DE3220796C2

DE3220796C2 - Zerstäubervorrichtung zum Beschichten mit Pulver

Info

Publication number: DE3220796C2
Application number: DE3220796A
Authority: DE
Inventors: Kurt Wil Moos
Original assignee: Gema Switzerland GmbH
Current assignee: Gema Switzerland GmbH
Priority date: 1982-06-03
Filing date: 1982-06-03
Publication date: 1987-04-09
Also published as: FR2527943B1; CH663731A5; GB2121320B; US4580727A; JPS58214370A; DE3220796A1; FR2527943A1; GB8313391D0; GB2121320A

Abstract

Die Zerstäubung erfolgt durch eine Zerstäuberdüse (8) mit einer Düsenöffnung, deren Trichterwand (16) in Strömungsrichtung einen zunehmend größer werdenden Öffnungswinkel hat, und durch Zerstäubergas eines Gaskanals (10) am stromaufwärtigen Anfang der Zerstäuberdüse. Stromaufwärts der Zerstäuberdüse (8) befinden sich im Zufuhrkanal für das Pulver Elektroden (18) zur elektrostatischen Aufladung. Noch weiter stromaufwärts davon befindet sich im Zufuhrkanal eine Leitschaufeleinrichtung (28) zur Erzeugung einer spiralförmig verlaufenden Rotationsbewegung der Pulverpartikel um die Mittelachse des Zufuhrkanals. Damit wird eine gute elektro statische Aufladung des Pulvers an den Elektroden erzielt, und bei der Zerstörung eine zungenartige verstärkte Pulverkonzentration im Zentrum der Pulverwolke vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zerstäubervorrichtung zum Beschichten mit Pulver gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 30 14 133 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird eine spiralförmig verlaufende Rotationsbewegung der Teilchen des Gas-Pulver- Gemisches im Zufuhrkanal dadurch erzeugt, daß aus einem Zusatzgaskanal im wesentlichen tangential Zusatzgas in den Zufuhrkanal eingeleitet wird. Die Rotationsbewegung des Gas-Pulver-Gemisches wird im Zusatzkanal verhältnismäßig sehr weit, im Bereich zwischen 4 cm und 40 cm stromaufwärts einer am Ende des Zufuhrkanals angeordneten Zerstäuberdüse erzeugt, an welcher die Zerstäubung des Pulvers durch zusätzliches, im wesentlichen tangential eingebrachtes Zerstäubergas erfolgt. Die Zerstäuberdüse ist ein offener Trichter ohne Prallkörper, so daß die Zerstäubung ausschließlich durch die gleichzeitige Wirkung des Zerstäubergases und die Diffusorwirkung der Zerstäuberdüse erfolgt. Die verhältnismäßig weit stromaufwärts bewirkte zyklonartige Rotationsbewegung des Gemisches hat den Zweck, den Gemischstrom zu verlangsamen und die Partikelkonzentration des Gemisches radial nach außen zu verlagern, damit sie von der Zerstäuberluft erfaßt und wolkenartig zerstäubt werden. Die Pulverteilchen werden vor der Zerstäubung noch im Pulverkanal von den Elektroden elektrostatisch aufgeladen. In der zerstäubten Pulverwolke darf sich auch keine "zungenartige" Pulverkonzentration ausbilden.
Ferner ist aus der DE-OS 29 38 806 eine Zerstäubervorrichtung bekannt, bei welcher das Pulver nicht durch Elektroden, sondern durch Reibung an einem Belag auf der Wand des Zufuhrkanals und der Wand der Zerstäuberdüse elektrostatisch aufgeladen wird. Im Zentrum des Zufuhrkanals befindet sich ein Strömungsleitkörper, welcher ebenfalls mit einem Belag zur Reibungsaufladung des Pulvers versehen ist. Der Strömungsleitkörper ist auf seiner Mantelfläche mit Leitschaufeln versehen, durch welche dem Gas-Pulver-Gemisch eine Wirbelbewegung um die Längsachse des Zufuhrkanals aufgezwungen wird. Dadurch soll der Abscheidungs-Wirkungsgrad auf einem zu beschichtenden Objekt erhöht werden. Ferner ist aus der DE-OS 18 14 809 eine Zerstäubervorrichtung bekannt, bei welcher die Zerstäubung des Pulvers nicht durch Zerstäubergas, sondern entweder durch einen Prallkörper oder durch reine Diffusorwirkung erfolgt. Dem Gas-Pulver-Strom wird Gas abgezogen und ein Leitschaufelsystem im Pulverkanal soll ein geschoßartiges Austreten der Pulverteilchen aus der Zerstäuberdüse verhindern.