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Elektrostatische Farbspritzanlage
Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Farbspritzanlage mit einer Spritzpistole, einer Werkstück- führung und mit einer oder mehreren an eine Hochspannungsquelle angeschlossenen Stiftelektroden, wo- bei Strombegrenzungswiderstände vorgesehen sind.
Zweck dieser Erfindung ist die Schaffung eines elektrostatischen Spritzverfahrens, bei welchem der Djrchschnitts-Gradientdes elektrostatischen Niederschlagsfeldes trotz veränderlicher Entfernung zwischen dem mit der Flüssigkeit zu überziehenden Gegenstand und der Elektrode, zwischen welchen sich das elek- trostatische Niederschlagsfeld erstreckt, auf bestimmten Mindestwerten gehalten werden kann.
Weiter bezweckt diese Erfindung die Schaffung eines elektrostatischen Spritzverfahrens, welches die
Möglichkeit von gefährlichen Überschlagsentladungen auch dann ausschliesst, wenn die Elektrode in un- mittelbare Nähe des zu überziehenden Gegenstandes oder der den Apparat bedienenden Menschen gerät.
Verschiedene Arten von elektrostatischen Spritzverfahren sind bereits mit Erfolg verwendet worden ; so sind z. B. Verfahren angewendet worden, welche Spritz-oder Zerstäubungsgeräte verwenden, bei de- nen Luft als Zerstäubungsmedium dient. Bei solchen Verfahren ist in der Regel eine Elektrode in der Form eines Drahtgitters vorgesehen, welches, auf hohem Potential gehalten, ein elektrostatisches Niederschlags- feld schafft, das sich von der aufgeladenen Elektrode zu einem der zu überziehenden Gegenstände als der andern Elektrode erstreckt.
Bei solchen Verfahren schleudert eine Spritzpistole die zerstäubten Farb- und
Lackteilchen od. dgl., in das elektrostatische Feld ; hiedurch werden diese zerstäubten Teilchen hinsicht- lich des zu überziehenden Gegenstandes mit entgegengesetzter Polarität elektrostatisch aufgeladen und auf diesem abgelagert.
Auch andere Verfahren können verwendet werden, wie z. B. solche, bei denen die zu spritzende Flüs- sigkeit durch andere mechanische Mittel als komprimierte Luft, z. B. durch Zentrifugalkraft oder durch die Einwirkung von Druck zerstäubt wird. Bei solchen Zerstäubungsverfahren werden die zerstäubten Teilchen ebenfalls in ein elektrostatisches Niederschlagsfeld geschleudert, das zwischen einer Elektrode und dem mit der Spritzflüssigkeit zu überziehenden Gegenstand aufrechterhalten wird.
Da viele der verwendeten Spritzflüssigkeiten feuergefährlich sind, war es bisher notwendig, einen Mindestabstand zwischen den Elektroden und dem zu überziehenden Gegenstand einzuhalten, um die Bildung von Funken oder Explosionen auslösenden Lichtbögen zu vermeiden. Man hat daher den Gebrauch der verschiedenen Spritzverfahren auf solche Einrichtungen beschränkt, in denen die aufgeladene Elektrode zu dem mit der Spritzflüssigkeit zu überziehenden Gegenstand in einem unveränderlichen Abstand gehalten wird. Da die mit der Flüssigkeit zu überziehenden Gegenstände auf einem Fliessband an dem Zer- stäuber vorbeigeführt werden, so wird die Elektrode gewöhnlich in einem bestimmten Abstand vom Fliessband fest montiert.
Diese Entfernung muss erheblich grösser sein als die grösste Entfernung der Gegenstände, beider Funken noch auftreten können, um mögliche Abstandsveränderungen, wie sich durch verbogene Aufhängevorrichtungen oder durch Schwingen der Gegenstände verursacht werden können, zu berücksichtigen.
Die Vermeidung von Durchschlägen von der Elektrode ist aber auch dann anzustreben, wenn die zu spitzende Flüssigkeit nicht feuergefahrlich ist. Wenn nämlich das bedienende Personal in zu grosse Nähe der Elektrode gerät, führt dies zuheftigen und schmerzhaften elektrischen Schlägen, auch wenn die Strom-
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stärke unter der Todesgefahrengrenze gehalten wird.
