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Verfahren und Vorrichtung zum überziehen der Innenfläche
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eines Rohres Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum überziehen der Innenfläche einer Wasserleitung mittels eines von einem spiraligen
Luftstrom versprühten Farbnebels.
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Eisen- oder Vinylchlorid-Rohre werden in Wohn- oder Bürohäusern als
Wasserrohre oder -leitungen verwendet. Eisenrohre rosten innerhalb weniger Jahre.
Es empfiehlt sich deshalb, den Rost zu entfernen und zur Rostverhütung die Innenfläche
des Rohres mit einem überzug zu versehen.
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Die Reinigung und das Aufbringen eines überzugs gestaltet sich jedoch
bei bereits verlegten Wasserrohren schwierig.
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Verlegte Rohre weisen zahlreiche Knies und Verzweigungen auf. Der
Durchmesser der zur Leitung verbundenen Rohre ist an den Kupplungsstellen häufig
unterschiedlich.
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Der Erfinder hat bereits ein wirksames Verfahren zum Überziehen der
Innenfläche bereits verlegter Wasserrohre entwickelt. Er entwickelte ein Verfahren
zum Reinigen von Rohren mittels eines von einem starken Luftstrom durch das Rohr
getriebenen Sandstrahls, um Rost oder Ablagerungen zu entfernen und weiter ein Verfahren
zum überziehen,bei dem Überzugsfarbe von einem starken Luftstrom im Rohr verblasen
wird.
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Bei diesem Verfahren wird die Farbe von einer Düse ausgesprüht und
von dem gerade gerichtetem starken Luftstrom in das Rohr geblasen. Als Farbe kann
beispielsweise eine Epoxy-Harz-Farbe verwendet werden. Die Viskosität der Farbe
läßt sich durch Veränderung der Konzentration des Lösungsmittels variieren. Da die
Farbe in Form von Flüssigkeitstropfen von relativ großem Durchmesser versprüht wird,
beträgt die Sprühdistanz nur eine sehr geringe Strecke. Da die Farbtropfen groß
und schwer sind, fallen sie schon am Anfang des Rohres nieder und gehen wieder in
den flüssigen Ausgangszustand über. Der starke Luftstrom treibt darauf die Farbflüssigkeit
im Rohr vorwärts. Die Flüssigkeit verteilt sich im Rohr und überzieht die Innenfläche.
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Dieses Überzugsverfahren ist allerdings noch nicht voll befriedigend.
Es ist sehr zeitaufwendig. Luft- und Farbverbrauch sind zu hoch.
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Die Geschwindigkeit eines durch einen Rohrabschnitt gerade geführten
Luftstroms ist in der Mitte am größten und an den Innenflächen des Rohres am niedrigsten.
Die äußere Schicht das Luftstroms, die die geringste Geschwindigkeit aufweist, trei@t
die Farbflüssigkeit auf der Bodenfläche vorwärts.
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Die auf die Farbe ausgeübte Kraft ist lediglich eine Schubkraft, die
in einer dünnen Grenzschicht zwischen Luftstrom und Farbflüssigkeit wirkt. Nur ein
sehr geringer Bereich des Luftstroms bewirkt daher den Vorgang des überziehens.
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Der größte Teil der Preßluft strömt umsonst durch das Rohr.
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Zur Kompensierung dieser Nachteile erfordert das Verfahren einen leistungsstarken
und großen Kompressor, der wiederum einen hohen Energieverbrauch hat.
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Darüber hinaus wirkt sich die Schwerkraft nachteilig aus.
