DE19723622A1 - Elektrostatische Pulverspritzpistole und elektrostatisches Beschichtungsverfahren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrostatische Pulverspritzpistole und auf ein Beschichtungsverfahren, das zum Dekorativbeschichten, wie beispielsweise einer durchsichtigen Deckbeschichtung eines Kraftfahrzeuges und dergleichen, verwendet wird.

Das elektrostatische Pulverbeschichten hat als ein verschmutzungsfreies Beschichtungsverfahren, das kein Lösungsmittel verwendet, aus ökologischen Gesichtspunkten Beachtung erlangt. Bei dem elektrostatischen Pulverbeschichten wird eine Pulverbeschichtung von einem Pulverbehälter zu einer Spritzpistole durch eine Einspritzeinrichtung zugeführt und aus einer in dem äußersten Ende der Spritzpistole gebildeten Düsenöffnung zusammen mit einem Übertragungsluftstrom auf einen zu beschichtenden Gegenstand gespritzt. Gleichzeitig wird sowohl eine Hochspannung an einer Elektrode der Zapfenbauart angelegt, die an dem äußersten Ende der Spritzpistole angeordnet ist, als auch der zu beschichtende Gegenstand elektrisch geerdet und eine Koronaentladung wird von der Elektrode der Spritzpistole zu dem zu beschichtenden Gegenstand erzeugt. Folglich werden, wenn die aus der Düsenöffnung gespritzten Pulverbeschichtungen den näheren Bereich der Elektrode durchtreten, die Pulverbeschichtungen durch ihre Kollision mit den durch die Koronaentladung erzeugten Ionen aufgeladen. Die somit aufgeladenen Pulverteilchen werden auf der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes beschichtet, indem sie durch den Übertragungsluftstrom und die elektrische Feldstärke entlang den Feldlinien beeinflußt werden.

Üblicherweise werden Pulverbeschichtungen mit einer durchschnittliche Teilchengröße von 30-40 µm bei dem elektrostatischen Pulverbeschichten verwendet. Jedoch ist eine somit erhaltene Beschichtungsschicht nicht so gleichmäßig wie beim Lösungsmittelbeschichten. Daher wurde ein Versuch unternommen, eine Dekorativbeschichtungsschicht mit einer ausgezeichneten Gleichmäßigkeit unter Verwendung von Beschichtungen aus feinen Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 25 µm oder weniger zu erhalten.

Jedoch wird bei einer geringeren Teilchengröße des Pulvers das Pulver verdichtet oder das Pulver kann an dem Pulverschlauch, an einer Spritzpistole und dergleichen aufgrund der nachhaltigen Beeinflussung durch die elektrostatische Kraft haften. Da es folglich schwierig ist, die Pulverbeschichtungen aus feinen Teilchen der Spritzpistole zuzuführen, ist es auch schwierig, eine Beschichtungsschicht mit einer erwünschten Gleichmäßigkeit zu bilden.

Da des weiteren viele der durch die Koronaentladung erzeugten Ionen an der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes als Pulverteilchenbeschichtung an dem zu beschichtenden Gegenstand haften, da sie freie Ionen sind, häufen sich die freien Ionen ebenfalls an der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes an. Somit entsteht ein Problem dahingehend, daß das elektrostatische Potential an der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes allmählich ansteigt, so daß dadurch die Übertragungsleistung der Pulverteilchen gesenkt wird. Wenn des weiteren die Feldstärke in einer Pulverteilchenlage zunimmt, wie vorstehend beschrieben ist, und den dielektrischen Durchbruchsfeldstärkepegel der Luft übersteigt, findet eine Schnellentladung in der Pulverteilchenlage statt, das heißt, es wird ein sogenanntes Umkehrionisationsphänomen mit einer daraus folgenden rauhen Oberfläche einer Beschichtungsschicht bewirkt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das vorstehend beschriebene Problem zu lösen und eine elektrostatische Pulverspritzpistole zu schaffen, die eine Beschichtungsschicht mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit bei einer hohen Übertragungsleistung unter Verwendung der Pulverbeschichtungen aus feinen Teilchen bilden kann.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrostatisches Pulverbeschichtungsverfahren zu schaffen, das eine Beschichtungsschicht mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit unter Verwendung der Pulverbeschichtungen aus feinen Teilchen stabil bilden kann.

Eine erfindungsgemäße elektrostatische Pulverspritzpistole zum elektrostatischen Beschichten aufgeladener Pulverteilchen auf der Oberfläche eines zu beschichtenden Gegenstandes, der elektrisch geerdet ist, weist folgendes auf:
einen Pistolenhauptkörper;
einen Innenzylinder, der an dem äußersten Ende des Pistolenhauptkörpers angeordnet ist und einen an ihm gebildeten Pulverstromdurchtritt hat;
einen Zerstäuber, der an dem vorderen Ende des Innenzylinders angeordnet ist und eine ringförmige Düsenöffnung durch ein Auseinandergehen des Pulverstromdurchtritts entlang einer konischen Fläche bildet; eine Vielzahl von Koronaelektroden, die an einem zu der Düsenöffnung konzentrischen Kreis in gleichen Abständen innerhalb der Düsenöffnung angeordnet sind;
eine Außenzylinderabdeckung, die den Innenzylinder abdeckt, um so zwischen ihr und dem Außenumfangsabschnitt des Innenzylinders eine Außenzylinderabdeckungsreinigungsluftkammer zu bilden, und die aus einem porösen Material besteht, um in die Außenzylinderabdeckungsreinigungsluftkammer eingeleitete Druckluft zu der Außenseite auszustoßen;
eine Vielzahl von Ionenfangelektroden, die an dem Außenumfangsabschnitt der Außenzylinderabdeckung angeordnet sind und elektrisch geerdet sind, um durch die Koronaentladung erzeugte freie Ionen zu fangen; und
eine Hochspannungserzeugungseinrichtung, die in dem Pistolenhauptkörper angeordnet ist, um eine Hochspannung an die Vielzahl von Koronaelektroden anzulegen.

