-
Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung für einen elektrostatischen Zerstäuber, insbesondere für einen elektrostatischen Rotationszerstäuber, mit
- a) wenigstens einer Außenelektrode;
- b) einer elektrischen Widerstandseinrichtung, welche wenigstens eine Widerstandseinheit umfasst, die über einen Elektrodenanschluss mit der wenigstens einen Außenelektrode verbunden ist und über einen Kontaktanschluss mit einem Pol einer Hochspannungsquelle verbindbar ist;
wobei
- c) die Elektrodenanordnung eine Hauptachse definiert, um welche herum ein elektrisches Feld aufgebaut wird.
-
Außerdem betrifft die Erfindung einen elektrostatischen Zerstäuber, insbesondere einen elektrostatischen Rotationszerstäuber.
-
Elektrostatische Zerstäuber werden zum Beispiel in der Automobilindustrie zum Beschichten von Gegenständen wie Fahrzeugkarosserien oder Karosserieteilen verwendet. Das Beschichtungsmaterial, z. B. ein Lack, wird dabei von einer Abgabeeinrichtung abgegeben und einem elektrischen Feld ausgesetzt, in welchem das abgegebene Beschichtungsmaterial ionisiert und auf Grund elektrostatischer Kräfte zu dem Gegenstand transportiert wird, welcher hierzu z. B. auf Massepotential liegt. Bei einem Rotationszerstäuber ist die Abgabeeinrichtung als rotierender Glockenteller ausgebildet, von dem kleinste Lacktröpfchen abgeschleudert werden, so dass sich ein Lacknebel ausbildet.
-
Die Ionisierung des Lacks oder der Lackpartikel kann bei solchen Zerstäubern durch eine so genannte Innenaufladung erfolgen. Bei der Innenaufladung läuft der Lack innerhalb des Rotationszerstäubers auf seinem Weg zum Glockenteller an einer Hochspannungs-Innenelektrode vorbei, wobei er elektrische Ladungen aufnimmt.
-
Bei elektrostatischen Zerstäubern mit einer Elektrodenanordnung der eingangs genannten Art, die wenigstens eine Außenelektrode umfasst, erfolgt die Ionisierung des Lacks oder der Lackpartikel durch eine so genannte Außenaufladung. In der Regel sind mehrere Außenelektroden um den Glockenteller herum angeordnet, durch welche die dazwischen liegende Luft ionisiert wird. Die zunächst neutralen Lackpartikel werden beim Passieren der ionisierten Luft aufgeladen und auf diese Weise ebenfalls ionisiert. Ein Rotationszerstäuber mit Außenaufladung ist beispielsweise aus der
DE 196 11 369 A1 oder der
DE 34 29 075 A1 bekannt.
-
Die Widerstandseinrichtung dient dabei als Dämpfungswiderstand und unterbindet schnelle Stromänderungen. Hierdurch kann z. B. verhindert werden, dass es zu unerwünschten Spannungsüberschlägen von den Außenelektroden zu dem zu beschichtenden Gegenstand kommt, wenn der Hochrotationszerstäuber unbeabsichtigt zu nahe an einen geerdeten Gegenstand heran geführt wird. Der Widerstand pro Außenelektrode beträgt dabei üblicherweise zwischen 100 MOhm und 150 MOhm bei einem Hochspannungspotential von etwa 50 kV.
-
Die Außenelektroden sind bei solchen Rotationszerstäubern mit Außenaufladung jedoch recht lang und ragen verhältnismäßig weit in Richtung der Hauptachse, die in der Regel mit der Rotationsachse des Glockentellers zusammenfällt, nach vorne ab. Hierdurch ist eine Verwendung des Rotationszerstäubers in bei räumlich engeren örtlichen Gegebenheiten häufig nur eingeschränkt möglich.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Elektrodenanordnung und einen Zerstäuber der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche kompakter ausgebildet sein können.
-
Diese Aufgabe wird bei einer Elektrodenanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
- d) die Widerstandseinheit eine zwischen dem Elektrodenanschluss und dem Kontaktanschluss verlaufende Widerstandsbahn umfasst, die von einem Trägersubstrat getragen ist.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch eine Modifikation der Widerstandseinrichtung die Außenelektroden kürzer ausgebildet werden können, so dass die Elektrodenanordnung und dadurch auch ein damit ausgestatteter Zerstäuber insbesondere in Richtung der Hauptachse kompakter ausgebildet werden kann.
-
Bei bekannten Hochrotationszerstäubern mit Außenaufladung sind die Widerstände in den Außenelektroden verbaut. Häufig sind in jeder Außenelektrode zwei Widerstände in Reihe geschaltet. Ein üblicher 50 MOhm-Widerstand hat beispielsweise einen Durchmesser von 8 mm und eine Länge von etwa 60 mm. Zwei solche Widerstände in einer Außenelektrode erhöhen deren Länge somit um 120 mm.
-
Indem nun ein solcher Widerstand in Form einer Widerstandsbahn vorliegt, kann z. B. besonders viel Bauraum gespart werden, wenn die Widerstandsbahn senkrecht zur Hauptachse verläuft.
-
Es ist dabei besonders günstig, wenn die Widerstandsbahn auf das Trägersubstrat aufgedruckt ist.
-
Um eine gute Isolation zu erzielen und Hochspannungsüberschläge über die Widerstandseinrichtung zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn das Trägersubstrat aus einem Keramikmaterial oder einem Kunststoffmaterial ist.
-
Dabei ist es besonderes günstig, wenn die Widerstandseinheit derart zwischen dem Trägersubstrat und einem Gegensubstrat angeordnet ist, dass eine Laminatstruktur ausgebildet ist.
-
Ergänzend ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn das Trägersubstrat zusammen mit der Widerstandseinheit von einer elektrisch nicht leitfähigen Hülle umgeben ist.
-
Noch besser ist es, wenn die Laminatstruktur insgesamt von einer elektrisch nicht leitfähigen Hülle umgeben ist.
-
Vorteilhaft ist die Hülle dabei aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoffmaterial, insbesondere einem Harzmaterial, gebildet.
-
Eine besonders effektive Ionisierung von Beschichtungsmaterial wird erreicht, wenn mehrere Außenelektroden vorhanden sind.
-
In diesem Fall ist es günstig, wenn auch mehrere Widerstandseinheiten vorhanden sind.
-
Wenn jede Außenelektrode elektrisch mit jeweils einem Elektrodenanschluss einer einzelnen Widerstandseinheit verbunden ist, kann jeder Außenelektrode ein individueller Dämpfungswiderstand zugeordnet werden.
-
Es kann ein gemeinsamer Anschlussleiter vorhanden sein, über welchen die Kontaktanschlüsse aller Widerstandseinheiten mit einer Hochspannungsquelle verbindbar sind.
-
Alternativ können die Kontaktanschlüsse einzelner Widerstandseinheiten jeweils separat mit einer Hochspannungsquelle verbindbar sein oder die Kontaktanschlüsse von wenigstens zwei Widerstandseinheiten über einen gemeinsamen Anschlussleiter mit einer Hochspannungsquelle verbindbar sein. So können einzelne Außenelektroden oder Gruppen davon unterschiedlich mit Hochspannung beaufschlagt werden.
-
Die Elektrodenanordnung fällt besonders kompakt aus, wenn das Trägersubstrat plattenförmig ist und in einem von 0° verschiedenen Winkel zur Hauptachse angeordnet ist.
-
Vorzugsweise beträgt der Winkel dann 90°. Dies bedeutet, dass die Widerstandsbahn sich in einer Ebene erstreckt, die senkrecht auf der Hauptachse steht. Die Haupterstreckung der Widerstandseinheit geht damit also in Richtung senkrecht zur Hauptachse.
-
Die oben genannte Aufgabe wird bei einem elektrostatischen Zerstäuber der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass dieser eine Elektrodenanordnung mit einigen oder allen der oben erläuterten Merkmale umfasst, wie es sich aus den Ansprüchen ergibt.
-
Nachfolgend werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Hochrotationszerstäubers mit einer Elektrodenanordnung, wobei das Gehäuse einer Widerstandseineinrichtung teilweise weggebrochen gezeigt ist;
-
2 eine Ansicht auf eine Widerstand-Baugruppe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel einer Widerstandseinrichtung nach einer ersten Bauart;
-
3 einen Schnitt der Widerstandseinrichtung mit der Widerstand-Baugruppe nach 2 entlang der dortigen gewinkelten Schnittlinie III-III;
-
4 eine der 2 entsprechende Ansicht auf eine Widerstand-Baugruppe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
-
5 eine den 2 und 4 entsprechende Ansicht auf eine Widerstandsbaugruppe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
-
6 einen der 3 entsprechenden Schnitt einer abgewandelten Widerstandseinrichtung nach einer zweiten Bauart.
-
In 1 ist mit 10 insgesamt ein elektrostatisch arbeitender Hochrotationszerstäuber bezeichnet, der über einen Koppelabschnitt 12 mit dem Arm eines nicht eigens gezeigten mehrachsigen Applikationsroboters gekoppelt werden kann, wie es an und für sich bekannt ist.
-
Mittels des Hochrotationszerstäubers 10 kann Lack auf einen nicht eigens gezeigten Gegenstand appliziert werden. Hierzu umfasst der Hochrotationszerstäuber 10 einen Kopfabschnitt 14, in dem in bekannter Art und Weise ein Glockenteller verbaut ist, der während der Lackapplikation mit hoher Drehzahl rotiert und über den ein Lacknebel abgegeben wird. Der Glockenteller ist 1 selbst nicht zu sehen.
-
Der Hochrotationszerstäuber 10 arbeitet nach dem Prinzip der so genannten Außenaufladung und umfasst hierzu eine Elektrodenanordnung 16, die eine Hauptachse 18 vorgibt, welche beim vorliegenden Ausführungsbeispiel mit der Rotationsachse des Glockentellers zusammenfällt. Um die Hauptachse 18 herum wird ein elektrisches Feld aufgebaut.
-
Die Elektrodenanordnung 16 umfasst mehrere Außenelektroden 20. Diese sind beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als Stabelektroden 22 ausgebildet, wobei sechs solcher Stabelektroden 22 symmetrisch zu der Hauptachse 18 um den Glockenteller herum angeordnet sind.
-
Die Stabelektroden 22 sind über eine elektrische Widerstandseinrichtung 24 mit einem Pol einer Hochspannungsquelle 26 verbunden, welche in 1 nur schematisch angedeutet ist. Der andere Pol der Hochspannungsquelle 26 wird mit einem zu beschichtenden Gegenstand verbunden, der elektrisch leitfähig sein muss und so auf Massepotential gelegt wird.
-
Die Stabelektroden 22 arbeiten als Sprühelektroden und ionisieren die vom Glockenteller des Hochrotationszerstäubers 10 abgegebenen Lackpartikel, die dann auf Grund des vorhandenen elektrischen Feldes zum Gegenstand wandern, welcher hierdurch beschichtet wird. Hierzu haben die Stabelektroden 22 nadelförmige Spitzen, wie es an und für sich bekannt ist.
-
Wie eingangs erläutert, dient die Widerstandseinrichtung 24 als Dämpfungswiderstand und verhindert schnelle Stromänderungen. Die Widerstandseinrichtung 24 ist hier besonders flachbauend ausgebildet und so angeordnet, dass die axiale Erstreckung der Stabelektroden 22 und damit die axiale Erstreckung des Kopfabschnittes 14 des Hochrotationszerstäubers 10 in Richtung der Hauptachse 18 klein gehalten ist.