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Während sich auf der unteren Rohrinnenseite eine dicke
Farbschicht
bildet, ist aufgrund der Schwerkraft die Farbschicht auf der oberen Rohrinnenseite
nur sehr dünn Die Stärke der Farbschicht ist ungleichmäßig. Auf der unteren Innenseite
muß sich stets eine unnötig dicke Farbschicht bilden, denn faktisch muß die Dicke
der Farbschicht auf der oberen Rohrinnenseite immer größer sein, als eine berechnete
geringstmögliche Schichtdicke. Die Verschwendung von Farbe ist zu groß.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Überziehen der Innenfläche eines Rohres, bei dem Farbtröpfchen mittels eines spiraligen
Luftstroms durch das Rohr geführt werden. Bei einer spiraligen Führung ist mit einem
im Durchmesser geringeren Luftstrom eine höhere Strömungsgeschwindigkeit zu erzielen.
Die tangentiale Geschwindigkeit Vt ist ohne Belang für den Luftstrom. Der Luftstrom
wird nur von der Axialgeschwindigkeit vl bestimmt, da sich der Luftstrom Q als#
S Vl definiert, wobei # für die Luftdichte und S für den Rohrquerschnitt steht.
Die Farbe in Form von Flüssigkeitströpfchen wird mit einer Geschwindigkeit befördert,
die annähernd proportional zur Gesamtgeschwindigkeit Vo ist. Die Gesamtgeschwindigkeit
Vo ist bei einem spiraligen Luftstrom an der Innenfläche des Rohres am höchsten.
Ein spiraliger Luftstrom ist daher in zweifacher Hinsicht effektiver zur Verteilung
von Farbflüssigkeit in Rohren als ein gerade geführter Luftstrom, bei dem die Tangentialgeschwindigkeit
praktisch gleich null ist.
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Ein Merkmal der Erfindung ist ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum überziehen der Innenfläche eines Rohres, bei dem Farbflüssigkeit von einem Luftstrom
mit Ultraschallgeschwindigkeit in ganz feine Farbtröpfchen zerlegt wird. Die von
dem eine extreme Geschwindigkeit, nämlich überschallgeschwindigkeit, aufweisenden
Luftstrom erzeugten feinen Farbtröpfchen sind sehr stabil und können unter überwindung
der Schwerkraft für lange Zeit in der Luft schweben.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ferner ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Überziehen der Innenfläche eines Rohres, bei der der Querschnitt
des Luftstroms mit Hilfe einer Drosseldüse erheblich verengt wird, um seine Geschwindigkeit
zu steigern Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnung.
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Hierbei zeigen: Fig. 1 ein schematisches Diagramm des gesamten Systems
einer Ausführungsart der Erfindung; Fig. 2 vergrößert und teilweise im Schnitt die
bei der ersten Ausführungsform verwendete Vernebelungsdüse; Fig. 3 einen vergrößerten
Längsschnitt eines Spiralejektors zum Mischen von Luft und Farbe bei einer anderen
Ausführung; Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Ejektors und Fig. 5 einen
vergrößerten Längsschnitt durch einen Spiralejektor einer dritten Ausführungsform.
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Gemäß Fig. 1 ist an einer Öffnung eines verlegten, zuvor auf beliebige
Weise gereinigten Wasserrohres eine Vernebelungsdu@e 1 angebracht. Hahn und Muffe
sind abgenommen. Beide Enden des Rohres sind offen.
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Der Einfachheit halber ist das Wasserrohr 2 in Fig. 1 als gerades
Stück gezeichnet. Tatsächlich kann es aber mehrere Knies, Biegungen oder Verzweigungen
aufweisen.
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Als Überzugsflüssigkeit wird hier beispielsweise Epoxy-Harz verwendet.
Die Hauptlösung A und die Härterlösung B befinden sich im A-Lösungsbehälter 3 und
im B-Lösungsbehälter 4.
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Lösung A und Lösung B strömen durch eine A-Lösungsleitung 7 und eine
B-Lösungsleitung 8 in eine Mischeinrichtung 9. In
der Mischeinrichtung
9 werden die Lösungen A und B gemischt.
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Das Gemisch passiert ein Ventil 10, einen Durchflußmesser 11 und eine
Leitung 12 und wird der Einströmöffnung der Verneblerdüse 1 zugeführt. In der Verneblerdüse
1 wird die Farbe od.dgl. von der Druckluft in einen aus kleinen Flüssigkeitströpfchen
bestehenden Nebel zerteilt.
