DE4015352C1

DE4015352C1 - Paint etc. atomising by pressurised air - uses cyclic opening and closing of throttling output aperture

Info

Publication number: DE4015352C1
Application number: DE19904015352
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr.-Ing. 7032 Sindelfingen De Maly
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1990-05-12
Filing date: 1990-05-12
Publication date: 1991-05-08
Anticipated expiration: 2010-05-13

Abstract

Paints etc. are atomised by combining a compressed air flow and a paint flow to form a coarse mixt. which is then ejected through an outlet (10) to the ambient atmos. The outlet has throttle action, and is opened and closed cyclically. Thus, the coarse paint and air mixt. under excess pressure, is divided into almost equal finer mixt. portions, which is at normal pressure, when emerging into the ambient atmos. ADVANTAGE - Reduced mixt formation and paint losses.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerstäubung von Lacken oder dergleichen, wie beides aus der DE-PS 6 90 797 als bekannt hervorgeht.The invention relates to a method and an apparatus for Atomization of paints or the like, like both from the DE-PS 6 90 797 emerges as known.

In der gattungsbildenden Schrift wird in einem begrenzenden Gehäuse ein Druckluftstrom an einer durch eine Ventilstange mit austrittseitigem Verschlußkegel verschließbaren Lackkanalöff nung vorbeigeleitet. Der dort austretende Lack wird noch inner halb des Gehäuses durch die Druckluft in Lacktröpfchen zer stäubt und durch eine in Strömungsrichtung nachfolgend ange ordnete Austrittsöffnung, die in dem begrenzenden Gehäuse an geordnet ist, ausgestoßen. Die Transportenergie, die die Lack tröpfchen zur Bewegung auf die zu lackierende Fläche hin be nötigen, wird durch einen Luftstrom aufgebracht, der aus kon zentrisch um die Austrittsöffnung angeordneten Düsen strömt.In the generic script, there is a limiting Housing a stream of compressed air at a through a valve stem exit cone lockable lacquer channel opening passed by. The paint emerging there is still inside half of the housing through the compressed air into paint droplets dusted and then in the direction of flow arranged outlet opening in the limiting housing is ordered, expelled. The transport energy that the paint droplets to move onto the surface to be painted necessary, is applied by an air flow that from con centrally arranged around the outlet opening flows.

Ein mit einer solchen Vorrichtung - Zerstäubungsorgan - aufbe reiteter Lackierstrahl neigt trotz dieser nicht übermäßig feinen Innenzerstäubung zur Nebelbildung am Außenumfang des ausgestoßenen Lackierstrahls und damit zu Lackverlusten. Ferner weisen die ausgestoßenen Lacktröpfchen noch unterschiedliche Größen und Geschwindigkeiten auf. Daraus resultiert einerseits, daß die äußeren Lacktröpfchen des Lackierstrahls auf der zu lackierenden Fläche von den innen befindlichen Lack- und Luft strömungen abgedrängt werden; andererseits ist ein hoher Lösungsmittelanteil im Lack erforderlich, damit der Lack gleichmäßig verläuft.One with such a device - atomizer - aufbe in spite of this, the spray jet is not inclined excessively fine internal atomization to form fog on the outer circumference of the ejected paint spray and thus to paint loss. Further the ejected paint droplets still show different Sizes and speeds. On the one hand, this results in that the outer paint droplets of the spray jet on the to painting surface from the interior paint and air currents are pushed away; on the other hand, is a high one Solvent content in the paint required so that the paint runs evenly.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Zerstäubung von Lacken zu entwickeln, mit dem Lacktöpfchen möglichst gleicher Größe erzeugt werden und bei dem die Nebel bildung und die Lackverluste reduziert sind. Des weiteren ist eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu entwik keln.The invention has for its object a method for Develop atomization of paints with the paint potty the same size as possible and where the fog formation and paint losses are reduced. Furthermore is to develop a device for performing this method keln.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des Verfahrens mit den kennzeichnenden Verfahrensschritten des Anspruch 1 und be züglich der Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.The object is achieved according to the method with the characteristic method steps of claim 1 and be regarding the device with the characteristic features of Claim 4 solved.

