CH663911A5

CH663911A5 - Elektrostatische beschichtungsanlage.

Info

Publication number: CH663911A5
Application number: CH4727/83A
Authority: CH
Inventors: Walter Spengler
Original assignee: Electronova Sa
Priority date: 1983-08-29
Filing date: 1983-08-29
Publication date: 1988-01-29
Also published as: FR2550963B1; GB2145641B; DK410084A; DK162026B; GB2145641A; JPS6097064A; DE8424333U1; JPH0254146B2; CA1226430A; GB8421797D0; SE8404251L; US4563977A; DK410084D0; IT1237349B; IT8422433A0; SE8404251D0; SE459645B; DK162026C; FR2550963A1

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrostatische Beschichtungsanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, an einer feststehenden geerdeten Aufhängevorrichtung oder an einer geerdeten Förderkette aufgehängte elektrisch leitende Gegenstände mittels einer elektrostatischen Pistole mit einer Pulver- oder Nassbeschichtung, z.B. in der Form eines Farbauftrages, zu versehen. Um einen regelmässigen Beschichtungsmaterialauftrag auch auf der der Pistole abgewandten Seite der Gegenstände zu erzielen ist es von erheblicher Bedeutung, dass ausser der Erzeugung eines dem zu beschichtenden Gegenstand genau angepassten elektrostatischen Feldes (Stärke und Feldorientierung) auch die örtlich anfallende Beschichtungsmaterialmenge (Verteilung des Materials in der Auftragungswolke) genau gegenstandsspezifisch eingestellt ist. Von noch wesentlich grösserer Bedeutung jedoch ist, dass die Erdung des Gegenstandes bzw. dessen Verbindung mit einem Gegenpol zum Pistolenpotential einwandfrei und stets gleichbleibend ist. Dies gilt insbesondere für Beschichtungsanlagen mit kontinuierlichem Durchlauf der zu behandelnden Gegenstände, wo eine Kontrolle der Erdungskontaktstellen, die sich normalerweise im Bereich der angeblasenen Beschichtungsmaterialwolke befinden, erschwert oder praktisch unmöglich ist. Dadurch ergeben sich nach kurzer Zeit Auftragsschichten einer solchen Dicke, die namentlich bei Pulverbeschichtung auch bei hohen Betriebs- bzw. Ladungsspannungen zu Isoliereffekten führen; ausserdem ergeben sich bereits im normalen Betrieb infolge von unkontrollierbaren Streufeldern und mangelhafter Führung des Beschichtungsmaterials oder ihres Über-schussmengenanteils unerwünschte Ablagerungen davon, die nur schlecht oder mit erheblichem Zeit- und/oder Einrichtungsaufwand zu beseitigen sind. Auf jeden Fall resultieren daraus Kosten für Material-, Reinigungs- und Unterhaltsaufwand, die in einem zur Nutzkomponente spürbar schlechten Verhältnis liegen.

Das oben Gesamte gilt auch dann, wenn zwar die zu beschichtenden Gegenstände isoliert aufgehängt in den Arbeitsbereich der elektrostatischen Pistole gelangen und die Erdung der Einzelgegenstände wie nach dem Stand der Technik bereits praktiziert, im Nahbereich des gerade behandelten Gegenstandes stattfindet.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher eine elektrostatische Beschichtungsanlage zu schaffen, durch die die geschilderten Nachteile vermeidbar sind, insbesondere das Problem der zuverlässigen Erdung der zu beschichtenden Gegenstände einwandfrei lösbar ist. Daraus ableitbar soll eine bessere Ausnützung von sowohl trockenem (Pulver-) als auch nassem (Lack-)Beschichtungsmaterial sein. Ebenso soll durch einen verbesserten «Umgriff» der Beschichtungsmaterialwolke am Gegenstand eine gleichmässigere und «löcherfrei» deckende Beschichtung erzielbar sein.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale aus dem Patentanspruch 1 erreicht. Ausführungsformen der erfindungsgemäs-sen elektrostatischen Beschichtungsanlage gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

