EP0268126A1

EP0268126A1 - Verfahren zur Erhöhung der ausgegebenen Pulvermenge an einer Pulverbeschichtungsanlage sowie Pulverbeschichtungsanlage

Info

Publication number: EP0268126A1
Application number: EP87116035A
Authority: EP
Inventors: Hardy P. Dr. Weiss
Original assignee: Prazisions-Werkzeuge AG; Praezisions Werkzeuge AG
Current assignee: Prazisions-Werkzeuge AG; Praezisions Werkzeuge AG
Priority date: 1986-11-15
Filing date: 1987-10-31
Publication date: 1988-05-25
Anticipated expiration: 2007-10-31
Also published as: ES2029679T5; US5018910A; ES2029679T3; ATE71859T1; EP0268126B1; JP2651165B2; DE3776282D1; DE3639139A1; GR3003650T3; DE3639139C2; JPS63229171A; EP0268126B2

Abstract

Bei einer Pulverbeschichtungsanlage, bei der das Pulver über eine Speiseleitung (3, 32) von einer Eingabe einer Mischkammer (5, 55) zugespeist wird, wird entlang der Speiseleitung (3, 32) durch Beschleunigung eines Gasstrahlers in der Mischkammer (5, 55) ein gegen die Kammer gerichtetes Druckgefälle erzeugt und durch Verzögerung des Pulver-Gas-Stromes Druckrückgewinnung erzielt, um den Pulver-Gas-Strom duch eine Förderleitung (11) einer Beschichtungsanordnung (21) zuzuspeisen. Zur Erhöhung der pro Zeiteinheit an die Pulverbeschichtungsanlage (21) ausgegebenen Pulvermenge wird der Druckabfall im Pulver-Gas-Strom entlang der Förderleitung (11) durch Erhöhung des Druckes an der Eingabe mindestens teilweise kompensiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Erhöhung der pro Zeiteinheit an einer Pulverbeschichtungsanlage ausgegebenen Pulvermenge, bei der das Pulver über eine Speiseleitung von einer Eingabe zu einer Mischkammer zugespiesen wird, indem entlang der Speiseleitung durch Beschleunigung eines Gasstrahles in der Mischkammer ein gegen die Kammer gerichtetes Druckgefälle erzeugt wird und durch Verzögerung des Pulver-Gas-Stromes Druckrückgewinnung erzielt wird, um den Pulver-Gas-Strom durch eine Förderleitung einer Beschichtungsanordnung zuzuspeisen sowie Pulverbeschichtungsanlagen mit einem Pulverbehälter, der über eine Leitung mit einer Mischkammer verbunden ist, in welche eine Fördergasdüse einmündet, um durch Gasstrahlbeschleunigung in der Mischkammer bezüglich des Behälters einen Unterdruck zu erzeugen und aus welcher eine Förderleitung für Gas-Pulver-Gemisch zu einer Beschichtungsanordnung führt.
Zur Beschichtung von Oberflächen mit Kunststoff können prinzipiell zwei Verfahren eingesetzt werden. Beim ersten Verfahren liegt ein Kunststoff in gelöster Form vor. Dabei wird die Lösung auf die zu beschichtende Oberfläche aufgetragen und das Lösungsmittel anschliessend verdampft. In einem zweiten Verfahren wird feinstes Kunststoffpulver, meistens elektrostatisch unterstützt, auf eine Oberfläche aufgebracht und anschliessend durch Wärmeeinwirkung zum Schmelzen gebracht. Dadurch entsteht eine auf der Oberfläche haftende Kunststoffschicht.
Die vorliegende Erfindung befasst sich grundsätzlich mit der zweiterwähnten Technik. Bei ihr besteht immer wieder die Schwierigkeit darin, das Kunststoffpulver gleichmässig auf die zu beschichtende Oberfläche aufzubringen, wozu primär eine gleichmässige Förderung des Pülvers erforderlich ist. Das Pulver kann, schwerkraftgetrieben, nicht über längere Strecken gefördert werden. Insbesondere um es auf horizontalen oder mindestens nicht nur vertikalen Strecken fördern zu können, ist ein Fördermedium, üblicherweise ein Fördergas, notwendig. Im speziellen bezieht sich nun die vorliegende Erfindung auf die genannte Beschichtungstechnik, bei der relativ lange Förderwege zwischen einem Pulverbehälter und einer Beschichtungsanordnung überwunden werden müssen.
Eine derartige bekannte Beschichtungsanlage ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Beschichtungspulver wird, wie mit dem Pfeil F angedeutet, in einen Vorratsbehälter 1 eingefüllt. Eine Speiseleitung 3 verbindet den Behälter 1 mit einer Mischkammer 5. Mittels einer Düse 7, die in die Mischkammer 5 einmündet, wird ein durch eine Druckquelle 9, wie einen Kompressor, erzeugter Gasstrahl G beschleunigt und in die Mischkammer 5 eingeblasen.
