DE2022088A1

DE2022088A1 - Vorrichtung zum elektrostatischen Aufbringen von Schutzschichten aus Kunststoffpulver mittels Spritzpistole

Info

Publication number: DE2022088A1
Application number: DE19702022088
Authority: DE
Inventors: Imre Dipl-Ing Szasz
Original assignee: Graco Inc
Current assignee: Graco Inc
Priority date: 1970-05-06
Filing date: 1970-05-06
Publication date: 1971-12-02
Also published as: GB1349375A; US3698636A; CA928947A; JPS5433255B1; DE2022088C3; DE2022088B2

Description

a S.MaiOT

Dipl_e-Ing. Imre SZASZ
ST. GALLEN / SCHWEIZ

Vorrichtung zum elektrostatischen Aufbringen von Schutzschichten aus Kunststoffpulver mittels Spritzpistole

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufbringen τοη Schutzschichten aus Kunststoffpulver mittels Spritzpistole , wobei das Kunststoffpulver der Spritzpistole über eine flexible Leitung aus einem Vorratsbehälter zugeführt

Wird· .:■"■ ' ' ■.;■;■-■■■ , ■ ■ : ; ■ ■ " ' ^; "

Es ist bekannt, die Oberfläche vOn gegenüber ausseren Ein~ flüssen nicht genügend beständigem Werkstoff mit einer Kunststoffschicht zu überziehen, beispielsweise zum Schutz gegen Korrosion, Verschleiss, elektrische Durchschlage u.dgl. :.

Bei der elektrostatischen Pulverbeschiehtung wird das vorher neutrale Grleichgewicht der Pulverkörnchen verändert, wodurch die Körnchen eine elektrische Ladung erhalten. Während des Fluges von der Sprühpistole, die zumeist auch die Aufladungselektrode beherbergt, bis zum geerdeten Objekt werden die Körn chen infolge ihrer Ladung vom Objekt angezogen, lagern sich an

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diesem ab und die Pulverschicht wird durch. Wärme zu einem schützenden Kunststoffilm verschmolzen. Die elektrische Aufladung kann auf folgende Weise vorgenommen werden:

Durch Polarisationsaufladung, indem die meisten bereits vor .handenen elektrischen Schwerpunkte der Moleküle verschoben, verdreht werden (Dipole),

oder durch Ionisationsaufladung, indem dem Kunststoffmolekül mindestens ein Elektron entzogen oder zugeführt wird.

Während die Polarisationsaufladung hauptsächlich durch Reibung an der Wand der das Pulver-Luft-Gemisch führenden Teile, ausser» dem auch durch Heibung der Pulverkörnchen unter sich, zustande** kommt, erfolgt die Ionisationsaufladung der Körnchen bei Berührung einer an Hochspannung liegenden Metallelektrode oder beim Durchlaufen eines Hochspannungsfeldes. Bei der lonisationsaufladung weist das Körnchen in jeder Richtung das gleiche Potential auf, wodurch das neu ankommende Körnchen vom bereits am Objekt haftenden zurückgestossen wird. Bei der Polarisationsaufladung dagegen richtet sich der Dipol in Richtung des geerdeten Objektes, so dass das neu ankommende Pulverkörnchen vom geerdeten Objekt und den an diesem bereits haftenden Körnchen angezogen wird»

Die elektrostatische Pulverbesohichtung hat sich aus der elektro* statischen Laokbesohichtung entwickelt, bei der die Hochspannungselektrode , die die Ionisationsaufladung bewerkstelligt, im Kopf der Sprühpistole angeordnet ist« Da in Flüssigkeiten praktisch keine Heibung vorhanden 'ist, wurde hier auf die Polarisationsaufladung kein Wert gelegte Es konnte jedoch nachgewiesen werden^ dasa aur Bildung industriell brauchbarer Schichten gleichzeitig beide Aufladungsmöglichkeiten unerlässlich sind®

