DE2048639A1 - Elektrostatische Spritzvorrichtung - Google Patents

Description

• Elektrostatische Spritzvorrichtung Die Erfindung bstrifft eine elektrostatische Spritzvorricht-und mit einer Zerstäuberdüse für flüssiges oder pulverförniges Spritzmittel und wenigstens einer, insbesondere im Düsenbereie vorgesehenen Hochspannungselektrode die über einen elektrische: Widerstand, an einer Hochspannungsquelle angeschlossen ist.
• Bei elektrostatischen Spritzvorrichtungen kommen Elektrodenspannungen von 50 bis 300.000 V sur Anwendung. Wenigsten eine Endfläche der Elektrode ist auch freiliegend vorgesehen, so daß unbeabsichtigte Kursschlüsse und Entladungen nicht ausgeschlossen werden k8nnen. Dasit sind Gefahren flir die B.-dienungspersonen verbunden, ausal in der Regel von Hand geführte Spritspistolen zur Anwandung kommen.
• Um diese Gefahren zu mindern, werden in der Regel zwischen Elektrode und Spannungszuführung hochchmige Widerstände eingeschllatet, und es ist auch bekannt, die Hochspannungsleitung selbst als Widerstandskabel aus flüssigem oder festem Halbleitermaterial aussuführen. Stets war jedoch die Elektrode selbst aus Metall gefertigt und konnte daher die gespsicherte Energie bei Unterschreiten eines bestimmten Abatandes zum Erdpotential durch Funkenentladung augenblicklich abgeben.
• Die bisherigen Besührungen zum Vermindern der Entladungsenergie haben sich daher darauf erstreckt, die Masse der Elektrode und damit deren elektrische Kapasität möglichst klein au halten. Aus diesem Grunde wird meist ein einsiger, mögli-chst dünner Elektrodendraht verwendet, der von einem rückseitigen Kontaktring durch die Spritzmittelsuführleitung über die Düsensp-itze hinausgeführt wird. Dadurch kann zwar das elektrostatisch Feld an der Elektrodenspitse konzentriert werden; die zur Aufladung mit herangezogene Berührungsfläche im Spritzmittelkanal ist jedoch verhältnismäßig klein. Vor alle aber hat der bei auswechselbaren Inisen erforderliche Kontaktring noch verhältnismäßig große Masse und Kapasität, so daß sich die Gefahr von Funkenentladung nie ganz ausschließen läßt.
• Die Erfindung verfolgt den Zweck, elektrostatischen Spritsvorrichtungen durch eine neuartige Elektrodengestaltung größer Sicherheit gegen unbeabsichtigte Entladung zu geben, und zwar geschieht dies erfindungsgemäß vor alles dadurch, daß die Elektrode selbst als elektrischer Halbleiter ausgebildet wird, der swischen einer freiliegenden Elektrodenfläche und dem Selannungsanschluß wenigstens einen Teil des elektrischen Anschlußwiderstandes bildet.
• Hier sind Masse und Kapasität der Elektrode nicht von ausschlaggebender Bedautung für die Entladung Sicherheit. Entscheidend ist vielmehr, daß durch die Halbleitereigenschaft zwar ausreichende Leitfähigkeit vorhanden ist, un an der Außenfläche der Elektrode die benötigte Hochspannung zum Aufbauen des elektrostatischen Feldes bereitssuhalten, daß ader andererseite an den Flächenteilen, von welchen eine Entladungsvorgang ausgehen könnte, die Energiesufuhr aus entfernt liegenden Elektrodenteilen durch die Widerstandseigenschaft des Elektrodennaterials derart versögert wird, daß erst bei kleineren Klektrodenabständen eine Entladung überhaupt in Frage konnt und die freigesetsten Energien durch die Kapasität derjenigen Elektrodenteile begrenst sind, die unmittelbar am die freiliegende Elektrodenfläche angrennen. Bei Versuchen mit einem nach relativ gut leitenden Halbleiterwerkstoff hat sich dann auch geseigt, daß bei sehr kleinen Elektrodenabständen lediglich ein schwacher Flammbogen, aber keine Funk en entladung auftritt.
• Der spezifische Widerstand des Elektrodenwerkstoffes sollte nach Möglichkelt zwischen 104 bis 106 Ohm/cm liegen, muß aber im Einzelfall auf die vorgesehene Elektrodenspannugn abgestimmt werden.
• Der Elektrodenwerdstoff wird zweckmäßigerweise durch einen halbleitenden Kunststoff gebildet, und zwar kann ein isolierender Kunststoff zur Anwendung kommen, der eine Leiterkomponente aus elektrischen Leiter- oder Ilalbleiterwerkstoff autweist. Die Leiterkomponente kann durch gleichmäßig ii Isoliermaterial eingebettete Partikel aus Leiter- oder Halbleiterwerkstoff gebildet werden. Sie besteht nach einen Erfindungsvorschlag aus Ruß oder Graphit, kann aber auch durch Metall, Metalloxyd, Metall salz oder eine Metallliegierung gebildet sein. Aus Widerstands- bzw. Trägerkomponente verwendet man dagegen zweckmäßigerweise einen Silikon-Kunststoff.
