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Vorrichtung zum elektrostatischen Überziehen eines Gegenstandes Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum elektrostatischen Überziehen von
Gegenständen ohne die Verwendung von Zerstäubungsdruckgas, bei welcher das Material
unter Druck aus einer Düse mit länglicher Düsenöffnung austritt und diese Düse an
Hochspannung liegt.
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Es sind in der Technik Spritzverfahren für Farben, Lacke oder ähnliche
Mittel bekannt, bei denen die zu zerstäubende Flüssigkeit einer Zerstäubungsdüse
mit einem hohen Druck zugeführt wird. Bei einem abgewandelten bekannten Verfahren
werden kleine Anteile des Spritzgutes stoßweise in schneller Folge unter Druck gesetzt,
wobei der Schließdruck eines abgefederten Düsenverschlusses entsprechend den Druckstößen
jeweils überschritten wird. Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt die Zerstäubung
ausschließlich durch den hohen Druck, dem die Flüssigkeit in der Spritzvorrichtung
ausgesetzt ist.
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Des weiteren ist ein Verfahren zum Lackieren von Drähten bekannt,
bei dem das Versprühen des Lakkes in einem elektrostatischen Feld erfolgt.
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Schließlich sind auch Verfahren zum Überziehen von Gegenständen unter
Verwendung eines elektrostatischen Feldes bekannt, bei dem das überzugsmaterial
ohne Verwendung von Druckluft zur Zerstäubung der messerartigen Kante eines eventuell
rotierenden Zerstäuberkopfes in der Form eines Filmes zugeführt und von dieser Kante
zerstäubt wird. Es ist auch bekannt, das überzugsmaterial einer an Hochspannung
liegenden länglichen Düsenöffnung zuzuführen.
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Das letztgenannte Verfahren hat für gewisse Farben aber Schwierigkeiten,
insbesondere metallische Pigmentfarben, Wasser-in-Öl-Emulsionen, da diese nicht
mehr ausreichend fein zerstäubt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Zerstäuben
von flüssigem überzugsmaterial unter Verwendung von ohne Preßluft arbeitenden Hochdruckdüsen
zu schaffen, durch die es möglich ist, den Wirkungsgrad der bekannten Vorrichtungen
dieser Art erheblich zu verbessern.
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Gemäß der Erfindung ist eine Hochdrückdüse vorgesehen, deren Düsenöffnung
in bezug auf die Düsenvorderfläche zurückversetzt ist.
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Durch die beanspruchte Anwendung des Hochdruckflachstahls wird neben
einer ausgezeichneten mechanischen Zerstäubung die Voraussetzung dafür geschaffen,
daß die zerstäubte Flüssigkeit optimal aufgenommen wird, d. h., daß eine maximale
Zerstäubung erfolgt, wobei die mechanischen Kräfte überwiegen und ein optimaler
Transport auf den Gegenstand erfolgt, wobei hier die elektrostatischen Kräfte überwiegen.
Durch die Rückversetzung der Düsenöffnung wird eine nachteilige Beeinflussung der
Zerstäubung, durch die an Hochspannung liegenden Teile verhindert.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
zur Darstellung gebracht. Die Figur ist eine vergrößerte Darstellung einer Hochdruckdüse
und des von ihr erzeugten Filmes. Aus der Figur ergibt sich, daß die verwendete
Hochdruckdüse einen fächerförmigen Flüssigkeitsfilm im wesentlichen in einer einzigen
Ebene erzeugt. Die Flüssigkeit in der Leitung 31 tritt durch eine sehr kleine Öffnung
32 aus, die im Querschnitt länglich ist. Die Öffnung sollte an der Auslaßstelle
eine Höchstabmessung nicht größer als 0,38 mm, vorzugsweise nicht größer als 0,25
mm, haben. Eine sehr gute Düse hat 0,30 mm im größeren Durchmesser und 0,13 mm im
kleineren Durchmesser.
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Die Austrittsöffnung 32 der Hochdruckdüse ist gegenüber der Stirnwand
des Düsenkörpers 30 etwas zurückversetzt und befindet sich im Ausführungsbeispiel
am Boden einer halbzylindrischen Ausnehmung 33, deren Achse parallel zum größeren
Durchmesser der Düsenöffnung 32 liegt. Der aus der Düsenöffnung32 unter hohem Druck
austretende fächerartige Film, hat im wesentlichen den in F i g. 2 dargestellten
Charakter. Der Film hat fast gerade Seiten 34 und 35, die einen Winkel von 80° einschließen.
