DE1402627C2

DE1402627C2 - Vorrichtung zum elektrostatischen Aufsprühen von Uberzugsmaterial mit einem an Hochspannung liegenden rotierenden Sprühkopf

Info

Publication number: DE1402627C2
Application number: DE1402627*CA
Authority: DE
Inventors: James William Toledo Ohio Juvinall (V.St.A.)
Original assignee: Ransburg Corp
Current assignee: Ransburg Corp
Priority date: 1958-11-20
Filing date: 1959-11-20
Publication date: 1975-07-31
Also published as: DE1232047B; GB941183A; DE1402627B1; FR1245081A; US3155539A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufsprühen von Überzugsmaterial mit einem an Hochspannung liegenden Sprühkopf, dessen Materialzuführung aus mehreren feststehenden, neben der Antriebswelle verlaufenden Leitungen besteht, die unmittelbar am Zerstäubungsglied enden.

Ein wesentliches Problem tritt in der sich durch geringen Verbrauch an Überzugsmaterial und hohe Qualität der erzeugten Überzüge auszeichnenden elektrostatischen Spritztechnik mit rotierendem Sprühkopf dann auf, wenn etwa von einer Farbe auf die andere übergegangen werden soll. Dies ist vor allem in der Massenproduktion sehr häufig, wenn von einer Werkstückfarbe auf die andere übergegangen werden soll, wie dies z. B. in der Fahrzeugindustrie ständig vorkommt.

Bekannt ist (aus der schweizerischen Patentschrift 3 26 665) eine Lackier-Vorrichtung der eingangs umriss.enen Art. Bei dieser ist der Wechsel von einer Lackart auf tlie' andere vorgesehen. Nach dem Stillsetzen der Vorrichtung muß der tellerförmige Zerstäuber von Hand gereinigt oder ausgewechselt werden, bevor die neue Lackart zugeführt werden kann. Für das schnelle Umschalten im Zuge einer Massenfertigung ist eine derartige Vorrichtung nicht geeignet.

Bekannt sind ferner (aus der deutschen Patentschrift 8 84 326) zum Spritzen von Wasser, Luft und einem Lösungsmittel bestimmte nicht elektrostatische Spritzpistolen, welche eine Flüssigkeitswechselmöglichkeit aufweisen. Diese Pistolen besitzen in jeder Zuleitung ein druckbetätigbares Ventil, welches die Verbindung zu einem zur Düse führenden Kanal freigibt. Ein Druckglied ist dabei so verstellbar, daß es je nach seiner Drehlage die eine oder die andere oder, zum Spritzen von Flüssigkeitsgemischen, mehrere der Zuleitungen freigibt. Als selbsttätig gesteuerte Einrichtung zum Überziehen mit mehreren Farben in der Massenproduktion ist diese Vorrichtung nicht geeignet oder vorgesehen. So wird etwa jedesmal nach dem Sprühgutwechsel die in der Zuleitung zur Düse befindliche Flüssigkeit, die vorher gespritzt wurde, noch ausgespritzt.

Ferner ist (aus der deutschen Patentanmeldung S 32 362 lb/75a) ein handbetätigter Wechselmechanismus für eine der bekannten, in der Hand zu haltenden Druckluft-Spritzpistolen bekannt, bei welcher verschiedene Farben der Pistole zugeführt werden können. Der Farbwechselmechanismus ist dabei mit der Hand-Spritzpistole durch eine einzige relativ lange Speiseleitung verbunden und weist von Hand zu betätigende Hebel auf. Will der die Spritzpistole Handhabende der Pistole eine andere Farbe zuführen, so dreht er den einen Hebel, um das Ventil in der zur Spritzpistole führenden Farbleitung zu schließen. Dann wird der andere Hebel von Hand gedreht, um den Mechanismus so einzustellen, daß eine der Lösungsmittelleitungen mit der Pistole verbunden ist. Hierauf wird der erste Hebel bewegt, um das Ventil in der Lösungsmittelleitung zur Pistole zwecks Reinigung derselben zu öffnen. Hierauf stellt der zweite Hebel den Mechanismus so, daß eine andere Farbleitung mit der Pistole verbunden ist. Schließlich dreht der die Pistole Handhabende den ersten Hebel, um das Ventil in dieser neuen Farbleitung zu öffnen, wodurch die Farbe aus dieser Leitung der Pistole zugeführt wird.

