DD256082A5

DD256082A5 - Elektrostatische spruehvorrichtung

Info

Publication number: DD256082A5
Application number: DD87301969A
Authority: DD
Inventors: Ronald A Coffee; Timothy J Noakes; Stephen J Bancroft; Edward J Bals
Original assignee: ��@��@��@��k��
Priority date: 1986-04-21
Filing date: 1987-04-20
Publication date: 1988-04-27
Also published as: CY1551A; PT84726B; ZM3187A1; US4846407A; HUT60166A; JPS62258765A; IE870900L; MY101179A; PT84726A; GR3000025T3; JP2955290B2; IN168724B; ZW6787A1; EP0243031A1; PH27130A; GB8708176D0; HK92590A; ATE44891T1; MW2587A1; DE3760351D1

Abstract

Eine elektrostatische Spruehvorrichtung zum Verspruehen von Fluessigkeit weist einen Spruehrand 8 auf, der mit Zaehnen 12 versehen ist. In der Naehe des Spruehrandes stellt kein Teil der Vorrichtung einen geringfuegigen Potentialeinfluss zur Verfuegung. Bei einer Spannung, die von einer Hochspannungsversorgungsanlage geliefert wird, ist die Feldstaerke an den Spitzen der Zaehne 12 ausreichend, um ein Fluessigkeitsband pro Zahn zu bilden. Die Baender zerfallen in Troepfchen, welche eine Groesse aufweisen, die von Schwankungen der Feldstaerke unabhaengig ist, welche durch Veraenderung des Abstandes von dem zu bespruehenden Target bewirkt wird. Fig. 1

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Viele Flüssigkeiten werden oder können elektrostatisch gesprüht werden. Einige besondere Beispiele sind Pestizide oder andere landwirtschaftliche Chemikalien, Anstrichfarben, Lackfarben, Haftmittel, Trennmittel, usw. Ein Merkmal des elektrostatischen Sprühens, welches gewöhnlich vorteilhaft ist, besteht darin, daß die Tröpfchen in dem Sprühmittel eine elektrostatische Ladung tragen; sie neigen dazu, sich besonders zuverlässig auf dem Target niederzuschlagen. Dabei geht wenig von der versprühten Flüssigkeit verloren.

Es ist eine elektrostatische Sprühvorrichtung bekannt, bei welcher die Flüssigkeit überwiegend durch elektrostatische Kräfte in Bändern herausgezogen wird, welche in elektrisch geladene Tröpfchen zerfallen. Damit dieser Vorgang in dieser Weise abläuft, muß die elektrische Feldstärke ausreichend hoch sein. Zur Reduzierung der Spannung, die erforderlich ist, um eine ausreichende Feldstärke zu erzeugen, ist es bekannt, die Flüssigkeit an einen scharfen Rand zu bringen, dessen Form das elektrische Feld verstärkt und von welchem die Flüssigkeit sprüht.

Wenn eine Vielzahl von Bändern an einem Rand erzeugt wird, ist nach dem Stand der Technik bei einer vorgegebenen Fließgeschwindigkeit die Anzahl der Bänder, die gebildet werden, von der Feldstärke an dem Rand abhängig. Bei Erhöhung der Feldstärke erhöht sich die Anzahl der Bänder. Die Erhöhung der Anzahl der Bänder bei derselben Gesamtfließrate hat den Effekt zur Folgen, daß jedes Band feiner ist, so daß die Tröpfchen, in die es zerkleinert wird, kleiner sind. Daher reduziert die Erhöhung der elektrischen Feldstärke an dem Rand die Tröpfchengröße.

Leider hängt die Feldstärke an dem Rand von dem Abstand zwischen dem Rand und der Erdbegrenzung des elektrischen Feldes ab. Die wirksame Erdbegrenzung ist das Target. Daher ist die Tröpfchengröße sehr wesentlich von dem Abstand zu dem Target abhängig. Wenn der Abstand von dem Target zunimmt, vergrößert sich die Tröpfchengröße. Ein Verfahren zur Erzeugung eines starken elektrischen Feldes, das dieses Problem überwindet, ist in dem britischen Patent Nr. 1 569707 beschrieben.

Hierin wird das elektrische Feld zwischen einem Sprührand und einer geerdeten Elektrode definiert, die gewöhnlich auf eine das Feld einstellende Elektrode (FAE) zurückgeführt wird, welche sich in der Nähe des Randes befindet. Da die Elektrode viele näher an dem Rand als an dem Target gelegen ist, ist die elektrische Feldstärke an dem Rand in hohem Maße unabhängig von der Entfernung zu dem Target. Daher ist die Tröpfchengröße in besonders hohem Maße von der Entfernung zu dem Target unabhängig, vorausgesetzt, andere Parameter, wie beispielsweise die Fließgeschwindigkeit und die Spannung, werden

gesteuert. ' ,"

Ein interessantes Merkmal dieser Vorrichtung besteht darin, daß die Elektrode so angeordnet werden kann, daß sich im wesentlichen keines der erzeugten Tröpfchen auf der Elektrode niederschlägt.