Aus dem Gesagten ergibt sich, dass die oben beschriebenen Verfahren es notwendig machen, den Ab- stand zwischen den Elektroden und dem mit der Flüssigkeit zu überziehenden. Gegenstand unter eine ge- wisse vorausberechnete Mindestgrösse nicht herabsinken zu lassen. Bei bekannten Spritzpistolen umgeben
Stiftelektrodenden Düsenkopf unmittelbar, so dass verhältnismässig hohe Kapazitäten wirksam sind. Die
Folge davon ist, dass energiereiche, feuergefährliche und das Bedienungspersonal gefährdende Überschlä- ge erfolgen können, wobei eventuell vorhandene Berührungsschutzwiderstände fast wirkungslos sind.
Es wurde gefunden, dass bei Verfahren der oben beschriebenen Art der Gradient des elektrischen Fel- des auf Werten gehalten werden kann, welche die Wirksamkeit der Zerstäubung und die Niederschlagung der Flüssigkeit auf dem Gegenstand gewährleisten, auch wenn sich der Abstand zwischen Elektrode und
Gegenstand verändert. Darüber hinaus bietet sich die Möglichkeit, jeden Funkenüberschlag, der bei ge- ringen Abständen zwischen den Elektroden und dem Gegenstand oder der Bedienungsperson entstehen kann, ungefährlich zu machen.
Die Erfindung besteht darin, dass die Stiftelektroden getrennt von der geerdeten Spritzpistole angeord- net sind, und dass unmittelbar an sie je ein Strombegrenzungswiderstand angeschlossen ist, dessen Wider- stand einige bis 100 Megohm je Kilovolt der an die Elektroden angelegten Hochspannung beträgt, wobei die Kapazität jeder Elektrode und des zwischen ihr und dem Widerstand liegenden Leitungsmaterials klei- ner als diejenige einer Metallkugel von 3 cm Radius ist.
Die erwähnte Kapazität ist als effektive Kapazität anzusprechen und ist abhängig von der Leitfähigkeit aller stromleitenden Teile des gesamten Elektrodensystems sowie von spitzen oder stumpfen Formen der Elektroden. Diese niedrige Kapazität hat zur Folge, dass die Energie bei einer plötzlichen Entladung zwischen einem solchen Elektrodensystem und einer gegenüber angeordneten sogenannten stumpfen Elektrode nicht ausreicht, um eine unangenehme Entladung zu bewirken.
Wenn z. B. den Elektroden einer er- findungsgemässen Vorrichtung eine Spannung von 100 kV aufgedrückt und Strombegrenzungswiderstände in der Grössenordnung von etwa 1000 Megohm zugeordnet sind, so überschreitet die Energie einer plötzlichen Entladung zu einer polierten Metallkugel mit einem Radius von etwa 1 cm nicht jene, die bei einer entsprechenden Entladung im System auftreten würde, wenn an Stelle der Elektrode eine polierte Metallkugel mit einem Radius von etwa 3 cm vorliegt.
Bisher war es üblich, den Hochspannungsgenerator mit einer wirksamen Impedanz von etwa 10 Meg- ohm zu versehen, die in den Hochspannungsgenerator selbst eingebaut ist. Diese Impedanz kann, sofern der mit der Spritzflüssigkeit zu überziehende Gegenstand oder ein anderes Objekt in unmittelbare Nähe der Elektrode gelangt, einen Stromfluss, der zu einer gefährlichen und unangenehmen plötzlichen Entladung führt, nicht wirksam verhindern. Darüber hinaus sind die Kapazität und die Leitfähigkeit der bisher verwendeten Elektroden so gross, dass gefährliche und unangenehme plötzliche Entladungen auftreten, wenn die Elektrode dem mit der Flüssigkeit zu überziehenden Gegenstand oder der Bedienungsperson zu nahe kommt.
Während auf verschiedenen Gebieten, in denen mit hohen Spannungen gearbeitet wird, Vorschläge für die Installierung von Widerständen, welche, wie die oben beschriebene in die Hochspannungsquelle eingebaute Impedanz, tödliche elektrische Schläge oder die Bildung von Lichtbögen vermeiden sollen, gemacht wurden, beschäftigt sich doch keiner dieser Vorschläge mit einem Verfahren für die automatische Erhaltung des Durchschnitts-Gradienten des elektrischen Feldes innerhalb vorbestimmter Grenzen zwischen der Elektrode und dem mit der Flüssigkeit zu überziehenden Gegenstand für den Fall erheblicher Veränderungen des Abstandes zwischen diesem Gegenstand und den Elektroden.
