DE1696644A1 - Verfahren zum elektrostatischen Niederschlagen von mit Luft zerstaeubten fluessigen UEberzugsmaterialien auf zu ueberziehende Gegenstaende - Google Patents

Description

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THE DeTIlBISS COMPANY, USA

"Verfahren zum elektrostatischen niederschlagen von mit luft zerstäubten flüssigen Überzugsmaterialien auf zu überziehende Gegenstände"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrostatischen Niederschlagen Von mit Luft zerstäubten flüssigen Überzugsmaterialien auf zu überziehende Gegenstände durch Einstellung der leitfähigkeit des Überzugsmaterials und der an es angelegten Spannung derart, daß tatsächlich keine luftionisation auftritt. Auf diese Weise wird im wesentlichen der gesamte den zu überziehendenGegenstand-erreichende Strom durch das Sprühmaterial gebildet, so daß die Aufladung auf den Gegenstand auf ein Minimum herabgesetzt und die ladungsanhäufung auf ungeerdeten Gegenständen außerhalb der Sprühzone beseitigt wird.

Der Stand der Technik lehrt, daß elektrostatische, luft— zerstäubung anwendende Spritzpistolen bei so hohen Spannungen betrieben werden müssen, daß eine wesentliche Ionisation der liuft in der Nähe der Zerstäubungszone auftritt. Würde diese Bedingung nicht eingehalten, dann wäre eine unzureichende Aufladung der gesprühten Teilchen zu erwarten. Es werden Spannungen gewöhnlich Über 50 kY

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entweder auf eine metallische Austrittsdüse oder auf eine feldkonzentrierende Elektrode unmittelbar in ihrer Nachbarschaft aufgeprägt· Solche Spannungen haben aber eine wesentliche luftionisation und Corona-Erscheinung zur Folge. Die feldkonzentrierende Elektrode enthält in ihrer wirksamsten Form eine einzelne vorragende Nadel»

Der Stand der Technik lehrt ferner, daß die elektrostatische Zerstäubung und der Niederschlag eines flüssigen Überzugsmaterials von einem hoch aufgeladenen Blatt, einer Scheibe oder Glocke, durch welche die Sprühteilchen in eine ruhige Atmosphäre abgegeben werden, die nicht durch Luft gestört ist, die normalerweise zur Zerstäubung erforderlich ist, ein sehr wirkungsvolles Verfahren darstellt. Man kennt dieses Verfahren in der Technik als das Ransburg No. 2 - Verfahren.

* . Bei dem System, in welchem das Aufladen der Sprühteilchan durch Ionenbombardement wie bei dem mit geladener Elektrode arbeitenden System erfolgt, ergibt sich ein sehr wesentlicher Raumstrom von der Sprühstelle zu dem auffangenden Gegenstand. In den meisten Fällen ist dieser Raumstrom so hoch, daß bei Fehlen versprühter Farbe oder dergleichen ein merklicher elektrischer Wind von der Spritzpistole her entsteht. Bei den handelsüblichen Aueführungsformen des Ransburg Hr. 2 - Verfahrens ist der Strom von der Spritz-

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pistole zum Werkstück hoch, wenn kein Überzugsmaterial fließt und herabgesetzt, wenn Überzugsmaterial der Spritzpistole zugeführt wird. Bei Luftzerstäubungssystemen nimmt der Stromfluß zum aufnehmenden Gegenstand' ab, wenn Überzugsmaterial vorliegt im Vergleich zum , Raumstrom, wenn kein Überzugsmaterial vorhanden ist, Jedoch ist bei Fehlen von versprühtem Material der Stromfluß bei normaler Spannung (100 kV) und normalem Abstand i (30 cm = 12 Zoll) bei einem Wert von über 80 Mikro-Ampdres und ein Gegenstand im elektrischen Feld außerhalb der Sprühzone wird, wenn er nicht geerdet ist, eine wesentliche ladung aufnehmen.

Über eine gewisse Zeit wird jeder ungeerdete Gegenstand in der Nachbarschaft von beispielsweise 1,5 oder 1,8 m (5 oder 6 Fuß) der hochaufgeladenen Sprühpistole eine wesentliche elektrostatische Aufladung bei allen bekannten Systemen erhalten. Ist die Aufladung derart, daß die Span- * nung am Gegenstand die Durchschlagsspannung des Raumes zur nächstbenachbarten Erdungsstelle überschreitet, dann e.ntsteht ein Funkenüberschlag, der in vielen Fällen gefährlich ist. Der Funkenüberschlag kann zu nachteiligen Reaktionen bei den im Sprühstand arbeitenden Personen führen oder den Sprühstand in Flammen setzen, wenn sich dort entflammbares Überzugsmaterial befinden sollte. Aus den angegebenen Gründen erfolgt das elektrostatische Sprühen.

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gewöhnlich in Sprühständen oder Bereichen, wo dafür Sorge getragen ist, daß es keine ungeerdeten Gegenstände gibt. Der Zwang für diese Vorsichtsmaßnahmen ist mühsam; schwere Unfälle haben sich früher infolge Fachlässigkeit der Arbeiter oder unbekannter Fehler in der Erdung ereignet. So nimmt beispielsweise ein im Sprühstand vorhandener ungeerdeter Metallgegenstand, einschließlich des Werkstückes, eine ladung auf, die schließlich zur Erde durch- w schlägt und es ergibt sich, falls der Sprühstand entflammbares Material oder eine entflammbare Atmosphäre enthält, Feuer oder eine Explosion. Auch wenn der Arbeiter im Sprühstand Schuhe mit Gummisohlen trägt, wird sein Körper so weit aufgeladen, daß er bei Berühren eines geerdeten Gegenstandes einen merklichen Schlag erhält.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Zufälligkeiten vollständig zu beseitigen, weil keinerlei ladung an dem Gegenstand angelegt wird, es sei denn, er wird tatsächlich überzogen.'

