-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbringen von Pulver und eine Pulversprühpistole zur Durchführung des Verfahrens in Pulverbeschichtungsanlagen.
-
Düsen zum Ausbringen eines Pulver-Luft-Gemisches sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt.
-
Aus der
DE 3546231 A1 ist ein Pulver-Sprühorgan zum Beschichten von Gegenständen im elektrischen Feld bekannt. Im Bereich von 30–300 mm vor der Austrittsmündung weist der Strömungskanal eine Verengung in Form einer Venturidüse auf. Von 2 bis 20 mm vor der Venturidüse ist eine Blasdüse angeordnet, die einen Zusatz-Gasstrom auf die Venturidüse richtet. Damit soll die Pulververteilung im Luftstrom verbessert werden.
-
Gemäß der
DE 3412694 A1 wird zusätzlich zum Fördergas und/oder der Steuerluft in einem getrennten Kanal ein regelbarer Gasstrom herangeführt, vor dem Austritt ionisiert und in etwa radialer Richtung im Bereich der verminderten Strömungsgeschwindigkeit des aufgeweiteten Fördergas-Pulvergemischstroms in diesen eingeleitet.
-
In der
EP 1475159 B1 wird ein Sprühgerät vorgeschlagen, das neben einem Sprühauslass zum Sprühen des Beschichtungsmaterials einen Formungsluftauslass in Form einer Vielzahl von Löchern zum Formen des Sprühstrahles sowie einen Umgebungsluftdurchgang aufweist. Der Umgebungsluftdurchgang befindet sich radial zwischen dem Sprühauslass und den Löchern zum Formen des Sprühstrahles und dient zum Hindurchsaugen von Umgebungsluft durch die Strömungs-Saugwirkung des Sprühstrahles und/oder des Formungsluftstromes.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Ausbringen von Pulver mit einer Pulversprühpistole und eine Pulversprühpistole bereitzustellen, um eine gleichmäßige Verteilung des Pulvers im Luftstrom bei geringer Strömungsgeschwindigkeit des Pulver-Luft-Gemisches zu erzielen. Damit soll ein gleichmäßiger Pulverauftrag mit hohem Eindringvermögen auch in Vertiefungen am zu behandelnden Werkstück ermöglicht werden. Letztlich soll ein hoher Abscheidegrad des Pulvers erzielt werden. Weiterhin soll die Auftragung des Pulver-Luft-Gemischs auf die Werkstückgeometrie durch eine stufenlose Verstellung zwischen Rund- und Flachstrahlgeometrien anpassbar sein. Die erfindungsgemäße Düse soll für verschiedene Sprühpistolen nutzbar und kostengünstig herstellbar sein.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das Pulver-Luft-Gemisch von der Sprühpistole zunächst in den Mischraum eines Düsenkörpers strömt. Im Mischraum wird durch eine turbulente Strömung das Pulver im Luftstrom gleichmäßig verteilt, es erfolgt also eine Homogenisierung des Pulver-Luft-Gemisches. Nachfolgend expandiert das Pulver-Luft-Gemisch im Düsenkonus des Düsenkörpers und das Pulver-Luft-Gemisch wird durch eine Strahlformabschnittsanordnung einer verschiebbaren und verdrehbaren Hülse werkstückoptimiert geformt. Alle Expansionsstellen besitzen vorzugsweise scharfkantige Querschnittserweiterungen.
-
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 2 erfolgt nach der Expansion eine Formung des Pulver-Luft-Gemisches durch eine auf den Düsenkörper aufsteckbare, drehbare und verschiebbare Hülse mit einer Strahlformabschnittsanordnung. Durch das Verschieben der Hülse mit integrierter Strahlformabschnittsanordnung verändert sich die Form des Pulver-Luft-Gemisches stufenlos vom Rundstrahl zu einer Flachstrahlgeometrie entsprechend der Anordnung und Ausführung der Strahlformabschnitte.
