DD255482A5

DD255482A5 - Vorrichtung zum elektrostatischen beschichten von gegenstaenden

Info

Publication number: DD255482A5
Application number: DD87300936A
Authority: DD
Inventors: Hans Behr; Kurt Vetter; Rolf Schneider; Fred Luderer
Original assignee: Behr-Industrieanlagen Gmbh U. Co.,De
Priority date: 1986-03-19
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1988-04-06
Also published as: HU194507B; EP0238031A2; FI871205A; JPH0755299B2; JPS62277171A; ES2017947B3; EP0238031B1; US4872616A; FI84027B; FI84027C; EP0238031A3; FI871205A0; DE3609240C2; HUT43277A; CA1282951C; DE3765274D1; DE3609240A1; US4852810A

Abstract

In der fuer die Verwendung sog. Wasserlacke oder eines anderen, aehnlich leitfaehigen Beschichtungsmaterials geeigneten Vorrichtung wird das die verspruehten Partikel aufladende elektrische Feld zwischen der geerdeten Abspruehkante (6) eines Glockenzerstaeubers (1) und einer groesseren Anzahl von Aussenelektroden (10) erzeugt, die in einen Ringkoerper (20) aus Isoliermaterial eingesetzt sind. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit einem elektrisch leitfähigen Material.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Eine derartige, beispielsweise zum Beschichten von Fahrzeugrohkarossen dienende Vorrichtung, bei der im Gegensatz zu konventionellen Systemen statt des Sprühkopfes nur eine Anordnung von Außenelektroden auf Hochspannungspotential gelegt wird, hat bekanntlich wesentliche Vorteile bei Verwendung hochleitfähiger Sprühstoffe wie namentlich der sog. Wasserlacke (vgl. DE-OS 3429075). Insbesondere werden erhebliche Isolationsprobleme vermieden, da das gesamte Lackleitungssystem bis zum Sprühkopf geerdet werden kann.

Bei einer derartigen Vorrichtung mit Außenelektroden ist es jedoch äußerst schwierig, im Betrieb bei gutem Auftragungswirkungsgrad, der von einer guten Aufladung des abgesprühten Beschichtungsmaterials abhängt, eine Verschmutzung der Sprüheinrichtung, der Elektroden und des Elektrodenhalters durch das Beschichtungsmaterial zu vermeiden. Eine Verschmutzung des Elektrodenbereiches hat einen Leistungsabfall, d. h. geringeren Wirkungsgrad zur Folge, was wiederum die Neigung zu noch stärkerer Verschmutzung durch das abgesprühte Material weiter verstärkt. Die aus der DE-OS 3429075 bekannte Vorrichtung soll aus diesem Grund nur zwei, drei oder allenfalls vier Aufladeelektroden haben, die in je einem radial vom Außengehäuse des Sprühkopfes abstehenden und axial in Richtung zum zu beschichtenden Gegenstand vorspringenden Halter aus Kunststoff eingebettet sind. Jeder dieser Halter enthält ein zu seiner jeweiligen Elektrode führendes Hochspannungskabel und ist am hinteren Ende fest mit einem auf das Außengehäuse aufgesetzten, ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Ringkörper verbunden. Obwohl sich diese Konstruktion in der Praxis bereits bewährt hat, konnten bei gewissen Betriebsbedingungen noch nicht alle Schwierigkeiten hinsichtlich der erwähnten Verschmutzungsgefahr vermieden werden. Außerdem besteht bei der verlangten Beschränkung auf höchstens vier Außenelektroden die Gefahr ungleichmäßiger „Sprühbilder" infolge einer Beschichtungskonzentration im Bereich der Elektroden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, sowohl die Qualität der elektrostatischen Beschichtung zu erhöhen als auch eine Leistungssteigerung zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtungsvorrichtung mit Außenelektroden zu schaffen, die bei gutem Auftragungswirkungsgrad eine Verschmutzung der Sprühvorrichtung und der elektrodenhalteranordnung soweit wie möglich vermeidet. Vorzugsweise soll bei dem zu beschichtenden Gegenstand ein gleichmäßiges Sprühbild gewährleistet sein. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Aufladeelektroden in einem das Außengehäuse des Sprühkopfes mit Abstand umgebenden Ringkörper aus Isoliermaterial, vorzugsweise aus Polypropylen, eingesetzt sind. In der dem zu beschichtenden Gegenstand zugewandten Stirnfläche des Ringkörpers ist dabei ein elektrischer Leiter isoliert angeordnet, der die Aufladeelektroden ringartig miteinander verbindet und an die Hochspannungsleitung angeschlossen ist. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Anordnung und der gegenseitige Abstand der Aufladeelektroden so gewählt, daß im Betrieb kein wesentlicher Niederschlag von Beschichtungsmaterial auf der Stirnfläche des Ringkörpers erfolgt. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß bei einem Durchmesser des Kreises, auf dem die Elektroden angeordnet sind, von mehr als 200 mm mindestens 9 Aufladeelektroden bzw. bei einem Kreisdurchmesser von etwa 400 mm oder mehr mindestens 18 Aufladeelektroden vorhanden sind. Die Vorrichtung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß die vorderen Elektrodenenden sich freiliegend in einer Einsenkung befinden, deren Öffnungswinkel mehr als 90° beträgt und daß an der Stirnfläche des Ringkörpers Mittel für eine wesentliche Vergrößerung des Oberflächenweges zwischen den freiliegenden vorderen Enden der Aufladeelektroden vorgesehen sind. Es ist auch möglich, daß der Ringkörper Mittel zur Verhinderung eines Niederschlages von Beschichtungsmaterial auf seiner Stirnfläche aufweist. Vorteilhaft ist, wenn die Elektroden in fingerartig axial von der Stirnfläche des Ringkörpers vorspringenden Zapfen aus Isoliermaterial angeordnet sind, sowie der Ringkörper einen unter Fluiddruck stehenden Fluidkanal enthält, aus dem Öffnungen axial in der Stirnfläche zwischen den Elektroden münden. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante besteht darin, daß die vorderen Enden der Aufladeelektroden axial weniger als ¹/3 des radialen Abstandes der Elektroden von der Absprühkante hinter der Ebene der Absprühkante zurückgesetzt sind.

