CN1072527C - 静电喷射装置 - Google Patents

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Abstract

静电喷射装置，包括管状喷射体(3)；至少一个用于使粉末静电充电的充电电极(12)；至少一个装在充电电极(12)附近的反电极(44)，它连接到一个不同于充电电极(12)的另一电极(20)上，从而能至少吸引一部分由带电粉末产生的自由离子；至少一个环形体(44；68；74)，它本身构成反电极(44；64；74，76)或支撑着反电极；至少有一个位于喷射体(3)外面的连接条(78)；所述电位接口(20)和反电极(44)之间的电连接是由连接条(78)实现的。

Description

静电喷射装置
本发明涉及一种静电喷射装置。
本发明适用于粉末状涂层材料、如塑料粉或瓷漆粉的喷射。
US-A-4774102公开了一种这样的静电喷射装置。该装置的前端部安装一个卡圈，用作反电极。按照另一种实施方式，卡圈本身并不起反电极的作用，而是通过向前端伸出的棒支承一个环状电极或针状电极。但是，卡圈是如何接地的并没有详细描述，只是进行了示意性的描述。
在对标的物静电喷涂时，在喷射装置的排放口上的粉末被喷射出来，并且直接在这个排放口前面或在其后面进行正的或负的静电充电。这些电极(下面也称为充电电极)均连接到40KV～140KV范围内的高压电源上。而将要涂敷的标的物带有不同于上述电极的电位，例如最好是地电位，被喷成雾状的粉末颗料沿着在充电电极和要涂敷的标的物之间由高电压产生的电力线运动。然后在被涂敷物体上构成一层粉末薄层，这些涂层排斥随电荷而带来的粉末颗粒，因为它们同样地是带静电的。这样在一个操作过程内可在被涂敷物体上仅仅产生一个有限厚度的涂层。接着在被涂敷物体的表面上随着粉末颗粒的相互排斥，出现不稳定的力的比例关系。这种不稳定的力的比例关系导致生成不平滑的涂敷平面，这是一种“丘陵地势”效果，当进一步烘烤该涂层时，就构成一种所谓“橘皮”，因此应尽可能避免这种情况的发生。
在涂敷物体的角上、棱上及开孔处的静电吸引力是与在大平面上的情况不同的。一般来说，角落和棱处的涂敷效果比大平面部分差或更厚些。粉末颗粒在静电场的作用下围绕被涂敷物体的外周缘和围绕要涂敷物体上开孔的轮郭飞舞，并随着该物体的静电吸力分布到物体的背面，从而使被涂敷物体的背面也具有涂层。这种现象叫作“电集肤效应(Umgriff)”。
采用一个反电极的方式，它吸走喷射出的粉末流中的自由离子，这样可以改善被涂敷物体的表面质量和粉末向凹处发展的贯穿能力。进一步地，可在一个喷射工序中向被涂敷的物体表面喷涂一个厚粉末涂层，而不会有过量的粉末颗粒从物体上弹回或被静电推斥开，特别是可避免在涂层表面上出现“橘皮”效应。
本发明的目的是这样实现的，所提供的喷射装置带有一个或多个经济的反电极，它们在喷涂装置上只占据很少的空间，并且可以在商业上通用的喷射装置上附加至少一个反电极。这种措施和反电极应不妨碍对喷射装置的操作便利性。
本发明提供一种静电喷射装置，用于实现向物体的静电粉末喷涂，它具有：一个管状的喷射体；至少一个位于喷射体的顺流管段上用来传送静电电荷到粉末上的充电电极；该充电电极具有与被涂敷物体的电位不同的电位，以使带电的粉末被静电吸附到待涂敷物体上；在充电电极的附近、在喷射体的顺流管段上至少装有一个反电极，其通过电连接装置连接到一个不同于充电电极电位的另一个电位上，因此其至少吸收由粉末充电时产生的自由离子的一部分；至少一个环形体构成或支承反电极并且围绕喷射体的顺流管段延伸，这些反电极在环形体上呈辐射状分布；其中，所述电连接装置设置在喷射体的逆流端部；至少装有一根连接条，它位于喷射体外面，并平行于该喷射体从位于喷射体的逆流端部的电连接装置伸延至位于喷射体的顺流管段的环形体；该连接条包括电绝缘材料和在该电绝缘材料中延伸的导线；该连接条的顺流端装在环形体上，而它的逆流端可脱开地固定在设置在该喷射体的逆流端部的电连接装置上，其中，导线、电连接装置和反电极电连接在一起。
下面将根据实施例进一步描述本发明。有关的附图为：
图1表示对物体施加静电涂层的喷射装置，其中一个环形反电极与一个充电电极同轴布置，
图2表示对物体施加静电涂层的喷射装置的又一实施例，其中反电极是多个棒状电导线，
图3表示本发明又一静电喷射装置的侧视图，
图4表示去掉图3中反电极装置后的喷射装置的侧视图，