Nach der Erfindung können Zerstäubungsgeräte gebaut werden, welche die Aufrechterhaltung des Durchschnitts-Gradienten des elektrischen Feldes zwischen der Elektrode und dem mit der Flüssigkeit zu überziehenden Gegenstand innerhalb vorbestimmter Grenzen unabhängig von Veränderungen des Abstandes zwischen diesen ermöglichen und die gefährliche und unangenehme Funkenentladung auch dann ausschliessen, wenn die Elektrode mit hohem Potential in Berührung mit dem bedienenden Personal oder dem mit der Flüssigkeit zu überziehenden Gegenstand kommt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine Spritzanlage in der Seitenansicht und Fig. 2 eine Stirnansicht der Elektrodenanordnung.
In einer senkrechten Ebene sind vier Elektrodendrähte 71a-d in horizontaler Lage so angebracht, dass ihre Enden jeweils etwa 30 cm voneinander entfernt liegen und etwa die Ecken eines Quadrates bilden. Diese Feldelektroden werden über Strombegrenzungswiderstände 72a-d mit Hochspannung versorgt. Auf einem Ständer 76 ist eine Spritzpistole 75 üblicher Bauart befestigt. Ständer und Pistole sind geerdet. Die Pistole kann auch in der Hand gehalten werden. Die Farbzufuhr zur Pistole erfolgt aus dem Behälter 77
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mittels eines Schlauches 78, die Druckluftzufuhr mittels eines Schlauches 79. Die Achse der Spritzpistole liegt im Mittelpunkt des durch die Enden der vier Elektrodendrähte 71 dargestellten Quadrates, sie liegt jedoch nicht auf derselben Ebene wie diese, sondern z. B. etwa 15 cm von dieser Ebene entfernt.
Auf der gegenüberliegenden Seite der Ebene, auf der die vier Elektrodendrähte liegen, befindet sich der mit der i Farbflüssigkeit zu überziehende Gegenstand 80, der hier als ein Brotkasten dargestellt ist, welcher auf ei- ner diesen drehenden Fliessbandvorrichtung 81 liegt, die ein Rad 82 enthalt, das auf einer Schiene 83 läuft.
Die Drehung der Gegenstände 80 während des Spritzvorganges führt dazu, dass ihre Ecken sehr viel nä- her an die Elektroden 71 herangeführt werden als die Mittelpunkte ihrer Seitenflächen. Eine etwas verbo- gene oder nicht ganz feste Aufhängevorrichtung sowie eine nicht ganz ordnungsgemässe Aufhängung eines mit der Farbflüssigkeit zu überziehenden Gegenstandes kann naturgemäss zu noch grösseren Schwankungen der Entfernung zwischen den Elektroden 71 und diesen Gegenständen führen. Um auch diesen Möglichkei- ten im Hinblick auf die Betriebssicherheit Rechnung zu tragen, war es bisher üblich, zwischen der Elektro- de und dem mit der Farbflüssigkeit zu überziehenden Gegenstand einen weit grösseren Abstand zu halten, . als dies bezüglich der Wirksamkeit der elektrostatischen Farbablagerung auf diesem Gegenstand wünschen- wert ist.
Der Abstand zwischen der bzw. den Elektroden und den mit der Farbflüssigkeit zu überziehenden
Gegenständenist so bemessen, dass er bei allen Schwankungen seiner Grösse, mit denen gerechnet werden musste, immer grösser als die Entfernung ist, bei der Funkenbildung auftreten kann. Während bei elektro- statischen Überzugsverfahren mit einem Luftzwischenraum von 15 bis 30 cm Durchschnitts-Gradienten des
Feldes von 2000 V je cm Abstand üblich sind, führen Durchschnitts-Gradienten des Feldes von erheblich mehr als 4000 V je cm zur höchsten Wirksamkeit der Ablagerung der Farbflüssigkeit auf dem mit dieser zu überziehenden Gegenstand.