• Zwar ist die Elektrodenmasse hier nicht von ausschlaggebender Bedeutung, so daß nan in der Elektrodengestaltung wesentlich freier als bisher ist. Grundsätzlich kann man den ganzen Düsenteil aus balbleitendes Kunststoff herstellen und die Düsenspitse als Halbleitstungselektrode verwenden. Die Elektrode kann s. B. durch ein Spritzmittelröhrchen, eine auf einem Isolierstoffträger angebrachte Oberflächenschicht od.dglO gebildet werden. Zwischen den freiliegenden Elektrodenflächen und der bpannungszufuhr sollte Jedoch auch dabei eine bestimmte Länge mit begrenstem Querschnitt vorgesehen werden.
• Die Elektrode kann daher auch hier einen dünnen drahtföraigen Teil aufweisen, der von der freiliegenden Elektrodenfläche innerhalb eines Trägerteiles aus Isolierwerkstoff bis zu einer abgedeckten Kontaktstelle ftir die Sapnnungssufuhr verläuft.
• Wenn dieser Draht in herkönnlicher Weise innerhalb der rtipritsmittelleitung verläuft, ao wird durch den größeren zulässigen Durchmesser ebenso wie bei der Ausbildung der Spritzmittelleitung selbst als Elektrode eine größere Kontaktfläche geschaffen, die eine bessere Aufladung des Spritzmittels ermöglicht.
• Der Trägerteil, insbssondere die Sprühdose, kann in an sich bekannter Weise auswechselbar und über einen Kontaktring an die Spannungszufuhr angesohlossen werden. Zwar sind dann Masse und Kapatittät des Kontaktringes für die Entladungsgefahr ohne sonderliche Bedeutung, aber auch dabei kann der Kontaktring einen formsteifen Trägerteil aus Halbleiterwerkstoff aufweise in den ein dünner Metallring eingelassen ist, doho die Masse des Metaliringes läßt sich wesentlich verkleinern, da er seine Formbeständigkeit durch den Halbleiterträger enhält. Vorzugsweise hatnder Metallring die PÜra eine. etwa zylindrischen Reifens, der mit einer Stirnseite im Träterring verankert ist und mit der anderen Stirnseite etwas über diesen vorragt. Dort wird daher eine etwa schneidenartige Ring fläche zur Anlage für die pistolenseitig anzuordnende Kontaktfeder geboten, und der Spannungsübergang erfolgt auf der ganzen Ringfläche in den Halbleiterwerkstoff. Im Prinzip kann man natürlich einen Metallring auch ganz vermeiden, wenn eine pistolenseitig vorgesehene Kontaktfeder mit einer durch eine Schneide od.dgl.
• eng begrenzten Kontaktfläche ulittelbar an einen Ring aus Halbleiterwerkstoff angederückt wird.
• In der Zeichnung, die eine bevorzugt. Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Düsenkopfes im Längsschnitt wiedergibt, ist mit 1 ein Kopfstück beseichnet, das fest in rohrförmigen Pistolenlauf 2 einer elektrostatischen Spritspistole sitst, einen eingeschraubten Düsenteil 3 und eine aufgeschraubte Uberwurfmutter 4 als Düsenkappe trägt, Der Dtisenteil 3 ist mit seinem rückwärtigen Gewindesapfen 5 in eine Stirnbohrung 6 des Kopfteiles 1 eingeschraubt und stütst sich mit seinem Bund 7 an einer Ringsohulter 8 des Kopfteiles ab. Dadurch wird zwsichen den beiden Teilen eine Kammer 9 rEr eine Kontaktanordnung gebildet. 10 ist ein. zentrisch in die Bohrung 6 mündende Spritzmittelleitung.
• kin vorderer zentrischer Ansatz 11 des Düsenteiles 3 schließt in einer Kegelspitze 12 ab und bildet mit einer aufge-pressten oder au£eschraubten Buchse 13 durch eine dazwischen angebrachte Eindrehung eine zylindeoringförmige Spritzmitteldüse 14, deren Öffnung 15 in der gemeinsamen Kegelfläche 12, 16 der Teile 11 und 13 liegt. Der Spitzenwinkel de Kegelfläche 12, 16 beträgt 7000 An seinem hinteren Ende ist der Düsenringkanal 14 durch Querbohrungen 17 mit einer zentrischen Axialbohrung 18 verbunden, die über Bohrung 6 und Leitung 10 mit Spritzmittel versorgt wird, Mit 19 ist allgemein eine Hochspannungselektrode bezeichnet, weiden die Form eines dünnen Drahtes -¢on ca. 1 bis 1 1,5 mm Durchmesser hat und hauptsächlich in der Süsenachse bzw. der Äxialbohrung 18 verläuft. Die Elektrodenspitze ragt etwas über die Kegelfläche 12 vor und besitzt eine abgerundete oder auch angespitzte Endfläche 20. Die Elektrode ist rückseitig an einer Kontaktring 21 angeschlossen, der in der Kammer 9 test auf einer Zylinderfläche des Düsenteiles 3 sitst und dort an einer Kontakfeder 22 anliegt, die am vorderen Ende einer Hochspannungsleitung 23 angebracht ist.
