<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zum elektrostatischen Zerstäuben von Flüssigkeiten
Es ist bekannt, dass nicht alle Flüssigkeiten nach den bisher üblichen Verfahren einwandfrei elektrostatisch zersprüht und dadurch zur Herstellung von dünnen, homogenen Filmschichten bzw. Überzügen verwendet werden können. Es ist auch bekannt, dass die Sprühbarkeit einer Flüssigkeit von der Dielektrizitätskonstanten, von der elektrischen Leitfähigkeit, von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und von der Feldstärke des elektrostatischen Feldes abhängt ; es sind auch schon verschiedene Massnahmen vorgeschlagen worden, mittels welchen die betreffenden Eigenschaften im Sinne der Verbesserung der Sprühbarkeit gewisser Flüssigkeiten beeinflusst werden können ;
solche Massnahmen bestehen im allgemeinen in der Zugabe von Zusatzstoffen oder Lösungsmitteln und/oder in der speziellen Wahl der Flüssigkeitstem- peratur und der anzulegenden Spannung. Einerseits bringen aber alle diese bekannten Massnahmen oft gewisse Nachteile, indem sie andere Eigenschaften der Flüssigkeit in unerwünschter Weise mitverändern oder besonders im Falle extrem hoher Spannungen, indem sie praktisch unlösbare Isolierprobleme aufwerfen. Anderseits hat die Praxis bewiesen, dass diese bekannten Massnahmen noch lange nicht genügen, um alle in Frage kommenden Flüssigkeiten einwandfrei zum Versprühen zu bringen. Es hat sich nun gezeigt, dass eine weitere Massnahme notwendig ist, um die genannten Nachteile auszuschalten und den Kreis der sprühbaren Flüssigkeiten erheblich zu erweitern.
Dieses neue Verfahren ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in Tröpfchen zerlegt und diese Tröpfchen in ein elektrisches Feld mit hohem Feldgradienten gebracht und dort weiter zerstäubt werden.
Mit diesem eine zweistufige Zerstäubung anwendenden Verfahren lassen sich auch die bisher als nicht zerstäubbar bezeichneten Flüssigkeiten mit niederem Dipolmoment, niederer Dielektrizitätskonstante und hoher Oberflächenspannung einwandfrei zerstäuben. Ein Hauptvorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass viele, bisher nur bei Anwendung extrem hoher Spannungen von über 100 kV sprühbaren Flüssigkeiten nun einwandfrei bei viel geringeren Spannungen versprüht werden können.
Im folgenden ist das erfindungsgemässe Verfahren an Hand der Zeichnung, die schematisch ein Beispiel einer Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zeigt, beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch die gegenseitige Anordnung der Elemente einer Einrichtung zum elektrostatischen Überziehen von Gegenständen mit einer Lackschicht, und Fig. 2a und 2b die Potentiallage der Elemente beim Sprühen eines sich im Raum negativ aufladenden bzw. eines sich im Raum positiv aufladenden Lackes.
In Fig. l ist 1 eine über eine Leitung 2 mit Lack gespeiste Sprüheinrichtung, z. B. eine Düse oder eine rotierende Sprühscheibe. Im Bereich dieser Sprüheinrichtung 1 ist eine erste Elektrode 3 der Poten-
EMI1.1
feld errichtet. Der zu besprühende Gegenstand 5 ist auf einer Potentiallage gehalten und hinter dem Gegenstand 5 ist eine Gegenelektrode 6 mit der Potentiallage (P, angeordnet.
Zum Sprühen einer sich im Raum negativ aufladenden Flüssigkeit werden die verschiedenen Potentiallagen gemäss Fig. 2a gewählt, d. h. 9'entspricht dem Potential Null während einer kleineren und 9'einer grösseren positiven Spannung sotie ça einer mittleren negativen Spannung entspricht. Handelt es sich um eine Flüssigkeit, die sich im Raum positiv aufladet, so entspricht gemäss Fig. 2b 9'einer kleine- ren und einer grösseren negativen Spannung, wogegen wieder die Null-Potentiallage darstellt und hier einer mittleren positiven Spannung entspricht.
Um eine einwandfreie Zerstäubung der bereits in
<Desc/Clms Page number 2>
Tröpfchenform in das Hochgradientenfeld gelangender Flüssigkeit zu erreichen, müssen die Potentialdifferenz -'puder relativ kleine, gegenseitige Abstand d der beiden Elektroden 3 und 4 und der Durchmesser D der Elektrode 4 der chemischen Zusammensetzung der zu sprühenden Flüssigkeit und den dielektrischen Verhältnissen der Atmosphäre im Sprühraum entsprechend gewählt werden. So haben sich z. B. für das Sprühen von in Toluol gelöstem Alkydharz folgende Werte als günstig erwiesen :
EMI2.1
<tb>
<tb> #0 <SEP> - <SEP> #1 <SEP> : <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> kV
<tb> d <SEP> : <SEP> 35 <SEP> mm
<tb> D <SEP> : <SEP> 60mm. <SEP>
<tb>
Bei HF-Harzen, die in schwächst polaren Lösungsmitteln gelöst sind, genügen bei sonst gleicher Anordnung schon bedeutend kleinere Potentialdifferenzen.
