CN88101597A - 用于工件静电喷涂的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静电喷涂装置，特别适用于水釉质或其它导电性涂料。其中雾化室接地，其周围配置有高压电极，电极插入用绝缘材料制成的电极座构件。通过对电极座构件、雾化室外壳选定合适的材料，使得电极至雾化室外壳之间的径向电位分布与喷射的涂料的径向电位分布相仿。另外，装置的绝缘材料(至少其中一部分)采用聚四氟乙烯。这样，把装置自喷涂污染的程度降低至最小。

Description

本发明涉及一种利用高压电极所产生的电场使一种导电性涂料带电并喷涂到工件上去的静电喷涂装置。

这类装置适用於喷涂例如机动车辆的壳体，和惯用装置不同，这种装置内的喷雾头并不带电，只是一些配置在外部的电极带有高压电，如同德国专利OS    34    29    075和36    09    340所公开的那样，这种装置用来喷涂导电性涂料（例如所谓水釉质），能显示出很大的优越性，特别是，这种装置解决了一系列绝缘问题，因为整条涂料输送线直至喷雾头均可接地，不过，带有外部电极的这类装置，当其运行情况良好，亦即被喷射的涂料的充电率较高时，要避免喷雾器（特别是电极周围、电极座以及雾化室）被涂料污染，是极其困难的，电极表面被污染，则输出将下降，因而使效率降低，而效率降低，反过来又使涂料污染情况更为严重。为此，德国专利OS    34    29    075所公开的装置只具有两三个电极，或者至多四个，每个电极均安入一个塑料座，并沿喷雾器外壳径向配置，沿轴向指向要喷涂的工件。这些电极座的后部均固定於一个塑料环形构件上，后者固定於喷雾器外壳上。德国专利OS    36    09    240中所描述的装置与此不同，它包括一个用绝缘材料制成的，围绕在喷雾器外壳周围的环形构件，几个针形电极（如有必要，电极可安装在指形延伸臂中）从环形构件向外伸出，环形构件中还有一根园形绝缘导体，把诸电极连接在一起并接至高压线。这种结构和仅用三、四个个别电极的结构相比，能获得更均匀的喷纹。虽然上述这些结构实际上已具有良好的使用效果，但在某些操作条件下仍不能克服上述有关污染的缺陷。被喷出的涂料颗粒，或多或少地不仅会积聚在电极本身的绝缘表面上，而且还会积聚在沿雾化室外壳径向间隔分布且支承电极构件的支柱上、雾化室外壳上，却不喷涂到待喷涂的工件上。

本发明的目的是提供一种装置，在这种装置中，雾化室外壳及电极之间的表面被涂料污染的程度比迄今为止其它装置较为小。

本静电喷涂装置用来喷涂导电性涂料，它包括一个喷雾器、一条涂料输送线、一些沿喷雾器之喷头径向配置的带高压的电极以及一个电极座构件，并采用了电位控制，使得喷雾器内壁和电极之间（喷雾器近周）之电势径向分布，能和被喷涂之涂料之径向电势分布大体一致。

这里所描述的这种装置，其电极尖端（或末端）通常是沿喷雾器喷雾端之周围按同心园分布的，且一般宜配置在比喷雾端平面略靠后之处，其中涂料用已知方式雾化后，通过一个径向运转的组件有力地向外喷射。和惯用的接触式涂料充电结构或带高压的雾化室不同，本装置中被喷射的颗粒起初是不带电的。实际上，只有当这些颗粒从喷雾端喷出，进入电极电离区之后（电极近处的空气因电晕放电而发生电离），才在离喷雾端距离大小不同的径向位置上开始带电。涂料颗粒在空气离子云间接作用下带电之后，在电极所产生的静电场作用下飞向接地的工件。

本发明是以下述知识为基础的：合理的设计可以基本解决喷涂装置对直至电极为止的部份进行自喷涂的问题;另外，采用适合的绝缘材料或几种不同绝缘材料的组合，亦能防止自喷涂。

按照本发明的第一种设想，采用了径向电位控制，考虑到了涂料颗粒的带电作用发生在它们进入外部电极的电离区之后，且与它们离喷雾端的径向距离相关。

根据本发明的第二种构思，使人大为吃惊地发现，采用特殊绝缘材料，比如氟塑料，尤其是聚四氟乙烯（PTFE），能使喷涂装置运行时的自污染程度减为最小。具体来说，自污染程度远远小於采用常用合成材料（比如聚丙烯PP或聚醋酸酯POM）的场合。

