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Diese
Erfindung betrifft elektrostatische Pulverspritzpistolen, und insbesondere
eine Pistole, die am Pulverauslass ein rotierendes Element zum Verteilen
des Pulvers in einem gleichmäßigen Sprühmuster
besitzt.
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Beim
elektrostatischen Pulverbeschichten werden trockene Farbpartikel
in einem Pulverbehälter
fluidisiert und mit Förderluft
durch einen Schlauch zu einer oder mehreren Spritzpistolen gepumpt,
die das Pulver auf ein zu beschichtendes Produkt spritzen. Die Spritzpistolen
laden die Pulverpartikel auf, typischerweise mit Hilfe einer Hochspannungsladeelektrode.
Wenn die Pulverpartikel aus der Vorderseite der Pistole gespritzt
werden, werden sie elektrostatisch zu dem zu streichenden Produkt
angezogen, das im Allgemeinen elektrisch mit Erde verbunden ist und
das von einem Hängezubringer
herabhängen kann
oder auf andere Weise in einer Spritzkabine getragen wird. Wenn
diese geladenen Pulverpartikel auf dem Produkt aufgetragen sind,
haften sie durch elektrostatische Anziehung dort, bis sie in einem Ofen
transportiert werden, wo sie geschmolzen werden, so dass sie zusammenfließen und
auf dem Produkt eine gleichmäßige Beschichtung
bilden. Das Pulverbeschichtungsverfahren bietet gegenüber Verfahren
mit lösungsmittelbasierten
flüssigen
Farben erhebliche ökonomische
und umweltrelevante Vorteile. Kürzlich
wurden Pulverbeschichtungsmaterialien entwickelt, die es den Kraftfahrzeugherstellern
ermöglichen,
Pulverbeschichtungsaufträge
für Fahrzeugkarosserien
anzuwenden, um sich an die immer wachsenden Umweltregelungen anzupassen.
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Die
vor ganz kurzem entwickelten Pulver für Kraftfahrzeugoberflächenbehandlungen
haben typischerweise eine feine Partikelgröße, mit einer Partikelgröße von 20μm oder weniger,
um die Gleichmäßigkeit
und das Aussehen der Endbeschichtung zu verbessern. Diese geringe
Größe zusammen
mit der Chemie des Pulvermateriales bewirkt eine Neigung der einzelnen
Partikel zum Agglomerieren oder Zusammenbacken, so dass große Pulvermassen
gebildet werden, die Oberflächendefekte
erzeugen können.
Diese Agglomerate werden infolge einer Partikeltrennung erzeugt,
wenn das Pulver während
des Fluidisierens, der Materialförderung
und während
der Auftragsphasen des Auftragsprozesses in Bewegung ist. Wenn diese
agglomerierten Massen ohne Aufbrechen durch das Auftragssystem gelangen,
bilden sie kleine sichtbare Höcker
auf dem zu beschichtenden Teil. Diese Höcker sind manchmal als „Ausspritzer" oder „Pulverkugeln" bekannt. Wenn die
fertig gestellte Oberfläche
den Ofen passiert, werden diese Höcker sichtbare Defekte, die
vor der abschließenden Oberflächenbeschichtung
glatt abgeschliffen werden müssen.
In großer
Anzahl werden sie arbeitsintensiv und zeitaufwändig und verursachen sogar
das Anhalten der Oberflächenbearbeitungsstrecke.
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Es
wird vermutet, dass Pulverspritzpistolen mit Rotationsverteilern
am Pulverauslass verbesserte und gleichmäßigere Sprühmuster sowie andere Vorteile
zur Verfügung
stellen. Die Konstruktionen vieler Pulverspritzpistolen dieser Art
haben Ähnlichkeiten
mit Flüssigkeitsspritzpistolen,
die rotierende Düsen
am Flüssigkeitsauslass
besitzen. Beispiele von Flüssigkeitsspritzpistolen
dieser Art sind in den US-Patenten Nr. 4,887,770 und 5,346,139 gezeigt. Die
Rotationszerstäuber
in Flüssigkeitsspritzpistolen rotieren
mit sehr hohen Drehzahlen, wobei eine typische Drehzahl solcher
Spritzpistolen ungefähr 20.000 – 50.000
Umdrehungen pro Minute ist. Diese hohen Drehzahlen sind notwendig,
weil die Zerstäuber
das flüssige
Beschichtungsmaterial zerstäuben müssen und
die Zerstäubung
mit diesen Drehzahlen am besten erreicht wird. Die Pistolen sind
grundsätzlich
nicht so konstruiert, dass sie für
niedrigere Drehzahlen geeignet sind, weil niedrigere Drehzahlen
die Flüssigkeit
nicht effektiv zerstäuben
würden.
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Ein
Beispiel einer Pulverspritzpistole mit einer ähnlichen Konstruktion wie eine
dieser Flüssigkeitsspritzpistolen
ist im US-Patent Nr. 5,353,995 oder in WO96/36438 gezeigt, bei denen
eine Pulverspritzpistole einen Rotationsverteiler oder eine Prallplatte
am Pulverauslass besitzt und bei denen der Verteiler mittels einer
in der Pistole angeordneten Turbine gedreht wird. Die Übernahme
der Konstruktionen von Flüssigkeitsspritzpistolen
mit Rotationszerstäubern
für die
Konstruktion von Pulverspritzpistolen mit Rotationsverteilern führt zu verschiedenen Problemen.
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Eines
dieser Probleme umfasst die Anwendung eines hochtourigen Luftturbinenmotors
als Verteilerantrieb. Wenn der Verteiler in einer Pulverspritzpistole
mit Drehzahlen von 30.000 – 50.000
Umdrehungen pro Minute rotiert, erhalten die Pulverpartikel eine
kinetische Energie, die zur Erwärmung
führt, wenn
die Pulverpartikel auf den Verteiler treffen, und bewirken das Schmelzen
des Pulvers auf dem Drehverteiler. Das Problem des Pulverschmelzens
wurde mit der Entwicklung neuer Pulver vordringlicher, die feinkörniger sind
und meistens leichter schmelzen.
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Zusätzlich zu
dem Problem des Pulverschmelzens haben einige der derzeit kommerziell
erhältlichen
Pulverspritzpistolen mit Rotationsverteilern eine Bekanntheit wegen
ihrer Neigung zum Erzeugen von Agglomeraten und „Pulverkugeln" oder „Ausspritzern" entwickelt. Dieses
Problem resultiert sowohl aus der Konstruktion des Pulverweges in
der Spritzpistole als auch aus der hohen Rotationsgeschwindigkeit
des Verteilers.
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Einige
der kürzlich
entwickelten Pulver, die infolge des Kontaktschmelzens mehr zum
Aufschichten am Rotationsverteiler neigen, werden sich mit größerer Wahrscheinlichkeit
auch anderswo im Pulverströmungsweg
ansammeln. Anders als Flüssigkeiten
neigt das Pulver zum Ansammeln an verschiedenen Stellen im Strömungsweg,
und solche Pulveransammlungen können
verschiedene nachteilige Wirkungen haben. Die Pulveransammlung kann
irgendwann losbrechen und auf dem zu beschichtenden Teil abgelagert
werden. Pulver kann sich auch in Bereichen um die Lager der rotierenden
Bauteile herum ansammeln, was eine übermäßige Abnutzung an den Bauteilen
bewirken und die freie Rotation der Bauteile behindern kann.