Es bezeichnen p₁ den Druck im Behälter 1, p₇ den Druck in der Zuführleitung für das Fördergas G und p₅ den Druck in der Mischkammer 5. Aufgrund der Strahl-Beschleunigung an der Düse 7 wird ein Druckgefälle Δp₇₅ erzeugt, in der Mischkammer 5 vorerst bezüglich des statischen Druckes in der Gaszuführleitung 7 ein Unterdruck. Durch das beschleunigte Gas in der Kammer 5 entsteht ein statisches Druckgefälle Δp₁₅ vom Behälter 1 zur Kammer 5. Dadurch wird Pulver aus dem Behälter 1 in die Mischkammer 5 gefördert und in der Mischkammer 5 mit dem Gasstrahl G vermischt. Das Pulver-Gas-Gemisch wird nun durch eine Förderleitung 11 aus der Mischkammer 5 gefördert, wobei in einem Abschnitt 13 zwischen Mischkammer 5 und Förderleitung 11 der Pulver-Gas-Strom verzögert wird, wodurch die kinetische Energie in der Mischkammer 5 in Druckenergie gewandelt wird, statische Druckrück gewinnung erfolgt. Ueber die Förderleitung 11 wird nun der Pulver-Gas-Strom einer Beschichtungsanordnung zugespiesen, die des öftern relativ weit vom Behälter 1 entfernt ist, wie im Falle der schematisch i m unteren Teil von Fig. 1 dargestellten Beschichtungsanordnung. Es handelt sich hier um eine Beschichtungsanordnung zur Innenbeschichtung von Rohren oder rohrabschnittförmigen Gebilden, wie sie für die Innenbeschichtung, beispielsweise von Dosenkörpern, eingesetzt wird. Dabei werden vorerst entlang von Längskanten noch nicht verbundene, d.h. noch nicht in sich geschlossene Dosenkörper 15 über einen ausladenden Arm erst einer Verbindungsstation 19, wie einer Schweiss-Station, zugeführt, laufen darnach weiter über den Arm 17 zu einer Beschichtungsanordnung 21. Die Förderleitung 11 für das Beschichtungspulver wird über die gesamte Länge des Armes 17 achsial durch diesen hindurchgeführt und mündet erst im Beschichtungsbereich aus dem Arm 17 aus. Dort wird, elektrostatisch unterstützt (nicht dargestellt), das Pulver an die Innenfläche der Dosenkörper 15 appliziert und üblicherweise Ueberschusspulver wieder rückgesaugt.
Dabei ist nun ersichtlich, dass relativ ange Förderleitungen zwischen dem generell mit 8 bezeichneten sog. Injektor bis zur Pulver-Ausgabestelle zurückzulegen sind.
Entlang der Förderleitung 11 stellt sich infolge von Reibungsverlusten eine stetige Druckabnahme im Pulver-Gas-Strom ein. In Fig. 1 sind diese Verluste durch Δp₁₁ dargestellt. Diese Verluste werden durch die Energie des in die Mischkammer 5 eingedüsten Gasstrahles mitüberwunden, die ausreicht, das Pulver-Gas-Gemisch umzulenken, zu beschleunigen und die erwähnten Verluste an der Förderleitung 11 zu überwinden. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die pro Zeiteinheit an einer Beschichtungsanordnung, wie der Anordnung 21 von Fig. 1 ausgegebene Pulvermenge zu erhöhen. Dazu bieten sich vorerst mehrere Massnahmen an:
Erhöhung der kinetischen Energie des in die Mischkammer 5 eingeblasenen Gasstrahles, was durch die Erhöhung des Förderdruckes p₇ oder durch vermehrte Beschleunigung bis hin zum Einsatz einer Lavaldüse,angestrebt werden könnte: Der höhere Förderdruck p₇ hat nur eine geringe Auswirkung auf die Fördermenge, sobald das Druckverhältnis an der Düse p₇/p₅ grösser als das kritische Druckverhältnis, für Luft als Gas als etwa 1,7 wird. Zudem ist die Erhöhung des Förderdruckes p₇ ausserordentlich kostspielig, muss doch ohnehin dieser Druck erheblich über dem Druck in der Mischkammer p₅ und dem Druck p₁ im Behälter 1, letzterer üblicherweise Atmosphärendruck, liegen.
Die mit Einsatz einer Lavaldüse erreichbare höhere kinetische Energie kann wegen des schlechten Strahl-Expansions- bzw. -Verzögerungs-Wirkungsgrades bzw. der schlechten Rückgewinnung des statischen Druckes nicht genutzt werden. Eine Erhöhung des Druckverhältnisses p₇/p₅ über das kritische Verhältnis, wie mittels einer Lavaldüse, führt zudem zu instabiler Strömung in der Förderleitung 11 aufgrund des dann auftretenden Verdichtungsstosses.
Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der ausgegebenen Pulvermenge wäre die Erhöhung der pro Zeiteinheit in die Mischkammer 5 eingedüsten Gasmenge. Dies führt bei gegebener Förderleitungskonfiguration zu einem Stau bzw. Druckaufbau in der Mischkammer 5 und einem zu der durch Leitung 11 geförderten Pulvermenge überproportionalen Druckabfall Δp₁₁.
