DE1158418B - Vorrichtung zum elektrostatischen UEberziehen von Werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Überziehen von Werkstücken mit einem elektrisch geladenen Rotationszerstäuber zur Erzeugung eines sich um diesen herum ausdehnenden, von Zusatzelektroden beeinflußten Sprühnebels von geladenen Teilchen eines flüssigen Überzugsmaterials und mit mehreren durch den Sprühnebel am Zerstäuber vorbeiführenden Werkstückförderbahnen.

Es ist bekannt, zum Überziehen einer Vielzahl von Werkstücken mit Farbe, Lack oder einem anderen Überzugsmaterial, mit Hilfe einer elektrostatischen Farbzerstäubungsvorrichtung die Werkstücke aufeinanderfolgend an der Zerstäubungsvorrichtung vorbeizuführen. Arbeitet man so, so wird bei Verwendung von Rotationszerstäubern, also von Zerstäubern, welche einen Ringnebel von Sprühmaterial erzeugen, der im wesentlichen die Form eines flachen Rotationskörpers hat, ein unbefriedigend hoher Verlust an Überzugsmaterial auftreten. Um diesen Verlust zu verringern, ist es daher zweckmäßig, daß man die Werkstücke nicht nur auf einer Bahn an einer Seite des Zerstäubers vorbeiführt, sondern darüber hinaus auch noch auf der anderen Seite des Zerstäubers, da hierdurch beide Seiten des sich expandierenden Ringnebels ausgenutzt werden.

Auch hierbei treten immer noch unerwünscht hohe Verluste an Überzugsmaterial auf, die dadurch entstehen, daß das Material auch in solche Richtungen zerstäubt wird, welche nicht auf die Werkstückförderbahnen hin gerichtet sind oder in solche Riehtungen, welche die Werkstückförderbahnen nur in sehr großem Abstand vom Zerstäuber schneiden. Bei der Beseitigung der hier auftretenden Schwierigkeit nutzt die Erfindung die bekannte Tatsache aus, daß beim Auftragen von Uberzugsmaterialien durch Versprühen derselben unter Verwendung von elektrostatischen Feldern die Form des Sprühnebels durch auf entsprechendem elektrischen Potential gehaltene Elektroden beeinflußt werden kann. Es ist bekannt, daß diese Beeinflussung einerseits zur Änderung der Form des vom Sprühnebel bestrichenen Raumes dienen kann und andererseits auch dazu, die Sprühnebeldichte zu verändern.

Bei einer bekannten Vorrichtung werden die Werkstücke aufeinanderfolgend längs einer geraden Bahn durch ein elektrostatisches Feld geführt, welches durch von zu beiden Seiten der Werkstückbahn angeordnete Elektrodengitter erzeugt wird. Das Überzugsmaterial wird hierbei mittels einer im Abstand von dem Gitter angeordneten Sprühpistole in das Feld hineinversprüht, in welchem der Transport der Farbpartikeln auf die Werkstücke durch elektro-Vorrichtung zum elektrostatischen
Überziehen von Werkstücken

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 17. Juli 1953 (Nr. 368 639)

Robert Charles Juvinall, Ann Arbor, Mich.

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

statische Feldkräfte erfolgt. Um hierbei auch die Spitzen der Werkstücke mit einem genügenden Überzug zu versehen, sind in der Nähe dieser Spitzen endende Elektroden, welche auf dem gleichen Potential wie die Werkstücke gehalten werden, vorgesehen.

Schließlich ist bereits vorgeschlagen worden, die Gegenstände auf einer einen Rotationszerstäuber umschlingenden Bahn um den Rotationszerstäuber herumzuführen.