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Weitere
Probleme treten dort auf, wo rotierende Elemente mit feststehenden
Elementen entlang des Pulverströmungsweges
ineinander greifen, weil an diesem Eingriffspunkt eine Radialdichtung
erforderlich ist, um das Eintreten des Pulvers zwischen die rotierenden
und feststehenden Bauteile und das mögliche Eintreten in die Lager
zu verhindern. Wenn genügend
Pulver in die Lager eintritt, kann die durch die Reibung der Lager
erzeugte Wärme
das Schmelzen des Pulvers verursachen, was Reibungswiderstand erzeugt,
der die Rotationselemente weiter ver langsamt und in Extremfällen sogar
eine Blockierung verursachen kann. Konventionelle Dichtungen, wie zum
Beispiel Lippendichtungen, O-Ringe, Wischringe und U-Stulpen, könnten verwendet
werden, um das Pulver von den Lagern fernzuhalten. Diese Dichtungen
müssen
jedoch, wenn sie konventionell montiert werden, an die Rotationsfläche gepresst
werden, damit sie richtig wirken. Die Presskraft ist störend, weil
damit ein Reibungswiderstand erzeugt wird, der ohne übermäßiges Erhöhen der
Größe des Antriebs oder
der Größen- und
Leistungserfordernisse des Motors nicht überwunden werden kann und das
Erhöhen
der Leistung würde
zu vergrößerten Wärmeableitungsproblemen
führen.
Außerdem
würde die durch
den Reibungswiderstand erzeugte Wärme wahrscheinlich das Schmelzen
des restlichen Pulvers an der Dichtung, an den Rotationselementen und
an angrenzenden Flächen
bewirken. Außerdem sind
diese konventionellen Dichtungen konstruiert, um an Metallflächen zu
wirken, in der Regel gehärteter
Stahl, und würden
wegen der elektrostatischen Aufladung nicht zufriedenstellend sein,
wenn die Rotationselemente und Lager aus Kunststoffmaterial hergestellt
sind. Kunststoffmaterialien erreichen nicht die Härte von
Stahl und die auf die konventionellen Dichtungen aufgebrachte Presskraft
würde die
Abnutzung der Kunststoffrotationselemente am Kontaktpunkt bewirken.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Pistole zur Verfügung zu
stellen, die die Probleme des Standes der Technik beseitigt. Es
ist eine weitere Aufgabe, eine Pistole zur Verfügung zu stellen, die mit geringeren
Drehzahlen als die bekannten Spritzpistolen arbeiten kann, um somit
die mit dem Pulverschmelzen und -agglomerieren verbundenen Probleme
zu verringern oder zu eleminieren. Zusätzlich zu der Arbeitsweise
mit geringeren Drehzahlen, die die Lebensdauer der Lager erhöht und darüber hinaus die
Abnutzung an bewegten Teilen in der Pistole verringert, erzeugt
die Pistole vorzugsweise ein größeres Sprühmuster
und optimiert die Ladungsübertragung
auf die verteilten Pulverpartikel. Diese Aufgabe wird mittels einer
Spritzpistole gemäß Anspruch
1 und den von diesem abhängigen
Ansprüchen
erreicht.
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In
einer Ausführungsform
stellt die erfindungsgemäße Spritzpistole
einen Rotationsverteiler zur Verfügung, der mit Drehzahlen von
0 bis 2.500 Umdrehungen pro Minute rotiert. Diese Drehzahlen sind
wesentlich geringer als die Drehzahlen der bekannten Spritzpistolen.
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Turbinen,
wie die in den bekannten Spritzpistolen verwendeten, können nur
mit so geringen Drehzahlen wie ungefähr 2.500 Umdrehungen pro Minute effektiv
arbeiten. Bei geringeren Drehzahlen arbeiten sie nicht mit einer
gleichbleibenden oder gleichmäßigen Drehzahl
oder können überhaupt
nicht arbeiten. Die vorliegende Erfindung vermeidet die Anwendung einer
Turbine zum Drehen des Verteilers, so dass sie viel geringere Drehzahlen
wirksam erreichen kann. Der Verteiler in der erfindungsgemäßen Pistole
kann gleichmäßig und
gleichbleibend mit Geschwindigkeiten von 0 bis 2.500 Umdrehungen
pro Minute, und vorzugsweise mit Drehzahlen von 750 bis 1.500 Umdrehungen
pro Minute rotieren.
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Der
Rotationsverteiler in der erfindungsgemäßen Pulverspritzpistole funktioniert
nicht wie ein Rotationszerstäuber
in einer Flüssigkeitsspritzpistole.
Der Hauptzweck eines Zerstäubers
ist das Zerstäuben
der Flüssigkeit,
das heißt,
Flüssigkeitströpfchen mit
der gewünschten
Größe zur Verfügung zu stellen.
Die Partikelgröße des Pulvers
wird während der
Herstellung des Pulvers erzeugt, so dass der Verteiler keinen Einfluss
auf die Partikelgröße hat.
Statt dessen stellt der Verteiler die gewünschten Verteilungseigenschaften
für das
Pulver zur Verfügung. Der
Verteiler passt die Abweichungen in der Partikelstromdichte an,
die typischerweise in Überdruckpulverförderschläuchen auftreten.
Anders als eine Flüssigkeitsauftragsvorrichtung,
die durch einen Druckflüssigkeitsstrom
mit einem konstanten Druck und einer konstanten Dichte gespeist
wird, weil es ein nicht kompressibles Medium ist, wurde gefunden,
dass die Pulverströmung
einen Bereich mit dichtem Strom innerhalb des Innendurchmessers
des Zuführungsschlauches
besitzt. Das Rotieren der Prallplatten- und Düsenanordnung übt eine
Seitenkraft auf den Partikelstrom aus, die zum Ausgleichen der Abweichungen
in der Strömungsdichte
führt,
bevor die Partikel aus dem Verteiler ausgetragen werden.
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Weil
die Rotation des Verteilers hauptsächlich eine Ausgleichfunktion
ist und keine Zerstäuberfunktion,
kann der Verteiler mit einer viel geringeren Geschwindigkeit als
ein Flüssigkeitszerstäuber gedreht
werden. Diese geringere Rotationsgeschwindigkeit führt zu einer
längeren
Lebensdauer der Lager und weniger Abnutzung an rotierenden Teilen. Die
geringere Rotationsgeschwindigkeit führt überraschenderweise auch zu
einem größeren Fächermuster,
obwohl man annehmen sollte, dass höhere Rotationsgeschwindigkeiten
zu größeren Fächermustern führen würden.
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Die
Betriebskriterien der Pulverspritzpistole umfassen somit das Bestimmen
der minimalen Arbeitsumdrehungsgeschwindigkeit, die zum Erreichen optimaler
Verteilercharakteristiken oder Austragsdichte erforderlich ist,
während
gleichzeitig die höchste
Mustergröße infolge
des durch die geringere Drehzahl erreichten größeren Verteilerwinkels beibehalten
wird. Die resultierende konsistente Austragsdichte ist außerdem für die Ladungsübertragung
in Koronaimpulsladungsanwendungen nützlich. Der optimale Drehzahlbereich
wurde zwischen 750 und 1.500 Umdrehungen pro Minute in Abhängigkeit
von den spezifischen Auftragskriterien ermittelt.