Die obgenannte Aufgabe wird nun erfindungsgemäss dadurch gelöst,dass man einen Druckabfall im Pulver-Gas-Strom entlang der Förderleitung durch Erhöhung des Druckes an der Eingabe mindestens teilweise kompensiert. Dadurch wird der Druckabfall Δp₁₁ gemäss Fig. 1 nicht durch die Energie des durch Düse 7 eingedüsten Gasstrahles überwunden, sondern durch den erfindungsgemäss im Behälter 1 erstellten Ueberdruck p₁. Der eingedüste Gasstrahl G dient nun vornehmlich der Beschleunigung und Umlenkung des Pulvers in der Mischkammer 5, womit der Impuls des durch Düse 7 eingedüsten Gasstrahles zusätzlich wesentlich reduziert werden kann, bei gleichbleibender oder erhöhter Ausgabemenge. Durch Variation des Ueberdruckes p₁ im Beh älter 1 kann die Fördermenge eingestellt werden.
Eine Pulverbeschichtungsanlage eingangs genannter Art zeichnet sich zur Lösung der genannten Aufgabe nach dem Wortlaut des Anspruchs 8 aus.
Im weiteren lässt sich nun die ausgegebene Pulvermenge beim Einsatz von möglichst geringer eingedüster Gasmenge durch Optimierung des Strahl-Expansionswirkungsgrades bzw. Verzögerungswirkungsgrades, d.h. der Rückgewinnung des statischen Druckes am genannten Gasstrahl verbessern.
Dies wird beim Verfahren eingangs genannter Art dadurch erreicht, dass man den Pulver/Gasstrom in der Mischkammer stetig verzögert und das Pulver durch die Speiseleitung im Bereiche grösster Gasstromgeschwindigkeit mit letzterem mischt.
Im Unterschied zur Darstellung gemäss Fig. 1 des prinzipiellen Aufbaus bekannter Mischkammern,wird somit erfindungsgemäss der Verzögerungsabschnitt unmittelbar anschliessend an die Düsenmündung verlegt, was die angestrebte Verbesserung der Druckrückgewinnung ermöglicht.
Es sei an dieser Stelle eine Klammer geöffnet: Ueblicherweise wird von Strahlexpansion bzw. -kompression bei dessen Verzögerung bzw. Beschleunigung gesprochen. Da aber z.B. bei der Laval-Düse der Strahl im Expansionsbereich bzw. Aufweitungsbereich weiter beschleunigt wird, wird hier das Strahlverhalten mit den eindeutigeren kinetischen Begriffen "Beschleunigen", "Verzögern" beschrieben.
Eine Pulverbeschichtungsanlage obgenannter Art, zur Lösung der genannten Aufgabe, zeichnet sich nach dem Wortlaut des Anspruchs 9 aus.
Wie in Fig. 1 auch dargestellt, ist es üblich, die Speiseleitung 3 für das Pulver, mindestens in einer Komponente, senkrecht zur Achse des eingedüsten Gasstrahles G der Mischkammer 5 zuzuspeisen. Es besteht dabei eine gewisse Gefahr, dass sich in der Mischkammer, wie 5 von Fig. 1, Pulver absetzt. Dies führt zu Veränderungen der Druck- und Strömungs-Charakteristiken in der Mischkammer 5, was sich wiederum auf eine Beeinträchtigung der ausgegebenen Pulvermenge in obgenanntem Sinne niederschlägt. Um nun dieses, die genannte Pulvermenge auch beeinträchtigende Problem zu lösen, wird beim Verfahren eingangs genannter Art vorgeschlagen, bei dem man einen Pulverstrom aus der Speiseleitung mindestens in einer Komponente senkrecht zur Achse des Gasstrahles der Mischkammer zuspeist, den Pulverstrom bezüglich der Achse des Gasstrahls exzentrisch der Mischkammer zuzuspeisen, um eine selbstreinigende Drallströmung des Pulver-Luft-Stromes zu erzeugen.
Wird in Fig. 1 die Achse der Speiseleitung 3 so gelegt, dass, in Richtung gegen die Düse 7 hin betrachtet, sich deren Achse und die Achse der Leitung 3 nicht schneiden, so wird die Strömung des Pulver-Gas-Gemisches mit einem Drall versehen: Es entsteht ein selbstreinigender Wirbel in der Mischkammer 5 bzw. allenfalls der anschliessenden Leitung 11.
Eine Pulverbeschichtungsanlage obgenannter Art, die dieses letztgenannte Problem zum Erhalt einer gesteigerten Pulverausgabe- bzw. Fördermenge löst, zeichnet sich nach dem Wortlaut von Anspruch 10 aus.
Es versteht sich von selbst, dass eine optimale Wirkung im Lichte der der Erfindung zugrundegelegten Aufgabe dadurch erzielt wird, dass zwei oder drei der erfindungsgemässen Verfahren kombiniert bzw. die erfindungsgemässen Merkmale der drei genannten Pulverbeschichtungsanlagen zu zweien oder zu dreien kombiniert werden.
Wird gemäss erstgenanntem erfindungsgemässen Verfahren oder einer Kombination mit diesem Verfahren der Druck an der Eingabe zur Speiseleitung erhöht, so wird weiter vorgeschlagen, dass man das Pulver vor der Mischkammer fluidisiert. Dies kann im Behälter, wie dem Behälter 1 gemäss Fig. 1 erfolgen und/oder entlang der Speiseleitung 3 zwischen Behälter und Mischkammer bzw. Injektor 8.
Bei einem Verfahren, bei dem der Pulver-Gasstrom stetig verzögert wird, wie oben ausgeführt, wird weiter vorgeschlagen, dass man den Gasstrahl mittels einer Düse kontinuierlich beschleunig t und die Düse mit einem unterkritischen Druckverhältnis betreibt.