Da das elektrische Feld außerdem genau definiert werden kann, ist es möglich, die Spannung und die Lage der Elektrode so auszugleichen, daß bei Benutzung die Feldstärke ungenügend ist, um eine Koronaentladung zu erzeugen. Das ermöglicht es, eine Vorrichtung aus Stabbatterien zu speisen, so daß sie transportabel ist, was zuvor unmöglich war, da die Koronaentladung bisher zu einem ziemlich hohen Strombedarf führte.

Ein wesentlicher Teil der Kosten der Vorrichtung sind die Kosten des Hochspannungsgenerators. Eine Möglichkeit zur Reduzierung der Kosten des Generators bestünde in einer größeren Toleranz an dessen Ausgangsspannung durch Auffinden eines anderen Mechanismus zur Steuerung der Tröpfchengröße.

Eine andere Möglichkeit zur Kostenreduzierung des Generators besteht darin, den Stromfluß noch weiter zu verringern.

Es wird nun darüber nachgedacht, daß die Nähe der Elektrode zu dem Rand eine wesentliche Ableitung über die Materialien der Vorrichtung bei der Benutzung verursachen kann, selbst wenn das viel geringer ist, als es zuvor durch Korona hervorgerufen wurde.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Nachteile bekannter Vorrichtungen zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrostatische Sprühvorrichtung zu schaffen, die die Steuerung der Tröpfchengröße ermöglicht. Die Vorrichtung soll derart aufgebaut sein, daß kein geschlossen geregelter Spannungsausgang erforderlich ist. Als Kurzschluß soll die Vorrichtung keine Potentialkriechstrecke einbringen.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine elektrostatische Sprühvorrichtung geschaffen, bestehend aus:

einer Düse mit einem Sprührand, einer elektrisch leitenden oder halbieitenden Flüssigkeit, welche die Oberfläche berührt, und Mitteln zum Verteilen der Flüssigkeit, die an dem Rand versprüht wird, und Hochspannungsversorgungsmitteln zum Aufladen der Oberfläche auf ein hohes Potential, gekennzeichnet durch den Rand, der an einer Vielzahl von Steilen so geformt ist, daß bei Benutzung, wenn dieser von der zu versprühenden Flüssigkeit überzogen ist, die örtliche elektrische Feldstärke bei einer von den Hochspannungsmitteln erzeugten Spannung ausreichend verstärkt wird und daß die Flüssigkeit an den Stellen überwiegend durch elektrostatische Kräfte in Bändern abgezogen wird, welche in elektrisch geladene Teilchen zerfallen. Der Rand zwischen den genannten Stellen ist so geformt, daß bei Benutzung die örtliche elektrische Feldstärke relativ schwach ist. Die Düse ist in der Vorrichtung so angeordnet, daß die genannte elektrische Feldstärke bei Benutzung im wesentlichen unabhängig von irgendwelchen geringen Potentialeinflüssen aus der Vorrichtung bestimmt ist.

Der Rand kann an den Stellen ausgeformt sein, um beispielsweise Zähne zu gestalten. An den Spitzen der Zähne wird eine örtliche Verstärkung des elektrischen Feldes erzeugt. Bei der Spannung, die von dem Spannungsversorungsmittel erzeugt wird, ist die Verstärkung ausreichend, um Flüssigkeitsbänder abzuziehen. Daher wird ein Band an jeder Spitze gebildet.

Die Parameter, die bestimmen, ob ein Band an der jeweiligen Spitze gebildet wird oder nicht, umfassen:

die Spannung, die von dem Hochspannungsgenerator erzeugt wird, den Abstand von dem Sprühkopf bis zum Target, die Schärfe der Spitzen, die Widerstandsfähigkeit der zu versprühenden Flüssigkeit, die Anzahl oder die Abstände der Spitzen und die Fließgeschwindigkeit.

Bei Konstanz aller anderen Parameter haben wir entdeckt, daß es eine niedrigere Schwellenspannung gibt, oberhalb welcher ein ausreichend starkes Feld in dem Bereich jeder der Stellen vorhanden ist, um ein Band für jede Stelle zu erzeugen. Ein breiter Bereich der Spannungen erzeugt nur an den Spitzen eine ausreichende Verstärkung, so daß ein Band an der jeweiligen Spitze erzeugt wird, bis eine obere Schwellenspannung erreicht ist. An der oberen Schwelle ist eine ausreichende Feldstärke vorhanden, die mehr als ein Band pro Spitze mit der Wirkung erzeugt, daß die Steuerung der Tröpfchengröße ausfällt.

