DE19525625A1 - Vorrichtung zum Aufbringen fester oder flüssiger Medien auf Oberflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach den Oberbegriff des Anspruches 1.

Zur Beschichtung von Gegenständen bzw. Oberflächen mit festen oder flüssigen Medi­ en verwendet man schon seit langer Zeit eine elektrostatische Auftragstechnik mit Hilfe von Gleichhochspannung, in dem das aufzubringende Medium direkt oder indirekt in einem elektrischen Feld aufgeladen und damit zum Niederschlag auf der gegenpoligen Oberfläche gezwungen wird.

Elektrisch neutrale Auftrags- oder Applikationsmedien werden zunächst mechanisch zerstäubt und danach in den Einfluß eines elektrischen Feldes gebracht, wobei die neutralen Medienteilchen durch die Polarität der höchsten Feldliniendichte indirekt aufgeladen und dadurch vom Gegenpol, der Oberfläche, angezogen werden. Diese Methode läßt die Beschichtung aller sogenannter elektrisch leitfähiger ebenso wie elektrisch schlecht leitfähiger Medien aus einer neutralen, geerdeten Quelle zu. Sie ist allerdings mit einem verringerten Applikations-Wirkungsgrad behaftet.

Die Methode, bei der das Applikationsmedium direkt aufgeladen wird, führt zu einer beträchtlichen Steigerung des Applikationswirkungsgrades und wird daher bevorzugt. Hierbei wird das Medium direkt einer das elektrostatische Feld erzeugenden Elektrode mit höchster Feldliniendichte zugeführt und dadurch direkt elektrisch geladen. Diese Elektrode wird in der Praxis z. B. durch einen auf Hochspannungspotential befindlichen Rotationskörper gebildet, der durch seine Rotationsgeschwindigkeit das Medium me­ chanisch und durch die auf das Medium wirkenden elektrischen Kräfte elektrostatisch zerstäubt und gleichzeitig auflädt.

Ist das Medium schlecht leitend, d. h. besitzt es einen relativ hohen elektrischen Wi­ derstand, kann es ohne Probleme aus einer geerdeten Versorgungsleitung über eine nichtmetallische Schlauchleitung der auf Hochspannungspotential befindlichen Zer­ stäubungselektrode zugeführt werden, ohne daß es zu einem elektrischen Kurzschluß kommt (siehe Berechnungen nach VDE 0147).

Ist das Medium dagegen elektrisch hoch leitfähig, z. B. ein Wasserlack, würde es bei gleichem Aufbau zu einem Kurzschluß zwischen der mit Hochspannungspotential ver­ bundenen Zerstäubungselektrode und der geerdeten Versorgungsleitung kommen, wenn das Medium eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Versorgungslei­ tung und der Zerstäubungselektrode bildet.

Um dieses zu vermeiden, sind zwei Verfahren bekannt geworden. Beim ersten Verfah­ ren verzichtet man grundsätzlich auf eine Verbindung zu einem geerdeten Zuführungs­ system und speist die Zerstäubungselektrode direkt aus einem isoliert angeordneten und auf gleichem Hochspannungspotential wie die Zerstäubungselektrode befindlichen Versorgungsbehälter. Dabei ist jedoch der Nachteil gegeben, daß durch ein Nachfüllen des Versorgungsbehälters der Applikations- oder Beschichtungsvorgang unterbrochen werden muß, um einen Kurzschluß beim Befüllen aus einem geerdeten Zuführungssy­ stem zu vermeiden.

