DD271611A3

DD271611A3 - Spruehpistole mit elektrokinetischer pulveraufladung

Info

Publication number: DD271611A3
Application number: DD87308300A
Authority: DD
Inventors: Helmut Bauch; Wolfgang Kleber
Original assignee: Verkehrswesen Hochschule
Priority date: 1987-10-27
Filing date: 1987-10-27
Publication date: 1989-09-13
Also published as: EP0314049A3; US4979680A; JPH01148354A; CA1336130C; EP0314049A2; HU198406B; HUT48134A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spruehpistole mit elektrokinetischer Pulveraufladung zur elektrostatischen Beschichtung von Werkstuecken mit Pulverlack. Das aufzutragende Plastpulver wird beim pneumatischen Durchstroemen eines ringspaltfoermigen Isolierstoffkanals durch Ueberlagerung von triboelektrischen Effekten mit von diesen an einer passiven Ionisatorelektrode ausgeloesten Ionisationsprozessen aufgeladen. Erfindungsgemaess enthaelt der im Isolierstoffkanal angeordnete laengliche Stroemungsleitkoerper einen oder mehrere Abschnitte, die aus elektrisch halbleitendem Material bestehen oder eine solche Oberflaeche besitzen und gegen die Ionisatorelektrode und untereinander elektrisch isoliert sind. Dadurch werden der Wirkungsbereich des Influenzionisators erweitert, die Pulveraufladung erhoeht und funkenaehnliche Gleitentladungen im Stroemungskanal sowie Durchschlaege der Kanalwand verhindert. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Sprühpistole mit elektrokine'.ischer Pulveraufladung zur elektrostatischen Oberflächenbeschichtung von Gegenständen mit Pulverlack. Sie kann sowohl als manuell oder automatisch geführtes Sprühgerät als auch als Aufladeorgan in Wirbelbett· oder Tunnelan'agen verwendet werden. Als Beschichtungsstoffe sind thermoreaktive oder thermoplastische Kunststoffe, Emaille oder ähnliche Materialien in Pulverform einsetzbar.

Charakteristik der benannten technischen Lösurgen

Es sind Sprühgeräte für die elektrostatische Oberflächenbeschichtung bekannt, bei dfcnon der pulverförmige Be.^cr ichtungsstoff beim pneumatischen Durchströmen eines speziellen Kanals, der aus einem zur triboelektrischen Aufladung peigenden Isolierstoff, besteht, durch Reibungseffekte elektrisch aufgeladen und in der Austrittsöffnung des Kanals durch Strömungsleitelemente (Prallkörper) oder radiale Luftstrahlen zu einer hochdispersen Pulverwolke zerstäubt wird (DE 1577757, DE 2203351 und DE 2257316).

Der Nachteil dieser Geräte beiteht darin, daß nur Pulver, dl·) iu einer tehr hohen trlboelekulichtm Aulladung neigen, eingeteilt werden können. Sie arbeiten außerdem mit einer relativ gelingen Pulverkonzentration Im Trlgergai, um durch häufigen Kontakt der Pulverteilchen mit der Innenwand des Strömungskanala eine verfahrenstechnisch ausreichende Pulveraufladung iu erzielen.

Zur Erhöhung der elektrischen Ladung der Pulverteilchen wurden verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen, die auf eine Verstärkung der Turbulenz der Strömung und damit der Intensität und Häufigkeit der Wandberührungen durch die Pulvertellchon hinzielen, so die Verwendung von Flächonprofillerungen In der Kanalwand (DE 2209231), die Gestaltung des Stromungskanale in Form langer gekrümmter Loderohro klolnon Querschnittes (DE 3100002) und der Einsatz eines Relbkegols (DD 134841) oder eines Strömungeloitkörpors mit spiralförmlgon Nuten oder Kanälen (DE Q 8616746) Im Isolierstoffkanal (DD 134841) oder spezieller Wlrbelerzeugungselnrichtungon in Form von Loitschaufoln (DE 2938606), Propeller (US 3,905.330) oder elnrm Gobiäserrad (DE 2451514).

Ferner sind konstruktive Ausführungsformen des triboolektrlschon Aufladekanals bekannt, bei denen Im Abschnitt der Pulvereinströmung oder In der Austrittsöffnung durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit an gekrümmten Isolierstoffflachen mittels zusätzlicher Luftstrahlen ein Unterdruck erzeugt wird, der die Pulvorteilchen an die Isolierstoffoberfläche führt (DE 2713697) oder durch Erzeugung einer schraubonlinlenförmlgen Teilchenbahn (DE 2756009) olne intensivere Wandberührung verursacht wird.