Der Stand der Technik lehrt ferner, daß eine Spannung auf einem" Körper aus widerstandsfähigem, flüssigem Überzugs— material aufgebracht werden kann, indem man eine Elektrode ausspart und eine Spritzpistole aus Isoliermaterial verwendet, wobei die Elektrode ausreichend weit von einer Abgabeöffnung entfernt ist, so daß kein Funkenüberschlag

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auftreten kann und die Spritzpistole sicher zu berühren ist. Die bisher bekannt gewordenen-Spritzpistolen verwenden jedoch eine elektrostatische Kraft zur Zerstäubung und zum niederschlagen des Überzugsmaterialsund die Überzugskapazität dieser Spritzpistolen oder dergleichen beträgt nur wenige ccm/min., was wirtschaftlich nur auf begrenztes Interesse stößt» Bei der vorliegenden Erfindung findet eine Apparatur Verwendung, in welcher das Aufladen des Überzugsmaterials durch eine in die Überzugsmaterialsäule eingelassene Elektrode wie beim Stande der Technik erfolgt, jedoch ein sehr großes Volumen von über 300 ecm oder 400 ecm pro Minute durch mechanische Kräfte zerstäubt werden kann, die sich aus einem Zerstäuberluftstrom ergeben, und elektrostatisch auf dem Werkstück niedergeschlagen wird. Eine luftzerstäubung ist deshalb ein Erfordernis für ein erfolgreiches !Funktionieren des erfindungsgemäßen Verfahrens. ■

Obwohl ein Überzugsmaterialstrom, der aus einer Düse mit einer Länge von beispielsweise 150 cem/min. austritt,zufriedenstellend durch einen gewöhnlich nach vorne gerichteten axialen luftstrom aufgeladen und zerstäubt werden kann, welcher aus einer ringförmigen, unmittelbar die Austrittsöffnung des Überzugsmaterials umgebenden Luftöffnung austritt, hat sich herausgestellt, daß sich ein viel größeres und besser anpaßbares Überzugsmuster

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mit höherem Niederschlagseffekt erzielen läßt, wenn man dem Luftstrom eine rasche Wirbelbewegung vor seinem Auftreffen auf den Überzugsmaterialstrom erteilt. Der wirbelnde luftstrom reduziert die Vorwärtsgeschwindigkeit der aufgeladenen Überzugsmaterialteilchen und ermöglicht es ihnen, rascher unter den Einfluß des elektrostatischen Feldes in der Nachbarschaft des Werkstückes zu gelangen. Ist das gewünschte Überzugsmuster rund, dann wird die vorliegende Erfindung am zweckmäßigsten mit einer Vorrichtung verwirklicht, welche Einrichtungen zur raschen Verwirbelung der Luft vor dem Luftaustritt aus der Ringöffnung aufweist.

In Fällen, bei denen große flache Oberflächen überzogen werden sollen, ist ein fächer- oder ellipsenförmiges Muster für das sich aus der oben beschriebenen ringförmigen Öffnung ergebende runde Muster vorzuziehen. Ein solches elliptisches Muster erhält man durch Verwendung einer abflachenden Luftschicht oder durch Verwendung üblicher Lufttrichter.

Es hat sich ferner herausgestellt, daß die Leitfähigkeit des Überzugsmaterials, das beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommt, von großer Bedeutung ist. Ist das Überzugsmaterial zu stark leitfähig, dann erhöht sich der Strom durch die Überzugsmaterialsäule von der Aufladeelektrode zu dem geerdeten überzugsmaterialeteuernadel-

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ventil der Spritzpistole "bis zu einem unerwünschten Ausmaß und die ITiederschlagwirksamkeit nimmt entsprechend ah. Darüber hinaus heginnen hei hoch leitfähigem Überzugsmaterial meßhare lonisationsströme zum geerdeten Gegenstand aufzutreten und das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung richtet sich insbesondere auf die Vermeidung dieser Raumströme heim Fehlen von versprühter Farbe. Wenn andererseits das Überzugsmaterial einen zu hohen Widerstand aufweist, dann kann es nicht mehr eine ausreichende Ladung von der Aufladeelektrode aufnehmen und die Niederschlagwirks.amkeit fällt wiederum ab. Ein brauchbarer Bereich des Widerstandes des Überzugsmaterials liegt zwischen den Grenzen von ca* 0,3 Megohm χ Zentimeter und ca. 300 Megohm χ Zentimeter, gemessen in der später noch zu beschreibenden Weise. Ein optimaler Bereich des Widerstandes wurde festgestellt zwischen 0,5 Megohm χ Zentimeter und 1,7 Megohm χ Zentimeter bei sehr geringer Spannung von - 17 kV, jedoch weitet sich der optimale Bereich auf, wenn die angelegte Spannung bis zum Einsetzen der Ionisation zunimmt.