Durch stetige bzw. kontinuierliche Beschleunigung wird an einem Austrittsquerschnitt der Düse, wie der Düse 7 von Fig. 1, eine achsparallele Ausströmung erreicht.
Der Betrieb der Düse bei einem Druckverhältnis kleiner als dem kritischen, bei Einsatz von Luft als Gas, bei einem Verhältnis p₇/p₅ < ca. 1,7, werden Stosswellen in der Mischkammer vermieden und die Ausbildung eines Freistrahls ermöglicht. Im weiteren wird zur möglichst optimalen Druckrückgewinnung vorgeschlagen, dass man den Düsen-Austrittsstrahl sich wenigstens nahezu als Freistrahl verzögern lässt.
An der obgenannten Pulverbeschichtungsanlage, bei welcher der Behälter mit einer Druckquelle verbunden ist, wird zur Sicherstellung einer kontinuierlichen, staufreien Abführung des Pulvers durch die Speiseleitung, wie die Leitung 3 von Fig. 1, weiter vorgeschlagen, dass, im Bereiche der Leitungsausmündung aus dem Behälter, ein Fluidboden vorgesehen ist und eine Zuführleitung für ein Fluidgas. Dabei wird bevorzugterweise eine Förderanordnung für das Fluidgas auch als Druckquelle zur Erhöhung des Druckes im Behälter eingesetzt.
Bei Unterdrucksetzen des genannten Behälters ergibt sich nun das Problem, dass nämlich dem Behälter immer wieder, oder kontinuierlich, Pulver zugeführt werden muss, ohne dass dabei zwischen Behälter und Umgebung ein Druckausgleich stattfände.
Dies wird nun dadurch erreicht, dass eine Pulvereinfülleitung am Behälter vorgesehen ist, mit einer Druckentkopplungsanordnung, wie eine Zellradschleuse, zur Pulverzubringung von einem Druckniveau eingangsseitig auf ein Druckniveau behälterseitig.
Wenn im weiteren, wie erwähnt, bevorzugterweise dem Behälter Fluidluft zur Fluidisierung des Pulvers im Bereich der Speiseleitung zugeführt wird, müssen Vorkehrungen getroffen werden, die eine Abfuhr der zugeführten Luft nach Erreichen des erwünschten Ueberdruckes ermöglichen.
Dies wird dadurch erreicht, dass am Behälter eine Druckregulieranordnung, wie ein Druckregulierventil, vorgesehen ist, vorzugsweise mit einer Fiteranordnung für Schwebepulver.
Dadurch wird nach Erstellen des erwünschten Ueberdruckes die weiter zufliessende Fluidisierungsluft abgeführt und die immer darin mitschwebenden Pulverpartikel durch die Filteranordnung ausgefiltert.
Bei einer erfindungsgemässen Pulverbeschichtungsanlage, bei der die Mischkammer einen zur Achse der Düse koaxialen, sich stetig bezüglich der Düsenmündung auf dem Querschnitt der Förderleitung erweiternden Abschnitt aufweist, wird nun weiter vorgeschlagen, dass sich der Abschnitt wenigstens nahezu entsprechend dem Strahlrandwinkel eines sich an der Düse bildenden Gasfreistrahls aufweitet, vorzugsweise mit ca. 15° oder weniger, bezüglich der Düsenachse. Damit wird eine optimale Druckrückgewinnung möglich.
Im weiteren wird - um mit möglichst geringer Gasmenge und möglichst geringem Gas-Förderdruck optimale Eindüsverhältnisse an der Mischkammer zu erzielen, insbesondere eine achsparallele Strömung im Bereich der Düsenmündung zu realisieren - bei dieser Anlage vorgeschlagen, dass sich die Bohrung der Fördergasdüse gegen ihre Mündung hin stetig verengt, wobei das Verhältnis der Durchmesser vom unverengten Abschnitt zu Düsenmündung vorzugsweise grösser als 5 ist.
Um im weiteren die Verhältnisse je nach zu förderndem Pulver oder nach Massgabe von Fertigungstoleranzen an der Mischkammer optimal einstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Düse in der Mischkammer achsial verstellbar ist.
Um eine optimale Einströmung und Vermischung des Pulvers und des Gasstrahles verlustarm zu ermöglichen, ohne dass störende Turbulenzen auftreten, wird weiter vorgeschlagen, dass die Leitung mit einer Querkomponente bezüglich der Düsenachse in die Kammer einmündet und ein Strömungskanalabschnitt der Kammer stetig von der Leitungseinmündung in den Verzögerung schnitt überführt.
Bevorzugterweise bilden dabei dieser Strömungskanalabschnitt und der sich anschliessend erweiternde Verzögerungsabschnitt, ähnlich einer stetig abgebogenen Lavaldüse, eine Einschnürung in dem der Förderleitung zugewandten Abschnitt, wobei die Mündung der Düse im Bereich dieser Einschnürung liegt. Es entsteht dadurch für das Zubringen des Pulvers um die in den Einschnürungsbereich einragende Düsenmündung, eine Ringdüse, womit das Pulver entlang der Mischkammer-Peripherie gleichmässig zugeführt wird.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:

Fig. 2a schematisch den Aufbau eines erfindungsgemässen Behälters, anstelle eines Behälters 1 von Fig. 1, an einer erfindungsgemässen Anlage,
Fig. 2b qualitativ den Verlauf des statischen Druckes entlang des Pulver-Förderweges,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Injektor anstelle von 8 in Fig. 1, an einer erfindungsgemässen Anlage,
Fig. 4 schematisch eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemässen Injektors an einer erfindungsgemässen Anlage,
Fig. 5 eine schematische Längsschnittdarstellung einer weiteren Ausbildungsvariante des erfindungsgemässen Injektors gemäss Fig. 3 oder 4 einer erfindungsgemässen Anlage.

In Fig. 2a ist ein Pulverbehälter 30 an einer erfindungsgemässen Anlage, anstelle des Behälters 1 von Fig. 1 eingesetzt, gezeigt. Der Behälter 30 ist über eine Speiseleitung 32 mit einem Injektor 8 gemäss Fig. 1, vorzugsweise einem erfindungsgemäss ausgebildeten, weiter unten beschriebenen Injektor, verbunden. Im Bereiche der Ausmündung der Speiseleitung 32 ist im Behälter 30 ein poröser Fluidboden 34 angeordnet und es mündet unterhalb des Fluidbodens 34 eine Fluid-Gasleitung 36 in den Behälter 30 ein. Durch die Leitung 36 wird, wie mit Hilfe eines Gebläses konventioneller Art, wie schematisch bei 38 dargestellt, ein Fluidgas FL, vorzugsweise Luft, durch den Fluidboden 34 in das darüberliegende Beschichtungspulver 40 sanft eingeblasen. Am Behälter 30 ist generell ein Druckerzeugungsorgan vorgesehen, um das Pulver 40 gegenüber Umgebungsdruck mit einem Ueberdruck p₃₀ zu beaufschlagen.
Selbstverständlich kann hierzu ein eigens dafür vorgesehenes Druckerzeugungsorgan vorgesehen werden. Bevorzugterweise werden aber das Gebläse 38 und die Fluidluftleitung 36 bzw. die Fluidluft FL für diese Druckbeaufschlagung ausgenützt. Am Behälter 30 ist im weiteren eine Druckreguliervorrichtung 42, wie ein Druckregulierventil oder ein Schieber, vorgesehen. Hat sich der gewünschte, an der Druckreguliervorrichtung 42 einstellbare Ueberdruck p₃₀ im Behälter 30 eingestellt, so entweicht die weitere Fluidluft FL durch die Druckreguliervorrichtung 42, wie das Druckregulierventil, über einen Filter 44.
Der Filter 44 ist vorgesehen, um in der entweichenden Fluidluft schwebende Pulverpartikel auszufiltern. Beladen wird der Behälter 30 mit frischem Pulver über eine Leitung 46 und eine schematisch dargestellte Zellradschleuse 48, welche sicherstellt, dass bei der Beladung des Behälters 30 mit Pulver kein Druckausgleich zwischen Behälterinnerem und Umgebung erfolgt.
Eine Niveaukontrolle 50 mit elektrischen Ausgangs-Leitungen 52 überwacht das Pulverniveau im Behälter 30 und steuert bzw. regelt, nicht dargestellt, allenfalls die über Leitung 46 und Zellradschleuse 48 zugeführte Pulvermenge.
In Fig. 2a, unten, ist der Injektor 8 gemäss Fig. 1 nochmals dargestellt, gestrichelt eine Wegkoordinate x des Pulvers aus dem Behälter über die Speiseleitung 32, durch den Injektor 8, in die Förderleitung 11.
In Fig. 2b ist rein qualitativ der Druckverlauf entlang der Wegkoordinate x dargestellt, in ausgezogener Charakteristik für eine Anordnung gemäss Fig. 1, in welcher im Behälter 1 Atmosphärendruck herrscht, strichpunktiert gemäss der erfindungsgemässen Ausführung von Fi g.2a, mit Ueberdruck p₃₀ im Behälter 30.
An der Ausführung von Fig. 1 nimmt der Druck, vom Atmosphärendruck p _A als Behälterdruck p₁ ausgehend, bis in die Mischkammer 5 des Injektors 8 auf einen Wert p₅ ab, einen Unterdruck, der durch den beschleunigten Gasstrahl aus der Düse 7 erzeugt wird, X₁.
Bis zum divergierenden Abschnitt des Injektors bleibt, abgesehen von Druckverlusten, der Druck nahezu auf dem Wert p₅, X₂ im abrupt divergierenden Abschnitt erfolgt Druckrückgewinnung, d.h. die kinetische Energie des eingedüsten Gasstrahles G wird in potentielle Druckenergie gewandelt, der statische Druck steigt an, X₃. Reibungsverluste entlang der Förderleitung 11 bewirken nun den Druckabfall Δp₁₁, X₄, bis zur Ausmündung an der Beschichtungsanordnung 21 gemäss Fig. 1, wo das Pulver-Luftgemisch in Atmosphärendruck ausgedüst wird, X₅.
Erfindungsgemäss wird nun, wie in Fig. 2b dargestellt, der Innendruck im Behälter 30 erhöht, was zum qualitativen Verlauf, wie er strichpunktiert dargestellt ist, führt. Die gesamte Charakteristik wird um den Ueberdruck entsprechend dem Druck p₃₀ angehoben, was sich stark auf die durch Leitung 11 geförderte Pulvermenge auswirkt. Das Anheben des Druckes in der Mischkammer 5, p₅ und die damit einhergehende Reduktion der Druckdifferenz p₇ zu p₅ gemäss Fig. 1 führt zu keiner wesentlichen Fördermengenreduktion. Durch Anheben des Behälterinnendruckes p₃₀ kann sogar der Förderdruck p₇ sowie die durch Düse 7 eingedüste Gasmenge reduziert werden, bei gleicher oder gesteigerter Ausgabemenge.
Der Ueberdruck p₃₀ sorgt für die Ueberwindung der Druckverluste entlang der Förderleitung 11, während die kinetische Energie des eingedüsten Gasstrahles, vorzugsweise Luftstrahles, vermehrt lediglich die Pulverbeschleunigung und dessen Umlenkung vornimmt. Mit Hilfe der Einstellung des Ueberdruckes p₃₀ mit der Druckreguliervorrichtung 42 wird die geförderte Pulvermenge durch Leitung 11 eingestellt.