Weiterhin sind Lösungen für elektrostatische Sprühgeräte bekannt, bei denen das Pulver durch Überlagerung trlboelektrischer Effekte mit von diesen ausgelösten lonlsationsprozesson aufgeladen wird (DD 106308, DD 232695). Diese Sprühgeräte enthalten in der Eingangszone des triboelektrlschen Aufladekanals eine als passiver Influenzionisator wirkende geerdete Elektrode. Die In einem Trägergas dispergieren Pulverpartikel erhalten zunächst eine Ladung durch triboelektrische Effekte bei der Berührung der Wandflächen des Isolierstoffkanals. Wählend die Ladung der Pulverteilchen mit der Strömung kontinuierlich aus dem Kanal heraustransportiert wird, verbleibt auf der Wand des Isolierstoff kanals eine gleichgroße Ladung entgegengesetzter Polarität. Sie wächst ständig an und Influenziert auf der geerdeten Elektrode eine Ladung mit gleicher Polarität wie die Pulverledung, bis das sich zwischen beiden Ladungen ausbildende Feld die elektrische Festigkeit des Trägergases Obersteigt und vor der Elektrode eine Gasionisation einsetzt.

Die sich zur Wand des Isolierstoffkanals bewegenden Gnslonen haben die gleiche Polarität win die Isoelektrisch erzeugte Pulverladung. Sie führen zu einer Kompensation der Flächenladung auf dor Wand des Isolierstoffkanals und regenerieren damit die Oberfläche für eino weitere triboelektrische Aufladung. Gleichzeitig lagert sich ein Teil der Ionen an die vorbelctrömenden Pulverpartikel an und erhöht damit deren triboelektrlsch erzeugte Ladung beziehungsweise werden auch die neutralen Pulverteilchen, die ohne Wandberührung den Kanal durchströmen, elektrisch aufgeladen.

Nachteil dieser Lösungen ist, daß die lonisationsprozesse in einem engen Strömungskanal erfolgen, der meist als schmaler Ringspalt ausgebildet ist, und dessen Isolierstoffflächen bezüglich des axialen elektrischen Feldes abschirmend wirken, so daß Jer Wirkungsbereich der lonlsationselektrode auf den Anfangsabschnitt des Isolierstoffkanals begrenzt Ist. Die sich in entfernteren Bereichen ansammelnden hohen Flächenladungsdichten können zu störenden funkenähnlichen Gleitentladungen längs der Innenfläche des Isolierstoffkanals oder sogar zu Durchschlägen der Kanalwand führen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht In einer Verbesserung der Funktionstuchtigkeit von Sprühpistoten mit elektrokinetlscher Pulveraufladung durch höhere und stabilere Pulveraufladung und Unterdrückung funkenähnlicher Gleitentladungen Im Isolierstoffkanal sowie die Verhinderung von elektrischen Durchschlägen.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Mängel der bekannten technischen Lösungen durch Vergrößerung

des Wirkungsbereiches des Influenzionisators zu beheben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Isolierstoffkanal mit einem zentrischen Strömungsleitkörper

ausgerüstet wird, der einen oder mehrere Abschnitte enthält, die aus elektrisch halbleitendem Material bestehen odor einesolche Oberflächenschicht besitzen und gegenüber der lanisatorelektrode sowie untereinander elektrisch isoliert sind und dieanderen Abschnitte aus zur triboelektrischen Aufladung neigendem Isolierstoff bestehen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Strömungsleitkörper als zylindrischer Stab mit einer kegelförmigen Spitze ausgebildet, wobei ein bezüglich der Strömungsrichtung am Anfang liegender zylindrische Stababschnitt über 25 bis 75%

der Stablänge aus elektrisch halbleitendem Material besteht oder eine solche Oberfläche besitzt, während die übrigen Teile des

Strömungskörpers aus dem gleichen zur triboelaktrischon Aufladung neigendem Isolierstoff wie der Hohlstab bestehen. In einer v/eiteren günstigen Realisierungsform der Erfindung ist der zylindrische Strömungsleitkörper aus mehreren Abschnitten

derart zusammengesetzt, daß sich Abschnitte aus elektrisch halbleitendem Material und Abschnitte aus zur triboelektrischen

Aufladung geeignetem Isolierstoff abwechseln. In einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung ist der Strömungsleitkörper aus Abschnitten mit zylindrischer und Abschnitten mit kegelförmiger Mantelfläche so zusammengesetzt, daß ein Im Querschnitt im wesentlichen konstanter Sirömungskanal mit sich abschnittsweise ändernder Strömungsrichtung entsteht, wobei einzelne Abschnitte des Strömungsleitkörpers, vorzugsweise solche mit strömungsabgewandter Oberfläche, aus elektrisch halbleitendem Material

bestehen oder eine solche Oberflächenschicht besitzen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung bt über einen "eil der Kanallänge zwischen dem zuntrischen Stab und

der Innenwand des Isolierstoffkanals eine rohrförmlge Hülse kocxial so ι, igeordnet, daß ein doppelter Ringspalt entsteht, wobeider innere Stab und/oder die rohrförmlge Hülse aus elektrisch halbleitendem Material bestehen.