按本发明构思而制作的喷涂装置，比现有技术中类似装置具有自污染现象明显减小的优点。

附图1是按照本发明构思的第一种实施例;附图2是第二种实施例，带有改进了的雾化室外壳。

以下结合附图，详述一最佳实施例，其中电极配置在旋转式雾化室外部。

图1所示装置包括一个喷雾器-即已知钟形旋转式雾化室（1），盖板（2），形成一个喷头，该喷头一般宜以较高转速由空气涡轮驱动而转动。沿雾化室的中心轴配置一根金属管（3），它把水釉质或其它导电性涂料从一个储罐引向上述盖板喷头，涂料本身直至所述盖板之喷雾端面均处於地电位。待喷涂的工件（图中未画出）亦处於地电位。本实施例中，工件为机动车辆外壳之一部分，放置在与所述盖板相距一定轴向距离之处。

喷雾器包括一个用绝缘塑料制成的外壳（4），外壳内还可以具有一个金属内套（6）。在盖板（2）和外壳（4）的端面之间安有一个盖子（5），该盖子与所述盖板一起转动，并可用金属制成，如同接地的盖板一样。盖子（5）亦可作为一个分离件安设在盖板一侧。

为了使涂料从盖板（2）之喷雾端开始基本上沿径向分布带电，本实施例中采用针形电极（10），所述电极配置在喷雾器中心轴的一个同心圆上，并按均匀角度间隔分布。电极均按轴向平行布置，并分别安入环状构件（12）上的用绝缘材料制成的指形凸座（11）中，环状构件（12）亦用绝缘材料制成。所述电极之后端均和一环形导线（13）连接，所述环形导线把所有电极连接在一起，为了使环形导线绝缘，它被完全包藏在环状构件（12）内部，电极（10）经由导线（13）和高压电缆（14）连接，后者接至一高压发生器，发生器的典型供电电压属60-100千伏数量级。前述环状构件（12）由两根扶条状支柱（15）和喷雾器连结，所述支柱可以用例如绝缘材料制成，并能用夹紧圈紧固於外壳（4）上（图中未画出）。

电极（10）的数量应这样选定，使得每两个电极之间的距离足够地短，以避免构件（12）之正面被涂料污染。例如，若电极分布圆之直径为400毫米，则至少应配置18个电极。若分布圆直径变小或加大，则应酌情减少或增加电极的最小数量。因此，当电极分布圆直径在本例所示400毫米左右一个较大范围内取值时，电极尖端相互之间距离大约应为40至70毫米。在上述装置中，电极尖端和盖板之喷雾端之间的径向距离应该超过喷雾端面直径（本例中为70毫米）之两倍。目前比较适用的电极（10）分布圆直径大约在350至450毫米之间。另外，电极尖端和喷雾端之间的轴向距离对减少污染现象亦颇重要。本实施例所述装置中，电极尖端配置在由喷雾端沿轴向靠后之处。该轴向距离应选择得适中，因为距离加大虽然改善了喷射的涂料之带电状况，却同时也增大了污染程度。所示实施例中，发现该轴向距离宜取为25至60毫米，最佳值约为50毫米。一般说来，电极尖端应配置在喷雾端后方，二者之间之轴向距离应小於电极尖端与喷雾端面之间径向距离之三分之一，迄今为止所采用过的所述类型的各种喷涂装置，虽则均按上述方法考虑了最适电极数目及其配置方式，仍旧存在着电极座构件以及雾化室外壳因自喷涂而被污染的问题。按照本发明，采用例如聚四氟乙烯（PTFE）之类碳氟树脂作为绝缘材料，可以大大地解决这一问题。所述聚四氟乙烯又叫特氟隆（TEFLON），是很易获得的。上述绝缘材料至少应用於本装置的一部分绝缘件，其中外壳（4）、径向支柱（15）以及柱状或指形凸座（11）最宜於采用上述绝缘材料。

