DE2731601C2 - - Google Patents

Description

Elektrostatische Sprühpistole mit einer Balgendichtung im Sprühmittelkanal, die die Zugstange eines dort angeordneten Ventiles umgibt.

Bei der elektrostatischen Sprühbeschichtung werden die versprühten Partikel des Beschichtungsmittels vor, während oder nach ihrer Zerstäubung mit einer hohen elektrischen Spannung aufgeladen, um den Be­ schichtungsvorgang zu fördern. Die zu beschichtenden Objekte werden auf oder annähernd auf Erdpotential gehalten.

Im Sprühmittelkanal der Pistole befindet sich im allge­ meinen ein entweder als Nadel- oder Kugelventil aus­ gebildetes Ventil, welches mit einer Zugstange geöff­ net und geschlossen wird. Als Dichtung für die Zugstange gibt es bereits sogenannte "statische" Dichtungen in Form von Membranen o. dgl., bei denen keine Gleit­ bewegung der Zugstange gegenüber der Dichtung auftritt.

Die bekannten membranartigen statischen Dichtungen ha­ ben zwar die Probleme bezüglich der Abnutzung und elek­ trischen Isolierung gelöst, dafür jedoch andere Probleme aufgeworfen. Man hat für die Dichtung vorzugsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) benutzt, weil es gute elektrische isolierende und chemische Eigenschaften aufweist. Außerdem ist PTFE gegenüber den meisten Beschichtungsmaterialien undurch­ lässig. Die bekannten Dichtungen hatten dickwandige mechanische Anschlußenden, s. beispielsweise DE-OS 22 55 631. Ferner waren bei den bekannten Dichtungen die Enden maschinell bearbeitet. Die dicken Wandungen ließen sich nicht gut verformen, wenn sie gegen eine andere Ober­ fläche gedrückt wurden. Aus diesem Grunde sind an den Dichtoberflächen enge Herstelltoleranzen oder Zusatzdich­ tungen erforderlich. Enge Maschinentoleranzen sind teuer, und Zusatzdichtungen wie O-Ringe haben nicht die gewünsch­ ten Werkstoffcharakteristiken wie PTFE. Darum waren die verwendeten Zusatzdichtungen entweder teuer oder Schwach­ stellen der Konstruktion.

Aus der DE-OS 22 55 631 ist eine elektrostatische Sprühpistole der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art bekannt, bei der die Abdichtung der Zugstange gegenüber dem Sprühmittelkanal durch zwei in einer Patronenanordnung enthaltene, voneinander beabstandete Balgendichtungen erfolgt. Spezielle An­ schlußstücke befestigen diese Dichtungen an der Zug­ stange; dazu müssen die Endbereiche der Balgendich­ tungen ebenfalls einer aufwendigen, speziellen Bear­ beitung unterzogen werden. Ähnliche Balgendichtun­ gen offenbaren auch die DE-OS 22 55 632, die US-PS 29 69 926, 35 83 632 und 33 39 841 sowie die DE-OS 15 77 919.

Aus der US-PS 35 28 087 ist ein Umsteuerventil be­ kannt, bei dem eine Balgendichtung aus elastomerem Material einen speziell ausgeformten, scheibenarti­ gen Befestigungsflansch mit axial vortretendem Ring­ vorsprung aufweist. Am anderen Ende ist die Dich­ tung einstückig mit dem Ventilkörper ausgebildet, in den ein Anschlußteil für die Ventilstange einge­ formt ist.

Nachteilig ist die aufwendige Formgebung der Balgendichtung, insbesondere deren Endabschnitte.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße elektrostatische Sprühpistole zu schaffen, die eine unaufwendigere und billiger herzustellende Dichtung zwischen Zugstange und Sprühmittelkanal aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruches 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Ansprüchen 2 bis 6 zu entnehmen.

Erfindungsgemäß bevorzugt gehört zu dem im Sprühmit­ telkanal befindlichen zweiteiligen Ventil eine fle­ xible PTFE-Dichtung, die mit einem Ende statisch mit der Zugstange des Ventils und mit ihrem anderen Ende statisch im Sprühmittelkanal abgedichtet ist. Die Ausführung der flexiblen Dichtung als dünnwandiger und billig hergestellter Schlauch er­ spart eine teure Bearbeitung des Dichtungselementes und ermöglicht den Verzicht auf zusätzliche Dichtungs­ elemente.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein bevor­ zugtes Ausführungsbeispiel einer elek­ trostatischen Luftzerstäuber-Sprüh­ pistole,

Fig. 2 einen maßstäblich vergrößerten Teil­ schnitt mit Einzelheiten einer Dich­ tungsanordnung im Rohrbereich der Sprühpistole von Fig. 1, und

Fig. 3 einen Querschnitt im Verlauf einer Linie 3-3 von Fig. 1.