In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung bestehen die elektrisch halbleitenden Abschnitte des 8trömungsleltkörpors aus einem Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit zwischen 10"' und 10**3 m - 1, vorteilhafterweise aus einem zur trlbo*!oktrlschen Aufladung neigendem Material mit eingelagerten leltfIhlgen Partikeln, Insbesondere Polytetrafluorethylen mit einem Qraphltantell von 3 bis 12%. Die halbleltflhlgen Abschnitte können auch aus Isolierstoff mit einer halbleitenden Oberflache gefertigt sein, deren spezifischer Oberflächenwiderstand Ro 10* bis 10¹⁰ Ohm betrügt, gemessen mit zwei 10cm langen Schneldenolektroden In 1 cm Abstand nach TQL16347.

Ausfohrungsbelsplel

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungebeispiele ausführlich erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen Schnittdarstellungen verschiedener Ausbildungsformen der erfindungsgemäßen Lösung:

Fig. 1: Sprühpistole mit einem elektrisch halbleitenden Abschnitt des zy'lndrischen Strömungsteltkörpers, Fig. 2: Isolierstoffkenai mit bei konstantem Strömungsquerschnltt sich Im Durchmesser erweiterndem Strömungsteltkörper,

der mehrere halbleitende Stababschnitte enthält,

Flg. 3: Hohlstab und Strömungsleitkörper mit Abschnitten, die eine kegelförmige Mantelfläche besitzen Flg.4: Sprühpistole mit einem Strömungskanal In Form eines doppelten Ringspaltes.

Das Prinzip der erfinderischen Lösung ist sehr deutlich in Fig. 1 zu erkonnen. Über einer Zuführungskanal 1, der tangential in den Isolierstoffkanal einmündet, wird das In einem Trägergasstrom dispergierte Pulver zugeführt. An den zweiten Zuführungskanal 2 ist ein Druckgas, in der Regel Luft, angeschlossen, das über Bohrungen In der Elektrodenhalterung 3 und den ringspaltförmigen Kanal zwischen der nadeiförmigen Influenzelektrode β und der Isolierstoffumhüllung 6 In den nachfolgenden Strömungskanal olngeblasen wird. Das Qas umspült dabei die Influenzelektrode allseitig und verhindert oo ein Anslntern des Pulvers. Über den Kontaktring 4 ist die Influenzelektrode 6 an Erdpotential angeschlossen. Der Grundkörper 7 kann sowohl aus Isolierstoff wie auch aus einem leitenden Material gefertigt sein.

Der nachfolgende ringspaltförmige Strömungskanal dient der elektrischen Aufladung des Pulvere. In einem Hohlstab 8 aus zur triboelektrischen Aufladung neigendem Isolierstoff ist ein aus den Stababschnitten 10 und 11 bestehender zylindrischer Strömungsleitkörper mit einer kegelförmigen Spitze 9 zur Aufteilung der Strömung eingesetzt, wobei erfindungsgemäß der sich an die Spitzo anschließende Stababschnitt 10 mit einer Lange von 25 bis 75% der Länge des Strömungskanals aus elektrisch halbleitendem Material besteht, während der nachfolgende Abschnitt 11 des Stabes aus dem gleichen Isolierstoff, wie der Hohlstab gefertigt ist. Die beiden gegeneinander um 90° versetzten Bügel 13 dienen der zentrischen Halterun ι des verschiebbaren Stabes.