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Wesentliche Aufgabe der Erfindung ist es daher, vor allem eine" Vorrichtung zu schaffen, die diese beiden Aufladungsmöglich— keiten gleichzeitig zu verwirklichen gestattet. Die Erfindung erreicht dies dadurch, dass die zu -der an der Mündung mit einem , fix angeordneten Rotationskörper versehenen Pistole führende flexible Isolierleitung mit einem aus einem Torratsbehälter kommenden Pülver-Luft-Gemisch im Innern als Hochspannungselek-, trode einen dünnen, e ine starke Koronawirkung aufweis enden, an einen Hochspannungsgenerator angeschlossenen Metalldraht enthält, während die Aussenfl&che der Leitung mit einer vorzugsweise spiralförmig aufgebrachten Erdleitung zur Bildung eines Hochspan— ™ nungsfeldes versehen ist.

Zweckmässig ist die Hochspannungselektrode durch einen Sicherungsabstand von der Mühdung der Spritzpistole getrennt. In der Mündung der Spritzpistole kann ein konusförmig ausgebildeter Rotationskörper zur radialen Ablenkung des austretenden Pulver— Luft-Gemisches vorgesehen sein.

Die flexible Isolierleitung kann in einem, den Handgriff der Spritzpistole aufweisenden, bis nahe an die Mündung heranreichenden isolierenden Führungsrohr gelagert sein und dieses wiederum in einem äusseren, auf ihm längs verschiebbaren Isolierrohr, { dessen der Mündung benachbartes Ende in bezug auf die innere Konusflache des Rotationskörpers einen G-egenkonus bildet.

Der Vorratsbehälter kann an seinem Auslass mehrere parallel geschaltete Injektor-Venturi-Düsen aufweisen.

Die parallel geschalteten InjektOr-Venturi-Düsen weisen zweckmässig einen gemeinsamen Saugraum auf.

Am Auslass des Vorratsbehälters ist zweckmässig ein stufenloser Schieber vorgesehen.

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Der Vorratsbehälter ist zweckmässig nach dem Auslass zu geneigt angeordnet.

An einen Vorratsbehälter können mehrere aus Dosiersohieber, Venturidüsen, und Spritzpistolen bestehende Arbeitsgruppen angeschlossen sein.

Der Hochspannungsgenerator weist zweckmässig einen durch Konden™ sator überbrückten Zerhacker auf, der auf einen Hochspannungstransformator mit angeschlossener Kaskadenschaltung arbeitet. Der Überbrückungskondensator und der Hochspannungstransformator W arbeiten zweckmässig in Resonanzfrequenz. Die Polarität des Kaskadenausgangs kann durch Umpolen ihrer Schaltelemente veränderbar sein; sie kann auch durch Umdrehen der Kaskadengleichrichter veränderbar·sein oder auch durch Vertauschen der Kaskadengleichrichter, schliesslich auch durch Vertauschen der nicht zusammengeschalteten Enden der Kaskadengleiehrichter. Zum Vertauschen der nicht zusammengeschalteten Enden der Kaskadengleiehrichter kann eine verschiebbare Schaltstange vorgesehen sein. Schliesslich kann die Polarität des Kaskadenausgangs auch durch Verschieben eines mit einem Zusatzgleichrichter versehenen G-leichrichterblocks verändert werden.

^ Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und zwar zeigt:

Figo 1 eine schematische Darstellung des Mündungsteils einer Spritzpistole nach der Erfindung mit Ablenkkonus und Zuführungsleitung für das Pulver-Luft-Gemisch, sowie Hochspannungselektrode, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 den Mündungsteil mit verändertem Öffnungswinkel am Ablenkkonus im Schnitt,

.figβ 3 einen lotrechten Schnitt von Vorratsbehälter mit Venturidüsen-Auslass,

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,Mg. 4 den Behälter der Fig. 3 um 90° gedreht, " . * .

