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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe für pulverförmige Produkte nach US-2 890
079, vor allem für
zur Farbgebung verwendete Pulver.
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Die
Verwendung von Pulver zum Auftragen auf einen zu lackierenden Gegenstand
setzt sich immer mehr durch, insbesondere bei großen Metallteilen,
wie Maschinenrahmen oder Automobilkarosserien. Bei diesem bekannten
Verfahren wird pulverförmige
Farbe einem Druckluftstrahl zugeführt und auf das zu lackierende
Teil gesprüht,
an dem sie aufgrund einer elektrostatischen Wirkung anhaftet. Die Pulverschicht
wird danach durch Wärme
oder ein anderes geeignetes Mittel polymerisiert, damit das Pulver
am Teil endgültig
anhaftet.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Rahmen dieses Farbgebungsverfahrens
eine Pumpe, mit der das Pulver aus einem Pulverlager entnommen und
in einen Druckluftstrom eingeführt
wird, um es gegen das zu lackierende Teil zu sprühen.
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Zu
diesem Zweck wurden bereits verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen,
wobei am häufigsten
eine Vorrichtung angeboten wurde, die ein Venturirohr aufweist,
wie zum Beispiel in der EP-A-0.412.289 beschrieben. Der wichtigste Nachteil
von Vorrichtungen dieser Art besteht in dem Verschleiß des Venturirohrs,
der durch Abrieb beim Durchgang der Pulverkörner hervorgerufen wird. Dieser
Verschleiß führt sehr
schnell zu einer erheblichen Verringerung des Pulverdurchsatzes
dieser Vorrichtungen. Die US-B-6.200.111
beschreibt zum Transport von pulverförmigen Produkten eine Pumpenvorrichtung
mit Kolben. Der Nachteil dieser Pumpe besteht darin, dass die Reibung
des Kolbens zu einer Erwärmung
führt,
wodurch das Pulver im Kolben polymerisieren könnte, wodurch dieser blockieren könnte. Es
wurden andere Vorrichtungen wie Membranpumpen vorgeschlagen, wobei
diese Vorrichtungen im allgemeinen recht kompliziert aufgebaut oder anzuwenden
sind. Im übrigen
neigen diese Kolben- oder Membranvorrichtungen dazu, einen eher
pulsierenden als kontinuierlichen Pulverstrahl zu versprühen. Einige
dieser Vorrichtungen sind schwer und benötigen viel Platz, so dass es
schwierig ist, sie in unmittelbarer Nähe der Sprühvorrichtung, zum Beispiel der
Spritzpistole, aufzustellen.
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Eine
erste Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, eine Pumpe für pulverförmige Produkte
vorzuschlagen, die im Vergleich zu den bekannten Pumpen und Vorrichtungen
eine Verbesserung darstellt, das heißt deren Nachteile nicht hat.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Pumpe für pulverförmige Produkte
vorzuschlagen, die einfach, kompakt und leicht konstruiert und gebaut
ist und in unmittelbarer Nähe
der Sprühvorrichtung
aufgestellt werden kann.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Pumpe für pulverförmige Produkte
vorzuschlagen, die ein pulverförmiges
Produkt regelmäßig, kontinuierlich
und exakt dosiert versprühen kann.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Pumpe für pulverförmige Produkte
vorzuschlagen, die das Pulver verflüssigt, bevor es dem transportierenden
Druckluftstrom zugeführt
wird.
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Diese
verschiedenen Aufgaben werden mit einer Pumpe für pulverförmige Produkte erfüllt, so wie
im unabhängigen
Anspruch beschrieben. Andere Ausführungsformen und Varianten
werden in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Es
werden nachfolgend die Bauart und die Funktionsweise einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Pumpe
für pulverförmige Produkte beschrieben,
wobei diese Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung
zu betrachten ist, die Figuren aufweist, von denen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Pulverlackieranlage ist, welche die
Integration einer erfindungsgemäßen Pumpe
in diese Anlage zeigt,
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2 ein
schematischer Längsschnitt
durch einen Körper
einer erfindungsgemäßen Pumpe
ist,
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3 ein
Querschnitt entlang der Linie III-III der vorhergehenden Figur ist,
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4 ein
Querschnitt entlang der Linie IV-IV von 2 ist,
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4a eine
vergrößerte Teilansicht
von 4 ist, und
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5 ein
Querschnitt entlang der Linie V-V von 2 ist.