Auch bei dieser Vorrichtung muß nach jedem Farbwechsel zunächst das in der Leitung zur Pistole befindliche Lösungsmittel versprüht werden. Für eine Automatisierung des Farbwechselvorganges ist diese Vorrichtung schon aus diesem Grunde nicht geeignet.

Weiter ist der Färb- und Lösungsmittelverlust beim Farbwechsel groß.

Eine weitere (aus der USA.-Patentschrift 22 57 004) bekannte Anlage zum Farbspritzen mit einer Farbwechselmöglichkeit besitzt eine Steuervorrichtung mit Ventilen. Die Steuervorrichtung ist von Hand betätigte bar, um die aus einer Mehrzahl von Farbquellen einer Mehrzahl von Spritzpistolen zugeführte Farbe zu wechseln. Auch diese Vorrichtung ist nicht für den automatischen Farbwechsel geeignet. Bei jedem Wechsel muß eine sehr lange Farbleitung zunächst von Farbe ₄₅· und dann von Lösungsmittel leergeblasen werden. Das geschieht mittels einer bereits in der Steuervorrichtung einmündenden Reinigungsmittelleitung.

Schließlich ist (aus der französischen Patentschrift

9 82 327) ein Sprühkopf bekannt, bei dem zum elektrostatischen Aufsprühen von Überzugsmaterial ein becherförmiger Rotationszerstäuber verwendet wird, wobei das Material aus einer axialen Bohrung des Bechers des Rotationszerstäubers kommend durch einen von Nabe und Rand des Rotationszerstäubers gebildeten Spalt hindurchgeleitet wird. Jedoch ist dieser

Sprühkopf für einen schnellen Farbwechsel nicht ausgebildet, denn die mit größerem Abstand vom Sprühkopf an die Hohlwelle angeschlossenen Farbzuführungsleitungen erfordern bei jedem Farbwechsel erst ein Reinigen des ganzen Sprühkopfes bis zu den Farbanschlüssen von Hand oder mittels der neuen Farbe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der schnell vom Versprü-5j hen einer Farbe zum Versprühen einer anderen Farbe gewechselt werden kann, wobei alle Teile des Sprühkopfes von der jeweiligen Farbzuleitung bis zur Sprühkante von Farbresten leicht gereinigt werden

können und wobei sichergestellt ist, daß alte Farbreste nicht auf bereits herannahende Werkstücke gelangen, die mit der neuen, in feinverteilter, tropfen- und klumpenfreier Form aufzutragenden Farbe überzogen werden sollen.

Das wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Sprühkopf als Zerstäubungsglied einen mit einer axialen Bohrung versehenen Becher und eine mit der Antriebswelle verbundene, im Abstand vor dem Becherboden angeordnete, mit dem Becher befestigte Scheibe aufweist, die mit dem Becherinneren einen konzentrischen Ringraum und einen von ihm ausgehenden, zur Sprühkante am Becherrand führenden Schlitz bildet, daß die Materialzuführungsleitungen und eine Reinigungsmittelleitung durch den Ringspalt zwischen der Antriebswelle und der axialen Bohrung des Bechers in den Ringspaltraum hineinmünden und daß der Sprühkopf durch eine axial verschiebbare Haube radial abdeckbar ist.

Zum Stande der Technik ist noch darauf hinzuweisen, daß (aus der USA.-Patentschrift 27 84 114) eine axial verschiebbare Abdeckhaube bei Rotationszerstäubern von einer Vorrichtung her bekannt ist, wo die Haube eine rasche Unterbrechung des Sprühstrahls ermöglichen soll, wobei der Sprühkopf radial abgedeckt wird. Von dieser Vorrichtung her ist es ebenfalls bekannt, als Zerstäubungsglied einen mit einer axialen Bohrung versehenen Becher zu verwenden.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Zerstäubungsgliedes wird erreicht, daß die Zuleitungen für Überzugsmaterial und Lösungsmittel in einem Raum enden, von dem beim An- und Abschalten der Überzugsmaterialzuführer von den Zuleitungen austretende Tropfen nicht ohne weiteres abgeschleudert werden können. Die Tropfen werden vielmehr gezwungen, sich auf der Becherinnenfläche zu verteilen, bevor sie die Sprühkante des Bechers erreichen. Vorteilhaft ist der Schlitz durch den radialen Teil einer Stufe in der Becherwand und den abdeckenden Nabenteil gebildet.