Es wurde ferner festgestellt, daß durch Zunahme der Aufladespannung, jedoch noch unterhalb eines Wertes, bei dem eine Luftionisation bis zu einem nachweisbaren Ausmaß durch Stromfluß bei Fehlen von versprühter Farbe auftritt, der brauchbare Bereich von Farben mit höherem Volumenwiderstand

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erstreckt werden kann (mit richtiger Behandlung) auf die meisten handelsüblichen Farben, oder bis zu 300 Megohm χ -Zentimeter, gemessen nach dem nachfolgend beschriebenen Verfahren. Es wurde ferner festgestellt, daß das Aufladen durch Leitung bei positiver Spannung dem Aufladen bei negativer Spannung vorzuziehen ist,

Beim Aufdrücken der Aufladespannung auf die Farbsäule fließt W in einer Spritzpistole mit einem geerdeten Element im Abstand von der Aufladeelektrode in der der Düse abgewendeten Richtung Strom von der Aufladeelektrode zum geerdeten Element durch die Farbsäule. Die Größe dieses Stromes hängt ab von der angelegten Spannung und dem Widerstand der Farbsäule. Wenn die Spannungsquelle für das System so ausgelegt ist, daß es unmöglich ist, eine volle Spannung am Aufladeknopf aufrecht zu erhalten, wenn Strom vom Aufladeknopf zur Masse fließt, dann nimmt die Spannung am Knopf ab, sobald der Stromfluß zunimmt, mit dem erwünschten Ergebnis, daß es eine niedrigere Spannung zwischen dem Aufladeknopf und dem Vorderteil der Spritzpistole, der vom Arbeiter berührt werden muß, gibt.

Da der elektrische Strom zum Werkstück praktisch vollständig (bis zu 99 fi) durch die Farbstoffteilchen transportiert wird, läßt eich die Aufladung der Farbstoffteilchen in Mikrocoulomb/g leicht unmittelbar als Funktion des Stromes

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in Mikro-Amplres ablesen, der vom Werkstück zur Masse fließt. (1 Ampere =1 Coulomb pro Sekunde). Somit läßt sich der Vergleich der Eignung verschiedenster Überzugsmaterialien unter Wirksamkeit der verschiedenen Düsenausgestaltungen sehr leicht allein durch Ablesen des Zielstromes führen. Im allgemeinen kann festgestellt werden, daß bei zunehmender Aufladung eines Teilchens die Uiederschlagswirksamkeit des Systems besser wird. Es hat sich herausgestellt, daß mit überzugsmaterialien optimalen Widerstands und unter Einhaltung aller anderen Bedingungen für den Optimalen Farbübergang, wie nachstehend gemessen, der Stromfluß vom Ziel zur Masse eine spezifische ladung von ca. 1,3 bis 1,4 Mikrocoulomb/g nasser Farbe anzeigt. Diese spezifische ladung erhält man mit einer Aufladespannung von. + 32 kY, einem Färbstrom von 150 g/min, und anderen Parametern, die später noch näher angegeben werden sollen. Während es eine leichte Zunahme im Wirkungsgrad Tsei Zunahme der Spannung gibt, ist die maximal brauchbare Spannung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren diejenige, bei der eine Luftionisation auftritt. Da es immer in der Luft ionisierte Teilchen gibt, kommt es auch immer zur Wanderung dieser natürlich vorhandenen Luftionen zwischen der Spritzpistole und dem Werkstück, wenn ein elektrostatisches Feld aufgebaut wird, jedoch jKirtdiese Ionenwanderung zu einem nicht meßbarrkleinem Strom. Die maximale Auflade-

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spannung läßt sich auswählen durch Pullen der Spritzpistole mit Farbe der gewünschten Leitfähigkeit, jedoch ohne Versprühen und einem Abstand von 20 cm vom Metallüberzugsgegenstand, steigernder Spannung, bis zu einem leichten Ausschlag von Null eines Mikro-Ampäremeters mit einem vollen Skalenausschlag von 1 Mikro-Ampdre, eingesetzt zwischen Werkstück und Masse.

•Obwohl jedes Element der im Zusammenhang mit der Erfindung zu verwendenden Apparatur als solches bekannt ist, ist das angegebene Verfahren weder vorbeschrieben noch vorbenutzt worden. Das Verfahren besteht darin, daß man bei einer niedrigen Spannung und bei Fehlen ionisierter Luft eine Luftsprühpistole mit einem Lauf und einer daran befestigten Düse aus Isoliermaterial verwendet. Die Luft tritt aus einer Diffusionsluftöffnung gegen das Überzugsmaterial aus und zerstäubt dasselbe zu einem Strom von Teilchen mit geringer Vorwärtsgeschwindigkeit, oder sie tritt aus einer schlitzartigen Luftdiffusionsöffnung für den gleichen Zweck aus. Eine Aufladeelektrode ist in· die Düse in einer solchen Stellung eingelassen, daß eine Spannung, vorzugsweise zwischen 12 kV positiv und 40 kV positiv einem Strom aus Überzugsmaterial aufgedrückt wird, wobei die Aufladespannung so auf die Leitfähigkeit des versprühten Materials abgestimmt ist, daß mehr als 99 f> des zum Gegenstand hin versprühten. Stromes durch die

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Farbstoffteilchen aufgenommen und getragen wird, während nicht mehr als 1 ?S des elektrischen Stromflusses von der liuft mitgenommen wird. Das System ist gekennzeichnet durch einen praktisch unmeßbar geringen Räum—„ strom (weniger als 0,001 Mikroamperes) zwischen der Elektrode und dem Ziel, wenn kein Überzugsmaterial vorhanden ist. Eine vollständige Beschreibung dar erforderlichen Maßnahmen soll im folgenden gegeben werden.

Die Zeichnungen zeigen in

Pig. 1 einen Horizontalquerschnitt mit teilweise voll gezeichneten Teilen einer Ausführungsform einer Spritzpistole zur Durchführung des Terfahrens nach der vorliegenden Erfindung;

Pig. 2 einen Schnitt längs der linie 2-2 der Pig. 1j Pig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der Pig. 1;

Pig. 4 einen Teilschnitt einer abgeänderten Ausführungsform einer Düse;

Pig. 5 eine Torderansicht längs der Linie 5-5 der Fig. 4;

Pig* 6 einen mittigen YertikalBchnitt mit teilweise voll ausgezeichneten Teilen eines Teileβ einer zusätzlichen

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Abänderung einer Spritzpistole zur Durchführung

des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung

und zur Erzeugung eines fächerartigen Sprühmusters?