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Übrige Druckluft wird aus dem Kompressor 13 über ein Ventil 16 und
einen Regler 17 einem Spiralgebläse 18 zugeführt. Die durch mehrere tangential angeordnete
Einströmöffnungen in das Gebläse 18 einströmende Luft bildet im Gebläse einen spiralförmigen
Luftstrom von hoher Geschwindigkeit.
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Die Verneblerdüse 1 sprüht das in feinste Teilchen aufgespaltene Gemisch
in das Spiralgebläse 18. Der Farbnebel wird durch den schnellen spiraligen Luftstrom
im Gebläse in starke Rotation versetzt.
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Von dem spiralförmigen Luftstrom wird der Farbnebel durch das Rohr
2 vorwärts getragen, wobei er auf dessen Innenfläche auftrifft und an ihr anhaftet.
Überschüssiger Farbnebel tritt am anderen Ende des Rohres aus. Mit Hilfe einer Abzugsvorrichtung
kann überschüssige Farbe dort abgezogen werden.
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Die Verneblerdüse 1 gemäß Fig. 2 besteht aus einem äußeren Zylinder
20, einem Düsenkörper 21 und einem inneren Zylinder 22.
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Der innere Zylinder 22 ist konzentrisch im äußeren Zylinder 20 angeordnet.
Der Düsenkörper 21 ist am vorderen Ende des inneren Zylinders 22 angebracht. Äußerer
Zylinder 20 und innerer Zylinder 22 sind am hinteren Ende als sechsflächige Körper
23,24 ausgebildet, damit SChraubenschlüssel oder andere Werkzeuge angesetzt werden
können.
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Das hintere Ende des äußeren Zylinders 20 weist ein Schraubeninnengewinde
auf. Der innere Zylinder 22 ist mit einem vor dem sechsflächigen Körper 24 angeordneten
Außengewinde 26 versehen.
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Vor dem Schraubgewinde 26 sitzt ein Ring 27.
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Der äußere Zylinder 20 und der innere Zylinder 22 sind durch das Schraubgewinde
25 fest verbunden. Durch das Außengewinde 26 und den Ring 27 kann keine Luft austreten.
In das sechsflächig ausgebildete Endstück 23 des äußeren Zylinders 20 ist vertikal
eine Lufteinströmungsöffnung 28 eingelassen.
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Zwischen außerem und innerem Zylinder 20,22 besteht daher ein Luftkanal
29.
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Die Außenseite des vorderen Teils des inneren Zylinders 22 weist ein
Außengewinde 30 auf. Entsprechend diesem Außengewinde 30 ist an dem hinteren Ende
des Düsenkörpers 21 ein Innengewinde 31 angebracht. Der innere Zylinder 22 und der
Düsenkörper 21 sind durch das Innengewinde 31 und das Außengewinde 30 miteinander
verschraubt.
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Der Düsenkörper 21, der vorn und hinten kegelförmig zuläuft, hat eine
geschossähnliche Form. In die Außenseite 32 des hinteren Kegels sind in Längsrichtung
mehrere Luftauslaßrinnen eingelassen. Diese Ausführung ist mit zehn Auslaßrinnen
versehen; in anderen Ausführungen kann aber eine Rinne ausreichend sein.
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Vom Innenraum 34 des Düsenkörpers 21 radial nach außen führend sind
rechtwinklig zur Seitenfläche mehrere Farbaustrittsöffnungen 35 eingelassen.
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Die Farbaustrittsöffnungen 35 sind genau vor den Luftausstoßrinnen
33 angeordnet, so daß die Druckluft die Farbe in kleine Flüssigkeitstropfen zerteilt.
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Die Außenseite 36 des vorderen Kegels ist mit einer Abstufung 37 versehen,
so daß hier Schraubenschlüssel angesetzt werden können.