Es gibt jedoch Fälle, in denen es weder vorteilhaft noch möglich ist, die Werkstücke längs eines den Zerstäuber einschließenden Kreises zu bewegen. Es können die Werkstücke von einer solchen Länge oder Ausdehnung sein, daß ein kreisförmiger Transportweg einen Durchmesser aufweisen müßte, der so groß ist, daß der Weg vom Zerstäuber zu den Werkstücken zu groß würde. Viele Werkstücke haben auch eine solche Form, daß es nicht möglich ist, sie während des Spritzvorganges zu drehen. Oft ist es auch erforderlich, die Werkstücke auf mehreren Seiten so zu spritzen, daß die entsprechenden Seitenflächen ihre Winkellage zum Förderweg nicht ändern.

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Diese Spritzvorgänge erfordern in der Regel, daß die Werkstücke zum Spritzen einer anderen Seite außerhalb der Sprühzonen entsprechend gedreht werden. Gelegentlich ist es auch erforderlich, nach dem Aufbringen eines ersten Grundüberzugs einen Trocken-Vorgang einzuschalten und danach einen zweiten Überzug mit der gleichen Farbe oder dem gleichen Lack aufzubringen. Den hier aufgezählten Notwendigkeiten wird die vorliegende Erfindung gerecht.

Hierzu geht die Erfindung von Fördereinrichtungen aus, welche zwei im Abstand voneinander in der Regel zueinander parallel liegende Förderbahnen umfassen, die gegebenenfalls an einen U-förmigen oder halbkreisförmigen Transportweg angeschlossen sind. Derartige Fördereinrichtungen sind aus älteren Spritzanlagen bekannt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Vorrichtung der eingangs gekennzeichneten Art zwischen benachbarten Bahnen mindestens eine auf etwa dem gleichen Potential wie der Zerstäuber gehaltene Ablenkungselektrode angeordnet ist.

Eine derartige Ausbildung erlaubt ein vorteilhaftes Arbeiten, denn diese Elektroden geben dem in unmittelbarer Nähe des Zerstäubers noch ringförmig sich ausdehnenden Sprühnebel eine solche Form, daß diejenigen Teilchen des Sprühnebels, welche ohne das Vorhandensein der Elektrode bestrebt wären, sich parallel zur Förderbahn zu bewegen, oder solche Teilchen, welche sich in einem sehr spitzen Winkel zur Förderbahn bewegen wurden, sich unter verhältmäßig stumpfem Winkel auf die Förderbahn oder — genauer — auf die auf der Förderbahn vorbeiwandernden Werkstücke zu bewegen. Auf diese Weise wird eine maximale Ausnutzung des Überzugsmatierials gewährleistet, und die ganze Anlage kommt trotzdem mit verhältnismäßig geringem apparativem Aufwand aus.

Die Ausbildung ist zweckmäßig so getroffen, daß die Bahnen in einer gemeinsamen Ebene verlaufen und daß stabförmige Elektroden sich senkrecht zu dieser Ebene erstrecken. Eine solche Ausführungsform ist die einfachste.

Sind zwei etwa parallel zueinander auf gegenüberliegenden Seiten des Zerstäubers verlaufende Bahnen vorgesehen, so ordnet man vorteilhaft zwei Elektroden an, und zwar auf gegenüberliegenden Seiten des Zerstäubers. Hierdurch werden die Sprühnebel auf den beiden freien Seiten des Zerstäubers zu den wandernden Werkstücken abgelenkt.

Eine besonders zweckmäßige Einrichtung, welche es erlaubt, an vier Seiten zu überziehende Werkstücke von allen Seiten zu besprühen, zeichnet sich dadurch aus, daß zwei mit je zwei Elektroden ausgerüstete Zerstäuber zwischen drei etwa parallelen Bahnen angeordnet sind.

Ist der Zerstäuber im Zentrum eines zwei etwa parallele Bahnen verbindenden halbkreisförmigen Bahnbogens angeordnet, so ist zweckmäßig eine Ablenkungselektrode auf der dem Bogen abgekehrten Seite des Zerstäubers angeordnet.