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In dem sich ausbreitenden Film soll ein ausreichender Druck und eine
ausreichende Flüssigkeitsgeschwindigkeit
aufrechterhalten werden,
um die Kanten möglichst genau gerade zu halten, um die gewünschte feine Zerstäubung
zu erreichen. Zur Erreichung befriedigender Ergebnisse soll der zwischen den Seiten
des Films eingeschlossene Winkel vorzugsweise 50 bis 60° betragen. Wenn Flüssigkeit
mit hohem Druck durch die sehr feine längliche Öffnung der Düse ausgestoßen wird,
hat sie die Neigung zur Bildung von Ausläufern an jeder der Kanten. Diese Ausläufer
sind an sich unerwünscht, da sie nicht nur das Niederschlagsbild ändern, sondern
auch Zonen mit verhältnismäßig großen Flüssigkeitsteilchen bilden, die sich der
Einwirkung des elektrischen Feldes entziehen und damit auf die Qualität des überzuges
ungünstig einwirken können. Um solche Ausläufer aus der schmalen Öffnung zu vermeiden,
ist es notwendig, Mindestdrücke über 21 kg/cm2 anzuwenden. Im praktischen Gebrauch
wird ein Druck von 56 kg/cm2 angewendet. Auch haben sich sehr gute Niederschlagsbilder
und eine Zerstäubung synthetischer Lacke aus der beschriebenen Hochdruckdüse mit
Drücken in der Nähe von 110 kg/cm2 erreichen lassen.
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In dem fächerartigen Film ergeben hohe Drücke an und in der Nähe der
Kante, an der sich der Film in Einzelteilchen auflöst, bogenförmige Wellen 36a bis
36i und eine sich in radialer Richtung ausdehnende Streifenbildung von größerer
oder geringerer Dichte, die in der Zeichnung mit 37ä -bis - 37g bezeichnet ist.
Die bogenförmigen Wellen erscheinen bei einem etwas geringerem Druck als radiale
Streifen. Es ist erforderlich, die Flüssigkeit im Verhältnis zur umgebenden Luft
schnell genug auszubreiten, so daß die bogenförmigen Wellen eine sehr kurze Wellenlänge
erhalten, und zwar zweckmäßig weniger als 1,2 mm, um eine Zerstäubung von ausreichender
Feinheit zu erreichen. In der Praxis wurde gefunden, daß der Abstand der Filmkante,
an der sich der Film in zerstäubte Teilchen auflöst, von der Mündung der Düse 32
in keinem Fall mehr als 25 mm, vorzugsweise nicht mehr als 19 mm betragen soll.
Sehr vorteilhafte Arbeitsbedingungen wurden erreicht, wenn dieserAbstand in der
Größenordnung von 6 mm liegt.
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Die Düse ist aus hoch widerstandsfähigem Material herzustellen; Wolframcarbid
oder ein Edelstein, z. B. ein Diamant, auch ein rostfreier Stahl sind geeignet.
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Die Zerstäubung ist im wesentlichen insgesamt eine Funktion der mechanischen
Wirkungen, die mit Bezug auf die umgebende Luft auftreten, wobei die ; turbulente
bzw. nicht lineare Strömung durch die Düsenöffnung hindurch eine Rolle spielt, so
daß das das Niederschlagen des Zerstäubten bewirkende elektrostatische Feld praktisch
nur einen kleinen Zerstäubungseffekt ausübt.
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Um größte Wirksamkeit zu erzielen, ist- -es notwendig, die Düse in
einem genügend weiten Abstand von dem zu überziehenden Gegenstand anzuordnen, um
eine ausreichende Ausbreitung der zerstäubten Teilchen zu gewährleisten und ferner
eine teilweise Verteilung der sehr hohen anfänglichen kinetischen Energie der Teilchen
zu gewährleisten.
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Diese hohe kinetische Anfangsenergie wird als Kontrollfaktor beim
elektrostatischen Spritzen benutzt, um z. B. am Boden einer Ausnehmung in dem zu
überziehenden Gegenstand oder auch an einer Kante, an der Flansche von der Oberfläche
vorstehen, eine ausreichende Filmdicke zu erreichen. Da die zerstäubten Teilchen
die gleiche Aufladung haben, stoßen sie sich beim Transport gegenseitig ab, so daß
an den Rändern des flachen fächerartigen Films die Dichte der Teilchen geringer
ist. Dies ist für das Aufbringen von nebeneinander anzubringenden Streifen aus überzugsmaterial
auf dem Gegenstand vorteilhaft, da die Ränder benachbarter Streifen sich etwas überlappen
und dadurch ein Überzug praktisch gleicher Dicke erzeugt wird.
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Die Flachstrahlen sind bei dem Ausführungsbeispiel direkt auf die
Oberfläche der zu überziehenden Gegenstände gerichtet, der Flachstrahl kann jedoch
auch in einem Winkel zu der Bewegungsrichtung der Gegenstände gerichtet sein.
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Um einen genügenden elektrischen Effekt zu haben und insbesondere
auch diejenigen Teilchen zu befördern, die vor Erreichen des Gegenstandes ausfallen
könnten, ist es notwendig, eine Gesamtpotentialdifferenz des Feldes von wenigstens
40 000 Volt aufrechtzuerhalten. Der durchschnittliche Potentialgradient je Zentimeter
sollte ebenfalls hoch gehalten werden. Mit Bezug auf die vorgenannten Abstände von
Hochdruckdüse zum Gegenstand ist es vorzuziehen, ein Feld zu benutzen, bei dem die
Gesamtpotentialdifferenz wenigstens 100 000 Volt und vorzugsweise 150 000 Volt oder
mehr beträgt, so daß die durchschnittlichen Potentialgradienten je Zentimeter wenigstens
2000 und vorzugsweise 4000 Volt betragen.