Als Hauptelemente der in Fig. 1 geschnitten dargestell­ ten elektrostatischen Sprühpistole unterscheiden wir einen aus Metall bestehenden und über eine nicht darge­ stellte geeignete elektrische Verbindung geerdeten Griff 1, ein aus Isoliermaterial wie Polyoxymethylen (POM) hergestell­ tes und am Griff 1 befestigtes Rohr 2, eine am anderen Rohrende befestigte Mündung 3 sowie einen rund um das Rohr herum verlagerbaren Elektrodenansatz 4.

An einen Luftkanal 5, der sich durch den Griff 1 und das Rohr 2 erstreckt und gegebenenfalls mit einer sich durch das Rohr 2 und die Mündung 3 erstreckenden ersten Luftkammer 6 und zweiten Luftkammer 7 in Verbindung ste­ henden Luftkanal 5 ist mittels eines geeigneten Verbin­ ders 8 eine Luftleitung 14 angeschlossen. Es sei bemerkt, daß sich der Luftkanal 5 teilweise innerhalb des Griffes 1 und des Rohres 2 in einer von der Zeichnungsebene ab­ weichenden Ebene erstreckt, und deshalb sind in Fig. 1 die Übergänge des Luftkanals 5 in die beiden Luftkammern 6 und 7 nahe der Mündung 3 mit unterbrochenen Linien an­ gedeutet.

Ein am unteren Ende des Griffes 1 mittels einer Halte­ mutter 10 befestigtes Elektrokabel 15 besitzt eine Ver­ längerung 20, die sich in einem Kabelkanal 9 des Griffes 1 befindet. Der Kern des Elektrokabels 15 ist ein ge­ eigneter elektrischer Leiter, beispielsweise aus Draht­ litze oder aus hintereinander geschalteten Widerstän­ den gemäß US-PS 33 48 186. Ein die Kabelverlängerung 20 umgebender Polyäthylenmantel 21 läßt lediglich ei­ nen elektrischen Kontakt 45 am Ende der Verlängerung 20 frei, während das andere Ende des Elektrokabels 15 mit einer nicht dargestellten Hochspannungsquelle in Verbindung steht.

Ein körperlich und elektrisch mit dem unteren Ende des Griffes 1 in Verbindung stehendes Anschlußstück 17 aus Metall dient als Anschlußstelle für einen Farbzuführ­ schlauch 16, mit dessen Hilfe Farbe unter einem Druck zugeführt wird. Ein nicht dargestellter Innenkanal des Anschlußstückes 17 ist mittels einer Farbzuführleitung 18 mit einer Farbeinlaßöffnung 23 im Rohr 2 der Pistole verbunden.

Die Farbeinlaßöffnung 23 steht über eine Farbleitung 22 im Rohr 2 mit einer Abgabeöffnung 24 der Mündung 3 in Verbindung. Strömungsmäßig unmittelbar vor der Abgabe­ öffnung 24 befindet sich ein Nadelventil, dessen Nadel 25 an einer Zugstange 26 aus Polyoxymethylen (POM) befestigt ist, die sich durch eine Öffnung am hinteren Ende der Farbleitung 22 erstreckt. Die Farb­ leitung 22 ist gegenüber der Zugstange 26 ringsherum eng abgedichtet mittels einer PTFE-Balgendichtung 19, der an einem Ende eine statische Dichtung gegenüber der Zugstan­ ge und am Umfang der Öffnung am anderen Ende aufweist. Details dieser Dichtungsanordnung werden weiter unten beschrieben.

Die Zugstange 26 ist verbunden mit einem federbelasteten Abzug 27, und wenn dieser nach rückwärts verlagert wird, hebt sich die Nadel 25 von ihrem Sitz hinter der Abgabe­ öffnung 24 ab, und dann kann die Farbe austreten.

Wenn man Schleifmittel enthaltende Beschichtungsmateria­ lien versprühen will, dann sind Nadel und Sitz vorzugs­ weise aus verschleißfesten Materialien hergestellt wie Keramik oder Karbid.