-
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 3 erfolgt nach der Expansion eine Formung des Pulver-Luft-Gemisches durch eine auf die Düse aufsteckbare Hülse mit Strömungsformeinrichtung eine Beeinflussung des homogenisierten Pulver-Luft-Gemisches mittels eines um die Düse ringförmig zugeführten Führluftstromes.
-
Die Erfindungsaufgabe wird weiterhin durch die Bereitstellung einer Pulversprühpistole insbesondere einer auf die Pulversprühpistole aufsteckbaren Düse/Düsenkörper zur Durchführung des Verfahrens gelöst. Innerhalb des Düsenkörpers erweitert sich der Eintrittskanal zu einem Mischraum über eine scharfkantige Strömungsabrisskante. Die Querschnittserweiterung führt zu Turbulenzen, die wiederum eine gute Durchmischung und damit eine Homogenisierung der Pulver-Luft-Strömung und eine Flugförderung bewirken. Nachfolgend tritt der Pulver-Luft-Strom in einen Düsenkonus mit einem Verteilerkegel ein. Die Homogenisierung der Pulver-Luft-Strömung in der Mischkammer verringert durch die gleichzeitige Expansion auch die Strömungsgeschwindigkeit, was sich positiv auf gleichmäßige Verteilung und Niederschlag des Pulvers auf dem Werkstück, insbesondere auch in Vertiefungen, auswirkt.
-
Der Übergang von der Materialzuführung zum Mischraum erfolgt über eine erste, scharfkantige Strömungsabrisskante. Ähnlich ist es beim sich konusartig weitenden Umlenkbund. Beim Übergang vom Umlenkbund zu einem Rundstab ist eine zweite Strömungsabrisskante vorgesehen.
-
Durch das über die scharfkantigen Kanten strömende Pulver-Luft-Gemisch werden die Turbulenzen, vergleichbar dem Totwassereffekt an einem Wehr, verstärkt. Damit wird die Homogenität des Pulver-Luft-Gemisches erhöht und die Qualität des Pulverauftrages verbessert. Mit einer Vergrößerung des Durchmessers des Verteilerschaftes nach dem Umlenkbund kann die Turbulenz weiter verstärkt und die Expansion verbessert werden. Der Förderluftanteil des Pulver-Luft-Gemisches kann bei dieser Ausbildung reduziert werden, ohne die Homogenisierung zu verschlechtern.
-
Gemäß einer Ausgestaltung nach Anspruch 8 der Erfindung steht die Abrisskante des Verteilerkegels 1 bis 5 mm hinter der Düsenbegrenzungskante zurück. Es hat sich herausgestellt, dass in diesem Bereich der Abstände bei großer Homogenität des Pulver-Luft-Gemisches die Strömungsgeschwindigkeit ein Minimum erreicht.
-
Die verschiebbare Hülse mit Strahlformabschnittsanordnungen auf dem Düsenkörper ermöglicht eine Regulierung der Weite des Pulver-Luft-Gemisches. Durch Verschieben der Hülse von der Sprühpistole weg, kann der Pulver-Luft-Strom verengt werden und somit der Pulverauftrag für schmale Werkstücke gezielt erfolgen. Die Verschiebung der Hülse in die entgegengesetzte Richtung ermöglicht einen größeren Strahlwinkel des Pulver-Luft-Gemisches. Die Hülse ermöglicht nur die Veränderung eines Rundstrahls. Bei einer Hülse mit Strahlformabschnitten beeinflusst der Überstand durch Einschnürung die Form des Pulver-Luft-Gemisches. Je nach Anordnung der Strahlformabschnitte wird die Form des Pulver-Luft-Gemisches verändert. Ist die Hülse mit den Strahlformabschnitten ohne Überstand auf die Düse geschoben, erzeugt sie einen Rundstrahl. Wird die Hülse heraus gezogen, verändert sich der Rundstahl stufenlos zu einer, durch die Anordnung der Strahlformabschnitte, vorgegebenen Form. Diese kann ein Flachstrahl, ein sich kreuzender Flachstrahl oder sonstige durch Strahleinschnürung erzielbare Formen sein.
