Pulverzerstäuber und Pulverbeschichtungsverfahren

Abstract

 In einem Pulverzerstäuber für die Serienbeschichtung von Werkstücken wird in den Weg (14) des aus dem Pulverkanal (6) des Zerstäubers austretenden Pulver-Luftgemisches aus einem separaten Kanal (30) zusätzliche Luft geleitet, die bei der Beschichtung zur Beeinflussung und Änderung des Gemisches verwendet werden kann und in Beschichtungspausen als Spülluft zum Reinigen des beispielsweise durch eine Zerstäuberglocke (4) führenden Pulverweges dient.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Pulverzerstäuber sowie Verfahren zur Serienbeschichtung von Werkstücken mit pulverförmigem Beschichtungsmaterial gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche. Insbesondere betrifft die Erfindung einen elektrostatischen Rotationszerstäuber mit einer im Betrieb auf Hochspannungspotential liegenden Pulverzerstäubungsglocke, wie er für die Serienbeschichtung von Fahrzeugkarossen verwendet wird.

[0002] Bei derartigen Rotationszerstäubern wird bekanntlich (Dürr/Behr Typ N34040001) das Pulver-Luftgemisch durch externe Schläuche zugeführt und innerhalb des Zerstäubers durch die Hohlwelle der Antriebsturbine in einen spaltförmigen Kanal im Inneren des an der Hohlwelle befestigten Glockentellers geleitet. In diesem Spaltkanal strömt das Pulver aufgrund der Rotationskräfte zum äußeren Rand des Glockentellers, wo es beim Austritt ins Freie zerstäubt wird. Der Spaltkanal steht innerhalb des von der Hohlwelle und der mit ihr verbundenen Glockennabe gebildeten Hohlraums nach außen abgeschlossen mit der Mündung des durch die Hohlwelle verlaufenden Pulverkanals in Verbindung. Bei Rotationszerstäubern ohne einen solchen Spaltkanal ist es bekannt, mit der aus der Turbine austretenden Antriebsluft an der Mündung des zentralen Pulverkanals eine dort stattfindende Vorzerstäubung zu unterstützen.

[0003] Bei Pulverzerstäubern besteht das Problem, dass sich Beschichtungsmaterial nicht nur in den Versorgungsleitungen und in dem Pulverkanal innerhalb des Zerstäubers absetzen kann, sondern auch in dem Weg des Pulver-Luftgemisches nach Austritt aus der Mündung des Pulverkanals, bei dem betrachteten Beispiel eines Rotationszerstäubers also insbesondere in dem Spaltkanal des Glockentellers. Für die in Beschichtungspausen beispielsweise bei einem Farbwechsel notwendige Beseitigung dieser Pulverablagerungen wurde durch den externen Pulverschlauch Spülluft in den Zerstäuber geleitet. Ferner wurden Ablagerungen im Glockenteller manuell nach Zerlegen der den Spaltkanal begrenzenden Glockentellerteile entfernt. Das Zerlegen und manuelle Reinigen des Glockentellers ist arbeits- und zeitaufwendig und beseitigt nicht die Gefahr einer Querschnittsverengung oder gar Verstopfung im Glockenteller während des Betriebes. Die Reinigung des Zerstäubers mit durch den externen Pulverschlauch zugeführter Luft kann sich dagegen aus verschiedenen anderen Gründen als unzulänglich und unbefriedigend erweisen. Zum einen ist zur Förderung der Spülluft durch den externen Pulverschlauch wegen dessen Länge erheblicher Energieaufwand erforderlich, wenn eine Reinigungswirkung erzielt werden soll. Ferner ist die zur Reinigung vorgesehene Luft zumindest anfänglich selbst durch so viel Restpulver aus dem Schlauch belastet, dass eine Reinigungswirkung erst nach relativ langer Zeit eintritt, die dem Beschichtungsbetrieb verloren geht.

[0004] Während des Beschichtungsbetriebes können außer der Verstopfungsgefahr auch störende Instabilitäten auftreten. Da bei den bekannten Rotationszerstäubern der Luftanteil im Pulver-Luftgemisch nur von dem Dosiersystem (z. B. Injektor oder Pulverpumpe) bestimmt wird, kann es vor allem bei luftarmen Fördersystemen zu Pumpeffekten und unerwünschten Änderungen des Pulver-Sprühstrahls kommen.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist, Pulverzerstäuber bzw. Pulverbeschichtungsverfahren anzugeben, die auf einfache, zuverlässigere und zeitsparende Weise Störungen des Betriebes insbesondere durch Pulverablagerungen vermeidet.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.