• Die Teile 1 bis 3 und 13 bestehen aus isolierendem Kunststoff, die Teile 19 und 21 dagegen aus einem Halbleiterwerkstoff mit einem spezifischen elektrischen Widerstand zwischen 1O4 bis 106 Ohm/cm Der Elektrodenwerkstoff kann aus zwei Koipnentei zusammengesetzt sein, nämlich aus einer Isolierstoffkomponente und einer Leiterkomponente, die so aufeinander abgestimmt sind, daß sich der vorgenannte Widerstandswert und ein bestimmter zwischen 20 und 21 wirksamer elektrischer Widerstand ergeben, der auf die vorgesehene Hoshspannung (50 bis 300.000 Volt) abgestimmt ist. Als Leiterkomponente können z.B. Ruß oder Graphit feinverteilt in isolierendem Kunststoff vorgesehen werden, auch Metall, Metaloxyd, Metallsalz oder Metallliegierung.
• Die gezeigte Elektrode kann hier wesentlich größeren Durohmesserhaben als bei Verwendung einer metallischen Elektrode.
• Die Kontakt flächen in der Axialbohrung 18 zum Spritzmittel wird dadurch vergrößert, was eine besaere Aufladung ermöglicht.
• Das elektrostatische Feld weist dagegen keine bemerkenswerten Abweifhungen gegenüber einer Ausführung mit Metallelektrode auf, insbesondere wenn die Endfläche 20 durch eine Spitze gebildet wird. Andererseits kann bei der Halbleiterelektrede keine plötzliche Funkenentladung auftreten, weil die an der Endfläche 20 augenblicklich verfügbare Entladungsenergie beschränkt ist auf die Kapasität der dieser fläche unmittelbar benachbarten Teilo des Elektrodenmaterials, da die in den hinteren Elektrodenteilen gespeicherte Energie wegen des großeh elektrischen Widerstandes, den der Elektrodenwerkstoff selbst bietet, nicht augenblicklich zum Elektrodende hin verlagert werden kann.
• Diese Verhältnisse ändern sich auch nicht wesentlich, wenn der Kontaktring 21 aus Metall ausgeführt wird, da der Weg bis 20 unverändert bleibt. Man muß nur iür einen guten Kontakt zwischen der Elektrode und dem anschließenden Matallteil sorgen.
• All-erdings kann auch di. Kapazität in die Bereich dadurch herabgesetzt werden, daß 4n in den Halbleiterring 21 einen gesonderten metallischen Kant aktring verankert, der einen besseren Kontakt u 22 ermöglicht, wesen der Aussteifung durch 21 jedoch nur äußerst kleinen Querschnitt zu haben braucht. Die Dicke eines solchen Metallreifens ist daher mit ca. 0,1 am völlig hinrsichend, und der Kontaktschluß zu der festverlegten Feder bleibt auch bei ständigen Auswechselvorgängen unbeeinflußt. Allerdings sollte das Gewinde zwischselvorgängen unbeeindicht schließen, um ein Entreten von öpritamittal in den Raum 22 zu verhindern.
• Anstelle der geseigten Drahtelektrode kann auch jede andere geeignete Elektrodenform zur Anwendung kommen. Beispfelsweise könnte der Ringkanal 14 innen oder außen mit einer dünnen Elektrodenbuchse ausgekleidet werden, nur sollte auch dabei der Verbinder zum Kontaktring 21 wieder aus Halbleitermaterial bestehen und entsprochend geringen Querschnitt haben.
• Auch besteht die Möglichkeit das komplette Düsenteil 3 aus einem halbleitenden Werkstoff herzustellen, so daß die bei 22 anliegende Hochspannung konzentriert an der Füsenspritze austritts Die Kontakt feder 22 muß nicht unbedingt direkt mit der Hochspannungsquelle verbunden werden; an beliebiger geeigneter Stelle, insbesondere also unmittelbar anschließend im Teil 1 bzwO im Pistolenlauf oder auch im Pistolengriff kann eine weiterer Widerstand angebracht werden, wobei auch ein Teil der Hochspannungsleitung durch ein Halbleiterkabel bzw. ein Widerstandskabel gebildet sein kann. Das Wort "Halbleiter" ist im Zusammenhang mit der Elektrode vor allem auf den hohenelektrischen Widerstand des Elektrodenmaterials zu beziehen, d.h. es soll ein Werkstoff zur Anwendung kommen, der es einerseits ermöglicht, am freien Ende der Elektrode die benötigte Hochspannung aufzubauen1 der aber selbst hinrechenden elektrischen Widerstand bietet, um das Nachströnen der gespreicherten Energie von einem Teil der Elektrode zum anderen zu verzögern Diese Verzögerung muß auch beim Beginn des Spritzvorganges Berücksichtigung finden, d.h. die Spritzmittelzufuhr sollte erst mit dem durch die Aufladung bedingten Zeitverzug treigegeben werden.