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Besondere Vorteile der Erfindung sind nebst den bereits geschilderten Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik, dass durch eine mindestens teilweise «offene» Gestaltung der ladungserzeugenden und ladungsableitenden Bauteile die örtliche Ausbildung von Zonen unterbindbar ist, die ähnlich faradayschen Käfigen wirksam sind. Durch das auch in der der Pistolenmündung entgegengesetzten «Schattenzone» hinter dem Gegenstand gleichpolige Ladungsfeld wird der Beschichtungsmaterialnebel sicher auf den Gegenstand zurückgeworfen, so dass eine saubere oder leicht sauber haltbare Beschichtungskabine resultiert. Die durch Feldstärkensensoren optimal steuerbaren feldemittierenden Induktor- und Ionisatoreinrichtungen gestatten einen weitgehend automatisierten und dadurch personalsparenden Betrieb. Die auf einfache Weise optimierbaren Arbeitsparameter erlauben vielfach eine Steigerung des Materialdurchsatzes und damit eine optimale Steigerung der Anlageleistungsfähigkeit.

Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend anhand einer schematischen Darstellung im Querschnitt (Fig. 1) und im Grundriss (Fig. 2) gemäss der Ebene II—II nach Fig. 1 beispielsweise beschrieben.

In der Zeichnung bezeichnet 1 die Umfangswand eines Durchlaufkanals oder einer Beschichtungskabine einer für kontinuierlichen oder schrittweisen Vorschub von zu behandelnden metallischen oder mit einer elektrisch leitenden Oberfläche versehenen Gegenständen 2, deren Form und Grösse keineswegs an das gezeigte Beispiel gebunden ist. Weiterhin ist die in Fig. 2 gezeigte Anzahl Arbeitsstellen oder Beschichtungsstellen 3 nicht erfindungswesentlich. Es können vielmehr insbesondere für kontinuierlichen Betrieb nur eine Arbeitsstelle 3, für schrittweisen Betrieb dagegen mehr als zwei Arbeitsstellen 3 vorhanden sein.

In Fig. 1 ist eine für mechanische Heranführung des zu beschichtenden Gegenstandes 2 gestaltete Fördereinrichtung 4 mit einem Aufhängegestänge 5 gezeigt, dessen den Gegenstand 2 tragender unterer Abschnitt 5' durch ein Isolierglied 6 von der samt der Umfangswand 1 des Durchlaufkanals geerdeten Fördereinrichtung elektrisch getrennt ist. Für die Beschichtung grösserer Gegenstände oder Objekte, wie z.B. Autokarosserien oder Stahlmöbel, kann die Fördereinrichtung auch bodengestützt als isoliert angeordnetes Förderband gestaltet sein. Eine elektrostatische Beschichtungsma-terial-Spritzpistole 7 liegt dem zu behandelnden Gegenstand 2 derart gegenüber, dass sein Sprühstrahl 8 einen gewünschten, einstellbaren Bereich davon zu erreichen vermag. Die Pistole 7 kann für die Beschichtung von Gegenständen 2, deren Grösse über den Bereich des Sprühkegels 8 hinausreicht, in horizontaler und vertikaler Richtung, sowie in Vor- und Rückwärtsrichtung, beweglich angeordnet werden.

Dem Gegenstand 2 bezüglich des Arbeitsbereiches der Pistole 7 gegenüberliegend ist ein elektrostatischer Vorhang 9 angebracht, dessen Fläche sich mindestens über diesen Arbeitsbereich erstreckt. Die Kontur des Vorhanges wird vorteilhaft so gewählt, dass die Rückseite des Gegenstandes 2 optimal mit Beschichtungsmaterialpartikeln aus dem Sprühstrahl 8 versehen wird. Vorzugsweise im Falle von Einzelkabinenanlagen, aber auch für Anlagen mit kontinuierlichem oder schrittweisem Durchlauf kann der Vorhang 9 sowohl auf die Ober- als auch auf die Unterseite des Gegenstandes verlängert werden.

