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Die
Erfindung betrifft eine Pulverförderpumpe,
insbesondere für
eine Pulverbeschichtungseinrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus
DE 101 45 448 A1 sowie
aus WO 03/024613 A1 ist eine derartige Pulverförderpumpe bekannt, die in einer
Beschichtungsmittelanlage eingesetzt werden kann, um das als Beschichtungsmittel
dienende Pulver zu fördern.
Diese bekannte Pulverförderpumpe
weist einen mechanisch über
eine Kolbenstange angetriebenen Hubkolben auf, der bei einer Aufwärtsbewegung
ein Vakuum in einem Arbeitsraum der Pulverförderpumpe erzeugt, wodurch das
Pulver über
einen Pulvereinlass in den Arbeitsraum der Pulverförderpumpe
eingesaugt wird. Anschließend
wird dann Förderluft
in den Arbeitsraum eingeblasen, wodurch das in dem Arbeitsraum befindliche
Pulver über
einen Pulverauslass ausgestoßen
wird.
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Nachteilig
an dieser bekannten Pulverförderpumpe
ist der aufwendige mechanische Antrieb, der über eine Kolbenstange durch
Pneumatikzylinder erfolgt.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei der vorstehend
beschriebenen bekannten Pulverförderpumpe
den Antrieb zu vereinfachen.
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Diese
Aufgabe wird, ausgehend von der vorstehend beschriebenen bekannten
Pulverförderpumpe
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
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Die
Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, den Kolben pneumatisch
direkt anzutreiben, so dass auf eine Kolbenstange zur mechanischen
Verbindung des Kolbens mit der Antriebseinheit (z.B. Pneumatikzylinder)
verzichtet werden kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebs besteht
darin, dass die Zahl und die Masse der bewegten Teile kleiner ist,
wodurch die Verschleißanfälligkeit
verringert und die Vibrationen gemindert werden.
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Vorzugsweise
ist zum pneumatischen Antrieb des Kolbens ein Steuerraum vorgesehen,
wobei der Kolben eine Begrenzungsfläche des Steuerraums bildet.
Der Druck in dem Steuerraum ist hierbei einstellbar, um einen entsprechenden
Druck auf den Kolben auszuüben
und diesen entsprechend zu bewegen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind der Steuerraum und der Arbeitsraum der Pulverförderpumpe
hierbei auf gegenüberliegenden
Seiten des Kolbens angeordnet, wobei der Kolben den Steuerraum von
dem Arbeitsraum trennt. Eine Druckerhöhung in dem Steuerraum bewirkt
hierbei also eine Abwärtsbewegung
des Kolbens und eine entsprechende Verringerung des Arbeitsraumvolumens,
wohingegen eine Druckverringerung in dem Steuerraum eine Aufwärtsbewegung
des Kolbens bewirkt und zu einer entsprechenden Vergrößerung des
Arbeitsraumvolumens führt.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind der Steuerraum und der Arbeitsraum dagegen auf
derselben Seite des Kolbens angeordnet, so dass der Steuerraum und
der Arbeitsraum vorzugsweise auf dieselbe Stirnfläche des
Kolbens wirken. Beispielsweise kann der Arbeitsraum den Steuerraum
ringförmig
umgeben, wobei der Steuerraum durch eine zylindrische Wandung von
dem Arbeitsraum getrennt ist. Der Kolben weist hierbei also auf
einer Seite zwei axial hervorstehende und koaxial angeordnete Teilkolben
auf, zwischen denen eine ringförmige
Nut verläuft,
in die die zylindrische Wandung zwischen dem Arbeitsraum und dem
Steuerraum eingreift. Die Anordnung des Arbeitsraumes an der Außenseite
des Steuerraumes ist vorteilhaft, weil sich dadurch ein größeres Arbeitsraumvolumen
ergibt, was zu einer entsprechend größeren Fördermenge führt. Es ist jedoch bei diesem
Ausführungsbeispiel
alternativ auch möglich,
dass der Steuerraum den Arbeitsraum ringförmig umgibt.
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Darüber hinaus
besteht bei diesem Ausführungsbeispiel
die Möglichkeit,
dass auf beiden Seiten des Kolbens jeweils ein Steuerraum angeordnet
ist, um den Kolben pneumatisch direkt anzutreiben, wobei die beiden
Steuerräume
auf die gegenüberliegenden
Stirnflächen
des Kolbens wirken.