图5表示本发明的一种手枪式静电喷射装置的侧视图。
图1和图2中所示的喷射装置或喷枪2用于在物体4或6上产生静电涂层，它包括一个带通入口8的喷射体3，喷涂粉在气压下送入该通入口，还包括一个用于将送入的粉末喷射或喷雾到物体4或6上的出口10，和至少一个位于粉末流轴线上的充电电极12。该充电电极12配置在出口10内，或紧靠出口10的逆流或顺流附近，该电极与一个高电压发生器16相连，高压发生器16的输出电压范围在40KV～140KV之间，它可以如图中所示装在喷枪2的外壳18内，也可装在壳体外面。这两种实施方案均是已有技术。图1和2中的高压发生器16与一个装在喷枪2外面的图中未示出的直流低压电源相连接，此外还和地电极20相连接。除了可在出口10内轴向安装针状充电电极12外，可以替代地在外壳18内或在出口10构成的喷嘴内位于外壳18的顺流端处安装多个处于或围绕涂料流核心的充电电极。在使用中，已存在许多种充电电极和充电电极装置。进一步还可在喷枪2外面靠近要喷射的粉末流布置一个或多个充电电极。这种实施方式也是现有技术。
图中所示的喷枪2固定在一个喷涂设备的机械部件或遥控机械装置22上。可替代的另一方案是带有一手柄，制成手持式喷枪。
要涂敷的物体4或6一般由一个图中未示出的一个运送装置承载，并穿过一个喷涂小室运送。该运送装置是接地的，因此由它所输送的物体4或6通过该运送装置也与地相接通。
高电压产生的电力线24从充电电极12的尖端26处朝向要涂敷的物体4或6辐射。从出口10喷射出的粉末粒子沿着这些电力线涂到被涂敷物体4或6上。并且渗入被涂敷物体凹处28，从这些物体的开孔30处穿出。于是通过“电集肤效应Umgriff”，这些粒子可喷到这些物体的边缘区域内及它的背面32上，正如图1所示的环绕集肤在开口边缘34周围的电力线36。在棱38或角上由于静电变换作用而产生较厚的涂层，在被涂敷物体4的表面构成一较高的平面40或较大的平面42。
如图1和2中用电力线24所示的，从纵断面上看上去已喷出的粉末具有粒子云雾的式样。
图1中与充电电极12同轴的是一环形的反电极44，它的电位是与充电电极12不同的，该反电极用于吸走在粉未静电充电时所产生的自由离子。反电极44也能吸引少数电子。图中用参考数字46标示这些离子流和它从充电电极12到反电极44的路径。反电极44可以具有高于或低于充电电极12的电位。最好是将反电极44与地电位20相连接。反电极44可相应于图1逆着粉末流向48朝充电电极12的尖端26的逆流方向布置，并且与充电电极同轴安装，从而处于对应电力线24的粉末云外面和逆流方向上。
粉末云的大小和形状均与电力线24相一致，它的外表面50没有尖端状边界，而是存在一个界于均匀的粉末分布和周围的大气之间的不明确的过渡。这里所述的粉末云的“外表面50”可理解为粉末云的区域，在此区域内粉末粒子不再沿着电力线24对准被涂敷物体4或6的表面运动，而是漂浮在电力线区域以外。反电极44和充电电极12之间的距离“d”也指反电极44和充电电极12的尖端26之间的距离，和反电极44及粉末云的外表面50之间的距离，这个距离“d”应小于充电电极12的尖端和被涂敷物体4或6之间的距离“D”。充电电极12的尖端26和反电极44之间的距离”d”最好取为充电电极12的尖端26和被涂敷物体4或6之间的距离“D”的三分之一到二分之一。
一个压气喷嘴52将空气吹向反电极44或吹到在反电极44和充电电极12之间的空间，以防止粉末涂敷到反电极44上。只有在不能用其它方式阻止在反电极44上形成涂层的情况下，才有必要利用压力空气实现。
反电极44最好支撑在喷枪2的外罩18上。
如果不采用一个充电电极12或一个反电极44方式，还可以装有多个电极。
在图2所示的实施例中，喷枪2与图1中相同部件一样，其区别是至少装有一个反电极64，它在图2的实施形式中是一种针状线电极。它被压力空气66同轴地环绕冲洗，从而防止涂料滞留在其上。与充电电极12同轴地可配置多个反电极64。这些反电极64最好相互以相同的圆周距离围绕充电电极12配置。图2中与图1中相同的部件采用相同的标号标注。
如果需要，可采有附件68将反电极44或64相对充电电极12轴向或径向定位。
图1和图2所示实施例的工作原理如下：a)没有反电极44或64：
