Einrichtung zur Versorgung von Vorrichtungen zum elektrostatischen Auftragen von Überzugsmaterial mit Hochspannung Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, mittels welcher Vorrichtungen zum elektrostatischen Auftragen von überzugsmaterial die erforderliche Hochspannung zugeführt wird.
Bekanntlich kann irgendein überzugsmaterial auf einer Unterlage aufgebracht werden, indem das Über zugsmaterial fein zerstäubt wird, die Partikeln oder Tröpfchen dann elektrisch aufgeladen und schliesslich in einem elektrostatischen Hochspannungsfeld zur Unterlage transportiert werden. Während bei allen Verfahren der Materialtransport im allgemeinen der gleiche ist, unterscheiden sich die einzelnen Verfahren in der Erzeugung der Partikeln bzw. Tröpfchen.
Weil sich alle auftretenden Erscheinungen am ein fachsten bei der Zerstäubung und beim Niederschlag von Flüssigkeiten überblicken und darstellen lassen, soll im folgenden ausschliesslich von Flüssigkeiten bzw. Tröpfchen die Rede sein, obgleich die gleichen oder ähnlichen überlegungen auch für zerstäubte feste Substanzen gelten.
Bei einem bekannten Verfahren wird das über zugsmaterial durch mechanische und gleichzeitig wir kende elektrostatische Kräfte in einem Zerstäuber, der eine Glocke, eine Rotationsscheibe oder ein Sprühspalt sein kann, fein zerstäubt und mittels eines elektrostatischen Feldes zwischen dem Zerstäuber und dem Beschichtungsobjekt auf letzterem abge schieden. Bei diesem Verfahren ist es wichtig, dass am Zerstäuber nicht allzuhohe Spannungen auftreten, da durch diese das bekannte elektrostatische Trop- fenabziehen auftreten kann, was sich in einem un erwünschten Tropfenwurf äussern würde.
Um diese Erscheinungen zu vermeiden, wurde bekanntlich spe ziell bei den elektrostatischen Handspritzpistolen zu vorderst im Pistolenkopf ein Strombegrenzungswider- stand von einigen 100 Megohm eingebaut. Bei zu hohem Feldgradienten und damit bei zu hohem Sprühstrom entsteht in diesem Widerstand ein Span nungsabfall, der die Spannung so weit senkt, dass kein Tropfenabziehen zustande kommen kann. Wei terhin bringt dieser Widerstand den Vorteil mit sich, dass durch ihn Überströme bei der Entladung der Kapazität des Zuführungskabels in zulässigen Gren zen gehalten werden.
Durch die Einschaltung des Begrenzungswider standes wird jedoch gleichzeitig ein Nachteil mit ein geschleppt, der darin besteht, dass mit der Strom begrenzung die elektrostatischen Sprühorgane auch in ihrer Leistung, d. h. in dem je Zeiteinheit versprüh ten überzugsmaterial, recht begrenzt sind und ein rasches Arbeiten verunmöglichen.
Dieser Nachteil wirkt sich natürlich gerade bei Verfahren besonders stark aus, die von vornherein auf Hochleistung entwickelt worden sind.
Bei einem solchen beispielsweisen Verfahren wird das überzugsmaterial durch einen mechanischen Zer stäuber in beinahe überfeine Tröpfchen zerstäubt, diese feinen Tröpfchen hierauf in einer mechanischen Einrichtung umgeformt und derart in ihrem Fluge beeinflusst, dass sie sich durch ein zwischen dieser Umformungseinrichtung und dem Beschichtungsob- jekt aufgebautes elektrostatisches Feld auf dem Be- schichtungsobjekt abscheiden lassen.
Bei diesem Ver fahren stellt sich die Bedingung eines nicht zu hohen Potentials an der Sprühelektrode nicht, da die Flüs sigkeit nicht durch elektrostatische Kräfte; sondern rein mechanisch in z. B. einer Düse zerstäubt wird.
