Verfahren und Vorrichtung zum feinsten Versprühen von Suspensionen

Abstract

 Verfahren und Vorrichtung zum Versprühen von Suspensionen, die in der Luft zur Filmbildung und Verharzung neigen, beispielsweise zum Versprühen von Hochtempraturschmiermittel auf Graphitbasis mit Zusätzen von Alkylenpolymerisaten einem Dispersionsmitteln. Die Vorrichtung weist einen Sprühkopf mit einer Düsenöffnung, einen durch die Düsenöffnung schiebbaren Stempel und einem Siebeinsatz auf. Die Suspension wird durch eine Luftzerstäuberdüse mittels eines mit Flüssigkeit gesättigten oder übersättigten Druckgases in feinstteiliger Form versprüht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum feinsten Versprühen von Suspensionen in feinstteiliger Form.

[0002] Aus der DE-OS 27 24 931 ist eine Vorrichtung zum Versprühen von dispersen Systemen, insbesondere Suspensionen, bekannt, enthaltend einen Sprühkopf mit einer Düsenöffnung, einem im Inneren des Sprühkopfes angeordneten, durch die Düsenöffnung schiebbaren Stempel und gegebenenfalls einem zwischen dem Einlass für das disperse System und der Düsenöffnung angeordneten Siebeinsatz mit Abstreifvorrichtung für den Siebeinsatz. Um mit dieser Vorrichtung zufriedenstellend arbeiten zu können und ein gleichmässiges Spritzbild zu erhalten, muss eine Düsenöffnung mit einem minimalen Durchmesser von 0,3 mm vorgesehen und ein minimaler Arbeitsdruck von 20 bar eingehalten werden. Das bedeutet, dass ein bestimmter Durchsatz nicht unterschritten werden kann. Das heisst auch, dass beim Versprühen die dispersen Systeme als relativ dicke Filme aufgetragen werden. Es wurde deshalb in der europäischen Patentanmeldung 0 039 839 vorgeschlagen, das disperse System durch eine Luftzerstäuberdüse zu versprühen. Eine Luftzerstäuberdüse ermöglicht eine wesentlich bessere Regulierung der Sprühmenge und ist besonders geeignet, kleinste Mengen Material gleichmässig zu verteilen.

[0003] Beim Versprühen von Suspensionen, enthaltend Graphit als Dispersum, grössere Anteile von Polymeren, wie Alkylenpolymerisate, Dispersionsmittel und Stabilisatoren, suspendiert in der Regel in Wasser, durch eine Luftzerstäuberdüse besteht die Gefahr, dass insbesondere das Polymer zur Filmbildung und Verharzung neigt.

[0004] Derartige Suspensionen sind in der DE-OS 24 50 717 als Hoch- temperaturschmiermittel beschrieben.

[0005] Es hat sich in der Praxis herausgestellt, dass die Polymere durch ihre filmbildenden Eigenschaften im Dauerbetrieb durch laufende Ablagerungen die Luftzerstäuberdüse in ihrer Wirkung zu beeinträchtigen vermögen. Während die Flüssigkeitsdüse bei Verstopfungen durch eine Reinigungsnadel durchstossen wird, vermögen die filmbildenden Polymere nach und nach Ablagerungen aufzubauen und den Luftstrom zu beeinträchtigen und schliesslich zu unterbrechen.

[0006] Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, die einen störungsfreien Dauerbetrieb beim Versprühen von polymerhaltigen Suspensionen ermöglicht.

[0007] Erfindungsgemäss wird dies durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 6 erreicht.

[0008] Nach dem Verfahren der Erfindung wird als Sprühgas zweckmässig Luft und als Flüssigkeit zweckmässig Wasser angewendet.

[0009] Vor allem aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wird in der Regel Luft angewendet, es ist aber auch möglich, statt Luft andere Gase, wie Stickstoff, CO₂, halogenide Kohlenwasserstoffgase oder Edelgase allein oder im Gemisch untereinander oder im Gemisch mit Luft einzusetzen.

[0010] Ebenso wird aus wirtschaftlichen Erwägungen Wasser als Flüssigkeit eingesetzt. Als Flüssigkeit können aber auch Alkohole mit 1 bis 8 C-Atomen, Glykole, Glykoläther oder Glykolätherester allein, im Gemisch untereinander oder in Mischung mit Wasser eingesetzt werden. Gegebenenfalls kann die Flüssigkeit auch Anteile von organischen, wässerlöslichen Oelen oder eine Emulsion von Oel in Wasser enthalten.