In Fig. 2b sind im weiteren die Positionsnummern der Teile gemäss Fig. 2a, die bei fortschreitendem x durchlaufen werden, eingetragen.
In Fig. 3 ist der Aufbau eines erfindungsgemässen Injektors, anstelle des Injektors 8 von Fig. 1 bzw. 2a, dargestellt. Der Injektor 54 umfasst eine Mischkammer 55, in die eine Düse 57 mit Mündung 59 einmündet. Koaxial zur Achse A₅₇ der Düse 57, weist die Mischkammer 55 einen sich unmittelbar nach der Mündung aufweitenden Abschnitt 61 auf. Der Abschnitt 61 mündet stetig in die Förderleitung 11, koaxial zur Achse A₅₇ der Düse 57 angeordnet, ein. Quer zur Achse A₅₇ der Düse 57 mündet die Speiseleitung 3 gemäss Fig. 1 bzw. 32 gemäss Fig. 2a in die Mischkammer 55 ein.
Durch die Düse 57 wird ein Gasstrahl G, vorzugsweise ein Luftstrahl, in die Mischkammer 55 eingedüst und wird unmittelbar nach der Düsenmündung 59 verzögert, dadurch, dass der divergierende Mischkammerabschnitt 61 unmittelbar nach der Düseneinmündung 59 ansetzt. Der Strahl G wird als Freistrahl aus der Düse 57 ausgegeben und die Berandung des Abschnittes 61 entsprechend dem Strahlrandwinkel α des Freistrahles bezüglich der Achse A₅₇, mit 15° oder weniger ausgelegt. Zwischen Düsenmündung 59 und Ansatz des Abschnittes 61 erfolgt die Umlenkung und Beschleunigung des einströmenden Pulvers, womit der Gasstrahl zusätzlich verzögert wird und sich somit mit einem Strahlrandwinkel ausbreitet, der grösser als ca. 8°ist, dem Strahlrandwinkel des sich ungestört ausbreitenden Freistrahls.
Dadurch, dass sich der von Düse 57 ausgegebene Strahl G als Freistrahl im Abschnitt 61 ungehindert verzögern kann, ergibt sich eine optimale Druckrückgewinnung, d.h. Umwandlung der kinetischen Strahlenergie (Mass: Staudruck) in potentielle Druckenergie an der Ausmündung von Leitung 11. Die Düse 57 wird mit einem unterkritischen Druckverhältnis p₅₇ zu p₅₅ betrieben, wodurch Stosswellen vermieden werde n und eine freie Strahlexpansion ermöglicht wird. Zur Sicherstellung, dass im Austrittsquerschnitt an der Mündung 59 der Düse 57 eine achsparallele Strömung herrscht, wird die Innenbohrung der Düse 57 stetig konvergierend ausgebildet, wie dargestellt, wobei das Durchmesserverhältnis d₅₇ im nichtkonvergierenden Düsenteil zum Mündungsdurchmesser d₅₉ vorzugsweise grösser als 5 ist. Zwischen dem Anschluss der Speiseleitung 3 bzw. 32 und dem Abschnitt 61 ist ein Strömungskanal 63 vorgesehen, der stetig in den Bereich 61 überleitet. Der stetig gekrümmte Uebergang von Leitungsanschluss an Leitung 3 bzw. 32 zu divergentem Abschnitt 61 verhindert im weiteren Erosion durch beschleunigte Pulverpartikel, insbesondere an den in Fig. 3 mit E bezeichneten Mischkammerstellen. Zur Erzeugung des Freistrahles mündet im weiteren die Düse 57 mit einer scharfen Kante in die Mischkammer 55 aus. Zur Optimierung der achsialen Düsenstellung bezüglich des Ansatzes von Abschnitt 61 ist die Düse 57, wie mit dem Doppelpfeil S dargestellt, beispielsweise über ein Feingewinde 64 zwischen Düse 57 und Mischkammerblock 65, axial verschieblich.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Injektors dargestellt. Mit Bezug auf Fig. 3 bezeichnen gleiche Nummern gleiche Organe. Der Strömungskanal 63 zwischen Einmündung der Speiseleitung 3 bzw. 32 und Ausmündung in die Förderleitung 11 ist in Form einer stetig abgebogenen Lavaldüse ausgebildet. Dabei ragt die Düse 57 mit ihrer Mündung 59 in den Bereich der Düsenverengung 67 koaxial zum Verengungsquerschnitt ein, wodurch zwischen dem Körper 56 der Düse 57 und der Wandung des Strömungskanals 63 im Bereich 67 eine Ringdüse 69 für das über die Leitung 3 bzw. 32 zugeführte Pulver entsteht.
In einer Variante des Injektors 54 gemäss den Fig. 3 oder 4 liegt die Achse A₃₂ der Speiseleitung 3 bzw. 32, die Achse des anschliessenden Strömungskanals 63 und die Achse der Düse 57 bzw. des Abschnittes 61, A₅₇, in einer Ebene. Um nun aber die Ablagerung von Pulver in Bereichen der Mischkammer, insbesondere stromaufwärts des Bereiches 61 zu verhindern, wird in einer weiteren Ausführungsvariante gemäss Fig. 5, die eine schematische Darstellung in der Ansicht gemäss Linie V - V von Fig. 3 bzw. 4 zeigt, die Achse A₃₂ bezüglich der Achse A₅₇ der Düse bzw. des Abschnittes 61 exzentrisch angeordnet. Dadurch wird dem durch Leitung 3 bzw. 32 zugespiesenen Pulver in der Mischkammer 55 ein selbstreinigender Drall versetzt, der zu einem Wirbel D, wie schematisch dargestellt, führt.
Mit Hilfe einer oder mehrerer der beschriebenen erfindungsgemässen Massnahmen am Injektor und/oder dem Pulverbehälter, wird störungsarm eine drastische Erhöhung der durch eine gegebene Fördereitung 11 pro Zeiteinheit förderbaren Pulvermenge erzielt, ohne dass Druck und/oder Menge eines in einen Injektor eingedüsten Transportgases, wie Luft, vorgenommen werden müsste.
Durch optimale Formgebung am Injektor, Ausbildung der Injektordüse, Druckbeaufschlagung des zuge spiesenen Pulvers wird eine einfache und die Betriebskosten einer derartigen Anlage kaum erhöhende Massnahme vorgestellt, die aber zu einer wesentlichen Verbesserung der Anlage führt.