在至少一个如图1和图2所示的轴向针状电极上，电子自由地在高电压下活动，这种电极也可为多个。在充电电极12的高电场24附近，一小部分电子(大约1％～5％)由涂料，这里为粉末所运载，其余的电子飞到最邻近的接地位置处，例如约80％落到被涂敷物体4或6上，约10％落到容纳要涂敷物体的室壁上，并且5％到20％活动到该喷枪的顺流端区，这些分布比例取决于充电电极12和要涂敷物体4或6之间的距离。这些充有静电的粉末遵循其路径移向被涂敷的物体4或6上，并且大部分粘附滞留在那里。从而这些粉末在所述物体上形成一个电隔离层。过剩的电子与在物体4或6表面上的粉末共同构成一个增大的电负荷，并且排斥随后来临的粉末粒子。在物体4或6的表面上产生了一个静电的不稳定的力的比例关系。这种机理在所述表面上留下一种“丘陵地势”，这种表面在将涂层烘烤后出现“桔皮效应”。充电电极12和要涂敷物体4或6之间的空气中的自由离子以一个高于100m/s的极高速度移动。这是随着有关静电场的强度而产生的，即静电力的作用。充有静电的粉末粒子受到运动学的流动力作用，它们是由气流或空气流所传输的。粒子流的运动速度大大低于离子的运动速度，大约为10-15m/s。这意味着离子的运动是与粉末粒子的运动无关的。
每个单个的离子具有其自身的静电场。一个物体附近的电场，当与接地物体的距离很近时，该场强很大。因而法拉第效应也相应增强，这些自由离子的联合构成一个高的静电空间电荷。作为聚合体，这些空间电荷形成的较强法拉第力作用到要涂敷物体的所有角落和棱边上，因此该作用力阻止了粉末粒子顺利地向凹处和槽沟内渗入。
b)带有反电极44或多个反电极64：
在装有反电极的情况下，这些自由离子被吸引到反电极44或64上，并且从粉末流中拉出。反电极必须位于充电电极附近。在充电电极12和反电极44或64之间的距离“d”最好取为反电极与要涂敷物体4或6之间的距离“D”的三分之一或二分之一。如果距离“d”较大，反电极将失去其作用；此时自由电子和离子将主要被要涂敷的物体4或6所吸引，而不是被反电极44或64所吸引。如果距离“d”很小，则在充电电极和反电极之间将产生过强的电流，从而降低了充电电极的尖端26上的高电压值，并且降低了为使粉末充电所必需的静电场24。反电极44或64在充电电极12的尖端26上产生一个增大的电流。因而，充电电极12在喷涂设备2的出口10上产生更多的用于使粉末静电充电的自由离子或电子。从而明显改善了粉末的静电充电情况。此外将粉末喷到需涂敷物体4或6上的程度也明显获得改善。反电极44或64对大部分离子，即大约60～80％的离子起引导作用。飞到要涂敷物体4或6上的只是带电粉末粒子，即只占总电流的2％～8％。并且实现了从粉末流中分离出所不需要的自由离子。这些离子空间电荷集聚和堆积到反电极44或64上，它们是由自由离子流聚合而成。法拉第效应很强地作用到反电极上，但在要涂敷的物体4或6上则很弱。充有静电的粉末粒子能更好地渗入物体4或6的凹处和槽内。并且“静电集肤效应”也得到改善。在物体4或6的表面上不会堆积有自由离子。而作用到物体4或6表面上的静电力明显变小。在该表面上不会产生不稳定状态。桔皮的形成受到抑制。在一次喷涂过程完成后，能够在物体4或6上明显形成一个粉末厚涂层。带电粉末难免涂到反电极44或64上，由于存在这种危险，应有意识地用压力空气冲洗反电极44或64。当反电极装在粉末流之外时，为了避免在反电极44或64上形成涂层，最好将反电极从靠近充电电极12的顺流尖端26处逆流向后布置，并且不要装在充电电极12和要涂敷物体4或6之间。
采用反电极44或64后，充电电极上流过的电流变大。经过试验，该电流从70μA增高到大约100μA。粉末云构成一个电阻，这有助于离子流向反电极44或64。
图3和4中所示的静电喷射装置2主要包括一个管形喷射体3，在它的顺流端部固定有一个用于喷涂带气压的粉末的喷嘴70。在喷嘴70或喷射体3内至少装有一个为粉末静电充电的充电电极12，在喷射体3的顺流管段72上套装有一环形体74，它构成一个反电极和/或支撑有多个从其上伸出的针形反电极76，喷嘴70固定到顺流管段上，反电极74和76处于同一电位，最好与地电位相接，并且与充电电极12的电位是不同的。环形体74固定到连接条78的顺流端79上，该连接条与喷射体3轴向平行地安装，它的逆流端80则插入下个支架22中，并且在那里通过一个螺栓与一个滚花的螺栓头84螺纹相接，实现轴向定位。
