DE3528084A1

DE3528084A1 - Rotierender zerstaeuber

Info

Publication number: DE3528084A1
Application number: DE19853528084
Authority: DE
Inventors: Kenneth James Temperance Mich. Coeling; Richard Toledo Ohio Weinstein
Original assignee: Champion Spark Plug Co
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 1984-08-30
Filing date: 1985-08-05
Publication date: 1986-03-06
Also published as: BE903123A; JPS6161659A; GB2163675A; IT8521948A0; MX158182A; GB8521458D0; FR2569580A1; AU4598785A; IT1184827B; BR8504025A; US4896834A

Description

, per. naf. Tuomoij Berendt

Di. - Ing. l·I a η η L e yh γ3 T. :c.;c- Siiv £3 - D SCCO H^chcn CO

Unser Zeichen: A 1b

CHAMPION SPARK PLUG COMPANY
900 Upton Avenue
Toledo, Ohio, U.S.A.

Rotierender Zerstäuber

A 15 002

Champion Spark Plug Co,

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen rotierenden Zerstäuber, insbesondere eine schnell-laufende Farbspritzvorrichtung.

Die Verwendung von elektrostatischen, rotierenden Spritzpistolen ist bekannt. Es sind bei diesen Vorrichtungen hohe Spannungen erforderlich zur Erzeugung der elektrostatischen Kräfte. Bekannte Ausführungen solcher elektrostatischer Farbspritzanlagen haben sowohl rotierende als auch feste Wellen. Beispielsweise für Spritzpistolen mit fester Welle sind die US-Patente 3 043 521, 3 000 und 4 222 523. Bei beiden Ausführungsformen kann infolge der Verwendung hoher Spannung Brandgefahr oder die Gefahr elektrischer Schläge auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Gefahren zu reduzieren durch Verwendung einer.nicht oder nur schwer entflammbaren Vorrichtung unter Verwendung einer nur geringen Anzahl von leitenden Teilen. Insbesondere soll eine neuartige Einheit geschaffen werden, die anstelle der konventionellen Luftkappe verwendbar ist, die bei bekannten automatischen und manuellen Spritzpistolen oder Spritzanlagen verwendet wird.

Die Erfindung betrifft somit eine schnellaufende rotierende Zerstäubungsvorrichtung insbesondere zum Aufspritzen von Farbe, wobei mit der Bezeichnung "schwer entflammbar" oder "nicht entflammbar" gemeint ist, daß die elektrostatische Einheit unter voller Spannung in einer Methan-Luft-Mischung verwendbar ist bei sehr geringem Risiko eines Brandes. Die Vorrichtung wird durch die Verwendung von synthetischen Harzen und/oder keramischen Materialien für einen Großteil der Teile einschl. des Zerstäuberkopfes, der Welle des Gehäuses, der Turbine unbrennbar oder schwer brennbar gemacht. Bestimmte innere Teile enthalten Metall, diese sind aber gegenüber Erde oder Masse abgeschirmt durch die anderen nicht-leitenden Materialien. Im zusammengebauten Zustand wird durch eine solche Einheit die Brandgefahr und die. Gefahr von elektrischen Schlägen stark reduziert.

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Beispielsweise Ausflihrungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, in der

Flg. 1 im Längsschnitt eine Zerstäubungsvorrichtung nach der Erfindung mit rotierender Welle zeigt.

Fig. 2 zeigt im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung mit nicht-rotierender Welle.

Fig. 3 zeigt einen Teil schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2, wobei Details der Turbinenblätter und des Lufteinlasses der Turbine dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt einen schnei laufenden Zerstäuber 10 mit rotierender Welle. Der Zerstäuber 10 hat einen Körper 11, der nicht-leitend ist. Wie alle

nicht-leitenden Teile des Erfindungsgegenstandes kann der Körper 11 aus einer Anzahl von nicht-leitenden Materialien bestehen, einschließlich aber nicht ausschließlich keramischen Materialien und synthetischen Harzen.

Hierdurch werden leitende Teile durch die umgebenden nicht-leitenden Teile

abgeschirmt.

Der Körper 11 hat einen mit Gewinde versehenen hinteren Abschnitt 12, um ihn an einer vorhandenen Beschickungseinrichtung oder einem Verteiler befestigen zu können, der die Versorgungsleitungen für Luft, Farbe und Hochspannung enthält. In dem Körper 11 1st eine nicht-leitende rotierende Welle 14 angeordnet. Mit dem vorderen Ende 15 der Welle 14 ist eine nicht-leitende rotierende Glocke 16 verbunden. Eine nichtleitende, rotierende Luftturbine 17 1st auf dem hinteren Ende des Welle montiert und treibt die Glocke 16 an. Zwischen der Turbine 17 und der Glocke 16 1st ein Regler 18 für die Turbine angeordnet.