-
Die Hülse kann an der Austrittsseite nach Anspruch 11 z. B. einen kreisbogenförmigen Schnittverlauf aufweisen. Durch diese Gestaltung der Hülse kann das Pulver-Luft-Gemisch als Flachstrahl ausgebracht werden. Die weiter von der Sprühpistole entfernten Strahlformabschnitte der Hülse bewirken eine Verengung des Sprühstrahls. Durch die Verschiebung der Hülse kann eine Anpassung des Strahlwinkels des Flachstrahls erfolgen. Damit lassen sich sowohl schmale Werkstücke als auch große Flächen gut beschichten. Selbstverständlich können Hülsen mit unterschiedlich ausgeformter Austrittsseite auf die Düse aufgesteckt werden. Damit kann der Flachstrahl wunschgemäß variiert werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist zwischen der Düse und der verschiebbaren Hülse eine Ringdüse angeordnet, durch die Führluft zugeführt werden kann. Mit der Führluft kann das durch die Düse gebildete Pulver-Luft-Gemisch entsprechend weiter transportiert werden. Damit kann auch ein Werkstück in größerer Entfernung mit Pulver beschichtet werden. Auch für automatisch geführte Sprühpistolen ergeben sich Vorteile, da die Pulver-Luft-Gemischtiefe durch Veränderung der Führluft geregelt werden kann.
-
Eine Ausführung nach Anspruch 10 weist eine Skaleneinteilung auf dem Düsenkörper auf, um die verschiebbare Hülse mit Strahlformabschnitt reproduzierbar einstellen zu können.
-
Ein Gummiring zwischen Düsenkörper und Hülse dichtet nach Anspruch 7 beide Einheiten vorteilhaft gegen Strömungen in Richtung Bedienpersonal ab.
-
Die Düse kann auch als separates Bauteil auf die Sprühpistole aufsteckbar sein. Damit sind die Düsen, ggf. mit Adapter, universell zusammen mit verschiedenen Sprühpistolen einsetzbar.
-
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
-
Es zeigen:
-
1 eine Düse in Längsschnittdarstellung mit einer aufgeschobener Hülse mit Strahlformabschnittsanordnung,
-
2 eine Düse in Längsschnittdarstellung mit aufgeschobener Hülse mit Strahlformabschnittsanordnung und Führlufteinrichtung,
-
3 eine Düse in Seitenansicht mit aufgeschobener Hülse mit Strahlformabschnittsanordnung mit ausgefahrener Stellung zur Erzeugung eines Flachstrahls und auf dem Düsenkörper aufgetragener Einstellskala,
-
3a eine Draufsicht auf die Hülse nach 3 mit einer Strahlformabschnittsanordnung zur Erzeugung eines mittleren Flachstrahls,
-
4 eine Düse in Seitenansicht mit aufgeschobener Hülse mit Strahlformabschnittsanordnung in mittlerer Stellung zur Erzeugung eines abgeflachten Rundstrahls und auf dem Düsenkörper aufgetragener Einstellskala,
-
4a eine Draufsicht auf die Hülse nach 4 mit einer Strahlformabschnittsanordnung zur Erzeugung eines Flachstrahls mit großem Strahlwinkel,
-
5 eine Düse in Seitenansicht mit aufgeschobener Hülse mit Strahlformabschnittsanordnung in eingefahrener Stellung zur Erzeugung eines Rundstrahls und auf dem Düsenkörper aufgetragener Einstellskala und
-
5a eine Draufsicht auf die Hülse nach 5 mit einer Strahlformabschnittsanordnung zur Erzeugung eines sich kreuzenden Flachstrahls mit großem Strahlwinkel.