Die sich aus der Verwendung hochleitfähiger Beschichtungsmaterialien ergebenden Probleme (wie sie in der erwähnten DE-OS 3429075 geschildert sind) lassen sich also erfindungsgemäß auch durch Verteilung einer relativ großen Anzahl von Aufladeelektroden um den Sprühkopf lösen, falls für eine ausreichende gegenseitige Isolierung der Elektrodenspitzen an der Außenseite des Elektrodenhalters gesorgt ist. Die Isolierung würde durch einen wesentlichen Niederschlag des leitfähigen Beschichtungsmaterials auf der Stirnfläche des den Elektrodenhalter bildenden Ringkörpers herabgesetzt, was ein sprunghaftes Absinken der Feldstärke an den Elektrodenspitzen und damit noch weiterzunehmende Verschmutzung zur Folge hätte. Es wurde festgestellt, daß bei elektrisch leitender Verschmutzung des ringförmigen Elektrodenhalters zwischen den Elektrodenspitzen das Beschichtungsmaterial kaum noch oder wenigstens unregelmäßig zu dem zu beschichtenden Gegenstand wandern, sondern vorwiegend die Vorrichtung selbst beschichten würde; dasselbe würde für die Verwendung eines metallischen Halteringkörpers für die Elektroden gelten. Andererseits sinkt aber die Gefahr einer Verschmutzung des Ringkörpers nicht etwa mit dem gegenseitigen Abstand der Aufladeelektroden, sondern es ist im Gegenteil eine vom Durchmesser des Ringkörpers abhängige Mindestanzahl von Elektroden erforderlich (was möglicherweise mit dem Erfordernis eines ausreichenden elektrischen Feldes zusammenhängt). Beispielsweise sollen im Falle eines Durchmessers des die Elektrodenenden enthaltenden Kreises von etwa 400 mm mindestens achtzehn Elektroden vorhanden sein, was in diesem Fall einen gegenseitigen Abstand von höchstens 70 mm entspricht, falls keine besonderen zusätzlichen Maßnahmen zur Verhinderung einer Verschmutzung vorgesehen sind.

Ausführungsbeispiel

An einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Seitenansicht der Vorrichtung in verkleinerter, aber maßstabgetreuer Darstellung; Fig. 2: eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1, vom zu beschichtenden Gegenstand her gesehen; und Fig. 3 bis 5: zwei verschiedene Abwandlungen am Ringkörper der Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 enthält die dargestellte Vorrichtung eine Sprühvorrichtung in Form eines Rotationszerstäubers 1 des bekannten Glockentyps, dessen den Sprühkopf bildender Glockenteller 2 vorzugsweise von einer Luftturbine mit hoher Drehzahl angetrieben werden kann. Längs der Achse der Sprühvorrichtung verläuft eine das Lack- oder sonstige Beschichtungsmaterial von einem Vorratssystem dem Glockenteller 2 zuführende Leitung (nicht dargestellt). Mit dieser beispielsweise durch ein geerdetes Metallrohr gebildeten Leitung liegt das gesamte leitende Beschichtungsmaterial wie Wasserlack oder dgl. bis zur Absprühkante 6 des Glockentellers 2 auf Erdpotential.