[0011] Die Flüssigkeit kann auf verschiedene Arten dem Gas zugemischt werden. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, die Flüssigkeit zu verdampfen und durch den Gasstrom aufnehmen zu lassen oder die Flüssigkeit kann in den Gasstrom eingespritzt werden. Dazu bieten sich Vorrichtungen, beispielsweise Dosierpumpen, Druckgefässe mit Dosierung, Unterdruckdosierer usw., an.

[0012] Nach dem Verfahren der Erfindung muss das Druckgas mit Flüssigkeit gesättigt oder übersättigt sein. Damit sollen auch Sättigungsgrade mit eingeschlossen sein, die nur einer annähernden Sättigung entsprechen und wie sie beispielsweise durch Volumensänderung und Temperaturschwankungen im Druckgas vorkommen können. Im vorliegenden Fall versteht man unter Uebersättigung nicht allein einen übersättigten Zustand, sondern im weiteren Sinn insbesondere auch den Nebel, also die Flüssigkeit in Form feinster Tröpfchen, im Druckgas.

[0013] Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen in beispielhafter Weise näher erläutert. Es zeigt Abbildung 1 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung. Im Gehäuse 1, das mit einem Einlass 2 für die Suspension ausgestattet ist und an dessen Spitze sich eine Düsenöffnung 3 mit einem Durchmesser von 1,0 bis 4,0 mm befindet, ist ein Stempel 4 angeordnet. Der Stempel 4 ist in Längsrichtung beweglich angeordnet und wird durch den Kolben 5 bewegt. Beispielsweise erfolgt die Steuerung des Kolbens pneumatisch durch den Druckgasanschluss 11 und 12. Ein Teilstrom des Druckgases bildet die Druckgaszuführung 8 zu der Luftzerstäuberdüse.

[0014] Der erfindungsgemässe Siebeinsatz 6 weist zweckmässig eine zylindrische, die Seitenflächen des Stempels umschliessende Form auf. Der Siebeinsatz 6 kann am Kolben 5 befestigt sein. Die Abstreifvorrichtung 7 wird zweckmässig als ein den äusseren Umfang des Siebeinsatzes bestreichender Hohlzylinder gestaltet, der am Gehäuse 1 befestigt ist oder die Abstreifvorrichtung kann in einer Laufbuchse im Gehäuse 1 ausgebildet sein. Dichtelemente können ein Durchdringen der Medien verhindern.

[0015] Werden mit der erfindungsgemässen Vorrichtung Suspensionen versprüht, so werden allenfalls mitgerissene, unerwünscht grosse Partikel am Siebeinsatz zurückgehalten.

[0016] Durch eine Druckgaszuführung 8, die in die Sprühdüse 3 mündet, wird das gesättigte oder übersättigte Druckgas gepresst. Vor der Düsenöffnung vermischt sich das gesättigte oder übersättigte Druckgas mit der Suspension und die Suspension wird als Nebel versprüht.

[0017] Der Kolben 5 bewegt den daran befestigten Stempel 4 zuerst in Oeffnungsrichtung, d.h. die Stempelspitze wird aus der Düsenöffnung zurückgezogen und gibt den Weg für die Suspension frei. Wird der Kolben in entgegengesetzter Richtung bewegt, stösst die Stempelspitze wieder in die Düsenöffnung, presst allfällige Verunreinigungen heraus und schliesst die Lochdüsenöffnung. Der mit dem Kolben 5 verbundene Siebeinsatz 6 wird beim Schliessvorgang abgestreift, wobei die Sieboberfläche gereinigt wird. In der Endposition ist die ganze Sieboberfläche durch die Laufbuchse 7 oder die Abstreifvorrichtung abgedeckt und schliesst den Durchgang für die Suspension. Bei zurückgezogenem Kolben passiert die Suspension den Siebeinsatz und allfällige zu grosse Partikel und Verunreinigungen werden zurückgehalten.

[0018] Die Abbildung 2 zeigt einen Axialschnitt durch eine zweite zweckmässige Ausführungsform der Erfindung.