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die zyklonartige Wirbelbewegung des Gas-Pulver-Gemisches um die Achse des Zufuhrkanals ohne zusätzliches Gas zu erzeugen und die elektrostatische Aufladung des Pulvers an der Elektrode zu verstärken.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Dies hat folgende Vorteile: Es wird keine Energie zur Erzeugung eines Zusatzgasstromes für die Erzeugung der Wirbelbewegung benötigt. Durch Vermeidung von Zusatzgas wird der Gesamtgasanteil im Gas-Pulver-Gemisch verringert, mit der Folge, daß insgesamt ein geringerer Gasanteil im Gemisch vorhanden ist, welcher die Pulverteilchen von der zu ihrer elektrischen Aufladung dienenden Elektrode abhält, die Pulverteilchen auf dem Flug von der Vorrichtung zu dem zu beschichtenden Gegenstand seitlich wegtreibt oder von der zu beschichtenden Oberfläche wegtreibt. Dadurch gelangen mehr Pulverteilchen in die Nähe der Elektrode, verweilen wegen reduzierter Fluggeschwindigkeit länger an dieser Elektrode, werden folglich stärker elektrostatisch aufgeladen, es gelangen mehr Teilchen auf die zu beschichtende Oberfläche, und sie werden von dieser nicht weggeblasen. Ferner kann durch den geringeren Gasanteil im Gemisch die Fluggeschwindigkeit der Pulverteilchen reduziert werden, damit weniger Pulverteilchen von der zu beschichtenden Fläche abprallen. Damit ergibt sich insgesamt ein besserer Beschichtungswirkungsgrad und eine bessere Beschichtungsqualität.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen als Beispiel beschrieben. Darin zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, einer Zerstäubervorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Stirnansicht eines Leitkörpers von Fig. 1 in Strömungsrichtung gesehen, und
Fig. 3 eine Seitenansicht des Leitkörpers von Fig. 2 mit einer im Schnitt dargestellten Öffnung, wobei der Schnitt in der Ebene III-III von Fig. 2 parallel zur geradlinigen Zylinderachse der zylindrischen Öffnung verläuft.
Die in Fig. 1 gezeigte Zerstäubervorrichtung besteht aus einer Baueinheit 2 und einer daran angeschraubten Baueinheit 4. Die Baueinheit 2 wird in der Praxis auch als Spritzpistole bezeichnet. Sie enthält einen zentralen Zufuhrkanal 6 für ein Gas-Pulver-Gemisch, der in einer Zerstäuberdüse 8 mündet. Das Gemisch ergibt sich dadurch, weil das zur Beschichtung dienende Pulver mit einem Gas gefördert werden muß. Die Zerstäuberdüse 8 bildet eine trichterförmige Öffnung mit in Strömungsrichtung zunehmend größer werdendem Öffnungswinkel. In der Zerstäuberdüse sind keine Prallplatten und keine Leitflächen untergebracht. Die Zerstäubung des Pulvers erfolgt dadurch, daß über einen Zerstäubergaskanals 10 Zerstäubergas am stromaufwärtigen Anfang 12 in die Zerstäuberdüse in Richtung gegen die trichterförmige Düsenwand im wesentlichen tangential dazu mit einer solchen Stärke eingebracht wird, daß das Pulver radial gegen die Trichterwand der Zerstäuberdüse 8 getrieben wird, so stark, daß zwischen dem Pulver und der Trichterwand ein Unterdruck und damit eine Diffusorwirkung entsteht, durch welche der Pulverstrahl radial aufgerissen und im wesentlichen ohne Umkehrwirbel an der Trichterwand der Zerstäuberdüse entlanggezogen wird. Der Zerstäubergaskanal 10 kann über einen gewindeartig verlaufenden Kanalabschnitt 13 in Form einer Ringschlitzdüse 14 in die Trichtermündung der Zerstäuberdüse ausmünden. Anstelle des Gewindeabschnittes 13 und der Ringschlitzdüse 14 können auch einzelne Bohrungen vom Zerstäubergaskanal 10 in die Zerstäuberdüse 8 ausmünden.
Unmittelbar stromaufwärts vor der Trichterwand 16 der Zerstäuberdüse 8 ragen in den Zufuhrkanal 6 Elektroden 18 zur elektrostatischen Aufladung des Pulvers.