Ebenfalls auf Erdpotential liegt der zu beschichtende Gegenstand (nicht dargestellt), wie beispielsweise ein Teil einer Fahrzeugkarosse, der in einem axialen Abstand vor dem Glockenteller 2 angeordnet wird.

Die Sprüheinrichtung kann ein Außengehäuse 7 aus einem isolierenden Kunststoff, wie z. B. Polyacetat-Kunststoff (insbesondere weißes POM) oder dgl. aufweisen.

Zum Aufladen des von der Absprühkante 6 weitgehend radial abgesprühten Beschichtungsmaterials sind bei dem dargestellten Beispiel auf einem zur Achse der Sprüheinrichtung konzentrischen Kreis mit einem Durchmesser von etwa 400 mm in gleichmäßigen Winkelabständen 30 nadeiförmige Aufladeelektroden 10 vorgesehen. Die Aufladeelektroden 10 sind achsparallel liegend mit ihrem mittleren Hauptteil in einem kreisförmigen Ringkörper 20 eingebettet, wie in Fig. 1 erkennbar ist. Das vordere Ende (Spitze) der Elektroden befindet sich freiliegend in einer Einsenkung 22 in der dem zu beschichtenden Gegenstand zugewandten Stirnflächen 21 des Ringkörpers 20. Die Einsenkung 22 öffnet sich nach außen mit einem Winkel, der mehr als 90° (beispielsweise etwa 120°) betragen soil, wodurch u.a. eine ggf. erforderliche Reinigung der Elektrodenspitzen erleichtert wird. Die hinteren Enden der Aufladeelektroden 10 sind elektrisch leitend an einen ringförmig alle Elektroden miteinander verbindenden Leiter 12 aus Draht oder Drahtgeflecht angeschlossen, der zur elektrischen Isolierung vollständig im Inneren des Ringkörpers 20 eingeschlossen sein soll.

Sowohl das Material des Außengehäuses 7 als auch insbesondere der isolierende Werkstoff des Ringkörpers 20 und seiner Haltekonstruktion haben einen gewissen Einfluß auf die Feld verteilung und dam it zusammen hängende Verschmutzungsgefahr. Im Außengehäuse 7 der Sprühvorrichtung ist der Ringkörper 20 durch zwei ebenfalls aus isolierendem Werkstoff bestehende Speichen 24 befestigt, die von einem auf das Außengehäuse 7 aufgesetzten Ring 26 aus Isolierstoff radial, vorzugsweise jedoch in Richtung zum zu beschichtenden Gegenstand schräg vorgeneigt abstehen. Es können auch anders geformte und angeordnete Speichen vorgesehen sein. Der Ringkörper 20, die Speichen 24 und der Ring 26 können einstückig geformt oder miteinander verbunden sein. Zur Befestigung am Außengehäuse 7 kann eine Klemmschraube 29 dienen.