Der Zerstäuber kann aus einem Zerstäuberhauptkörper, durch den ein Druckluftdurchtritt gebildet ist, und einer Zerstäubervorderseitenabdeckung bestehen, die eine Zerstäuberreinigungsluftkammer hat, die in dem vorderen Endabschnitt des Zerstäuberhauptkörpers und innerhalb der Düsenöffnung gebildet ist, und aus einem porösen Material besteht, um in die Zerstäuberreinigungsluftkammer eingeleitete Druckluft nach vorn auszustoßen.

Die Spritzpistole kann eine Vielzahl von Ionenfangstützelementen, die jeweils entsprechende Ionenfangelektroden stützen und einen dadurch gebildeten Druckluftdurchtritt haben, und eine Ionenfangendabdeckung umfassen, die jeweils an den Ionenfangstützelementen angebracht ist, die eine Ionenfangreinigungsluftkammer an den Ansätzen der Ionenfangelektroden bilden und die ein an ihr gebildetes Düsenloch haben, um in die Ionenfangreinigungsluftkammer eingeleitete Druckluft zu den äußersten Enden der Ionenfangelektroden auszustoßen.

Eine Wirbelstromerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Wirbelstromes in dem Pulverstromdurchtritt kann in dem Innenzylinder eingesetzt werden.

Ein erfindungsgemäßes elektrostatisches Pulverbeschichtungsverfahren zum elektrostatischen Beschichten aufgeladener Pulverteilchen auf der Oberfläche eines zu beschichtenden Gegenstandes, der elektrisch geerdet ist, weist die folgenden Schritte auf:
Erzeugen einer Koronaentladung durch Anlegen einer Hochspannung an einer Vielzahl von Koronaelektroden, die an einem zu einer ringförmigen Düsenöffnung einer Spritzpistole konzentrischen Kreis in gleichen Abständen innerhalb der Düsenöffnung angeordnet sind;
Spritzen eines Pulvers aus feinen Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 25 µm oder weniger auf einen zu beschichtenden Gegenstand aus der ringförmigen Düsenöffnung durch den Pulverstromdurchtritt, der entlang einer konischen Fläche auseinandergeht;
Entfernen der feinen Teilchen, die an der Außenfläche einer Außenzylinderabdeckung haften, die einen Außenumfangsabschnitt einer Spritzpistole abdeckt und aus einem porösen Material besteht, durch Ausstoßen von Druckluft aus dem Inneren der Außenzylinderabdeckung durch diese hindurch zu der Außenseite; und
Fangen freier Ionen, die durch die Koronaentladung erzeugt wurden, durch eine Vielzahl von Ionenfangelektroden, die an dem Außenumfangsabschnitt der Außenzylinderabdeckung angeordnet sind und elektrisch geerdet sind.

Eine Verwendung eines Pulvers aus feinen Teilchen mit einer Kugelform ist wirkungsvoll.

Das Pulver aus feinen Teilchen kann zu der Spritzpistole unter Verwendung einer Pulverzufuhrvorrichtung zugeführt werden, bei der das Innere eines Anstrichstoffbehälters in einen oberen Wirbelbettbehälter und in eine untere Luftkammer durch eine poröse Wirbeltafel geteilt ist und Druckluft, dessen Temperatur und Feuchtigkeit geregelt wird, von der Luftkammer in den Wirbelbehälter durch das poröse Material strömt und der Pulveranstrichstoff in dem Wirbelbehälter zum Verwirbeln des Pulvers gerührt wird, wodurch eine erwünschte Beschichtungsschicht an dem Fahrzeugkörper, bei dem zuvor eine Grundierschicht gebildet wurde, gebildet werden kann.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht des Aufbaus einer Spritzpistole gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Hauptabschnittes von Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht der Spritzpistole von Fig. 1;

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Wirbelstromerzeugungselementes, das bei der Spritzpistole von Fig. 1 verwendet wird; und

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Pulverzufuhrsystems, das bei einem erfindungsgemäßen elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren verwendet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer elektrostatischen Pulverspritzpistole 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Spritzpistole 100 umfaßt einen zylindrischen Pistolenhauptkörper 1 und ein Innenzylinder 2 ist an dem äußersten Ende des Pistolenhauptkörpers 1 angeordnet. Wie in der vergrößerten Ansicht von Fig. 2 deutlich gezeigt ist, besteht der Innenzylinder 2 aus einem Innenzylinderelement 3, das an das äußerste Ende des Pistolenhauptkörpers 1 gekuppelt ist, einem Innenzylinderelement 4, das an das äußerste Ende des Innenzylinderelementes 3 gekuppelt ist und einem Innenzylinderabdeckelement 5, das die Außenumfangsabschnitte dieser Innenzylinderelemente 3 und 4 abdeckt. Das Innenzylinderelement 3 hat eine rohrförmige Öffnung 6, die an seiner Mittelachse gebildet ist, und ein Pulverstromdurchtritt 7 ist ausgebildet, um mit der Öffnung 6 in Verbindung zu stehen. Andererseits hat das Innenzylinderelement 4 eine an diesem gebildete konische Öffnung 8, die mit der Öffnung 6 des Innenzylinderelementes 3 in Verbindung steht und einen Durchmesser hat, der in einer nach vorn weisenden Richtung zunimmt.