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Dieser
Drehzahlbereich kann nicht mit einem Luftturbinenantriebssystem
realisiert werden und einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung
ist die Ausgestaltung des Antriebssystems, das vorzugsweise einen
Elektromotor umfasst, um die geeignete Drehzahl zu erreichen. Ein
Luftmotor oder andere geeignete Motoren können ebenso wirksam verwendet werden.
Im Vergleich mit den im Stand der Technik verwendeten Luftturbinen
ist ein Luftmotor oder ein Elektromotor relativ preiswert. Außerdem kann
ein Elektromotor oder ein Luftmotor oder ein anderer vergleichbarer
Motor leicht ersetzt werden, falls er ausfällt oder verschlissen wird.
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Anders
als die bekannten Konstruktionen, die eine koaxial mit dem drehbaren
Verteiler montierte Turbine erforderten, kann sich der vorzugsweise
in der erfindungsgemäßen Spritzpistole
verwendete Motor radial versetzt von der Mittelachse der Pistole befinden,
so dass die Mittelachse dem Pulverströmungsweg vorbehalten werden
kann. Durch Anordnen des Antriebsmittels entlang einer Achse, die
von der mittigen Längsachse
der Spritzpistole beabstandet ist, wird ein unbehinderter Strömungsweg
für das Pulver
vorgesehen und eine vereinfachte Pistolenkonstruktion erreicht.
Der sich ergebende klare, unbehinderte Weg für das Pulver hat keine Änderung
in der Pulverströmungsrichtung
und keine erheblichen Hindernisse oder Behinderungen im Pulverströmungsweg,
an denen sich Pulver ansammeln könnte.
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Die
erfindungsgemäße Spritzpistole
verhindert die Bildung von Agglomeraten während des Auftrags und bricht
Agglomerate auf, die bereits im Pulver bestehen können, bevor
es an der Spritzpistole ankommt. Die Agglomeratbildung wird verhindert,
indem ein Rotationsverteiler mit einer geringeren Rotationsgeschwindigkeit
vorgesehen wird als auch durch Vorsehen einer Diffusormembranprallplattenfläche. Das
Aufbrechen bestehender Agglomerate wird durch Vorsehen eines Bereiches
mit großer
Scherkraft am Düsenausgang
ausgeführt.
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Das
Problem von Pulveransammlungen anderswo in der Pistole wird in einer
weiteren Ausführungsform
durch Vorsehen von Druckluftkanälen
zu einer drehbaren Spindel vermieden, die einen mittigen Kanal besitzt,
der einen Teil des Pulverströmungsweges
bildet. Die Kanäle
sind an eine Druckluftzuführung
angeschlossen, und die gesamte Kammer um die Spindel herum wird
somit etwas über dem
Druck des fluidisierten Pulverstromes durch die Pistole unter Druck
gehalten. Luft von den Kanälen kann
um die Spindel herum und um ihre zugehörigen Lager herum austreten,
und wenn die Luft austritt, beseitigt sie effektiv das Pulver vom
Rand der Spindel, wobei es die Bereiche um die Spindel und die Lager
herum frei von Pulver hält.
Außerdem
tritt die Luft durch einen zwischen dem stationären Pulverzuführungsrohr
und der rotierenden Spindel ausgebildeten Ringzwischenraum aus,
so dass sie eine effektive Radialdichtung ohne die Notwendigkeit
zusätzlicher Komponenten
zur Verfügung
stellt.
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Weil
der Pulverströmungsweg
Hochdruckluft ausgesetzt werden kann, wie zum Beispiel während der
Pumpenspülvorgänge und
der Pistolenreinigung, wird die Luftdichtung vorzugsweise durch
ein zusätzliches
Dichtungselement abgedeckt, das vorzugsweise die Form einer Lippendichtung
annimmt, die aus Elastomermaterial hergestellt und so befestigt
ist, dass sie leicht an der Spindel ruht und sich von der Spindel
weg bewegt, wenn Luft aus der Druckkammer austritt, und sich in
Dichtungseingriff mit der Spindel bewegt, wenn ein erhöhter Luftdruck
in den Pulverströmungsweg
eingeleitet wird. Die durch diese Erfindung vorgesehene Radialdichtung
vermeidet die Probleme der zwischen der rotierenden Spindel und
dem feststehenden Rohr erzeugten Reibung, die ansonsten die Abnutzung
beschleunigen und wahrscheinlich eine erhöhte Pulverschmelzung bewirken würde. Gleichzeitig
verhindert die Dichtung effektiv das Eindringen von Pulver während der
Reinigungsvorgänge
und zu anderen Zeiten, wenn Hochdruckluft in den Pulverströmungsweg
eintritt.
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Die
Gesamtkonstruktion der erfindungsgemäßen Spritzpistole ist somit
einfacher, relativ preiswert herzustellen und zu warten und leichter
zu bedienen. Die Teile sind in einer modularen Konstruktion angeordnet,
was es einfacher macht, Teile zu ersetzen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Spritzpistole zum Spritzen von Beschichtungsmaterial
ein Gehäuse
einschließlich eines
Körpers.
Eine Spindel ist rotierend im Körper befestigt.
Die Spindel hat einen rotierenden rohrförmigen Kanal dort hindurch
für den
Strom der Beschichtungsmaterialwegströmung. Der Kanal rotiert mit
der Spindel, wobei der Kanal erste und zweite Enden besitzt. Es
gibt ein nicht rotierendes Strömungsrohr,
durch das Pulver in den rotierenden rohrförmigen Kanal strömt. Ein
Ende des Strömungsrohres
erstreckt sich teilweise in das erste Ende des Kanals und ist im
Kanal vom zweiten Ende beabstandet. Ein Verteiler steht mit dem
Kanal in Verbindung und ist drehbar an der Spindel befestigt. Beschichtungsmaterial
strömt
vom Kanal in den Verteiler, um aus der Pistole gespritzt zu werden.
Im Körper
ist ein Antriebsmechanismus angeordnet und angeschlossen, um die
Spindel und den Verteiler mit Drehzahlen von 0 bis 2.500 Umdrehungen
pro Minute, und vorzugsweise mit Drehzahlen von 750 bis 1.500 Umdrehungen
pro Minute zu drehen.
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Entsprechend
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zwischen dem
nicht rotierenden Strömungsrohr
und der drehbaren Spindel ein Zwischenraum ausgebildet. Der Zwischenraum steht
mit der Kammer in Verbindung, wodurch Druckluft aus der Kammer durch
den Zwischenraum austritt, um eine Radialdichtung zwischen dem Rohr
und der Spindel vorzusehen. Ein flexibles Dichtungselement kann
mit dem Strömungsrohr
ineinander greifen, um den Zwischenraum abzudichten, um das Eintreten
von Material im Kanal in den Zwischenraum zu verhindern. Das Dichtungselement
wird durch Druckluft aus der Kammer vom Strömungsrohr weg gedrückt.
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Die
Erfindung wird nun mit Hilfe eines Beispiels unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben, in denen:
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1 eine
seitliche Schnittansicht der erfindungsgemäßen Spritzpistole ist.
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2 eine
detaillierte Ansicht eines Teiles der 1 in einem
größeren Maßstab ist.
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2A eine
noch detailliertere Ansicht eines Teiles der 2 in einem
noch größeren Maßstab ist.
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3 eine
Stirnseitenschnittansicht der Spritzpistole entlang der Linie 3-3
der 1 ist.
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4 eine
Stirnseitenansicht der Spritzpistole entlang der Linie 4-4 der 1 ist.