Haben die Werkstücke eine an der Dicke des Ringnebels gemessen große Erstreckung in Richtung parallel zur Sprühnebelachse und ist der Zerstäuber hierbei axial bewegbar vorgesehen, so werden vorteilhaft die Elektroden mit dem Zerstäuber gleichsinnig bewegbar ausgebildet. In diesem Falle kann man jedoch auch so vorgehen, daß man eine Elektrode ortsfest anordnet und sie sich über die ganze Länge des Weges erstrecken läßt, auf dem der Zerstäuber hin- und herbewegt wird.

Nachfolgend sind an Hand der Zeichnung vorteilhafte Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt schematisch

Fig. 1 eine zum elektrostatischen Überziehen von großen rechteckigen Körpern geeignete Vorrichtung,

Fig. 2 die schaubildliche Ansicht eines Zerstäubers mit Elektrodenanordnung,

Fig. 3 die Aufsicht auf eine Anlage mit zwei parallelen Transportbändern,

Fig. 4 die Aufsicht auf eine Einrichtung mit U-förmigem Transportbandverlauf.

Gemäß Fig. 1 und 2 wird ein übliches Transportsystem (nicht dargestellt) angewendet, um auf einer Förderbahn eine Mehrzahl von im regelmäßigen Abstand angeordneten Werkstücken, im vorliegenden Fall rechteckige Waschmaschinengehäuse 10, nacheinander entlang einem vorgeschriebenen Wege zu befördern, der in der Zeichnung durch die strichpunktierte Linie 11 angedeutet ist. Die Zeichnung läßt erkennen, daß sich die Werkstücke auf drei geradlinig und parallel zueinander verlaufenden Strekken bewegen und auf diesem Wege zwei Zerstäubervorrichtungen 12 und 13 auf einander entgegengesetzten Seiten passieren. Die Werkstücke passieren den Zerstäuber 12 zunächst auf einer Seite. Danach gelangen sie nacheinander in die Stellung 10 b, wo sie um 90° gedreht werden, so daß sie auf der darauffolgenden Transportstrecke in der Stellung 10 α die Zerstäubervorrichtung 12 auf der gegenüberliegenden Seite passieren. Von hier gehen die Werkstücke weiter in die weitere Querstrecke und werden hier an der Stelle 10 d wiederum um 90° gedreht, um in dieser Lage in die dritte Transportstrecke einzulaufen und auf dieser die zweite Zerstäubervorrichtung 13 in der Lage 10 e zu passieren. Es wird also auf der ersten Förderbahn zunächst die Seite w, auf der zweiten Förderbahn die kürzere Seitenwand χ von der Zerstäubervorrichtung 12 her und gleichzeitig die entgegengesetzte Seitenwand y von der zweiten Zerstäubervorrichtung 13 besprüht, von der in der dritten Strecke auch die letzte, längere Seitenwand ζ besprüht wird.

Die Sprühvorrichtungen bzw. Zerstäuber 12, 13 sind hier umlaufende flache horizontale Scheiben mit scharfen Ringkanten. Ein solcher Zerstäuberkopf 12 ist in Fig. 2 dargestellt. Das Kopfgehäuse 15 sitzt auf einer hohlen Trägerwelle 16 aus Isoliermaterial, z. B. aus Polyäthylen oder mit Glasfasern gemischtem Polyester. Das Zerstäuberkopfgehäuse 15 trägt den Antriebsmotor 17, dessen Welle oben eine flache Scheibe 18 trägt, die einen Durchmesser von etwa 350 bis 400 mm haben kann. Die Anstrichflüssigkeit, beispielsweise ein Emaillelack, wird in geregelter Menge durch eine innerhalb der Trägersäule 16 befindliche Leitung und durch ein in der Mitte der Scheibe 18 befindliches Loch auf die Oberfläche der umlaufenden Scheibe geführt. Zwei im wesentlichen gleiche Ablenkungselektroden 20 und 21, die aus Metallprofilstäben mit leicht abgerundeten Enden hergestellt sind, sind an gegenüberliegenden Seiten des Zerstäuberkopfgehäuses 15 befestigt und so ausgerichtet und angeordnet, daß sie über die Ringkante

19 der Zerstäuberscheibe hinausragen. Die Enden

20 a und 21a sind gut abgerundet und liegen in bezug auf die Scheibe 18 diametral einander gegenüber, und zwar so, daß sie etwa in der Mitte zwischen zwei

einander benachbart angeordneten Förderbahnteilen liegen.