Wenn der Abstand von dem Target verändert wird, verändert sich der Wert der unteren Schwellenspannung. Wenn sich der Abstand von dem Target verringert, reduziert sich die untere Schwellenspannung. Wenn sich der Abstand von dem Target erhöht, nimmt die untere Schwellenspannung zu.

Vorausgesetzt, der Sprühkopf wird nicht in der Nähe der unteren Schwellenspannung betrieben, ist es überraschenderweise möglich, den Abstand von dem Target zu variieren, und die Spannung, auf welche die Oberfläche geladen wird, ist sehr groß, während an jeder Spitze ein Band erzeugt wird. Wenn die Spannung zu gering ist, würde weniger als ein Band pro Spitze entstehen. Wenn die Spannung zu hoch ist, würde mehr als ein Band vorhanden sein. Der Bereich der geeigneten Spannungen kann jedoch sehr groß sein:

beispielsweise 25 bis 35kV, welche keine hohen Anforderungen an die Spannungsversorgungsmittel stellen. Vorzugsweise ist die Spannung wesentlich höher als die untere Schwelle.

Die Tröpfchengröße wurde daher für einen breiten Spannungsbereich als zulässig ermittelt; sie ist auch weitgehendunabhängig vom Abstand zu dem Target.

Die Vorrichtung weist sogar in solchen Fällen Vorteile auf, wo es nicht so notwendig ist, die Kosten des Generators zu reduzieren.

Es ist insbesondere bei höheren Fließgeschwindigkeiten schwierig, die Verunreinigung einer FAE zu vermeiden. Ein bloßes Entfernen der FAE würde jedoch die Steuerung der Tröpfchengröße mindern. Die Anwendung der Erfindung ermöglicht die Steuerung der Tröpfchengröße, die beizubehalten ist, ohne daß eine FAE verunreinigt wird, da sie nicht vorhanden ist. Wenn dicht am Target gearbeitet wird, neigt das Spray aus einer Vorrichtung, die die Erfindung verkörpert, dazu, einen gut zu bestimmenden Rand zwischen dem Bereich des Targets, der besprüht wird und dem, welcher nicht besprüht wird, zu erzeugen.

Das kann bei einigen Anwendungen von Vorteil sein und steht im Gegensatz zu dem, was geschieht, wenn eine FAE zur Verfügung gestellt wird. Die FAE neigt dazu, die Spraywolke von dem Target weg bei Erzeugung eines stärker abgestuften Randes bis zum Niederschlag auf dem Target anzuheben.

Die Faktoren, die den Beginn der Koronaentladung beeinflussen, sind die Schärfe der Spitzenund die Widerstandsfähigkeit des Materials, in welchem sie sich bildet. Die Spitzen können scharf und im Material ausreichend.isoliert ausgebildet sein, um eine Koronaentladung zu verhindern, und zwar im Betrieb bei einer Spannung, die von den Hochspannungsversorgungsmitteln erzeugt wird. Die leitende oder halbleitende Oberfläche ist dann von dem Rand aufwärts angeordnet.

Bei einer alternativen Form sind die Spitzen in leitendem oder halbleitendem Material gebildet. In diesem Fall sind die Spitzen ungenügend scharf gestaltet, um im Betrieb bei einer Spannung, die von den Hochspannungsmitteln erzeugt wird, eine Koronaentladung zu erzeugen.

Ein anderer Faktor, welcher den Beginn der Koronaentladung beeinflußt, in das Vorhandensein der zu versprühenden Flüssigkeit. Vorausgesetzt, die Spitzen, die von der Flüssigkeit befeuchtet werden, sind nicht zu scharf, kann die Flüssigkeit zugeführt werden, um die Spitzen zu bedecken, bevor die Hochspannung angelegt wird. Das Bedecken mit Flüssigkeit erhöt die Eckenrundung an der Grenze des elektrischen Feldes, welches zusammen mit der erhöhten Widerstandsfähigkeit, die durch die Anwesenheit der Flüssigkeit geschaffen ist, die Tendenz zur Koronabildung reduziert.

Wenn die Spitzen in einem Metallrand gebildet sind, wird eine minimale Eckenrundung an der Spitze in dem Bereich von 100 bis 200 Mikron erwartet, wenn nicht bei normalem Betrieb bei einer Generatorspann'ung von ungefähr 30kV Korona vorhanden

Ausführungsbeispiele

Nachfolgend werden die Ausführungsformen der Erfindung an Hand eines Beispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1: eine Sprühdüse der Vorrichtung, die die Erfindung verkörpert;

Fig.2: im Detail einen Schnitt durch eine Düse und einen Teil eines Flüssigkeitsbehälters, der sich darin befindet, einer zweiten,

die Erfindung verkörpernden Vorrichtung; Fig.3: einen Schnitt an den Pfeilen A-A der Figur 2; Fig.4: eine Halterung für die Düse und den Behälter der Figuren 2 und 3; Fig. 5: eine Batterie, die einen Hochspannungsgenerator in einer Schaltung betreibt, die für die Verwendung mit der Ausführungsform der Figur 1 oder der Figuren 2 bis 4 geeignet ist;

Fig. 6: eine teilweise gebrochene perspektivische Ansicht einer linearen Düse der die Erfindung verkörpernden Vorrichtung und Fig.7: eine perspektivische Darstellung, teilweise im Schnitt, einer anderen Form der linearen Düse der die Erfindung verkörpernden Vorrichtung.