Die Mündung 3 besteht aus einem Fluid-Mündungsabschnitt 28 mit einer Keramik-Auskleidung 30, einer Luftkappe 29 und einer Haltemutter 35. Alle Einzelteile, mit Ausnah­ me der Keramik-Auskleidung 30, sind aus POM herge­ stellt.

Der Fluid-Mündungsabschnitt 28 ist in das Frontende der Farbleitung 22 im Rohr 2 eingeschraubt, und zwar soweit, daß eine rückseitige konische Oberfläche der Keramik­ Auskleidung 30 an einer dazu passenden Oberfläche außer­ halb der Farbleitung 22 anliegt. Diese beiden passenden Oberflächen bilden eine hydraulische Dichtung, so daß die Farbleitung auf den Innenbereich der Keramik-Aus­ kleidung 30 bis zur Abgabeöffnung 24 begrenzt ist. Die Innenoberfläche der Keramik-Auskleidung bildet unmittel­ bar hinter der Abgabeöffnung 24 des Fluid-Mündungsab­ schnitts 28 den Sitz des Nadelventils.

Das vordere Ende des Fluid-Mündungsabschnitts 28 umgibt eine Luftkappe 29 mit einem Zentralloch darin, durch den sich die Abgabeöffnung 24 von Abschnitt 28 erstreckt. Die Haltemutter 35 preßt eine rückseitige kegelige Oberfläche der Luftkappe 29 gegen eine dazu passende Oberfläche des Fluid-Mündungsdabschnitts 28.

Die erste Luftkammer 6 liegt zwischen Oberflächen der Mündung 3, der Haltemutter 35, der Luftkappe 29 und des Fluid-Mündungsabschnitts 28. Luftkanäle in der Luft­ kappe stehen in Verbindung mit der ersten Luftkammer 6 und enden mit Luftauslaßöffnungen 34.

Mehrere Luftkanäle 31 im Fluid-Mündungsabschnitt 28 sind gleichförmig um dessen Achse verteilt und dienen zur Überleitung von Druckluft von der zweiten abge­ dichteten Luftkammer 7 in den Mündungsbereich einer dritten Luftkammer 32 dicht an der Abgabeöffnung 24. Luft aus dieser dritten Luftkammer 32 tritt durch Löcher 33 in der Luftkappe aus. Durch aus den Löchern 33 und 34 in der Luftkappe 29 austretende Luft erfolgt die Zerstäubung des aus der Abgabeöffnung 24 austretenden Fluidstromes

Die Luftkappe 29 läßt sich um die Achse der Abgabeöffnung 24 verdrehen, so daß man den flachen Sprühfächer der Düse beliebig orientieren kann.

Die Farbleitung 22 ist im Querschnitt groß genug, damit im Betrieb niedrige Strömungsgeschwindigkeiten auftreten. Nur im Bereich des Nadelventils und der Abgabeöffnung 24 treten relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten auf, aber diese Bereiche sind in die abriebfeste Keramikauskleidung 30 einbezogen, so daß beim Verarbeiten von starken abrieberzeugenden Materialien diese Bereiche nicht geschädigt werden können.

Die die Zugstange 26 umgebende PTFE-Balgendichtung 19 ist im wesentlichen zylindrisch und in seinem faltenartigen Bereich dünnwandig, und auch die zylindrischen Enden sind dünnwandig. Das hintere Ende der Balgendichtung 19 ist aufgeweitet, und das vordere Ende umgibt einen Wulst auf der Zugstange 26. Der Wulstdurchmesser ist relativ groß, reicht jedoch nicht aus, um die Balgendichtung 19 dauernd zu verformen. Das vordere Ende des Wulstes bildet eine konische Dichtfläche. Eine diesem Wulstkonus angepaßte größere Muffe 40 drückt das Balgende auf den Konus, und das ganze ist mittels einer auf die Zugstange 26 aufgeschraubten Mutter 41 festgehalten.

Auch am hinteren Ende ist die Balgendichtung 19 zylindrisch aufgeweitet, und diese Aufweitung ist von außen eingefaßt durch einen im Querschnitt U-förmigen PTFE-Ring 38, der zwischen seinen in der Mitte vereinigten Schenkeln mit Gummi oder einem anderen geeigneten elastomeren Ma­ terial 39 gefüllt ist. Der eine Schenkel des PTFE- Ringes wird gegen eine Ringfläche 37 des Rohres 2 gepreßt, welche die Öffnung in die Farbleitung 22 umgibt. Als Andrückmedium dient eine Scheibe 42 aus POM. Das hintere aufgeweitete Ende der PTFE-Balgendichtung 19 wird zwischen dem hinteren Ende der Scheibe 42 und einer Gummischeibe 43 durch eine Packungsmutter 36 zusammengepreßt. Diese Packungs­ mutter 36 komprimiert auch den PTFE-Ring 38 mit dem elastomeren Material 39.