-
Die in 1 dargestellte Düse in Längsschnittdarstellung wird mit einem auf der rechten Seite abgebrochenen Düsenkörper 1 gezeigt. Der Düsenkörper 1 ist so gestaltet, dass er auf die nicht dargestellte restliche Sprühpistole aufgesteckt werden kann. Die Düse wird nach außen durch einen hohlzylindrischen Düsenkörper 1 abgeschlossen. Im Inneren gelangt das Pulver-Luft-Gemisch 16 aus der Sprühpistole in die Materialzuführung 2 des Düsenkörpers 1. Der Querschnitt des Eintrittskanals 2 weitet sich zu einem Mischraum 4. Im Mischraum 4 kommt es zu einer Umlenkung des Pulver-Luft-Gemisches 16 und somit zu einer stärkeren Verwirbelung, Vermischung und Expansion des Pulver-Luft-Gemisches 16. Daraus resultiert eine Homogenisierung des Pulver-Luft-Gemisches 16 und eine Veränderung der Fördermechanik von der Strähnenförderung zur Flugförderung, d. h. das Farbpulver ist gleichmäßig im Förderluftstrom verteilt und die Strömungsgeschwindigkeit des Pulver-Luft-Gemisches 16 ist reduziert. Nach dem Mischraum 4 schließt sich eine Aufweitung zum Düsenkonus 5 an. Im Inneren des Materialzuführung 2 und des Düsenkonus 5 befindet sich der Verteilerschaft 10 mit dem Verteilerkegel 13 und der ionisierenden Zentralelektrode 14. Es hat sich herausgestellt, dass, wie in 1 und 2 dargestellt, die Abrisskante des Verteilerkegels 13 ein bis fünf Millimeter hinter der Düsenbegrenzungskante 6 zurückstehen sollte, um eine optimale Pulverbeschichtungswolke zu erzielen. Bei herkömmlichen Pulverdüsen ist eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des Pulver-Luft-Gemisches 16 am Düsenausgang notwendig, um eine gute Zerstäubung zu erreichen. Das hat zur Folge, dass sich das Pulver als Strahl und nicht als Wolke aus der Düse austritt. Daraus ergibt sich eine weniger gute, ungleichmäßige Abscheidung des Pulvers am Werkstück und ein hoher Verlust durch Overspray. Aufgrund der geringeren Strömungsgeschwindigkeit ist mit der gefundenen Lösung auch auf stark strukturierten Flächen eine gleichmäßige Pulverabscheidung bei geringen Verlusten möglich.
-
Ein Düsenkörper 1 mit verbessertem Mischraum 4 wird, wie dargestellt, durch eine erste Strömungsabrisskante 3 im Bereich des Übergangs von der Materialzuführung 2 zum Mischraum 4 erreicht. Die Strömungsabrisskante 3 bewirkt einen Strömungsabriss und führt damit zu stärkeren Turbulenzen. Die Durchmischung des Pulver-Luft-Gemisches 16 wird so verbessert.
-
Vorzugsweise befindet sich die Strömungsabrisskante 3 in der Querschnittserweitung des Mischraumes 4. Zusätzlich kann der Umlenkbund 11 in Verbindung mit einer zweiten Strömungsabrisskante 12 die Durchmischung, die Homogenisierung und die Strömungsreduzierung des Pulver-Luft-Gemisches 16 erheblich verbessern.
-
Das Pulver-Luft-Gemisch 16 kann durch Strahlformabschnittsanordnungen 19 der aufsteckkbaren, verschiebbaren und verdrehbaren Hülse 18 verengt werden, wenn die Hülse 18 in Strömungsrichtung verschoben wird. Je nach Position der Hülse 18 ist eine unterschiedliche, stufenlose Form und Aufweitung des Pulver-Luft-Gemisches 16 möglich, beispielsweise vom Flachstrahl zum Rundstahl. Die Verschiebung ist einfach möglich und kann auch während des Beschichtungsvorganges den Erfordernissen entsprechend angepasst werden.
-
Eine von 1 ausgehende Weiterentwicklung ist in der 2 gezeigt. Sie besteht in einer auf dem zylindrischen Düsenkörper 1 längsverschiebbaren Hülse 18 mit Strahlformabschnittsanordnung 19 und mit Führluft 17 arbeitend. Die längsverschiebbare Hülse 18 mit Strahlformabschnitt 19 ermöglicht es, die Form und Aufweitung des aus dem Düsenkörper 1 austretenden Pulver-Luft-Gemisches 16 zu variieren. Zusätzlich ist die Zufuhr von Führluft 17 dargestellt. Dazu ist zwischen Düsenkörper 1 und Hülse 18 eine Ringdüse mit Rädelung 7 angeordnet, durch die zusätzlich Führluft 17 zugeführt wird. Die Führluft 17 wird über den Führluftverteilraum 8 der Ringdüse mit Rädelung 7 zugeführt.
