Zerstäu­bung, und ohne Möglichkeit einer Anpassung an die von der - ­meist gesondert regelbaren - Hornluft bestimmten Dicke des Flachstrahls. Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß ei­ne Mehrzahl von kleinsten Hornluft-Bohrungen und/oder Begrenzer­luft-Bohrungen fertigungstechnische Schwierigkeiten und die Ge­fahr von Verstopfungen (durch Verschmutzung) erbringt. All dies gilt zwar in erster Linie für die Vorrichtungen mit rein pneu­matischer Zerstäubung, in gewissem Maße jedoch auch für die pneu­matisch-hydrostatischen Kombinationsverfahren mit hydrostatischem Mitteldruck, Schlitzdüse und zusätzlicher Druckluft.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs er­wähnten Art so zu verbessern, daß ein im wesentlichen unabhängig von seiner jeweiligen Dicke völlig ebener Flachstrahl erzielt wird, und zwar ohne besonderen Konstruktionsaufwand und ohne ge­steigerte Verschmutzungsgefahr. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
• Gemäß der Erfindung wird also der Formluftstrahl zu einem Strahlfächer aufgefächert, der -zusammen mit dem gegenüber­liegenden Strahlenfächer- den Sprühstrahl derart gleichmäßig zusammendrückt, daß ein tatsächlich völlig ebener Flach-Sprüh­strahl entsteht. Dadurch, daß die Druckluft für die beiden Fächerstrahlen von einer gesonderten, regelbaren Druckluft­quelle geliefert werden, ist es möglich, den Flüssigkeits­strahl unabhängig von der Zerstäuberluft mehr oder weniger zusammenzudrücken, also einen kontinuierlichen Übergang von einem Rundstrahl zu einem extrem flachen Flachstrahl zu erhalten.
• Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ist im Patentanspruch 2 gekennzeichnet. Gemäß dieser Ausführungs­form wird also der Hornluftstrahl durch einen auf ihn unter einem bestimmten Winkel auftreffenden Luftstrahl aufgefächert, womit ein sehr gleichmäßiger Fächerstrahl entsteht, der -zusam­men mit dem gegenüberliegenden Fächerstrahl- den Sprühstrahl derart gleichmäßig zusammendrückt, daß ein tatsächlich völlig ebener Flach-Sprühstrahl entsteht. Dabei ist dieser Fächerstrahl wesentlich gleichmäßiger als dies durch viele Hornluft-Einzel­bohrungen erreicht werden könnte. Dadurch, daß Hornluftstrahl und Auffächerstrahl gleiche Energie aufweisen, also bei einer Änderung der Stärke der Hornluft auch die Auffächerluft ent­sprechend mitgeändert wird, ist sichergestellt, daß die Ebenheit des Flachstrahls über ein weites Gebiet gewährleistet ist, d.h. von einem vergleichsweise dicken bis zu einem extrem dünnen Flachstrahl.
• Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 3 bis 8 gekennzeichnet.
• Auf der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung bei­spielsweise dargestellt. Es zeigen:
• Fig. 1 eine perspektivische Erläuterungsskizze einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
• Fig. 2 im Längsschnitt den Vorderbereich des Pistolenrohres einer Farbspritzpistole gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1,
• Fig. 3 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 2 einer zweiten Aus­führungsform der Erfindung, und
• Fig. 4 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 2 einer dritten Aus­führungsform der Erfindung.
• In Fig. 1 ist bei 10 der Zuführungskanal für die zu versprühen­de Farbe angedeutet, wobei die Farbe aus dem als Düse 10a aus­gebildeten Mündungsende des Kanals 10 nach außen austritt. Der Farb-Zuführkanal 10 wird konzentrisch von einem Zerstäuberluft-­Ringkanal 11 umgeben, wobei die Zerstäuberluft dann aus dem die Düse 10a konzentrisch umgebenden Ringspalt 11a austritt. Der sich dadurch ergebende ringförmige und sich konisch erwei­ternde Sprühstrahl ist in Fig. 1 nicht gezeichnet. Mit 12 sind zur Düsenachse A symmetrische Hornluft-Austrittsöffnungen be­zeichnet, die Hornluftstrahlen 12a unter einem vorgegebenen Winkel zur Düsenachse A abgeben. Mit 13 sind zwei ebenfalls zur Düsenachse A symmetrisch angeordnete Auffächerluft-Austritts­öffnungen 13 bezeichnet, die im wesentlichen in der Düsenebene liegen und Auffächer-Luftstrahlen 13a parallel zur Düsenachse A ausstoßen. Jeder der beiden Hornluftstrahlen 12a schließt mit dem ihm zugeordneten Auffächerluftstrahl 13a einen vorgegebenen Winkel α ein. Der Hornluftstrahl 12a trifft mit dem ihm zuge­ordneten Auffächerluftstrahl 13a an einem Punkt T zusammen, wobei dieser Punkt außerhalb des - wie erwähnt nicht gezeich­neten - Sprühstrahls liegt. Durch den winkeligen Zusammen­prall der beiden Luftstrahlen ergibt sich, auf jeder Seite der Düsenachse A, ein gemeinsamer Fächerstrahl 14, der unter einem Winkel β auf die Düschenachse A gerichtet ist. Der - ge­dachte - Auftreffpunkt der Fächerstrahlen 14 ist in der Skizze mit B bezeichnet, die Länge der Strecke T-B mit L. Beide Fä­cherstrahlen 14 liegen in Ebenen senkrecht zur Zeichenebene, wobei diese Ebenen jeweils die Gerade T-B enthalten. Würden die beiden Fächerstrahlen 14 aufeinandertreffen (Farbe und Zer­stäuberluft abgeschaltet), dann ergäbe sich der in der Skizze mit 15 bezeichnete Luft-Flachstrahl, der ebenfalls in einer Ebene senkrecht zur Papierebene verläuft und die Düsenachse A enthält. Schließlich ist auf der Skizze ein Winkel γ angegeben, der die Winkelerstreckung des - nicht gezeichneten - Farbflach­strahls andeuten soll.