Ein Zerstäuber 9 ist in die Öffnungen 6 und 8 der Innenzylinderelemente 3 und 4 eingesetzt. Der Zerstäuber 9 hat einen Zerstäuberhauptkörper 12, der aus einem Säulenabschnitt 10 und einem mit dem Säulenabschnitt 10 gekuppelten konischen Abschnitt 11 besteht und einen Durchmesser hat, der in einer sich von dem Säulenabschnitt 10 entfernenden Richtung zunimmt. Der Säulenabschnitt 10 des Zerstäuberhauptkörpers 12 hat einen Durchmesser, der etwas kleiner als jener der Öffnung 6 des Innenzylinderelementes 3 ist und ein zylindrischer Strömungsdurchtritt 13, der mit dem Pulverstromdurchtritt 7 in Verbindung steht, ist zwischen der Außenumfangsfläche des Säulenabschnitts 10 und der Öffnung 6 des Innenzylinderelementes 3 gebildet. Andererseits ist der konische Abschnitt 11 des Zerstäuberhauptkörpers 12 etwas kleiner als die konische Öffnung 8 des Innenzylinderelementes 4 ausgebildet, wobei ein zu einer konischen Fläche geformter Strömungsdurchtritt 14, der mit dem Strömungsdurchtritt 13 in Verbindung steht, zwischen der Außenumfangsfläche des konischen Abschnitts 11 und der Öffnung 8 des Innenzylinderelementes 4 gebildet ist und eine ringförmige Düsenöffnung 15, die mit dem Strömungsdurchtritt 14 in Verbindung steht, zwischen der Außenumfangsfläche des konischen Abschnittes 11 und dem äußersten Endabschnitt des Innenzylinderabdeckelementes 5 gebildet ist. Des weiteren hat der Zerstäuberhauptkörper 12 einen Druckluftdurchtritt 16, der an seiner Mittelachse gebildet ist und an der vorderen Endfläche des konischen Abschnittes 11 geöffnet ist.

Der Zerstäuber 9 hat des weiteren eine Zerstäubervorderseitenabdeckung 17, die aus einem porösen Material besteht und an dem vorderen Ende des Zerstäuberhauptkörpers 12 angebracht ist. Die Zerstäubervorderseitenabdeckung 17 ermöglicht, daß eine Zerstäuberreinigungsluftkammer 18, die mit dem Druckluftdurchtritt 16 in Verbindung steht, zwischen diesem und der vorderen Endfläche des Zerstäuberhauptkörpers 12 innerhalb der Düsenöffnung 15 gebildet wird.

Zapfenartige Koronaelektroden 19 sind an dem vorderen Ende des Zerstäuberhauptkörpers 12 innerhalb der Düsenöffnung 15 ausgebildet und die äußersten Enden der Koronaelektroden 19 treten durch die Zerstäubervorderseitenabdeckung 17 hindurch und stehen von dem Zerstäuber 9 vor. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind acht Koronaelektroden 19 auf einem Kreis, der gegenüber der Düsenöffnung 15 konzentrisch ist, in gleichen Abständen angeordnet. Die Koronaelektroden 19 sind jeweils miteinander elektrisch verbunden, treten durch den Druckluftdurchtritt 16 des Zerstäuberhauptkörpers 12 hindurch und sind mit einer Hochspannungserzeugungseinrichtung 21 durch einen Schutzwiderstand 20 in dem Zerstäuberhauptkörper 12 verbunden.

Eine Außenzylinderabdeckung 22, die aus einem porösen Material besteht, ist an dem Außenumfangsabschnitt des Innenzylinders 2 angeordnet und eine Außenzylinderabdeckungsreinigungsluftkammer 23 ist zwischen der Außenumfangsfläche des Innenzylinderabdeckelementes 5 und der Außenzylinderabdeckung 22 gebildet.