Zweckmäßig ist in jeder Beschickungsleitung eine eigene Fördereinrichtung vorgesehen.

Die Fördereinrichtungen sind vorteilhaft elektrisch antreibbare Pumpen. Diese können sehr leicht elektrisch — auch von einem entfernten Kommandostand aus — in und außer Betrieb gesetzt werden.

Nachfolgend ist an Hand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Fig.l ist eine Seitenansicht eines rotierenden Sprühkopfes, teilweise im Schnitt;

Fig..IA ist eine Ansicht im Schnitt nach der Linie \A-\A\n Fig.l;

Fig.2 ist eine perspektivische Ansicht einer vollständigen Überzugsanlage, einschließlich des in Fig.l dargestellten rotierenden Sprühkopfes;

F i g. 3 ist eine schematische Darstellung der in F i g. 2 gezeigten Anlage.

Die in Fig.l und 1A dargestellte Vorrichtung besitzt einen becherförmigen Sprühkopf 10, vorzugsweise aus Nylon oder einem sonstigen isolierenden Werkstoff. Der Sprühkopf 10 wird von einer kreisrunden Scheibe 11, ebenfalls aus Nylon, gehalten und ist an derselben mittels mehrerer (nicht dargestellter) radialer Stifte befestigt. Die Scheibe 11 ist von einer Antriebswelle 12 getragen; letztere besteht aus einer isolierenden Verlängerung der Welle eines Elektromotors 13, welcher den Sprühkopf 10 mit einer Drehzahl von mehreren Hundert Umdrehungen/Minute dreht. Die Vorrichtung aus Sprühkopf 10 und Elektromotor 13 wird von einem Lagerarm 14 gehalten, welcher seinerseits an einem Halter 15 aus Isoliermaterial hängt.

Eine zylindrische Haube 16 ist konzentrisch um den Sprühkopf 10 und Motor 13 herum angebracht und kann in der Axialrichtung durch einen Luftzylinder 19, dessen Kolbenstange 20 an dem hinteren Ende der Haube 16 befestigt ist, in eine Lage bewegt werden, in welcher der Sprühnebel aufgefangen wird (in Fig.l gestrichelt dargestellt); ebenso kann die Haube 16 axial aus dieser Lage herausgezogen werden. Hierzu dient die Feder 18, die bestrebt ist, die Haube 16 in eine rückwärtige Lage zu bewegen.

Der Motor 13, der Lagerarm 14 und die Haube 16 liegen über die Leitung 22 an einer Hochspannungsquelle 23, welche eine Spannung in der Größenordnung von 90 Kilovolt liefert. Die äußere Oberfläche sowie die Rückseite des Sprühkopfes 10 sind mit einem halbleitenden Werkstoff überzogen, und eine Feder oder eine Bürste 24 bildet eine elektrische Verbindung zwischen dem Motor 13 und der Rückseite des Sprühkopfes 10, so daß die vordere Sprühkopfkante 10a des Sprühkopfes auf einer Spannung in der Größenordnung von 90 Kilovolt gehalten wird.

Eine scheibenförmige Elektrode 25 aus Nylon mit einem Außenkranz 25a ist mittels einer Metallschraube 26 konzentrisch an der Vorderseite der Scheibe 11 angebracht. Das hintere Ende der Schraube 26 ist durch einen isolierten Draht 28 elektrisch leitend mit dem unteren Ende eines hohen Widerstandes 29 innerhalb des Halters 15 verbunden; das obere Ende des Widerstandes 29 ist geerdet. Der Widerstand 29 habe einen Widerstandswert von 10 000 Megohm.