Es muß dafür gesorgt werden, daß die elektrostatische Zerstäubung durch die Ablenkungselektroden nicht gestört wird. Infolgedessen müssen die Elektrodenenden 20 a und 21a in genügendem Abstand von der Scheibenkante 19 angeordnet sein. Im Ausführungsbeispiel wurde es als günstig befunden, den Abstand zwischen den Elektrodenenden 20 a und 21a von der Scheibenkante 19 etwa gleich dem halbenDurchmesser der Zerstäuberscheibe 18 zumachen. Hierbei wurden gute Zerstäuber- und Niederschlagswirkungen erreicht, ohne daß ein merkbares Bespritzen der Elektroden stattfand. Die Scheibe 18 und die Elektroden 20 und 21 werden auf einem praktisch gleich hohen elektrischen Potential gehalten, da der Zerstäuberkopf 15 an eine Hochspannungsquelle 22 gelegt ist. Dadurch wird ein elektrostatisches Feld gebildet zwischen der Scheibenkante 19 und den Elektroden 20 und 21 einerseits und den zu spritzenden Werkstücken 10, die durch geeigneten Anschluß des Transportsystems geerdet sind, andererseits. Man könnte auch die Zerstäubereinrichtung erden und die Transporteinrichtung bzw. die zu spritzenden Werkstücke an die Hochspannungsseite legen. Indessen hat sich die erstgenannte Anordnung als zweckmäßiger erwiesen. Die zu zerstäubende Spritzflüssigkeit fließt durch eine Leitung auf die Oberfläche der vom Motor angetriebenen Scheibe 19 und breitet sich dort als dünner Film gleichmäßig nach allen Seiten aus. An der Kreiskante 19 der Scheibe wird nun die Flüssigkeit in ruhender Atmosphäre zu einem sich ausdehnenden Ringnebel zerstäubt.

Die Teile des Sprühmaterials, die von den Teilen der Kante 19 abgesprüht werden, die den Wänden w und χ der Werkstücke 10 a und 10 c am nächsten liegen, werden von diesen Oberflächen angezogen und in der ersten und zweiten Spritzzone niedergeschlagen. Die den Scheibenrand zunächst in etwa parallel zu den Förderbahnen verlaufenden Richtungen verlassenden Sprühnebelteilchen wurden, wenn keine Ablenkungselektroden vorhanden wären, als Überzugsmaterial für die Werkstücke größtenteils verloren sein. Diese Art von Verlusten an Überzugsmaterial wird praktisch völlig vermieden durch die Anwendung der Elektroden 20 und 21. Dadurch, daß diese das gleiche hohe Potential wie die Zerstäuberscheibe aufweisen, werden um die Schirmelektroden herum Regionen bzw. Zonen gebildet, in denen von der Scheibe her eintretendes Sprühmaterial elektrisch abgestoßen und dadurch in das erstrebte Sprühnebelfeld zurückgeworfen wird.

Statt der dargestellten Elektroden können auch andere, wie Metalldrähte, Anwendung finden, die vom Zerstäuber unabhängig in einem gewissen Abstand von ihm angeordnet, z. B. senkrecht zwischen den Transportbahnen straff gespannt werden, so daß sie die Sprühkante des Zerstäubers oben und unten überragen. Schon ein Draht von sehr geringem Durchmesser in der Größenordnung von etwa 0,2 mm Durchmesser aufgeladen auf etwa dasselbe Potential wie die Zerstäuberkante des Zerstäubers erzeugt eine zylindrische Ionisierungszone um den Draht herum, in welcher elektrostatisch alle Sprühteilchen, die sich von der wirksamen Sprühnebelzone entfernen, abgestoßen und in die Auftragszone zurückgeworfen werden. Die Stellung der Elektroden hängt ab von ihrem Durchmesser, dem elektrischen Potential, dem Abstand der gegenüberliegenden Transportbahnen und dem Durchmesser der Sprühkante des Zerstäubers.