JIg. 5, 6, 7 Sehaltsehernen des Hochspannungsgenerators mit Abwandlungen zur Änderung der Polarität«

In Pig. 1 ist die zum Aufsprühen eines Kunststoff-Luft-Gemi- · sehes auf eine zu schützende Oberfläöhe dienende Spritzpistole lediglich mit ihrem, mit dem Handgriff 7 verbundenen Mündungs- , teil dargestellt ο Das Kunststoff-Iiuft-Gemisch 1 wird der vollkommen aus Isolierstoff bestehenden und daher völlig berührungs- und funkensicheren Spritzpistole über einen Isolierschlauch 2 "zugeführt, der in seinem Innern als Hochspannungselektrode einen (J dünnen, eine starke Koranawirkung aufweisenden Metalldraht 5 aufweist, der mit einem Sieherungsabstand 20 von etwa 30 — 40 mm vor der Mündung 5 der Spritzpistole endet«.

Die grosse Innenfläche des Isolierschlauches 2 in "Verbindung mit dem gewählten Werkstoff sorgen für die für die Polarisations-aufladung erforderliehe Reibung, während das für die Ionisa*- tionsaufladung benötigte Hochspaiinungsfeld durch die drahtfor— mige Hoehspannungselektrode 3 in Verbindung mit einer spiralförmig um den IsOlierschlauch 2 gelegten Erdleitung 4- erzeugt wird. Die spiralförmige Anordnung, gewährleistet ein gleiehmässiges und wiederholtes Durchlaufen der Pulverkörnehen durch das λ Hochspannungsfeld. Hierdurch wird die Ladung der einzelnen Pulverkörnchen gegenüber bekannten, nur eine der genannten AufIadungsmögliehkeiten ausnützenden Torrichtungen auf ein Vierfaches erhöhiio .

Vor dem Austritt des Pulver-Iiuft-G-emisehes 1 aus der Mündung 5 der Spritzpistole wird es durch einen fest angeordneten, wenigstens nach der Mündung 5 zu etwa konusförmig ausgebildeten Rdationskörper 16 radial nach aussen abgelenkt.

Das in ier Pistole gehaltene Ende der flexiblen Isolierleitung ist von zwei weiteren konzentrisch angeordneten Isolierrohren

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8, 9 aus einem harten Kunststoff umgeben, von denen das innere Rohr 8 mit dem Handgriff der Spritzpistole fest verbunden ist. Das äussere Rohr 9 ist dagegen auf dem inneren axial verschiebbar und besitzt an seinem, der Mündung 5 der Pistole zu liegenden Ende eine naoh aussen sich öffnende konusartige Ausdrehung 10, die bei axialem Verschieben de3 äusseren Rohres 9 etwa um das Mass 1 der Fig. 2 gestattet, dass die Austrittsform des Pulver-Luft-Gemisches zwischen einem gebündelten Strahl (Fig. 1) und einer breiten Kreiswolke (Fig. 2) stufenlos geändert werden kann· Hierdurch lässt sich ohne Betriebsunterbrechung die aus- ^ tretende Pulyerwolke der jeweiligen Gestalt und der Oberflächenbeschaffenheit des behandelten Gegenstandes schnell anpassen,,

Der Vorratsbehälter 12 ist schräg gestellt, so dass sich das in ihm enthaltene Kunststoffpulver 13 stets nach der tiefsten Stelle hin drängt, die als Saugraum 17 für ein Injektor-Venturi-Düsen=- System 14 dient, das das in dem Saugraum 17 befindliche Pulver— Luft-Gemisch mit grosser Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 15 in die mit derSpritzpistole verbundene flexible Isolierleitung 2 treibt _o

Zum Absperren und zur Regelung der nach dem Saugraum 17 abfliessenden Pulvermenge dient ein stufenlos einstellbarer Dosier-P schieber 18»

