Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Sprühen eines fluidisierten Pulvers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein solches Verfahren und eine zugehörige Einrichtung sind aus der US-A-5 018 910 bekannt. Dort dient ein geschlossener Pulverbehälter mit porösem Fluidboden als Eingabe zu einer Mischkammer, in der mittels eines Gasstrahlers ein gegen den Pulverbehälter gerichtetes Druckgefälle zur Erhöhung der entnehmbaren Pulvermenge erzeugt wird. Der Pulverbehälter ist eine Zweikammereinrichtung, wobei oberhalb des Fluidbodens das fludisierte Pulver entnommen, der Mischkammer zugeführt und von dort zu einer Beschichtungsanordnung weitergeleitet wird.

Ein entsprechendes Verfahren und eine zugehörige Einrichtung sind auch aus der DE-A 12 34 802 bekannt und werden beispielsweise zur elektrostatischen Lackierung verwendet. Die bekannte Einrichtung zum Pulversprühen weist eine erste Kammer auf, in die eine Zusatz-Druckluft eingeleitet wird, die über eine Fritte (eine Porenscheidewand) in eine zweite Kammer eintritt. Der zweiten Kammer wird ein in Luft schwebendes Pulver über eine Leitung zugeführt und mit der aus der Fritte austretenden und in Gegenstrom geführten Zusatz-Druckluft weiter verwirbelt. Eine elektrische Aufladung der aus der zweiten Kammer austretenden Pulverpartikel erfolgt mit Hilfe von Elektroden, die im Bereich einer Pulver/Luft-Austrittsöffnung angeordnet und mit einem Hochspannungsgenerator verbunden sind und die ein elektrostatisches Feld bilden. Gemäß einer Ausgestaltung wird bei der bekannten Einrichtung noch mit einer dritten Zuleitung gearbeitet, die Luft führt und im Pulver/Luft-Austrittsbereich verbessernd auf die Pulver/Luftausgabe wirkt. Die Pulver/Luft-Austrittsstelle ist ständig geöffnet; eine Steuerung des Sprühvorgangs erfolgt über eine Steuerung oder Regelung der Fördermengen an Luft und der Luft/Pulvermischung.

Andere Einrichtungen zum Pulversprühen, die jedoch nicht mit einer Zweikammeranordnung der vorbeschriebenen Art arbeiten, sind aus den Druckschriften DE-C1 35 29 703 und EP-A1-05 74 305 bekannt. Die aus der EP-A1-05 74 305 bekannte Einrichtung enthält im Luft/Pulver-Austrittsbereich einen rotierenden Prallkörper zur Verbesserung der Pulververteilung.

Allen vorgenannten Verfahren und Einrichtungen ist gemeinsam, daß mit einer relativ großen Luftmenge zum Fördern und zum Sprühen des Pulvers gearbeitet wird und die Pulverausstoßrate, die Pulverstrahlausrichtbarkeit sowie Regelbarkeit des Pulverausstoßes unbefriedigend sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Pulversprühen anzugeben, womit eine hohe gut regelbare Ausstoßrate erzielbar ist und der Pulverstrahl gezielt ausgerichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Pulversprühen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Einrichtung und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben und der nachstehend anhand der in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispiele zu entnehmen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird Pulver in einem geschlossenen Behälter fluidisiert und es tritt eine Pulverwolke mit relativ keinem Luftanteil aus. Die Pulveraustrittsrate kann vorteilhaft durch Regelung von gut meßbaren Luftdrücken bestimmt werden. Es sind keine Füllstandsmessungen erforderlich. Während des Ein-oder Ausschaltvorgangs treten keine Pulververluste auf.

Es zeigen:

Fig. 1

Pulversprüheinrichtung,

Fig. 2

Pulveraustrittsdüse,

Fig. 3

Ausschnitt aus einer Sprüheinrichtung mit geöffneter Düse,

Fig. 4

Ausschnitt aus einer Sprüheinrichtung mit geschlossener Düse,

Fig. 5 bis 7

Formen von Pulverwolken,

Fig. 8 und 9

Sprüheinrichtung mit alternativer Düsengestaltung,

Fig. 10 und 11

Sprüheinrichtung mit rotierendem Prallkörper,

Fig. 12

Sprüheinrichtung mit rotierendem Prallkörper und rotierenden Elektroden und

Fig. 13

Anordnung mit ringförmiger Elektrode.