Durch die Verwendung eines elektrisch halbleitenden Materials für den vorderen Stababschnitt 10 wird der Wirkungsbereich der Influenzionisatorelektrode 6 wesentlich erweitert. Durch Sprühentladungen von der Oberfläche des Stabes zu den Flächenladungen auf der gegenüberliegenden Innenwand des Hohlstabes 8 und auf den nachfolgenden Kanalabschnitten werden durch Neutralisation dieser Ladungen günstige Bedingungen für die weitere triboelektrische Aufladung geschaffen. Zugleich lädt sich der halbleitende Stababschnitt auf ein hohes Potential mit entgegengesetzter Polarität wie die Pulverladung auf, was die Ausbildung einer stabilen Koronaentladung von der Influenzionisatorelektrode θ zu diesem Stababschnitt zur Folge hat, so daß die diese Zone passierenden Pulverteilchen durch Anlagerung von Gasionen zusätzlich aufgeladen werden. Zugleich begrenzt die Koronaentladung das Potential des halbleitenden Stababschnittes.

Die Verwendung eines halbleitfähigen Stababschnittes hat weiterhin den Vorteil, daß die Flächenladungsdichte auf der Innenwand des Hohlstabes auf einen niedrigen Wert begrenzt wird, so daß sich im Isolierstoffkanal keine funkenähnliche Entladungen und keine elektrischen Durchschläge der Kanalwand ausbilden können.

In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der halbleitende Stababschnitt in mehrere Teilstücke aufgeteilt, die durch Zwischenstücke aus Isolierstoff gegeneinander isoliert sind.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2 Ist der zentrische Strömungsleitkörper abwechselnd aus zylindrischen und kegelstumpfförmlgen Abschnitten mittels eines Zentrierstabes 14 zusammengesetzt. In jedem der kegelstumpfförmigen Abschnitte 11 a und 11 b nimmt der Durchmesser des Strömungsleitkörpers zu. Die Innenfläche des Hohlstabes 8 ist durch buchsenförmige Einsätze aus dem gleichen Isolierstoff der Stabform so angepaßt, daß die ringförmige Querschnittsiläche des Strömungskanals konstant bleibt. Die zylindrischen Zwischenabschnitte 10a, 10b und 10c bestehen aus elektrisch halbleitfähigem Material. Ihre Oberflächen liegen jeweils auf der strömungsabgewandten Soite, so daß Pulveranlagerungen unterdrückt werden.

In einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung, dargestellt in Fig. 3, sind Stababschnitte mit zylindrischer und kegelförmiger Mantelfläche so hintereinander angeordnet und die Innenfläche des umhüllenden Hohlstabes durch entsprechende Einsätze 15a und 16b so angepaßt, daß sich ein im Querschnitt konstanter, im rvtittleron Durchmesser aber periodisch ändernder ringförmiger Strömungskanal ergibt, was eine sich mehrfach ändernden Strömungsrichtung zur Folge hat und durch eine intensivere Wandreibung und damit eine höhere triboelektrisohe Aufladung führt. Die Stababschniue 10a und 10b mit zur Strömungsrichtung abgewandte' Oberfläche sind aus elektrisch halbleitendem Material oder besitzen eine solche Oberfläche. Sie sind in unmittelbarer Nähe der Isolierstoffflächon mit intensiver Wandberührung angeordnet und erleichtern dort die Ladungsnoutralisation.

Ein anderes zweckmäßiges Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig.4. Das Pulver wird über den axialen Kanal 1,16 zugeführt und durchströmt dabei die Infiuenzionisatorelektrode 17 mit scharfer Vorderkante, die ringförmig ausgebildet ist und zur Vermeidunc von Verkrustungen durch anhaftendes Pulvor über die Kanäle 18 ebenfalls gasumspült ist. Das Druckgas ist an den Zuführungskanal 2 angeschlossen. Durch Einsatz einer rohrförmigen Hülse 20zwischen Hohlstab 8 und Innenstab 10 bildet sich über einen Teil des Isolierstoffkanals ein doppelter Ringspalt, der vom Pulver durchströmt wird.

Erfindungsgemlß Ist über diesen Abschnitt die konzentrische Hülse und/oder der zentrische Stab 10 ganz oder teilweise am halbleitendem Material. Stab 10 und Hülse 20 werden durch die sternförmigen Zentrlerelemente 19 gehalten. Der Strömungsquerschnltt bleibt über die Geiamtl8nge des Strömungekanal·, das heißt Im Abschnitt des Doppelspaltes und im nachfolgenden Einfachspalt, im wesentlichen konstant. Durch die Vergrößerung der Oberfläche relativ zum Querschnitt werden die triboelektr!schen Effekte stark Intensiviert, ohne daß der Strömungswiderstand zunimmt.