Bei einer anderen Verfahrensmethode (siehe DE-PS 29 00 660) wird zwischen dem geerdeten Zuführungssystem und einem auf Hochspannungspotential befindlichen Versorgungsbehälter ein sogenannter Transfer- oder Pufferbehälter eingeschaltet, um wenigstens diskontinuierlich das Befüllen des Versorgungsbehälters zu ermöglichen, ohne den Applikationsvorgang unterbrechen zu müssen. Die hierzu benötigte Vorrich­ tung ist als Potentialtrenner bezeichnet. Bei diesem Potentialtrenner ist in einer oberen Ebene ein mit dem geerdeten Zuführungssystem verbundenes und nach unten ver­ schiebbares Absperrorgan vorgesehen, dessen Ausflußöffnung in einem dem Hoch­ spannungspotential entsprechenden Sicherheitsabstand über einem darunter liegen­ den Transferbehälter liegt. Dieser Transferbehälter ist gegenüber der Umgebung iso­ liert und besitzt im unteren Bereich ein ebenfalls nach unten verschiebbares Absper­ rorgan, dessen Ausflußöffnung wiederum in entsprechendem Sicherheitsabstand über einem darunterliegenden Versorgungsbehälter liegt. Auch dieser Versorgungsbehälter ist gegenüber der Umgebung isoliert angeordnet und ständig mit Hochspannungspo­ tential verbunden, damit die am gleichen Potential liegenden Zerstäuberelektroden kontinuierlich mit dem Medium versorgt werden können. Beim ersten Start ist zunächst der Transferbehälter mit dem Medium aus dem geerdeten Zuführungssystem zu befül­ len. Zu diesem Zweck werden der isoliert angeordnete Transferbehälter und eventuell in seinem Bereich liegende Metallteile über ein Schaltelement mit Erdpotential verbun­ den. Danach wird das mit Erdpotential verbundene Befüllventil des Zuführungssystems über den Transferbehälter abgesenkt und geöffnet. Wenn eine entsprechende Ni­ veausteuerung im Transferbehälter den maximalen Füllstand registriert, wird der Be­ füllvorgang beendet. Das zum Befüllen abgesenkte Befüllventil wird wieder in die Aus­ gangslage zurückgebracht und der Transferbehälter mittels des Schaltelementes mit dem Hochspannungspotential des Versorgungsbehälters verbunden. Nach dieser An­ bindung an Hochspannungspotential besteht eine Potentialdifferenz zwischen geerde­ tem Befüllventil am Zuführungssystem und dem Transferbehälter, wogegen zwischen dem Transferbehälter und dem Versorgungsbehälter selbst keine Potentialdifferenz mehr besteht. Dadurch werden eventuell am Ausflußrohr des Befüllventils des Zufüh­ rungssystems noch anhaftende oder sich bildende Mediumtropfen durch das elektro­ statische Feld elektrostatisch abgezogen und zerstäubt. Dieser Vorgang erzeugt dabei eine unkontrollierte Verschmutzung in der näheren Umgebung durch das Medium. Nach dem Anbinden des Transferbehälters an das Hochspannungspotential wird das Befüllventil des Transferbehälters über den Versorgungsbehälter abgesenkt und geöff­ net, bis eine entsprechende Niveausteuerung im Versorgungsbehälter den maximalen Füllstand registriert und dann das Befüllventil schließt. Auch hier können Probleme mit anhaftenden Tropfen bestehen.

Nach Beendigung dieses Vorgangs beginnt die Befüllung des Transferbehälters wie oben beschrieben.

Der Nachteil bei dieser Ausgestaltung besteht einerseits in dem Einsatz des Schaltele­ mentes, das durch einen von teuren, ölgefüllten Hochspannungs-Trenn-Erdungsschal­ ter mit begrenzter Lebensdauer gebildet ist; es ist eine aufwendige Steuerung der Schalter notwendig, um Fehlschalterungen und Kurzschlüsse zu vermeiden; es besteht andererseits die Gefahr von Stromstößen im Erdpotentialkreis durch schlagartiges Zu- oder Abschalten der vollen Hochspannung von kapazitätsbehafteten Transferbehälter­ bauteilen, die u. a. zur Zerstörung elektronischer Bauteile führen können; und es be­ steht das Problem, daß die Anlage durch elektrostatisch zerstäubte Mediumtropfen, die an den Befülleinrichtungen anhaften, verschmutzt werden kann.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist der US-PS 3 122 320 bekannt gewor­ den. Dabei befindet sich oberhalb eines Versorgungssystems, aus dem die eigentli­ chen Spritzdüsen zur Applikation von Medien auf Oberflächen versorgt werden, ein Transfersystem, daß gegenüber Erde isoliert ist. Wenn aus diesem Transfersystem das Versorgungssystem mit Medium befüllt wird, gelangt das Transfersystem auf Hoch­ spannungspotential und wenn der Transferbehälter des Transfersystems neu zu befül­ len ist, dann kann zwischen dem Zuführsystem und dem Transfersystem ein Kurz­ schluß auftreten; da das Transfersystem sich längere Zeit auf Hochspannungspotential befinden kann, besteht eine akute Gefährdung des Bedienpotentials.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der Eingangs genannten Art zu schaf­ fen, die gegenüber der bekannten Vorrichtung einfacher eingebaut ist, bei der Strom­ stöße im Erdpotentialkreis vermieden werden und bei der auch die Anlagenverschmut­ zung verringert wird. Außerdem soll verhindert werden, daß das Transfersystem länge­ re Zeit auf Hochspannungspotential liegen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Erfindungsgemäß also wird der Transferbehälter über einen hohen Wi­ derstand mit der Erde und mit der Hochspannungsquelle verbunden.