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Das hintere Ende des inneren Zylinders 22 erweitert sich zu einer
Einströmöffnung 38, die ein Innengewinde aufweist. Sie geht über in einen Farbkanal
39 im Zylinder 22.
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Im folgenden wird die Funktionsweise der Verneblerdüse 1 erläutert:
Die Druckluft (von 1 kg/cm2 bis 7 kg/cm2 pro Meßeinheit) wird durch die Lufteinströmöffnung
28 in den Luftkanal 29 geleitet.
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Die Luft strömt durch die engen Öffnungskanäle, die zwischen den Luftausstoßrinnen
33 und den äußeren Schrägen 40 bestehen.
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Da die Querschnitte der öffnungskanäle sehr eng sind, bilden sich
Luftströme von hoher Geschwindigkeit. Mit steigendem Druck im Luftkanal 29 nimmt
die Geschwindigkeit der Luftströme zu. Ganz allgemein kann jedoch die Geschwindigkeit
eines durch eine Öffnung austretenden Luftstroms nicht höher sein als die Schallgeschwindigkeit,
die eine Funktion von Temperatur und Druck ist.
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Um den Luftstrom aus den Luftauslaßrinnen 33 mit Schallgeschwindigkeit
austreten zu lassen, muß der Luftdruck über einem bestimmten kritischen Wert liegen.
Theoretisch beträgt dieser Grenzwert etwa 1,8 kg/cm2 absolut. Praktisch muß der
Luftdruck aufgrund von Reibungsverlusten höher als 2 kg/cm2 sein.
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Die Luftauslaßrinnen 33 können trichterförmig ausgebildet sein mit
einer engsten Stelle in der Mitte und einer Erweiterung am äußeren Ende. In diesem
Fall nimmt der Luftstrom in den Luftausstoßrinnen 33 Überschallgeschwindigkeit an.
An der engsten Stelle (dem sog. "Hals") erreicht der Luftstrom Schallgeschwindigkeit.
Die Rinnen erweitern sich wieder und die Luft dehnt sich plötzlich aus, wobei die
Dichte abnimmt und die Geschwindigkeit durch die starke Verringerung der Luftdichte
zunimmt. Der Luftstrom tritt daher mit Überschallgeschwindigkeit aus den trichterförmigen
Ausstoßrinnen 33 aus, und ein Luftdruck von über 1 kg/cm2 (pro Meßeinheit) reicht
zur Erzeugung
von einem Luftstrom mit Überschallgeschwindigkeit.
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Die Verneblerdüse 1 gemäß Fig. 1 kann mühelos Luftströme von überschallgeschwindigkeit
erzeugen. Überschallgeschwindigkeit hat eine Machzahl zwischen 0,8 und 1.
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Ganz allgemein kann die Verneblerdüse sowohl Luftströme von Schallgeschwindigkeit,
als auch solche von Überschallgeschwindigkeit erzeugen.
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Gleichzeitig tritt Farbe durch die Farbeinströmöffnung 38 ein, durchströmt
den Farbkanal 39 zum Innenraum 34. Die Farbe wird verteilt und durch die Farbaustrittsöffnungen
35 ausgestoßen.
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Der beschriebene Luftstrom mit Schall- oder Überschallgeschwindigkeit
trifft fast im rechten Winkel auf die ausströmende Farbe und erzeugt dort starke
Stoßwellen.
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Vor und hinter der Unstetigkeitsfläche der Stoßwelle sind Druck, Dichte
und freie Energie radikal verschieden. Die starke Abnahme freier Energie führt zur
Aufspaltung der Farbe in feinen Nebel. Der Durchmesser eines Farbtropfens des Nebels
liegt dabei zwischen 20#m und 30 #m. Der Farbtropfen ist fünf bis zehn mal so klein
wie der von einer herkömmlichen Verneblerdüse erzeugte Farbtropfen.
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Die von der Verneblerdüse 1 versprühten Farbtropfen sind so klein
und leicht, daß sie von der Wirkung der Schwerkraft fast nicht betroffen werden.