Bei dieser Dichtungsanordnung an jedem Balgende kommt das verarbeitete Strömungsmedium bzw. Fluid nur mit POM oder PTFE in Berührung, und diese beiden Sub­ stanzen sind ausgezeichnet chemisch resistent gegen­ über den meisten Sprühbeschichtungsmedien. Weder Gum­ mioberflächen noch andere Packungselemente kommen in Kontakt mit dem versprühten Medium in der Farbleitung 22. Außerdem brauchen diese statischen Dichtungen in der Fertigung nicht mechanisch bearbeitet zu werden.

Das hochspannungsfeste Elektrokabel 15 ist vollständig von seinem Polyäthylenmantel 21 umschlossen. Gemäß Fig. 1 stoßen Griff 1 und Rohr 2 an einer Fuge 55 zusam­ men. Ein Rohr 44 aus Polyäthylen verläuft beiderseits der Trennfuge 55 durch den Kabelkanal 9 in Griff 1 und Rohr 2. Der Kabelkanal 9 verläuft vom Griff 1 über das Rohr 2 zu einem Ansatzgehäuse 51 und dann weiter durch ein Ansatzrohr 52 des Elektrodenansatzes 4. Das verschieb­ bare Ansatzgehäuse 51 ist durch U-Ringe 58 abgedichtet.

Im Kabelkanal von Rohr 2, Ansatzgehäuse 51 und Ansatz­ rohr 52 befindet sich ein flexibles Verbindungskabel 50 mit ähnlichen Eigenschaften wie die Kabelverlängerung 20 und mit elektrischen Kontakten 47, 48 an beiden Enden. Der vordere Kontakt 47 ist über eine elektrisch leitende erste Feder 46 mit dem Kontakt 45 am zugekehrten Ende des Elektrokabels 15 verbunden, während das andere Ende des Verbindungskabels 50 bzw. dessen Kontakt 48 nur eine zweite Feder 49, die ebenfalls leitfähig ist, ei­ ne Elektrode 54 berührt, die in das vordere Ende des Elektrodenansatzes 4 eingebettet ist und in die freie Atmosphäre hinausragt.

Die Elektrode 54 besteht aus einer eng schraubenförmig gewickelten Stahlfeder, deren äußeres Ende nach Art ei­ ner Nadel abgespreizt ist und eine Korona-Spitze bil­ det, welche die elektrostatische Aufladung des ver­ sprühten Beschichtungsmaterials bewirkt.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Elektrode 54 über ihre ganze Länge hinweg gleichförmig flexibel, so daß sie bei auftretenden äußeren Belastungen flexi­ bel ausweichen kann.

Das Ansatzgehäuse 51 des Elektrodenansatzes 4 besteht aus POM. Die O-Ringe 58 als Dichtung schützen sämt­ liche Oberflächen innerhalb des elektrischen Kabel­ kanals 9 vor Verschmutzungen, die sonst die dortigen Oberflächenwiderstände ungünstig beeinflussen könnten, indem sich Kriechwege bilden, welche den Hochspannungs­ pfad kurzschließen oder die Gefahr von Funkenbildungen mit sich bringen.

Aus der durch die Ebene 3-3 von Fig. 1 verlaufenden Schnittdarstellung von Fig. 3 kann man sehen, wie das Ansatzgehäuse 51 um das Rohr 2 herumgelegt ist. Eine in eine Ausnehmung 56 des Rohres 2 eingreifende Mutter 53 fixiert das Ansatzgehäuse 51 in der eingestellten Winkelposition um das Rohr. Eine flache Oberfläche des Rohres 2 bildet eine Kammer 57 zwischen Rohr 2 und An­ satzgehäuse 51, in welcher das Verbindungskabel 50 ver­ läuft. Wie in Fig. 3 durch eine strichpunktierte Kon­ tur angedeutet ist, läßt sich das Ansatzgehäuse 51 um 90° am Rohr 2 verdrehen. Dieser Schwenkbereich reicht für alle kommerziellen Fälle aus, der Sprühfächer läßt sich von horizontal bis vertikal orientieren. Selbstverständlich bringt die Schwenkung des An­ satzgehäuses 51 eine gewisse Längenverschiebung des Verbindungskabels 50 mit sich, aber die Federn 46 und 49 an den Kabelenden gleichen das aus. Die an den genannten Federn anliegenden Kontakte sind drehbar, können also Torsionsbelastungen am Ver­ bindungskabel 50, wie sie beim Verschwenken des Ansatzgehäuses 51 auftreten, ausgleichen. Man könn­ te auch andere drehbare Kontakte und Längenaus­ gleichsmittel verwenden, aber die hier beschriebenen haben sich bewährt.