Der Vorhang 9 ist für das Beschichtungsmaterial undurchlässig und besitzt mindestens auf seiner Rückseite eine elektrisch leitfähige Schicht, an die ein Potential der gleichen Polarität wie an die Pistole 7 anlegbar ist. Im Hinblick darauf, dass die Pistole 7 wahlweise (je nach den momentanen Betriebsbedingungen oder besserer Beschichtbarkeit des Gegenstandes 2) negativ oder positiv vorspannbar ist, ist somit

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auch der Vorhang 9 entsprechend umpolarisierbar. Die gleiche Polarisierung des Vorhangs 9 wie die Pistole 7 stellt sicher, dass vom Sprühstrahl 8 hinter den Gegenstand gelangtes versprühtes Beschichtungsmaterial sich nicht auf dem Vorhang 9 niederschlägt, sondern gegen die Rückseite des Gegenstandes 2 reflektiert (gestrichelte Pfeile 8') wird. Letzterer befindet sich, wie nachstehend erläutert auf einem zur Polarität der Pistole 7 gegengepolten Potential. Zu Erläuterungszwecken sei hier angenommen, dass das Pistolenpotential negativ, und das Gegenstandspotential positiv sei.

Das Potential des Vorhanges kann wahlweise über eine ohm'sche Verbindung 10 oder berührungslos mittels einer Spitzen-Induktoreinrichtung 11 angelegt werden, deren Entladungsspitzen 11' der Rückseite des Vorhanges 9 zugewandt sind. Letztere Anspeiseart empfiehlt sich, wenn Berührungsschutzprobleme anstehen. Da betriebsmässig an der Pistole 7 und am Vorhang 9 unterschiedlich hohe Potentiale anliegen können, ist eine entsprechende, gegebenenfalls von einem Sensor 12 gesteuerte Spannungsreguliereinrichtung (nicht gezeigt) vorhanden.

Der Vorhang 9 verhindert wirkungsvoll, dass in dem Kanalabschnitt 13 zwischen Vorhang 9 und Umfangswand 1 Beschichtungsmaterial abgelagert wird. Die dem zu beschichtenden Gegenstand 2 zugewandte Oberfläche des Vorhanges 9 kann mit einer elektrisch isolierenden auswechselbaren Oberflächenbedeckung versehen sein, auf welche sich allenfalls den Partikelreflexionsraum 14 durchquerende Be-schichtungsmaterialpartikel niederschlagen können.

Für das Anlegen des gegengepolten Potentials zur Pistole 7 und den Vorhang 9 ist eine über der Aufhängestelle 15 des Gegenstandes 2 angeordnete und von dem gegen Erde isolierten unteren Gestängeabschnitt 5' allenfalls getrennt aufgebaute Induktoranordnung 16 vorhanden. Das gegengepol-te Potential kann beispielsweise auch das Erdpotential sein. Die Induktoranordnung 16' ist in Fig. 1 als bezüglich des isolierten Gestängeabschnittes 5' spiegelbildlich gestaltete Hälften gezeigt. Jede dieser Hälften besitzt ein auf die Grösse des zu beschichtenden Gegenstandes 2 angepasstes etwa halbschalenförmiges untenliegendes elektrisch isolierendes Mantelstück 17, welches zur zentrierenden Aufnahme eines elektrisch leitenden Belages 18, z.B. eines Blechstreifens, gestaltet sind. Den Belägen 18,18 steht je ein Spitzeninduktor 19 gegenüber, der zum berührungslosen Aufladen des jeweiligen Belages 18 dient. Jede Hälfte der Spitzen-Induktor-anordnung 16 kann für sich betrieben bzw. wahlweise zu-oder abgeschaltet werden. Die Teile der Induktoranordnung 16 liefern das elektrostatische Gegenfeld für den darunter aufgehängten metallischen oder mit einer elektrisch leitenden Oberfläche versehenen Gegenstand 2. Die Feldstärke (und Polarität) der Hälften der Induktoranordnung 16 kann durch Sensoren 20 überwacht und mittels einer (nicht gezeigten) Steuereinrichtung festgelegt werden.

Wahlweise kann das Mantelstück 17 aus einem leitenden Material bestehen, das zwecks Berührungsschutz mit einer isolierenden Oberflächenschicht versehen ist.

Die Induktoranordnung 16 kann sich schaltungsmässig auch auf Erdpotential befinden.