Anderseits ist es aber aus Sicherheitsgründen für den Fall notwendig, dass die elektrostatische Spritz pistole dem Beschichtungsobjekt zu stark genähert wird und dabei Funken, mit unter Umständen zün- denden Eigenschaften, entstehen könnten, diese Fun kenbildung zu unterdrücken.
Die bei diesen Verfahren grossen Mengen fein zerstäubten Materials verlangen aber auch grosse Ab scheidungsströme und damit auch ein hohes Feld zwischen mechanischem Zerstäuber, Tropfenumfor- mer (Rekombinator) und Beschichtungsobjekt. Ein Strombegrenzungswiderstand könnte bei diesem Ver fahren demnach auch nur mit ganz wesentlichen Nachteilen verwendet werden.
Diese Nachteile können erfindungsgemäss dadurch behoben werden, dass in die Zuführung der Hoch spannung zum elektrostatischer. Niederschlagsgerät eine Reaktanz hoher Blindleistung und im Vergleich dazu niedriger Resistanz eingebaut ist. Dies ist ver ständlich, da ein Funke in seinem Anfangszustand im Sinne des Steilanstieges der Townsend-Entladung eine sprunghafte Änderung des Sprühstromes (Co- ronastrom) darstellt, welche Änderung nach Fourier als hochfrequente Schwingung aufgefasst werden kann. Dasselbe gilt auch für den Funken, wenn er einmal gezündet haben sollte.
Eine Funkenbildung kann somit unterbunden werden, indem man der hochfrequenten Schwingung eine hohe Induktivität entgegenstellt, die aber für den beim Materialtransport des normalen elektro statischen Auftragevorganges fliessenden Gleichstrom keinen hohen Ohmschen Widerstand darstellt.
Diese Bedingung erfüllen hohe Selbstinduktivitä- ten, Reaktanzen oder Pupinspulen. Pupinspulen wer den hauptsächlich in der Telephonie verwendet und dienen dazu, um die Kapazität des Fernmeldekabels einigermassen zu kompensieren. Hier hingegen soll die schädliche Wirkung der Kapazität des Zufüh rungskabels und aller übrigen elektrischen Teile so gut wie möglich unschädlich gemacht werden. Eine hierzu geeignete Dimensionierung ist leicht durch führbar.
Man wird mit Frequenzen von einigen <B>100</B> kHz bis zu einigen 100 MHz rechnen können und erforderliche Scheinwiderstände bis hinauf zu einigen 100 Megohm annehmen müssen. Die resul tierenden Induktivitäten lassen sich dennoch leicht herstellen, da die vorkommenden Gleichströme in der Grössenordnung von 10-6 A liegen.
Wo im einzelnen diese Induktivitäten unterge bracht sind, ist nicht zuletzt durch die Konstruk- tion der ganzen Anlage bedingt. So kann es vor teilhaft sein, die Induktivität an dem einen oder an deren Ende des Zuführungskabels in kompakter Form unterzubringen oder auch im Sprühkopf selbst. Die Reaktanz kann aber auch über die Zuleitung ver teilt sein. Zweckmässig ist die Reaktanz dann auf Seele und Mantel des Zuleitungskabels verteilt, ähn lich wie bei einer Krarupierung.
Weiterhin ist es nicht unbedingt erforderlich, die Reaktanz nur aus einer Induktivität aufzubauen. Es wird oftmals nützlich sein, die Reaktanz aus einem induktiven und einem kapazitiven Teil zusammen zusetzen. Ausschlaggebend ist, dass die Funkenbil dung wirkungsvoll unterdrückt wird, so dass auch in sehr hochgespannten Feldern und bei Verwendung von entflammbarem überzugsmaterial volle Sicher heit gewährleistet ist.
Device for supplying devices for the electrostatic application of coating material with high voltage The object of the invention is a device by means of which devices for the electrostatic application of coating material the required high voltage is supplied.
It is known that any coating material can be applied to a substrate by finely atomizing the coating material, then electrically charging the particles or droplets and finally transporting them to the substrate in a high-voltage electrostatic field. While the material transport is generally the same in all processes, the individual processes differ in the way in which the particles or droplets are generated.