Die Druckluft und der Lack werden innerhalb des Zerstäuber organs unter einem gegenüber dem normalen atmosphärischen Druck höheren Überdruck zu einem Gemenge vermischt. Beim Ab schnüren dieses Gemenges in nahezu diskrete Gemengeportionen wird jede Gemengeportion noch mit einem quer zur Strömungsrich tung gerichteten Drall versehen. Somit weisen diese Gemenge portionen bezüglich ihres Schwerpunktes eine Transversal- und eine Rotationskomponente auf. Nach der Abschnürung zerstäuben die periodisch abgeschnürten Gemengeportionen durch die in ihnen enthaltene und expandierende Druckluft in Lacktröpfchen. Nach dem Impulserhaltungssatz des Schwerpunktes ändert sich beim Zerstäuben bezüglich des Dralles und der Transversal-Bewegung nichts. Daher treffen dann die Lacktröpfchen auf der zu lackierenden Oberfläche in einer Art Abrollbewegung auf, wo durch sich eine nahezu gleichmäßige Schichtstärke ergibt. Sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteran sprüchen entnehmbar; im übrigen werden die Erfindung und deren Vorteile anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh rungsbeispieles im folgenden erläutert. Dabei zeigt The compressed air and paint are inside the atomizer organs under a compared to the normal atmospheric Higher pressure mixed into a mixture. At the Ab lace this batch into almost discrete batch portions each batch portion is added with a cross to the flow direction directional twist. So these batches show portions in terms of their focus a transversal and a rotational component. Spray after constriction the periodically constricted batch portions by those in them contained and expanding compressed air in paint droplets. To the momentum conservation law of the focus changes at Atomize with respect to the twist and the transverse movement Nothing. Therefore, the paint droplets on the apply painting surface in a kind of rolling motion on where resulting in an almost uniform layer thickness. Useful embodiments of the invention are the Unteran sayings removable; otherwise the invention and its Advantages based on an embodiment shown in the drawings Rungsbeispieles explained below. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zerstäubungs organs mit geöffneter Austrittsöffnung und Fig. 1 is a schematic representation of an atomizing organ with an open outlet and

Fig. 2 ein Zerstäubungsorgan im Moment des Schließens der Austrittsöffnung. Fig. 2 shows an atomizer at the moment of closing the outlet opening.

In Fig. 1 ist der Querschnitt einer Vorrichtung - Zerstäuber organ 1 - zur Zerstäubung von Lacken oder dergleichen mit ge öffneter Austrittsöffnung 10 entlang ihrer Längs- bzw. Rotati onsachse dargestellt. Das Zerstäubungsorgan 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das einen rotationssymmetrischen Druckluftkanal 3, einen gleichfalls rotationssymmetrischen Lackkanal 4 und eine entlang der Rotationsachse angeordnete Ventilstange 5 enthält. Der Druck luftkanal 3 und der Lackkanal 4 sind konzentrisch um die Ventil stange 5 angeordnet, wobei der Lackkanal 4 vor der Austritts öffnung 10 in den Druckluftkanal 3 einmündet und die lichte Weite des Druckluftkanals 3 sich zur Mündung 6 des Lackkanals 4 hin verringert. Zwischen dem Druckluftkanal 3 und dem Lack kanal 4 ist eine Trennwand 7 angeordnet, die die jeweiligen Kanäle voneinander trennt und die mit einem Auslenkglied, idealerweise einem Piezostack, zur Veränderung der lichten Weite der Mündung 6 versehen ist. Die eine Hubbegrenzung auf weisende Ventilnadel 5 ist zuströmseitig mit einer Stellvor richtung, die günstigerweise als Piezostack ausgeführt ist, und abströmseitig mit einem Ventilkegel 8 versehen. Damit ist der Ventilkegel 8 periodisch zwischen einer Schließ (Fig. 2)- und einer Offenstellung (Fig. 1) bewegbar, wobei sowohl die Frequenz als auch die Amplitude und die Taktform (Trapezform, Rechteck form u.s.w.) dieser periodischen Bewegung vorgebbar ist. In der Offenstellung, in der der Ventilkegel 8 in Strömungsrichtung vom Ventilsitz 9 abgehoben ist, wird zwischen der Mantelfläche 15 des Ventilkegels und dem Bereich von der Mündung 6 bis zu dem Ventilsitz 9 ein ringförmiger Drosselkanal 12 freigegeben, dessen lichte Weite sich in Strömungsrichtung verringert. Bei geschlossener Austrittsöffnung 10 ändert der vorherige Dros selkanal 12 seine Funktion und wird zu einem Vormischkanal 11.In Fig. 1 the cross section of a device - atomizer organ 1 - for atomizing paints or the like with ge opened outlet opening 10 along its longitudinal or Rotati onsachse is shown. The atomizing element 1 has a housing 2 which contains a rotationally symmetrical compressed air channel 3 , a likewise rotationally symmetrical lacquer channel 4 and a valve rod 5 arranged along the axis of rotation. The compressed air channel 3 and the paint channel 4 are arranged concentrically around the valve rod 5 , the paint channel 4 opening in front of the outlet opening 10 in the compressed air channel 3 and the clear width of the compressed air channel 3 to the mouth 6 of the paint channel 4 decreases. Between the compressed air channel 3 and the paint channel 4 , a partition 7 is arranged, which separates the respective channels from each other and which is provided with a deflection element, ideally a piezo stack, for changing the clear width of the mouth 6 . The one stroke limitation on pointing valve needle 5 is on the inflow side with a Stellvor direction, which is advantageously designed as a piezo stack, and on the outflow side with a valve cone 8 . Thus, the valve cone 8 is periodically movable between a closing ( Fig. 2) - and an open position ( Fig. 1), both the frequency and the amplitude and the clock shape (trapezoidal shape, rectangular shape, etc.) of this periodic movement can be specified. In the open position, in which the valve cone 8 is lifted from the valve seat 9 in the direction of flow, an annular throttle channel 12 is released between the lateral surface 15 of the valve cone and the area from the mouth 6 to the valve seat 9 , the clear width of which is reduced in the direction of flow. When the outlet opening 10 is closed, the previous throttle channel 12 changes its function and becomes a premixing channel 11 .