Hierbei wird ausgenutzt, daß das Medium selbst elektrisch leitend ist, so daß der Me­ dienstrahl vom Zuführungssystem hin zum Transferbehälter einerseits und vom Trans­ ferbehälter zum Zuführungssystem andererseits die elektrisch leitende Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten erzeugt. Wenn der Medienstrahl von dem Zu­ führungssystem in den Transferbehälter fließt, ist der Transferbehälter mit Erde ver­ bunden und über den Widerstand, der hochohmig mit einigen Gigaohm ausgebildet ist, an Erde gelegt. Nach Beendigung des Befüllvorgangs des Transferbehälters wird die­ ser durch Unterbrechung des Medienstrahls elektrisch vom Erdpotential getrennt und durch Öffnen des Befüllventils im Transferbehälter wird dieser mit dem auf Hochspan­ nungspotential befindlichen Versorgungsbehälter elektrisch leitend verbunden.

Der von dem Transferbehälter über den Widerstand fließende Strom in dem Fall, wenn der Transferbehälter den Versorgungsbehälter befüllt, liegt bei einigen wenigen Mikro­ ampere, die die Hochspannungsquelle kaum wesentlich belasten. Von Bedeutung ist, daß das Transfersystem, also das Medium und damit verbundene Metallteile nach Be­ endigung des Befüllvorgangs des Versorgungsbehälters nach relativ kurzer Zeit etwa einige Sekunden wieder auf Erdpotential liegt. Dadurch wird eine Gefährdung des Be­ dienpersonals vermieden.

Erst durch die Einfügung des Widerstandes ist es praktisch möglich, das Medium selbst zu benutzen, um das Transfersystem einerseits sicher auf Erde und andererseits sicher auf Hochspannungspotential zu legen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist den kennzeichnenden Merk­ malen des Anspruches 2 zu entnehmen. Danach besitzen sowohl der Transfer- als auch der Versorgungsbehälter je ein vertikal verschiebbares Füllrohr, das beim Befül­ len des Transferbehälters bzw. des Versorgungsbehälters so nach oben angehoben wird, daß zu Beginn des Befüllvorgangs das jeweils untere Ende des Füllrohres frei von dem Medium des zugehörigen Behälters ist. Dadurch wird erreicht, daß ein Sprit­ zen des Mediums verhindert wird.

Unterhalb des Befüllventils sowohl des Transferbehälters als auch des Zuführungs­ systems befindet sich ein Faradaykäfig, in den das obere Ende des Füllrohres des Transferbehälters bzw. des Versorgungsbehälters einführbar ist, ohne daß eine Berüh­ rung erfolgt.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dar­ gestellt wird, sollen die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere Ver­ besserungen sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung,

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 während des Befüllvorgangs des Transfer­ behälters und

Fig. 3 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 beim Befüllen des Versorgungsbehälters.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung vor einer sog. Inbetriebnahme. Die Vorrichtung, die in ihrer Gesamtheit die Bezugsziffer 10 besitzt, weist ein Zufüh­ rungssystem 11 auf, welches strichpunktiert dargestellt ist und bei 12 geerdet ist. Zum Zuführungssystem gehört eine Hallenringleitung 13 für Lack oder Spülmittel, von der eine Leitung 14 zu einem Befüllventil 15 verläuft, dem ein Ausflußrohr 16 zugeordnet ist, welches von einem faradaysehen Käfig 17 umgeben ist.