[0019] In einer Vorrichtung nach Abbildung 2 ist im Kolben 5 eine Kapillare 14 mit einem Durchmesser von 0,4 bis 0,6 mm, vorzugsweise 0,5 mm, angeordnet, wobei in einer Sprühpause über den Druckgasanschluss 12 durch die Kapillare 14 und durch die Druckgaszuführung 8 befeuchtetes Druckgas in die Düsenöffnung 3 strömt. Dadurch wird erreicht, dass die Druckgaszuführung 8 vor zurückfliessender Suspension geschützt und freigehalten wird. Ein Antrocknen von Suspensionsresten wird zuverlässig verhindert und man erreicht eine Reinigung sowohl der feinen Kanäle der Druckgaszuführung 8 als auch der Düsenöffnung 3.

[0020] Selbstverständlich können die Vorrichtungen auch ohne Siebeinsatz betrieben werden, damit fällt aber auch dessen reinigende Wirkung weg.

[0021] Weitere Varianten von Sprühvorrichtungen sind aus der EP-PS 0 039 839 bekannt.

[0022] Die beschriebene Vorrichtung wird zum Versprühen von Suspensionen verwendet, die insbesondere Graphit als Dispersum, grössere Anteile an Polymeren, wie Alkylenpolymerisate, Dispersionshilfsmittel und Stabilisatoren, sowie einer Flüssigkeit, in der Regel Wasser, als Dispersionsmittel enthalten. Solche Formulationen sind in der DE-OS 24 50 716 als Hochtemperaturschmiermittel beschrieben. Um diese Hochtemperaturschmiermittel bei der spanlosen Metallumformung anwenden zu können, müssen sie in möglichst gleichmässiger Schicht und Verteilung auf Werkstücke und/oder Werkzeug aufgetragen werden können.

[0023] Der minimale Druck für die Suspension kann nahe an den Umgebungsdruck abgesenkt werden, vorteilhaft sind Drücke von 0,01 bis zu 15 bar, zweckmässig 0,1 bis 0,5 bar. Der Druck des Gases muss jeweils etwas höher als der Druck in der Suspension sein, um ein Zurückfliessen der Suspension in die Kanäle der Druckgaszuführung 8 zu verhindern.

[0024] Durch die Steuerung des Verhältnisses Gasmenge zu Suspension und der Druckverhältnisse lassen sich mit einer Vorrichtung minimale Mengen bis hinunter zu 10 g/min Suspension als feinst verteilter Nebel, ohne Verstopfungsgefahr für längste Zeiträume, versprühen.

Ansprüche

1. Verfahren zum feinsten Versprühen von Suspensionen mittels eines Druckgases durch eine Luftzerstäuberdüse und einer Vorrichtung, enthaltend einen Sprühkopf mit Düsenöffnung (3), eines im Inneren des Sprühkopfes angeordneten, durch die Düsenöffnung schiebbaren Stempels (4) und eines zwischen dem Einlass (2) für die Suspension und der Düsenöffnung (3) angeordneten Siebeinsatzes (6), mit Abstreifvorrichtung (7) für den Siebeinsatz, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgas mit einer Flüssigkeit gesättigt oder übersättigt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckgas Luft und als Flüssigkeit Wasser angewendet wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit ein mit Wasser mischbares Lösungsmittel angewendet wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel Alkohole mit 1 bis 8 C-Atomen, Glykole, Glykoläther oder Glykolätherester angewendet werden.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit eine Mischung von Wasser und Lösungsmittel angewendet wird.

6. Vorrichtung zum feinsten Versprühen von Suspensionen, enthaltend einen Sprühkopf mit einem als Luftzerstäuberdüse ausgebildeten Düsenmundstück (13), das mit einer Druckgaszuführung (8) ausgerüstet ist, einen im Inneren des Sprühkopfes angeordneten, vor die Düsenöffnung (3) schiebbaren Stempel (4) und einen zwischen einem Einlass (2) für das disperse System und der Düsenöffnung (3) angeordneten Siebeinsatz (6) mit Abstreifvorrichtung (7) für den Siebeinsatz, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgaszuführung mit einer Vorrichtung zur Sättigung oder Uebersättigung des Gases ausgerüstet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Kolben (5) eine Kapillare (14) mit einem Durchmesser von 0,4 bis 0,6 mm, vorzugsweise 0,5 mm, angeordnet ist, wobei in einer Sprühpause über den Druckgasanschluss (12) durch die Kapillare (14) und durch die Druckgasführung (8) befeuchtetes Druckgas in die Düsenöffnung (3) strömt.

Zeichnung