Der funktionelle Zusammenhang ist hierbei wie folgt: Die Druck luft strömt, durch den Drosselkanal 12 beschleunigt, in Rich tung der Austrittsöffnung 10. An der Mündung 6 des Lackkanals 4 vermischt sie sich unter Überdruck zu einem Druckluft-Lack- Gemenge 13, wobei die Lackmenge mittels der durch die auslenk bare Trennwand 7 veränderbaren Mündungsweite des Lackkanals 4 beeinflußt werden kann. Durch die Einleitung des Lackes im Be reich der Austrittsöffnung 10 ist die bei einer Schließung des Ventilkegels 10 zu bewegende Masse und damit die benötigte Kraft geringer. Bei geschlossener Austrittsdüse 10 ist somit immer von Anfang an ein Druckluft-Lack-Gemenge 13 im Vormischkanal 11 vorhanden. Die Austrittsöffnung 10 wird durch ein Abheben des Ventilkegels 8 vom Ventilsitz 9 in Strömungsrichtung geöffnet. Das Druckluft-Lack-Gemisch 13 tritt aus der Austrittsöffnung aus und wird durch ein periodisches Öffnen und Schließen der Austrittsöffnung 10 abgeschnürt. Damit unterschiedliche Be triebsbedingungen an Lacken unterschiedlicher Zusammensetzung und Viskosität angepaßt werden können, ist bei dem Takt dieser periodischen Bewegung sowohl die Taktform als auch der maximale Hub (Amplitude) und die Frequenz einstellbar. Ist ein genügend großes Volumen des Gemenges 13 ausgetreten, wird es im Idealfall durch das Zurückbewegen des Ventilkegels 8 abgeschnürt, bevor es expansionsbedingt zerstäubt. Die Zeitdauer dieser Zurückbe wegung ist kurz gegen die Zeitdauer, in der die Austrittsöff nung 10 vollständig geöffnet ist. Dadurch erhält die abge schnürte Gemengeportion 13′, da sie an dem bewegten Ventilkegel 8 haftet, einen Drall quer zur Richtung der Bewegung des Ventil kegels 8 (Richtung der Pfeile 14). Die Gemengeportion 13′ weist damit eine durch die strömende Druckluft eingeprägte transversale Bewegungskomponente und eine durch den zurückbewegten Ventilkegel 8 eingeleitete Drehbewegungskomponente auf. Diese Bewegungskomponenten bleiben bezüglich des Schwerpunktes auch bei der sich an das Abschnüren abschließenden Zerstäubung der Gemengeportion 13′ in nahezu gleichgroße Lacktröpfchen nach dem Impulserhaltungssatz, erhalten. Dadurch bewegen sich die Lack tröpfchen auf die zu lackierende Fläche, die sie, bedingt durch den eingeleiteten Drall, in einer abrollähnlichen Bewegung be netzen.The functional relationship here is as follows: The compressed air flows, accelerated through the throttle duct 12 , in the direction of the outlet opening 10 . At the mouth 6 of the paint channel 4 , it mixes under excess pressure to form a compressed air-paint mixture 13 , the amount of paint being able to be influenced by means of the mouth width of the paint channel 4 , which can be changed by the deflectable partition 7 . Through the introduction of the paint in the loading area of the outlet opening 10 , the mass to be moved when the valve cone 10 closes and thus the force required is lower. When the outlet nozzle 10 is closed, a compressed air / lacquer mixture 13 is therefore always present in the premixing channel 11 from the start . The outlet opening 10 is opened by lifting the valve cone 8 from the valve seat 9 in the direction of flow. The compressed air-paint mixture 13 emerges from the outlet opening and is pinched off by periodically opening and closing the outlet opening 10 . So that different operating conditions can be adapted to varnishes of different composition and viscosity, both the cycle shape and the maximum stroke (amplitude) and the frequency can be set in the cycle of this periodic movement. If a sufficiently large volume of the batch 13 has emerged, it is ideally pinched off by moving the valve cone 8 back before it atomizes due to expansion. The duration of this Rückbe movement is short against the period in which the outlet opening 10 is fully open. This gives the stripped portion 13 ', since it adheres to the moving valve cone 8 , a swirl transverse to the direction of movement of the valve cone 8 (direction of arrows 14 ). The batch portion 13 'thus has a transverse motion component impressed by the flowing compressed air and a rotary motion component introduced by the valve cone 8 moved back. These movement components remain with respect to the center of gravity even after the pinching off of the batch portion 13 'into almost the same size droplets of paint after the conservation of momentum. As a result, the paint droplets move onto the surface to be painted, which, due to the swirl that is introduced, they wet in a roll-like motion.