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Die
anhand von 1 schematisch dargestellte Pulverlackieranlage 1 weist
eine Vorrichtung 2 auf, mit der ein Farbpulverstrahl über einen
Kanal 3 und eine Sprühvorrichtung 30,
wie eine Pistole, gegen einen zu lackierenden Gegenstand 4 gesprüht werden
kann. Die Vorrichtung 2 wird entweder anhand eines Trichters 50 durch
Schwerkraft mit Pulver 5 versorgt, oder, wie durch eine
gestrichelte Linie dargestellt, durch Ansaugen aus einem Behälter 51. Eine
Steuer- und Regeleinheit 6, die mit einem motorisierten
Mittel 60 mit mechanischer Energie und aus einem Druckgasnetz 61 mit
pneumatischem Druck versorgt wird, liefert der Vorrichtung 2 geregelt
die mechanische Energie 62 sowie den Gasdruck 63, welche
die Vorrichtung 2 benötigt,
um einen kontinuierlichen Druckgasstrom versprühen zu können, der eine bestimmte Menge
Farbpulver in Richtung des zu lackierenden Gegenstands 4 transportiert.
Die Vorrichtung 2, welche die oben beschriebenen Funktionen
erfüllen
kann, stellt die erfindungsgemäße Pumpe
für pulverförmige Produkte
dar.
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2 zeigt
einen Längsschnitt
durch eine Pumpe für
pulverförmige
Produkte 2 gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. Die dort dargestellte Pumpe 2 besteht aus
einem Pumpenkörper 20,
einem Trichterhalter 21 und einem Sammelteil 22,
wobei diese drei Bauteile durch bekannte Mittel befestigt werden,
die anhand von 23 schematisch dargestellt sind. Der Pumpenkörper 20 weist
einen ersten zylindrischen Hohlraum 200 auf, der bei der
dargestellten Ausführungsform
ein Pumpteil 24, das hier ein Zahnrad ist, aufnimmt, wobei
dieses Zahnrad von einer Welle 240 rotierend angetrieben
wird, die sich in einen zweiten Hohlraum 201 verlängert, der
sich koaxial zum ersten Hohlraum 200 befindet und rotierende
Abstützmittel
der Welle 240 aufweist, zum Beispiel eine oder mehrere
Lager 241. Die Welle 240 ist mit den Mitteln zur
Bereitstellung mechanischer Energie 62 verbunden, die von
der oben genannten Steuereinheit 6 versorgt und gesteuert
werden.
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Die
Bodenseite 202 des ersten Hohlraums 200, die besser
auf 3 zu erkennen ist, weist eine Vielzahl von Einspritzdüsen 203 auf,
die eine neben der anderen auf einem Teilabschnitt einer inneren Umfangslinie
dieses Hohlraums angeordnet sind. Diese Einspritzdüsen 203 kommunizieren
mit einer im Pumpenkörper 20 angeordneten
Einspritzkammer 204, die ihrerseits durch einen Kanal mit
einer Druckgas-Einlassöffnung 631 verbunden
ist, wie man auf 2 sehen kann.
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Der
Körper 20 weist
weiterhin eine Pulverversorgungsleitung 205 auf, die mit
einer entsprechenden Leitung des Trichterhalters 21 verbunden
ist und in die Bodenöffnung
des Trichters 50 mündet. Das
andere Ende der Pulverversorgungsleitung 205 mündet in
den oberen Teil des ersten Hohlraums 200. Die Leitung 205 stellt
damit eine Verbindung zwischen dem ersten Hohlraum 200 und
dem Pulverversorgungstrichter 50 her.
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Der
Körper 20 wird
weiterhin von einer Leitung 206 durchquert, die einerseits
mit einer zweiten Druckgas-Einlassöffnung 632 verbunden
ist und andererseits in eine Sammelkammer 220 mündet, die im
Sammelteil 22 angeordnet ist. Diese Sammelkammer 220 ist
mit einer Leitung 221 mit dem Kanal 3 verbunden, über den
das Farbpulver versprüht
wird.
