EP0408786B1

EP0408786B1 - Düsenkopf

Info

Publication number: EP0408786B1
Application number: EP89113217A
Authority: EP
Inventors: Dr. Schmon
Original assignee: SATA GmbH and Co KG
Current assignee: SATA GmbH and Co KG
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1993-08-25
Anticipated expiration: 2009-07-19
Also published as: DE58905400D1; US5088648A; ATE93417T1; EP0408786A1; ES2045288T3

Description

Die Erfindung betrifft einen Düsenkopf für eine Farbspritzpistole nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Derartige Düsenköpfe werden bei Hochdruckpistolen verwendet, die mit einem Luftdruck der Druckluft von bis zu 4 bar betrieben werden. Hierbei findet eine sehr feine Zerstäubung der Farbe statt. Jedoch ist der Nachteil zu verzeichnen, daß eine Farbnebelbildung auftritt, die für den Benutzer der Pistole schädlich ist. Bei diesen Düsenköpfen wird also mit hohem Luftdruck und relativ geringer Luftmenge gearbeitet. Bei einer unter der Bezeichnung SATAjet bekannten Spritzpistole weist die Rundstrahlluftdüse des Düsenkopfs eine Austrittsfläche von 2 bis 3 mm² auf, aus der die Luft mit hoher Geschwindigkeit austritt und dabei an dem etwa 0,1 mm über die Austrittsfläche überstehenden Zäpfchen vorbeiströmt. Dabei wird Farbe aus der Farbdüse mitgerissen und zerstäubt. Je feiner diese Zerstäubung ist, um so stärker ist die Nebelbildung, d. h. der Anteil an zerstäubter Farbe, der aus dem eigentlichen Farbstrahl austritt. Die aus der Rundstrahlluftdüse austretende Luft bildet einen scharf begrenzten Ringstrahl, der sich im Abstand zum Düsenkopf auffächert. Im Bereich des Düsenkopfs weist die Außenseite dieses Rundluftstrahls eine sehr hohe Geschwindigkeitsdifferenz zur Umgebungsluft auf. Die Farbe wird bei ihrer Zerstäubung auf relativ hohe Geschwindigkeiten beschleunigt.
Um diese Nebelbildung zu vermindern, werden Niederdruckpistolen verwendet, die bei einem Luftdruck von maximal 0,7 bar und großer Luftmenge betrieben werden. Solche Niederdruckpistolen sind beispielsweise Gegenstand der DE-A 28 22 650 und der DE-A 33 18 205. Gemeinsames Merkmal ist dabei, daß die aus der Rundstrahlluftdüse austretende Druckluft bei geringem Druck und einem großen Volumen austritt. Deshalb weist die Austrittsfläche der Rundstrahlluftdüse eine Fläche von etwa 15 mm² auf. Der Farbstrahl wird hierbei von einem Luftkegel umgeben, der das Austreten von Farbnebel weitgehend verhindert. Dabei wird jedoch der Nachteil in Kauf genommen, daß die Farbe nur unzureichend zerstäubt wird und in Form relativ großer Tropfen auf die zu beschichtende Oberfläche gelangt. Teile dieser Tropfen verlassen den Spritzstrahl und fallen herunter, was deutlich erkennbar ist, wenn ein Papier auf den Boden unter den Strahl gelegt wird.
Es besteht die Aufgabe, den Düsenkopf so auszubilden, daß eine Nebelbildung trotz feiner Zerstäubung bei seiner Verwendung mit einer Hochdruckfarbspritzpistole weitgehend vermieden wird.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Mit den Merkmalen des Düsenkopfs werden folgende Effekte erreicht:
Durch die geringe Wandstärke des Zäpfchens ist eine deutliche Abnahme der Nebelbildung feststellbar, da die aus der Ringstrahlluftdüse austretende Luft weitgehend ungestört am Zäpfchen vorbeiströmt.
Durch die Senkung wird erreicht, daß der Rundluftstrahl bereits aufgefächert wird, bevor die Luft an der Düsenöffnung der Farbdüse vorbeiströmt. Der kegelringförmige Ringluftstrahl weist dabei innenseitig eine hohe, die Zerstäubung der Farbe begünstigende Strömungsgeschwindigkeit auf, die zur Außenseite des Luftkegels hin abnimmt.