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Zum
pneumatischen Antrieb kann in den oder die Steuerräume ein Überdruckanschluss
münden,
um einen Überdruck
in dem Steuerraum zu erzeugen und den Kolben entsprechend zu bewegen, wodurch
das Arbeitsraumvolumen entsprechend verändert wird. Falls der Steuerraum
auf der dem Arbeitsraum gegenüberliegenden
Seite des Kolbens angeordnet ist, so führt eine Druckerhöhung in
den Steuerraum zu einer Abwärtsbewegung
des Kolbens und einer entsprechenden Verringerung des Arbeitsraumvolumens.
Falls sich der Steuerraum dagegen auf derselben Seite befindet,
wie der Arbeitsraum, so führt
eine Druckerhöhung
in dem Steuerraum durch den Überdruckanschluss
zu einer Aufwärtsbewegung
des Kolbens und einer entsprechenden Vergrößerung des Arbeitsraumvolumens.
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Darüber hinaus
kann in den oder die Steuerräume
ein Unterdruckanschluss münden,
um den Druck in dem Steuerraum zu verringern, was zu einer entsprechenden
Kolbenbewegung und einer Veränderung
des Arbeitsraumvolumens führt.
Bei einer Anord nung des Steuerraums auf der dem Arbeitsraum gegenüberliegenden
Seite führt
eine Verringerung des Drucks in dem Steuerraum zu einer Aufwärtsbewegung
des Kolbens und einer entsprechenden Vergrößerung des Arbeitsraumvolumens.
Bei einer Anordnung des Steuerraums auf derselben Seite wie der
Arbeitsraum führt
eine Druckverringerung in dem Steuerraum dagegen zu einer Abwärtsbewegung des
Kolbens und einer entsprechenden Verringerung des Arbeitsraumvolumens.
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Die
pneumatische Steuerung des Kolbens kann im Rahmen der Erfindung
ausschließlich
durch eine Überdruckerzeugung
auf den beiden Seiten des Kolbens erfolgen. Es ist jedoch alternativ
auch möglich,
das die pneumatische Steuerung des Kolbens ausschließlich durch
eine Unterdruckerzeugung auf den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens
erfolgt. Darüber
hinaus besteht auch die Möglichkeit
einer Kombination einer Unterdruckerzeugung mit einer Überdruckerzeugung,
wobei Unterdruck und Überdruck
vorzugsweise auf derselben Seite des Kolbens erzeugt werden, um
den Kolben entsprechend zu bewegen.
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In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dient die Kolbenbewegung nur zum Einsaugen des Pulvers
in den Arbeitsraum, wohingegen das Ausstoßen des Pulvers aus dem Arbeitsraum durch
den Pulverauslass nicht durch den Kolben erfolgt. Hierzu ist vorzugsweise
ein Förderluftanschluss vorgesehen,
der in den Arbeitsraum mündet,
um Förderluft
in den Arbeitsraum einzublasen und das in dem Arbeitsraum befindliche
und zuvor eingesaugte Pulver durch den Pulverauslass auszustoßen.
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Vorzugsweise
sind der Förderluftanschluss und
der Pulverauslass in dem Arbeitsraum einander gegenüberliegend
angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass der Strömungsverlauf
vom För derluftanschluss
zum Pulverauslass das Ausstoßen
des Pulvers unterstützt.
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Darüber hinaus
kann in den Arbeitsraum auch ein Unterdruckanschluss münden, um
den Kolben nach dem Ausstoßen
des Pulvers aus dem Arbeitsraum zu bewegen und das Arbeitsraumvolumen entsprechend
zu verändern.
So muss der Kolben nach dem Ausstoßen des Pulvers zunächst wieder abwärts (d.h.
in Richtung des Arbeitsraums) bewegt werden, um das Arbeitsraumvolumen
zu verringern, damit anschließend
erneut Pulver in den Arbeitsraum eingesaugt werden kann.