Die Turbine 17 hat ein hohles Ende 19, das über eine geeignete drehbare Dichtung 20 und einen Luftkanal 21 mit einer nicht-gezeigten Luftspeiseeinrichtung gekoppelt 1st, die 1m Verteiler 13 untergebracht ist. Das hohle Ende 19 bildet eine Innere Kammer 22, die über seitliche öffnungen mit dem Inneren 24 des Turbinenrades 25 in Verbindung steht. Vom Verteiler

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13 fließt normalerweise Druckluft durch den Luftkanal 21, das hohle Ende 19, die innere Kammer 22, die seitlichen öffnungen 23 und den Innenraum 24 zu tangential gerichteten öffnungen 26 am Turbinenrad Die Luft wird dann über eine rückwärtige öffnung 27 im rückwärtigen Teil des Körpers 11 abgeführt. Die durch das Turbinenrad 25 strömende Luft bringt das letztere und damit die Welle 14 zum rotieren, die ihrerseits die Glocke 16 mit hoher Drehzahl antreibt.

Die Drehzahl der Glocke 16 hängt ab von der Belastung der Welle 14, der Luftmenge und dem Luftdruck. Schnei laufende Zerstäuber nach der Erfindung arbeiten mit Drehzahlen über 10 000 U/min, bis herauf zu 60 000 U/min. Die an die Vorrichtung gelegte elektrische Spannung liegt im Hochspannungsbereich im allgemeinen zwischen 40 kV und 100 kV. Die Drehzahl der Turbine 17 wird gesteuert durch den Regler 18, der den Luftstrom vom Luftkanal 21 zur Turbinenradkammer 24 steuert. Der Regler umfaßt einen Kolben 28, der in der Kammer 22 verschiebbar ist und in und außer Eingriff mit einem Ventilsitz 29 gebracht werden kann. Der Kolben 28 hat eine Ventilfläche 30, die, wenn sie auf dem Ventilsitz 29 aufsitzt, den Luftstrom vom Kanal 21 zur Turbinenradkammer 24 sperrt. Eine Feder 31 drückt den Kolben 28 gegen den Ventilsitz 29, um den Luftstrom in die Turbinenradkammer 24 zu sperren. Gleichzeitig wirkt die Druckluft in der Kammer 22 auf eine Fläche des Kolbens 28, um den Kolben 28 gegen die Kraft der Feder 31 und weg vom Sitz 29 zu verschieben. Eine öffnung 33 verläuft durch den Kolben 28, um einen beschränkten Fluß von Druckluft innerhalb der Kammer durch den Kolben 28 zu einer rückwärtigen Kammer 34 zu ermöglichen, die zwischen dem Kolben 28 und einem Teil 35 der Welle 14 liegt. Die Kammer 34 kann zur Atmosphäre entlüftet werden, oder sie kann geschlossen werden, abhängig von der Tätigkeit des Reglers, die erforderlich ist, um eine konstante Drehzahl der Welle aufrechtzuerhalten. Wenn die Kammer 34 zur Atmosphäre entlüftet ist, übt die Druckluft in der Kammer 22 eine beträchtlich höhere Kraft auf die Kolbenfläche 32 aus als an der Fläche 26 am gegenüberliegenden Ende des Kolbens 28 auftritt. Diese Kraftdifferenz reicht aus, um die Feder 31 zusammenzudrücken, wodurch der Kolben weg vom Sitz 29 bewegt wird. Wenn anderer-

seits die Kammer 34 nicht zur Atmosphäre entlüftet ist, strömt die Druckluft durch die Bohrung 33 des Kolbens und setzt die Kammer 34 unter denselben Druck, wie die Kammer 22. Da die von der Druckluft auf die Flächen 32 und 36 des Kolbens 28 nun ausgeübten Kräfte identisch sind, wird der Kolben 28 durch die Feder 31 in Kontakt mit dem Ventilsitz 29 verschoben, um die Luftströmung von der Kammer 22 in die Turbinenradkammer 24 zu sperren und dadurch die Turbine zu stoppen. Durch Modulation bzw. Einstellung der Position des Kolbens wird der Luftstrom von der Kammer 22 zur Turbinenradkammer 24 eingestellt, wodurch die Drehzahl gesteuert wird, mit der die Welle 14 rotiert.