Um so eine wirksame Ablagerung der Farbflüssigkeit zu erreichen, werden gemäss der Erfindung die
Strombegrenzungswiderstände 72 so bemessen, dass sie einige bis 100 Megohm je Kilovolt Hochspannung betragen.
In der dargestellten Anlage können die Seitenwände des Brotkastens von einer nicht verbogenen Auf- hängevorrichtung direkt vor die Spritzpistole in einem Abstand von 15 cm von den Elektrodendrähten 71 geführt werden, obwohl ein Hochspannungsaggregat von 100 kV verwendet wird. Mit einem Strombegren- zungswiderstand 72, an dem etwa 10% dieser Spannung abfallen, liegt eine Spannung von 90000 V an den Elek- trodendrähten 71 und der Durchschnitts-Gradient des elektrischen Feldes betragt daher 6000 V je cm. Selbst wenn die Aufhängevorrichtung verbogen ist oder wenn der Brotkasten an dieser nicht ordnungsgemäss ange- bracht ist, oder-wenn er hin-und herschwingt, was zu einer Vergrösserung des Abstandes des Brotkastens von den Elektrodendrähten führen könnte, bleibt der Durchschnitts-Gradient des Feldes doch über 4000 V je cm.
Wenn sich der Brotkasten vor der Spritzpistole 75 dreht und nun eine Ecke direkt vor diese gelangt oder irgendeine andere Ursache den Brotkasten näher an die Elektrodendrähte heranführt, so wird trotz der hiemit verbundenen Verringerung des Luftzwischenraums zwischen den Elektrodendrähten und dem diesen am nächsten gelangenden Teil des Gegenstandes (etwa bis zu 7, 5 cm) das elektrostatische Feld ohne Fun- kenbildung aufrechterhalten. Der Widerstand 72 verursacht einen genügenden Spannungsabfall, so dass bis zu einem sehr geringen Abstand zwischen den Elektroden und dem Gegenstand, wie 2, 5-1, 5 cm, eine plötzliche Entladung verhindert und eine wegen allzugrosser Annäherung dennoch entstehende Entladung gefahrlos wird.
Es wurde festgestellt, dass es wünschenswert ist, mit Elektroden von grosser Länge zu arbeiten ; so ist eine zufriedenstellende Vorrichtung mit Elektrodendrähten hergestellt worden, die eine Lange von je 15 cm besassen. Die hohe lonisierungswirkung eines dünnen Drahtes von etwa 0, 25 mm Stärke stösst nicht nur die
Farbflüssigkeit ab und lädt deren Teilchen auf, sondern führt auch zu Bedingungen, welche die zerstäub- ten Flüssigkeitsteilchen daran hindern, sich auf den benachbarten Hüllen der Strombegrenzungswiderstän- de niederzuschlagen.
Darüber hinaus ergibt die"spitze"Form eines solchen dünnen Drahtes entsprechend höhere Stromstärken im Luftzwischenraum als eine polierte Kugel oder eine andere "stumpfe" Elektrode. Der dünne Draht hat ausserdem eine wünschenswerte Wirkung in Verbindung mit der Steuerwirkung des Wi- derstandes und ergibt eine Verminderung der wirksamen Kapazität der Elektrode. Die Kapazität muss je- doch auch hier noch beachtet werden, u. zw. muss die Grösse der Metallelektrode so gering gehalten wer- den, dass eine von ihr ausgehende Entladung diejenige von einer Metallkugel von 1 bis 3 cm Radius aus- gehende nicht übersteigt.
In einer Anlage, in der mehrere Elektrodendrähte verwendet werden, welche über getrennte Strombegrenzungswiderstände an den Hochspannungsgenerator angeschlossen sind, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diese Elektrodendrähte in einer Entfernung von wenigstens 10 cm voneinander anzubringen. Wenn
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nämlich die Elektroden zu nahe beisammenliegen. können mehrere von ihnen zugleich von einem Gegenstand oder von einem Menschen berührt werden. Dies würde zu einer Entladung unerwünschter Intensität führen, da die Kapazitäten und auch die Widerstände in einem solchen Falle parallel liegen würden.