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5 eine
Einzelheit eines Teiles der 2 in einem
größeren Maßstab ist,
die eines der Dichtungselemente zeigt.
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6 eine
Einzelheit eines anderen Teiles der 2 in einem
größeren Maßstab ist,
die das andere Dichtungselement zeigt.
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7 ein
Teil einer seitlichen Schnittansicht der Spritzpistole ähnlich der 2 ist,
die einen anderen Querschnitt entlang der Linie 7-7 der 4 zeigt.
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8 eine
andere Schnittansicht der Spritzpistole entlang der Linie 8-8 der 4 ist.
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9 eine
seitliche Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ähnlich
der 1 ist.
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Insbesondere
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und zu Beginn auf 1 ist
dort eine Pulverspritzpistole 10 gezeigt, die ein Gehäuse einschließlich eines
Körpers 11 umfasst.
Der Körper 11 ist
aus einem nicht leitenden Kunststoffmaterial gebildet und hat eine
mittige Kammer 12. Das vordere Ende der Kammer 12 ist
durch eine Frontstirnkappe 13 umschlossen, die auch aus
einem nicht leitenden Kunststoffmaterial gebildet ist und an der
Vorderseite des Körpers 11 durch
eine Schraubverbindung befestigt ist. Am Körper 11 ist eine rohrförmige Gehäusehülse 14 mit
einem hohlen Innenraum 15 befestigt und erstreckt sich
vom Körper
nach hinten. An der Rückseite
der Hülse 14 ist
ein hinteres Körperelement 16 befestigt,
und ein hinteres Stirnplattenelement 17 ist an der Rückseite
des Körperelementes 16 durch
ein Paar Klemmeinrichtungen 18 abnehmbar befestigt. Anstelle
der Klemmeinrichtungen- 18 kann das hintere Stirnplattenelement 17 an
der Rückseite
des Körperelementes 16 durch
eine Schraubverbindung oder andere Mittel befestigt sein.
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Im
Körper 11 ist
ein Antriebsmechanismus befestigt, der einen Motor 22 umfasst,
und sich vom Körper
nach hinten in das Hülseninnere 15 erstreckt. Der
Motor 22 ist ein kleiner Elektromotor. Der Motor 22 ist
an eine Stromversorgungsleitung (nicht gezeigt) angeschlossen, die
sich durch das Hülseninnere 15 erstreckt
und an einen Anschluss 23 an der hinteren Stirnplatte 17 (4)
angeschlossen ist. Der Motor 22 hat eine Abtriebswelle 27 (2),
und der Motor dreht die Welle mit verschiedenen Geschwindigkeiten
in Abhängigkeit
von der Steuerung des Motors. Eine typische Wellenrotationsgeschwindigkeit würde zwischen
0 und 4.500 Umdrehungen pro Minute liegen. Ein auf der Welle 27 befestigtes
Zahnrad 28 greift mit einem anderen Zahnrad 29 ineinander, das
mit Hilfe von Schrauben 30 an einer drehbar in der Kammer
angeordneten Spindel 31 befestigt ist. Die Zahnräder 28 und 29 erzeugen
eine geeignete Untersetzung, zum Beispiel 3:1, die die Rotationsgeschwindigkeit
der Spindel 31 reduziert und das durch den Luftmotor 22 erzeugte
Drehmoment erhöht.
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Die
Spindel 31 dreht innerhalb der Kammer 12 im Körper 11 und
ist auf vorderen und hinteren Lageranordnungen 36 und 37 gelagert.
Ein Lagerstellring 38, der auf die Vorderseite des Körpers 11 geschraubt
ist und die Kammer 12 bedeckt, ist zwischen der vorderen
Lageranordnung 36 und der vorderen Abschlusskappe 13 angeordnet
und hält
die vordere Lageranordnung 36 an ihrem Platz. Eine zweistückige, drehbare
Pulververteiler- oder Düsenanordnung 39 ist
am vorderen Ende der Spindel 31 befestigt. Die Düsenanordnung 39 umfasst
ein inneres Düsenelement 40 und
ein äußeres Düsenelement 41.
Das innere Düsenelement 40 ist
an das vordere Ende der Spindel 31 geschraubt, so dass
es mit der Spindel rotiert. Das äußere Düsenelement 41 ist vom
inneren Düsenelement 40 durch
einen glatten, bogenförmigen
Strömungsweg 42 für den Durchgang des
Pulvers beabstandet, und das äußere Düsenelement
ist an dem inneren Düsenelement 40 durch
eine Presspassung befestigt, so dass das äußere Düsenelement mit dem inneren
Düsenelement
dreht.
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Der
glatte, bogenförmige
Strömungsweg 42 wird
zwischen dem konusförmigen
inneren Düsenelement 40 und
dem entsprechend geformten äußeren Düsenelement 41 ausgebildet.
Der Strömungsweg 42 sieht
einen sich allmählich
verjüngenden
Bogen vor, der eine Richtungsänderung
des Pulvers von einer axialen Richtung in eine mehr radiale Richtung
zum Austrittspunkt bewirkt. Diese Richtungsänderung wird durch die Form
des Strömungsweges 42 ausgeführt, so
dass sie in einer gleichmäßigen, kontrollierten
Art und Weise mit einem Minimum an Turbulenz ausgeführt wird.
Dieses hilft, die Bildung von Agglomeraten zu verhindern, die ansonsten
zu „Pulverkugeln" oder „Ausspritzern" auf der fertigen
Oberfläche
führen
könnte.
Der Strömungsweg 42 hat
ein Breitenprofil, das als die Innenfläche des äußeren Düsenelementes 41 definiert
ist. Die Länge
dieses Breitenprofiles ist die Länge
des Strömungsweges 42 an
der Innenfläche
des äußeren Düsenelementes 41 entlang
vom Eingang 71 der Düse
zur Pulveraustragsöffnung 72.
Diese Länge
wird vom Punkt 78 gemessen, an dem sich die konische Spitze
des äußeren Düsenelementes 41 in
den Kanal 60 zum Rand 79 des äußeren Düsenelementes an der Austragsöffnung erstreckt.
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Der
Strömungsweg 42 umfasst
auch einen Bereich 55 mit höherer Scherkraft, der das Aufbrechen
bestehender Agglomerate in der Pulverzuführung unterstützt. Am
Bereich 55 ist der radiale Zwischenraum zwischen dem inneren
Düsenelement 40 und
dem äußeren Düsenelement 41 auf
einen minimalen Zwischenraum reduziert, der eine höhere Scherkraft
bewirkt, wenn das Pulver aus der Spritzpistole austritt. Die höhere Schwerkraft
wird erzeugt, wenn sich die Pulverströmung durch den Zwischenraum
beschleunigt und nach dem Passieren des Zwischenraumes verlangsamt.