Die dargestellte Düse weist eine kleine enge ringförmige Öffnung 2 auf, die zwischen einem, im allgemeinen inneren, zylindrischen Element 4 und einem im allgemeinen zylindrischen Außenelement definiert sit. Das Außenelement 6 erstreckt sich jenseits des Innenelements 4 bis zu einem Rand 8. Die zu versprühende Flüssigkeit wird, man sagt durch die Schwerkraft, nach unten zwischen den inneren und äußeren Elementen 4 und 6 bis zu der engen Öffnung 2 geführt. Die aus der kleinen Öffnung 2 hervortretenden Flüssigkeit läuft an der Innenseite des Außenelementes 6 bis zu dem Rand 8.

Das Außenelement 6 ist elektrisch leitend oder halbleitend. Beispiele für geeignete leitende Materialien sind Metalle und leitende Kunststoffe. In diesem Beispiel ist daher der Rand 8 tatsächlich in der leitenden oder halbleitenden Oberfläche 10 ausgebildet, über weiche die zu versprühende Flüssigkeit bis zu dem Rand 8 verteilt wird. Bei einem anderen, später beschriebenem Beispiel sind der Rand und die Oberfläche getrennt.

Bei Benutzung ist das Außenelement 6 mit einer äußeren Leitung 7 eines Hochspannungsgenerators 9 verbunden. Es ist allgemein bekannt, daß dann, wenn Elektroden mit hohem Potential eine positive Polarität aufweisen, sich ein Koronaeinsatz mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit ereignet. Es wird daher bevorzugt, den positiven Ausgang des Hochspannungsgenerators mit dem Außenelement 6 zu verbinden, obwohl es praktisch ist, eine negative Polarität zu verwenden, falls diese andere Vorteile aufweist. Eine Leitung 11 des Generators, welche sich an seinem Ein-und Ausgang befindet, ist wirksam mit Masse verbunden, oder in einem beliebigen Fall mit dem zu besprühenden Target, umein elektrisches Feld zwischen dem Rand 8 und dem Target aufzubauen.

Eine Batterie 13 ist über einen Ein/Aus-Schalter 15 zwischen die gemeinsame Leitung 11 und eine Eingangsleitung 17 mit geringer Spannung des Generators geschaltet, so daß, wenn der Schalter 15 geschlossen ist, an der Leitung 7 eine hohe Spannung von 25 bis 35 kV erzeugt wird, um das Außenelement 6 in bezug zur Erde und/oder zu dem Target aufzuladen. Der Rand 8 ist profiliert, um eine örtliche Verstärkung des Feldes an einer Vielzahl von in einem Abstand zueinander befindlichen Stellen zu erzielen. Schließlich ist der Rand 8 mit einer Vielzahl von in einem Abstand zueinander befindlichen Zähnen 12 ausgebildet. Obwohl dann, wenn die hohe Spannung an die leitenden Zähne angelegt wird, bevor die Flüssigkeit zur Verfügung steht, die Spitzen ein starkes elektrisches Feld kennzeichnen, bestimmen die Spitzen im Betrieb das Feld nicht direkt. Bei Benutzung fließt die Flüssigkeit an den Zähnen nach unten, um deren Spitzen zu bedecken. Dies kann unter dem Einfluß der

Schwerkraft und/oder elektrostatischer Kräfte erfolgen. Die Flüssigkeit, die bis zu einem gewissen Grad leitend sein muß, bestimmt wesentlich die hohe Potentialgrenze des elektrischen Feldes. Die Zähne 12 sind ausreichend scharf, so daß die Feldstärke an der Flüssigkeit/Luft-Grenze an den Spitzen 14der Zähne groß genug ist, um einen Kegel 16 der Flüssigkeit bei einer Spannung zu ziehen, die durch den Hochspannungsgenerator erzeugt wird.

Die Flüssigkeit an der Spitze wird aufgeladen, wobei eine negative Ladung von der leitenden Oberfläche 10 abgeleitet wird und eine rein positive Ladung auf der Flüssigkeit verbleibt. Die Ladung auf der Flüssigkeit erzeugt innere repulsive elektrostatische Kräfte, welche die Oberflächenspannung der Flüssigkeit überwinden, die einen Kegel 16 der Flüssigkeit von der Spitze bildet, von welcher ein Band 18 ausgeht. Bei einem Abstand von der Spitze 14bewirken es die mechanischen Kräfte, die auf dem Band infolge der Bewegung durch die Luft erzeugt werden, daß das Band in geladenen Tröpfchen von annähernd gleicher Größe zerfällt.