Pig. 7 eine Torderansicht des Endes der in Pig. 6 wiedergegebenen Spritzpistole j und in

Fig. 8 eine vergrößerte Schnittdarstellung längs der Linie * 8-8 der Pig. 6.

Die Zeichnungen zeigen Spritzpistolen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit drei unterschiedlichen Ausführungsformen von Düsen und Kappen, von denen zwei zu einem runden Sprühmuster und eine zu einem fächerförmigen Sprühmuster führen. Jedes dieser Muster hat seine wünschenswerten Eigenschaften, Verwendet man beispielsweise eine Handspritzpistole zum überziehen von Gegenständen, die im allgemeinen flach sind oder wenigstens flache plattenartige Bereiche aufweisen, dann verwendet der Arbeiter vorzugsweise den fächerartigen Sprühstrahl. Pur offene Gegenstände, beispielsweise Metallmöbelbeine oder Fahrradrahmen, verwendet der Arbeiter vorzugsweise das runde Muster.

Pig. 1 der Zeichnungen zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Spritzpistole, die zu einem Rundsprühmuster führt» Diese Pistole enthält allgemein einen Handgriffteil

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mit. einem Innenlcanal 11, an welchen ein luftschlauch 12 angeschlossen werden kann. Der Kanal 11 wird durch ein Ventil 13 gesteuert, welches durch einen Auslöser in seine offene Stellung gebracht werden kann und durch eine Feder in die geschlossene Stellung gedrückt wird. Die Zerstäubungsluft tritt in. die Spritzpistole durch den Kanal 11 über das Yentil 13 und in einen Innenkanal 16 in einem Pistolenkörper ein, der allgemein mit 17 bezeichnet ist.

Der luftkanal 16 ejidet in einer ringförmigen lüftkammer 18 am Vorderteil des Pistolenkörpers 17.

Das Überzugsmaterial wird in den Pistolenkörper 17 durch einen Schlauch 19 eingeführt, der zu einem Mittelkanal 20 im Pistolenkorper führt. Ein nadelventil 21 arbeitet mit einem Sitz 22 zur Steuerung der Strömung des Überzugsmaterials durch die Pistole zusammen und der Schaft des Ventils 21 erstreckt sich durch eine übliche Dichtung 23 in eine rückwärts angeordnete Kammer 24» in welcher eine einstellbare Peder 25 sitzt, die das Überzugsmaterialventil in die Verschlußstellung drückt. Eine Schulter 26 auf dem Ventilschaft wird vom Auslöser 14 erfaßt, um das Ventil gegen die Kraft der Jeder 25 in üblicher Weise zu öffnen. Ist das Ventil 21 offen, dann fließt Überzugsmaterial nach vorne durch einen Einsatz 27 mit einem konischen, vorderen Ende 28, gegen welches ein entsprechend'konisch gestalteter

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Laufteil 29 sitzt, wenn eine Lauf- und Msenanorlnung auf dem Pistolenkärper 17 zusammengehaut wird.

Die Auflade spannung wird in die Spritzpistole in geeigneter Weise eingeführt* Es ist ein Kabel 30 vorhanden, welches sich in eine Bohrung 31 im Pistolenhandgriff 10 erstreckt und durch den Zerstäubungsluftkanal 16 verläuft. Die Bohrung 31 ist natürlich am Eintrittsende abgedichtet, um den Austritt der Zerstäubungsluft zu verhindern, wenn das Yentil 13 offen iBt. Das Aufladespannungskabel 30 ist an eine geeignete Spannungsquelle 32 angeschlossen, deren eine Seite geerdet ist· Der metallische Pistolenkörper ist ebenfalls in geeigneter Weise auf Massepotential ge-* halten, beispielsweise durch einen üblichen Erdungsdraht im Luftschlauch 12. Der Erdungsdraht ist normalerweise ein Ieil· der Luftschlauchumklöppelung und in den Zeichnungen nicht eigens dargestellt mit Ausnahme der schematischen Andeutung einer Erd- oder Masseverbindung »wo|der luftschlauch in Fig. 1 aufgebrochen gezeichnet ist.

Die erste der drei in den Zeichnungen wiedergegebenen Düsen, die man im Schnitt aus Fig. 1 erkennt, enthält einen Lauf 40 aus Isoliermaterial, in welchem geeignete Luft- und Überzugsmaterialkanäle, wie später noch näher beschrieben werden wird, eingebohrt sind. Der lauf wird gegen den metallischen Pistolenkörper 17 durch eine Überwurf- 'oder Stopfbüohsenmutter 42 gehalten,, die vorzugsweise

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aus Metall besteht und über die Gewinde 43 auf dem Pistolenkörper und gegen eine Schulter 44 an dem Paßstück 45 greift, welches auf das hintere Ende des laufes 40 aufgeschraubt ist. Der auf dem lauf 40 ausgebildete koniahe Teil 28 wird mit dem Einsatz 37 durch die Überwurfmutter 42 dichtend in Eingriff gehalten. Die ringförmige luftkammer 18 am vorderen Ende des Pistolenkörpers 17 öffnet sich ins Innere der überwurfmutter 42 und in einen Zerstäubungsluftkanal 46, der sich in Achsrichtung nach vorne durch den Lauf 40 zu einer ringförmigen Luftkammer 47 erstreckt. Die überwurfmutter 42 wirkt mit dem Pistolenkörper 17 zusammen und dient als Peldverstärkerelektrode, es gibt jedoch keinen Stromfluß durch die Luft oder über die. Laufoberfläche vom vorderen Teil der Pistole zur Überwurfmutter und damit wird auch hier keine Ionisation verursacht·

Der Überzugsmaterialkanal 48 läuft nach vorne durch den Lauf vom Einsatz 27 und Lauf teil 29. Die Länge und Abmessungen dieses Kanals werden später noch erörtert werden. Der Kanal 48 geht in eine "Vergrößerung 49 über, über welche eine Spitze 50 geschraubt ist. Die Spitze 50 ist ein rohrförmiges Glied mit.einer reduzierten Überzugsmaterialöffnung 51 in einer Düsenverlängerung 52, Die Verlängerung 52 ist vorzugsweise zylindrisch, wobei die Achse des Zylinders auf der Achse des Überzugsmaterials 48 liegt.