图4表示将图3中的喷射装置2的反电极设备86取下的示意图，箭头88指示将环形体74套装到顺流管段72上的操作方向。箭头90表示将螺栓84拧入支架22上的通孔91的插入方向。图4给出了一个地电极接口20。该地电位接口20可以直接连接到连接条78上，在这种连接方式中，接口20和环形体74均由导电材料制成。如果其中至少连接条78是由绝缘材料制成的，则在该连接条78和环形体74内插入一根连接该接地端20和反电极44的导线73。环形体74作反电极使用时，它是由导电材料制成的。如果该环形体不作反电极使用，它可由电绝缘材料制成。地电极接口20可由支架22构成，该支架是由导电材料制成的。
图5表示一个手枪式静电喷射装置2。靠近喷射体3的逆流端94之处装有一根手柄95。连接条78的逆流端80和螺栓84经由手柄95直接装到喷射体3上。这样可将接地导线73引到手柄95上，或穿过该手柄引到接地端口20上。这样布置的优点在于，喷射装置2的材料重力点位于手柄上，或位于手柄95附近，从而可以获得耐疲劳强度高的手枪固定装置。图5中充电电极12如图3和4中一样，也采用轴向电极，不过它是由多个针状充电电极12构成，它们围绕着粉末轨道环绕分布。
在所有的实施例中，环形体74最好相对于喷射体3在各不同的轴向位置上可调节地放置。在各种情况下，不管该环形体74本身作为反电极或支撑反电极76，它均应处于充电电极12的尖端26的逆流位置。

Claims (10)

1.静电喷射装置，用于实现向物体的静电粉末喷涂，它具有：一个管状的喷射体(3)；至少一个位于喷射体(3)的顺流管段(72)上用来传送静电电荷到粉末上的充电电极(12)；该充电电极(12)具有与被涂敷物体的电位不同的电位，以使带电的粉末被静电吸附到待涂敷物体上；在充电电极(12)的附近、在喷射体(3)的顺流管段(72)上至少装有一个反电极(44；64；74；76)，其通过电连接装置(22，84，91)连接到一个不同于充电电极(12)电位的另一个电位(20)上，因此其至少吸引由粉末充电时产生的自由离子的一部分；至少一个环形体(44；68；74)构成或支承反电极(44；64；74；76)并且围绕喷射体(3)的顺流管段(72)延伸，这些反电极在环形体上呈辐射状分布；
其特征在于，所述电连接装置(22，84，91)设置在喷射体(3)的逆流端部；至少装有一根连接条(78)，它位于喷射体(3)外面，并平行于该喷射体从位于喷射体(3)的逆流端部的电连接装置(22，84，91)伸延至位于喷射体(3)的顺流管段的环形体(44；68；74)；该连接条(78)包括电绝缘材料和在该电绝缘材料中延伸的导线(73)；该连接条(78)的顺流端(79)装在环形体(74)上，而它的逆流端可脱开地固定在设置在该喷射体(3)的逆流端部的电连接装置上，其中，导线(73)、电连接装置(22，84，91)和反电极(44；64；74，76)电连接在一起。
2.根据权利要求1的静电喷射装置，其特征在于，连接条(78)的电绝缘材料是一根管子。
3.根据权利要求1的静电喷射装置，其特征在于，多个反电极(76)为针状电极，它们从环形体(74)中伸出。
4.根据权利要求1的静电喷射装置，其特征在于，充电电极(12)和反电极(44；64，64/2)之间的距离(d)小于充电电极(12)和被涂敷物体(4；6)之间的距离(D)。
5.根据权利要求4的静电喷射装置，其特征在于，充电电极(12)和反电极(44；64)之间的距离(d)是充电电极(12)和被涂敷物体(4；6)之间的距离(D)的三分之一至二分之一。
6.根据权利要求1的静电喷射装置，其特征在于，还装有装置(52；66)，为使反电极不粘附上涂料，利用该装置环绕地向反电极(44；64)吹压力空气(66)。
7.根据权利要求1的静电喷射装置，其特征在于，反电极(44；64；74，76)装在充电电极(12)的尖端(26)的反向方向上。
8.根据权利要求1的静电喷射装置，其特征在于，反电极(44；64)离开喷涂粒子雾一定距离装设，并且反电极(44；64)和粒子云雾之间的距离(d)小于充电电极(12)与待涂敷物体(4；6)之间的距离(D)。
9.根据权利要求1的静电喷射装置，其特征在于，反电极(44；64)是与地电位相连的。
10.根据权利要求1的静电喷射装置，其特征在于，反电极(44；64)相对于充电电极(12)沿轴向或径向可滑移，并且通过定位部件(68；84)固定到所选定的位置。
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