Die Spitzeninduktoranordnung 16 oder jeweils eine oder beide der spiegelbildlich gezeigten Hälften davon kann/ können als ortsfeste Einrichtung, die sich über eine oder mehrere Beschichtungsstellen erstreckt, gestaltet sein. Dabei bewegen sich die Aufhängegestänge 5' in einem Trennspalt 21 zwischen jeder der Hälften, um eine Berührung mit diesen zu vermeiden. Jede der Hälften von 16 ist dann über strich-liert eingezeichnete Traganordnungen 22 (in Fig. 2 nicht gezeigt) elektrisch isoliert an der Umfassungswand 1 des Durchlaufkanals abgestützt. Alternativ kann jeder der für die Aufnahme eines zu beschichtenden Gegenstandes 2 be3

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stimmte untere Abschnitt 5' des Aufhängegestänges 5 ein-oder beidseitig mit einem elektrisch isolierenden Mantelstück 17 versehen sein, das im wesentlichen über den Grundrissbereich eines einzelnen Gegenstandes 2 reicht, und in das ein Belag 18 eingelegt ist. Die ein- oder beidseits des Trennspaltes 21 für den Gestängedurchlauf anzuordnenden Spitzeninduktoren 19 und die Sensoren 20 werden jedoch, zweckmässig auf die jeweilige Beschichtungsstelle ausgerichtet, fest mit der Kanalwand 1 verbunden.

Obschon die aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Mantelstücke 17 betriebsmässig auf eine der Sprühstrahlpolarität entgegengesetzte Potentialpolarität aufgeladen sind, besteht an deren Unterseite eine sehr geringe Neigung für Beschichtungsmaterialaufnahme, da der darunterliegende und vom Sprühstrahl 8 direkt getroffene Gegenstand 2 dieselbe Polarität aufweist. Zudem werden die im Sprühstrahl 8 vorhandenen Partikel durch den auf der Rückseite des Gegenstandes 2 befindlichen Vorhang 9 ausgeprägt auf den auf gegenpoligem Potential befindlichen Gegenstand 2 gelenkt. Es besteht daher auch für die im Kanalbereich oberhalb der Aufhängestelle 15 des Gegenstandes 2 befindliche Kanal- bzw. Kabinenteile eine sehr geringe Ansatzneigung für Beschichtungspartikel. Eine erfindungsgemäss gestaltete Beschichtungsanlage kann daher sowohl hinsichtlich des Nutz-Materialverbrauches als auch hinsichtlich des War-tungs- und Reinigungsaufwandes sehr rationell betrieben werden.

Zieht man in Fig. 2 in Betracht, dass die Durchlaufrichtung der zu beschichtenden Gegenstände 2 in Richtung des Pfeiles A in der unteren Figurenhälfte erfolgt, so passiert ein beschichteter Gegenstand 2' nach Beendigung des Arbeitsvorganges und vor oder nach dem Verlassen des Beschich-tungskanals noch eine Ionisiereinrichtung 23, die mit einem oder zwei Spitzenionisatoren 24, 24' versehen sind, welche eine allfällig auf der Oberfläche des beschichteten Gegenstandes 2' noch vorhandene Ladung abführt bzw. neutralisiert. Alternativ können auch die Induktoreinrichtungen 11 und 19 durch (nicht gezeigte) Schaltmittel nach Abschluss des Beschichtungsvorganges als Ionisiereinrichtungen geschaltet werden, um Restladungen von den beschichteten Gegenständen 2, 2' zu entfernen.