Da die Zähne aus leitendem Material bestehen, besteht eine Gefahr darin, daß die Koronaentladung hervorgerufen wird, wenn die Feldstärke zu hoch ist. Das würde aber unerwünscht sein, da es von dem Hochspannungsgenerator einen höheren Strom erforderlich machen .würde; das bedeutet eine Erhöhung der Kosten und eine Reduzierung der Lebensdauer der zum Betrieb verwendeten Batterien.

Um bei der Benutzung eine Korona zu verhindern, werden die Zähne mit nicht sehr kleinen Eckenrundungen hergestellt. Die minimale Eckenrundung an den Spitzen kann ausreichend groß sein, so daß im Betrieb keine Korona auftritt odervielmehr vor der Benutzung, wenn die Spitzen gerade nicht von der Flüssigkeit bedeckt sind. Alternativ kann es natürlich möglich sein, eine kleinere minimale Eckenrundung zu verwenden, wenn die Rundung noch groß genug ist, um von der zu versprühenden Flüssigkeit befeuchtet zu werden, und es wird Sorgfalt darauf verwendet, die Flüssigkeit zu den Spitzen zu leiten, um sie zu befeuchten, bevor die Hochspannung eingeschaltet wird. Die größere Rundung, die von der bedeckenden Flüssigkeit erzeugt wird, trägt zusammen mit der erhöhten Widerstandsfähigkeit, welche das Potential der Hochspannungsgrenze des elektrischen Feldes verringert, zu einer Reduzierung der Wahrscheinlichkeit der Korona bei.

Ob die minimale Rundung, die befeuchtet werden kann, kleiner als die minimale Rundung ist, die eine „Trocken"-Korona vermeidet, hängt von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und von der Hochspannung ab, die durch den Generator erzeugt wird. Je geringer die Oberflächenspannung, desto kleiner ist der minimale Eckenradius, der befeuchtet werden kann. Je geringer die Hochspannung ist, die von dem Generator erzeugt wird, desto kleiner ist die minimale Eckenrundung ohne Erzeugung einer Korona. Je geringer die Oberflächenspannung und je geringer die Spannung ist, desto weniger wahrscheinlich ist es, daß die Flüssigkeit eine kleinere Eckenrundung befeuchtet, um die Korona zu vermeiden.

Wir haben ermittelt, daß es durchaus möglich ist, Zähne herzustellen, die genügend scharf sind, um zu sprühen, und die aber noch nicht so scharf sind, um im Gebrauch bei einer Spannung, die von dem Spannungsgenerator erzeugt wird, beispielsweise 25 bis 35kV, eine Korona zu verursachen. Es wird erwartet, daß eine minimale Eckenrundung an der Spitze von 100 bis 200 Mikron im Betrieb bei ungefähr 30kV keine Korona erzeugen würde.

Die Zähne führen zu einer örtlichen Verstärkung des elektrischen Feldes an ihren Spitzen, das zum Sprühen ausreichend ist, wobei an jeder Spitze ein Band gebildet wird, und zwar über einen weiten Bereich der Spannungen und Abstände von dem Target. Bei einer praktischen Ausführung kann ein Band von jeder Spitze über den Bereich von 25 bis 35 kV erhalten werden. Die Anzahl der Bänder würde im wesentlichen unabhängig von der Entfernung zum Target in diesem Spannungsbereich ermittelt. Die Tröpfchengröße ist daher in hohem Maße unabhängig von der Spannung über einen weiten Bereich, welcher die Notwendigkeit verringert, den Spannungsausgang des Generators zuregeln. Die Tröpfchengröße ist adäquat auch von dem Abstand zu dem Target unabhängig.

Die Zähne 12 sind außerhalb abgeschrägt, um die Schwadenbreite des Sprühmittels zu erhöhen. Die Zähne könnten gerade oder nach innen gedreht sein, wenn schmalere Schwadenbreiten erforderlich sind.

Bei einer anderen Alternative könnte eine Düse so gestaltet sein, daß die kleine Öffnung ein linearer Schlitz ist, wobei der Sprührand 8 im allgemeinen linear ist.

Bei einer noch anderen Alternative sind die Zähne aus einem stärker isolierenden Material gebildet. Ein hochisolierendes Kunststoffmaterial könnte zum Beispiel PTFE sein. Ein weniger isolierendes Material, beispielsweise Formaldehydpapier-Verbundstoff, der unter der Markenbezeichnung „Kite Brand" verkauft wird, könnte auch verwendet werden. Dies verringert die Tendenz zu Koronabildung, so daß die Zähne viel schärfer sein können als die dargestellten Messingzähne. Bei isolierenden Zähnen wird die Flüssigkeit bis zu dem Rand 8 über eine leitende oder halbleitende Oberfläche verteilt. Diese befindet sich stromaufwärts von dem Rand 8. Das elektrische Feld ist durch die an dem Rand 8 ankommende Flüssigkeit bestimmt. Die negative Ladung wird bei ihrer Berührung mit der leitenden Oberfläche von der Flüssigkeit weggeleitet, so daß auf der Flüssigkeit eine rein positive Ladung verbleibt.