Wenn die Höhe der zu spritzenden Werkstücke

ausgedehnter ist als das gewöhnliche Sprühband einer im wesentlichen horizontal liegenden Sprühscheibe, kann deren Kante in bezug auf den Transportweg der Gegenstände geneigt werden, wodurch ein breiteres Band erzeugt wird. Man kann aber auch die Scheibe längs ihrer Achse auf und niederbewegen, um auf

ίο diese Weise das wirksame Sprühband zu erweitern. In jedem der beiden Fälle werden aber die Elektroden im wesentlichen in der gleichen Lage relativ zum Zerstäuber anzuordnen sein. Für die Aufundniederbewegung des in Fig. 2 dargestellten Scheibenzerstäubers kann zweckmäßig ein pneumatischer Trieb 23 vorgesehen werden, der den ganzen Zerstäuberkopf einschließlich der Trägersäule 16 und der Elektroden auf und nieder bewegt.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, die besonders vorteilhaft ist für solche Fälle, in denen Werkstücke mehrfach bespritzt, d. h. mit zwei übereinanderliegenden Überzügen desselben Materials versehen werden sollen, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Überzug ein Festigungs- oder Trockenvorgang liegt.

Die zu spritzenden Werkstücke 30 wandern zunächst, wie durch Pfeilrichtung angedeutet, auf einem geradlinigen Transportwege nach rechts und kommen damit in den Sprühbereich eines Rotationszerstäubers 32. Infolge der Anordnung der Elektroden 33 und 34 wird etwa die Hälfte des zerstäubten Materials auf die Oberfläche der im ersten Strang 31a vorbeiwandernden Werkstücke als erster Überzug oder Grundierung niedergeschlagen.
Von hier wandern die Gegenstände in einen Trokkenofen 35, in welchem der erste Überzug getrocknet wird. Nach Durchgang durch diesen Ofen erscheinen die Werkstücke, und zwar mit der inzwischen getrockneten und gespritzten Seite dem Zerstäuber 32 zugekehrt, auf der zweiten Förderbahn 31 b und wandern nun in der ersten Bahn entgegengesetzter Richtung nach links, wo sie mit der anderen Hälfte des von der Sprühscheibe 32 ausgehenden Sprühnebels bespritzt werden und damit ihren endgültigen Überzug erhalten. Auf diese Weise kann man also mit HiMe eines einzigen Zerstäubers 32 im Zusammenwirken mit den Elektroden 33 und 34 Werkstücke mit einer Grundierung und einem Fertigüberzug aus derselben Farbe versehen.
Der Sprühnebel, der von der ringförmigen Zer-Stäuberkante ausgeht, erweitert sich mit zunehmendem Abstand von der Zerstäuberkante senkrecht zu deren Ebene. Je größer der Weg zwischen der Sprühkante und dem zu spritzenden Gegenstand ist, um so breiter wird das Band des auf das Werkstück gelangenden Sprühnebels. Verläuft also die Förderbahn der Werkstücke nicht in konstanter Entfernung vom Zerstäuber, so wird sich natürlich die Bandbreite des auf das Uberstück aufgespritzten Sprühnebels innerhalb der Sprühzone ändern. Infolgedessen würden

z. B. bei der in Fig. 3 gezeigten Transportanordnung die Werkstücke, wenn sie sich der unmittelbar der Zerstäuberkante gegenüberliegenden Stellung nähern und von ihr sich wieder entfernen, mit einem breiteren Sprühnebelband beaufschlagt werden als unmittelbar in der der Sprühkante der Scheibe 32 nächsten Stellung. Je näher also die Elektroden 33 und 34 zur Scheibe liegen, um so geringer wird die Möglichkeit sein, daß weiter von der Sprühkante entfernte Werk-