• Die Hornluftzuführung und die Auffächerluft-Zuführung liegen an einer gemeinsamen Druckluft-Zuführung, die gegenüber der Zerstäuberluft-Zuführung gesondert regelbar ist. An den Aus­trittsöffnungen 12 und 13 für die Hornluft und die Auffächer­luft ergeben sich somit gleiche Luftstärken. Durch ungleiche Leitungsumlenkungen und dergleichen auftretende Unterschiede können durch entsprechende Bemessung der Bohrungsgrößen und/­ oder Bohrungslängen durch Einsätze und dergleichen kompen­siert werden.
• Wenn die Druckluft für Horn- und Auffächerluft abgeschaltet ist, dann ergibt sich bei eingeschalteter Farbe und Zerstäu­berluft ein Rundstrahl. Bei Einschalten der Horn- und Auffä­cherluft verändert sich der Farbstrahl mit steigendem Luft­druck über eine ovale Ausbildung bis zu einem ausgeprägten Flachstrahl, wobei diese Veränderung stufenlos erfolgt. Der Winkel γ des Farb-Flachstrahls wird umso größer, je größer der Winkel α , der Winkel β oder die Länge L ist, und zwar bei Veränderung eines dieser Parameter oder einer Kombination die­ser Parameter. Auch eine Veränderung der Neigung der Auffächer­strahlen und der Hornluftstrahlen zur Düsenachse A unter Beibe­haltung des Winkels α führt zu einer Veränderung des Flachstrahl­winkels γ . Je steiler die Fächerstrahlen auf den Sprühstrahl treffen, umso größer wird der Flachstrahlwinkel γ .
• Je exakter die Hornluft- und die Auffächerluftstrahlen in Bezug auf Bündelung (Nadelstrahl) und Strahlführung (Achse) sind und je genauer diese Strahlen in ihren Achsen aufeinandertreffen, umso exakter ist die Ausbildung der Luftfächer und damit die Ausbildung der Ebenheit des Flächenstrahls. Die Ebenheit des Flächenstrahls hängt somit wesentlich von der Führungslänge der Luftbohrungen für Hornluft und Auffächerluft und der Genauig keit ihrer Richtung ab. Wesentlich ist auch, daß der Winkel β nicht größer als 90° gewählt wird, weil es sonst zu Farbrück­schlägen kommen kann. Selbstverständlich können auch auf beiden Seiten der Düsenachse A zwei Hornluftaustrittsöffnungen und zwei Auffächerluft-Austrittsöffnungen vorgesehen sein; es hat sich jedoch gezeigt, daß bereits mit einem Hornluft-Auffächer­luft-Paar an jeder Seite der Düsenachse ein ausreichend ebener Flachstrahl sich erzielen läßt.
• Die nachfolgend angegebenen Zahlenwerte sollen lediglich die Anschaulichkeit erhöhen:
  Durchmesser der Farbdüse:      1.5mm;
  Durchmesser der Austrittsöffnungen der Hornluft:      1mm (eine Öffnung pro Seite);
  Durchmesser der Austrittsöffnung der Auffächerluft:      1mm (ei­ne Öffnung pro Seite);
  Abstand der Auffächerluft-Austrittsbohrungen zur Düsenachse:      3,5mm (parallel zur Düsenachse);
  Abstand des Auftreffpunktes T in Strömungsrichtung von der Düsenebene:      3,8mm;
  Neigungswinkel α des Hornluftstrahls zum Auffächerstrahl:      70°;
  Abstand des Punktes B von der Farbdüse:      9mm;
  Größe des Winkels β :      35°;
• Der Druck der Zerstäuberluft wird je nach Farbqualität und -visko­sität auf die gewünschte Zerstäubungsqualität eingestellt. Der Druck für die Horn- und Auffächerluft kann zwischen null (Rund­strahl) und dem maximalen Netzdruck (flachster ebener Strahl) verändert werden.
• Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den wesentlichen Teil einer praktischen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei sind inr Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Der Grundaufbau entspricht dabei üblichen pneumati­schen Flachstrahlpistolen mit Lufthörnern. Die Zeichnung ist dem Fachmann aus sich heraus verständlich und bedarf keiner zusätzli­chen Erläuterung, wobei 16 eine übliche Nadelelektrode ist.
• Selbstverständlich sind zahlreiche Abwandlungen möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Dies gilt insbesondere für Zahl, Richtung und Größe der Austrittsöffnungen für die Horn­luft und die Auffächerluft. Auch kann es in manchen Fällen zweck­mäßig sein, zusätzlich übliche Begrenzerluft-Austrittsöffnungen vorzusehen, deren Strahlen auf den Farbstrahl bereits vor den Fä­cherstrahlen (Hornluft und Auffächerluft) treffen und diesen vor­formen. Freilich darf diese Vorformung nicht zu derartigen Uneben­heiten des vorgeformten Farbstrahls führen, daß ein Ausgleich durch die Fächerstrahlen nicht mehr möglich ist. Schließlich sei noch erwähnt, daß die Erfindung mit großem Vorteil auch bei elek­trostatischen Sprühpistolen Anwendung finden kann.
• Die Ausführungsform von Fig. 3 unterscheidet sich von der­jenigen nach Fig. 2 dadurch, daß die beiden Strahlfächer der Formluft nicht mittels Auffächerstrahlen sondern dadurch gebildet werden, daß die Formluftstrahlen 20 gegen Prall­flächen 21 gerichtet sind, von denen die Formluftstrahlen 20 als Strahlfächer gegen den Flüssigkeitsstrahl reflektiert werden. Die Strahlfächer werden hier also auf mechanische Weise gebildet.
• Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind keine Auffächer-­Luftstrahlen erforderlich, sondern es werden die Austritts­öffnungen der Formluft als Schlitzdüsen 30 ausgebildet, wobei die beiden Schlitzdüsen zueinander parallel verlaufen. Durch geeignete Abstimmung von Luftdruck der Formluft und Länge und Breite der Schlitzdüsen ist es dabei möglich, die gewünschten homogenen Luftfächer zu erreichen, mit deren Hilfe der Flüssig­keitsstrahl zusammengedrückt wird.
• Selbstverständlich sind auch die beiden Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 abwandelbar, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum pneumatischen Zerstäuben einer Flüssigkeit unter Bildung eines Flachstrahls, insbesondere Farbspritz­pistolen, wobei der aus einer Düse austretende, mittels Zer­stäuberluft zerstäubte Flüssigkeitsstrahl durch Formluft­strahlen flachgedrückt wird, die aus zwei diagonal zur Düsen­achse angeordneten Luftauslässen austreten, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Formluftstrahlen zur Düsenachse (A) symmetrische Luftfächer (14) sind, deren -gedachte- Trefflinie die Düsenachse (A) schneidet und zu dieser quer verläuft, und daß die beiden Luftfächer (14) von einer gemeinsamen, regel­baren Druckluftquelle bereitgestellt werden, die von der Zerstäuber­luftquelle getrennt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der aus der Düse austretende Flüssigkeitsstrahl durch Formluftstrahlen flach­gedrückt wird, die aus zwei vor der Düse und diagonal zur Düsenachse angeordneten Lufthörnern austreten, dadurch gekenn­zeichnet, daß jedem der beiden Hornluftstrahlen (12a) ein Auffächerluftstrahl (13a) gleicher Luftenergie zugeordnet ist, wobei die beiden Hornluft-Auffächerluft-Strahlenpaare (12a,13a) symmetrisch zur Düsenachse (A) in einer die Düsenachse (A) beinhaltenden Ebene verlaufen, und daß der Hornluftstrahl (12a) und der Auffächerstrahl (13a) jedes Strahlenpaares derart zu­einander angestellt sind, daß sie vor Erreichen des Flüssigkeits­strahls aufeinandertreffen und sich zu den auf den Flüssigkeits­strahl gerichteten und diesen zusammendrückenden Strahlfächer (14) quer zur Düsenachse (A) vereinigen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hornluftstrahlen (12a) und die Auffächerluftstrahlen (13a) von einer gemeinsamen, regelbaren Druckluftquelle bereitge­stellt werden, die von der Zerstäuberluftquelle getrennt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hornluftstrahlen (12a) und die Auffächerstrahlen (13a) scharf gebündelte Strahlen (Nadelstrahlen) sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formluftstrahlen (20) vor Erreichen des Flüssigkeitsstrahles auf ihnen zugeordnete Prallflächen (21) treffen, von denen sie als Luftfächer (14) auf den Flüssigkeitsstrahl reflektiert werden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Formluftstrahlen (12a) und gegebenenfalls die Auffächerstrahlen (13a) scharf gebündelte Strahlen (Nadel­strahlen) sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen für die Formluftstrahlen zur Düsenachse (A) quer verlaufende, Luftfächer abgebende Schlitzdüsen (30) sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß den Flüssigkeitsstrahl vorformende Begrenzerluft­strahlen vorgesehen sind.

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