Unterhalb des Zuführungssystems 11 befindet sich ein Transfersystem 18 mit einem Transferbehälter 19, an dessen unterer Seite ein Befüllventil 20 angeordnet ist, an das sich ein Ausflußrohr 21 anschließt, dessen Ende in gleicher Weise wie das Ausflußrohr 16 von einem faradaysehen Käfig 22 umgeben ist. Innerhalb des Transferbehälters 19 ist ein Füllrohr 23 angeordnet, welches mit einer Hydraulikeinrichtung 24 in Doppel­ pfeilrichtung P auf- und abfahrbar ist. Die Hydraulikeinrichtung 24 besitzt einen Zylin­ der 25, in dem ein Kolben 26 angeordnet ist, dessen Kolbenstange 27 über einen Trä­ ger 28 mit dem Füllrohr 23 fest verbunden ist. Das Transfersystem 18 ist über eine elektrische Leitung 29 unter Zwischenfügung eines hochohmigen Widerstandes im Gi­ ga-Ohmbereich an einem Verzweigungspunkt 31 angeschlossen, der mit Erde 12 ver­ bunden ist.

Vertikal unterhalb des Transfersystems 18 ist ein Versorgungssystem 33 vorgesehen, in dem ein Versorgungsbehälter 34 eingesetzt ist, an dessen Unterseite eine Förder­ pumpe 35 anschließt, die in eine interne Kabinen-Ring- oder Stichleitung 26 einge­ schaltet ist. Von dem Versorgungsbehälter 34 wird eine nicht näher dargestellte Sprüh­ elektrode mit Fluid, also mit Medium, zur Beschichtung von Oberflächen, versorgt.

Innerhalb des Versorgungsbehälters 34 befindet sich ein Füllrohr 37, dessen Mitte­ lachse mit der Mittelachse des Füllrohres 23 und der Ausflußrohre 16 und 21 fluchtet und welches mittels einer Kolben-Zylinderanordnung 38 in Doppelpfeilrichtung P auf- und abbewegbar ist. Zu diesem Zweck besitzt die Kolben-Zylinderanordnung 38 einen Zylinder 39, in dem ein Kolben 40 auf- und abbewegbar ist, dessen Kolbenstange 41 mit einem Träger 42 verbunden ist, der die Kolbenstange 41 mit dem Füllrohr 37 ver­ bindet. Das Versorgungssystem 33 ist über eine Leitung 43 mit einem Hochspannungs­ erzeuger 32 verbunden, dessen anderes Ende an Erde gelegt ist.

In dem Zustand gemäß Fig. 2 ist der Versorgungsbehälter 34 mit Medium 50 befüllt. Es besteht nun die Aufgabe, den Transferbehälter 19 mit Medium 51 zu befüllen. Zu die­ sem Zweck wird über die Kolben-Zylinderanordnung 24 das Füllrohr 23 nach oben ge­ fahren, bis das obere Ende des Füllrohres 23 in den faradayschen Käfig 17 eingreift. Dann wird das Befüllventil 15 geöffnet und das Medium 51 fließt durch das Füllrohr 23 in den Transferbehälter, wobei durch den Strahl 52 des Mediums das Transfersystem 18 an Erde angelegt wird.

Sobald der Transferbehälter angefüllt ist, siehe Fig. 3, wird das Füllrohr 23 wieder nach unten in den Transferbehälter 19 im Transfersystem 18 von der Kol­ ben-Zylinderanordnung 24 verfahren, wobei das Zuführungssystem 11 mit dein ge­ schlossen Befüllventil 15, dem Ausflußrohr 16 und dem faradayschen Käfig 17 elek­ trisch von dem Transfersystem 18 getrennt ist und die Erde 12 nur über den Wider­ stand 30 mit dem Transfersystem 18 elektrisch leitend in Verbindung steht.

In der in Fig. 3 gezeigten Stellung ist, nachdem das Füllrohr 23 in das Transfersystem 18 hineingezogen oder gefahren worden ist, das Füllrohr 37 nach oben ausgefahren worden, soweit, bis das obere Ende in den faradayschen Käfig 22 des Transfersystems 18 eingreift, ohne den faradayschen Käfig 22 bzw. das Ausflußrohr 20 zu berühren. Sodann wird das Befüllventil 20 geöffnet und ein Mediumstrahl 53 kann nach unten in den Versorgungsbehälter 34 hineinfließen, wobei durch den Strahl 53 das Transfersy­ stem 18 auf Hochspannungspotential gebracht wird und lediglich über den Widerstand 30 ein Strom I im Mikroamperebereich fließen kann.