Der Unterdruck im Saugraum 17 und damit die abgesaugte Pulver— menge ist von der Geschwindigkeit und Menge der aus der Düse 14 ausströmenden Luft abhängig ₉ die wiederum vom Primärdruck des Luftnetzes bestimmt wird» Aus praktischen und 'wirtschaftlichen Gr-ünden darf der Netzdruek nicht über den üblichen Wert von 5-6 atü erhöht werden, so dass bei den bekannten, mit Venturi— düsen arbeitenden Pulverforderungen ein Pulverausstoss von höchstens 30 kg/h nicht überschritten werden konnte»

Der Pulverausstoss lässt sich jedoch ohne Erhöhung des Netzdruckes auf ein Vielfaches bringen, wenn entsprechend einem

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Erfindungsvorschlag statt der bisher übliehen Einzelventuridüse 14 an einem gemeinsamen Saugraum 17 mehrere parallel geschaltete Düsen 14 vorgesehen werden. Die Anordnung kann auch so getroffen werden, dass an einen Vorratsbehälter 12 mehrere jeweils aus Dosierschieber 18, Venturidüsen 14 und Spritzpistole "bestehende Arbeitsgruppen angeschlossen werden.

Der Hochspannungsgenerator der Erfindung arbeitet nach dem bekannten Zerhacker-Prinzip, indem der vom Netzgleichrichter erzeugte niedervoltige Gleichstrom von ca. 8-10 V elektronisch, magnetisch oder motorisch zerhackt 21 wird (Fig. 5). Dieser zerhackte | Gleichstrom wird durch ein Spannungsregulierendes Potentiometer 27 dem Hochspannungstransformator 22 primärseitig zugeführt, _; während sekundärseitig eine an sich bekannte, aus Kondensatoren 23, 24 und Gleichrichtern 25, 26 bestehende, ein- oder mehrstufige Vervielfachkaskade 29, 30, 31» 32 angeschlossen ist. Die Kaskade sorgt gleichzeitig für die Gleichrichtung der erzeugten Hochspannung. Der Zerhacker 21 ist mit einem Kondensator 33 überbrückt, der so ,bemessen ist, dass der Hochspannungstransfor— mat or 22 mit ihm in Resonanzfreq,uenz arbeitet, da nur in diesem Fall die geforderte Hoclispaimung entsteht.

Zwischen Ausgangspunkt 29 der Kaskade und Pistolenleitung 3 _A ist ein hochohmiger Strombegrenzungs-Widerstand 28 geschaltet.

Es gibt Pulver, die bessere Abscheidung mit positiver, andere die bessere Abscheidung mit negativer Hochspannung aufweisen. Daher haben auch die Yorriöhtungerhach der Erfindung die Möglichkeit , beide Polaritäten zu verwenden. Während die bekannten Vorrichtungen dazu zwei voneinander unabhängige, entsprechend geschaltete Hochspannungsgeneratoren benötigen, können nach der Erfindung; beirie Polaritäten mit nur einem Hochspannungsgenerator und einer Kaskade (Fig. 5) erhalten werden, indem die Kaskade umpolbar ausgebildet ist, und zwar: ·

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BAD ORIGINAL

1) durch Umdrehen der Kaskadengleichrichter 25, 26 (Pig. 5),

2) durch Wechsel der nicht zusammengeschalteten Enden 29, der Kaskadengleichrichter 25, 26 mittels Verschieben einer Schaltstange 35 (Fig. 6),

3) durch Platzwechsel der Kaskadengleichrichter 25, 26 (Mg.5),

4) durch Verschieben 36 des mit einem Zusatzgleichrichter versehenen Gleichrichterblockes 37 (Pig· 7).