Die Luftbohrungen erzeugen einen Ringluftschirm um den Ringluftstrahl herum. Dieser Ringluftschirm bewirkt, daß eventuell aus dem Strahl austretende Farbtröpfchen in den Strahl hinein zurücktransportiert werden. Da die Gesamtquerschnittsfläche dieser Luftbohrungen kleiner ist als die der Rundstrahlluftdüse, ist der Energieinhalt des Ringluftschirms relativ gering, wodurch auch seine Strömungsgeschwindigkeit kleiner ist. Der Ringluftschirm wirkt deshalb als Gleitschicht zwischen dem sich schnell bewegenden zerstäubten Strahl und der ruhenden Umgebungsluft, wodurch das tangentiale Einströmen von Umgebungsluft in den zerstäubten Strahl weitgehend verhindert wird. Auch der Rückprall von Farbe bzw. das seitliche Abströmen des Farbnebels am zu beschichtenden Objekt wird durch diesen Ringluftschirm, der den Strahl insgesamt zusammenhält, deutlich vermindert.
Durch die Merkmale der Unteransprüche wird folgendes erreicht:
Die wirksame Düsenfläche der Rundstrahlluftdüse ist gegenüber dem Düsenkopf einer Hochdruckpistole um den Faktor 2 bis 3 erhöht, ist jedoch gegenüber einer Niederdruckpistole um etwa den Faktor 3 geringer. Hierdurch wird das Rundstrahlluftvolumen erhöht und damit der Übergangsbereich von bewegter Strahlluft zur ruhenden Umgebungsluft. Der vorzeitige Ausfall von Farbtröpfchen aus dem Strahl nimmt deutlich ab, da die Farbe besser von Luft umhüllt wird. In Verbindung mit der kegelförmigen Auffächerung des Rundluftstrahls und damit dessen geringe Strömungsgeschwindigkeit am Außenrand wird das Abströmen von Farbtröpfchen aus dem Strahlzentrum nach außen drastisch vermindert.
Da die Gesamtquerschnittsfläche der zum Ringraum verlaufenden Luftzuführungsbohrungen etwa gleich ist wie die Gesamtquerschnittsfläche der Rundstrahlluftdüse und der Luftbohrungen wird gegenüber dem Düsenkopf bei einer Hochdruckpistole eine Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeiten beim Rundluftstrahl und beim Ringluftschirm erreicht.
Die Wahl der Gesamtquerschnittsfläche der Hornstrahlluftdüsen bewirkt, daß gegenüber einer Hochdruckpistole der Energieinhalt und die Geschwindigkeit der aus diesen Düsen ausströmenden Luft größer ist. Man erhält dadurch einen leistungsfähigen Breitstrahl.
Die vertiefte Anordnung der Luftbohrungen in Bezug auf die Rundstrahlluftdüse führt dazu, daß sich bereits ein Ringluftschirm gebildet hat, wenn die aus den Luftbohrungen austretende Luft auf die Außenseite des Rundluftstrahls auftrifft. Das Vorsehen zweier unterschiedlich steiler Kegelstumpfflächen zwischen der Rundstrahlluftdüse und dem Kranz der Luftbohrungen verhindert, daß infolge der Sogwirkung bei den Luftbohrungen Farbtröpfchen in Richtung der Luftbohrungen fließen.
Bei Verwendung dieses Düsenkopfes bei einer Hochdruckpistole wird erreicht, daß die Farbe fein zerstäubt wird, eine Nebelbildung weitgehend vermieden wird und das Abströmen von Farbtröpfchen aus dem Strahlzentrum nach außen deutlich vermindert wird. Der Düsenkopf weist also die Vorteile von Düsenköpfen bei Hoch- und Niederdruckpistolen auf, vermeidet jedoch deren Nachteile.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: : einen Schnitt durch den Düsenkopf;
Fig. 2:: eine stirnseitige Ansicht des Düsenkopfs;
Fig. 3:: einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1 und
Fig. 4:: eine vergrößerte Darstellung des Düsenkopfs nach Figur 1.