Fig. 1 zeigt eine Pulversprüheinrichtung 1, die im wesentlichen aus einem geschlossenen Behälter 2 mit einer ersten Kammer 3 und einer zweiten Kammer 4 besteht. In die erste Kammer 3 mündet eine Druckluftzuleitung 5. Druckluft 7 gelangt durch eine Fritte 6 in die zweite Kammer 4. In der zweiten Kammer 4 befindet sich Pulver 8, das durch eine Pulverzufuhröffnung 9 einfüllbar ist.

Die Luft 7, die durch die Fritte 6 in das Pulver 8 geleitet wird und dieses fluidisiert, kann durch eine Luftaustrittsöffnung 10 am Behälter 2 oberhalb des fluidisierten Pulverbetts 8 wieder austreten.

Das fluidisierte Pulver 8 wird durch ein Rohr 25 aus dem Bereich des Fluidbetts entnommen und durch eine seitlich am Behälter 2 angeordnete und mit einer Schließeinrichtung 13 verschließbare Düse 11 herausgeführt.

Im Pulveraustrittsbereich 12 sind Nadeln als Korona-Elektroden 14 angeordnet, die mit einer nicht dargestellten Hochspannungsquelle verbunden sind und die eine Aufladung der austretenden Pulverpartikel bewirken.

Die Form der austretenden Pulverwolke 15 kann durch die Düse 11 und zusätzliche Prallkörper 16, 22 (siehe auch Fig. 10 bis 14) bestimmt werden. Die Form und Anordnung der Elektroden 14 kann daran angepaßt werden.

Mit Hilfe eines steuerbaren Lufteintrittventils 17 kann die Luftzufuhr beeinflußt werden und mit Hilfe eines Durchflußmengenmessers 18 die Luftzufuhrrate gemessen werden. Die Austrittsöffnung 10 für Fluidisierungsluft ist durch ein steuerbares Austrittsventil 19 abgeschlossen, womit ein definierter Strömungswiderstand einstellbar ist.

Der Luftdruck p₁ in der ersten Kammer 3, sowie der Luftdruck p₄ oberhalb vom Pulverbett 8 können über die Ventile 17 und 19 mit Hilfe einer nicht dargestellten Steuer-und Regeleinrichtung geregelt werden. Hierbei werden die Drücke p₁ und p₄ mit geeigneten Drucksensoren gemessen. Mit p₀ ist der Umgebungsluftdruck bezeichnet. Mit p₂ ist der Luftdruck oberhalb der Fritte 6 und damit unmittelbar unterhalb des fluidisierten Pulverbetts bezeichnet. Der Druckabfall p₁-p₂ ist abhängig von der gewählten Fritte 6 und ist bei der Dimensionierung zu berücksichtigen.

Mit p₃ ist der Druck innerhalb des Behälters 2 an der Pulveraustrittsöffnung 11 bezeichnet, der durch Regelung der Drücke p₁ und p₄ einstellbar ist.

Die Menge des ausströmenden Pulvers und die Geschwindigkeit der Partikel beim Austritt wird durch den Differenzdruck ${\text{Δp = p}}_{\text{3}}{\text{- p}}_{\text{0}}$, durch die Gestalt der Düse 11, d.h. durch deren Strömungswiderstand, von den Parametern des Pulvers, sowie vom Fluidisierungszustand bestimmt.

Da an den Wänden der Kammer, z.B. durch Blasen verursachte Unregelmäßigkeiten bei der Fluidisierung nicht zu vermeiden sind, wird durch ein an der Düse 11 angebrachtes Rohr 25 das Pulver aus dem Inneren der Kammer 4 abgegriffen. Damit ist eine hohe Gleichmäßigkeit des Pulverausstoßes gewährleistet.

Da lediglich Drücke und eine Luftdurchflußrate zu messen und zu regeln sind (keine Füllstände), läßt sich die Pulverausstoßrate sehr gut einstellen und regeln. Es sind hohe Ausstoßraten im Bereich 100 g/min bis 1000 g/min realisierbar. Das Regelverhalten der Einrichtung ist sehr gut, da Fluidisierung und Sprühen in einer einzigen Einrichtung erfolgen. Da sich zwischen Fluidisierungskammer 4 und Düse 11 keine Schlauchverbindung befindet, treten beim Ein- und Ausschalten keine Schwankungen im Pulverausstoß und keine Pulververluste auf.