Ein zentrifugal betätigtes Kugelventil 37 steuert den Luftdruck in der Kammer 34. Ein Ventilsitz 38 ist zwischen einem Durchgang 39 und dem Teil 35 ausgebildet. Der Durchgang 39 steht in Verbindung mit der Kammer 34 und einem Kanal 40, der zur Atmosphäre entlüftet ist über einen Ringbereich zwischen der Welle 14 und dem rohrförmigen Ansatz 41. Ein rohrförmiger Stopfen 42 hält eine Kugel 43 angrenzend an den Ventilsitz 38, wobei jedoch Raum verbleibt für die Kugel 43, sich in und außer Kontakt mit dem Sitz 38 zu bewegen. Die Kugel 43 ist so angeordnet, daß zu allen Zeiten ihre Mitte seitlich der Achse der Welle 14 in Richtung zum Sitz 38 liegt. Daher, wenn die Welle mit zunehmender Drehzahl rotiert, wird die Kugel durch die Zentrifugalkraft gegen den Sitz 38 mit zunehmender Kraft angedrückt.

Im Betrieb kann die Druckluft vom Kanal 21 durch die Bohrung 33 strömen, dann weiter durch die Kammer 34, den Kanal 39 und den Kanal 40, und sie wird dann zur Atmosphäre entlüftet. Die Kammer 34 hat daher annähernd Atmosphärendruck oder direkt Atmosphärendruck, und der Druck auf die Kolbenfläche 32 verschiebt den Kolben 28, um einen unbeschränkten Luftstrom von der Kammer 22 zur Turbinenradkammer 24 zu ermöglichen. Wenn die Drehzahl der Welle 14 zunimmt, wird die Kugel 43 stärker bzw. enger gegen den Sitz 38 gedrückt und der Druck in der Kammer 34 steigt. Der Luftdruck in der Kammer 34 wirkt gegen die Kolbenfläche 36, um den Luftdruck, der auf die Kolbenfläche 32 wirkt, aufzuheben. Bei etwas zunehmender Turbinendrehzahl wird durch den zunehmenden Druck in der

Kammer 34 zusammen mit der Kraft der Feder 31 der Kolben 28 verschoben, um progressiv die Strömungskanäle von der Kammer 22 zur Turbinenradkammer 24 zu schließen. In diesem Punkt wird die Drehzahl der Welle 14 auf ein konstantes Niveau eingeregelt. Wenn daher die Belastung an der Glocke 16 wegfällt, wird die Welle beschleunigt. Der Kolben 28 bewegt sich um die Luftkanäle stärker zu schließen und die Drehzahl der Welle 14 zu regeln. Die von dem Regler eingeregelte Drehzahl ist damit eine Funktion des Speiselüftdruckes der Turbine.

Die rotierende Glocke 16 ist mit dem vorderen Ende 15 der Welle mit Hilfe einer nicht-leitenden Mutter 48 verbunden. Farbe aus dem Verteiler 13 wird der Glocke 16 über einen Kanal 44 und über öffnungen 45 zugeführt auf eine konische Oberfläche 46 an der Innenseite der Glocke In dieser Ausführung wird durch eine Ladeelektrode oder eine Nadel 51 des Verteilers 13 die Farbe aufgeladen, die durch den Kanal 44 strömt. Die elektrische Aufladung erfolgt auf etwa 40 kV bis 100 kV. Wenn sich die Glocke 16 mit hoher Drehzahl dreht, fließt die Farbe radial auswärts längs der Oberfläche 46 bis sie am äußeren Rand 47 der Glocke 16 in Form kleiner geladener Partikel abgeschleudert wird. Ein Rückfließen der Farbe herab zur Welle 14 wird verhindert durch eine Kunstharzdichtung 49, die in Linienberührung mit einem Gewindeeinsatz 50 steht, der um die Welle 14 angeordnet ist. Ein Form-Luft-Kanal 52, der in Fluid-Verbindung mit einem Luftkanal 53 steht, führt Form-Luft an eine Vielzahl von Form-Luft-Löchern 54 benachbart zur Glocke 16.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, bestehen die Hauptteile der Ausführungsform aus nicht-leitenden Materialien. Diese umfassen den Körper 11, die Welle 14, die Glocke 16 und die Turbine 17. Die übrigen leitenden Teile sind durch nicht-leitende Komponenten abgeschirmt.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform hat eine feststehende Welle, während die Ausführungsform nach Fig. 1 eine rotierende Welle hat. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Glocke direkt mit der Turbine gekoppelt und die Turbine und die Glocke rotieren um die Achse der feststehenden Welle.