[0007] Wesentliche Vorteile der Erfindung können sich sowohl bei der Entfernung von Pulverablagerungen in Beschichtungspausen als auch beim Beschichtungsbetrieb ergeben.

[0008] Die Zuführung der Spülluft während der Beschichtungspausen erfordert weniger Energie und ist wesentlich effizienter als bisher, da sie ohne Umweg über den üblicherweise bis zu 15 m langen externen Pulverschlauch auf direktem Weg in den Zerstäuber geleitet wird. Außerdem handelt es sich hier um reine Luft, die nicht durch Restpulver belastet ist und daher sofort und ohne Verzögerung volle Reinigungswirkung entfaltet. Besonders vorteilhaft ist die bisher nicht bestehende Möglichkeit einer gezielten effektiven Glockentellerreinigung während der Produktion entsprechend der bei Nasslackzerstäubern bekannten und üblichen Kurzspül-Funktion u. a. dank der praktisch verzögerungsfreien Zuführung der Spülluft. Bei der Beschichtung kann der zusätzliche Luftkanal dagegen zum zusätzlichen Eintrag von Dosierluft vor der Zerstäubung und zur Änderung des Luftanteils im Pulver-Luftgemisch unabhängig von dem üblichen Dosiersystem genutzt werden. Damit kann u. a. den erwähnten Instabilitäten und dabei auch der Neigung zur Pulverablagerung entgegengewirkt werden. Außerdem lassen sich durch die Zusatzluft auch auf einfache Weise Sprühstrahlgröße, Partikelgeschwindigkeit und weitere Parameter gezielt beeinflussen und stabilisieren.

[0009] An dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel eines elektrostatischen Pulver-Rotationszerstäubers wird die Erfindung näher erläutert.

[0010] Der nur teilweise dargestellte Rotationszerstäuber kann bis auf die im folgenden erläuterten Merkmale der Erfindung dem bekannten Zerstäuber vom Typ Dürr/Behr N34040001 entsprechen. Er enthält wie dieser ein vorderes Zerstäubergehäuse 1, in dem sich die mit Druckluft betriebene Antriebsturbine 2 mit der drehbar gelagerten Hohlwelle 3 befindet. In dem freiliegenden offenen Ende der Hohlwelle 3 ist der hohlzylindrische Nabenteil 5 der Zerstäuberglocke 4 befestigt. Durch die Hohlwelle 3 erstreckt sich koaxial ein als Pulverkanal des Zerstäubers dienendes zylindrisches Rohr 6 bis in den Nabenteil 5 der Glocke 4 hinein, wo er darstellungsgemäß bei 7 axial außerhalb des Zerstäubergehäuses 1 mündet. Das Pulverrohr 6 ist in dem Zerstäuber an einen von einer externen Luft- und Pulverversorgung kommenden Pulverschlauch (nicht dargestellt) angeschlossen.

[0011] Der (nicht dargestellte) Hochspannungserzeuger für die das Beschichtungspulver auf das übliche Potential aufladende Zerstäuberglocke 4 kann ebenfalls in dem Zerstäuber untergebracht werden, beispielsweise in dem Gehäuse 1.

[0012] Die gewöhnlich auch als Glockenteller bezeichnete Zerstäuberglocke 4 besteht in bekannter Weise im wesentlichen aus einem mit dem Nabenteil 5 einstückigen äußeren Teil 8, das die dem Zerstäubergehäuse 1 zugewandte Kegelfläche 9 und die innere konische Fläche 10 der dargestellten Form hat, und einem in dem Raum vor der Fläche 10 sitzenden inneren Teil 12, das eine der Fläche 10 unter Bildung eines Spaltkanals 14 gegenüberliegende Innenfläche 16 hat und mit dem äußeren Teil 8 starr verbunden ist. Der Spaltkanal 14 wird also von den beiden konischen Flächen 10 und 16 begrenzt. Die Flächen 10 und 16 könnten parallel zueinander liegen, doch kann es zweckmäßiger sein, wenn sich ihr Abstand in Richtung nach außen verringert, der Spaltkanal 14 sich also darstellungsgemäß verjüngt. Das innere Glockenteil 12 hat einen zentralen zylindrischen Ansatz 21, der in einer koaxial zur Zerstäuberachse an oder vor der Mündung 7 des Pulverrohres 6 liegenden konischen Spitze 22 endet und somit das dort austretende Pulver-Luftgemisch in den durch die Glocke dort austretende Pulver-Luftgemisch in den durch die Glocke 4 bis zu deren Absprühkante 24 verlaufenden Spaltkanal 14 lenkt.