Die Anmel.derin ist der Meinung, daß es notwendig ist, den Abstand des Randes 8 von leitenden oder halbleitenden Oberfläche in geeigneter Weise zu dimensionieren, und zwar in bezug auf die Widerstandsfähigkeit der zu versprühenden Flüssigkeit. Es wird die Auffassung vertreten, das Sprühen wird nicht erfolgen, wenn bei gegebenem Abstand die Widerstandsfähigkeit der Flüssigkeit zu hoch ist, umgekehrt, bei gegebener Widerstandsfähigkeit der Abstand zu groß ist. Eine mögliche Erklärung für diese Beobachtung besteht darin, daß es außer der Flüssigkeit, die in dem Maße aufgeladen wird, wie sie über leitende oder halbleitende Oberfläche strömt, auch eine Leitung der Ladung von der Flüssigkeit weg zu einer Spitze 14 durch die Flüssigkeit gibt. Der Widerstand dieser Bahn muß nicht so hoch sein, daß der Spannungsabfall darüber zu derSpannui.g an den Spitzen 14 führt, die zu gering ist, um eine Zersteubungsfeldstärke zu erzeugen. Der Abstand zwischen dem Rand 8 und der leitenden oder halbleitenden Oberfläche muß daher genügend klein sein, um die Widerstandsfähigkeit der verwendeten Flüssigkeit zu ermöglichen. Es wurde festgestellt, daß eine geeignete Position für die Oberfläche gefunden werden kann, sogar dann, wenn beispielsweise ein Pestizid mit einem spezifischen Widerstand im Bereich von 10⁶ bis 10¹⁰ Ohm versprüht wird. Das Ergebnis der Leitung durch die Flüssigkeit besteht darin, daß es entlang der Zähne einen Spannungsgradienten gibt, d. h. in der Richtung der Flüssigkeitsströmung. Das resultierende elektrische Feld erzeugt parallel zu der Oberfläche eine Kraft, die oftmals als Tangentialkraft bezeichnet wird, die dahingehend wirkt, daß die Flüssigkeit längs der Form der Öffnung 2undentlang der Zähne bis zu ihren Spitzen vorwärtsbewegt wird. Im Fall der leitenden Zähne gibt es keinen signifikanten Spannungsgradienten und es ist sehr schwierig, die Flüssigkeit entlang der Zähne bis zu den Spitzen zu verteilen.

In der dargestellten Anordnung könnten die Zähne, wenn sie aus isolierendem Material hergestellt sind, viel schärfer sein, und die leitende oder halbleitende Oberfläche könnte so beschaffen sein, daß das Innenelement 4 aus geeignetem Material hergestellt ist. Ein nichtleitender Rand könnte durch einen auf ein leitendes Außenelement 6 gepreßten Ring geschaffen sein. Alternativ könnten der Außenleiter 6 nichtleitend und der Innenleiter 4 leitend sein. Bei dieser Anordnung ist es nicht so einfach, die Hochspannung an die Oberfläche anzulegen, d.h. den Innenleiter. Bei einer noch anderen alternativen Ausführungsform befinden sich die Zähne auf einem nichtleitenden Innenleiter und der Außenleiter ist leitend. Die Flüssigkeit strömt dann an der Außenseite der Zähne nach unten zu den Spitzen. Die Konstruktion des Außenleiters muß sorgfältig erfolgen, damit die Flüssigkeit nicht von dem Rand an dessen Ende sprüht.

Einer der Faktoren, welche auf die Größe der Tröpfchen einwirken, ist die Fließgeschwindigkeit. Wenn alle Faktoren konstant sind, erhöht die Steigerung der Fließgeschwindigkeit die Tröpfchengröße. Die Düse und der Behälter, die in den Figuren 2 und 3 dargestellt sind, sind geschnitten, um eine Anordnung zur Steuerung der Strömung zu zeigen. In der dargestellten Anordnung werden drei verschiedene Parameter verwendet, um die Fließgeschwindigkeit zu steuern.

Einer der Parameter ist die Größe der Durchgänge, durch welche die Flüssigkeit strömt. Die Größe ist durch die Schaffung des Außenleiters 6 mit Innenrippen 20 (s. Figur 3) genau bestimmt. Der Innenleiter 4 ist eine Preßpassung an den Rippen 20, so daß die Durchgänge 22 für die Flüssigkeit zwischen den Rippen bestimmt sind. Die Durchgänge münden in eine vollständige ringförmige kleine Öffnung 2 an ihren unteren Enden. Die Durchgänge können genauer hergestellt sein, als es passend wäre, um einen ununterbrochenen ringförmigen Durchgang herzustellen. Die Abmessungen und die Anzahl der Durchgänge 22 steuern teilweise die Fließgeschwindigkeit. Ein kleinerer Durchschnitt, eine größere Länge und weniger Durchgänge würden sämtlich zu einer geringeren Fließgeschwindigkeit beitragen.