Die optimalen Zwischenraumeigenschaften, die die geeignete Scherkraft
erzeugen, basieren auf einer diskreten Gruppe von Koordinaten entlang
des Gesamtprofiles des Düsenkanals,
wobei der entscheidende Reduktions- (oder Beschleunigungs-)bereich 55 sich
an einem Punkt ergibt, der mindestens bei 70% der Länge des
Breitenprofiles, vorzugsweise bei mindestens 80% der Länge des
Breitenprofiles und am meisten bevorzugt ungefähr bei 82% der Länge des
Breitenprofiles liegt. Mit anderen Worten, der Bereich 55 ergibt
sich vorzugsweise an einer Zwischenstelle, die ungefähr 82% des
Abstandes des Pulverstromes vom Eintritt 71 der Düse zur Pulveraustragsöffnung 72 beträgt. Längs- oder
Außenumfangsprofile
sowohl für
die inneren als auch äußeren Profile
der Düsen
führen
zu verschiedenen Querschnittsbereichen, von denen sich der kleinste
vorzugsweise bei ungefähr
diesem 82%-Punkt entlang der Breitenprofillänge ergibt. Der Bereich mit
der hohen Scherkraft sollte ungefähr an dieser Stelle liegen,
kann jedoch zwischen 72 bis 92% der Länge des Breitenprofiles liegen.
Der Zwischenbereich 55 sorgt somit für den kleinsten Querschnittsbereich
durch die Düse.
Die Querschnittsbereiche am Düseneintritt
und -auslass 71 und 72 sollten erheblich größer sein
als dieser Querschnitt, wobei der Düseneintritt 71 mindestens
20% größer und der
Auslass 72 mindestens doppelt so groß sein sollte. Vorzugsweise
würde der
Querschnittsbereich des Düseneintrittes 71 dann
ungefähr
1,54 mal größer als der
Querschnittbereich an der Stelle des Zwischenbereiches 55 sein,
und der Querschnittbereich an der Pulveraustragsöffnung 72 würde ungefähr 4,81
mal größer als
der Querschnittbereich an der Stelle des Zwischenbereiches 55 sein.
In der bevorzugten Ausführungsform
verengt sich der Strömungsweg
am Bereich 55 auf eine Breite von ungefähr 0,015 bis 0,020 inches (0,38
mm bis 0,51 mm), und vorzugsweise zwischen 0,017 und 0,019 inches
(0,43 mm bis 0,48 mm).
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Der
Rotationsverteiler 39 in der Pulverspritzpistole 10 funktioniert
nicht wie ein Rotationszerstäuber
in einer Flüssigkeitsspritzpistole.
Der Hauptzweck eines Zerstäubers
ist das Zerstäuben der
Flüssigkeit,
das heißt,
Flüssigkeitströpfchen mit gewünschter
Größe zur Verfügung zu
stellen. Die Partikelgröße des Pulvers
wird andererseits während der
Herstellung des Pulvers gebildet, so dass die Bewegung des Verteilers
keinen Einfluss auf die Partikelgröße hat. Statt dessen ist der
Verteiler 39 so konstruiert, dass er die gewünschten
Verteilereigenschaften für
das Pulver zur Verfügung
stellt. Der Verteiler gleicht die Abweichungen in der Partikelstromdichte
aus, die typischerweise in Überdruckpulverfördersystemen
auftreten. Dieser Zustand wird manchmal als „Roping" bezeichnet und wird durch Beobachtungen
bei konventionellen Pulverpistolen mit entweder flachem Sprühmuster
oder konischer Düse bestätigt. Abweichungen
in der Musterdichte infolge des Roping führt zu Riffelungen oder Fingern,
die eigentlich dichtere Bereiche des Fächermusters infolge des Anfangskontakts
des Pulverstromes mit der Prallplatte sind. Anders als eine Flüssigkeitsspritzeinrichtung,
die mit einem Druckflüssigkeitsstrom
von konstantem Druck und konstanter Dichte (weil Flüssigkeit
ein nicht kompressibles Medium ist) gespeist wird, tritt ein Bereich
mit dichter Strömung
innerhalb des Innendurchmessers des Zuführungsschlauches in einem Pulver-Druckluft-Fördersystem
auf. Dieser dichte Bereich befindet sich meistens nicht konzentrisch
im Pulverschlauch; er tritt im Bereich der höchsten Geschwindigkeit der
Pulverströmung
im Schlauch auf. Infolge dessen führt die meist unveränderliche
Förderströmungsgeschwindigkeit
nicht zu einem gleichmäßigen Austritt
von Partikeln über
einen gegebenen Durchmesser. In der Vergangenheit umfassten Versuche,
diese Eigenschaft zu überwinden,
meistens irgend eine Form von Verdünnungsluft an der Auftragseinrichtung
selbst, der Effekt derselben ist jedoch bestenfalls willkürlich, und
das zusätzliche
Luftvolumen am Auftragspunkt ist nachteilig für den Übertragungswirkungsgrad.
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Die
Verteiler- oder Düsenanordnung 39 wird gedreht,
und diese Drehung verleiht dem Pulverpartikelstrom eine Seitenkraft,
die zum Ausgleichen der Abweichungen in der Strömungsdichte führt, bevor die
Partikel aus dem Verteiler ausgetragen werden. Die Größe der auf
die Partikel übertragenen
Seitenkraft ist eine Funktion der Rotationsgeschwindigkeit des Verteilers.
Anders als ein Flüssigkeitszerstäuber ist
die durch den rotierenden Pulververteiler übertragene Gesamtkraft wegen
der fast gänzlich
fehlenden kohäsiven
Eigenschaften der Pulverpartikel sehr gering. Infolge dessen ist
die Förderluft
des Pulverstromes die Hauptkraft, die die Partikel aus dem Verteiler emittiert,
wie es auch im Fall konventioneller Pulverauftragsvorrichtungen
ohne Rotationsverteiler ist. Die Rotation hat hauptsächlich eine
Ausgleichfunktion, keine Funktion, die einen großen Einfluss auf das Fächermuster
hat.
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Es
wurde gefunden, dass eine übermäßige Rotationsgeschwindigkeit
Nachteile über
den Bereich der Lagerlebensdauer und allgemeine Abnutzungsprobleme
hinaus hat. Die meisten würden
annehmen, dass höhere
Rotationsgeschwindigkeiten zu größeren Fächermustern
führen
würden. Überraschenderweise
wurde jedoch gefunden, dass das Gegenteil stimmt. Ein Rotationsverteiler
erreicht sein größtes Muster,
wenn er nicht rotiert. Ohne Rotation treten die Pulverpartikel gerade
aus dem Mittelpunkt der Vorrichtung, senkrecht zum Rand der glockenför migen Prallplatte
aus. Wenn die Prallplatte zu rotieren beginnt, wird ein Windradeffekt
beobachtet, bei dem die Partikel am Rand der Prallplatte in einem Winkel
von weniger als 90° auszutreten
beginnen. Wenn sich die Rotationsgeschwindigkeit erhöht, wird der
Austrittswinkel flacher. Die Hauptaustragskraft ist jedoch immer
noch die Förderluft
des Partikelstromes, nicht die Rotation der Prallscheibe. Infolge
dessen sind die Anfangseigenschaften eines gegebenen Partikels konstant
und der Gesamtabstand eines gegebenen Partikels ist gleich, der
relative Abstand des Partikels vom Auftragsvorrichtungsmittelpunkt
ist jedoch infolge des geringeren Austrittswinkels kleiner, was
zu einem kleineren Gesamtmuster führt.
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Die
grundlegenden Betriebskriterien der Spritzpistole umfassen somit
eine Bestimmung der minimalen Arbeitsgeschwindigkeit, die zum Erreichen
optimaler Verteilereigenschaften oder Austragsdichte notwendig ist,
während
gleichzeitig die größte Mustergröße infolge
des durch die geringere Drehzahl erreichten größeren Austrittswinkels beibehalten
wird. Die sich ergebende gleichmäßige Austragsdichte
ist außerdem
in Koronaimpulsladeanwendungen nützlich
für die
Ladungsübertragung.