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Eine Luftkappe 53 umgibt die Spitze 50 und ist mit einer Schulter 54 versehen, die von einer Überwurfmutter 55 erfaßt wird, deren Ende über die Gewinde 56 auf dem Lauf geschraubt ist um das Innere der Luftkappe eng gegen die Außenseite der Spitze 50 zu halten.

Am vorderen Ende bildet die Luftkappe eine ringförmige * Luftöffnung 57 um die Überzugsmaterialöffnung 51 und die Axialabmessung der die Luftöffnung 57 bildenden Wandung ist so ausreichend gewählt, daß ein zylindrischer Kanal zwischen der Außenseite der Überzugsmaterialspitze und der Innenoberfläche der Luftkappe gebildet wird.

Ein be sonder sjwichtiges Merkmal dieser Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungögemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Vorwärtsgeschwindigkeit des zerstäubten Überzugsmaterials verindert ist. Ein Verfahren zur Verwirklichung dieses Zieles ist das Aufdrücken einer raschen Wirbelbewegung auf den Luftstrom vor seinem Austritt aus der Luftöffnung 57. Diese Wirbelluftbewegung wird ausgebildet durch eine konische Planschverlängerung 58 von der Überzugsmaterialspitze, in welcher winkelige Schlitze 59, wie am deutlichsten aus Fig. 3 erkennbar, eingeschnitten sind. Das Äußere der konischen "Planschverlängerung 58 der Spitze 50 geht in eine ähnliche konische Oberfläche auf dem Inneren der Luftkappe über, um die Spitzen winkelig

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gerichteter Schlitze 59 in der Flansehverlängerung zu bilden. Bei Aufdrücken einer raschen Wirbelbewegung auf die Luft vor, während oder unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Luftöffnung 57 erfolgt die Zerstäubung in der Hahe des Endes der Überzugsmaterialspitzenöffnung 51 und der Sprühstrahl, hat eine verhältnismäßig geringe Vorwärtsgeschwindigkeit in Richtung auf den zu überziehenden Gegenstand. Es hat sich gezeigt, daß durch diese Maßnahme der Durchmesser des Musters auf dem Ziel wesentlich ver- ' { größert und brauchbarer ist als wenn man die Wirbelkomponente der Bewegung.der Luft wegläßt.

Die Aufladespannung wird auf den Farbstrom vom Kabel 30 durch einen Aufladeknopf 70 aufgebracht, welcher am Boden eines Radialkanales 71 angeordnet ist, der ein metallisches Verbindungselement 72 enthält*. Der Kontakt zwischen dem Ende des Kabels 30 und dem Kontaktelement 72 wird in geeigneter Weise, beispielsweise durch eine Feder 73 herge- | stellt. Der elektrische Kontakt zur Farbe wird somit durch. die Leitfähigkeit durch ihren unmittelbaren Kontakt mit dem Knopf 70 erzeugt. Hachdem das Verbindungselement in den Kanal 71 eingesetzt ist, läßt sich dieser Kanal mit einem Isoliermaterial·abdichten. Ein bevorzugter Abstand zwischen dem Aufladeknopf 70 und der Materialaustrittsöffnung ist ein Abstand, der größer ist als der Überschlagsabstand in Luft bei der maximalen Betriebsspannung. «

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Da die volle Aufladespannung am Knopf 70 erscheint und das nadelventil 21 geerdet ist, muß der Widerstand der Farbstoff säule in Kanal 48 hoch, genug sein, damit kein unzulässiger Verlust an Aufladespannung von einer Spannungsquelle mit verhältnismäßig hoher innerer Impedanz durch Streustrom durch die Farbstoffsäule zurück zum geerdeten Nadelventil 21 auftritt. Wie später noch näher erläutert werden wird, wird der Stromfluß durch die Farbstoffsäule vorzugsweise geringer als ein Strom solcher Größe gehalten, der eine Überhitzung der Düsenelemente und einen unzulässigen Spannungsverlust am Aufladeknopf 70 verursachen würde.

Die in den Pig. 4 und 5 der Zeichnungen wiedergegebene Düse unterscheidet sich von der im Zusammenhang mit den Pig. 1 bis 3 beschriebenen Düse nur dadurch, daß die Farbstoff spi tze und die Luftkappenteile geändert sind. Die Spitze und die Luftkappe sind mit 80 bzw. 81 bezeichnet und werden auf dem Lauf 40 durch eine Überwurfmutter 55a am Platz gehalten. Die Spitze 80 weist einen etwas größeren Mittelkanal 82 an ihrem Austrittsende auf, in welchem ein den Farbstoff oder dergleichen richtender Einsatz 83 so untergebracht ist, daß er mit der Wandung des Kanales unter Bildung einer ringförmigen Austrittsöffnung 84 vorzugsweise mit einer Weite von o,37 mm (o,o15 Zoll) zusammenwirkt. Der Einsatz 83 besitzt einen benuteten rückwärtigen XeIl znt Zentrierung des Einsatzes im Kanal und erlaubt