Die Vorderseite sowie der Außenkranz 25a der Elektrode sind mit einem halbleitenden Werkstoff überzogen, so daß beide über den Widerstand 29 elektrisch leitend geerdet sind. Die Elektrode 25 ist damit von dem Sprühkopf 10, dem Motor 13, dem Lagerarm 14, der Haube 16 und den anderen auf hoher Spannung gehaltenen Teilen des Geräts elektrisch isoliert. Infolge ihrer Lage neben der hoch aufgeladenen Sprühkopfkante 10a sowie infolge des Spannungsabfalls an dem Widerstand 29 befindet sich die Elektrode 25 auf einem Potential zwischen demjenigen der Sprühkopfkante 10a und der Erde.

Die Flüssigkeit wird der Innenfläche des Sprühkopfes 10 durch mehrere Düsen 30 zugeführt, welche fest an dem Motorgehäuse sitzen und (Fig. IA) innerhalb des hinteren Teils des Sprühkopfes 10 im Abstand voneinander auf einem Kreisumfang angeordnet sind. Für jede Art des flüssigen Überzugsmaterials bzw. für jede Farbe desselben ist eine besondere Düse 30 vorgesehen; eine zusätzliche Düse 30 läßt die Reinigungsflüssigkeit austreten, und zwar vorzugsweise ein Gemisch aus Druckluft und einem Lösungsmittel. Den Düsen 30 wird die Flüssigkeit durch Materialaufführungsleitungen 31 zugeführt.

Während des Überziehvorganges gelangt die Flüssigkeit aus der entsprechenden Düse 30 auf die Innenfläche des rotierenden Sprühkopfes 10. Die Umfangskante der Scheibe 11 und die Innenfläche des Sprühkopfes 10 bilden miteinander einen ringförmigen Schlitz 106, durch welchen die Flüssigkeit hindurchströmen muß, um die Sprühkopfkante 10a zu erreichen. Bei dem Übergang der Flüssigkeit von der feststehenden Düse 30 auf die Oberfläche des rotierenden Sprühkopfes 10 kommt es oft zu der Bildung großer Flüssigkeitstropfen, die von dem rotierenden Sprühkopf mehr oder weniger aufs Geratewohl abgeschleudert werden, was für die

Erzeugung von Überzügen hoher Oberflächengüte außerordentlich schädlich ist. Um eine solche Tropfenbildung zu vermeiden, ist an der Innenfläche des Sprühkopfes der Schlitz 106 gebildet. Der Schlitz 106 schafft einen Kanal für die Flüssigkeit. Ein solcher Kanal 5 setzt die Klumpenbildung ganz erheblich herab, insbesondere, wenn der Sprühkopf 10 einen Durchmesser von mehreren Zoll oder darüber hat.

F i g. 2 und 3 zeigen die soeben beschriebene Sprühvorrichtung, eingebaut in eine vollständige Überzugsanlage. Der Sprühkopf 10 wird mittels des Halters 15 in fester Lage auf einer Seite einer Förderbahn 35, welche normalerweise geerdet ist, gehalten. Mehrere Hängearme 36 führen die Werkstücke 38 an dem Sprühkopf 10 vorbei. Die aufzubringenden Farben befinden sich in den Behältern 40a, 406 und 40c. Farbe aus dem Behälter 40a wird durch eine Zahnradpumpe 41a angesogen und durch die Materialzuführungsleitung 31a der zugehörigen Düse 30 zugeführt. Der Zustrom von Farbe zu der Leitung 31a wird durch ein Absperrventil 42a geregelt, das durch Druckluft gesteuert wird. Die Pumpe 41a wird von dem Elektromotor 43a angetrieben. Druckluft zur Betätigung des Ventils 42a wird von einer Hauptdruckluftleitung 44 über ein von einem Elektromagneten betätigtes Luftventil 45a zugeführt. In ähnlicher Weise wird die Farbe aus den Behältern 406 und 40c den anderen Düsen 30 zugeführt.