Durch ein äußeres Anschlußteil 28, den Ring 26 und eine der rohrförmigen Speichen 24 führt ein Hochspannungskabel 14, das über eine am (in Fig. 1 oberen) Ende der Speiche 24 vorgesehene Kontaktordnung 16 an den die Aufladeelektroden 10 verbindenden Leiter 12 angeschlossen ist. Das damit an die Elektroden angelegte Hochspannungspotential kann beispielsweise 60 bis 8OkV oder mehr betragen. Darstellungsgemäß kann die Kontaktanordnung 16 z.B. eine Druckfeder 17 und einen gegen den Leiter 12 geschraubten Kontaktbolzen 18 enthalten. Ein Vorteil der hier beschriebenen Vorrichtung besteht also darin, daß zum elektrischen Anschluß der Außenelektroden nur ein einziges Hochspannungskabel erforderlich ist, während bei der bekannten Vorrichtung mit in jeweils eigenen Haltern befindlichen Elektroden zu jeder von ihnen ein gesondertes Kabel führt, daß außerhalb der Halter mit den jeweils anderen Kabein an einer Verbindungsstelle zusammengekoppelt werden muß. Die Anzahl der Aufladeelektroden 10 ist selbstverständlich nicht auf das hier gewählte Beispiel beschränkt, soll aber so gewählt werden, daß sich ein zur Vermeidung einer Verschmutzungsgefahr durch das Beschichtungsmaterial auf der vorderen Stirnfläche des Ringkörpers 20 ausreichend geringer Abstand zwischen den Elektroden ergibt. Bei einem Teilkreisdurchmesser der Elektroden von 400 mm sollen zwischen etwa 18 und 30 Elektroden verwendet werden. Bei wesentlich weniger Aufladeelektroden würde man eine wesentlich, d.h. die Elektroden außerhalb des isolierenden Ringkörpers 20 leitend verbindende Beschichtung der Stirnfläche 21 mit der eingangs erläuterten Folge sprunghaft zunehmender weiterer Verschmutzung der Beschichtungsvorrichtung feststellen, während mehr als 30 Elektroden bei diesem Beispiel ohne nennenswerte weitere Verbesserung des elektrischen Feldes nur noch den baulichen Aufwand erhöhen würden. Wenn man einen kleineren oder größeren Teilkreisdurchmesser für die Elektroden wählt, ist deren mögliche Mindestanzahl in entsprechendem Maße zu verkleinern bzw. zu vergrößern. In einem relativ großen Bereich von Teilkreisdurchmessern um den Wert von 400 mm des hier beschriebenen Beispiels soll dementsprechend der Abstand zwischen den Elektrodenspitzen zwischen etwa 40 und 70mm betragen.

Der radial gemessene Abstand der Elektrodenspitzen von der Absprühkante 6 soll, wie bei der bekannten Vorrichtung, größer sein als das Doppelte des Durchmessers (hier ungefähr 70 mm) der Absprühkante. Ein derzeit bevorzugter Bereich möglicher Teilkreisdurchmesser der Elektroden 10 beträgt etwa 350 bis 450mm.

Von Bedeutung für die Verschmutzungsgefahr ist auch die axiale Position der Elektrodenspitzen bezüglich der Ebene der Absprühkante 6. Wie bei der bekannten Vorrichtung sollen bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform die Elektrodenspitzen in Axial richtung um einen gewissen Abstand hinter die Absprüh kante 6 zu rückgesetzt sein. Dieser Abstand wird so gewählt, daß sich ein brauchbarer Kompromiß zwischen der mit abnehmendem Abstand besser werdenden Aufladung des abgesprühten Beschichtungsmaterials und einer zugleich stärker werdenden Verschmutzung insbesondere des Glockentellers 2 und des Zerstäubers seines Gehäuses ergibt. Bei dem dargestellten Beispiel haben sich axial gemessene Abstände zwischen 25 und 60mm und vorzugsweise etwa 50 mm als brauchbar erwiesen. Generell gilt, daß die vorderen Enden der Aufladeelelktroden axial um weniger als ¹/3 des in radialer Richtung gemessenen Abstandes der Elektrodenspitzen von der Absprühkante 6 hinter die Ebene der Absprühkante zurückgesetzt sein sollen, vorzugsweise nur um höchstens ¹A dieses radialen Abstandes.

Wie schon erläutert, soll erfindungsgemäß eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Aufladeelektroden außerhalb des ihren Halter bildenden Ringkörpers 20 durch Beschichtung mit leitfähigem Material (Wasserlack) vermieden werden. Bei der in Fig. 1 im Kreis A dargestellten einfachen Ausführungsform läßt sich dies bereits weitgehend durch eine entsprechende Mindestanzahl von Elektroden bzw. die Begrenzung ihres Abstandes auf einen Höchstwert erreichen. Es kann jedoch zweckmäßig sein, zur Vermeidung der unerwünschten Beschichtung noch zusätzliche Maßnahmen vorzusehen. Eine erste zusätzliche Maßnahme ist eine Vergrößerung des „Kriechstrom"- oder Oberflächenweges zwischen den Elektrodenspitzen. Zu diesem Zweck kann man z. B. gemäß Fig. 3 längere nadeiförmige Elektroden 10' in je einen fingerartig von der Stirnfläche 21' des Ringkörpers 20' axial in Richtung zum zubeschichteten Gegenstand vorspringenden Zapfen 31 aus Isotiermaterial einbetten oder jedenfalls einschließen. Diese Zapfen 31 können zweckmäßig mit ihren hinteren Enden in den Ringkörper 20' eingesetzt oder auch angeformt sein. Die Elektroden 10' liegen mit ihrem vorderen Ende in einer der Einsenkung 22 ähnlichen Einsenkung im vorderen Zapfenende frei, während sie am hinteren Ende wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 an einem Verbindungsleiter 12' angeschlossen sind.