-
Die zusätzliche Führluft 17 ermöglicht es, das Pulver-Luft-Gemisch 16 weiter zu transportieren. Damit können entferntere Werkstückteile besser beschichtet werden. Damit ergeben sich Vorteile bei der Beschichtung mit automatischen Pulverpistolen, die in der Regel an linear arbeitenden Bewegungsautomaten befestigt sind. Hier wird die Form des Pulver-Luft-Gemisch 16 an die erforderliche Beschichtungstiefe mittels Veränderung der Führluft 17 angepasst.
-
Mit Hilfe der Führluft 17 kann das Pulver-Luft-Gemisch 16 in seiner Aufweitung bzw. Einengung variiert werden.
-
Die Strahlformabschnittsanordnung 19 besteht aus mindestens zwei gegenüberstehenden Erhebungen mit dazwischenliegenden rechteckigen oder halbkreisförmigen Aussparungen. 3 zeigt eine Hülse 18 mit kreisbogenförmig ausgeschnittener Hülsenbegrenzungskante 20. Dadurch wird die Hülse 18 zur Hülse mit Strahlformabschnittsanordnungen 19. Durch diese Gestaltung sind zwei gegenüberliegende Strahlformabschnitte, in 3a oben und unten dargestellt, der Austrittsseite der Hülse 18 weiter von der Düsenbegrenzungskante 6 des Düsenkörpers 1 entfernt und verengen somit das Pulver-Luft-Gemisch 16. Die beiden seitlichen Strahlformabschnitte der Austrittsseite der Hülse 18 befinden sich näher an der Düsenbegrenzungskante 6, was zu einer Aufweitung des Pulver-Luft-Gemisch 16 führt. Auf diese Weise kann mit der Düse 1 ein Pulver-Luft-Gemisch 16 als Flachstrahl erzeugt werden. Mit einem Flachstrahl können größere Flächen sehr gut beschichtet werden.
-
Die Weite des Flachstrahls kann bis hin zum Rundstrahl beim vollständigen Aufschieben der Hülse 18 auf die Düse verändert werden. Durch Umdrehen der Hülse 18 kann durch den geraden Hülsenabschluss ein in seiner Weite variierbarer Rundstrahl erzeugt werden. Damit ist die Hülse 18 universell einsetzbar.
-
Somit besteht die Möglichkeit der Anpassung des Sprühstrahls an unterschiedliche Werkstückgeometrien.
-
4 und 4a zeigen eine Düse 1 und eine Hülse 18 mit rechteckig ausgeschnittener Hülsenbegrenzungskante 20 in mittlerer Stellung. Zur exakten Einstellung der Hülsenverschiebung ist eine Skala 21 auf dem Düsenkörper 1 aufgebracht. Der rechteckige Ausschnitt der Hülsenbegrenzungskante 20 ermöglicht einen besonders weit aufgefächerten Flachstrahl. Die mittlere Hülseneinstellung bewirkt einen weit aufgefächerten abgeflachten Rundstrahl.
-
5 und 5a zeigen einen Düsenkörper 1 und eine Hülse 18 mit vierfach rechteckig ausgeschnittener Hülsenbegrenzungskante 20 in vollständig aufgeschobener Stellung (kein Überstand der Hülsenbegrenzungskante). Zur exakten Einstellung der Hülsenverschiebung ist eine Skala 21 auf dem Düsenkörper 1 aufgebracht. Der vierfache rechteckige Ausschnitt der Hülsenbegrenzungskante 20 erzeugt einen gekreuzten Flachstrahl. Die vollständig aufgeschobene Hülsenstellung bewirkt einen Rundstrahl.