[0013] Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zwischen dem Außenumfang des Pulverrohres 6 und der Innenwand der Hohlwelle 3 ein separater, zusätzlicher Luftkanal 30 gebildet, der z. B. über einen (nicht dargestellten) koaxialen Ringkanal im hinteren Teil des Zerstäubers an eine in den Zerstäuber führende Druckluftleitung angeschlossen ist. Menge, Geschwindigkeit und/oder Druck der Luft in dem Kanal 30 können in an sich bekannter Weise gesteuert und geregelt werden. Der Luftkanal 30 erstreckt sich längs des Pulverrohres 6 bis in den Nabenteil 5 der Zerstäuberglocke 4, so daß er unmittelbar an der Mündung des Rohres 6 in den Weg des dort austretenden und in den Spaltkanal 14 des Glockentellers fließenden Pulver-Luftgemisches mündet. Der das Mündungsende des Luftkanals 30 bildende Ringspalt 31 beispielsweise innerhalb des Nabenteils 5 kann etwas flacher sein als im weiter hinten liegenden Bereich, so daß der zusätzliche Luftstrom entsprechend beschleunigt austreten kann.

[0014] Der Weg des aus dem Pulverkanal austretenden Pulver-Luftgemisches, in den der zusätzliche Luftkanal 30 mündet, ist vorzugsweise nach außen abgeschlossen. Bei dem dargestellten Beispiel mündet der Luftkanal 30 in den durch das äußere Glockenteil 8 nach außen abgeschlossenen Raum, durch den die Mündung des Pulverrohres 6 mit dem Spaltkanal 14 der Glocke 4 in Verbindung steht.

[0015] Auf die Kegelfläche 9 an der rückwärtigen Außenseite der Zerstäuberglocke 4 kann in bekannter Weise den Sprühkegel des zerstäubten Pulvers beeinflussende Lenkluft gerichtet werden, die aus (nicht dargestellten) Düsen eines im Stirnende des Zerstäubergehäuses 1 angeordneten Lenkluftrings 28 austritt. Ferner kann in ebenfalls bekannter Weise aus einer Stirnfläche des nicht dargestellten hinteren Zerstäubergehäuses sogenannte Freihalteluft auf die Außenseite des Zerstäubergehäuses 1 gerichtet werden, um Staub und Pulvernebel von dem Gehäuse fernzuhalten. Die Freihalteluft kann ständig oder nur für kurze Reinigungszeiten eingeschaltet werden und wird üblicherweise so schwach dosiert, daß sie keinen Einfluß auf den Sprühkegel hat. Während des Beschichtungsbetriebes kann die zusätzliche Luft aus dem separaten Kanal 30 je nach Betriebsbedingungen und Anwendungsfall entweder abgeschaltet oder aber zur Beeinflussung und Änderung des aus dem Pulverkanal in die Zerstäuberglocke 4 geleiteten Gemisches verwendet werden.

[0016] In Beschichtungspausen bei abgeschalteter Pulverförderung dient die zusätzliche Luft dagegen als Spülluft zum Reinigen des gesamten Pulverweges von der Mündung 7 des Pulverrohres 6 bis zur Absprühkante 24 einschließlich des Spaltkanals 14.

[0017] Der Weg der Abtriebsluft der Turbine ist nicht dargestellt. Er kann außerhalb des Luftkanals 30 verlaufen, der jedenfalls an eine von der Turbine getrennte gesteuerte Luftquelle angeschlossen wird. Die zum Spülen des Glockentellers in Beschichtungspausen erforderliche Luftmenge beträgt in der Regel mehr als 200 Normliter (Nl)/min. Während des Beschichtungsbetriebes kann die zusätzliche Luft aus dem Kanal 30 abgeschaltet werden, wenn kein zusätzlicher Eintrag von Dosierluft erforderlich ist.

[0018] Die Erfindung eignet sich nicht nur für den als Beispiel gewählten Rotationszerstäuber, sondern insbesondere für ähnliche oder andere Zerstäuber mit beliebigen anders gestalteten Glockentellern. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf Rotationszerstäuber beschränkt, sondern beispielsweise auch für elektrostatische oder sonstige Pulverpistolen anwendbar. Abweichend von dem beschriebenen Beispiel kann die zusätzliche Luft in das von außen zugeführte Pulver-Luftgemisch statt aus einer zur Zerstäuberachse konzentrischen ringförmigen Öffnung auch durch Düsen, Schlitze, Bohrungen oder sonstige Öffnungen eingeleitet werden, die symmetrisch um den Pulverkanal verteilt oder insbesondere im Fall von Rotationszerstäubern u. U. auch einseitig angeordnet sein können.