径向支柱（15）可以是一管状物，其一端开口，利用图示销钉（16）沿径向穿插入其开孔，可将环状构件（12）紧密地固定於支柱上。根据设计及生产工艺上种种原因，环状构件（12）可用另一种塑料制成，例如聚甲醛（POM）。

本实施例中，发现为了避免自污染，还有另一关键，亦即一切用聚四氟乙烯制作的零部件之外表面应尽可能光滑连续，也就是说，没有小孔、缝隙、接缝等。尤其是外壳（4），应不具有任何凹口、开孔或钻孔，并不应带有螺钉之类配件。如果必须采用这类紧固件，则它们亦应用聚四氟乙烯制作。曾观察到外壳（4）上如有小孔或凹口则其中会发生自污染，追究其原因，一种说法是，可能因为绝缘强度减弱了之故。至少是，凡是有可能被涂料污染的地方，外壳（4）的击穿电极至少应为5千伏。

在外壳（4）和金属内套（6）之间亦可设有一隔离套（8），它由透气性立体结构材料制成，比如采用多孔塑料，以防止产生冷凝水。一种适用於该目的的材料可以按商品名“Filtroplast”而买到。

本发明并不限於上述最佳实施例，亦即包括一个环状绝缘构件和较多数量的外部电极。相反地，也适用於比如前述德国专利OS    34    29    075所提到的装置，其中包括一些各别电极，每个电极分别配置在单独支柱上。

至於为什么聚四氟乙烯能比其它材料更理想地防止自污染，迄今为止还无法解释。这也许与聚四氟乙烯所具有的一些和其它塑料（比如聚丙烯、聚甲醛、聚氯乙烯）及其它例如纤维板、陶瓷等绝缘材料不同的特性有关。这些特性是比如，表面强度极高（按德国工业标准DIN    53    482测得）、静电充电率较低等。静电充电率低是因为其介电常数较低;同时由于其表面电荷分布均匀，故放电速率很低，亦即电荷分布随时间推移的改变较小。另外，聚四氟乙烯几乎不吸水，因而其诸特性不受空气湿度变化的影响。

径向电位分布控制也能起到减弱自污染的作用。按照本发明的第一种构思，这种控制应使喷雾器附近-亦即金属内套（6）和电极（10）之间-的径向电位分布大致和被喷射的涂料的径向电位分布相同。采用其它的材料，亦能进行径向电位分布控制。为此目的，电极座构件，至少是零件（15），至少在其面向工件的一侧，应由这样的绝缘材料制成，这种材料的表面电位径向分布，当装置运行时，大致和被喷涂的涂料的电位分布相仿。这一目的可通过选择不同表面特性（自带电荷及漏电情况）的材料来达到，更具体地说，也就是选择不同表面电阻的材料。最好做到电极座构件的所有零件具有和喷涂时靠近它们或可能靠近它们的涂料颗粒相同的电位。通常，宜在雾化室外壳和电极之间的区域内进行连续的径向电位控制。结合这一目的，管状支柱（15）的材料也可以不用聚四氟乙烯，而用陶瓷。其它表面电阻和陶瓷、聚甲醛或聚四氟乙烯相仿的材料在某些场合下也可以使用。

另外，形成喷头的盖板（2）和/或与之一起旋转的盖子（5），虽则目前多用金属制成，亦可以（至少是其一部份）用其它适宜於所需电位分布控制的材料制成。

在附图1所示装置中，在外壳（4）内，介於外壳和金属内套（6）之间采用了前面所述的、用立体结构多孔性材料制成的隔离套（8）。图2所示实施例在这方面作了如下改进：用一个相应的套子（8′）以罩子的形式把用聚四氟乙烯制成的外壳（4′）的整个外部完全遮盖住了。外壳（4′）的外部和整个    （8′）的内壁之间，除了轴向前后两端之外，形成一个空气隙（20），管路（21）接至该空气隙，以便向该环状气隙内注入空气。注入的空气则通过套子（8′）的细孔而向外逸出。套子（8′）亦可具有一个开孔以便让支柱（15）穿过。

Claims (17)