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Λ.

Die Vorrichtung 70 nach Fig. 2 hat einen nicht-leitenden Körper 71 mit einer ortsfesten hohlen Welle 72. Die Welle 72 wird in ihrer Position durch eine Schraube 73 gehalten, die in eine Ausnehmung an der Seite der Welle 72 eingreift. Alternativ kann die Welle mittels Klebstoff mit dem Körper oder Gehäuse verbunden sein. Nach einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann die Welle in den nicht-leitenden Körper 71 eingepreßt sein.

Eine Beschickungsvorrichtung oder ein Verteiler 75 ist mit dem rückwärtigen Teil des Körpers 71 verbunden und in diesen hineinragend, und er ist ähnlich im Aufbau wie derjenige von Fig. 1. Die Ladeeinrichtung 75 ist mit Gewinde versehen und in den Gewindeabschnitt 76 eines Halteringes 77 eingeschraubt.

Um den rückwärtigen Abschnitt der Welle 72 ist eine nicht-leitende Luftturbine 78 angeordnet. Eine rotierende Zerstäuber-Glocke 79 ist am vorderen Abschnitt der Turbine 78 angebracht. Die Glocke 79 und der vordere Abschnitt der Turbine 78 können auchlaus einer einteil igen Einheit geformt sein (nicht gezeigt). Die Turbine 78 und die Glocke 79 rotieren frei um die ortsfeste Welle 72. Durch Lager auf der Welle 72 sind die Turbine 78 und die Glocke 79 drehbar gelagert.

Der Turbine 78 wird Luft über den Verteiler 75 zugeführt. Wie Fig. zeigt, strömt die Luft durch einen Luftkanal 81 und dann einwärts durch einen Luftkanal 82. Die in den Kanal 82 eintretende Luft trifft auf die Blätter 83 des Rotors 84, wodurch die Turbine 78 und damit die Glocke 79 in Drehung versetzt werden. Die verbrauchte Luft verläßt dann die Turbinenkammer 85 übereinen Auslaß 86 nach außen längs der Außenseite der Glocke 79. Es sind ferner Luftformungsmittel vorgesehen, mit öffnungen 87, die in Verbindung mit der Luftkammer 81 stehen.

Die Farbe wird der Glocke 79 über den Verteiler 75 zugeführt. Die Farbe fließt heraus und um die Nadel 88, welche die Ladeelektrode bildet, und sie erhält eine elektrostatische Aufladung von einer nicht-gezeigten

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Hochspannungsquelle, die mit der Nadel 88 verbunden ist und diese lädt. Sowohl Handspritzpistolen, wie auch automatische Spritzanlagen eignen sich für solche Verteiler oder Ladeeinrichtungen 13 und 75. Die Verteiler 13 und 75 enthalten eine Hochspannungsquelle (etwa 40 kV bis 100 kV), eine Farbversorgung und eine Luftversorgung.

Die Farbe läuft dann herauf in den hohlen Innenraum 89 der Welle 72 bis zu einer Gewindekappe 90, die auf dem Ende der Welle 72 benachbart zur Glocke 79 befestigt ist. Die Kappe 90 ist mit einer Auslaßöffnung 91 versehen, die in Verbindung steht mit dem Innenraum 89 der Welle 72, so daß die Farbe ins Innere 92 der Glocke 79 strömen kann.

Wenn die Glocke 79 rotiert, strömt die Farbe, die aus der öffnung 91 in der Kappe 90 ausgetreten ist, radial nach außen längs der Innenfläche 92 der Glocke 79 bis sie vom Außenrand 93 der Glocke 79 in Form kleiner geladener Partikel abgeschleudert wird. Ein Rückfließen der Farbe ins Innere der Vorrichtung 70 wird durch eine Dichtung 94 verhindert, die am rückwärtigen Abschnitt 95 der Glocke 79 unter Reibungseingriff anliegt. Ein Kanal 76 steht in Verbindung mit einem Luftauslaßkanal, der zum Auslaß 86 führt, um auf die Rückseite der Dichtung 94 einen Druck mittels eines Fluids ausüben zu können.

Obwohl die Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 als auswechselbare Einheiten verwendbar sind, können dieselben Vorteile auch in einteiligen Anlagen erreicht werden, wobei in solchen Fällen der Verteiler 13 zusammen mit der Hochspannungsversorgung und der Färb- und Luftversorgung in eine integrale Einheit eingebaut sind.