Die Farbtropfen halten sich über einen langen Zeitraum in der Luft.
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Das äußerst geringe Gewicht der Farbtropfen ist von Vorteil.
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der Im Spiralgebläse 18 erzeugte spiralige Luftstrom versetzt den
Farbnebel in Rotationsbewegungen. Der Farbnebel wird nun vom schnellen spiraligen
Luftstrom im Rohr vorwärts getragen.
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Da der Luftstrom spiralig geführt wird, kann die Gesamtgeschwindigkeit,
von der die Fähigkeit, Flüssigkeitstropfen über längere Distanz zu transportieren,
abhängig ist, erhöht werden, ohne daß dazu der Luftstrom verstärkt werden müßte.
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Die Gesamtgeschwindigkeit, die Axialgeschwindigkeit und die Tangentialgeschwindigkeit
des Gesamtluftstroms werden mit Vo, Ve und Vt bezeichnet.
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Vo ist die Vektorsumme aus Ve und Vt. Der Gesamtluftstrom wird definiert
als # SVe, wobei für die Dichte und S für den Querschnitt des Rohres 2 steht.
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In einem spiralig geführten Luftstrom ist die Tangentialgeschwindigkeit
Vt in der Mittelachse fast gleich Null und an der inneren Oberfläche aufgrund der
Viskosität am größten.
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Um den Viskositätsverlust so gering wie möglich zu halten, ist die
Tangentialgeschwindigkeit Vt bis auf eine dünne Grenzschicht an der Innenfläche
annähernd einem Radius R proportional.
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In einem spiraligen Luftstrom werden die Farbtropfen zum größten Teil
vom energiereichsten Bereich des Luftstroms getragen.
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Die Schwerkraft beeinflußt die Farbtropfen nicht wirksam, so daß das
Rohr 2 gleichmäßig überzogen werden kann. Die Differenz zwischen der Dicke der Farbschicht
auf der oberen bzw.
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der unteren Rohrinnenseite ist minimal, da die Zentrifugalkraft viel
stärker ist als die Schwerkraft. Bei gleichmäßiger Stärke des Überzugs reduziert
sich der Farbverbrauch erheblich.
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Mit Hilfe des spiralig geführten Luftstroms können die Farbtropfen
wesentlich schneller durch das Rohr geführt werden, da die Farbtropfen im Luftstrom
schweben und nicht sofort auf die Innenfläche auftreffen. Bei dem im herkömmlichen
Verfahren verwendeten gerade geführten Luftstrom trifft die
Farbflüssigkeit
auf die Rohrinnenfläche auf und wird von der geringen Wirkung der Scherkräfte zwischen
Luft und Flüssigkeit vorwärts getrieben.
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Die die Farbe im Rohr vorwärts treibende Kraft ist gering, da die
Scherkraft von Natur aus nur schwach ist und gerade der die Scherkraft bewirkende
Bereich des direkt geführten Luftstroms dessen energieärmster Teil ist. Die Zeiteinsparung
bei diesem Überzugsverfahren ist erheblich, da gerade der energiereichste Bereich
des spiralig geführten Luftstroms den größten Teil der Farbtropfen trägt und die
auf die Farbtropfen direkt ausgeübte Kraft in jedem Fall stärker als die Scherkraft
ist.
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Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Abgebildet
ist ein Spiralejektor 41, der die Funktionen der Verneblerdüse 1 und des Spiralgebläses
18 der ersten Ausführung kombiniert.
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Der Spiralejektor 41 besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 42, einer
tangential angeordneten Lufteinströmöffnung 43, einem Farbzufuhrkanal 44, einem
Düsenkopf 45 und einem Drosselkegel 48. Die Flüssigkeit strömt durch den Zufuhrkanal
44 und wira durch radial angeordnete Düsen 46 des Düsenkopfes 45 in das zylindrische
Gebläse 42 gespritzt. Durch die tangential angeordnete Lufteinströmöffnung 43 strömt
Druckluft ein und erzeugt im zylindrischen Gehäuse 42 einen spiraligen Luftstrom
von hoher Geschwindigkeit. Der Drosselkegel 48 ist auf einer vor dem Düsenkörper
45 angebrachten mit einem Schraubgewinde versehenen Stange 50 mit Schraubmuttern
49 befestigt.