stücke in größerer Breite bespritzt werden. Hieraus ergibt sich, daß die Einstellung der Elektroden 33 und 34, besonders was ihren Abstand von der Zerstäuberscheibe 32 anbelangt, weitgehend die Breite des auf den Werkstücken niedergeschlagenen Sprühnebelbandes beeinflußt. Je näher die Elektroden 33 und 34 an die Sprühscheibe 32 herangerückt werden, um so schmaler wird das Sprühband, je weiter sie auseinander stehen, um so breiter wird dieses Sprühband.

In Fig. 4 ist ein Scheibenzerstäuber 42 in Zusammenarbeit mit einem bekannten U-förmigen Transportband gezeigt. Die zu spritzenden Werkstücke 40, z.B. Büchsen oder ähnliche runde oder zylindrische Körper, werden durch ein Spindeltransportband auf einer U-förmigen Bahn 41 ständig um ihre senkrechte Achse gedreht. In der Mitte des U-Bogens liegt der Scheibenzerstäuber 42. In diesem Falle ist eine einzige Elektrode 43 vorgesehen, die das gleiche Potential aufweist wie der Scheibenzerstäuber 42. Diese Elektrode liegt in der Nachbarschaft desjenigen Teiles ao des Scheibenumfanges, dem keine zu spritzenden Werkstücke gegenüberliegen. Vorzugsweise wird sie genau in der Mitte zwischen den beiden parallelen Strängen der Förderbahn angeordnet. Sollte indessen der Abstand zwischen den beiden parallelen Rahmen verhältnismäßig weit sein, dann kann es sich empfehlen, an Stelle der einzigen Elektrode 43 deren zwei oder mehr so anzuordnen, daß mit Sicherheit eine Sprühteilchen abweisende Ionisierungszone geschaffen wird.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Überziehen von Werkstücken mit einem elektrisch geladenen Rotationszerstäuber zur Erzeugung eines sich um diesen herum ausdehnenden, von Zusatzelektroden beeinflußten Sprühnebels von geladenen Teilchen eines flüssigen Überzugsmaterials und mit mehreren durch den Sprühnebel am Zerstäuber vorbeifuhrenden Werkstückförderbahnen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Bahnen (11, 31a, 31b, 41) mindestens eine auf etwa dem gleichen Potential wie der Zerstäuber (12, 13, 32, 42) gehaltene Ablenkungselektrode (20, 21, 33, 34, 43) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnen (11, 31a, 31 δ, 41) in einer gemeinsamen Ebene verlaufen und daß stabförmige Elektroden (20, 21, 33, 34, 43) sich senkrecht zu dieser Ebene erstrecken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bahnen (11, 31a, 31 b, 41) etwa parallel zueinander verlaufen und zwei Elektroden (20, 21, 33, 34) auf gegenüberliegenden Seiten des Zerstäubers (12, 13, 32) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit je zwei Elektroden (20, 21) ausgerüstete Zerstäuber (12, 13) zwischen drei etwa parallelen Bahnen (11) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerstäuber (32) im Zentrum eines zwei etwa parallele Bahnen verbindenden halbkreisförmigen Bahnbogens angeordnet und auf der dem Bogen abgekehrten Seite des Zerstäubers eine Elektrode (43) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem axial bewegbaren Zerstäuber, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (20) mit dem Zerstäuber gleichsinnig bewegbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem axial bewegbaren Zerstäuber, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden ortsfest angeordnet sind und sich über die ganze Länge des Weges erstrecken, auf dem der Zerstäuber hin- und herbewegt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldungen ρ 2095 IVc/75 c

(bekanntgemacht am 12.4.1951), Sch 6328 IVc/75 c

(bekanntgemacht am 26. 3.1953);
USA.-Patentschriften Nr. 1 958406, 2425 652.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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