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Konstruktive
Einzelheiten der oben beschriebenen Elemente sind auf den 3, 4, 4a und 5 veranschaulicht,
die Querschnitte jeweils entlang der Linien III-III, IV-IV und V-V
von 2 sind.
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Auf 3 sieht
man die besondere Form, die dem Kanal 205 bei seiner Einmündung in
den ersten Hohlraum 200 für diese Ausführungsform
des Pumpenkörpers 2 gegeben
wurde. Ausgehend von der Tatsache, dass das Zahnrad 24,
das auf 4 zu sehen ist, im Uhrzeigersinn
dreht, erlaubt diese besondere Form eine bessere Verteilung des
Pulvers zwischen den verschiedenen Zähnen des Zahnrads 24, wie
nachfolgend zu sehen sein wird. Weiterhin ist auf die verschiedenen
Einspritzdüsen 203,
im veranschaulichten Beispiel sind es fünf, hinzuweisen, die über einen
Teilabschnitt einer inneren Umfangslinie des Hohlraums verteilt
sind, hier über
ca. ¼ des
Zifferblatts. Der mit den Einspritzdüsen 203 belegte Umfangsabschnitt
liegt vorzugsweise dem Abschnitt des Umfangs direkt gegenüber, über den
der Kanal 205 mündet.
Die Düsen 203 haben
vorzugsweise, wie insbesondere auf 4a zu
sehen ist, jede einen verschiedenen Durchmesser bzw. einen verschiedenen
Druckgasdurchgangsquerschnitt, wobei der Durchmesser bzw. der Querschnitt
in Drehrichtung des Zahnrades 24, das heißt in Uhrzeigerrichtung
für die
hier dargestellte Ausführungsform,
zunehmen.
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4 zeigt
das Zahnrad 24 in seinem Hohlraum 200. Auf 4a sieht
man, dass in der dargestellten Ausführungsform der Winkelabstand
zwischen jeder Düse 203 einer
Zahnteilung des Zahnrads 24 entspricht.
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5 zeigt
die Vorderseite des Sammelteils 22, das am Pumpenkörper 20 anliegt.
Man erkennt die Sammelkammer 220 und die Leitung 221.
Die Form der Sammelkammer 220 ist so beschaffen, dass das
von den Einspritzdüsen 203 eingebla sene Pulver
mit maximaler Effizienz gesammelt und intensiv mit dem Transportluftstrom
aus der Leitung 206 vermischt werden kann. Die hier dargestellte
Form ist eine von mehreren möglichen
Formen.
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Jetzt
kann die Funktionsweise der Pumpe für pulverförmige Produkte, deren konstruktive
Einzelheiten einer besonderen Ausführungsform beschrieben wurden,
genauer erläutert
werden.
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Der
Trichter 50 wird zunächst
mit Pulver gefüllt,
wobei sich dieses Pulver zunächst
aufgrund der Schwerkraft durch die Leitung 205 bewegt,
um die Räume
zwischen den Zähnen
des Zahnrads 24, die gegenüber der Mündung der Leitung 205 in
den ersten Hohlraum 200 liegen, zu füllen. Über die Steuereinheit 6 werden
die motorisierten Mittel 60, zum Beispiel ein Elektromotor,
in Gang gesetzt, um das Zahnrad 24 über Mittel zur Übertragung
der mechanische Energie 62 und die Welle 240 in
eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn von 4 zu versetzen. Die
Drehgeschwindigkeit des Zahnrads 24 ist relativ gering,
damit sich die Zahnzwischenräume
des Zahnrads 24 korrekt mit Pulver füllen, wenn sie an der Mündung der
Leitung 205 vorbeilaufen.