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Die
Aufwärts-
oder Abwärtsbewegung
des Kolbens kann auch durch eine Feder unterstützt oder bewirkt werden, wobei
die Feder den Kolben wahlweise drücken oder ziehen kann. Der
Kolben kann also mit einer Druck- oder Zugfeder verbunden sein, die
den Kolben in eine Ausgangsstellung bewegt, wenn kein äußerer pneumatischer
Druck wirkt. Beispielsweise kann die Feder den Kolben zum Einsaugen
des Pulvers nach oben (d.h. in Richtung des Steuerraums) bewegen,
wohingegen die anschließende
Abwärtsbewegung
des Kolbens ausschließlich
pneumatisch angetrieben wird.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn in dem Arbeitsraum und/oder in dem Steuerraum
mindestens ein Anschlag angeordnet ist, der die Kolbenbewegung begrenzt,
um ein definiertes Hubvolumen zu erreichen und dadurch eine vorgegebene
Fördermenge
zu erzielen.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn der Kolben aus einem elastischen Material
besteht, um eine möglichst
gute Dichtwirkung zwischen dem Kolben und der umgebenden Lauffläche zu erreichen.
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Beispielsweise
kann der Kolben aus einem Kunststoff bestehen, der sich elastisch
an die Lauffläche
anlegt. Dies ist auch vorteilhaft, weil Kunststoff relativ leicht
ist, so dass im oszillierenden Betrieb des Kolbens geringere Massenkräfte auftreten,
wodurch die Vibrationen herabgesetzt werden.
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Ferner
kann der Kolben an seiner Mantelfläche eine einstückig angeformte
Dichtlippe aufweisen, um Pulverreste an der Lauffläche ohne
einen separaten Kolbenring abzustreifen. Der Kolben kann also wie
ein Molch aufgebaut sein, der in modernen Beschichtungsanlagen zur
Reinigung von Farbleitungen eingesetzt wird.
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Ferner
ist zu erwähnen,
dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Pulverförderpumpe
als einzelnes Bauteil beschränkt
ist, sondern auch eine vollständige
Pulverbeschichtungsanlage mit einer derartigen Pulverförderpumpe
umfasst.
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Darüber hinaus
umfasst die Erfindung auch die neuartige Verwendung einer derartigen
Pulverförderpumpe
zur Pulverförderung
in einer Pulverbeschichtungsanlage.
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Andere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pulverförderpumpe zur Förderung
von Pulver in einer Pulverbeschichtungsanlage,
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2 eine
Abwandlung der Pulverförderpumpe
aus 1 mit Federn zur Unterstützung der Kolbenbewegung sowie
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Pulverförderpumpe.
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Die
schematische Darstellung in 1 zeigt eine
Pulverförderpumpe 1,
die in einer Pulverbeschichtungsanlage eingesetzt werden kann, um
ein als Beschichtungsmittel dienendes Pulver 2 aus einem
Pulverbehälter 3 zu
einem als Applikationsgerät dienenden
Rotationszerstäuber 4 zu
fördern.
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Der
Pulverbehälter 3 und
der Rotationszerstäuber 4 können hierbei
herkömmlich
ausgebildet sein, so dass im Folgenden auf eine detaillierte Beschreibung
des Pulverbehälters 3 und
des Rotationszerstäubers 4 verzichtet
werden kann und diesbezüglich
auf die einschlägige
Fachliteratur verwiesen wird.
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Weiterhin
kann anstelle des Rotationszerstäubers 4 auch
ein anderes Applikationsgerät
verwendet werden, wie beispielsweise eine Pulversprühpistole.
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Ferner
können
zwischen dem Pulverbehälter 3 und
der Pulverförderpumpe 1 sowie
zwischen der Pulverförderpumpe 1 und
dem Rotationszerstäuber 4 weitere
Bauteile und Komponenten angeordnet sein, die jedoch hier zur Vereinfachung
nicht dargestellt sind.
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Die
Pulverförderpumpe 1 weist
einen Arbeitsraum 5 mit einem veränderlichen Arbeitsraumvolumen
auf, wobei in den Arbeitsraum 5 ein Pulvereinlass 6 mündet, der über eine
Zuleitung 7 und ein Pulvereinlassventil 8 mit
dem Pulverbehälter 3 verbunden
ist. Bei geöffnetem
Pulvereinlassventil 8 kann das Pulver 2 also über die
Zuleitung 7 und den Pulvereinlass 6 in den Arbeitsraum 5 der
Pulverförderpumpe 1 eingesaugt
werden.
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Weiterhin
mündet
ein Pulverauslass 9 in den Arbeitsraum 5 der Pulverförderpumpe 1,
wobei der Pulverauslass 9 über eine Austragsleitung 10 und
ein Pulverauslassventil 11 mit dem Rotationszerstäuber 4 verbunden
ist. Bei geöffnetem
Pulverauslassventil 11 kann also das in den Arbeitsraum 5 der
Pulverförderpumpe 1 eingesaugte
Pulver 2 über
den Pulverauslass 9 ausgestoßen und zu dem Rotationszerstäuber 4 gefördert werden.