Eine Anlage, in welcher diesen Et wägungen Rechnung getragen wird, verbindet genügende Sicherheitseigenschafi tenmit hohen durchschnittlichen Feld-Intensitäten, trotz erheblicher Schwankung der Grösse des Luftzwischenraumes zwischen Elektroden und Gegenständen und führt daher zu verbesserter Spritzwirksamkeit. Eine Anlage, welche entsprechend den Darstellungen der Zeichnungen errichtet wurde, dient zum Spritzen von metallischen Besenstielen mit einem Durchmesser von 2, 5 cm. Die Besenstiele wurden nebeneinander und mit einem gegenseitigen Abstand von jeweils 7, 5 cm angeordnet. Die wirksame Flüssigkeitsablagerung warum zehn Prozent höher als in einer Anlage, welche dieselben Elektroden und Spritzvorrichtungen verwendete, aber keine Strombegrenzungswiderstände enthielt.
Dabei betrug bei der bekannten Anlage die Entfernung zwischen den Besenstielen und den Elektroden 30 cm statt 15 cm, dies im Hinblick auf die Notwendigkeit, dass dieser Abstand das Doppelte der Entfernung betragen musste, bei der möglicherweise Lichtbögen auftreten können.
In einer Anlage, welche vom Zerstäubungsgerät getrennte Elektroden verwendet, sind z. B. für Entfernungen von 15 bis 30 cm Durchschnitts-Gradienten des elektrischen Feldes von mehr als 4000 V je cm, vorzugsweise sogar von 6000 V je cm oder mehr geeignet für maximale Flüssigkeitsablagerung. Ohne die Verwendung eines Strombegrenzungswiderstandes würde der geringstmögliche Abstand beim parktischen Gebrauch eines 100 kV-Hochspannungsgenerators im Normalfall 30 cm betragen, wobei der DurchschnittsGradient höchstens 4000 V je cm betragen und bei Vergrösserungen des Luftzwischenraumes durch Drehen oder Schwingen des mit der Farbflüssigkeit zu überziehenden Gegenstandes stark abfallen würde.
Es wurde festgestellt, dass grössere Flüssigkeitsablagerungen bei Gegenständen, die Hohlräume aufweisen, auf der mit der Flüssigkeit zu überziehenden Metalloberfläche nicht nur durch die Verwendung von Strombegrenzungswiderständen erzielt werden können, sondern auch durch die Verwendung einer wesentlich höheren Spannung des Hochspannungsgenerators, als dies sonst gebräuchlich ist. So wurden gute Erfolge bei der Verwendung eines Hochspannungsgenerators von 160 kV mit den entsprechenden Strombegrenzungswiderständen erzielt. Wenn z. B. Widerstände von jeweils 5000 Megohm mit einem 160 kV-Hochspannungsgenerator verwendet werden, können die jeweiligen Entfernungen der Elektroden voneinander so bestimmt werden, dass der Durchschnitts-Gradient bei einer geringsten Entfernung von 10 cm etwa 7000 V je cm betragen würde.
Trotzdem würde der Gradient bei einer Entfernung von 30 cm immer noch 4000 V je cm betragen. Dies bedeutet, dass sich bei einer Veränderung des Luftzwischenraumes im Verhältnis 1 zu 3 der Durchschnitts-Gradientnurin einem Verhältnis von weniger als 1 zu 2 verändert. Dies macht es möglich, dass der Durchschnitts-Gradient normalerweise 6000 V je cm beträgt, während er bei einem Luftzwischenraum von 30. cm immer noch 4000 V je cm beträgt.
Die Zerstäubervorrichtung kann auch aus einem Material von hohem elektrischem Widerstand bzw. aus Isoliermaterial bestehen. In diesem Falle kann sie näher an die Elektroden herangerückt werden, als wenn sie aus leitendem Material besteht.
Im allgemeinen ist es vorteilhaft, sowohl einen genügend grossen Strombegrenzungswiderstand als'auch eine kleine effektiveeElektrodenkapazität zu verwenden.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Elektrostatische Farbspritzanlage mit einer Spritzpistole, einer Werkstückführung und mit einer oder mehreren an eine Hochspannungsquelle angeschlossenen Stiftelektroden, wobei Strombegrenzungswiderstände vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftelektroden (71a bis 71d) getrennt von der geerdeten Spritzpistole (75) angeordnet sind, und dass unmittelbar an sie je ein Strombegrenzungswiderstand (72a bis 72d) angeschlossen ist, dessen Widerstand einige bis 100 Megohm je Kilovolt der an die Elektroden angelegten Hochspannung beträgt, wobei die Kapazität jeder Elektrode und des zwischen ihr und dem Widerstand liegenden Leitungsmaterials kleiner als diejenige einer Metallkugel von 3 cm Radius ist.