Die Zerstäuberdüse 8 ist von einer koaxialen Ringschlitzdüse 20 umgeben, die von einem Gaskanal 22 mit Gas versorgt wird und dazu dient, das wolkenartig zerstäubte Pulver zu umhüllen, um dadurch der Pulverwolke eine bestimmte Form und Strömungsrichtung zu geben.
Die weitere Baueinheit 4 bildet ein Verlängerungsstück 24 des Zufuhrkanals 6. Das Kanalverlängerungsstück 24 ist mit einem im Durchmesser erweiterten Kanalabschnitt 26 versehen, in welchem ein Leitkörper 28 untergebracht ist. Der Kanalabschnitt 26 ist unter einem Winkel α von ungefähr 25° zur Längsachse vor dem Leitkörper 28erweitert und nach dem Leitkörper 28 unter dem gleichen Winkel α von 25° wieder auf den normalen Kanaldurchmesser verkleinert. Die Erweiterung und Verengung kann im Bereich zwischen 5° und 45° liegen, hat jedoch vorzugsweise den genannten Wert von 25°. Dadurch ergibt sich stromaufwärts und stromabwärts des Leitkörpers 28 jeweils ein trichterartiger Kanalabschnitt 30 bzw. 32. Der Leitkörper 28 ist an seinem stromaufwärtigen Ende mit einem kegelförmigen Ansatz 34 mit entgegen der Strömungsrichtung weisender Kegelspitze 36 versehen.
Fig. 2 zeigt den Leitkörper 28 in Richtung des Pfeiles II von Fig. 1. Ferner zeigt Fig. 3 eine Seitenansicht des Leitkörpers 28 mit einem schräg über die Mantelfläche verlaufenden Ausschnitt längs der Ebene III-III von Fig. 2 zur Darstellung eines von mehreren durch den Leitkörper 28 hindurchführenden geradlinigen Bohrungen, durch welche das Verlängerungsstück 24 des Zufuhrkanals 6 in eine Vielzahl von Einzelkanälen 38 aufgeteilt ist. Jeder der Einzelkanäle 38 verläuft geradlinig durch eine Ebene, die den zylindrischen Leitkörper 28 sehnenartig schneidet. Dadurch können die Einzelkanäle 38 auf eifache Weise durch Bohren hergestellt werden. Die Einzelkanäle 38 verlaufen geradlinig schräg zur Längsrichtung 40 des Zufuhrkanals 6 bzw. 24 unter einem Winkel α von 25°. Dieser Winkel der Einzelkanäle 38 sollte im Bereich zwischen 20° und 30° liegen. Die zylindrische Einzelkanäle 8 haben eine lichte Querschnittsweite 42 im Bereich zwischen 6 mm und 10 mm, wobei die lichte Querschnittsweite 42 vorzugsweise 7 mm beträgt.
Die Einzelkanäle sind um den kegelförmigen Ansatz 34 herum gleichmäßig verteilt und schließen sich unmittelbar an diesen kegelförmigen Ansatz 34 an. Der Abstand zwischen den Einzelkanälen 38 und die Materialdicke 44 zwischen den Einzelkanälen 38 und der Mantelwand 46 des Leitkörpers 28 ist sehr klein, damit sich an diesen Stellen keine Pulverteilchen ablagern können.
Der Abstand zwischen dem Leitkörper 28 und der Trichterwand 16 der Zerstäuberdüse 8 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 10 cm und 25 cm. Der Abstand sollte nicht kleiner als 2 cm sein, da sich sonst in den Zufuhrkanal 6 stromaufwärts der Zerstäuberdüse 8 nicht die gewünschte zyklonartige Pulverströmung mit einer radial von innen nach außen zunehmenden größeren Pulverkonzentration ausbilden kann. In jedem Fall muß der Leitkörper 28 stromaufwärts der Trichterwand 16 der Zerstäuberdüse 8 und auch stromaufwärts der im Zufuhrkanal 6 vorgesehenen Elektroden 18 zur elektrostatischen Pulveraufladung angeordnet sein. Der maximale Abstand des Leitkörpers 28 von der Trichterwand 16 sollte nicht größer als 40 cm sein, weil sonst die zyklonartige Pulverströmung im Zufuhrkanal 6 wieder aufgehoben wird.
Die Stege 48 zwischen den Einzelkanälen 38 bilden Leitschaufeln für das Gas-Pulver-Gemisch und leiten dieses Gemisch mit einer wirbelartigen Drallbewegung in den trichterartigen Kanalabschnitt 32 des Zufuhrkanal-Verlängerungsstücks 24 ein. Die Einzelkanäle 38 können auch eine von der zylindrischen Form abweichende Form haben. Auch können die Einzelkanäle 38 sich radial nach außen bis zur Mantelwand 46 erstrecken, womit die genannte Materialdicke 44 vollständig entfällt.