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Das
Arbeitsraumvolumen des Arbeitsraums 5 ist durch einen Kolben 12 veränderbar,
der in Pfeilrichtung verschiebbar in der Pulverförderpumpe 1 angeordnet
ist.
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Der
Kolben 12 besteht aus einem elastischen Kunststoff und
weist an seiner Mantelfläche 2 axial
beabstandete Dichtlippen 13 auf, die Pulverreste von einer
zugehörigen
Lauffläche 14 abstreifen.
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Weiterhin
weist die Pulverförderpumpe 1 einen
Steuerraum 15 auf, der auf der dem Arbeitsraum 5 gegenüberliegenden
Seite des Kolbens 12 angeordnet ist. In den Steuerraum 15 mündet ein
Anschluss 16, der über
eine Überdruckleitung 17 und ein Überdruckventil 18 mit
einer Überdruckquelle
verbunden ist.
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Weiterhin
ist der Anschluss 16 über
eine Unterdruckleitung 19 und ein Unterdruckventil 20 mit
einer Unterdruckquelle verbunden, die ebenso wie die Überdruckquelle
zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Über den Anschluss 16 kann
der Druck in dem Steuerraum 15 eingestellt werden, um die
Bewegung des Kolbens 12 zu steuern. Zur Abwärtsbewegung des
Kolbens 12 wird das Überdruckventil 18 geöffnet, während das
Unterdruck ventil 20 geschlossen wird, wodurch der Druck
in dem Steuerraum 15 entsprechend ansteigt und sich der
Kolben 12 nach unten bewegt.
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Weiterhin
mündet
in den Arbeitsraum 5 der Pulverförderpumpe 1 ein Anschluss 21,
der über
ein Förderluftventil 22 mit
einer Förderluftquelle
verbunden. Im geöffneten
Zustand des Förderluftventils 22 wird über den
Anschluss 21 Förderluft
in den Arbeitsraum 5 der Pulverförderpumpe 1 eingeblasen,
wodurch das in dem Arbeitsraum 5 befindliche Pulver 2 über den
Pulverauslass 9 ausgestoßen wird, falls das Pulverauslassventil 11 geöffnet ist.
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Zusätzlich kann
an den Anschluss 21 über ein
Unterdruckventil 23 ein Unterdruckanschluss angeschlossen
sein, um einen Unterdruck in dem Arbeitsraum 5 zu erzeugen
und den Kolben 12 dadurch nach unten zu ziehen. Diese Unterdrucksteuerung des
Kolbens 12 ist jedoch nur optional und wird deshalb nicht
weiter beschrieben.
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Schließlich weist
die Pulverförderpumpe 1 einen
in den Steuerraum 15 hineinragenden Anschlag 24 und
einen in den Arbeitsraum 5 hineinragenden Anschlag 25 auf,
wobei die beiden Anschläge 24, 25 die
Kolbenbewegung begrenzen und dadurch ein definiertes maximales Hubvolumen
einstellen.
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Im
Folgenden wird nun ein vollständiger
Arbeitstakt der Pulverförderpumpe 1 beschrieben,
wobei sich der Kolben 12 zu Beginn des beschriebenen Arbeitstaktes
an dem unteren Anschlag 25 befindet, während das Pulvereinlassventil 8,
das Pulverauslassventil 11, das Förderluftventil 22,
das Unterdruckventil 20 und das Überdruckventil 18 geschlossen sind.
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Zu
Beginn des Arbeitstaktes werden dann das Pulvereinlassventil 8 und
das Unterdruckventil 20 geöffnet, wodurch Luft aus dem
Steuerraum 15 abgesaugt wird, was zu einer entsprechenden
Druckminderung in dem Steuerraum 15 und einer Aufwärtsbewegung
des Kolbens 12 führt.
Die Aufwärtsbewegung
des Kolbens 12 führt
wiederum zu einer Druckminderung in dem Arbeitsraum 5,
wodurch das Pulver 2 aus dem Pulverbehälter 3 über den
Pulvereinlass 6 in den Arbeitsraum 5 eingesaugt
wird.