Because all the phenomena that occur can most easily be surveyed and displayed in the atomization and precipitation of liquids, in the following we will exclusively speak of liquids or droplets, although the same or similar considerations also apply to atomized solid substances.
In a known method, the overzugsmaterial is finely atomized by mechanical and at the same time we kende electrostatic forces in an atomizer, which can be a bell, a rotating disk or a spray gap, and deposited on the latter by means of an electrostatic field between the atomizer and the object to be coated. With this method, it is important that the nebulizer does not have excessive voltages, as this can cause the well-known electrostatic droplet removal, which would manifest itself in an undesired drop throw.
In order to avoid these phenomena, as is well known, a current limiting resistor of a few 100 megohms was built into the gun head especially in the case of electrostatic manual spray guns. If the field gradient is too high, and thus if the spray current is too high, a voltage drop occurs in this resistor, which lowers the voltage to such an extent that no droplets can be drawn off. Furthermore, this resistance has the advantage that it keeps overcurrents within permissible limits when the capacitance of the supply cable is discharged.
By activating the limiting resistance, however, a disadvantage is at the same time dragged with one, which is that with the current limitation, the electrostatic spray elements in their performance, d. H. in the coating material sprayed per unit of time, are quite limited and make quick work impossible.
Of course, this disadvantage has a particularly strong effect on processes that have been developed from the outset for high performance.
In such a method, for example, the coating material is atomized into almost superfine droplets by a mechanical atomizer, these fine droplets are then shaped in a mechanical device and their flight is influenced in such a way that they are caused by an electrostatic built up between this shaping device and the coating object Let the field deposit on the object to be coated.
In this process, the condition of a potential that is not too high on the spray electrode does not arise, since the liquid is not caused by electrostatic forces; but purely mechanically in z. B. a nozzle is atomized.
On the other hand, for safety reasons, it is necessary in the event that the electrostatic spray gun is too close to the object to be coated and sparks, with possibly ignitable properties, could arise in order to suppress this spark formation.
The large quantities of finely atomized material in these processes also require large separation flows and thus a high field between the mechanical atomizer, droplet converter (recombiner) and the object to be coated. A current limiting resistor could therefore only be used with very significant disadvantages in this process.
According to the invention, these disadvantages can be remedied by adding the high voltage to the electrostatic. Precipitation device has a reactance of high reactive power and, in comparison, low resistance is built in. This is understandable, since a spark in its initial state in the sense of the steep rise of the Townsend discharge represents a sudden change in the spray current (corona current), which change according to Fourier can be understood as a high-frequency oscillation. The same applies to the spark, if it should have ignited.
Sparking can thus be prevented by counteracting the high-frequency oscillation with a high inductance, which, however, does not represent a high ohmic resistance for the direct current flowing during the material transport of the normal electrostatic application process.
This condition is met by high self-inductances, reactances or Pupin coils. Pupin coils who mainly used in telephony and are used to compensate for the capacity of the telecommunications cable to some extent. Here, however, the harmful effect of the capacity of the supply cable and all other electrical parts should be made harmless as much as possible. A suitable dimensioning for this can easily be carried out.
You will be able to reckon with frequencies of a few <B> 100 </B> kHz up to a few 100 MHz and the required impedance up to a few 100 megohms must be assumed. The resulting inductivities can nevertheless be easily produced, as the direct currents occurring are in the order of magnitude of 10-6 A.
Where in detail these inductivities are located depends not least on the design of the entire system. So it can be advantageous to accommodate the inductance at one or at the end of the supply cable in a compact form or in the spray head itself. The reactance can also be divided via the supply line. The reactance is then expediently distributed over the core and sheath of the supply cable, similar to that of a body.
Furthermore, it is not absolutely necessary to build up the reactance only from an inductance. It will often be useful to put the reactance together from an inductive and a capacitive part. It is crucial that the formation of sparks is effectively suppressed so that full safety is guaranteed even in very high-tension fields and when using flammable coating material.