Der Düsenkopf weist einen Farbdüsenkörper 1 auf, der über ein Gewinde 2 mit der Farbspritzpistole verbindbar ist. Umgeben wird dieser Farbdüsenkörper 1 von einem Luftdüsenkörper 3, der über eine Überwurfmutter 4 ebenfalls mit der Farbspritzpistole verbindbar ist. Der Farbdüsenkörper 1 weist eine zentrische Bohrung 5 auf, welche in eine konische Farbdüse 6 übergeht, die durch eine Düsennadel 7 verschließbar ist. Der Farbdüsenkörper 1 endet mit einem kreiszylindrischen Zäpfchen 8.
Der Luftdüsenkörper 3 weist zwei einander diametral gegenüberliegende Hörner 9 auf, die jeweils eine Hornstrahlluftdüse 10 aufweisen. Diese Hornstrahlluftdüsen 10 kommunizieren mit Luftversorgungsbohrungen 11, die durch den Luftdüsenkörper 3 verlaufen und in einer Ringkammer 12 münden, die sich zwischen dem Farbdüsenkörper 1 und dem Luftdüsenkörper 3 bildet. Stirnseitig entsteht zwischen dem Farbdüsenkörper 1 und dem Luftdüsenkörper 3 ein Ringraum 13, zu welchem drei Luftversorgungsbohrungen 14 durch den Farbdüsenkörper 1 hindurch verlaufen. Diese Luftversorgungsbohrungen 14 münden an einer weiteren Ringkammer 15 an der Rückseite des Farbdüsenkörpers 1.
Der Luftdüsenkörper 3 weist eine zentrische, das Zäpfchen 8 umgebende Bohrung auf, wodurch sich zwischen dem Zäpfchen 8 und dieser Bohrung eine Rundstrahlluftdüse 16 bildet. Die luftdüsenkörperseitige Bohrung der Rundstrahlluftdüse 16 ist außenseitig mit einer nach außen divergierenden Senkung 17 versehen. Das Zäpfchen 8 steht über die Austrittsfläche der Rundstrahlluftdüse 16 nach außen über.
Die Rundstrahlluftdüse 16 ist von einem Kranz von Luftbohrungen 18 umgeben. Diese Luftbohrungen münden im Ringraum 13. Diese Luftbohrungen 18 sind in Richtung der Strahlachse 19 konvergierend geneigt angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Neigung 10°. Die Austrittsmündungen der Luftbohrungen 18 sind in Bezug auf die Austrittsfläche der Rundstrahlluftdüse 16 vertieft angeordnet. Zwischen dem äußeren Rand der Rundstrahlluftdüse 16 und dem Kranz der Luftbohrungen 18 sind zwei Kegelstumpfflächen vorgesehen und zwar innenseitig eine flache Kegelstumpffläche 20 und eine daran sich anschließende steile Kegelstumpffläche 21. Die Neigung der Kegelstumpffläche 20 zur Horizontalen beträgt etwa 30°.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt 17 Luftbohrungen 18 vorgesehen, die jeweils einen Durchmesser von 0,5 mm aufweisen. Die Wandstärke des Zäpfchens 8 beträgt weniger als 0,5 mm, sein Überstand über die Austrittsfläche der Rundstrahlluftdüse 16 beträgt bevorzugt 0,3 mm. Die Rundstrahlluftdüse 16 weist an ihrer engsten Stelle eine Fläche von etwa 5,5 mm² auf. Sie ist somit etwa um das 1,6fache größer als die Gesamtquerschnittsfläche der Luftbohrungen 18. Die Gesamtquerschnittsfläche der drei Luftversorgungsbohrungen 14 ist etwa gleich groß wie die Gesamtquerschnittsfläche der Luftbohrungen 18 zuzüglich der Querschnittsfläche der Rundstrahlluftdüse 16. Die Gesamtquerschnittsfläche der beiden Hornstrahlluftdüsen 10 ist etwa gleichgroß wie die Gesamtquerschnittsfläche von Rundstrahlluftdüse 16 und den Luftbohrungen 18.
Wie der Figur 1 entnehmbar ist, tritt ein kegelförmiges Zerstäubungsgebiet der aus der Farbdüse 6 austretenden Farbe auf. Durch die Senkung 17 wird erreicht, daß der Rundstrahl 23 sich bereits vor dem Zerstäubungsgebiet 22 der Farbe auffächert und somit einen von innen nach außen stark abfallenden Geschwindigkeitsgradienten aufweist. Auf die Außenfläche des Rundstrahls 23 trifft dann der von den Luftbohrungen 18 erzeugte Ringluftschirm 24 auf, der eine zur Außenfläche des Rundstrahls 23 noch geringere Geschwindigkeit aufweist. Das Einströmen von Umgebungsluft in den Bereich des Rundstrahles 23 wird hierdurch mit Sicherheit vermieden. Die geringe Wandstärke des Zäpfchens 8 und sein Überstand über die Austrittsfläche der Rundstrahlluftdüse 16 bewirken, daß eine Nebelbildung weitgehend vermieden wird. Der Geschwindigkeitsverlauf innerhalb des Rundstrahls und des Ringluftschirms von innen nach außen gesehen verhindert, daß Farbtröpfchen vom Zerstäubungsgebiet nach außen gelangen.