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Electrostatic paint spraying system
The invention relates to an electrostatic paint spraying system with a spray gun, a workpiece guide and with one or more pin electrodes connected to a high voltage source, with current limiting resistors being provided.
The purpose of this invention is to create an electrostatic spraying process in which the average gradient of the electrostatic precipitation field can be kept at certain minimum values despite the variable distance between the object to be coated with the liquid and the electrode between which the electrostatic precipitation field extends.
Another object of this invention is to provide an electrostatic spray process which utilizes the
Also excludes the possibility of dangerous flashover discharges if the electrode comes into the immediate vicinity of the object to be coated or the person operating the device.
Various types of electrostatic spray processes have been used with success; so are z. For example, methods have been used which use spray or atomization devices in which air is used as the atomization medium. In such methods, an electrode in the form of a wire grid is usually provided which, kept at high potential, creates an electrostatic precipitation field which extends from the charged electrode to one of the objects to be coated as the other electrode.
In such procedures, a spray gun hurls the atomized paint and
Paint particles or the like, in the electrostatic field; As a result, these atomized particles are electrostatically charged with opposite polarity with regard to the object to be coated and are deposited on it.
Other methods can also be used, such as e.g. B. those in which the liquid to be sprayed by other mechanical means than compressed air, z. B. is atomized by centrifugal force or by the action of pressure. In such atomization processes, the atomized particles are also thrown into an electrostatic precipitation field which is maintained between an electrode and the object to be coated with the spray liquid.
Since many of the spray liquids used are flammable, it was previously necessary to maintain a minimum distance between the electrodes and the object to be coated in order to avoid the formation of sparks or arcs that could trigger explosions. The use of the various spraying methods has therefore been limited to devices in which the charged electrode is kept at an invariable distance from the object to be coated with the spray liquid. Since the objects to be coated with the liquid are guided past the atomizer on a conveyor belt, the electrode is usually fixedly mounted at a certain distance from the conveyor belt.
This distance must be considerably greater than the greatest distance between the objects, both sparks can still occur, in order to take into account possible changes in distance, such as can be caused by bent suspension devices or the objects swinging.
However, avoidance of breakdowns from the electrode should also be sought if the liquid to be sharpened is not a fire hazard. If the operating personnel get too close to the electrode, this leads to violent and painful electric shocks, even if the current
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strength is kept below the risk of death.
From what has been said, it follows that the methods described above make it necessary to cover the distance between the electrodes and that to be covered with the liquid. Not to let the object sink below a certain pre-calculated minimum size. Surrounded in known spray guns
Pin electrodes end the nozzle head directly, so that relatively high capacities are effective. The
The consequence of this is that high-energy, flammable and the operating personnel endangering flashovers can occur, with any existing contact protection resistors being almost ineffective.
It has been found that with methods of the type described above, the gradient of the electrical field can be kept at values which ensure the effectiveness of the atomization and the deposition of the liquid on the object, even if the distance between the electrode and the
Subject changed. In addition, there is the possibility of making any sparkover that can occur with small distances between the electrodes and the object or the operator harmless.
The invention consists in that the pin electrodes are arranged separately from the grounded spray gun, and that a current limiting resistor is connected directly to each of them, the resistance of which is a few to 100 megohms per kilovolt of the high voltage applied to the electrodes, the capacitance of each electrode and the line material between it and the resistor is smaller than that of a metal ball with a 3 cm radius.
The mentioned capacitance is to be addressed as effective capacitance and is dependent on the conductivity of all electrically conductive parts of the entire electrode system as well as on the pointed or blunt shapes of the electrodes. The consequence of this low capacity is that in the event of a sudden discharge between such an electrode system and a so-called blunt electrode arranged opposite, the energy is insufficient to cause an unpleasant discharge.