-
Mit dem in den 1 und 2 gezeigten Düsenkörper 1 wird ein Sprühverfahren realisiert, bei dem das Pulver-Luft-Gemisch 16 beim Eintritt in den Düsenkörper 1 zunächst in einen Mischraum 4 gelangt, um dort durch eine turbulente Strömung homogenisiert zu werden und nachfolgend im Bereich des Austrittskonus 5 der Düse 2 zu expandieren. Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass die Homogenisierung nicht mehr nach dem Austritt aus dem Düsenkörper 1, sondern innerhalb des Düsenkörpers 1 erfolgt, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit reduziert werden kann. Bei herkömmlichen Pulverdüsen ist eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des Pulver-Luft-Gemisches 16 notwendig, um eine gute Verteilung des Pulvers im Pulver-Luft-Gemisches 16 beim Austritt aus der Düse zu erzielen. Diese hohe Strömungsgeschwindigkeit hat jedoch zur Folge, dass sich das Pulver nicht gleichmäßig und vor allen Dingen bei strukturierten Werkstoffoberflächen in zurückstehenden Abschnitten weniger gut abscheidet. Von vorstehenden Kanten wird das Pulver abgeblasen. In Vertiefungen bildet sich ein Luftstau. Daraus resultiert ein ungleichmäßig beschichtetes Werkstück. Diese Nachteile werden aufgrund der geringeren Strömungsgeschwindigkeit der gefundenen Lösung vermieden. Damit können Werkstücke unterschiedlicher Geometrien gleichmäßig mit Farbpulver beschichtet werden. Eine Weiterentwicklung des Verfahrens wird durch eine Strahlformung unmittelbar am Austritt aus dem Düsenkörper 1 erzielt. Eine längsverschiebbare Hülse 18 ermöglicht eine Verengung bzw. Aufweitung des Pulver-Luft-Gemisches 16. Durch verschieden angeordnete Strahlformabschnittsanordnungen 19 an der Austrittsseite der Hülse 18 kann das Pulver-Luft-Gemisch 16 z. B. zu einem Flachstrahl oder zwei sich kreuzende Flachstrahlen geformt werden.
-
Der Transport des Pulver-Luft-Gemisches 16 kann durch einen zwischen Düsenkörper 1 und Hülse 18 ringförmig zugeführten Führluftstrom 17 bei Beibehaltung der Durchmischung des Pulver-Luft-Gemisches 16 verbessert werden.
-
Die vielfältigen Möglichkeiten der Beeinflussung des Sprühstrahls durch Variation der Geschwindigkeit des Pulver-Luft-Gemisches 16, Geschwindigkeit der Führluft 17 und der Strahlform mittels Hülse 18 mit Strahlformabschnittsanordnungen 19 ermöglichen den Einsatz der Erfindung für verschiedene Pulverpistolen, Pulverarten, Pulveranteile am Pulver-Luft-Gemisch, Werkstoffgeometrien, Strahlformen und Beschichtungsgeschwindigkeiten mit den beschriebenen Vorteilen. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, dass die Geschwindigkeit des Pulver-Luft-Gemisches 16 so gering wie möglich eingestellt werden sollte. Damit werden Pulververluste minimiert. Durch Erhöhung des Führluftstromes 17 kann die Förderlänge des Pulver-Luft-Gemisches 16 an eine größere Entfernung zwischen Werkstück und Pistole angepasst werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Düsenkörper
- 2
- Materialzuführung, Eintrittskanal
- 3
- Strömungsabrisskante 1
- 4
- Mischraum
- 5
- Düsenkonus
- 6
- Düsenbegrenzungskante
- 7
- Ringdüse mit Rädelung
- 8
- Führluftverteilraum
- 9
- Gummiring
- 10
- Verteilerschaft
- 11
- Umlenkbund
- 12
- Strömungsabrisskante 2
- 13
- Verteilerkegel
- 14
- Zentralelektrode
- 15
- Verteilerkante
- 16
- Pulver-Luft-Gemisch
- 17
- Führluft
- 18
- Hülse
- 19
- Strahlformabschnittsanordnung
- 20
- Hülsenbegrenzungskante
- 21
- Skala