Claims

Düsenkopf für eine Farbspritzpistole mit einer durch eine Düsennadel (7) verschließbaren Farbdüse (6), deren Zäpfchen (8) von einer Rundstrahlluftdüse (16) umgeben ist, über deren Austrittsfläche das Zäpfchen (8) übersteht, mit zwei Hornstrahlluftdüsen (10), deren Düsenöffnungen schräg in Richtung der Strahlachse (19) geneigt sind, sowie mit durch den Düsenkörper (1, 3) verlaufenden Luftversorgungsbohrungen (11, 14) für die Luftdüsen (10, 16), bei denen die zur Rundstrahlluftdüse (16) verlaufende Bohrungen (14) in einem die Rundstrahlluftdüse (16) umgebenden Ringraum (13) münden und diese Bohrungen (11, 14) gemeinsam mit Druckluft versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Wandstärke des Zäpfchens (8) möglichst gering gehalten wird

b) die Rundstrahlluftdüse (16) mit einer Senkung (17) versehen ist, die eine kegelförmige Auffächerung der die Farbdüse (6) überströmenden Rundstrahlluft (23) bewirkt

c) die Rundstrahlluftdüse (16) von einem Kranz von Luftbohrungen (18) umgeben ist, die vom Ringraum (13) ab verlaufen und

d) die Austrittsfläche der Rundstrahlluftdüse (16) mehr als 50 % größer ist als die Gesamtquerschnittsfläche dieser Luftbohrungen (18).
Düsenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennnet, daß die Wandstärke des Zäpfchens (8) weniger als 0,5 mm beträgt.
Düsenkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zäpfchen (8) etwa 0,3 mm über die Austrittsfläche der Rundstrahlluftdüse (16) übersteht.
Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsfläche der Rundstrahlluftdüse (16) zwei- bis dreimal größer ist als bei einem Düsenkopf einer herkömmlichen Hochdruckpistole und etwa dreimal kleiner ist als bei einem Düsenkopf einer Niederdruckpistole.
Düsenkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsfläche der Rundstrahlluftdüse (16) etwa 5,5 mm² groß ist.
Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbohrungen (18) in Richtung der Strahlachse (19) konvergierend geneigt angeordnet sind.
Düsenkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung etwa 10° beträgt.
Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zehn Luftbohrungen (18) vorgesehen sind.
Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Ringraum (13) verlaufenden Bohrungen (14) eine Gesamtquerschnittsfläche aufweisen, die etwa gleich ist wie die Gesamtquerschnittsfläche der Rundstrahlluftdüse (16) und der Luftbohrungen (18).
Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtquerschnittsfläche der Hornstrahlluftdüsen (10) etwa gleich groß ist wie die Gesamtquerschnittsfläche der Rundstrahlluftdüse (16) und der Luftbohrungen (18).
Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbohrungen (18) in Bezug auf die Rundstrahlluftdüse (16) vertieft angeordnet sind und zwischen dem äußeren Rand der Rundstrahlluftdüse (16) und dem Kranz der Luftbohrungen (18) zuerst eine flache Kegelstumpffläche (20) und daran anschließend eine steile Kegelstumpffläche (21) angeordnet ist.