Modifikationen der vorstehenden Ausführungen sind möglich. Beispielsweise kann anstelle der Nadel zum Aufladen der Farbe eine halbleitende Beschichtung an der Innenfläche der Glocke aufgebracht und dann die Spannung an die Glocke gelegt werden. Ferner können andere nicht-leitende Materialien außer Keramik und Kunstharzen verwendet werden.

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Claims

A 15 002 Champion Spark Plug Co. Patentansprüche

1. Rotierender Zerstäuber, insbesondere schnellaufende Farbspritzvorrichtung, mit einer Hochspannungsquelle, einer Luftzufuhreinrichtung und einer Farbzufuhreinrichtung, gekennzeichnet durch einen nicht-leitenden Körper, eine längsverlaufende, nicht-leitende Welle, die in dem Körper angeordnet ist, eine nicht-leitende drehbare Luftturbine, die auf der Welle angeordnet ist, wobei die Turbine Drehzahlen über 10 000 U/min, hat, eine nicht-leitende rotierende Zerstäuberglocke, die mit der nicht-leitenden Turbine gekoppelt ist und benachbart zu einem Ende des nicht-leitenden Körpers angeordnet ist, Einrichtungen zum Zuführen von Farbe zu der Zerstäuberglocke, Einrichtungen, die in Verbindung mit der Hochspannungsquelle stehen, um die zu der Zerstäuberglocke strömende Farbe aufzuladen, und Einrichtungen zum Formen der Farbe, die von der Farbspritzvorrichtung emittiert wird.

2. Rotierender Zerstäuber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen nicht-leitenden Körper, eine nicht-leitende drehbare Welle, die in dem Körper angeordnet ist, eine nicht-leitende Turbine zum Antreiben der Welle, wobei die Turbine Drehzahlen über 10 OUO U/min, hat, eine drehbare, nicht-leitende Einrichtung zum Verteilen der Farbe, die an der Welle befestigt ist. Einrichtungen, die in Verbindung mit der Hochspannungsqueile stehen, um die Farbe aufzuladen, die durch den Farbverteiler strömt, sowie mit Luft arbeitende Einrichtungen, um die Farbpartikel zu formen, die von der Verteilereinrichtung emittiert werden.

3. Rotierender Zerstäuber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen nicht-leitenden Körper, eine längsverlaufende, nicht-leitende drehbare Welle in dem Körper, eine nicht-leitende drehbare Luft-Turbine, die mit der Welle verbunden ist, wobei die Turbine die Welle mit einer Drehzahl über 10 OUO U/min, antreibt, eine nicht-eitende rotierende Zerstäuberglocke, die operativ mit einem Ende der Welle verbunden ist, Einrichtungen in Verbindung mit der Hochspannungsquelle, um die Farbe aufzuladen, die zu der rotierenden Zerstäuberglocke strömt, sowie

Einrichtungen zum Formen der Farbe, die von der rotierenden Zerstäuberglocke abgeschleudert wird.

4. Rotierender Zerstäuber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen nicht-leitenden Körper, eine nicht-leitende ortsfeste Welle, die in dem Körper angeordnet ist, eine nicht-leitende Turbine, die auf der nicht-leitenden ortsfesten Welle drehbar gelagert ist, und die Drehzahlen über 1ü 00ü U/min, macht, eine drehbare nicht-leitende Farbverteileinrichtung, die mit der Turbine verbunden ist, Einrichtungen, um Farbe zu der Verteileinrichtung zuzuführen, Einrichtungen in Verbindung mit der Hochspannungsquelle, um die Farbe aufzuladen, die zu der Farbverteileinrichtung fließt, sowie mit Luft arbeitende Einrichtungen, um die Farbe zu formen, die von der Vorrichtung emittiert wird.

5. Rotierender Zerstäuber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen nicht-leitenden Körper, eine nicht-leitende, längsverlaufende, ortsfeste Welle, die in dem Körper angeordnet ist, eine nicht-leitende rotierende Luftturbine, die auf der nicht-leitenden ortsfesten Welle drehbar gelagert ist, wobei die Turbine Drehzahlen über 10 ÜOO U/min, macht, eine nicht-leitende rotierende Zerstäuberglocke, die mit der Turbine verbunden ist, Einrichtungen zum Zuführen von Farbe zu der Glocke, Einrichtungen in Verbindung mit der Hochspannungsquelle, um die Farbe aufzuladen, die zu dieser nicht-leitenden, schnei!drehenden rotierenden Zerstäuberglocke fließt, sowie mit Luft arbeitende Einrichtungen, um die Farbe zu formen, die von der Vorrichtung emittiert wird.