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trotzdem die Strömung des Überzugsmaterials in die ringförmige Abgabeöffnung 84. Der Einsatz 83 bestellt vorzugsweise aus dem gleichen Isoliermaterial wie der Rest der Düsenelemente·

Wie bei der vorher beschriebenen AusführungsfOrm ist,die Spitze 80 mit einer Flanschverlängerung 85 mit winkeligen Schlitzen 86 versehen, um der aus der Luftkammer 47a kommenden luft eine Wirbelbewegung aufzuprägen, was zu der gleichen Diffusion der luft führt. Die luftkappe 81 ist selbstverständlich mit einer vergrößerten luftabgabeöffnung versehen, um sie der vergrößerten Materialspitze anzupassen. Die luftabgabeöffnung ist mit 87 bezeichnet und weist Ringform auf. Auch hier ist die axiale Erstreckung der Oberfläche der luftkappe, die mit dem Inneren der Spitze zur Bildung der luftöffnung 87 zusammenwirkt, so ausreichend bemessen, daß ein nach vorne gerichteter zylindrischer luftkanal entsteht. Die ringförmige Abgabeöffnung 84 für das zu versprühende Material und die konzentrische ringförmige luftöffnung bei dieser Ausführungsform der Erfindung ergeben ein etwas gleichmäßigeres und etwas größeres kreisförmiges Muster für die abgegebenen Sprühteilchen.

Die Düse nach den Hg. 6, 7 und 8 findet Verwendung, wenn das gewünschte Sprühmuster elliptisch oder fächerförmig

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sein soll. Die Spitze der Düse, die mit 90 bezeichnet ist, ist ein Kunststoff körper mit einem Sitz 91, der gegen eine konische Äbschlußflache des Laufes 40t anliegt. Die Spitze ist mit einem zentralen Kanal vom · Ende des Kanales 48 im Düsenkörper in eine Kammer 94 versehen, welche in einem engen bogenförmigen Schlitz

95 endet, aus welchem das Farbstoffmaterial oder dergl. als dünner Film austritt. Eine Luftkappe 96 nimmt die Luft vom Luftkanal 46b und einer Reihe von Löchern 46c im Hauptteil der Spitze 90 auf.

Am vorderen Ende der Spritzpistole ist die Luftkappe

96 mit einer teilweise kugeligen Oberfläche mit einem Radius versehen, der gleich dem Radius des bogenförmigen Schlitzes 95 in der Spitze 90 ist, so daß schlitzartige Zerstäubungsluftkanäle 97 auf jeder Seite des Materialaus tritt skanales gebildet werden. Wegen der langgestreckten und bogenförmigen Ausgestaltung der Luftschlitze werden die Zerstäubungsluftströme gestreut. Die Luft aus den bogenförmigen schlitzartigen Zerstäuberluftkanälen 97 wirken mit dem auf dem bogenförmigen Austrittsschlitz kommendem Überzugsmaterial sehr nahe an der Vorderseite der Sprühkappe zusammen und die nach vorne gerichtete Geschwindigkeit der Überzugsmaterialteilchen ist wegen der Streuung ausreichend niedrig» Der Überzugsnutzeffekt einer Spritzpistole, bei der eine solche Kappe zum Einsatz kommt,

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ausreichend hoch.

Der elektrische Kontakt mit dem Überzugsmaterial wird bei dieser Ausführungsform wiederum durch Kontakt mit dem Metallknopf 70 hergestellt, der sich in den mittleren Kanal 78 erstreckt.

Alle drei beschriebenen Düsen passen in den gleichen lauf 40 und die Auswahl der Düsen erfolgt durch den Arbeiter ' auf der Grundlage des gewünschten Sprühmusters.

Das erfindungsgemäße Terfahren läßt sich durch irgendeinen der oben beschriebenen Torrichtungen durchführen. Die bevorzugte Betriebsspannung auf dem Aufladeknopf 70 schwankt zwischen ca. 12 kV und ca. 40 kV abhängig vom spezifischen Widerstand der zu versprühenden Farbe oder dergleichen. Die Spannung ist vorzugsweise positiv bezüglich des zu überziehenden geerdeten Gegenstandes. Bei diesen Spannungen gibt t es keine Luftionisation an der Austrittsöffnung und bei !Fehlen von versprühter Farbe ist der Stromfluß zum geerdeten Gegenstand bei normalem Sprühabstand gleich Hull. Wird die Spritzpistole auf einen geerdeten Metalltisch gelegt, dann läßt sich der Stromfluß mit 0,03 Mikro-Amplres messen, vorausgesetzt, daß die Abgabeöffnung im Abstand von ca. 18 mm von der geerdeten Oberfläche zu liegen kommt und der Kanal 48 mit Farbe gefüllt ist. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß unter keinen Umständen der Sprühabstand 18 mm

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oder 25 mm vom Ende der Spritzpistole an "beträgt. Ein normaler Sprühabstand für eine Handspritzpistole liegt "bei ca. 20 cm (8 Zoll) und für eine automatische Spritzpistole entweder bei 20 cm (8 Zoll) oder bei ca. 25 cm (10 Zoll).