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Wenn
der Kolben 12 an dem oberen Anschlag 24 anstößt, werden
das Pulvereinlassventil 8 und das Unterdruckventil 20 geschlossen,
während das
Pulverauslassventil 11 und das Förderluftventil 22 geöffnet werden.
Dadurch wird Förderluft über den
Anschluss 21 in den Arbeitsraum 5 geblasen, wodurch
das in dem Arbeitsraum 5 befindliche Pulver über den
Pulverauslass 9 ausgestoßen wird.
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Nach
dem Ausstoßen
des Pulvers 2 aus dem Arbeitsraum 5 wird dann
bei weiterhin geöffnetem Pulverauslassventil 11 das
Förderluftventil 22 geschlossen,
während
das Überdruckventil 18 geöffnet werden.
Dadurch bewegt sich der Kolben 12 nach unten, bis der Kolben 12 schließlich an
dem Anschlag 25 anstößt, woraufhin
das Überdruckventil 18 geschlossen
wird, so dass der Arbeitstakt beendet ist.
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Das
in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt weitgehend
mit dem vorstehend beschriebenen und in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel überein,
so dass zur Vermeidung von Wiederholungen weitgehend auf die vorstehende
Beschreibung verwiesen wird und für entsprechende Bauteile dieselben
Bezugszeichen verwendet werden.
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Eine
Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels
besteht darin, dass der Kolben 12 auf der dem Steuerraum 15 zugewandten
Sei te mit zwei Zugfedern 26 verbunden ist, die an dem Gehäuse der
Pulverförderpumpe 1 befestigt
sind. Die beiden Zugfedern 26 unterstützen die Aufwärtsbewegung
des Kolbens 12 beim Einsaugen des Pulvers 2 in
den Arbeitsraum 5 und übernehmen
die Aufwärtsbewegung anstelle
des Vakuums.
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Schließlich zeigt 3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel,
das ebenfalls weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel übereinstimmt,
so dass zur Vermeidung von Wiederholungen weitgehend auf die vorstehende
Beschreibung zu 1 verwiesen wird und für entsprechende
Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Eine
Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels
besteht darin, dass die Pulverförderpumpe 1 zwei
Steuerräume 15.1, 15.2 zum
pneumatischen Antrieb des Kolbens 12 aufweist, wobei der
Steuerraum 15.1 auf der dem Arbeitsraum 5 abgewandten Seite
des Kolbens 12 angeordnet ist, während sich der Steuerraum 15.2 auf
derselben Seite des Kolbens 12 befindet wie der Arbeitsraum 5.
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Der
Steuerraum 15.1 kann hierbei in der gleichen Weise angesteuert
werden, wie der Steuerraum 15 in 1, so dass
diesbezüglich
auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
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Der
Steuerraum 15.2 ist dagegen durch eine topfförmige, zylindrische
Wandung 27 von dem Arbeitsraum 5 getrennt, wobei
der Arbeitsraum 5 den Steuerraum 15.2 ringförmig umgibt.
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Weiterhin
befindet sich in dem Kolben 12 eine ringförmige Nut 28,
in die die Wandung 27 eingreift.
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Die
Aufwärtsbewegung
des Kolbens 12 wird hierbei eingeleitet, indem über einen
Anschluss 29 und ein Überdruckventil 30 Druckluft
in den Steuerraum 15.2 eingeblasen wird, wodurch sich der
Kolben 12 nach oben bewegt und dabei das Pulver 2 über den
Pulvereinlass 6 in den Arbeitsraum 5 einsaugt.
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Bei
der Abwärtsbewegung
des Kolbens 12 wird der Überdruckanschluss 30 dagegen
geschlossen, wohingegen ein mit dem Anschluss 29 verbundenes
Auslassventil 31 geöffnet
wird, so dass die in dem Steuerraum 15.2 befindliche Luft
bei einer Abwärtsbewegung
des Kolbens 12 über
das Auslassventil 31 in die Umgebung abgegeben werden kann.
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Vorteilhaft
an diesem Ausführungsbeispiel
ist die Tatsache, dass die Aufwärtsbewegung
des Kolbens 12 zum Einsaugen des Pulvers 2 in
den Arbeitsraum 5 mit einer erheblich größeren Kraft
erfolgen kann, da sich in dem Steuerraum 15.2 leicht ein
starker Überdruck
erzeugen lässt,
wohingegen der Differenzdruck beim Ansaugen des Kolbens gemäß 1 auf
maximal 1 Bar begrenzt ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die
ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb
in den Schutzbereich fallen.