In der dargestellten Anordnung ist ein Behälter 4 gegenüber der Sprühdüse 26 abgeschlossen. Der Behälter weist keine Mittel zur Druckunterstützung auf, außer einer Belüftungsschraube 28. Wie zu sehen ist, ist der innenleiter 4 hohl und erstreckt sich in den Behälter 24. Die Belüftungsschraube 28 ist am inneren Ende des Innenleiters 4 schraubbar angeordnet.

Der zweite Parameter, der die Fließgeschwindigkeit beeinflußt, sind die Abmessungen des schraubenförmigen Durchgangs, der mit einem kreisförmigen Querschnitt gestaltet ist, wobei die Belüftungsschraube teilweise die Geschwindigkeit bestimmt, bei welcher der Druck in dem Behälter entspannt wird, um der Flüssigkeit ein Abfließen zu ermöglichen. Sowohl ein längerer schraubenförmiger Durchgang als auch ein kleinerer Querschnitt tragen zu einer geringeren Fließgeschwindigkeit bei. Der dritte Parameter, der die Fließgeschwindigkeit beeinflußt, ist die Höhe der Belüftungsschraube 28 über der kleinen Öffnung 2, welche mit der Steuerung, die durch die Belüftungsschraube gewährleistet ist, das obere Ende der Flüssigkeit über der kleinen Öffnung bestimmt. Je kleiner der Abstand der Belüftungsschraube über der kleinen Öffnung ist, desto geringer ist die Fließgeschwindigkeit.

Der Außenleiter 6, der wieder leitend oder halbleitend ist, ist mit einem äußeren Schraubengewinde 30 versehen. Dies wird bei Benutzung von einem Innengewinde 32 in einer Haltevorrichtung 34 aufgenommen, die an einem Ende einer isolierenden Lanze 36 befestigt ist; in der Zeichnung ist nur ein Ende derselben gezeigt. An ihrem anderen Ende trägt die Lanze den Hochspannungsgenerator 9 und die Batterie 13. Die Erdverbindung kann durch einen Schleppdraht oder eine geeignete Verbindungsleitung hergestellt werden. Die Ausgangsleitung des Hochspannungsgenerators 9 ist über eine Leitung 38 innerhalb der Lanze mit einem Kontakt 40 verbunden, der innerhalb der Haltevorrichtung 34 so positioniert ist, daß er den Außenleiter 6 berührt, wenn dieser in die Haltevorrichtung geschraubt wird.

Es wird eingeschätzt, daß die Kombination einer isolierenden Lanze und eines Erdschleppdrahtes von dem Ende der Lanze gegenüber der Düse in einer Düse resultiert, die von geringen Potentialeinflüssen von der Vorrichtung herfrei ist. Der lange Weg über die Lanze zwischen der Düse und dem Erdschleppdraht reduziert eine Ableitung zur Erde von der Düse. Dies erhöht die Batterielebensdauer und reduziert die Nennstromstärke des Hochspannungsgenerators.

Figur 6 illustriert eine andere Ausführungsform der Erfindung. Anstelle der Düse mit einem Ring von Zähnen, wie in der vorhergehenden Ausführungsform dargestellt, sind in Figur 6 die Zähne 12 in einer geraden Reihe vorgesehen. Die Zähne 12 sind in einem Körperelement 42 aus isolierendem Kunststoffmaterial ausgebildet. Die zu versprühende Flüssigkeit wird über einen Einlaß (nicht dargestellt) zu einem Flüssigkeitsverteilungstunnel 44 in den Körper 42 geleitet. Eine Schließplatte 46 befindet sich in einem Abstand von dem Körperelement 42 und ist mit diesem durch eine Dichtung 48 verschlossen. Die Dichtung befindet sich mit der offenen Seite in der Nähe der Zähne 12, die einen linearen Schlitz 49 zwischen dem Körperelement 42 und der Schließplatte 46 kennzeichnen. Die Dichtung ist so geformt, daß sie Kanäle 50 schafft, um die Flüssigkeit von dem Verteilertunnel 44 zu dem Schlitz 49 zu leiten. Stromaufwärts von der Öffnung des Schlitzes 49 ist ein leitendes oder halbleitendes Band 52 in das Körperelement 42 eingesetzt, um eine Flüssigkeitsberührungsfläche zur Verfügung zu stellen. Das Band 52 ist mit einem Hochspannungsausgang einer Hochspan nungsversorgungsstelle (in Figur 6 nicht gezeigt) verbundenem die Flüssigkeit so aufzuladen, daß ein Sprühen erfolgt, wobei ein Band über die Zähne ausgebildet wird, wie zuvor beschrieben. Es wird wieder eine ausreichende elektrische Feldstärke an den Spitzen der Zähne erreicht, ohne daß die Vorrichtung irgendwelche Teile mit geringem Potential in der Nähe der Düse aufweist.