Der optimale Drehzahlbereich gemäß dieser
Erfindung wurde als zwischen 750 und 1.500 Umdrehungen pro Minute
liegend gefunden, in Abhängigkeit
von den spezifischen Anwendungskriterien. Dieser Drehzahlbereich
kann nicht mit einem Luftturbinenantriebssystem realisiert werden,
und einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist die Konfiguration
und das Antriebssystem, das vorzugsweise einen Elektromotor umfasst,
zum Erreichen der geeigneten Drehzahl.
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Die
langsamere Rotatationsgeschwindigkeit zwischen 750 und 1.500 Umdrehungen
pro Minute hilft außerdem
die Bildung von Agglomeraten zu verhindern, die ansonsten wahrscheinlich
auftreten, wenn der Verteiler mit höheren Geschwindigkeiten gedreht
wird.
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Die
Spindel 31 hat einen mittigen Innenkanal 47, durch
den Pulver strömt.
Der Innenkanal 47 kommuniziert mit dem Strömungsweg 42 zwischen
den Düsenelementen 40 und 41,
so dass durch den Kanal in der Spindel 31 strömendes Pulver
direkt in den Strömungsweg
zwischen den Düsenelementen strömt. Das
Pulver tritt in den Kanal 47 in der rotierenden Spindel 31 aus
einem nicht rotie renden Rohrelement 48 ein, das sich in
den hinteren Teil der Spindel erstreckt. Das Rohr 48 erstreckt
sich von der Spindel 31 nach hinten und ist an ein Ende
eines Schlauches 49 angeschlossen, der sich durch die Mitte
des Hülseninneren 15 erstreckt.
Das andere Ende des Schlauches 49 ist an ein Verbindungsstück 50 an
der hinteren Stirnplatte 17 angeschlossen, wo es an einen
geeigneten Pulverzuführungsschlauch
(nicht gezeigt) angeschlossen werden kann. Der Zuführungsschlauch
kann an ein konventionelles Pulverzuführungssystem angeschlossen
werden, das einen Behälter
für das
fluidisierte Pulver, eine Pumpe und ein Steuermodul umfasst. Das
vordere Ende des Rohres 48 erstreckt sich teilweise in
den Spindelkanal 47, und somit wird zwischen dem stationären Rohr 48 und
der rotierenden Spindel 31 ein Ringzwischenraum 51 ausgebildet.
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Wenn
sich die Spindel 31 in den Lageranordnungen 36 und 37 dreht,
könnte
das Pulver, das durch die Spindel strömt, in die Lager eintreten
und die Drehung der Spindel behindern. Um das Eintreten von Pulver
in die Lager zu verhindern, werden die Lager durch interne Kanäle 43 und 44 im
Körper 11 (8)
unter Überdruck
gesetzt. Der Überdruck
wird durch Anschluss jeder der Kanäle 43 und 44 an
Luftleitungen 52 bzw. 53 erreicht, die sich durch
das Hülseninnere 15 zu
den Verbindungen 45 und 46 (4) an
der hinteren Stirnplatte 17 erstrecken. Der Kanal 43 tritt
durch eine Öffnung 54 (5)
neben der vorderen Lageranordnung 54 aus. Diese Luft strömt dann
durch einen Kanal 60 an der Spindel 31 und durch
einen Kanal 61 (2 und 2A) an
dem äußeren Düsenelement 41 durch
eine Hülse 69,
die die inneren und äußeren Düsenelemente
mit einer Kammer 70 am inneren Düsenelement verbindet, die einem
Luftverteiler 56 Luft zuführt. Wie in 2A gezeigt
ist, kann der Luftverteiler 56 zum Beispiel eine Membran
oder Schicht aus porösem
Material an der Vorderfläche
der Düse
umfassen, wie es im US-Patent Nr. 5,582,347 offenbart ist, dessen
Offenbarung durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen
ist. Der andere Luftkanal 44 tritt durch eine Öffnung 57 (6)
neben der hinteren Lageranordnung 37 aus. Vorzugsweise
wird der Luftdruck aus den Öffnungen 54 und 57 bei
ungefähr
15 – 25 psi
(ungefähr
103 – 172
kPa) gehalten, und da die Öffnungen 54 und 57 zur
Kammer nicht abgedichtet sind, entweicht Luft aus diesen Öffnungen
in die Kammer und die gesamte Kammer 12 wird mit einem Überdruck
beaufschlagt. Luft kann aus den Öffnungen 54 zwischen
der vorderen Lageranordnung 36 und der Spindel 31 und
aus der Öffnung 57 zwischen der
hinteren La geranordnung 37 und der Spindel 31 austreten.
Wenn die Luft aus der hinteren Lageranordnung 37 austritt,
wird sie um das Lager 37 herum und durch den Ringspalt 51 geführt und
tritt schließlich
in den Kanal 47 in der Spindel ein und wird Teil des Pulverstromes.
Der Austritt von Druckluft beseitigt somit Pulveransammlungen aus
dem Weg, durch den die Luft strömt,
und die Oberflächen
um die Lageranordnungen 36 und 37 und die Spindel
herum werden somit relativ pulverfrei gehalten. Der Luftstrom durch
den Ringspalt 51 verhindert auch das Strömen des
Pulvers aus dem Pulverströmungsweg des
Kanals 47 in Bereiche um die Spindel 31 und die Lager 36 und 37 herum.
Dieses Austreten von Luft erzeugt wirksam eine Luftdichtung am Ringspalt 51, die
dort ausgebildet ist, wo das feststehende Rohr 48 mit der
rotierenden Spindel 31 ineinander greift. Wenn ein rotierendes
Element mit einem feststehenden Element ineinander greift, ist es
notwendig, eine Radialdichtung irgendeiner Art vorzusehen, um das Austreten
des Pulvers aus dem Strömungsweg
zu verhindern, und der Überdruck
in der Kammer 12 und das Austreten von Luft aus der Kammer
durch den Ringspalt 51 sieht solch eine Radialdichtung
zwischen dem feststehenden Rohr 48 und der rotierenden
Spindel 31 vor.
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Obwohl
das zuvor erwähnte
US-Patent Nr. 5,582,347 einen Luftverteiler offenbart, der an einer statischen
oder nicht rotierenden Vorderfläche
angewandt wird, passt die vorliegende Erfindung einzig und allein
dieses Merkmal zur Anwendung an der Vorderfläche eines Rotationsverteilers
an. Der Luftverteiler 56 unterstützt auch das Verhindern der
Agglomeratbildung im Pulver. In der Vergangenheit hat sich Pulver
an dieser Fläche
infolge turbulenter Strömungen
im Pulverluftstrom und des Aufladens des Pulvers aufgebaut. Wenn
dieser Aufbau in der Masse angewachsen ist, wurde er schließlich infolge
der Rotation des Verteilers abgeworfen und endete auf der zu beschichtenden
Oberfläche,
wobei er einen oder mehrere „Pulverkugeln" bildete. Der Luftverteiler 56 mit
seiner porösen
Membran mit der Verteilerluft eliminiert jeglichen Aufbau an der
Vorderfläche
des Verteilers wirksam.
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Der
Austritt von Luft durch den Ringspalt 51 stellt während der
normalen Arbeitsweise der Pistole eine geeignete Dichtung zur Verfügung. Von
Zeit zu Zeit wird es jedoch meistens erforderlich sein, die Pistole
zu reinigen oder das System vom Pulver zu säubern. Dieses wird oft durch
Vorsehen eines Luftstroms mit relativ hohem Druck durch den Zuführungsschlauch
ausgeführt.