Damit braucht das auf Hochspannungspotential befindliche Zuführungssystem 33 nicht mehr von Hochspannungspotential freigeschaltet werden; die Zuschaltung des Trans­ fersystems auf Hochspannungspotential erfolgt mittels des Fluidstrahls 53, ebenso wie dessen Trennung, und die elektrisch leitende Verbindung des Zuführungssystems 11 mit dem Transfersystem 18 erfolgt durch den Strahl 52, wie oben angedeutet.

Sowohl das Füllrohr 38 als auch das Füllrohr 37 bestehen aus Kunststoff; der Hydrau­ likzylinder 24 bzw. 38 kann auch als Pneumatikkolben-Zylinderanordnung ausgebildet sein; von weiterer Bedeutung ist es, daß die Füllrohre 51 und 37 dann, wenn die je­ weils zugehörigen Befüllventile 15 und 20 geöffnet werden, frei von dem Spiegel des Mediums 51 bzw. 50 im Transferbehälter 19 bzw. im Versorgungsbehälter 34 sind.

Im Transferbehälter 19 und im Versorgungsbehälter 34 sind jeweils Minimal- und Ma­ ximalstandswächter angeordnet (nicht dargestellt), die jeweils signalisieren, wann ein Befüllvorgang des jeweiligen Behälter begonnen bzw. beendet werden muß.

Wenn der Behälter 34 befüllt ist, d. h., das Medium im Transferbehälter 19 in den Be­ hälter 34 übergeflossen ist, wird das Füllrohr 37 wieder nach unten in den Versor­ gungsbehälter 34 hineingefahren und die in Fig. 1 dargestellte Stellung der Vorrichtung 10 erreicht.

Eventuell vorhandene Ladungen in den einzelnen System beispielsweise durch Influ­ enz von dem über das Dielektrikum Luft getrennten, mit Hochspannungspotential ver­ bundenen Versorgungsbehälter 34 auf den Transferbehälter 19 werden mittel des Wi­ derstandes 30 gegen Erde abgeführt. Über den Widerstand 30 gleicht sich auch das Hochspannungspotential des Transfersystems nach Beendigung des Transfervorgangs an Erde aus, was aufgrund des Widerstandes, der im Gigaohmbereich liegt, innerhalb kurzer Zeit, vorzugsweise einigen wenigen Sekunden abgeschlossen ist.

Nachzutragen ist noch, daß beim Befüllen des Transferorgans der Strahl 52 elektrisch parallel zum Widerstand 30 verläuft, wogegen der Strahl 53 beim Befüllen des Versor­ gungssystems 33 in Reihe zum Widerstand 30 liegt.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Befüllen eines auf Hochspannung befindlichen Versor­ gungssystems mit einem Versorgungsbehälter in einer Anlage zum Beschichten von Oberflächen mit einem flüssigen oder festen, elektrisch gut leitenden Medium, wobei zwischen dem Versorgungsbehälter und einem ersten Befüllventil eines Zuführungs­ systems ein Transfersystem mit einem Transferbehälter vorgesehen ist, in dem das Medium aus dem ersten Befüllventil einfüllbar ist, wenn das Transfersystem sich auf Erdpotential befindet, und von dem aus das Medium in den Vorratsbehälter einfüllbar ist, wenn das Transfersystem sich auf gleichem Hochspannungspotential wie das Ver­ sorgungssystem befindet, wobei der Strahl des Mediums den Transferbehälter und damit das Transfersystem elektrisch leitend mit dem Versorgungsbehälter und damit dem Versorgungssystem verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Transfersystem (18) über einen hohen Widerstand (30), vorzugsweise im Gigaohmbereich, mit Erde verbunden ist,.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transfer- und dem Versorgungsbehälter je ein vertikal verschiebbares Füllrohr (23, 37) zugeord­ net ist, das beim Befüllen des Transferbehälters (19) und des Versorgungsbehälters (34) soweit nach oben angehoben wird, daß zu Beginn des Befüllvorgangs das jeweils untere Ende des Füllrohres (23, 34) frei von dem Medium des zugehörigen Behälters ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter­ halb des ersten Befüllventils und eines unterhalb des Transferbehälters angeordneten zweiten Befüllventil (20) im Transfersystem (18) jeweils ein faradayscher Käfig (17, 22) angeordnet ist, in den das obere Ende des Füllrohres (23) des Transferbehälters (19) bzw. des Füllrohres (37) des Versorgungsbehälters (34) einführbar ist, ohne daß eine Berührung erfolgt.