Ein Ringelement 24 ist an dem Außenumfang des Abschnittes am äußersten Ende des Pistolenhauptkörpers 1 angeordnet und stangenförmige Ionenfangstützelemente 26 sind an dem Ringelement 24 angebracht, wobei jedes Ionenfangstützelement 26 von der Pistole nach vorn vorsteht und einen Druckluftdurchtritt 25 hat, der an seiner Mittelachse gebildet ist. Zapfenförmige Ionenfangelektroden 27 sind jeweils an den äußersten Enden der Ionenfangstützelemente 26 befestigt. Des weiteren hat jedes Ionenfangstützelement 26 eine an seinem äußersten Ende gebildete Ionenfangendabdeckung 29. Die Ionenfangendabdeckung 29 bildet eine Ionenfangreinigungsluftkammer 28, die mit dem Druckluftdurchtritt 25 an dem Ansatz der Ionenfangelektrode 27 in Verbindung steht, und hat ein durch sie hindurch gebildetes Düsenloch 28a, das die Druckluft in die Luftkammer 28 zu dem äußersten Ende der Ionenfangelektrode ausstößt. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind jeweils acht Ionenfangstützelemente 26 und Ionenfangelektroden 27 unter gleichen Abständen auf einem zu der Düsenöffnung 15 konzentrischen Kreis angeordnet. Die Ionenfangelektroden 27 sind jeweils durch ein ringförmiges elektrisches Leiterelement 30 miteinander elektrisch verbunden und mit einem Masseanschluß 32 elektrisch verbunden, der an der Rückseite des Pistolenhauptkörpers 1 durch einen Leitungsdraht in dem Pistolenhauptkörper 1 angeordnet ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist.

Ein Druckluftzufuhrrohr 33 ist in dem Pistolenhauptkörper 1 angeordnet und der Druckluftdurchtritt 16 des Zerstäuberhauptkörpers 12, die Außenzylinderabdeckungsreingangsluftkammer 23 und die Druckluftdurchtritte 25 der Ionenfangstützelemente 26 stehen jeweils mit dein vorderen Ende des Druckluftzufuhrrohres 33 in Verbindung. Das hintere Ende des Druckluftzufuhrrohres 33 ist mit einer Druckluftzufuhröffnung 34 verbunden, die an der Rückseite des Pistolenhauptkörpers 1 angeordnet ist.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein ringförmiges Wirbelstromerzeugungselement 36 an dem äußersten Ende des Innenzylinderelementes 3 des Innenzylinders 2 gebildet, um eine ringförmige Luftwirbelkammer 35 zwischen ihm und dem Innenzylinderelement 3 zu bilden. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist eine Öffnung 37, die mit der Öffnung 6 des Innenzylinderelementes 3 durchgehend verbunden ist, in der Mitte des Wirbelstromerzeugungselementes 36 gebildet und eine Vielzahl von Luftwirbeleinführöffnungen 38 sind um die Öffnung 37 herum in einer zu der Öffnung 37 tangentialen Richtung gebildet. Die Luftwirbelkammer 35 steht mit dem Strömungsdurchtritt 13 durch diese Luftwirbeleinführöffnungen 38 in Verbindung. Die Luftwirbelkammer 35 steht mit einem Luftwirbeldurchtritt 39, der an dem Innenzylinderelement 3 gebildet ist, in Verbindung und ist des weiteren mit einer Luftwirbelzufuhröffnung 40, die an der Rückseite des Pistolenhauptkörpers 1 angeordnet ist, durch ein nicht gezeigtes Luftwirbelzufuhrrohr verbunden, das in dem Pistolenhauptkörper 1 angeordnet ist.

Eine Pulverzufuhröffnung 41, die mit dem Pulverströmungsdurchtritt 7 in Verbindung steht, ist des weiteren an der Rückseite des Pistolenhauptkörpers 1 angeordnet und ein Energiezufuhranschluß 42 ist ebenfalls an ihr angeordnet, um elektrische Energie an die Hochspannungserzeugungseinrichtung 21 zu liefern.

Es ist zu beachten, daß die Zerstäubervorderseitenabdeckung 17 und die Außenzylinderabdeckung 22 aus einem porösen Material, wie beispielsweise kalziniertes Polyethylen, Teflon oder andere Arten eines porösen Harzes, bestehen. Die Innenzylinderelemente 3 und 4, das Innenzylinderabdeckelement 5, der Zerstäuberhauptkörper 12, die Ionenfangstützelemente 26, das Wirbelstromerzeugungselement 36 und ähnliche andere Elemente außer den vorstehen genannten bestehen aus einem Harz, wie beispielsweise Teflon, einem Polyethylen mit hoher Dichte oder dergleichen, so daß es dem Pulver erschwert wird, daran zu haften.

Fig. 5 zeigt ein Pulverzufuhrsystem 101 zum Zuführen eines Pulveranstrichstoffes zu der vorstehend beschriebenen Spritzpistole 100. Die Pulverzufuhrvorrichtung 101 besteht hauptsächlich aus einem Pulverbehälter 51, in dem ein Anstrichstoff 52 aus feinen Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 25 µm oder weniger und vorzugsweise 5-20 µm untergebracht ist, einer Einspritzeinrichtung 59 zum Pumpen des Pulvers 52 aus feinen Teilchen, das durch eine nachstehend detailliert beschriebene Wirbeleinrichtung verwirbelt wird, von dem Pulverbehälter 51 und zum Zuführen des mit Druck beaufschlagten Pulvers 52 zu der Spritzpistole 100 durch eine Pulverzufuhrröhre 60, einem Beschichtungsanlagensteuerpult 62 zum Steuern einer Menge eines gepumpten Pulvers durch Regeln einer an die Einspritzeinrichtung 59 zuzuführenden Luftmenge, einer Temperatur-Feuchtigkeits-Steuereinrichtung 63 zum Steuern der Temperatur und der Feuchtigkeit der bei dem Beschichtungsmaschinensteuerpult 62 und bei der Wirbeleinrichtung verwendeten Druckluft, einem Abluftlüfter 69 zum Abführen überschüssiger Luft aus der Ablaßöffnung 68 des Pulverbehälters 51 und einem Filter 70 zum Filtern der Abluft.

Nachdem die Temperatur und die Feuchtigkeit der Druckluft A, die von einer Druckluftquelle Ao zugeführt wird, durch die Temperatur-Feuchtigkeits-Steuereinrichtung 63 auf eine verhältnismäßig geringe Temperatur von 25°C oder weniger und auf eine verhältnismäßig geringe Feuchtigkeit von 50% oder weniger gesteuert sind, wird die Druckluft A sowohl zu dem Beschichtungsanlagensteuerpult 62 als auch zu jeder Einrichtung als Wirbelluft und als Luftvibratorantriebsluft zugeführt.

Der Pulverbehälter 51 ist in ein Wirbelbett 51a und in eine Luftkammer 51b durch eine poröse Tafel oder eine Leinwandfolie 51c geteilt und ein Wirbelluftzufuhrrohr 54 ist mit einer Wirbelluftzufuhröffnung 53 verbunden, die an einer Seite der Luftkammer 51b angeordnet ist. Die Strömungsmenge der Wirbelluft, dessen Temperatur und Feuchtigkeit auf verhältnismäßig geringe Höhen durch die Temperatur-Feuchtigkeits-Steuereinrichtung 63 gesteuert werden, kann durch ein Druckbegrenzungsventil 64 geregelt werden.

Eine an eine Rührschaufelstützstange 56 montierte Rührschaufel 55 ist in dem Wirbelbett 51a des Pulverbehälters 51 angeordnet. Die Rührschaufel 55 und die Rührschaufelstützstange 56 bewirken ein Rühren der Pulverteilchen 52 in dem Anstrichstoffbehälter 51, indem sie sich durch einen Rührerantriebsmotor 57 in der Richtung eines Pfeiles A7 mit einer geringen Drehzahl drehen.

Eine Vibrationseinrichtung, wie beispielsweise ein Luftvibrator 58, ist unter der Leinwandfolie 51c montiert. Die Schwingkraft des Luftvibrators 58 wird gesteuert, indem die Strömungsmenge der Luft durch ein Druckbegrenzungsventil 65 geregelt wird. Die Schwingungseinrichtung ist indes nicht auf den Luftvibrator beschränkt, sondern es kann beispielsweise auch ein elektrischer Vibrator verwendet werden.

Eine Einrichtung zur Verhinderung eines Pulverhaftens, wie beispielsweise eine Fluorharzlage ist an den Abschnitten jeder Einrichtung, die mit dem Pulver in Kontakt ist, wie beispielsweise die Innenfläche 51i des Pulverbehälters 51, die Rührschaufel 55, die Rührschaufelstützstange 56, die Innenfläche der Einspritzeinrichtung 59, die Innenfläche der Kupplungen 66 und 67, die Innenfläche der Anstrichstoffzufuhrröhre 60 und dergleichen, das heißt an den Pulverkontaktflächen, gebildet.

Die Einrichtung zur Verhinderung eines Pulverhaftens ist nicht auf das Oberflächenbehandeln durch das Fluorharz beschränkt, sondern eine Verbundüberzugsschicht, bei der die feinen Teilchen eines Fluorharzes gleichmäßig dispergiert sind und in Form eines Eutektoids vorliegen, oder eine elektrisch leitfähige Harzlage von 10¹⁰ Ω cm oder weniger kann verwendet werden.

Nachstehend wird ein elektrostatisches Pulverbeschichtungsverfahren beschrieben, bei dem die vorstehend beschriebene elektrostatische Pulverspritzpistole verwendet wird. Zunächst wird, wenn eine Hochspannung durch die Hochspannungserzeugungseinrichtung 21 aufgrund des Verbindens des Energiezufuhranschlusses 42 mit einer Energiequelle erzeugt wird und an den Koronaelektroden 19 angelegt wird, eine Koronaentladung von den Koronaelektroden 19 zu einem nicht gezeigten zu beschichtenden Gegenstand erzeugt. Gleichzeitig konzentrieren sich, da die Ionenfangelektroden 27 mit einem Massepegel hinter den Koronaentladungselektroden 19 angeordnet sind, Feldlinien der elektrischen Feldstärke an den Ionenfangelektroden 27 und viele der in dem näheren Bereich der Koronaelektroden 19 erzeugten freien Ionen bewegen sich entlang den Feldlinien der elektrischen Feldstärke und werden durch die Ionenfangelektroden 27 aufgefangen.

Nachdem die Temperatur und die Feuchtigkeit der Druckluft A, die von der Druckluftquelle Ao zugeführt wurde, durch die Temperatur-Feuchtigkeits-Steuereinrichtung 63 der Pulverzufuhrvorrichtung 101 auf eine geringe Temperatur von beispielsweise 5-25°C und auf eine geringe Feuchtigkeit von beispielsweise 50% geregelt sind, wird die Druckluft in die Luftkammer 51b von der Wirbelluftzufuhröffnung 53 durch das Wirbelluftzufuhrrohr 54 zugeführt, während ihre Strömungsmenge durch das Druckbegrenzungsventil 64 gesteuert wird. Die Druckluft A in der Luftkammer 51b tritt durch die Leinwandfolie 51c und strömt in den Wirbelbettbehälter 51a und strömt zu der Ablaßöffnung 68 weiter, während das Pulver 52 aus feinen Teilchen verwirbelt wird, und wird dann zur Außenseite der Vorrichtung durch den Ablaßlüfter 69 und den Filter 70 abgelassen.

Die Druckluft A von der Druckluftquelle Ao wird ebenfalls zu dem Luftvibrator 58 durch das Druckbegrenzungsventil 65 zugeführt. Der Luftvibrator 58 schwingt die Leinwandfolie 51c, um dadurch das Pulver 52 aus feinen Teilchen in dem Wirbelbettbehälter 51a in Schwingung zu versetzen. Die Anzahl von Schwingungen des Luftvibrators 58 wird nach Bedarf, beispielsweise bei 2000-30 000 min^-1, geeignet gewählt. Wenn der Motor 57 angetrieben wird und sich die Rührschaufel 55 in dem Wirbelbettbehälter 51a in die Richtung des Pfeiles A7 dreht, wird das Pulver 52 aus feinen Teilchen gewendet und gleichmäßig mit Luft vermischt. Die Drehzahl der Rührschaufel 55 wird nach Bedarf, beispielsweise bei 10-100 min^-1, geeignet gewählt.

Das wie vorstehend beschrieben ausreichend verwirbelte Pulver 52 aus feinen Teilchen wird der Spritzpistole 100 von der in Fig. 1 gezeigten Anstrichstoffzufuhröffnung 41 durch die Einspritzeinrichtung 59, die Kupplung 66, die Anstrichstoffzufuhrröhre 60 und die Kupplung 67 zugeführt. Des weiteren wird die Druckluft der Luftwirbelzufuhröffnung 40 der Spritzpistole 100 zugeführt.

Wenn in Fig. 2 das Pulver aus feinen Teilchen den zylindrischen Strömungsdurchtritt 13 durch den Pulverstromdurchtritt 7 erreicht, da die von dem Luftwirbeldurchtritt 39 zu der Luftwirbelkammer 35 zugeführte Luft in den Strömungsdurchtritt 13 in einer tangentialen Richtung durch die Luftwirbeleinführöffnung 38 ausgestoßen wird, wird die Trägerluft in dem Strömungsdurchtritt 13 zu einem Wirbelstrom um die Mittelachse des Strömungsdurchtritts 13 gestaltet und die Pulverteilchen kollidieren mit dem konischen Abschnitt 11 des Zerstäuberhauptkörpers 12, während sie sich in einem Luftwirbel bewegen. Durch diesen Vorgang wird der verdichtete Anstrichstoff aus feinen Teilchen aufgelockert und dispergiert und durch den Strömungsdurchtritt 14 aus der ringförmigen Düsenöffnung 15 gespritzt. Nachdem der Anstrichstoff aus feinen Teilchen durch die Ionen aufgeladen ist, die durch die Koronaentladung erzeugt wurden, wird er auf den zu beschichtenden Gegenstand, wie beispielsweise ein Fahrzeugkörper und dergleichen, auf dem eine Grundierungsschicht gebildet wurde, gespritzt, wodurch eine gleichmäßige Beschichtungsschicht erhalten wird.

Wenn ein Beschichten unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Pulvers 52 aus feinen Teilchen ausgeführt wird, wird wahrscheinlich ein Teil des aus der Düsenöffnung 15 ausgestoßenen Pulvers 52 aus feinen Teilchen in dem näheren Bereich der Zerstäubervorderseitenabdeckung 17, der Außenzylinderabdeckung 22 und der Ionenfangelektroden 27 haften. Dieses Problem wird gelöst, indem Druckluft aus der Druckluftzufuhröffnung 34 an der Rückseite des Pistolenhauptkörpers 1 durch das Druckluftzufuhrrohr 33 zugeführt wird, wobei ein Teil der Druckluft in die Zerstäuberreinigungsluftkammer 18 durch den Druckluftdurchtritt 16 des Zerstäuberhauptkörpers 12 eintritt und vor die Zerstäubervorderseitenabdeckung 17 ausgestoßen wird, die sie durchtritt. Ein Teil der Druckluft wird der Außenzylinderabdeckungsreinigungsluftkammer 23 zugeführt und zu der Außenseite ausgestoßen, indem sie durch die aus porösem Material bestehende Außenzylinderabdeckung 22 durchtritt. Des weiteren tritt ein Teil der Druckluft in die Ionenfangreinigungsluftkammer 28 ein, indem sie durch die Druckluftdurchtritte 25 der jeweiligen Ionenfangstützelemente 26 hindurchtritt, und wird an dem äußersten Ende der Ionenfangelektroden 27 aus dem Düsenloch 28a ausgestoßen. Das Pulver 52 aus feinen Teilchen wird durch das Ausstoßen der vorstehend erwähnten Druckluft herausgeblasen, so daß das Haften des Anstrichstoffes 52 aus feinen Teilchen an der Zerstäubervorderseitenabdeckung 17, an der Außenzylinderabdeckung 22 und an den Ionenfangelektroden 27 verhindert wird.

Es sollte beachtet werden, daß die Ansätze der Ionenfangelektroden 27 von der Ionenfangendabdeckung bedeckt sein kann, die aus dem porösen Material besteht, und Luft durch die Ionenfangendabdeckung ausgestoßen werden kann, ohne daß Reinigungsluft aus dem an der Ionenfangendabdeckung 29 angeordneten Düsenloch 28a ausgestoßen wird.

Obwohl der bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendete Anstrichstoff aus feinen Teilchen mit der durchschnittlichen Teilchengröße von 25 µm oder weniger durch Zerkleinern eines Pulvers mit einer größeren Teilchengröße hergestellt werden kann, haben die durch das mechanische Zerkleinerungsverfahren hergestellten Teilchen des Anstrichstoffes aus feinen Teilchen eine sehr unregelmäßige Form.

Dahingegen ist ein Verfahren zum Herstellen eines Pulveranstrichstoffes aus kugelförmigen feinen Teilchen bekannt, das ein chemisches Herstellverfahren, wie beispielsweise ein Suspensions-Polymerisations-Verfahren, ein Keimpolymerisations-Verfahren, ein Emulsions-Polymerisations- Verfahren, ein Dispersions-Polymerisations-Verfahren und dergleichen, und ein physikalisches Herstellverfahren umfaßt, wie beispielsweise ein Verfahren zum Ausbilden von Teilchen zu einer Kugelform durch deren schlagartiges thermisches Schmelzen, ein Verfahren zum Ausbilden einer Beschichtungslösung zu einer Kugelform durch Zerstäubungstrocknen, ein Verfahren zum Ausbilden von Teilchen zu einer Kugelform durch Schock beziehungsweise Stoß durch Heißluftumlauf, ein Verfahren zum Schmelzen und Zerstäuben einer Thermoplastmischung und dergleichen. Die vorstehend erwähnten kugelförmigen feinen Teilchen sind nicht auf Teilchen beschränkt, die eine perfekte Kugelform haben, sondern Teilchen mit einer annähernden Kugelform sind gleichfalls umfaßt.

Wenn das durch das vorstehend erwähnte Herstellverfahren erhaltene Pulver aus kugelförmigen feinen Teilchen bei dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren angewendet wird, wird ein Spratzen verringert, weil ein Haften des Anstrichstoffes an der Spritzpistole 100, an der Pulverzufuhrröhre 60 und dergleichen erschwert wird, und die Verwirbelung des Anstrichstoffes wird weiter verbessert, wodurch das Pulver stabiler zugeführt werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen elektrostatischen Pulverspritzpistole kann eine Beschichtungsschicht mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit erhalten werden, indem ein verdichteter Anstrichstoff aus feinen Teilchen unabhängig davon, daß ein derartiger Pulveranstrichstoff aus feinen Teilchen verwendet wird, aufgelockert und dispergiert wird. Da des weiteren eine größere Menge freier Ionen durch die Ionenfangelektroden gefangen wird, ist die sich zu dem zu beschichtenden Gegenstand bewegende Menge an freien Ionen verringert, wodurch die durch die freien Ionen verursachte Erscheinung des Umkehrionisationsphänomens verhindert wird, und es kann ein Pulverbeschichten mit ausgezeichneter Übertragungsleistung ausgeführt werden. Des weiteren kann das Haften des Pulvers an der Außenzylinderabdeckung, an der Zerstäubervorderseitenabdeckung und an den Ionenfangelektroden durch das Ausstoßen der Reinigungsdruckluft verhindert werden.

Des weiteren kann nach dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren eine Beschichtungsschicht mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit stabil erhalten werden, indem das verdichtete feine Pulver unabhängig davon, daß das Pulver aus feinen Teilchen mit der durchschnittlichen Teilchengröße von 25 µm oder weniger verwendet wird, aufgelockert und dispergiert wird.

Die durch die Hochspannungserzeugungseinrichtung erzeugte Hochspannung wird an den Koronaelektroden angelegt und das von dem Pulverstromdurchtritt zugeführte Pulver kollidiert mit dem Zerstäuberhauptkörper, während es durch die aus der Luftwirbeleinführöffnung ausgestoßene Luft in einem Luftwirbel bewegt wird und aus der Düsenöffnung ausgestoßen wird.

Nachdem das Pulver durch Ionen aufgeladen wurde, die durch die Koronaentladung erzeugt wurden, wird es auf den zu beschichtenden Gegenstand gespritzt.

Die durch die Koronaentladung erzeugten freien Ionen werden durch die Ionenfangelektroden gefangen.

Das Haften des Pulvers kann durch das Ausstoßen der Druckluft durch die Zerstäubervorderseitenabdeckung und die Außenzylinderabdeckung, die jeweils aus einem porösen Element bestehen, und durch das Ausstoßen der Druckluft aus dem Düsenloch verhindert werden.

Claims (9)

1. Elektrostatische Pulverspritzpistole zum elektrostatischen Beschichten aufgeladener Pulverteilchen auf der Oberfläche eines Beschichtungsgegenstandes, der elektrisch geerdet ist, mit:
einem Pistolenhauptkörper;
einem Innenzylinder, der an dem äußersten Ende des Pistolenhauptkörpers angeordnet ist und einen durch ihn gebildeten Pulverstromdurchtritt hat;
einem Zerstäuber, der an dem vorderen Ende des Innenzylinders angeordnet ist und eine ringförmige Düsenöffnung durch ein Auseinandergehen des Pulverstromdurchtritts entlang einer konischen Fläche bildet;
einer Vielzahl von Koronaelektroden, die an einem zu der Düsenöffnung konzentrischen Kreis in gleichen Abständen innerhalb der Düsenöffnung angeordnet sind;
einer Außenzylinderabdeckung, die den Innenzylinder abdeckt, um so zwischen der Außenzylinderabdeckung und dem Außenumfangsabschnitt des Innenzylinders eine Außenzylinderabdeckungsreinigungsluftkammer zu bilden, und die aus einem porösen Material besteht, um in die Außenzylinderabdeckungsreinigungsluftkammer eingeleitete Druckluft zu der Außenseite auszustoßen;
einer Vielzahl von Ionenfangelektroden, die an dem Außenumfangsabschnitt der Außenzylinderabdeckung angeordnet sind und elektrisch geerdet sind, um durch die Koronaentladung erzeugte freie Ionen zu fangen; und
einer Hochspannungserzeugungseinrichtung, die in dem Pistolenhauptkörper angeordnet ist, um eine Hochspannung an die Vielzahl von Koronaelektroden anzulegen.

2. Pistole nach Anspruch 1, wobei der Zerstäuber einen Zerstäuberhauptkörper, durch den ein Druckluftdurchtritt gebildet ist, und eine Zerstäubervorderseitenabdeckung umfaßt, die eine Zerstäuberreinigungsluftkammer hat, die an dem vorderen Endabschnitt des Zerstäuberhauptkörpers und innerhalb dem Düsenöffnung gebildet ist, und aus einem porösen Material besteht, um in die Zerstäuberreinigungsluftkammer eingeleitete Druckluft nach vorn auszustoßen.

3. Pistole nach Anspruch 1, die des weiteren eine Vielzahl von Ionenfangstützelementen, die jeweils entsprechende Ionenfangelektroden stützen und einen dadurch gebildeten Druckluftdurchtritt haben, und eine Ionenfangendabdeckung aufweist, die jeweils an den Ionenfangstützelementen angebracht ist, die eine Ionenfangreinigungsluftkammer an den Ansätzen der Ionenfangelektroden bilden und die ein an ihr gebildetes Düsenloch haben, um in die Ionenfangreinigungsluftkammer eingeleitete Druckluft zu den äußersten Enden der Ionenfangelektroden auszustoßen.

4. Pistole nach Anspruch 1, wobei der Innenzylinder eine Wirbelstromerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Wirbelstromes in einem Pulverstromdurchtritt umfaßt.

5. Pistole nach Anspruch 1, wobei die Außenzylinderabdeckung aus einem porösen Harz, wie beispielsweise kalziniertes Polyethylen oder dergleichen, besteht und der Innenzylinder aus einem Harz, wie beispielsweise Teflon, Polyethylen mit hoher Dichte oder dergleichen, besteht.

6. Pistole nach Anspruch 2, wobei die Zerstäubervorderseitenabdeckung aus einem porösen Harz, wie beispielsweise kalziniertes Polyethylen oder dergleichen, besteht und der Zerstäuberhauptkörper aus einem Harz, wie beispielsweise Teflon, Polyethylen mit hoher Dichte oder dergleichen, besteht.

7. Elektrostatisches Pulverbeschichtungsverfahren zum elektrostatischen Beschichten aufgeladener Pulverteilchen auf der Oberfläche eines zu beschichtenden Gegenstandes, der elektrisch geerdet ist, mit den folgenden Schritten:
Erzeugen einer Koronaentladung durch Anlegen einer Hochspannung an einer Vielzahl von Koronaelektroden, die an einem zu einer ringförmigen Düsenöffnung einer Spritzpistole konzentrischen Kreis in gleichen Abständen innerhalb der Düsenöffnung angeordnet sind;
Ausstoßen eines Pulvers aus feinen Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 25 µm oder weniger auf einen zu beschichtenden Gegenstand aus der ringförmigen Düsenöffnung durch den Pulverstromdurchtritt, der entlang einer konischen Fläche auseinandergeht;
Entfernen des Pulvers aus feinen Teilchen, das an der Außenfläche einer Außenzylinderabdeckung haftet, die einen Außenumfangsabschnitt einer Spritzpistole abdeckt und aus einem porösen Material besteht, durch Ausstoßen von Druckluft aus dem Inneren der Außenzylinderabdeckung durch diese hindurch zu der Außenseite; und
Fangen freier Ionen, die durch die Koronaentladung erzeugt wurden, durch eine Vielzahl von Ionenfangelektroden, die an dem Außenumfangsabschnitt der Außenzylinderabdeckung angeordnet sind und elektrisch geerdet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Pulver mit feinen Teilchen mit einer Kugelform verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Pulver aus feinen Teilchen zu der Spritzpistole unter Verwendung einer Pulveranstrichstoffzufuhrvorrichtung zugeführt wird, bei der das Innere eines Pulverbehälters in ein oberes Wirbelbett und in eine untere Luftkammer durch ein poröses Material geteilt ist, wobei Druckluft, dessen Temperatur und Feuchtigkeit geregelt wird, von der Luftkammer in das Wirbelbett durch das poröse Material strömt und der Pulveranstrichstoff in dem Wirbelbehälter zum Verwirbeln des Pulvers gerührt wird und wobei ein Fahrzeugkörper, bei dem zuvor eine Grundierschicht gebildet wurde, als ein zu beschichtender Gegenstand verwendet wird.