Die Fluidisierung kann vorteilhaft nahe des Lockerungspunktes betrieben werden; dann ist das Luft/Pulververhältnis des gesprühten Pulvers minimal. Außerdem ist dadurch eine hohe Gleichmäßigkeit des Pulverausstoßes gewährleistet.

Die Form der Pulverwolke 15 ist u. a. durch die Form der Düse 11 und des Pulveraustrittsbereiches 12 beeinflußbar. In Fig. 2 ist eine mögliche Gestaltung der Düse 11 und des Austrittsbereichs 12 mit beispielhaft angegebenen Maßen in Millimetern angegeben. Die Figuren 3 und 4 zeigen Ausschnitte der Pulversprüheinrichtung 1, wobei die in Fig. 2 gezeigte Düse 11 mit Schließeinrichtung 13 in geöffneter bzw. geschlossener Stellung dargestellt ist.

In Fig. 5 ist in Draufsicht ein typischer zylindrischer Behälter 2 mit austretender Pulverwolke 15 dargestellt. Durch entsprechende Gestaltung von Düse 11 und Austrittsbereich 12 kann aber auch eine andere Gestaltung der Pulverwolke 15 erzielt werden, wie in Fig. 6 gezeigt ist. In Fig. 7 wird gezeigt, daß auch die Gestaltung des Behälters 2 an eine angestrebte Form der Wolke 15 angepaßt werden kann.

Eine einfache Möglichkeit zur Düsengestaltung ist in den Fig. 8 und 9 gezeigt, wobei eine Blende 20 mit unterschiedlichen Düsenöffnungen 21 dargestellt ist.

Eine besonders breite und gleichmäßige Pulverwolke kann auch mit Hilfe eines Prallkörpers (Deflektors) erzielt werden, der - wie anhand der Fig. 10 und 11 schematisch gezeigt wird - auch als um eine Achse 23 rotierender Prallkörper 22 ausgeführt werden kann. Eine zugehörige Antriebseinrichtung 24, einschließlich Kugellager 31 und Antriebsriemen 32 für den rotierenden Prallkörper 22 ist in der Zeichnung lediglich angedeutet. In den Fig. 10 und 11 ist eine unterschiedliche Gestaltung des Pulveraustrittsbereichs 12 dargestellt. In Fig. 11 ist um den Prallkörper 22 noch ein Mantel 33 gelegt, so daß ein rotierender Spalt entsteht, durch den die Form der Pulverwolke noch zusätzlich beeinflußt werden kann.

Die Sprüheinrichtung 1 gemäß Fig. 1 kann so betrieben werden, daß Pulver 8 eingefüllt wird und dann die Einfüllöffnung 9 geschlossen wird. Das Pulver kann anschließend gesprüht werden, bis ein minimaler Pulverstand, der im Bereich der Düse 11 liegt, erreicht ist.

Die Figuren 12 bis 14 zeigen weitere Möglichkeiten zur Gestaltung des Pulveraustrittsbereiches.

Fig. 12 zeigt eine Anordnung, bei der sowohl ein rotierender Prallkörper 22, als auch rotierende Hochspannungselektroden 14 vorhanden sind. Die drehbare Anordnung der Komponenten 22, 14 ist angedeutet durch das Kugellager 31 und den Antriebsriemen 32.

Außerdem zeigt Fig. 12 einen Zusatzluft-Kanal 30, über den Zusatzluft 28 zuführbar ist, die durch Luftdüsen 27 im Pulveraustrittsbereich 12 austreten kann. Mit der Zusatzluft 28 kann eine zusätzliche Beschleunigung der Pulverteilchen und Formung der Pulverwolke erzielt werden.

Fig. 13 zeigt eine Anordnung einer beispielsweise ringförmigen Erdelektrode 26 im Bereich zwischen der Wand des Behälters 2 und dem Prallkörper 22. Zur Erdelektrode 26 fließt wenigstens ein Teil des Ionenstroms, wodurch der Pulverstrom gekreuzt und eine verbesserte Aufladung erreicht wird. Die Hochspannungselektroden 14 sind in diesem Fall am rotierenden Prallkörper 22 angebracht. Bei dieser Anordnung fließt zumindest ein Teil des Ionenstroms von der Hochspannungselektrode zur Erdelektrode und die Pulverteilchen sind gezwungen diesen Ionenstrom zu kreuzen, wodurch eine bessere Aufladung erreicht wird.