Eine andere zusätzliche Maßnahme besteht darin, gemäß Fig.4 und 5 im Inneren des Ringkörpers 20" neben dem Verbindungsleiter 12", einen ringförmigen, unter Fluiddruck stehenden Fluidkanal 36 nach außen zu der Stirnfläche 21" des Ringkörpers 20" zwischen den Aufladeelektroden 10" rühren. Das aus den Öffnungen 36 ausströmende Fluid, vorzugsweise Luft, hält das Beschichtungsmaterial von der Stirnfläche fern. Der Anschluß des Fluidkanals 35 an eine durch den Pfeil 37 in Fig. 1 angedeutete äußere Druckluft-oder sonstige Fluidquelle kann durch eine der Speichen 24 führen₅ zweckmäßig durch diejenige, in der sich nicht das Hochspannungskabel 14 befindet.

Claims

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit einem elektrisch leitfähigen Material, mit einer Sprüheinrichtung, insbesondere einem Rotationszerstäuber;mit einem den Sprühkopf halternden Außengehäuse; mit einer das Beschichtungsmaterial von einem Vorratssystem einer Absprühkante am Sprühkopf zuführenden Leitung, die mit dem Material bis in den Sprühkopf auf Erdpotential gelegt wird; mit radial um den Sprühkopf auf einem zur Sprühkopfachse konzentrischen Kreis mit gleichmäßigen gegenseitigen Winkelabständen verteilten nadeiförmigen Aufladeelektroden, die zum Erzeugen eines das Beschichtungsmaterial aufladenden elektrischen Feldes an eine Hochspannungsquelle angeschlossen werden, wobei der radiale Abstand der dem zu beschichtenden Gegenstand zugewendeten vorderen Enden der Aufladeelektroden von der Absprühkante größer ist als der doppelte Durchmesser der Absprühkante; und mit einer Elektrodenhalteranordnung aus Isoliermaterial, in welche die Aufladeelektroden mit Ausnahme ihrer vorderen Enden eingeschlossen sind, und welche wenigstens eine radial von dem Außengehäuse des Sprühkopfes abstehende Stütze hat, die eine elektrisch mit den Aufladeelektroden verbundene Hochspannungsleitung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladeelektroden (10) in einen das Außengehäuse (7) des Sprühkopfes mit Abstand umgebenden Ringkörper (20) aus Isoliermaterial eingesetzt sind, in dem ein die Aufladeelektroden (10) ringartig miteinander verbindender, an die Hochspannungsleitung (14) angeschlossener elektrischer Leiter (12) gegen die dem zu beschichtenden Gegenstand zugewandte Stirnfläche (21) des Ringkörpers (20) isoliert angeordnet ist, und daß die Anordnung und der gegenseitige Abstand der Aufladeelektroden (10) so gewählt sind, daß im Betrieb kein wesentlicher Niederschlag von Beschichtungsmaterial auf der Stirnfläche (21) des Ringkörpers (20) erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Durchmesser des Kreises, auf dem die Elektrodenenden liegen, von mehr als 200 mm mindestens neun Aufladeelektroden (10) vorhanden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Kreisdurchmesser von etwa 400mm oder mehr mindestens achtzehn Aufladeelektroden (10) vorhanden sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß d§r isolierende Ringkörper (20) aus Polypropylen (PP) besteht.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Elektrodenenden sich freilegend in einer Einsenkung (22) befinden, deren Öffnungswinkel mehr als 90°beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnfläche (21') des Ringkörpers (20') Mittel (31) für eine wesentliche Vergrößerung des Oberflächenweges zwischen den freiliegenden vorderen Enden der Aufladeelektroden (10') vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (10') in fingerartig axial von der Stirnfläche (21') des Ringkörpers (20') vorspringenden Zapfen (31) aus Isoliermaterial angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (12") Mittel (36) zum Verhindern eines Niederschlages von Beschichtungsmaterial auf seiner Stirnfläche (21") aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (12") einen unter Fluiddruck stehenden FSuidkanal (35) enthält, aus dem Öffnungen axial in der Stirnfläche (21") zwischen den Elektroden (10") münden.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Enden der Aufladeelektroden (1 Q) axial um weniger als V3 des radialen Abstandes der Elektroden (10) von der Absprühkante (6) hinter der Ebene der Absprühkante (6) zurückgesetzt sind.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen