DE1136620B - Vorrichtung zum elektrostatischen UEberziehen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Überziehen von Werkstücken mit eine Elektrode umfassenden Mitteln zur Erzeugung eines sich um diese herum ausdehnenden Sprühnebels von geladenen Teilchen eines flüssigen Überzugsmaterials bei Aufrechterhaltung eines elektrostatischen Feldes zwischen der Elektrode und mit einem Förderer nacheinander durch den Sprühnebel bewegten Werkstücken.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art verläuft die Drehachse der Sprühvorrichtung senkrecht oder gegebenenfalls auch schräg zur Bahn der Werkstücke, die geradlinig verläuft. Der Sprühnebel, der von der Zerstäubungsvorrichtung erzeugt wird, hat dabei angenähert die Form einer Glocke, deren gedachte Wandung sich mit wachsendem Abstand von der Sprüheinrichtung verdickt. Besprüht man mit einer solchen Sprüheinrichtung eine große senkrechte Fläche, die feststeht und sich normal zur Achse der Sprühvorrichtung erstreckt, so wird die Farbe oder das Überzugsmaterial einen ringförmigen Teil der Fläche bedecken, der in der Mitte eine verhältnismäßig große Fläche frei läßt. Vorrichtungen dieser Art dienten bisher im wesentlichen zum Überziehen großflächiger Gegenstände, wobei die Bewegungsbahn derselben, wie bereits ausgeführt, im Wirkungsbereich des Sprühnebels geradlinig verlief und die Achse des Sprühnebels schnitt. Man nahm hierbei den Nachteil in Kauf, daß die Oberflächenteile der zu überziehenden Werkstücke, die sich durch den Mittelbereich des glockenförmigen Sprühnebels bewegten, einen dünneren Überzug erhielten als die übrigen Teile.

Wegen der großen Ausdehnung des Sprühmusters und seiner eigentümlichen Form konnten kleinere Gegenstände mit solchen Vorrichtungen überhaupt nicht überzogen werden, es sei denn, man nahm neben anderen Schwierigkeiten einen übermäßigen Verlust an Überzugsmaterial in Kauf.

Die Erfindung ermöglicht es, die beschriebenen Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu beseitigen und die an sich vorzüglichen, hochwirksamen Sprüheinrichtungen, die sich ausdehnende Sprühnebel erzeugen, auch zum gleichförmigen Überziehen relativ kleiner Werkstücke zu verwenden. Sie ermöglicht es weiter, dieses Ziel bei einem minimalen Verlust an Überzugsmaterial und mit einem Mindestmaß an apparativem Aufwand zu erreichen.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Überzugsvorrichtung der eingangs erwähnten Art der Förderweg der Werkstücke um die Elektrode herumgeführt ist. Der Förderweg muß dabei nicht mit der Vorrichtung
zum elektrostatischen Überziehen

Anmelder:

Harper J. Ransburg Company,
Indianapolis, Ind. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. M. Eule

und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. W. J. Berg,

Patentanwälte, München 13, Kurfürstenplatz 2

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 5. März 1952 (Nr. 274 909)

Charles Curtis Simmons, Skokie, 111.,
und James William Juvinall, Indianapolis, Ind.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

Elektrode in einer Ebene liegen. Wichtig ist nur, daß der Förderweg der Werkstücke sich mit seinen wesentlichen Teilen innerhalb des beispielsweise glocken- oder scheibenförmigen Sprühnebels erstreckt. Auf diese Weise wird bei geringstem Materialverlust auch bei kleinen Werkstücken ein gleichmäßiger Überzug erreicht. Da der Förderweg sich verhältnismäßig lange im Sprühnebelbereich erstreckt, kann nicht nur die Dicke des Überzuges genau bestimmt werden, sondern es können auch stärkere Überzüge aufgebracht werden. Während früher beim Überziehen kleiner Gegenstände entweder eine sehr kleine Sprühvorrichtung erforderlich war, deren Sprühnebel in der Größe den Werkstücken angepaßt war, oder aber eine verhältnismäßig große Gruppe kleiner Gegenstände mit großem Farbverlust und ungleich starkem Farbauftrag besprüht werden mußte, erlaubt es die Erfindung, eine große, hochwirksame Sprüheinrichtung zu verwenden, um auch kleine Gegenstände zu überziehen. Die Erfindung ist daher besonders für die Massenerzeugung geeignet. Sie beruht auf dem Grundgedanken, das verlustarme Überziehen einer Vielzahl von am Sprühnebel gemessenen kleinen Werkstücken durch Anpassung des Förderweges an die natürliche Form sich radial ausdehnen-

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der Sprühnebel (der Radialbewegung kann natürlich auch eine Axialbewegung überlagert sein) zu ermöglichen.

Die Elektrode ist vorzugsweise ein elektrisch geladener Zerstäuber, der in bekannter Weise als Rotor ausgebildet sein kann, von dessen kreisförmigem Umfang das Überzugsmaterial abgesprüht wird.

Als Rotor dient vorteilhaft eine im wesentlichen flache Scheibe mit glatter, kreisförmiger Kante. Derartige Rotoren mit geeigneter Aufladung versehen, haben sich bei durchgeführten Versuchen allgemein als besonders geeignet erwiesen, eine relativ große Menge an Überzugsmaterial in optimaler Feinverteilung zu zerstäuben. Der Sprühnebel hat dabei die Form eines Ringes, der sich von der Rotorachse nach außen erweitert. Die Scheibe kann auch unter einem spitzen Winkel zur Ebene der Werkstückbahn rotieren oder als Taumelscheibe konstruiert sein. Auf diese Weise kann die Ausdehnung des Sprühnebels senkrecht zur Bewegungsebene des Sprühnebels erweitert werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise auch der Rand der Scheibe gewellt sein.

Der Zerstäuber kann entlang einer Achse hin- und herbewegt sein, die sich quer zur Bewegungsebene der Werkstücke erstreckt. Eine solche Ausbildung erlaubt es auch, größere Gegenstände zu überziehen, die anderenfalls teilweise aus dem Sprühnebelbereich herausragen würden. Dadurch, daß eine gegebene Werkstückoberfläche dem Sprühnebel vielfach ausgesetzt werden kann, ist auch hierbei die schrittweise Aufbringung dicker Überzüge möglich.

Die Sprühelektrode kann, wie an sich bekannt, becherförmig ausgebildet sein, um einen etwa glokkenförmigen Sprühnebel zu erzeugen. Sie ist in diesem Fall zweckmäßig über oder unter der Bewegungsebene der Werkstücke angeordnet.

Der Weg, dem die Werkstücke beim Durchwandern des Sprühnebels folgen, ist in den meisten Fällen am besten im wesentlichen kreisförmig, da auch der Sprühnebel in allen Normalebenen seiner Achse Kreisform hat; selbstverständlich sind in manchen Fällen Abweichungen von der Kreisform denkbar.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Aufriß einer elektrostatischen Überziehvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Bahn der Werkstücke innerhalb der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen scheibenförmigen Zerstäuber,

Fig. 4 einen Seitenriß der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 5 eine abgeänderte Ausführungsform in perspektivischer Darstellung,

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 5,

Fig. 7 und 8 Teile der Förderanlage.

In Fig. 1 ist eine Transportvorrichtung 10 dargestellt, die eine Anzahl Werkstücke 11 um einen ersten Zerstäuber 12 und dann um einen zweiten Zerstäuber 13 führt. Die Zerstäuber lassen sich auf der Haltevorrichtung 14 auf- und abbewegen. Die Haltevorrichtung 14 besteht aus einer aufrechten Säule 15, an der ein waagerechter Arm 16 angebracht ist. An dessen äußerem Ende befindet sich ebenfalls waagerecht eine aus Phenolformaldehyd-Kondensaten oder anderen Isolierstoffen bestehende Konsole 17. Diese besitzt an ihrem äußeren Rand ein Paar metallischer Buchsen 18 und 19, in denen sich Metallrohre 20 und 21 bewegen können. In diesen Rohren lauf en die Wellen 22 und 23, an deren oberen Enden Riemenscheiben 24 und 25 angebracht sind, die mit einem Keilriemen 26 miteinander verbunden sind. Auf der Welle 23 sitzt eine zweite Riemenscheibe 27, die durch den Keilriemen 28 vom Elektromotor 30, auf dessen Welle eine weitere Riemenscheibe 29 sitzt, angetrieben wird. Auf diese Weise werden die Wellen 22 und 23 in Drehung versetzt. Das untere Ende jeder dieser Wellen trägt als Zerstäubervorrichtung eine dünne, ebene, kreisförmige Blechscheibe 31.

ίο Eine biegsame Rohrleitung 32 aus Kunststoff, Gummi oder einem anderen Isolierstoff ist durch zwei Schellen 33 am Rohr 20 befestigt. Das untere Ende 34 des Rohres 32 befindet sich über der Scheibe 31 in der Nähe von deren Mittelpunkt, während das andere Ende des Rohres 32 mit einer Pumpe 35 verbunden ist, die die Oberfläche der Scheibe aus dem Vorratsbehälter 36 mit Überzugsmaterial versorgt. Eine gleiche Rohrleitung 37 ist mit Schellen 38 am Rohr 21 befestigt und mit einer zweiten Pumpe 39 verbunden, die den zweiten scheibenförmigen Zerstäuber 13 aus dem Gefäß 40 speist. Beide Rohrleitungen 32 und 37 können auch mit einer einzigen Pumpe in Verbindung stehen, wenn beide Zerstäuber mit demselben Material gespeist werden sollen; da jedoch der erste durch den Zerstäuber 12 aufgebrachte Überzug bis zur Erreichung des zweiten, durch den Zerstäuber 13 versorgten Überzugsraumes etwas getrocknet werden kann, wird es möglich, mit Hilfe des ersten Zerstäubers 12 eine Grundierung und mit dem zweiten Zerstäuber 13 einen zweiten Überzug aufzubringen.

Der Grad der Zerstäubung des Überzugsmaterials hängt von der in der Zeiteinheit zugeführten Menge an Überzugsmaterial, der Drehzahl, der Größe der Scheibe und von der Feldstärke an ihrem Rande ab; hohe Drehzahlen, große Durchmesser und große Feldstärken bedingen in der Regel eine bessere Zerstäubung. Vorzugsweise benutzt man bei einem Scheibendurchmesser von 10 bis 20 cm Drehzahlen von 1500 bis 2000 U/min. Der durchschnittliche Potentialgradient von 300 V/cm zwischen Scheibe und Werkstück kann verschieden sein. Es lassen sich jedoch mit Gradienten von 500 bis 1000 V/cm befriedigende Ergebnisse erzielen. Bei kleineren Drehzahlen können größere Feldstärken erforderlich sein.

Wie oben erwähnt, können Mittel für die Auf- und Abwärtsbewegung der Zerstäuber während des Betriebes vorgesehen sein. Zu diesem Zweck sind die oberen Enden der Rohre 20 und 21 in aus Isoliermaterial bestehenden Querträgern 42 befestigt, die ihrerseits durch eine geschlitzte Führung 43 am Ende des Armes 44 gehalten werden. Dieser Arm 44 hat an einem Ende einen Stift 45, der im Führungsschlitz gleiten kann, während sein anderes Ende sich um die an der Säule 15 befestigte Achse 46 dreht. Weiterhin ist eine aus Zylinder und Kolben bestehende pneumatische Vorrichtung 47 vorhanden, deren Kolbenstange 48 einerseits mit dem Kolben und andererseits mit dem Arm 44 verbunden ist. Ferner sind Luftzuleitungen 49 und 50 vorgesehen, mit denen der einen oder der anderen Seite des Kolbens Druckluft zugeführt wird, um diesen hin- und herzubewegen und auf diese Weise den Arm 44 um seine Achse 46 zu drehen, wodurch eine Auf- und Abbewegung der Zerstäuber 12 und 13 bewirkt wird.

Da die Werkstücke 11 von Mal zu Mal in der Größe verschieden sein werden, sind die Amplitude der Bewegung und die Umkehrpunkte der Zerstäuber einstellbar. Zu diesem Zweck besitzt der Arm 44 jen-

seits der Drehachse 46 eine Verlängerung 51, die eine Stange 52 mit einem Schalter 53 trägt. Dessen untere und obere Endkontakte 54 und 55 wirken mit Anschlägen 56 und 57 zusammen, die einstellbar an der an der Säule 15 befestigten Stange 58 angebracht sind. Der Schalter ist durch Leitungen 59 mit einem elektrisch betätigten Ventil 60 verbunden, welches die Zufuhr von aus dem Kompressor 61 gelieferter Druckluft in die Leitungen 49 und 50 steuert. Wenn der Arm 44 abwärts geht, wird der Schalter 53 aufwärts bewegt, bis sein oberer Endkontakt 54 den Anschlag 56 trifft. Dieser Kontakt steuert das Ventil 60 um, so daß der Arm ebenfalls seine Bewegungsrichtung ändert, bis der Schalter den unteren Anschlag 57 erreicht. Durch Verschiebung der Anschläge können sowohl die Amplitude der Zerstäuber als auch ihre Umkehrpunkte auch während des Betriebes eingestellt werden.

Die effektive Vertikalausdehnung der Sprühnebelwolke kann aber auch ohne Auf- und Abbewegung der Scheiben durch Benutzung von gewellten Scheiben vergrößert werden. Versieht man z. B. eine Scheibe von 20 cm Durchmesser mit einer Wellung von 2 cm entlang ihrem Rand, so wird das ringförmige Band auf etwa 25 cm bei etwa 48 cm Abstand von der Rotationsachse der Scheibe erweitert. In ähnlicher Weise kann die Scheibe unter einem anderen Winkel als 90° zur Drehachse auf dieser in Art einer Taumelscheibe angebracht oder diese Drehachse kann zusammen mit der Scheibe relativ zu der Bewegungsebene der Werkstücke gekippt werden (oder der Werkstückweg kann in bezug auf die Drehachse geneigt werden). In allen diesen Fällen wird eine effektive Vergrößerung der senkrechten Ausdehnung der Sprühnebelwolke erreicht.

Die Transportvorrichtung ist bei 70 geerdet, und jeder der Zerstäuber erhält mit Hilfe des Stromversorgungsgerätes 71, das auf der Konsole 17 sitzt, ein hohes elektrisches Potential gegenüber der Erde. Beide Buchsen 18 und 19 sind zu diesem Zweck über einen Draht 72 mit der Hochspannungselektrode 73 des Gerätes verbunden, dessen andere Klemme durch die Leitung 74 mit der Säule 15 verbunden ist.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, umläuft die Förderbahn der Werkstücke 11 jeden der Zerstäuber. Diese Förderbahn liegt in der Sprühnebelwolke jedes Zerstäubers. Da die Werkstücke sich in der Rotationsebene der Zerstäuber radial im Abstand von denselben befinden, wirken sowohl die zwischen der Scheibe und den geerdeten Werkstücken vorhandenen elektrostatischen Kräfte als auch die auf das Überzugsmaterial während seiner Bewegung auf der Scheibe und nach der Zerstäubung ausgeübten Zentrifugalkräfte gleichsinnig und befördern das Überzugsmaterial auf die Werkstücke. Während ihres Weges um die Zerstäuber herum werden die Werkstücke selbst in Drehung versetzt, so daß alle Seiten mehrmals den Zerstäubern zugekehrt sind. Außer der nachstehend beschriebenen können auch viele andere Formen von Transportvorrichtungen benutzt werden, um eine solche Bewegung der zu überziehenden Gegenstände zu bewirken.

Eine etwas abgeänderte Form der Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt, in der eine Transportvorrichtung 80 eine Anzahl von Werkstücken 81 rund um einen ersten Zerstäuber 82 und dann um einen Zerstäuber 83 bewegt. Die Zerstäuber haben, wie an sich bekannt, eine glockenförmige Gestalt. Jeder Zerstäuber ist an einer Hohlwelle 85 befestigt, die drehbar in einem Gehäuse 86 sitzt. Ein in diesem Gehäuse befindlicher Kegeltrieb wird durch die Antriebswelle 87 aus Isolierstoff getrieben, die mit dem Motor 88 verbunden ist. Ein Stromversorgungsgerät 89 ist mit seiner Hochspannungsklemme 90 mit dem Gehäuse 86 verbunden, während der andere Pol auf dem leitenden Träger 91 geerdet ist, auf dem sich Motor und Gerät befinden. Zerstäuberköpfe dieser Art erzeugen einen Sprühnebel in Form eines Glockenmantels, dessen Dicke mit dem Abstand von der Kegelspitze wächst.

Die Zerstäubervorrichtung 82 liegt in bezug auf die Werkstückförderung fest, d. h. sie führt keine Hin- und Herbewegung aus, wie das bei den Zerstäubern in der vorbeschriebenen Ausführungsform der Fall war; sie sitzt oberhalb der Werkstücke. Der Weg der Werkstücke auf dem gekrümmten Teil 93 der Transporteinrichtung für die Werkstücke 81 ist ein Teil eines Kreises, der innerhalb des natürlichen Querschnittes der Sprühnebelwolke des Zerstäubers liegt und mit diesem Querschnitt übereinstimmt. Auf diese Weise werden die Werkstücke parallel zur Mittellinie des Farbniederschlagsmusters des Zerstäubers geführt, die in diesem Fall ebenfalls ringförmig ist. Der Zerstäuber 82 ist so angeordnet, daß die Breite des natürlichen Musters der senkrechten Länge der Werkstücke 81 annähernd gleich ist.

Der zweite Zerstäuber 83 ist wie der erste, 82, ausgeführt, sitzt aber unterhalb der Werkstückbahnebene. Er ist mit dem Hochspannungsgerät 94 verbunden, um ihn auf ein hohes elektrisches Potential gegenüber den geerdeten Werkstücken zu bringen. Der Teil der Transportvorrichtung 95, der in der Nähe des zweiten Zerstäubers liegt, ist ebenfalls gekrümmt, so daß die Werkstücke 81 auf ihrem Weg um den zweiten Zerstäuber herum sich auf dem Teil eines Kreises bewegen, der mit dem natürlichen Querschnitt der vom zweiten Zerstäuber kommenden Sprühnebelwolke übereinstimmt oder ihr angepaßt ist.

Durch diese Anordnung der Zerstäuber und die beschriebene Führung der Werkstücke um diese herum werden sowohl die Seiten als auch Deckel und Böden der Werkstücke mit einem einwandfreien Überzug versehen. Der Zerstäuber 82 dient in diesem Fall zum Niederschlagen des Überzugsmaterials auf Seiten und Oberteil der Werkstücke, während der zweite Zerstäuber 83 auf die Seiten und den Boden der Werkstücke arbeitet. Da in diesem Fall beide Zerstäuber einen einzigen Überzug auf den Werkstücken erzeugen, kann ein gemeinsames Vorratsgefäß 96 für das Überzugsmaterial zusammen mit einer Pumpe 97 zur Förderung dieses Materials in den Zufluß 98, der durch isolierte Zuleitungsrohre 99 und 100 mit dem Inneren der Hohlwellen 85 der Zerstäuber verbunden ist, verwendet werden.