Als besondere vorteilhaft für die elektrisch halbleitenden Abschnitte dos Strömungsleltkörpers wurde ein Material gefunden, das eine elektrische Leitfähigkeit von 10"' bis 10"*S m~' aufweist, vorzugsweise 10~* bis 10'⁷Sm"¹. In diesem Bereich ist die Leitfähigkeit der Stababschnitte zwar hoch genug, daß sich eine gleichmäßig über die Oberfläche verteilte Gasionisation ausbilden kann, sie rolcht aber noch nicht sur Bildung von Funkenentladungen zu anderen Stababschnitten oder geerdeten leitfähigen Teilen der Sprühpistole beziehungsweise zum Werkstück aus. Die gleiche Wirkung wird bei der Verwendung von Isolierstoff mit einer halbleitenden Oberflächenschicht erreicht, deren spezifischer Oberflächenwiderstand R₀10* bis 10" Ohm beträgt, vorzugsweise (0,5...5) 10* Ohm, gemessen mit zwei 10cm langen Schneldoneloktroden In 1 cm Abstand nach TQL 16347.

Als sehr günstiger Werkstoff für die halbleitenden Stababschnitte hat sich das zur trlboolektrischen Aufladung neigende Polytetrafluorethylen (PTFE) mit 3 bis 12% Qraphltantell ei wiesen.

Claims

1. Sprühpistole mit olektrokinetischer Pulveraufladung in einem vom Pulver durchströmten Isolierstoffkanal, der aus einem Hohlstab und einem darin zentrisch angeordneten länglichen Strömungsleitkörper besteht und ringspaltartlg ausgebildet ist und in dessen Eingangszone eine als passiver Ionisator wirkende vorzugsweise geerdete Elektrode angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß der zentrische Strömungsleitkörper einen oder mehrere Abschnitte enthält, die aus elektrisch halbleitendem Material bestehen oder eine solche Oberflächenschicht besitzen und gegenüber der lonisatorelektrode sowie untereinander elektrisch Isoliert sind.

2. Sprühpistole nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Strömungsleitkörper als zylindrischer Stab mit einer kegelförmigen Spitze (9) ausgebildet ist und ein bezüglich der Strömungsrichtung am Anfang liegender Stababschnitt (10) über 26 bis 76% der Stablänge aus elektrisch holbleitendem Material besteht oder eine sol'' he Oberfläche besitzt, während die übrigen Teile des Strömungskörpers (11,12) aus dem gleichen, zur triboelektrischen Aufladung geeigneten Isolierstoff wie dor Hohlstab (8) bestehen.

3. Sprühpistole nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der zylindrische Strömungsleitkörper aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt ist, wobei abwechselnd Abschnitte aus elektrisch halbleitendem Material und Abschnitte aus zur triboelektrischen Aufladung neigendem Isolierstoff aufeinanderfolgen.

4. Sprühpistole nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Strömungsleitkörper aus Abschnitten mit zylindrischer und Abschnitten mit kegelförmiger Mantelfläche zusammengesetzt und die Innenwand des Hohlstabes diesem Verlauf entsprechend angepaßt ist, so daß ein im Querschnitt im wesentlichen konstanter Strömungskanal mit sich abschnittsweise ändernder Strömungsrichtung entsteht, wobei einzelne Abschnitte (1 Oa bis d) dos Strömungsiehkörpers, vorzugsweise solche mit strömungsabgewandter Oberfläche, aus elektrisch halbleitendom Material bestehen oder eine solche Oberflächenschicht besitzen.

5. Sprühpistole nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß über einen Teil der Kanallänge zwischen dem zentrischen Stab und der Innenwand des Hohlstabes eine rohrförmige Hülse koaxial so angeordnet ist, daß ein doppelter Ringspalt entsteht, wobei der innere Stab (10) und/oder die rohrförmige Hülse (20) aus elektrisch halbleitendem Material bestehen.

6. Sprühpistole nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrisch halbleitenden Abschnitte des Störmungsleitkörpers aus einem Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 10"⁹ bis 10"⁸S m"¹ bestehen.

7. Sprühpistole nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrisch halbleitenden Abschnitte des Strömungsleitkörpers aus einem Isolierstoff mit einer elektrisch halbleitenden Oberflächenschicht besteht, deren spezifischer Oberflächenwiderstand 10⁷ bis 10¹⁰ Ohm (gemessen nach TGL 15367) beträgt.

8. Sprühpistole nach Anspruch 6 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrisch halbleitförmigen Abschnitte des Strömungsleitkörpers aus zur triboelektrischen Aufladung neigendem Isolierstoff mit eingelagerten elektrisch leitfähigen Partikeln bestehen.

9. Sprühpistole nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrisch halbleitenden Abschnitte des Strömungsleitkörpers aus Polytetrafluorethylen mit 3 bis 12% Graphit bestehen.