1、一种用来向工件静电喷涂导电性涂料的装置，包括

-一个喷雾器，更具体地说，包括一个旋转式雾化室(1)，所述雾化室的喷头(2)配置在内套(6)里面，所述内套安置在用绝缘材料制成的外壳(4)内，

-一条把涂料由一个储罐输送至喷头之喷雾端的输送线，所述输送线连同其中的涂料直至喷头均接地，

-一些针形电极(10)，所述电极在喷头周围沿径向分布，并和高压发生器连接，以便使涂料带电并产生一个电场，

-一个电极座构件(11、12、15)，所述构件用绝缘材料制成，

且电极(10)除其前端外均插入该构件内，更具体地说，该构件包括一个或多个用绝缘材料制成的支柱(15)，所述支柱由外壳(4)向外延伸，

本发明的特徵是，采用了电位控制，使得喷雾器附近介於内套(6)及电极(10)之间的径向电位分布，近似地和被喷射的涂料的径向电位分布相仿。

2、如权利要求1所述的装置，其特徵是，所述电位控制是由电极座构件（15、12）和/或外壳（4）提供的。

3、如权利要求1所述的装置，其特徵是，所述电极座构件，或者至少是其一部份比如沿径向配置的零件（15），至少在面向工件一侧用这样的绝缘材料制成，这种材料的表面电位沿径向的分布，当喷雾器运行时，近似地和被喷射的涂料的电位分布相仿。

4、如权利要求1所述的装置，其特徵是，在电极座构件中，把安装电极（10）的绝缘性指形凸座（11）及环状构件（12）和内套（6）相连结的径向配置支柱（15），有一个或多个至少部份地用陶瓷制成。

5、如权利要求1所述的装置，其特徵是，电极座构件至少有一部份，比如环状构件（12），是用聚甲醛（POM）制成。

6、如权利要求1所述的装置，其特徵是，电极座构件至少有一部份是用具有和聚甲醛（POM）或陶瓷相似的表面电阻的某种塑料或其它材料制成。

7、如权利要求1所述的装置，其特徵是，喷头（2）和/或配置在其近旁的盖子（5），至少有一部份是用适宜於电位控制的材料制成。

8、一种用来向工件静电喷涂导电性涂料的装置，包括

-一个喷雾器，更具体地说，包括一个旋转式雾化室（1），所述雾化室的喷头（2）配置在内套（6）里面，所述内套安置在用绝缘材料制成的外壳（4）内，

-一条把涂料由一个储罐输送至喷头之喷雾端的输送线，所述输送线连同其中的涂料直至喷头均接地，

-一些针形电极（10），所述电极在喷头周围沿径向分布，并和高压发生器连接，以便使涂料带电并产生一个电场，

-一个电极座构件（11、12、15），所述构件用绝缘材料制成，且电极（10）除其前端外均插入该构件内，更具体地说，该构件包括一个或多个用绝缘材料制成的支柱（15），所述支柱由外壳（4）向外延伸，

本发明的特徵是，所述装置的绝缘材料至少有一部份是碳氟化合物。

9、如权利要求8所述装置，其特徵是，绝缘材料采用聚四氟乙烯（PTFE）。

10、如权利要求8所述装置，其特徵是，外壳（4）至少有一部份用碳氟化合物材料制成（比如PTFE）。

11、如权利要求8所述装置，其特徵是，电极座构件至少有一部份（比如零件11、15）是用碳氟化合物材料制成的（比如PTFE）。

12、如权利要求11所述的装置，其特徵是，电极座构件（11、12、15）的径向支柱（15），至少表面是用碳氟化合物材料制成的（比如PTFE）。

13、如权利要求1或8所述装置，其特徵是，针形电极（10）是嵌入用碳氟化合物材料（PTFE）制成的指形凸座（11）内的。

14、如权利要求1或8所述装置，其特徵是，外壳（4）至少在易被喷射的涂料污染的区域具有不带凹口、开孔及钻孔的连续光滑的外表面。

15、如权利要求1或8所述的装置，其特徵是，外壳（4）的击穿电压，在易被喷射的涂料污染的区域，至少应为5千伏。

16、如权利要求1或8所述的装置，其特徵是，一个用立体结构透气性材料制成的隔离套（8）或套子（8′），被配置在内套（4、4′）的里侧或外侧;

17、如权利要求16所述装置，其特徵是，在外壳（4′）和多孔性套子（8′）之间形成一个环状气隙（20），一条管路（21）和该气隙相通，用来注入空气。

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