DE2121986A1

DE2121986A1 - Elektrostatisches Sprühverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2121986A1
Application number: DE19712121986
Authority: DE
Inventors: Philip L. Morris Plains N.J. Cowan (V.StA.). B44c 1-00
Original assignee: ELECTROGASDYNAMICS
Current assignee: ELECTROGASDYNAMICS
Priority date: 1970-05-06
Filing date: 1971-05-04
Publication date: 1971-11-25
Also published as: GB1355075A; DE2121986C3; US3693877A; DE2121986B2; SE385549B; CA930258A; JPS5438132B1; IT944667B; FR2091315A5

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH 8 MÖNCHEN 22, Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN ,.,.^ _(08]1} ,„_i484 Pr.rer. not. W. KORBER PATENTANWÄLTE 3. Mai 1971

SE/Hi

Electrogasdynamics, Inc.
Hanover, New Jersey / V.St.A.

Patentanmeldung

Elektrostatisches Sprühverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Aufladen von zerstäubten Flüssigkeiten und zur Herstellung eines elektrostatischen Feldes, mit dem die ausgesprühten elektrisch aufgeladenen Flüssigkeitspartikel auf eine zu besprühende Oberfläche gelenkt werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des. Verfahrens.

Das elektrostatisch gelenkte Aufsprühen von Flüssigkeitspartikeln, wie beispielsweise zerstäubter Farbe auf eine Oberfläche wird in weitem Maße zum Oberflächenschutz angewendet. Bisher erforderte das elektrostatische Aufbringen von zerstäubten Flüssigkeiten die Aufrechterhaltung eines elektrostatischen Feldes zwischen der zu bedeckenden Oberfläche und dem aus Entfernung auf die Oberfläche aufzusprühenden Material. Außerdem war gleichzeitig die elektrische Aufladung der Flüssigkeitspartikel des zerstäubten

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Materials erforderlich. Obwohl man viele Behelfslösungen gefunden hat, um die erwähnten Forderungen zu erfüllen, wurde zumindest in den Fällen, wo eine Zwischenreaktion der aufzusprühenden Flüssigkeit mit der Luft erfolgte, eine Corona-Entladungselektrode in Form einer länglichen Nadel verwendet, welche unmittelbar in der Nähe oder sogar innerhalb der Zerstäubungszone angeordnet wurde. In den Fällen, wo es die elektrische Leitfähigkeit der aufzustäubenden Flüssigkeit erlaubte, hat man auch die die Flüssigkeit aussprühende Düse direkt aufgeladen. Obwohl die Anwendung einer dünnen Corona-Entladungselektrode, welche in der Nähe oder unmittelbar in der Zerstäubungszone angeordnet ist, zu einer relativ wirksamen Aufladung der versprühten Teilchen führt, die im wesentlichen unabhängig von der elektrischen Leitfähigkeit der Teilchen ist, hat doch die kommerz-ielle Anwendung dieses Verfahrens insbesondere bei der Verwendung von Spritzpistolen bisher stets deshalb einen relativ geringen Wirkungsgrad gezeigt, weil eine unerwünschte Ansammlung der auszusprühenden Flüssigkeit an der Elektrode auftrat. Außerdem wurde die physikalische Funktion der Elektrode häufig dadurch beeinträchtigt, daß sich die nadeiförmige Elektrode verbog oder sogar brach. Bin solcher Fall konnte deshalb leicht eintreten, weil die Nadelelektrode notwendigerweise frei liegen mußte.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht, ausgehend davon, daß die zerstäubten Flüssigkeitspartikel aufgeladen werden und daß ein elektrostatisches Feld erzeugt wird, in dem die Zerstäubung durch Einwirkung von Luft auf die zu zerstäubende Flüssigkeit erfolgt, darin, daß ein von einer auf einem hohen Potential befindlichen primären Corona-Entladungszone ausgehender Corona-Entladungsstrom vorzugsweise durch das zerstäubte Material gelenkt wird, daß der Corona-Entladungsstrom elektrisch isoliert von einem hohen Potential aufgefangen wird, welches Jedoch niedriger ist als das hohe Potential

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der primären Corona-Entladungszone und daß das hohe Auffangpotential: dadurch aufrecht erhalten wird, daß der aufgefangene Strom über eine tertiäre Corona-Entladungszone entladen wird, die entfernt vom elektrischen Massepotential angeordnet ist. Unter Anwendung dieser erfindungsgemäßen Lehre besteht eine verbesserte Konstruktion einer elektrostatisch arbeitenden Spritzpistole mit einer Zerstäubungsdüse, von welcher aus die Emission der Flüssigkeit hydraulisch erfolgt und mit einem außen befindlichen Zerstäubungszentrum, welches innerhalb eines aus Isoliermaterial bestehenden Kanäles angeordnet ist, darin, daß eine primäre Entladungszone innerhalb des Kanales vorgesehen ist, welche durch eine wahlweise anzuordnende primäre Corona-Entladungselektrode und ein freiliegendes Ende einer elektrisch ungebundenen Elektrode definiert ist* welche auf einem die Partikel anziehenden Potential liegt und in Flußrichtung des zu zerstäubenden Materiales hinter der primären Corona-Entladungselektrode liegt. Die elektrisch ungebundene Elektrode leitet den Strom durch das sich bewegende zu zerstäubende Material in einen Weg, der im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des zu zerstäubenden Materiales liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Nähe der Zerstäubungsdüse ein mit Luft betriebener elektrogasdynamischer Hochspannungsgenerator angeordnet, dessen Hochspannungsausgang elektrisch mit der primären Corona-Entladungselektrode verbunden ist, wobei das freiliegende Ende der elektrisch ungebundenen Elektrode so angeordnet ist, daß ein hohes Potential an dieser freiliegenden Elektrode für eine von dieser Elektrode ausgehenden tertiären Corona-Entladung aufrecht erhalten wird.