Insgesamt hat die erfindungsgemäße Sprühpistole eine verbesserte packungslose Balgdichtung zwischen einer Öffnung in der Beschichtungslei­ tung im Rohr der Pistole und einer Steuerstange für ein Nadelventil in der Leitung. Neuartige statische Dichtungen erlauben die Verwendung einer Balgdichtung in Form eines nicht bearbeiteten extrudierten PTFE- Schlauches. Die packungsfreien Dichtungen, sauber konstruierte Durchflußkanäle, die Anordnung der Auf­ ladungselektrode und die Verwendung verschleißfreier Materialien an der Mündungsspitze und im Nadelventil machen es möglich, daß die Pistole nicht nur für das elektrostatische Sprühen von gewöhnlichen elektrisch leitenden Beschichtungsmaterialien geeignet ist, sondern auch für mit einem starken Abrieb verbundene Beschich­ tungsmaterialien wie Glasuren in breiiger Form.

Claims (6)

1. Elektrostatische Sprühpistole, mit einem Rohr, in dem sich ein Sprühmittelkanal befindet, einem im Sprühmittelkanal angeordneten Ventil, an dessen beweglichem Teil eine Zugstange angreift, die sich durch den Sprühmittelkanal erstreckt, und einer die Zugstange im Sprühmittelkanal umgebenden Balgendich­ tung aus elastischen Ma­ terial, die die Zugstange gegenüber dem Sprühmit­ telkanal abdichtet, wobei die Balgendichtung (19) als dünnwandiger Schlauch mit im wesentlichen zylindrischen Endbereichen und einem balgartigen Mit­ telbereich ausgebildet ist, daß die Zugstange (26) zwischen ihren Enden einen aufgebauchten Abschnitt aufweist, dessen Bereich größten Durchmessers vom einen Endbereich der Balgendichtung (19) im Einbau­ zustand umschlossen ist; daß ein Befestigungsele­ ment (40) vorgesehen ist, welches den Endbereich der Balgendichtung (19) dichtend gegen den aufge­ bauchten Abschnitt der Zugstange (26) preßt; daß der zweite Endbereich der Balgendichtung (19) an seinem Ende flanschartig aufgeweitet und außerhalb des Sprühmittelkanals (22) von einem Ring (38) mit nach außen hin offenem U-Querschnitt abdichtend um­ geben ist; daß der Zwischenraum zwischen den beiden Flanschabschnitten des U-Querschnittes des Ringes mit einem elastomeren Material (39) ausgefüllt ist; daß die Innenoberfläche des zweiten Endbereiches im Bereich seiner flanschartigen Aufweitung im Kontakt mit einer die Zugstange (26) umgebenden elastomeren Scheibe (43) steht und daß eine Vorrichtung (36) alle aneinanderliegenden Oberflächen abdichtend zusammenpreßt.

2. Sprühpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgebauchte Zug­ stangenabschnitt einen sich konisch bis zu einem Maximaldurchmesser, welcher größer als der Innen­ durchmesser des zugeordneten Endbereichs der Bal­ gendichtung (19) im entspannten Zustand ist, er­ weiternden Anstiegsabschnitt und dahinter einen konischen Abstiegsabschnitt aufweist, und daß das Befestigungselement (40) den Endbereich im Bereich der konischen Abschnitte des aufgebauchten Zugstan­ genabschnittes umgreift.

3. Sprühpistole nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Balgendichtung (19) in ihrem faltenartigen Bereich dünnwandig gestaltet ist.

4. Sprühpistole nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement eine Muffe (40) ist, welche durch eine auf die Zug­ stange (26) geschraubte Mutter (41) gegen den auf­ gebauchten Zugstangenabschnitt gedrückt wird.

5. Sprühpistole nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in abdichtendem Kontakt zwischen dem Ring (38) und der elastomeren Scheibe (43) ein starrer Ring (42) angeordnet ist.

6. Sprühpistole nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (38) und die Balgendichtung (19) aus Polytetrafluorethylen be­ stehen.