Erfolgt das Arbeiten mit der Spritzpistole in einem abgeschlossenen Stand, wo die Sicherheitsvorschriften weniger ψ rigoros sind, dann kann ein Stromfluß in der Luft von ca. 5 $> des Gesamtstromflusses vom vorderen Ende der Spritzpistole toleriert werden und die Auflade spannung läßt sich, entsprechend auf ca. 40 kV mit einer meßbaren Steigerung des Übergangnutzeffektes erhöhen.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt auch die Einstellung des spezifischen Widerstandes des Überzugsmaterials in dem Bereich von ca. o,3 bis ca. 300 Megohm-Zentimeter. Das auf diesen spezifischen Widerstand eingestellte Überzugsmaterial nimmt eine zufriedenstellende Ladung von der Elektrode 70 auf. Die Messung des Stromflusses von einem geerdeten Ziel ist eine unmittelbare Messung der Teilchenladung wegen des Fehlens irgendwelchen Stromflusses in der Luft. Es hat sich gezeigt, daß eine zufriedenstellende Teilchenaufladung mit rausreichender Sicherheit für die Überzugsmaterialien mit dem oben genannten Bereich des spezifischen Widerstandes erreichbar ist, wenn eine Spannungsquelle mit einer solchen inneren Impedanz, daß

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sich die nachstehend im Beispiel 3 aufgezählten Spannungswerte bei Verwendung von Farben der angegebenen Widers fcendswerte unter Konstanthaltung der Farbstoffsäule ergeben, verwendet wird.

Die Leitfähigkeit oder Widerstandsfähigkeit der Farbe läßt sich messen durch Anlegen einer Spannung an ein Ende einer Farbstoffsäule von 15 cm (6 Zoll) und einem Durchmesser von 5 mm (1/4 Zoll) und Erdung des anderen Endes der Farbstoffsäule über ein Mikrometer. Die normalerweise verwendete Spannung kann 20 kV betragen, läßt sich jedoch beliebig reduzieren, wenn der Stromfluß über 400 Mikro-Amplres hinausgeht. In dieser Vorrichtung ist

spezifischer Farbstoffwiderstand (in Megohm-Zentimeter)

20,8 χ E (in kV)

i'(in Mikro-Ampe'res),

Viele in der oben beschriebenen Weise durchgemessene handelsübliche Farben haben einen Volumenwiderstand, der höher ist, als er für die vorliegende Erfindung brauchbar ist. Der Volumenwiderstand solcher Farben läßt sich reduzieren durch Zugabe eines hochpolaren Lösungsmittels in verhältnismäßig geringen Mengen.Methanol ist ein hochpolares übliches Lösungsmittel. Die Zugabe von Methanol in Mengen von 1 # bis 5 £ des Gesamtvolumens der Farbe

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stellen den Yolumenwiderstand in üblicher Weise in den gewünschten Bereich ein und zwar selbst bei üblichen Faxben mit wesentlich höherem spezifischen Widerstand. Das polare Lösungsmittel muß natürlich mit den anderen Lösungsmitteln im Farbstoffsystem verträglich sein.

Unter den Sprühbedingungen gibt es im wesentlichen keine Luftionisation und jeder Gegenstand, der sich außerhalb der Sprühzone befindet, wird nicht aufgeladen. Bei anderen bekannten Systemen, bei denen eine Luftionisation auftritt, sammeln sich auf ungeerdeten Gegenständen in der Nähe der Spritzpistole rasch elektrostatische Ladungen, wobei die Größe dieser Gesamtladung bestimmt wird durch die Nachbarschaft des Gegenstandes zur Spritzpistole, seine Gestalt und Größe, das Ausmaß der Isolierung gegen Masse und natürlich dem Raumstrom, der -von dem Gegenstand zu der stark aufgeladenen Spritzpistole fließt. Dabei sind Gesamtstromflüsse in der Luft über 50 Mikr o-Ampe're s nicht ungewöhnlich. Solche ungeerdeten Gegenstände können Lösungsmittelbehälter oder dergleichen auf isolierten Plattformen, beispielsweise Holzplattformen oder Metallgeräte mit Kunststoffrollen sein. Die auf diesen Gegenständen angesammelte Ladung kann bei plötzlicher Entladung zu einem Funkenschlag mit einer Intensität führen, die für einen Feuerausbruch ausreicht, oder wenigstens so hoch'ist, daß sie einem Arbeiter einen wesentlichen und empfindlichen Schlag versetzt. In ähnlicher Weise kann ein Arbeiter, der gegen den Boden durch gummibe-

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sohlte Schuhe, beispielsweise abisoliert ist, sich selbst aufladen und bei Berührung eines geerdeten Gegenstandes die Entladung der in seinem Körper angesammelten Energie sehr unangenehm werden.

Wegen des Widerstandes der Farbstoffsäule zwischen dem Aufladeknopf 70 und der Farbaustrittsöffnung und der erwähnten Spannungsgrenzen kann der Arbeiter beim Betrieb nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Torderseite der Spritzpistole zu jedem Zeitpunkt berühren. Die Spritzpistole ist also in der Hand des Arbeiters vollständig sicher.

Im folgenden sollen einige Ausführungsbeispiele für die Durchführung des* erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben werden:

1.) Es kommt eine Spritzpistole in der Ausbildung nach Fig. 1 zum Einsatz. Diese Spritzpistole hat eine Überzugsmaterialöffnung mit einem Durchmesser von ca. 22 mm (0,086 Zoll) und eine ringförmige Zerstäubungsluft öffnung mit einer Breite 4 mm (0,016 Zoll). Der luftstrom wird so eingestellt, daß sich eine ausreichende Zerstäubung (bei 4 SCFM in der getesteten Spritzpistole) ergibt und fließt durch winkelig gestellte Schlitze zur Aufprägung einer Wirbelbewegung auf den luftstrom. Der Abstand von Spritzpistole zum Ziel

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"betrug 20 cm (8 Zoll) und das Ziel bestand aus 24,5 am (1 Zoll) Durchmesser aufweisenden ,aus Folien gewickelten Stäben mit 75 mm (3 Zoll) Mittelabstand. Die Pollen waren über ein Mikro-Ampdremeter geerdet, um den das Ziel erreichenden Gesajntstrom ablesen zu können. Die angelegte Spannung betrug 24 kV. Der spezifische Widerstand der Farbe lag zwischen 0,17 Megohm-Zentimeter und 42 Megohm-Zentimeter.