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Die
Steuereinheit 6 versorgt die Einspritzkammer 204 über eine
erste Leitung 631 mit Gas, vorzugsweise mit Luft, mit einer
ersten Durchsatzleistung und unter einem ersten Druck. Dieses Gas durchströmt danach
die Einspritzdüsen 203,
um das zwischen den Zähnen
des Zahnrads 24 befindliche Pulver auszublasen. Für einen
bestimmten Zahnzwischenraum, der sich beim Vorbeilaufen vor der
Mündung
der Leitung 205 mit Pulver gefüllt hat und der gegenüber der
ersten Düse 203 mit
dem kleinsten Durchmesser ankommt, wird aufgrund der geringen Durchsatzleistung
dieser Düse
nur ein kleiner Teil des in diesem Zahnzwischenraum befindlichen
Pulvers in Richtung der Sammelkammer 220 geblasen. Gelangt
er nun vor die zweite Düse,
deren Durchmesser bzw. Gasdurchsatzleistung größer ist, wird ein größerer Teil
der Pulvermenge in Richtung der Sammelkammer 220 geblasen.
Gleiches trifft auf das Vorbeilaufen des betreffenden Zahnzwischenraums vor
den folgenden Düsen
zu, bis zur letzten Düse
mit einem großen
Durchmesser und einer großen
Durchsatzleistung, die den Zahnzwischenraum vollständig vom
restlichen Pulver reinigt. Der fragliche Zahnzwischenraum belädt sich
danach neu, wenn er vor der Mündung
der Leitung 205 vorbeiläuft.
Dasselbe erfolgt für
alle folgenden Zahnzwischenräume.
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Gleichzeitig
versorgt die Steuereinheit 6 die Leitung 206 über eine
zweite Leitung 632 mit einem Gas, vorzugsweise mit Luft,
mit einer zweiten Durchsatzleistung und unter einem zweiten Druck.
Dieser Luftstrom wird in die Sammelkammer 220 geleitet, um
sich intensiv mit dem Pulver zu vermischen, das dort gleichzeitig
eingeleitet wurde, wie oben beschrieben, und um es über die
Kanäle 221 und 3 in Richtung
der Sprühvorrichtung 30 zu
transportieren.
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Damit
ist es möglich,
bei Versorgung der Pumpe 2 mit Pulver und unter Bereitstellung
einer mechanischen Energie und Versorgung mit einem Gas mit zwei
Durchsatzleistungen und zwei Drücken, ein
pulverförmiges
Produkt zu pumpen und zu versprühen,
insbesondere in einer Pulverlackieranlage.
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Aufgrund
der geringen Drehgeschwindigkeit des Zahnrads 24 würde, wenn
nur eine einzige Einspritzdüse 203 vorhanden
wäre, das
Sprühen
des Pulvers in Richtung Sammelkammer 220 und danach in
Richtung der Sprühvorrichtung 30 pulsiert
erfolgen, da der Gasstrahl von der Düse 203 regelmäßig durch
das Vorbeilaufen eines Zahns des Zahnrads unterbrochen wird. Aufgrund
des Vorhandenseins mehrerer aufeinanderfolgender Düsen wird
dieser pulsierende Effekt überwunden
und ein kontinuierlicher, konstanter Pulverstrahl bereitgestellt.
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Die
Notwendigkeit, einen Pulverstrahl mit einer kontinuierlichen und
konstanten Durchsatzleistung bereitzustellen, führt dazu, dass für Entwurf
und Konstruktion des Düsensystems 203,
des Pumpteils 24 und der Sammelkammer 220 verschiedene
Vorsichtsmaßnahmen
zu treffen sind. Im Hinblick auf die oben beschriebene Ausführungsform
mit der Vervielfachung der Anzahl der Düsen 203, die so voneinander
beabstandet sind, dass sie gleichzeitig von den Zähnen des
Zahnrads freigegeben werden, kann man den kontinuierlichen Effekt
des Pulverstrahls weiter verbessern, indem man ein Zahnrad 24 mit
einer Schrägverzahnung
vorsieht. Einer weiteren Ausführungsform
zufolge kann der pulsierende Effekt beseitigt werden, indem man
eine Reihe von Düsen 203 mit
einem gleichen oder zunehmenden Druckgasdurchgangsquerschnitt vorsieht,
die aber so angeordnet sind, dass sie nie gleichzeitig identisch
von einem Zahn des Zahnrads freigegeben werden; so wäre zum Beispiel
für eine
bestimmte Winkelposition des Zahnrads die erste Düse vollkommen
freigegeben, die letzte Düse
vollständig
bedeckt und die Düsen
dazwischen wären
teilweise zunehmend bedeckt. Diese konstruktive Anordnung kann mit
einer geraden oder schrägen
Form der Zähne
des Zahnrads 24 kombiniert werden. Der pulsierende Effekt kann
durch eine Kombination der verschiedenen oben beschriebenen Mittel
An zahl, Beabstandung und Querschnitt der Düsen, Form des Zahnrads und Form
der Sammelkammer beseitigt werden.