If z. If, for example, a voltage of 100 kV is applied to the electrodes of a device according to the invention and current-limiting resistors in the order of magnitude of about 1000 megohms are assigned, the energy of a sudden discharge to a polished metal ball with a radius of about 1 cm does not exceed that at a corresponding discharge would occur in the system if a polished metal ball with a radius of about 3 cm is present in place of the electrode.
Up to now it has been customary to provide the high-voltage generator with an effective impedance of about 10 megohms, which is built into the high-voltage generator itself. If the object to be coated with the spray liquid or another object comes into the immediate vicinity of the electrode, this impedance cannot effectively prevent a current flow which leads to a dangerous and unpleasant sudden discharge. In addition, the capacitance and conductivity of the electrodes used up to now are so great that dangerous and unpleasant sudden discharges occur if the electrode comes too close to the object to be coated with the liquid or to the operator.
While proposals have been made in various areas where high voltages are used to install resistors which, such as the impedance built into the high voltage source described above, are intended to avoid fatal electric shocks or the formation of arcing, none are concerned these proposals with a method for automatically maintaining the average gradient of the electric field within predetermined limits between the electrode and the object to be coated with the liquid in the event of significant changes in the distance between this object and the electrodes.
According to the invention, atomizing devices can be built which enable the maintenance of the average gradient of the electric field between the electrode and the object to be coated with the liquid within predetermined limits regardless of changes in the distance between them and which also exclude dangerous and unpleasant spark discharges, if the electrode with high potential comes into contact with the operating personnel or the object to be coated with the liquid.
An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. 1 shows a side view of a spray system and FIG. 2 shows an end view of the electrode arrangement.
In a vertical plane, four electrode wires 71a-d are attached in a horizontal position in such a way that their ends are each about 30 cm away from one another and approximately form the corners of a square. These field electrodes are supplied with high voltage via current limiting resistors 72a-d. A spray gun 75 of conventional design is fastened on a stand 76. The stand and gun are grounded. The pistol can also be hand-held. The paint is supplied to the gun from container 77
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by means of a hose 78, the compressed air supply by means of a hose 79. The axis of the spray gun lies in the center of the square represented by the ends of the four electrode wires 71, but it is not on the same plane as this, but z. B. about 15 cm from this plane.
On the opposite side of the plane on which the four electrode wires lie is the object 80 to be coated with the colored liquid, which is shown here as a bread box, which lies on a conveyor belt device 81 which rotates this and which contains a wheel 82 running on a rail 83.
The rotation of the objects 80 during the injection molding process has the result that their corners are brought much closer to the electrodes 71 than the center points of their side surfaces. A somewhat bent or not completely fixed suspension device as well as an incorrect suspension of an object to be coated with the paint liquid can naturally lead to even greater fluctuations in the distance between the electrodes 71 and these objects. In order to take account of these possibilities with regard to operational safety, it has hitherto been customary to keep a far greater distance between the electrode and the object to be coated with the color liquid,. than is desirable in terms of the effectiveness of the electrostatic paint deposition on this article.
The distance between the electrode or electrodes and those to be coated with the color liquid
Objects is dimensioned in such a way that it is always greater than the distance at which sparks can occur, regardless of the fluctuations in size that had to be expected. While in the electrostatic coating process with an air gap of 15 to 30 cm average gradient of the
Field of 2000 V per cm distance are common, mean gradients of the field of considerably more than 4000 V per cm lead to the highest effectiveness of the deposition of the color liquid on the object to be coated with it.
In order to achieve effective deposition of the color liquid, according to the invention, the
Current limiting resistors 72 are dimensioned so that they are a few to 100 megohms per kilovolt of high voltage.
In the system shown, the side walls of the bread box can be guided by a non-bent suspension device directly in front of the spray gun at a distance of 15 cm from the electrode wires 71, although a high-voltage unit of 100 kV is used. With a current limiting resistor 72 at which about 10% of this voltage drop, there is a voltage of 90,000 V across the electrode wires 71 and the average gradient of the electric field is therefore 6000 V per cm. Even if the suspension device is bent or if the bread box is not properly attached to it, or if it swings back and forth, which could lead to an increase in the distance between the bread box and the electrode wires, the average gradient of the field still remains over 4000 V per cm.