Claims (13)

Patent ansprüche

1. Elektrostatische Spritzvorrichtung mit einer Zerstäuberdüse rar flüssiges oder pulverförmiges Spritzmittel und wenigstens einer, insbesondere im Düsenbereich vorgesehenen Hochspannungselektrode, die über einen elektrischen Widerstand an einer Hochspannungsquelle angeschlossen ist, d a d u r c h g e k e n n s e i c h n e t , daß die Elektrode (19) selbst als elektrischer Halbleiter ausgebildet ist, der zwischen einer freiliegenden Elektrodenfläche (20) und dem Spannungsanschluß (21,22) wenigstens einen Teil des elektrischen Anschlusswiderstandes bildet.

2. Spritvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand des Elektrodenwerkstoffes zwischen 104 - 106 Ohm/cm liagt.

3. Spritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenwerkstoff durch einen halbleitende: Kunststoff gebildet ist.

4. ßpritzvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines isolierenden Kunststoffes, der eine Ligeterkomponente aus elektrischen Laiter- oder Halbleiterwerkstoff aufweist.

5. Spritzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterkompon-ente durch gleichmäßig im Isoliermaterial eingebettete Partikel aus Leiter- oder Halble@terwerkstoff gebildet ist.

6. Spritzvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterkomponente aus Ruß oder Graphit besteht.

70 Spritzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das die Leiterkomponente durch ein Metall, Netalloxyd, Metallsalz oder eine Metalll-egierung gebildet ist,

8. Spritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Sidikon-Kunststoffes als Widerstandskomponente

9. Spritzvorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte DU tell (3) aus halbleitende: Kunststoff hergestellt ist und die Düsenapitze als Hochapaanungselektrode verwendet ist.

10. Spritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (19) einen dünnen drahtförmigen Teil aufweist, der von einer freiliegenden Elektrodenfläche (20) innerhalb eines Trägerteiles (3) aus Isolierwerstoff bis zu einer abgedeokten Kontaktstelle (21,22) für die Spannungsaufuhr verläuft.

11 Spritzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerteil (3), insbesendere die Sprühdüse in an sich bekannter Weise auswechselbar und über einen Kontaktring (21) an die Sapnnungsaufuhr angeschlossen ißt.

12. Spritzvorrichtung nach Anspruch Ii, dadurch gekennzeichnet daß der Kontakring (21) einen formsteifen Trägerteil aus Halbleiterwerdstoff aufweist, in den ein dünner Metallring eingelassen ist.

13. Spritzvorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Metallring die Form eines stwa zylindrischen Reifens hat, der mit einer Stirnseite im Trägerring verankert ist und mit der andren Stirnseite etwas über diesen vorragt.

L e e r s e i t e