PATENTANSPRÜCHEi

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Claims

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PATEiTTAIS PRÜGHE :

f 1* .Vorrichtung zum elektrostatischen Aufbringen von Schutzschich- ^-< ten aus Kunststoffpulver mittels Spritzpistole, wobei das Kunststoffpulver der Spritzpistole über eine flexible Leitung > aus einem Vorratsbehälter zugeführt wird, dadurch gekemzeiehnet, dass die zu der an der Mündung (5) mit einem fix angeordneten Rotationskörper (16) versehenen Pistole führende flexible Isolierleitung (2) mit einem aus einem Torratsbehälter (12) kommenden Pulver-Luft-Genisch (l) im Innern als Hochspannungselektrode. (3) einen dünnen, eine starke Koronawirkung aufweisenden, an einen Hochspannungsgenerator (21- 33) angeschlossenen Metalldraht (3) enthält, während die Aussenflache der Leitung mit einer vorzugsweise spiralförmig aufgebrachten Erdleitung (4) zur Biluüng eines Hochspannungsfeldes versehenist»
2. Yorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet',. dass die Hochspannungselektrode (3) durch einen Sicherungsabstand (20) von der Mündung der Spritzpistole getrennt ist·
3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mündung der Spritzpistole ein wenigstens nach der Mün- , dung zu konusförmig ausgebildeter Rotationskörper (16) zur radialen Ablenkung des austretenden Pulver-Luft-G-emisches vorgesehen ist.
4. Yorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Isolierleitung in einem, den Handgriff (7) derSpritzpistole aufweisenden, bis nahe an die . ·' Mündung (5.) heranreichenden isolierenden führungsrohr(8) gelagert und dieses wiederum in einem ausseren auf ihm längs verschiebbaren Isolierrohr (9)» dessen der Mündung (5)benachbartes Ende in bezug auf die innere Konusfläche des Rotationslrpers (16) einen Gegenkonus (ΙΟ) bildet»

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- ίο -
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrat sb ehält er (12) an seinem Auslass mehrere parallel geschaltete Injektor-Venturi-Düsen (14) aufweist.
6« Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektor-Venturi-Düsen (14) einen gemeinsamen Saugraum (17) aufweisen«
7· Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Auslass (17) des Vorratsbehälter (12) ein stufenlos einstellbarer Schieber (18) vorgesehen ist«,
8« Vorrichtung nach Anspruch 5_} dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (12) nach dem Auslass (17) zu geneigt angeordnet ist«
9a Vorrichtung nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, dass an einen Vorratsbehälter (12) mehrere aus Dosiersehieber (18), Venturi-Düsen (14) und Spritzpistole bestehende Arbeitsgruppen angeschlossen sind_o
10_βVorrichtung nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsgenerator (21 - 33) einen durch Kondensator (33) überbrückten Zerhacker (21) aufweist«, der auf einen Hochspannungstransformator (22) mit angeschlossener Kaskadenschaltung (25 - 32) arbeitet (Fig. 5h
11.Vorrichtung nach Anspruch 1 und IC, dadurch gekennzeichnet ₉ dass dex· Überbrückungskondensator (33) und der Hochspannungstransformator (22) in Resonanzfrequenz arbeiten«,

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12* Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität des Kaskadenausgangs (3) durch Umpolen ihrer Schaltelemente (23 - 26) veränderbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität des Kaskadenausganges (3) durch Umdrehen der Kaskadengleichrichter (25, 26) änderbar ist. _:
14o Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Polaritä-t des Kaskadenausganges (3) durch Vertauschen ^ der Kaskadengleichrichter (25, 26) änderbar ist. "
15» Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität des Kaskadenausganges (3) durch Vertauscheii der nicht zusammengeschalteten Enden (2.9, 30) der Kaskadengleichrichter (25, 26) veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, dass eine verschiebbare Schaltstange (3>) zum Vertauschen der nicht zusammengeschalteten'Enden (^9» 30) der Kaskadengleichrichter (25, 26) vorgesehen ist (Pig. 6).
17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass \ die Polarität des Kaskadenausganges (3)durch Verschieben eines mit einem Zusatzgleichrichter versehenen Gleichriehterbiockes (37) veränderbar ist,(Mg. 7). .

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