If the bread box rotates in front of the spray gun 75 and now a corner comes directly in front of this or some other cause brings the bread box closer to the electrode wires, then despite the associated reduction in the air gap between the electrode wires and the part of the object that comes closest to them Maintain the electrostatic field (approx. up to 7.5 cm) without sparking. The resistor 72 causes a sufficient voltage drop so that up to a very small distance between the electrodes and the object, such as 2.5-1.5 cm, a sudden discharge is prevented and a discharge which nevertheless occurs due to excessively close proximity is safe.
It has been found that it is desirable to work with electrodes of great length; thus, a satisfactory device has been made with electrode wires each 15 cm long. The high ionizing effect of a thin wire about 0.25 mm thick not only hits the
Color liquid discharges and charges its particles, but also leads to conditions which prevent the atomized liquid particles from depositing on the adjacent shells of the current limiting resistors.
In addition, the "pointed" shape of such a thin wire results in correspondingly higher currents in the air gap than a polished ball or another "blunt" electrode. The thin wire also has a desirable effect in connection with the control effect of the resistor and results in a decrease in the effective capacity of the electrode. However, the capacity still has to be taken into account here, too. The size of the metal electrode must be kept so small that a discharge originating from it does not exceed that originating from a metal ball with a radius of 1 to 3 cm.
In a system in which several electrode wires are used, which are connected to the high-voltage generator via separate current limiting resistors, it has proven advantageous to attach these electrode wires at a distance of at least 10 cm from one another. If
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namely the electrodes are too close together. several of them can be touched by an object or by a person at the same time. This would lead to a discharge of undesired intensity, since the capacitances and also the resistances would be parallel in such a case.
A system in which these considerations are taken into account combines sufficient security properties with high average field intensities, despite considerable fluctuations in the size of the air gap between electrodes and objects, and therefore leads to improved spray efficiency. A system, which was built according to the representations of the drawings, is used to spray metallic broomsticks with a diameter of 2.5 cm. The broomsticks were arranged side by side and with a mutual distance of 7.5 cm. The effective fluid deposition why ten percent higher than in a facility that used the same electrodes and spray devices, but did not include current limiting resistors.
In the known system, the distance between the broomsticks and the electrodes was 30 cm instead of 15 cm, this in view of the necessity that this distance had to be twice the distance at which electric arcs could possibly occur.
In a system that uses separate electrodes from the atomizer, z. B. for distances of 15 to 30 cm average gradient of the electric field of more than 4000 V per cm, preferably even of 6000 V per cm or more suitable for maximum liquid deposition. Without the use of a current limiting resistor, the smallest possible distance when using a 100 kV high-voltage generator would normally be 30 cm, with the average gradient not exceeding 4000 V per cm and falling sharply when the air gap is increased by rotating or swinging the object to be coated with the paint would.
It was found that larger liquid deposits on objects that have cavities on the metal surface to be coated with the liquid can be achieved not only by using current limiting resistors, but also by using a much higher voltage from the high-voltage generator than is otherwise customary . Good results have been achieved using a high voltage generator of 160 kV with the appropriate current limiting resistors. If z. If, for example, resistors of 5000 megohms each are used with a 160 kV high-voltage generator, the respective distances between the electrodes can be determined so that the average gradient at a smallest distance of 10 cm would be about 7000 V per cm.
Even so, at a distance of 30 cm the gradient would still be 4000 V per cm. This means that if the air gap changes by a ratio of 1 to 3, the average gradient only changes by a ratio of less than 1 to 2. This enables the average gradient to normally be 6000 V per cm, while with an air gap of 30 cm it is still 4000 V per cm.
The atomizer device can also consist of a material of high electrical resistance or of insulating material. In this case, it can be moved closer to the electrodes than if it is made of conductive material.
In general, it is advantageous to use both a sufficiently large current limiting resistor and a small effective electrode capacitance.
PATENT CLAIMS: 1. Electrostatic paint spraying system with a spray gun, a workpiece guide and with one or more pin electrodes connected to a high-voltage source, current limiting resistors being provided, characterized in that the pin electrodes (71a to 71d) are arranged separately from the grounded spray gun (75), and that a current limiting resistor (72a to 72d) is connected directly to each of them, the resistance of which is a few to 100 megohms per kilovolt of the high voltage applied to the electrodes, the capacitance of each electrode and the line material lying between it and the resistor being smaller than that of one Metal ball of 3 cm radius is.