Ergänzend sei noch erwähnt, daß die Austrittsöffnung und ebenso die Trennwand 7 beispielsweise auch hydraulisch, pneumatisch oder magnetisch betätigbar sind.In addition, it should also be mentioned that the outlet opening and also the partition 7 can also be actuated hydraulically, pneumatically or magnetically, for example.

Claims

1. Verfahren zum Zerstäuben von Lacken oder dergleichen, bei dem ein Druckluftstrom und ein Lackstrom zur Bildung eines groben Druckluft-Lack-Gemenges einander zugeführt werden und anschließend dieses Gemenge durch eine Austrittsöffnung der unter Normaldruck stehenden Außenatmosphäre zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein getaktetes Öffnen und Schließen der drossel wirksamen Austrittsöffnung (10) das unter Überdruck stehende grobe Gemenge (13) beim Austritt an die Außenatmosphäre in annähernd gleiche, feinere Gemengeportionen (13′) unterteilt wird.1. A process for atomizing paints or the like, in which a compressed air stream and a paint stream to form a coarse compressed air-paint mixture are fed to each other and then this mixture is fed through an outlet opening of the outside atmosphere which is under normal pressure, characterized in that by a clocked opening and closing of the throttle-effective outlet opening ( 10 ), the coarse batch ( 13 ), which is under pressure, is divided into approximately the same, finer batch portions ( 13 ') when it exits to the outside atmosphere.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Takt des Öffnens und des Schließens so bemessen wird, daß die Zeit des vollständigen Öffnens der Austrittsöffnung (10) um wenigstens das Doppelte länger ist als die Zeit, die erforderlich ist, um die Austrittsöffnung (10) vom verschlos senen Zustand in den vollständig geöffneten Zustand zu über führen oder umgekehrt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the cycle of opening and closing is dimensioned such that the time for completely opening the outlet opening ( 10 ) is at least twice as long as the time required for the outlet opening ( 10 ) to lead from the closed state to the fully open state or vice versa.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit zwischen dem beginnenden Öffnen der Austrittsöff nung (10) und dem nächstfolgenden vollständigen Verschließen derselben kürzer bemessen ist als die Zeit, in der eine Gemen geportion (13′) expansionsbedingt in einzelne Lacktröpfchen zerfällt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the time between the beginning opening of the outlet opening ( 10 ) and the next complete closing of the same is shorter than the time in which a batch portion ( 13 ') expansion-related into individual Paint droplets disintegrate.