Zur praktischen Orientierung über den Betrieb einer Beschichtungsanlage der beschriebenen Art diene, dass das an der Sprühpistole 7 liegende Potential in der Grössenordnung zwischen 50—150 kV liegt und zweckmässig negative Polarität aufweist. Das Potential des Vorhanges 9 bzw. der Induktoreinrichtung 11 liegt, durch die Sensoren 12 überwacht und soweit nötig geregelt, auf etwa derselben Höhe wie das Pistolenpotential und besitzt die gleiche Polarität wie letzteres. Das Potential an den Induktoren 19 der Induktoranordnung 16 bzw. an der Oberfläche der Mantelstücke 17 ist im Bereich von etwa 5 — 30 kV von Hand oder sensorgesteuert einstellbar und besitzt positive Polarität. Die Induktoranordnung 16 kann sich auch auf Erdpotential befinden. Die Spannung an der Pistole 2 wird auf den für eine optimale Arbeitsleistung erforderlichen Wert voreingestellt, ebenfalls die Spannung an den Induktoren 19. Während des Betriebes am Vorhang 9 und an den Mantelstücken notwendige Potentialkorrekturen können sensorgesteuert erfolgen.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Elektrostatische Beschichtungsanlage für das Auftragen trockener oder nasser Oberflächenschichten auf metallische oder mit einer elektrisch leitenden Oberfläche versehenen Gegenstände (2), die an einer gegenüber der Umfassungswand (1) einer Bearbeitungskabine oder eines Durchlaufkanals (1') elektrisch isolierten (6) Tragvorrichtung (5') gehalten und in den Partikelsprühbereich (8) einer elektrostatischen Spritzpistole (7) bringbar sind, gekennzeichnet durch mindestens einen innerhalb der Umfassungswand (1) angeordneten elektrostatisch gleichpolig wie die Spritzpistole (7) aufladbaren Vorhang (9), welcher sich mindestens über einen von der Spritzpistole (7) aus betrachtet rückwärtigen Flächenbereich des zu beschichtenden Gegenstandes (2) erstreckt, und eine ebenfalls innerhalb der Umfassungswand (1) und im wesentlichen unmittelbar über dem genannten Gegenstand (2) angeordnete Induktoranordnung (16), die sich mindestens über den Grundrissbereich dieses Gegenstandes (2) erstreckt und dazu bestimmt ist, an den zu beschichtenden Gegenstand (2) ein elektrostatisches Potential anzulegen, das gegenüber dem an der Spritzpistole (7) liegenden Potential entgegengesetzt gepolt ist.

2. Elektrostatische Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aufladbare Vorhang (9) ein für die von der Spritzpistole (7) ausgehenden Partikel un-durchdringbares Material enthält, und dass mindestens die dem zu beschichtenden Gegenstand zugewandte Oberfläche mit einem elektrisch isolierenden Material als Berührungsschutz versehen ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Elektrostatische Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Vorhang (9) über den genannten rückwärtigen Flächenbereich hinaus über mindestens einen Teil der Seitenfläche und/oder der Ober-und Unterseite des Gegenstandes (2) davon erstreckt.

4. Elektrostatische Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Material des Vorhanges (9) über einen ohm'schen Kontakt (9') an Spannung gelegt ist.

5. Elektrostatische Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhang (9) mit einer Spitzen-Induktoreinrichtung (11) versehen ist, welche dazu bestimmt ist, den Vorhang (9) auf ein im wesentlichen gleich hohes elektrisches Potential wie die Spritzpistole (7) aufzuladen.

6. Elektrostatische Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhang (9) mit einem Sensor (12) versehen ist, welcher die vom Vorhang gelieferte Ladungsfeldstärke überwacht.

7. Elektrostatische Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die über dem zu beschichtenden Gegenstand (2) vorhandene Induktoranordnung (16) ein dem zu beschichtenden Gegenstand (2) zugewandtes Mantelstück (17) mit einer zumindest auf der abwärtsgerichteten Oberfläche angebrachten elektrisch isolierenden Schicht aufweist, und dass das Mantelstück (17) als Träger eines elektrisch leitenden Belages (18) gestaltet ist.

8. Elektrostatische Beschichtungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktoranordnung

( 16) in zwei bezüglich der Tragvorrichtung (5) symmetrische, in Durchlaufrichtung der Tragvorrichtung (5) getrennte Hälften aufgeteilt ist, und dass jeder der beiden Hälften je ein Spitzeninduktor (19) zugeordnet ist.

9. Elektrostatische Beschichtungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktoranordnung (16) ein mit der Tragvorrichtung (5') fest verbundenes einstückiges Mantelstück (17) mit einem elektrisch durchverbundenen leitenden Belag (18) aufweist, und dass ein den genannten Belag (18) elektrostatisch aufladender Spitzeninduktor (19) oberhalb des Mantelstückes (17) angeordnet ist.

10. Elektrostatische Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Endbereich des Bewegungsweges (A) des zu beschichtenden Gegenstandes inner-oder ausserhalb der Umfassungswand (1) oder in einer Einzel-Arbeitsstelle eine Ionisiereinrichtung (23) angeordnet ist.