[0019] Ferner kann es abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sinnvoll sein, die als Spülluft dienende zusätzliche Luft nicht erst an der Mündung des von der externen Pulversorgung gespeisten Pulverkanals des Zerstäubers einzutragen, sondern an einer stromaufwärts liegenden Stelle, beispielsweise am Pulvereingang des Zerstäubers.

Ansprüche

1. Pulverzerstäuber für eine Anlage zur Serienbeschichtung von Werkstücken mit pulverförmigem Beschichtungsmaterial,
   mit einem durch den Zerstäuber bis zu einer Mündungsöffnung (7) führenden Pulverkanal (6), der an eine externe Leitung zur Versorgung des Zerstäubers mit einem Gemisch aus dem Beschichtungspulver und Luft angeschlossen oder anschließbar ist,
   wobei das durch den Pulverkanal (6) fließende und aus der Mündungsöffnung (7) austretende Pulver-Luftgemisch zerstäubt wird,
   und mit einem zusätzlichen Luftkanal (30), der an der Mündungsöffnung (7) des Pulverkanals (6) mündet,
   dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem zusätzlichen Luftkanal (30) in den Weg (14) des aus der Mündungsöffnung (7) des Pulverkanals (6) austretenden Gemisches einleitbare Luft zum Spülen dieses Weges (14) in den Beschichtungspausen und/oder zur Einstellung eines gewünschten Luftanteils im Pulver-Luftgemisch steuerbar ist.

2. Pulverzerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Luft während des Beschichtungsbetriebes ausschaltbar ist.

3. Pulverzerstäuber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Luftkanal (30) aus einem das Mündungsende des Pulverkanals (6) umgebenden Ringspalt (31) mündet.

4. Pulverzerstäuber nach Anspruch 1, 2 oder 3 mit einer bei der Beschichtung rotierenden Zerstäuberglocke (4), die an einer den Pulverkanal (6) enthaltenden Hohlwelle (3) befestigt ist und einen zu ihrer Absprühkante (24) führenden Weg enthält, durch den das aus dem Pulverkanal (6) austretende Pulver-Luftgemisch fließt, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Luft in den zu der Absprühkante (24) führenden Weg (14) geleitet wird.

5. Pulverzerstäuber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Luft in einen Spaltkanal (14) geleitet wird.

6. Pulverzerstäuber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spaltkanal (14) durch konische Flächen (10, 16) im Inneren der Zerstäuberglocke (4) begrenzt wird.

7. Pulverzerstäuber nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Luftkanal (30) den Pulverkanal (6) innerhalb der Hohlwelle (3) ringförmig umschließt.

8. Verfahren zur Serienbeschichtung von Werkstücken mit pulverförmigem Beschichtungsmaterial unter Verwendung eines Pulverzerstäubers mit einem durch den Zerstäuber führenden Pulverkanal (6), in den ein von einer externen Pulverleitung zugeführtes Gemisch aus Beschichtungspulver und Luft zu einer Mündungsöffnung (7) fließt,
   wobei das durch den Pulverkanal (6) fließende und aus der Mündungsöffnung (7) austretende Pulver-Luftgemisch zerstäubt wird,
   dadurch gekennzeichnet, dass in Beschichtungspausen aus einem zusätzlichen Luftkanal (30) zum Spülen und Reinigen dienende Luft, die dem Zerstäuber außerhalb der externen Pulverleitung zugeführt wird, in den Pulverkanal (6) oder in den Weg (14) des aus der Mündungsöffnung des Pulverkanals (6) austretenden Gemisches eingetragen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Beschichtungsbetriebes aus dem zusätzlichen Luftkanal (30) sich mit dem durch die externe Pulverleitung zugeführten Gemisch mischende Luft, die dem Zerstäuber außerhalb der externen Pulverleitung zugeführt wird, in den Pulverkanal (6) oder in den Weg des aus der Mündungsöffnung (7) des Pulverkanals (6) austretenden Gemisches eingetragen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft aus dem zusätzlichen Luftkanal (30) unmittelbar an der Mündungsöffnung (7) des Pulverkanals (6) eingetragen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft aus dem zusätzlichen Luftkanal (30) in den Pulverkanal (6) des Zerstäubers stromaufwärts von dessen Mündungsöffnung (7) eingetragen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der zusätzlichen Luft zum Spülen mindestens 200 Nl/min beträgt.

Zeichnung