Die eigentliche Transportvorrichtung kann beliebig gestaltet sein. Im dargestellten Beispiel besteht sie aus einem Kanalteil 101, der auf seiner Oberseite mit Flanschen 102 und 103, die einen Zwischenraum freilassen, abgedeckt ist. Metallstangen 104 tragen die Werkstücke auf ihrem oberen Ende und erstrecken sich nach unten zu durch den Zwischenraum zwischen den fianschartigen Abdeckungen bis zu den Rollen 105, in denen sie befestigt sind. Die Rollen sind drehbar auf Verbindungsstücken 106 angebracht, die beweglich miteinander koaxial mit den Rollen gekuppelt sind, wie das aus Fig. 8 zu ersehen ist. Im gekrümmten Teil der Transportvorrichtung um jeden Zerstäu-

ber herum berühren die Rollen 105 die Seitenteile 107 oder 108 der Führung und werden auf diese Weise zur Rotation gezwungen, und mit ihnen die Stangen und die sie tragenden Werkstücke, solange sie sich im Niederschlagsbereich befinden* Da während der Bewegung auf dem geraden Teil der Transportvorrichtung kein Überzug erfolgt, ist es unwesentlich, ob die Rollen während dieser Zeit die Seiten des Kanals berühren, um die Werkstücke zu drehen.

Wenn ein elektrostatischer Zerstäuberkopf der letztbeschriebenen Art benutzt wird, so ist die natürliche Ausdehnung des vom Zerstäuberkopf gelieferten Sprühnebels im Querschnitt durch die Kopfachse glockenförmig, wobei die anfängliche Hauptbewegungsrichtung des Sprühnebels scharf nach außen, also vom Kopf weg, gerichtet ist (dies ist vielleicht unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte, die vom rotierenden Kopf erzeugt werden, der Fall), um sich schließlich wieder nach innen zu krümmen, bis sie in hinreichender Entfernung vom Kopf etwa parallel zu dessen Achse verläuft. Der Farbniederschlag in einer gedachten Ebene senkrecht zur Zerstäuberachse hat die Gestalt eines ringförmigen Bandes, das einen Raum umschließt, der vollständig oder relativ frei von Überzugsmaterial ist, wobei dieses ringförmige Band in der Mittellinie des Ringes eine dichtere Verteilung von Überzugsmaterial aufweist als an den Rändern des Ringes.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Überziehen von Werkstücken mit eine Elektrode enthaltenden Mitteln zur Erzeugung eines sich um diese herum ausdehnenden Sprühnebels· von geladenen Teilchen eines flüssigen Überzugsmaterials bei Aufrechterhaltung eines elektrostatischen Feldes zwischen der Elektrode und den mit einem Förderer nacheinander durch den Sprüh-

nebel bewegten Werkstücken, dadurch gekenn zeichnet, daß der Förderweg der Werkstücke um die Elektrode herumgeführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode ein elektrisch geladener Zerstäuber (12,13, 82, 83) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerstäuber, wie an sich bekannt, als Rotor (12,13, 82, 83) ausgebildet ist, von dessen kreisförmigem Umfang das Überzugsmaterial abgesprüht wird und dessen Achse sich quer zur Bewegungsebene der Werkstücke (11,12) erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine im wesentlichen flache Scheibe (12, 13) mit glatter kreisförmiger Kante ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg, dem die Werkstücke (11, 81) beim Durchwandern des Sprühnebels folgen, im wesentlichen kreisförmig ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerstäuber (12,13) entlang einer Achse (20) hin- und herbewegbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (82, 83), wie an sich bekannt, becherförmig ausgebildet und über- oder unterhalb der Bewegungsebene der Werkstücke (81) angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldungen M 2224 IVa/75 c (bekanntgemacht am 8.3.1951), ρ 2095 IVc/75c (bekanntgemacht am 12. 4.1951);

USA.-Patentschriften Nr. 2428 991, 2442986, 422,2528087.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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