Beim Betrieb der beschriebenen Einrichtung wird der Sprüheinrichtung 1 über die Leitung 2 die Flüssigkeit zugeführt und dort in mehr oder weniger feine Tröpfchen versprüht. Dieser Tröpfchennebel gelangt unmittelbar in das zwischen den Elektroden 3 und 4 errichtete Hochspannungsfeld, das einen extrem hohen Gradienten besitzt ; dieses Feld bewirkt eine Feinstzerteilung der Nebeltröpfchen. Das zwischen Gegenstand 5 und Elektrode 4 herrschende Hochspannungsfeld übernimmt nun den Transport dieser Feinstteile, die sich auf dem Gegenstand unter Bildung eines dünnen Filmes niederschlagen. Das durch die Gegenelektrode 6 zwischen dieser und dem Gegenstand 5 geschaffene Gegenfeld bremst die Teilchen und lenkt eventuell hinter den Gegenstand fliegende Teilchen auf die Oberfläche des Gegenstandes zu- rück.
Dass durch Wahl eines speziellen Zerstäubungsfeldes mit hohem Feldgradienten die Zerstäubbarkeit einer Flüssigkeit erheblich verbessert wird, kann auch theoretisch dargelegt werden. Bekanntlich ist der Sprühwinkel IX bzw, t g o, (Fig. l) unter welchem die Flüssigkeit versprüht, ein direktes Mass für die Zerstäubbarkeit eines Flüssigkeitsstrahlers. Für einen in Luft von oben nach unten fallenden Lackstrahl (als einfachster Fall) wurde gefunden :
EMI2.2
Darin bedeuten :
EMI2.3
EMI2.4
EMI2.5
<tb>
<tb> die# <SEP> si <SEP> 6
<tb> a <SEP> > <SEP> 30 <SEP> (dyn./cm)
<tb> # <SEP> < <SEP> 0,2 <SEP> (dyn.-1, <SEP> cm-1)
<tb> #
<tb> # <SEP> # <SEP> 25" <SEP> (Fordbecher <SEP> 4).
<tb> u
<tb>
EMI2.6
Leinölfirnisse, Bitumen u. a.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren dagegen lassen sich auch diese Substanzen einwandfrei elektrostatisch zerstäuben.
<Desc/Clms Page number 3>
Es ist nicht notwendig, die der Potentiallage entsprechende Elektrode symmetrisch bezüglich der Sprühachse anzuordnen ; wesentlich ist nur, dass sie in geringem Abstand vom Strahlursprung liegt und, ebenso könnten mehrere solche Elektroden in dem dem Strahlursprung näher liegenden Teil des Feldes zwischen Sprühorgan und Objekt angeordnet sein.
Es ist bekannt, dass beim üblichen Zerstäuben mittels Elektropinsel oder Sprühspalt die angelegte Spannung möglichst hoch hinausgeschraubt wird, um am Sprühorgan ein möglichst hohes Feld zu erhalten. In der Praxis hat sich gezeigt, dass man bei scharfen Kanten und Spitzen (Krümmungsradien 0,5 bis 5 mm, wie sie bei Lackierobjekten oft auftreten können) bei rund zweifacher Sicherheit gegen Überschlag eine gewisse Sicherheitsdistanz nicht unterschreiten sollte. Geht man bis an diese Grenze heran, d. h. arbeitet man z.
B. beim Sprühspalt mit
EMI3.1
<tb>
<tb> 100 <SEP> kV <SEP> bei <SEP> 30 <SEP> cm <SEP> Abstand <SEP> Sprühspalt/Objekt
<tb> 150 <SEP> kV <SEP> bei <SEP> 45 <SEP> - <SEP> 50 <SEP> cm <SEP> Abstand <SEP> Sprühspalt/Objekt
<tb>
EMI3.2
EMI3.3
EMI3.4
EMI3.5
spaltanordnung bezüglich Spannungsgebung die Sicherheitsgrenze erreicht wurde, wohingegen bei der Hochgradient-Zerstäubung gemäss vorliegender Erfindung nur erst die Hälfte der bis zum Überschreiten der
Sicherheitsgrenze zulässigen Spannung eingesetzt wurde.
Als Beispiel seien die Verhältnisse für einige Harze angegeben ; für Epoxyester in schwach polarem Lösungsmittel wählt man bei einer Distanz von 45 mm die Spannung zu 10 kV, für Alkydharze in apolaren Lösungsmitteln dagegen 20 kV, während für Carbamidharze in polaren Lösungsmitteln 5 kV genügen, und dementsprechend kann bei den gutzerstäubenden Carbamidharzen das gesamte Spannungsgefälle Sprühorgan/Objekt weit niedriger gehalten werden.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass es durch die Einführung eines Feldstarke-Hochgradien- ten durch Vorelektroden umgekehrter Polarität als das Sprühorgan möglich wird, unter Anwendung niedriger, leicht handhabbarer Hochspannungen Werte für grad zu erzeugen, die sonst nur schlecht oder kaum versprühbare Flüssigkeiten elektrostatisch zu zerstäuben vermögen. Mann kann mit niedrigen Spannungen Zerstäubungswirkungen erzielen, die ohne dieses Verfahren, selbst mit sehr viel höheren Spannungen, nicht zu erreichen sind. Dabei ist man nicht auf metallisch leitende Sprühorgane angewiesen ; es genügt, den Strahl oder die zu zerstäubenden Tropfen in den Hochgradienten einzuführen.
Anstatt die Elektroden der Potentiallage cp, frei unmittelbar vor dem Sprühorgan anzuordnen, können sie an der Isoliermasse des Sprühorgans befestigt oder in diese eingelassen sein. Die Elektroden 3 und 4 könnenanstatt durch Drahtringe auch durch Spitzen oder Scheibenkanten gebildet sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum elektrostatischen Zerstäuben von Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass der aus einer Düse austretende Flüssigkeitsstrahl ein elektrisches Feld mit hohem Feldgradienten passiert, wobei der Feldgradient durch die Elektrodenanordnung und durch die Höhe der angelegten Spannung in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Flüssigkeiten so hoch gewählt ist, dass eine Zerstäubung der Flüssigkeit in dieser Zone zustande kommt.