-
Die Widerstandseinrichtung 24 hat ihre Haupterstreckung in einer Haupterstreckungsebene 28, die jeweils in den 3 und 6 veranschaulicht ist und in einem Winkel auf der Hauptachse 18 der Elektrodenanordnung 16 steht. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt dieser Winkel 90°.
-
Um die gewünschte flache Bauart der Widerstandseinrichtung 24 zu erreichen, umfasst diese z. B. bei einer ersten Bauart ein ebenes ringförmiges Trägersubstrat 30 mit einer entsprechend ringförmigen Tragfläche 32, welches sechs Widerstandseinheiten 34 trägt, so dass jede Stabelektrode 22 mit einer Widerstandseinheit 34 zusammenarbeiten kann.
-
Jede Widerstandseinheit 34 umfasst einen Elektrodenanschluss 36, mit dem die Widerstandseinheit 34 mit einer Stabelektrode 22 verbunden ist, und einen Kontaktanschluss 38, über welchen die Widerstandseinheit 34 mit der Hochspannungsquelle 26 verbunden werden kann.
-
Zwischen dem Elektrodenanschluss 36 und dem Kontaktanschluss 38 verläuft eine Widerstandsbahn 40. Diese Widerstandsbahn 40 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel auf das Trägersubstrat 30 aufgedruckt und hat einen mäanderförmigen Verlauf. Die Größe des Widerstands hängt von der Länge der Widerstandsbahn 40 ab, so dass die Größe des Widerstandes durch einen entsprechend verwundenen Verlauf eingestellt werden kann, wobei sich der für die Widerstandseinheit 34 benötigte Bereich der Tragfläche 32 des Trägersubstrats 30 nicht ändert. Der konkrete Verlauf einer jeweiligen Widerstandsbahn 40 kann folglich unterschiedlich sein und sich auch bei zwei Widerstandseinheiten 34 derselben Widerstandseinrichtung 24 unterscheiden.
-
In der Praxis hat es sich bewährt, wenn das Trägersubstrat 30 aus einem Keramikmaterial oder einem Kunststoffmaterial ist.
-
Die Widerstandseinheiten 34 sind zu einer Widerstand-Baugruppe 42 verschaltet. Hierzu ist ein gemeinsamer Anschlussleiter 44 vorhanden, welcher die Kontaktanschlüsse 38 aller Widerstandseinheiten 34 miteinander verbindet, so dass über den Anschlussleiter 44 die Kontaktanschlüsse aller Widerstandseinheiten mit der Hochspannungsquelle 26 verbunden werden können.
-
Wie in 3 zu erkennen ist, befindet sich auf der von dem Trägersubstrat 30 abliegenden Seite der Widerstandseinheiten 34 ein Gegensubstrat 46, welche in Form und Dimension an das Trägersubstrat 30 angepasst ist und hier entsprechend ebenfalls als ebener Ring ausgebildet ist. Die Widerstandseinheiten 34 sind derart zwischen dem Trägersubstrat 30 und dem Gegensubstrat 46 angeordnet, dass eine Laminatstruktur 48 ausgebildet ist.
-
Diese Laminatstruktur 48 ist von einer elektrisch nicht leitfähigen Hülle 50 umgeben, die beispielsweise aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoffmaterial wie z. B. einem Harzmaterial gebildet sein kann. Bei einer Abwandlung kann auch auf das Gegensubstrat 46 verzichtet werden, wobei dann das Trägersubstrat 30 mit den Widerstandseinheiten 34 von der elektrisch nicht leitfähigen Hülle 50 umgeben sind. Das Gegensubstrat 46 und die Hülle 50 sind in den 1, 2, 4 und 5 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.
-
Die Widerstandseinrichtung 24 umfasst einen Kontaktanschlusskanal 52, welcher von außen durch die Hülle 50 und das Trägersubstrat 30 hindurch zu dem Anschlussleiter 44 führt, so dass dieser von außen zugänglich ist und mit der Hochspannungsquelle 26 verbunden werden kann.