Außer den soeben beschriebenen Zuleitungen 31 des flüssigen Überzugsmaterials wird einer der Düsen 30 auch ein reinigend wirkendes Lösungsmittel zugeführt. Ein unter Druck stehender Behälter 46 enthält eine bestimmte Menge eines Lösungsmittels, wie z. B. Toluol, das durch Druckluft aus der Hauptleitung 44 unter Druck gehalten wird. Ein Gemisch aus Druckluft und Lösungsmittel wird einer der Düsen 30 durch eine Reinigungsmittelleitung 47 zugeführt, welche unter der Kontrolle eines von einem Elektromagneten betätigten Absperrventils 48 steht. Auch die Druckluft zur Beaufschlagung des Kolbens in dem Luftzylinder 19 wird aus der Hauptluftleitung 44 zugeführt, und zwar bei öffnen des von einem Elektromagneten gesteuerten Absperrventils 50. Eine gemeinsame zwischengeschaltete elektrische Steuervorrichtung betätigt die verschiedenen Fördermittel (Pumpen 41, Ventile 42, 43 und 45) und gestattet die selektive Betätigung jeder der Fördervorrichtungen, um die Flüssigkeit nur aus einer bestimmten Quelle dem Sprühkopf zuzuführen, während dabei die Förderung aus allen anderen Quellen unterbunden wird. Zu dieser gemeinsamen Steuervorrichtung für die Fördermittel gehört ein einzelner Elektromagnet 51a, welcher die Tätigkeit sowohl des Pumpenmotors 43a als auch des Luftventils 45a steuert, ferner gleiche Elektromagnete 516 und 51c, welche die Motoren 436 bzw. 43c sowie die Ventile 456 bzw. 45c steuern, und ein gleicher Elektromagnet 52, welcher die Tätigkeit des Luftventils 48 in der Leitung 47 für das Reinigungsmittel steuert. Außerdem steuert ein Elektromagnet 53 die Tätigkeit der Haubenverschiebevorrichtung (Zylinder 19 und Ventil 50); er ist vorzugsweise an die gemeinsame Steuervorrichtung angeschlossen.

Die Elektromagnete 51, 52 und 53 sind über eine Schalttafel 55 miteinander verbunden. In der Schalttafel 55 ist auch die mechanisch betätigte Vorrichtung zur Einstellung der gemeinsamen Steuervorrichtung in einer bestimmten Arbeitsfolge, nämlich Beendigung der Förderung einer Farbe zu dem Sprühkopf, Fördern des Lösungsmittels zu dem Sprühkopf auf eine bestimmte Zeitdauer zwecks Reinigen des Sprühkopfes, schließlich Einleiten der Förderung einer anderen Farbe. Vorzugsweise gehört zu dem Arbeitsspiel auch die Bewegung der Haube in die den Sprühkopf abschirmende Lage, in welcher der Sprühnebel abgefangen wird vor dem Reinigen des letzteren, sowie die Rückführung der Haube nach dem Reinigen des Sprühkopfes.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Aufsprühen von Überzugsmaterial mit einem an Hochspannung liegenden rotierenden Sprühkopf, dessen Materialzuführung aus mehreren feststehenden, neben der Antriebswelle verlaufenden Leitungen besteht, die unmittelbar am Zerstäubungsglied enden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühkopf (10) als Zerstäubungsglied einen mit einer axialen Bohrung versehenen Becher und eine mit der Antriebswelle (12) verbundene, im Abstand vor dem Becherboden angeordnete, an dem Becher befestigte Scheibe (11) aufweist, die mit dem Becherinneren einen konzentrischen Ringraum und einen von ihm ausgehenden, zur Sprühkante (10a) am Becherrand führenden Schlitz (106) bildet, daß die Materialzuführungsleitungen (31) und eine Reinigungsmittelleitung (47) durch einen Ringspalt zwischen der Antriebswelle (12) und der axialen Bohrung des Bechers in den Ringspaltraum hineinmünden und daß der Sprühkopf (10) durch eine axial verschiebbare Haube (16) radial abdeckbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (iOb) durch die Scheibe (11) und den radialen Teil einer Stufe in dem Becherboden gebildet ist.