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Die
Pumpe 2 wurde für
eine Beschickung von oben durch Schwerkraft aus einen Trichter beschrieben
und dargestellt. Es wäre
aber auch möglich,
die Pumpe umzudrehen und sie von unten durch Ansaugung aus einem
Behälter
zu versorgen, so wie anhand der gestrichelten Linie auf 1 dargestellt. In
diesem Fall kann ein auf der Figur nicht dargestelltes Pumpenhilfsmittel
verwendet werden, um die Pumpe 2 mit pulverförmigem Produkt
zu versorgen.
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Für den Fall
der Versorgung mit Pulver durch Schwerkraft aus einem Trichter kann
die bekannte Erscheinung der Ausbildung einer Wölbung im unteren Teil des Trichters
auftreten, was zu einer Unterbrechung der Versorgung der Pumpe 2 mit
Pulver führen
würde.
Um das zu vermeiden, weist die Pumpe 2 Mittel auf, die
einen Teil des in den ersten Hohlraum 200 eingeblasenen
Druckgases entnehmen und über
die Leitung 205 in Richtung Trichter blasen. Damit erhält man einen
leichten Gas- bzw. vorzugsweise Luftstrom, der das im Trichter befindliche
Pulver verwirbelt, um es zum Fließen zu bringen und die Ausbildung
einer blockierenden Wölbung
zu verhindern. Diese Mittel können
zum Beispiel Rillen 25 sein, die radial auf einer oder
auf den zwei Seitenflächen
des Zahnrads 24 angeordnet sind, wie auf 4 zu
sehen ist, oder eine oder mehrere radiale Bohrungen, die in das
Zahnrad 24 eingearbeitet sind, oder eine oder mehrere Rillen 26,
die auf dem Boden des ersten Hohlraums 200 angeordnet sind,
wie auf 3 zu sehen ist, oder eine oder
mehrere Rillen 27, die auf der Seite des in Berührung mit
dem Pumpenkörper 20 befindlichen
Sammelteils 22 angeordnet sind, wobei alle diese Rillen
in die Leitung 205 münden.
Ein Mittel oder mehrere der oben beschriebenen Mittel können kombiniert
werden.
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Die
obige Beschreibung betrifft eine besondere Ausführungsform der Erfindung, es
ist klar, dass in bezug auf die gegebenen Beschreibungen konstruktive
Varianten möglich
sind. Insbesondere wurde diese Pumpe unter Verwendung eines Zahnrads als
Pumpmittel beschrieben, allerdings kann das Pumpteil 24 von
jedem anderen umlaufenden Organ gebildet werden, das mehrere Kammern
aufweist, die regelmäßig auf
seinem Außenrand
verteilt sind, wobei jede dieser Kammern radial individuell mit
Pulver befüllt
und axial oder zu dieser Axialrichtung leicht geneigt von ihrem
Pulver befreit werden kann, wie bei einem Zahnrad mit schrägen Zähnen. Das
auf den Figuren veranschaulichte Zahnrad ist demnach nur eine der
möglichen
Ausführungsformen
dieses Pumpteils.
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Die
Korngröße des Pulvers
sowie die für
den zu lackierenden Gegenstand gewünschte Pulverdurchsatzleistung
sind wichtige Parameter, die den Gasdruck, vorzugsweise den Druck
der Luft, die von den Leitungen 631 und 632 eingeführt wird,
sowie die Drehgeschwindigkeit des Pumpteils regeln, wobei diese
Größen von
der Steuereinheit 6 geregelt werden.