-
In entsprechender Weise umfasst die Widerstandseinrichtung 24 für jeden Elektrodenanschluss 36 der Widerstandseinheiten 34 einen Elektrodenanschlusskanal 54, von denen in 3 einer zu erkennen ist. Diese Elektrodenanschlusskanäle 54 führen jeweils von außen durch die Hülle 50 und das Gegensubstrat 46 hindurch zu einem zugehörigen Elektrodenanschluss 36 einer Widerstandseinheit 34.
-
Die Widerstandseinrichtung 24 ist in einem Ringgehäuse 56 untergebracht und auf der von den Stabelektroden 22 abliegenden Seite des Kopfabschnittes 14 des Hochrotationszerstäubers 10 angeordnet und umgibt dessen dort im Inneren vorhandene Komponenten.
-
In 4 ist als zweites Ausführungsbeispiel eine abgewandelte Widerstand-Baugruppe 42' gezeigt. Dort sind jeweils zwei Kontaktanschlüsse 38 zweier benachbart angeordneter Widerstandseinheiten 34 über jeweils einen gemeinsamen Anschlussleiter 58 miteinander verbunden, so dass jeweils zwei Widerstandseinheiten als Gruppe mit der Hochspannungsquelle 26 verbunden werden können. So können die Stabelektroden 22 immer als Paar mit Hochspannung versorgt werden. Bei der so gebildeten Widerstandseinrichtung 24 sind entsprechend drei Kontaktanschlusskanäle vorhanden, über welche die Anschlussleiter 58 von außen zugänglich sind, die jedoch in 4 nicht zu erkennen sind.
-
In 5 ist als drittes Ausführungsbeispiel eine nochmals abgewandelte Widerstand-Baugruppe 42'' gezeigt. Dort können die Kontaktanschlüsse 38 der Widerstandseinheiten 34 jeweils separat mit der Hochspannungsquelle 26 verbunden werden. Hierzu sind bei der so gebildeten Widerstandseinrichtung 24 entsprechend sechs Kontaktanschlusskanäle vorhanden, über welche die Kontaktanschlüsse 38 direkt von außen zugänglich sind, die jedoch in 5 nicht zu erkennen sind. Auf diese Weise kann jede Stabelektrode 22 separat mit Hochspannung versorgt werden.
-
6 zeigt eine Widerstandseinrichtung 24 einer zweiten Bauart. Dort sind das Trägersubstrat 30 und das Gegensubstrat 46 nicht als ebene Ringe ausgebildet, sondern als Kegelstumpfringe, die koaxial zueinander angeordnet sind und zwischen sich die Widerstandseinheiten 34 aufnehmen.
-
Die Widerstandseinrichtung 24 nach 6 veranschaulicht, dass auch andere Ausbildungen unter Verwendung von Widerstandsbahnen 40 dazu geeignet sind, die Erstreckung der Außenelektroden 20 in Richtung der Hauptachse 18 kleiner zu halten, als dies bislang möglich war.
-
Die Widerstandseinrichtung 42 kann auch als Austauschmodul konzipiert sein. In diesem Fall wird ein Satz mit mehreren Widerstandseinrichtungen 42 zur Verfügung gestellt, deren Widerstandseinheiten 34 unterschiedliche Widerstände bieten, deren Größe von der Länge der jeweiligen Widerstandsbahn 40 abhängt.
-
Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung ist die Widerstandseinrichtung 24 einstellbar ausgebildet, so dass deren Wirkwiderstand oder der Wirkwiderstand einzelner Widerstandseinheiten 34 geändert werden kann. Hierzu kann beispielsweise die Widerstandsbahn 40 einer Widerstandseinheit 34 an verschiedenen Stellen mit dem Elektrodenanschluss 36 verbunden werden, so dass die wirksame Länge der Widerstandsbahn 40 zwischen dem Kontaktanschluss 38 und dem Elektrodenanschluss 36 eingestellt werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19611369 A1 [0005]
- DE 3429075 A1 [0005]