Claims

1. Zerstäubervorrichtung zum Beschichten mit Pulver, mit einem Zufuhrkanal für ein Gas-Pulver-Gemisch, mit einer Zerstäuberdüse am Ende des Zufuhrkanals, mit mindestens einem, Zerstäubergas in die Zerstäuberdüse abgebenden Zerstäubergasauslaß, mit einer im Zufuhrkanal stromaufwärts des Zerstäubergaskanals angeordneten Rotationserzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer spiralförmig verlaufenden Rotationsbewegung der Pulverteilchen um die Mittelachse des Zufuhrkanals, und mit mindestens einer in den Zufuhrkanal ragenden Elektrode zwischen der Rotationserzeugungseinrichtung und dem Zerstäubergasauslaß, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationserzeugungseinrichtung (4) einen Leitkörper (28) mit um die Mittelachse des Zufuhrkanals (6, 24) herum verteilt angeordneten Einzelkanälen (38) aufweist, die unter einem Winkel (α) zwischen 5° und 45° schräg zur Längsrichtung (40) des Zufuhrkanals (6, 24) in Umfangsrichtung verlaufen und eine lichte Querschnittsweite (42) von mindestens 4 mm in allen Richtungen innerhalb der Querschnittsebene bilden, daß der Leitkörper (28) an seiner stromaufwärtigen Stirnfläche ein kegelförmiges Element (34) mit entgegen der Strömungsrichtung weisender Kegelspitze (36) koaxial im Zufuhrkanal (6, 24) aufweist, um das herum die Eingangsöffnungen der Einzelkanäle (38) angeordnet sind, daß stromaufwärts des Leitkörpers (28) ein zu ihm hin trichterartig erweiterter Kanalabschnitt (30) und stromabwärts des Leitkörpers (28) ein von ihm weg trichterartig sich verengender Kanalabschnitt (32) des Zufuhrkanals (6, 24) liegt.

2. Zerstäubervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen 22° und 28°, vorzugsweise bei 25° liegt.

3. Zerstäubervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Querschnittsweite (42) der Einzelkanäle (38) im Bereich zwischen 6 mm und 10 mm, vorzugsweise bei 7 mm liegt.

4. Zerstäubervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkanäle (38) zylindrische Öffnungen mit geradlinigen Zylinderachsen sind.

5. Zerstäubervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die trichterartigen Kanalabschnitte (30, 32) des Zufuhrkanals (6, 24) einen Öffnungswinkel im Bereich zwischen 10° und 90°, vorzugsweise von 50° haben.

6. Zerstäubervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem stromabwärtigen Ende der Einzelkanäle (38) und dem Zerstäubergasauslaß (14) zwischen 2 cm und 40 cm, vorzugsweise zwischen 10 cm und 25 cm liegt.