Die in Figur7 dargestellte Düse ist in der Form einer Wanne 54 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, die Zähne 12 aufweist, die entlang eines Randes 56 ausgebildet sind. In dem Grundkörper der Wanne stehen Nuten 57 in Verbindung mit der Spitze jedes Zahnes 12. Bei der Benutzung wird die Wanne mit der zu versprühenden Flüssigkeit 58 gefüllt, um den Füllstand an dem Rand 56 abzuschließen. Der Füllstand kann durch Gewährleistung einer ununterbrochenen Zuführung von Flüssigkeit aufrechterhalten werden, und dadurch, daß ein Überschuß über einen Überlauf (nicht dargestellt) in den Umlauf zurückgeführt wird. In der Ausführungsform wird, dargestellt durch einen Draht 60, eine leitende Oberfläche geschaffen, welche bei Benutzung mit dem Hochspannungsausgang 7 der Zuführung 9 verbunden ist. Das Anlegen einer Hochspannung an den Draht 60 lädt die Flüssigkeit 58 auf, und das sich ergebende elektrische Feld treibt sie zu den Zähnen 12 vorwärts. Wenn die Flüssigkeit die Zähne 12 bedeckt, ist die Feldstärke an den Spitzen der Zähne ausreichend stark, so daß die Flüssigkeit in Form von Bändern versprüht wird, welche in Tröpfchen zerfallen, wie zuvor beschrieben. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, daß es nicht tröpfelt, wenn beim Sprühen durch die Unterbrechung der Hochspannungszufuhr angehalten wird, obwohl es infolge der offenen Art der Wanne bei solchen Anwendungen nicht günstig wäre, wo eine Bewegung der Düse beispielsweise durch die Hand erforderlich ist, zum Beispiel beim Versprühen eines Insektenbekämpfungsmittels auf eine Pflanze. Die Düse wird wie zuvor ohne irgendwelche Erdeinwirkungen von der Vorrichtung verwendet. An den Spitzen der Zähne erhält man eine ausreichende elektrische Feldstärke, ohne daß in der Nähe der Düse Teile oder Elektroden mit niedrigem Potential vorgesehen sind.

Claims

1. Elektrostatische Sprühvorrichtung, bestehend aus:

einer Düse mit einem Sprührand, einer elektrisch leitenden oder halbleitenden Flüssigkeit, die die Oberfläche berührt und Mitteln für die Verteilung derzu versprühenden Flüssigkeit bis zu dem Rand und Hochspannungsversorgungsmitteln zum Aufladen der Oberfläche auf ein hohes Potential, gekennzeichnet durch den Rand (8), der an einer Vielzahl von Stellen (14) so geformt ist, daß bei der Benutzung, wenn er durch die zu versprühende Flüssigkeit bedeckt ist, die örtliche elektrische Feldstärke ausreichend verstärkt ist, und zwar bei der Spannung, die von den Hochspannungsversorgungsmitteln (9) erzeugt wird, daß die Flüssigkeit an den Stellen (14) überwiegend durch elektrostatische Kräfte in Bändern (18) herausgezogen wird, welche in elektrisch geladene Teilchen zerfallen und der Rand (8) zwischen den genannten Stellen (14) ist so geformt, daß bei der Benutzung die örtliche elektrische Feldstärke relativ wenig intensiv ist und die Düse ist in der genannten Vorrichtung derart untergebracht, daß bei der Benutzung die genannte elektrische Feldstärke im wesentlichen unabhängig von beliebigen geringen Potentialeinflüssen von der Vorrichtung bestimmt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (8) an den genannten Stellen (14) ausgeformt ist, um scharfe Spitzen zu schaffen, die im Material ausreichend nichtleitend ausgebildet sind, um eine Koronaentladung zu verhindern und zwar bei Benutzung und bei der Spannung, die von den Hochspannungsversorgungsmitteln erzeugt wird, wobei sich die genannte Oberfläche von dem Rand aufwärts befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (8) an den genannten Stellen (14) geformt ist, um Spitzen zu schaffen, die in leitenden oder halbleitendem Material gebildet und genügend scharf sind, um eine Koronaentladung zu erzeugen, und zwar während der Benutzung bei einer Spannung, die von den Hochspannungsversorgungsmitteln erzeugt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand ein Teil der genannten Oberfläche ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (8) an jeder Stelle (14) die Form eines Zahnes aufweist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand an jeder Stelle (14) die Form eines Whiskers aufweist.

7. Vorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (8) im allgemeinen kreisförmig ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprührand im allgemeinen linear ist.