Ein optimaler Wert des spezifischen Widerstandes wurde bei ca. 0,55 Megohm-Zentimeter festgestellt. Das Überzugsmaterial war ein normaler Einbrennlack,verdünnt mit einem Gemisch aus Methylisobutylketon und schwankenden -Prozentsätzen von Methanol bis zu einer Viskosität von 21 see. Zahn No. 2 cup. Das Methanol wurde als hochpolares Lösungsmittel zur Einstellung des spezifischen elektrischen Widerstandes der Farbe, wie oben angegeben, verwendet, De-r Stromfluß zum Ziel bei Fehlen von versprühter Farbe war Null (weniger als 0,001 Mikro-Ampfres),

2·) Mit einer SpritzpiiStoletnach den Figuren 4 und 5, bei denen die Überzugsmaterialöffnung ringförmig ausgebildet war, die anderen Bedingungen aber beibehalten wurden, ergaben sich etwas höhere Wirkungsgrade. Mit dieser Spritzpistole ergaben Spannungsänderungsversuche einen zufriedenstellenden Betrieb von plus 12 kV mit

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einem spezifischen Farbwiderstandswert von 1,3 Megohm-Zentimeter bis plus 40 kV mit höheren Widerstandswerten der Farbe und einem maximal brauchbaren Widerstandswert, der mit einem guten übertragungswirkungsgrad verträglich war, von ca, 300 Megohm-Zentimeter. Optimale Ergebnisse erhielt man mit e^inem spezifischen Widerstand der Farbe von 15 bis 25 Megohm-Zentimeter und angelegten positiven Spannungen von 32 oder 33 kV. Der Stromfluß zum Ziel bei Fehlen versprühter Farbe war Null. (Weniger als 0,001 Mikro-Ampäres),

3· Beginnend mit einer Farbe, die normalerweise einen sehr hohen spezifischen Widerstand aufweist (über 1000 Megohm-Zentimeter) wurde Methanol in solchem Ausmaße zugegeben, daß der spezifische Widerstand der Farbe auf die unten angegebenen Werte gebracht wurde. Unter Verwendung der Spritzpistole mit-der ringförmigen Austrittsöffnung nach Fig. 4 bei einem Abstand zwischen der Austrittsöffnung und dem Aufladeknopf von annähernd 75 mm (3 Zoll), der Anordnung des Aufladeknopfes in einem Teil der Farbstoffsäule von 6,1 mm (1/4 Zoll) und ca. 62 mm (2 1/2 Zoll) vom benachbarten geerdeten Teil der Spritzpistole entfernt, lassen sich die Ergebnisse wie folgt aufzeichnen:

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EEEKTRODEiT- SPAIT1TÜ2T& (kV)	SPEZIFISCHER WIDERSTAND DER FARBE (Megohm-cm)	ÜBERFÜHRÜITGSWIR- KlflTGSGRAD (aus Folie gewickelte Stabe)
+40	300	50 %
+39	150	60 %
+37	60	70 ?S
+32	15	75 *
+24	5	70 #
+17	2»5	63 ?δ
+12	1,5	50 1o

4·) Mit einer Spritzpistole nach den Fig. 6 und 7 mit schlitzartigen Öffnungen und ansonsten gleichen Bedingungen, ausgenommen einer Vergrößerung der Luftströmung auf 6 SCFM für eine zufriedenstellende Zerstäubung wurden Farbwiderstandswirkungsgrad—Versuche gefahren und die Ergebnisse waren ähnlich denjenigen des oben angegebenen ersten Beispiels. Es hat sich gezeigt, daß man bei minus 24 kV und einem spezifischen Widerstand der Farbe von 1,4 Megohm-Zentimeter die am meisten zufriedenstellenden Ergebnisse erhält.

- Patentansprüche: -

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Claims (8)

A 19 331 B/il The DeYilijiss Co. Patentansprüche :

1. Verfahren zum liederschlagen eines flüssigen Überzugsmaterials auf einen Gegenstand in einem System, in welchem ÜTDerzugsmaterialteilchen aus. einer flüssigen Messe durch aus einem Zerstäubungsluftstrom stammende Kräfte gebildet werden und die flüssige Masse elektrisch aufgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Yftderstand des Überzugsmaterials auf einen Wert zwischen 0,3 und 300 Megohm-Zentimeter eingestellt und die flüssige Masse auf eine solche Spannung aufgeladen wird, daß wenigstens 95 5^ des zum Gegenstand beförderten elektrischen Stromes von den aufgeladenen Überzugsmaterialteilchen und nicht mein: als 5 $> von der Luft aufgenommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand des Überzugsmaterials auf zwischen 2,5 und 150 Megohm-Zentimeter eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die an die flüssige Masse

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angelegte Spannung zwischen 12 und 40 kV liegt.

4. Verfahren nach einem, 'oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an die flüssige Masse angelegte Spannung "bezüglich des zu überziehenden Gegenstandes positiv gewählt wird·

5· Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Masse auf eine solche Spannung aufgeladen wird, daß wenigstens 99 $ des zum Gegenstand "beförderten elektrischen Stromes von den aufgeladenen Überzugsmaterialteilchen und nicht mehr als 1 # von der Luft aufgenommen werden.

6, Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden \ Ansprüche, d a du roh gekennzeichnet,

daß der die flüssige Masse zerstäubende Luftstrom gestreut wird. ■■·!..

7· Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Luftstrom eine rasche Wirbelbewegung aufgeprägt wird.

8. Verfahren nach Anspruch, 6 oder 7»ctadurph

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g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Luftstreuung durch. Expansion der luft aus langgestreckten, bogenförmigen Luftschlitzen erzeugt wird·

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