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Die Düsenöffnung 51 zwischen Drosselkern 48 und Gehäuse 42 ist verstellbar.
Die verstellbare Öffnung 51 drosselt den Luftstrom im Gehäuse 42. Mit ihrer Hilfe
läßt sich ein gleichmäßiger Luftstrom aufrechterhalten.
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Bei der zweiten Ausführungsform wird die Luft nicht mit Schallgeschwindigkeit
ausgestoßen. Die vom Luftstrom erzeugten Farbtropfen sind daher größer und schwerer
als die der ersten Ausführung.
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Der Drosselkegel 48 leitet die gesamte Rotationsenergie in einen schmalen
Außenbereich, von dem auch die Farbtropfen in das Rohr getragen werden. Der breite
Innenbereich des spiraligen Luftstroms ist praktisch kaum für den Farbtransport
nutzbar.
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Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine andere Spiralejektordüse 60.
Diese Spiraldüse 60 besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 64, das an der hinteren
Wand mit einer Farbeintrittsöffnung 62 versehen ist, ferner aus einer an der Seitenwand
des Gehäuses 61 tangential angeordneten Lufteinströmöffnung 63.
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Die Flüssigkeit tritt durch die Eintrittsöffnung 62 in einen Innenraum
65 ein. Die Druckluft strömt in den Innenraum 65 und erzeugt einen spiraligen Luftstrom.
Vom spiraligen Luftstrom wird die Farhflüssigkeit in kleine Tropfen zerlegt und
mit freier Energie ausgestattet. Die Farbtropfen werden im Rohr von dem spiraligen
Luftstrom vorwärts getragen. Die Farbtropfen sind nicht so leicht wie die in der
Verneblerdüse 1 der ersten Ausführung erzeugten. Die Spiralauswerferdüse ist dafür
einfach konstruiert.
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Entscheidend ist, daß sich die Erfindung einen feine Flüssigkeitstropfen
tragenden spiraligen Luftstrom zum überziehen der Innenfläche von Rohren zunutze
macht. Mittels eines die Schwerkraft überwindenden spiraligen Luftstroms läßt sich
ein Überzug von gleichmäßiger Stärke aufbringen. Der Verbrauch an Zeit und Flüssigkeit
ist geringer. Da die Farbtropfen gerade vom energiereichsten Bereich des Luftstroms
getragen werden, läßt sich auch Druckluft einsparen.
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Da das zur Beförderung der Farbe dienende Medium Luft ist,
können
mit ihr auch Rohre mit Krümmungen, Knies oder Verzweigungen gleichmäßig ausgekleidet
werden.
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Im vorliegenden Beispiel wird Epoxyharz verwendet. Es kann jedoch
bei der Erfindung jede Art von Farbe benutzt werden: Lackfarbe, Vinylharz-Farbe,
Melamin-Harz-Farbe, Phthalsäureharz-Farbe oder methylmethacrylatsaure Farbe. Bei
Verwendung dieser Farben wird nur ein Farbtank in Gebrauch genommen, da sie nicht
vor Gebrauch aus zwei Komponenten zusammengemischt werden müssen.
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Die Erfindung besteht aus einem Kompressor, in dem Druckluft erzeugt
und gespeichert wird; ferner aus einem oder mehreren Farbbehältern zur Aufnahme
von Farbe; ferner einer Spiralejektordüse, die einen mit Farbtropfen angereicherten
spiraligen Luftstrom von hoher Geschwindigkeit ausstößt, schließlich aus einer Farbzuführungsvorrichtung,
die die Spiralejektordüse mit Farbe versorgt. Diese Düse der ersten Ausführung besteht
aus einem Düsenkörper und einem Spiralgebläse.