Claims

1. Verfahren zur Erhöhung der pro Zeiteinheit an einer Pulverbeschichtungsanlage ausgegebenen Pulvermenge, bei der das Pulver über eine Speiseleitung (3,32) von einer Eingabe (1, 30) zu einer Mischkammer (5,55) zugespiesen wird, indem entlang der Speiseleitung (3,32) durch Beschleunigung eines Gasstrahlers (G) in der Mischkammer (5, 55) ein gegen die Kammer (5, 55) gerichtetes Druckgefälle (Δp₁₅) erzeugt wird und durch Verzögerung des Pulver-Gas-Stromes Druckrückgewinnung erzielt wird, um den Pulver-Gas-Strom durch eine Förderleitung (11) einer Beschichtungsanordnung (21) zuzuspeisen, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Druckabfall im Pulver-Gas-Strom entang der Förderleitung (11, Δp₁₁) durch E rhöhung des Druckes (p₃₀) an der Eingabe (30) mindestens teilweise kompensiert.

2. Verfahren zur Erhöhung der pro Zeiteinheit an einer Pulverbeschichtungsanlage ausgegebenen Pulvermenge, bei der das Pulver über eine Speiseleitung (3,32) von einer Eingabe (1,30) zu einer Mischkammer (5,55) zugespiesen wird, indem entlang der Speiseleitung (3,32) durch Beschleunigung eines Gasstrahles (G) in der Mischkammer (5 ,55) ein gegen die Kammer gerichtetes Druckgefälle (Δp₁₅) erzeugt wird und durch Verzögerung des Pulver-Gas-Stromes Druckrückgewinnung erzielt wird, um den Pulver-Gas-Strom durch eine Förderleitung (11) einer Beschichtungsanordnung (21) zuzuspeisen, dadurch gekennzeichnet, dass man den Pulver- Gas-Strom in der Mischkammer ( 5,55) stetig verzögert (61) und das Pulver im Bereiche grösster Gasstromgeschwindigkeit (59) mit letzterem mischt.

3. Verfahren zur Erhöhung der pro Zeiteinheit an einer Pulverbeschichtungsanlage ausgegebenen Pulvermenge, bei der das Pulver über eine Speiseleitung (3,32) von einer Eingabe (1,30) zu einer Mischkammer (5,55) zugespiesen wird, indem entlang der Speiseleitung (3,32) durch Beschleunigung eines Gasstrahles in der Mischkammer (5,55) ein gegen die Kammer (5,55) gerichtetes Druckgefälle (Δp₁₅) erzeugt wird und durch Verzögerung des Pulver-Gas-Stromes Druckrückgewinnung erzielt wird, um den Pulver-Gas-Strom durch eine Förderleitung (11) einer Beschichtungsanordnung (21) zuzuspeisen, wobei man einen Pulverstrom aus der Speiseleitung (3,32) mindestens in einer Komponente senkrecht zur Achse (A₅₉) des Gasstrahles der Mischkammer (55) zuspeist, dadurch gekennzeichnet, dass man den Pulverstrom bezüglich der Achse (A₅₉) exzentrisch der Mischkammer (55) zuspeist, um eine selbstreinigende Drallströmung des Pulver-Luft-Stromes gegen die Förderleitung zu erzeugen.