4. Vorrichtung zur Zerstäubung von Lacken oder dergleichen,

- mit einem innerhalb der Vorrichtung quer zur Strömungs richtung der Druckluft eines Druckluftkanals einmündenden Lackkanal,
- ferner mit einer nach der Mündung des Lackkanales angeord neten Austrittsöffnung und
- weiterhin mit einem konzentrisch zur Austrittsöffnung an geordneten und durch ein Stellglied betätigbaren Ventil,

4. Device for atomizing paints or the like,

with a lacquer channel opening into the device transversely to the flow direction of the compressed air of a compressed air channel,
- Furthermore, with an outlet opening arranged after the mouth of the paint channel and
furthermore with a valve which is concentric with the outlet opening and which can be actuated by an actuator,

für ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als steuerbarer Verschluß der Austrittsöffnung (10) für das unter Überdruck stehende Gemenge (13) vorgesehen und ausgebildet ist und daß das Stellglied zur periodischen Betätigung des Ventils während des Gebrauches des Zerstäuber organs (1) ausgebildet ist.for a method according to claim 1, characterized in that the valve is provided and designed as a controllable closure of the outlet opening ( 10 ) for the mixture ( 13 ) which is under overpressure, and in that the actuator for periodically actuating the valve during use of the atomizer organ ( 1 ) is trained.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Offenstellung ein Ventilkegel (8) von der den Ventilsitz (9) bildenden Austrittsseite des Zerstäuberorgans (1) die Aus trittsöffnung (10) drosselwirksam freigebend in Strömungsrich tung abgehoben ist und daß in Verschlußstellung der Ventilkegel (8) entgegen der Strömungsrichtung auf dem Ventilsitz (9) ange legt ist.5. The device according to claim 4, characterized in that in the open position a valve cone ( 8 ) from the valve seat ( 9 ) forming the outlet side of the atomizer member ( 1 ) from the outlet opening ( 10 ) is throttle-effective releasing in the direction of flow and that in the closed position of the Valve plug ( 8 ) against the direction of flow on the valve seat ( 9 ) is placed.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale lichte Öffnungsweite des zwischen dem Ventil sitz (9) und dem abgehobenen Ventilkegel (8) gebildeten Aus trittsspaltes 200 µm beträgt.6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the maximum clear opening width between the valve seat ( 9 ) and the lifted valve cone ( 8 ) formed from the gap is 200 microns.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Taktfrequenz 200 Hz beträgt.7. The device according to claim 4, 5 or 6, characterized, that the maximum clock frequency is 200 Hz.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ventilkegel (8) zugeordnete Ventilstange (5) einen hubbegrenzenden Anschlag aufweist.8. The device according to claim 5, 6 or 7, characterized in that the valve stem ( 8 ) associated valve rod ( 5 ) has a stroke-limiting stop.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkegel abströmseitig eine Abreißkante aufweist.9. The device according to at least one of claims 5 to 8, characterized, that the valve cone has a tear-off edge on the downstream side.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied aus einem elektromagnetischen Wandler, ins besondere einem Pioezoelement oder Stapel von Piezoelementen - Piezostack - gebildet ist.10. The device according to at least one of claims 4 to 9, characterized, that the actuator from an electromagnetic converter, ins particular a pioezo element or stack of piezo elements - Piezostack - is formed.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Takt der periodischen Bewegung bezüglich der Taktform und/oder der Frequenz und/oder der Amplitude einstellbar ist. 11. The device according to at least one of claims 4 to 10, characterized, that the beat of the periodic movement with respect to the beat form and / or the frequency and / or the amplitude is adjustable.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite des Lackkanals (4) einstellbar ist.12. The device according to at least one of claims 4 to 11, characterized in that the clear width of the paint channel ( 4 ) is adjustable.

13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Lackkanal (4) radial von außen in den radial innenlie genden Druckluftkanal (3) einmündet.13. The device according to at least one of claims 4 to 12, characterized in that the paint channel ( 4 ) opens radially from the outside into the radially inner lying compressed air channel ( 3 ).