Der Druck dieses zeitweisen Luftstromes kann ausreichend sein, um
den Druck in der Kammer 12 zu überwinden und würde pulverhaltige
Luft zurück
durch den Ringspalt 51 und in die Lageranordnung 37 drücken. Dieser
Luftstrom würde
auch pulverhaltige Luft zurück
durch die vordere Lageranordnung 36 drücken. Wenn genug Pulver in
die Lageranordnungen eintritt, kann die durch die Reibung erzeugte
Wärme das
Schmelzen des Pulvers verursachen, was eine Reibungskraft erzeugt,
die die Spindelrotation ernstlich verlangsamen könnte und in Extremfällen den
Stillstand der Spindel verursachen könnte. An der vorderen Lageranordnung 36 kann
sich eine ähnliche
Situation während der
Wartungsreinigung entwickeln, da es übliche Praxis für die Arbeiter
ist, die Pulverspritzanlage durch Anwendung einer Hochdruckluftpistole
zum Abblasen des Pulvers von der Pistole zu reinigen. Diese- Hochdruckluftpistole
kann in die Pistole gerichtet werden, wo sie Pulver durch die vordere
Lageranordnung 36 drücken
kann.
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Um
diesen Luftrückstrom
zu verhindern, sind an der vorderen Lageranordnung 36 bzw.
dem Ringspalt 51 Dichtungselemente 58 und 59 vorgesehen (5 und 6).
Jedes der Dichtungselemente 58 und 59 hat die
Form einer konventionellen Lippendichtung, die aus einem geeigneten
Elastomermaterial hergestellt und um den Außenrand herum befestigt ist.
Die Dichtungselemente 58 und 59 sind so befestigt,
dass das Innenteil der Dichtung nicht dicht an dem Innenelement
dichtet, sondern nur leicht auf dem Innenelement aufliegt, so dass
es durch den Luftüberdruck
aus den Öffnungen
weg bewegt werden kann. Eines der Dichtungselemente 58 ist
um seinen Außenrand
herum an dem nicht rotierenden Lagerstellring 38 neben
der vorderen Lageranordnung 36 befestigt, und der Innenrand
des Dichtungselementes 58 ruht leicht an der Außenfläche der
rotierenden Spindel 31. Das andere Dichtungselement 59 ist
um seinen Außenrand
herum an der rotierenden Spindel 31 neben der hinteren
Lageranordnung 37 befestigt und sein Innenrand ruht leicht
auf der Außenfläche des
nicht rotierenden Rohres 48 an der Stelle des Ringspalts 51.
Jedes der Dichtungselemente 58 und 59 ist flexibel
genug, so dass der Luftdruck aus den Öffnungen 54 und 57 das
leichte Wegbiegen des Dichtungselementes von der Außenfläche der
Spindel 31 oder des Rohres 48 bewirken kann, so
dass die Spindel 31 ohne durch das Dichtungselement erzeugte
Reibungskraft frei rotieren kann. Der Austritt von Luft aus den Öffnungen 54 und 57 um
die Innenseite der Dichtungselemente 58 und 59 herum
ver hindert das Eindringen von Pulver in die Lageranordnungen 36 und 37.
Wenn ein relativ hoher Rückdruck
ausgeübt
wird, wie zum Beispiel ein Spülimpuls
oder externes Druckluftausblasen, werden die Dichtungselemente 58 und 59 zeitweise
zurück gegen
die Außenflächen der
Spindel 31 und des Rohres 48 gedrückt, so
dass das Zurückblasen
von Pulver im Strömungsweg
in die Lageranordnungen 36 und 37 verhindert wird.
Die Dichtungselemente 58 und 59 wirken somit ein
wenig wie Rückschlagklappenventile,
wobei sie die Luftströmung
aus der Kammer 12 zulassen, jedoch den Rückstrom
von Luft zu den Lageranordnungen 36 und 37 verhindern.
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Um
die Möglichkeit
des Haltens der Spindel 31 in einer feststehenden, nicht
rotierenden Position beim Befestigen oder Entfernen der Düsenanordnung 39 vorzusehen,
ist im Körper 11 eine
Spindelverriegelungsanordnung 62 vorgesehen. Die Spindelverriegelungsanordnung 62 umfasst
ein Verriegelungselement 63 (2), das
sich in einer Bohrung im Körper 11 radial
bewegen kann. Ein Ende 64 des Verriegelungselementes 63 erstreckt
sich von der Außenseite
des Körpers 11 und
das andere Ende 65 kann in eine von verschiedenen flachen Öffnungen 66 ragen,
die um die Außenseite
der Spindel 31 herum ausgebildet sind. Das Verriegelungselement 63 wird
durch eine Feder 67 radial nach außen gedrückt und wird innen durch einen
konventionellen Haltebügel 68 gehalten.
Wenn das Ende 64 des Verriegelungselementes zusammengedrückt wird,
greift das andere Ende 65 des Verriegelungselementes in
eine der Öffnungen 66,
um die Spindel 31 festzuhalten und das Drehen der Spindel
zu verhindern. Wenn das Ende 64 vom Haltebügel 68 gelöst wird,
drückt die
Feder 67 das Verriegelungselement 63 radial nach
außen,
um die Spindel 31 freizugeben. Durch Anwendung der Spindelverriegelungsanordnung 62 zum
Festhalten der Spindel 31 und Verhindern der Rotation der
Spindel beim Befestigen oder Entfernen der Düsenanordnung 39 wird
durch die vorliegende Erfindung die Anwendung von Spezialwerkzeugen vermieden,
die bei bekannten Spritzpistolen notwendig waren.
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Elektrische
Energie zum Aufladen des Pulvers tritt durch einen in der hinteren
Stirnplatte 17 angeordneten Elektroanschluss 73 in
die Pistole ein. Der Anschluss 73 ist an einen Hochspannungsvervielfacher 74 angeschlossen,
der im Hülseninneren 15 zwischen
dem Körper 11 und
der hinteren Stirnplatte 17 angeordnet ist. Der Vervielfacher 74 kann gleich
oder ähnlich
den in anderen elektro statischen Pulverspritzpistolen verwendeten
sein. Der Vervielfacher 74 ist an einen innerhalb des Körpers 11 angeordneten
Begrenzungswiderstand 75 angeschlossen und der Widerstand 75 ist
an einen leitfähigen
O-Ring 76 angeschlossen, der in einer Nut zwischen dem Körper 11 und
der vorderen Abschlusskappe 13 angeordnet ist. An der Vorderseite
der Abschlusskappe 13 sind mehrere Elektroden 77 angeordnet
und erstrecken sich von der Vorderseite der Pistole um den radialen
Außenrand
der Düsenanordnung 39 herum. Obwohl
jede Anzahl von Elektroden verwendet werden kann, werden vorzugsweise
zwei oder drei Elektroden verwendet, wobei die Elektroden um die
Düsenanordnung
herum gleichmäßig beabstandet
sind. In der dargestellten Ausführungsform
werden zwei Elektroden 77 verwendet, jeweils 180° in Bezug
aufeinander. Die Spitze jeder Elektrode 77 erstreckt sich von
der Vorderfläche
der Abschlusskappe 13 und lädt das Pulver auf, wenn es
aus dem in der Düsenanordnung 39 gebildeten
Spalt 42 austritt. Durch Anordnen der Elektroden 77 außerhalb
des Pulverströmungsweges
werden verschiedene mechanische Vorteile erreicht.