4. Verfahren nach mindestens zwei der Ansprüche 1 bis 3.

5. Verfahren, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man das Pulver vor der Mischkammer (5,55) fluidisiert (FL).

6. Verfahren, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man den Gasstrahl (G) mittels einer Düse (57) stetig beschleunigt und die Düse (57) mit einem unterkritischen Druckverhältnis (p₅₇) zu (p₅₅) betreibt.

7. Verfahren, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man den Gasstrahl (G) sich wenigstens nahezu als Freistrahl verzögern lässt.

8. Pulverbeschichtungsanlage mit einem Pulverbe hälter (1,30), der über eine Leitung (3,32) mit einer Mischkammer (5,55) verbunden ist, in welche eine Fördergasdüse (7,57) einmündet, um durch Gasstrahlbeschleunigung in der Mischkammer (5,55) bezüglich des Behälters (1,30) einen Unterdruck zu erzeugen und aus welcher eine Förderleitung (11) für Gas-Pulver-Gemisch zu einer Beschichtungsanordnung (21) führt, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (30) mit einer Druckquelle (38) verbunden ist.

9. Pulverbeschichtungsanlage mit einem Pulverbehälter (1,30), der über eine Leitung (3,32) mit einer Mischkammer (5,55) verbunden ist, in welche eine Fördergasdüse (7,57) einmündet, um durch Gasstrahlbeschleunigung in der Mischkammer (5,55) bezüglich des Behälters (1,30) einen Unterdruck zu erzeugen und aus welcher eine Förderleitung (11) für Gas-Pulver-Gemisch zu einer Beschichtungsanordnung (21) führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (55) einen zur Achse (A₅₇) der Düse (57) koaxialen, sich stetig bezüglich der Düsenmündung (59) auf den Durchmesser der Förderleitung erweiternden Abschnitt (61) aufweist.

10. Pulverbeschichtungsanlage mit einem Pulverbehälter (1,30), der über eine Leitung (3,32) mit einer Mischkammer (5,55) verbunden ist, in welche eine Fördergasdüse (7,57) einmündet, um durch Gasstrahlbeschleunig ung in der Mischkammer (5,55) bezüglich des Behälters (1,30) eineh Unterdruck zu erzeugen, und aus welcher eine Förderleitung (11) für Gas-Pulver-Gemisch zu einer Beschichtungsanordnung (21) führt, wobei die Leitung (3,32) mit einer Achsrichtung, die mindestens in einer Komponente senkrecht zur Achsrichtung der Düse (A₅₇) steht, in die Kammer (5,55) einmündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (3,32) bezüglich der Düsenachse (A₅₇) exzentrisch einmündet.

11. Pulverbeschichtungsanlage nach mindestens zwei der Ansprüche 8 - 10.

12. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Leitungsausmündung aus dem Behälter (30) ein Fluidboden (34) vorgesehen ist, und eine Zuführleitung (36) für eine Fluidgas, vorzugsweise Fluidluft.

13. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle eine Förderanordnung für das Fluidgas (FL) ist.

14. Anordnung, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 8, 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulvereinfülleitung (46) am Behälter (30) vorgesehen ist, mit einer Druckentkopplungsanordnung, wie einer Zellradschleuse (48), zur Pulverzubringung von einem Druckniveau eingangsseitig auf ein Druckniveau behälterseitig (30).

15. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 8, 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass am Behälter (30) eine Druckregulieranordnung (42) vorgesehen ist, vorzugsweise mit einem Filter (44) verbunden, für das Ausfiltern von Schwebepulver.

16. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abschnitt (61) wenigstens nahezu entsprechend dem Strahlrandwinkel eines sich an der Düse (57) bildenden Gasfreistrahls aufweitet, vorzugsweise mit ca. 15° oder weniger bezüglich der Düsenachse (A₅₇).

17. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 9, 11 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bohrung der Fördergasdüse gegen ihre Mündung (59) hin stetig verengt, wobei das Verhältnis der Durchmesser vom unverengten Querschnitt (d₅₇) zu Düsenmündung (d₅₉), vorzugsweise grösser als 5 ist.

18. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 9, 11, 16, 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (57) in der Mischkammer (55) achsial (S) verstellbar ist.

19. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 9, 11, 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (3, 32) mit einer Querkomponente bezüglich der Düsenachse (A₅₇) in die Kammer (55) einmündet und ein Strömungskanalabschnitt (63) der Kammer (55) stetig von der Leitungseinmündung in den Abschnitt (61) überführt.

20. Pulverbeschichtungsanlage, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (63) und der sich erweiternde Abschnitt (61) ähnlich einer stetig abgebogenen Lavaldüse eine stetige Einschnürung in dem der Förderleitung (11) zugewandten Abschnitt aufweist, und dass die Mündung (59) der Düse (57) in diesem Einschnürungsbereich liegt.