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Die
Rotationsgeschwindigkeit der Spindel 31 wird durch Verändern der
Netzspannung zum Motor 22 verändert. Der Elektromotor 22 ist
mit einem Drehzahlmesser versehen, so dass die Motordrehzahl gemessen
werden kann. Wenn ein pneumatischer oder Luftmotor verwendet wird,
wird die Drehzahl des Motors durch Verändern des Druckes der dem Motor
zugeführten
Luft verändert.
Der gleiche Luftdruck zum Luftmotor wird jedoch infolge von Änderungen
in den Pulverströmungsgeschwindigkeiten
und der relativen Dichte des Pulvers infolge des Reibungswiderstandes
des Pulvers, der sich entsprechend der Pulverströmungsgeschwindigkeit verändert, nicht
immer die gleiche Spindeldrehzahl erzeugen. Deshalb kann es notwendig
sein, die Rotationsgeschwindigkeit der Spindel 31 direkt
zu messen. Die Spindeldrehzahl wird durch einen Drehzahlermittler
ermittelt, der einen innerhalb des Hülseninneren 15 angeordneten Sensor 82 (7)
umfasst. Vom Sensor 82 erstreckt sich ein Paar Lichtwellenleiter 83 durch
eine Bohrung 84 im Körper 11.
Die Enden der Lichtwellenleiter 83 sind auf das rotierende
Zahnrad 29 gerichtet. Das Zahnrad 29 umfasst ein
Paar von Schrauben 30, die gegenüber dem Zahnrad ein kontrastierendes
Aussehen haben. Wenn das Zahnrad 29 zum Beispiel aus einem
Material hergestellt ist, das dunkel oder lichtabsorbierend ist,
würden
die Schrauben 30 aus einem hellen oder lebhaften oder glänzenden
Material sein. Einer der Lichtwellenleiter 83 überträgt Licht zum Beleuchten
der Schrauben 30 am Zahnrad 29. Der andere Leiter 83 überträgt von den
Schrauben 30 reflektiertes Licht zurück zum Sensor 82.
Wenn sich das Zahnrad 29 dreht, wird durch die Schrauben 30 reflektiertes
und durch die Lichtwellenleiter 83 zum Sensor 82 übertragenes
Licht verwendet, um die Anwesenheit der Schrauben 30 zu
ermitteln und dadurch jede Umdrehung des Zahnrades 29 zu
ermitteln. Die Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrades 29 stimmt
mit der Rotationsgeschwindigkeit der Spindel 31 überein,
so dass damit durch den Sensor 82 die Spindeldrehzahl bestimmt
wird. Der Sensor 82 kann durch eine an der hinteren Stirnplatte 17 angeordnete elektrische
Verbindung mit einer geeigneten Ausgabeeinrichtung oder Steuereinrichtung
verbunden sein. Der Drehzahlermittler kann entsprechend bekannten
Verfahren mit der Luftzuführung
zum luftbetriebenen Motor verbunden sein, so dass die Drehzahl der
Spindel eingestellt werden kann.
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Die
hintere Stirnplatte 17 (4) kann
auch mit zwei oder mehreren zusätzlichen
Luftanschlüssen 90, 91 und 92 versehen
sein. Einer dieser Anschlüsse 90 kann
an einen Schlauch 93 (8) angeschlossen
sein, der sich durch das Innere der Hülse 14 erstreckt und
an einen sich in den Körper 11 erstreckenden
Kanal 94 angeschlossen ist. Der Kanal 94 ist an
einen Kanal 95 im Lagerstellring 38 angeschlossen,
der die Luft zwischen dem Lagerstellring 38 und dem äußeren Düsenelement 41 führt: Die
Luft tritt neben den Elektroden 77 aus der Spritzpistole aus,
wo sie die Luft um die Elektroden herum kühlt oder formt. Die anderen
Verbindungen 91 und 92 können für zusätzliche Leistungsfähigkeiten
eingesetzt werden, wie zum Beispiel für Luft, die den Öffnungen
an der Vorderseite der Abschlusskappe 13 zugeführt wird,
um den an der Düsenanordnung
austretenden Pulverstrom zu formen, oder für Luft, die zum Entfernen angesammelten
Pulvers verwendet wird.
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An
der gerade beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Pistole können verschiedene Modifikationen
vorgenommen werden. Zum Beispiel können anstelle eines Elektromotors
andere geeignete Motoren verwendet werden, die die Spindel mit variablen
Drehzahlen antreiben und die die Spindel mit Drehzahlen von weniger
als 2.500 Umdrehungen pro Minuten zuverlässig antreiben.
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Ein
Merkmal der Pistole besteht darin, dass die Spindel und der Verteiler
mit einer Drehzahl von weniger als 2.500 Umdrehungen pro Minute-
rotieren. Dieses führt
zu einem Rotationsverteiler, der mit Geschwindigkeiten rotiert,
die viel langsamer als die Geschwindigkeiten der bekannten Spritzpistolen sind.
Turbinen, wie jene in bekannten Spritzpistolen verwendeten, können nur
bei so langsamen Drehzahlen wie ungefähr 2.500 Umdrehungen pro Minuten
effektiv arbeiten. Bei geringeren Drehzahlen arbeiten sie nicht
mit einer gleichmäßigen oder
gleichbleibenden Drehzahl oder arbeiten überhaupt nicht. Das Vermeiden
der Anwendung einer Turbine zum Drehen des Verteilers erlaubt das
effektive Erreichen von viel geringeren Drehzahlen. Dieses vermeidet das
Problem des Pulverschmelzens, das entstehen kann, wenn der Verteiler
mit einer höheren
Drehzahl rotiert und die Pulverpartikel eine kinetische Energie erhalten,
die sich in Wärme
umwandelt, wenn die Pulverpartikel auf den Verteiler treffen.
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Die
Gestaltung der Spritzpistole kann auch für spezifische Zwecks modifiziert
werden. 9 zeigt solch eine modifizierte
Spritzpistole 10',
die ein äußeres Düsenelement 41' besitzt, das
am vorderen Ende der Spritzpistole eine runde Spitze besitzt, die mit
der Spindel rotiert. Die runde Spitze eliminiert die Notwendigkeit
für die
Verteilerflächenfunktion
durch aerodynamisches Leiten des Luftstromes, um ein Stromlinienkörperprofil
zu ermöglichen.
Dieses Profil stellt eine dreidimensionale Form zum- intermittierenden
Spülen
mit einem externen Ausblaselement zur Verfügung, das die gleiche pneumatische
Zuführung wie
das Verteilerflächenmerkmal
verwenden würde. Der
Verteiler und das externe Ausblasverfahren würden somit nicht gleichzeitig
angewandt werden. Diese Spritzpistolenkonfiguration kann in Anwendungen vorteilhaft
sein, die Pulverprodukte anwenden, deren Hauptpartikelgröße kleiner
als 15μm
ist. Der Innenaufbau der Spritzpistole 10' der 9 ist ansonsten identisch
zur Spritzpistole 10 der 1 und umfasst die
Luftzuführung,
die an den Verteiler angeschlossen ist, obwohl diese Luftzuführung in
der Spritzpistole 10' nicht
für diesen
Zweck verwendet wird.