Zu den Vorteilen der vorliegenden Erfindung zählt die Verbesserung des Grades der SprUhaufladung bei kommerziell verwendbaren Geräten und die höhere Lebensdauer dieser Geräte dadurch, daß der Elektrodenverlust durch Abtragung und Bruch,

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wie er bei herkömmlichen Geräten auftritt, auf ein Minimum herabgesenki oder sogar vollkommen vermieden wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebene

Es zeigen?

Figur 1 eine Seitenansicht (teilweise geschnitten) einer ohne Luft arbeitenden Spritzpistole;

Figur 2 einen vertikalen Teilschnitt des die Flüssigkeit

aussprühenden Endes der in Figur 1 dargestellten

Spritzpistole, wobei jedoch eine andere Elektroden-Konfiguration vorgesehen ist;

Figur 3 eine Ansicht entlang den Linien 3-3 auf die in Figur 2 gezeigte Darstellung;

Figur 4 eine schematische Darstellung einer anderen Elektroden-Konfiguration, welche in Spritzpistolen der dargestellten Type verwendbar ist.

Es soll nunmehr Bezug genommen werden auf die Figur 1. Dort ist eine elektrostatisch arbeitende Spritzpistole dargestellt, die ohne Preßluft arbeitet. Diese Spritzpistole enthält einen elektrogasdynamisehen Hochspannungsgenerator, der ein integraler Bestandteil der Spritzpistole ist. Die dargestellte Konstruktion ist teilweise durch die US-Patentschrift 3 000 576 bekannt. Bei der in der erwähnten US-Patentschrift beschriebenen Spritzpistole ist eine Düse verwendet _f welche aus einer mit hoher Geschwindigkeit und niedrigem Druck fließenden Farbe oder anderen Flüssigkeit einen expandierenden kohärenten fächerförmigen Film bildet, welcher durch die Einwirkung von Luft am vorderen Ende der Düse zerstäubt wird. Das Erfindungsprinzip läßt sich in

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gleicher Weise auch auf Spritzpistolen anwenden, die mit Luftzerstäubung arbeiten. Das ist beispielsweise in der -deutschen Patentanmeldung P 19 65 667.8 beschrieben.

Die in der Figur 1 dargestellte Spritzpistole enthält einen aus Isolierstoff bestehenden rohrförmigen Teil 10, an dem ein Handgriff 12 und ein Abzug 16 befestigt sind. An dem dem Abzug gegenüberliegenden Ende des rohrförmigen Teiles 10 ist eine Zerstäuberdüse und eine Aufladeeinheit 14 angeordnet. Innerhalb des rohrförmigen Teiles 10 befindet sich ferner ein elektrogasdynamischer Hochspannungsgenerator 18. Die für seinen Betrieb notwendige Luft wird dem Generator 18 durch den Boden des Handgriffes 12 zugeführt. Desgleichen wird die von dem Generator 18 abgegebene Luft durch den Boden des Handgriffes 12 wieder abgeführt. Details des elektrogasdynamisehen Hochspannungsgenerators 18 und der von Luft unterstützten Abzugsvorrichtung sind hier nicht beschrieben, da beide nicht Gegenstand der Erfindung sind.

Die Farbe wird der Zerstäuberdüse über eine Zuführungsleitung 20 zugeführt, welche,mit einem Anschluß 22 an der Unterseite des rohrförmigen Teiles 10 verbunden ist und eine Einlaßleitung 24 aus elektrisch leitendem Material enthält. Die Flüssigkeitseinlaßleitung 24 steht in direkter Verbindung mit der Bohrung 26 eines im wesentlichen zylindrisch geformten Hülsenteiles 28, das am vorderen Ende· des rohrförmigen Teiles 10 sitzt und aus leitendem Material besteht. Das Hülsenteil 28 dient zeitweise als Flüssigkeitsreservoir. In das vordere Ende des Hülsenteiles 28 ist ein leitendes Ventilteil 30 eingeschraubt, das mit einer länglichen Bohrung 32 versehen ist. Der Durchmesser der Bohrung 32 ist genügend groß, um einer hindurchströmenden Flüssigkeit nur einen geringen Widerstand entgegenzusetzen. Vor dem Ventilteil 30' sitzt ein Düsenteil 36, welches über ein Dichtungsteil 34

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in Verbindung mit dem Ventilteil 30 steht. Das Dichtungsteil 34 ist mit einer Durchtrittsöffnung 38 versehen, deren Durchmesser geringer als der Durchmesser der Bohrung 32 ist. Die Durchtrittsöffnung in dem Dichtungsteil 34- und die Bohrung 32 fluchten miteinander. Die Durchtrittsöffnung in dem Dichtungsteil 34 mündet in eine Kammer 40, welche vorn durch eine speziell geformte Düse 42 abgeschlossen ist. Die Düse 42 steuert die Form der ausgesprühten Flüssigkeit. Die Form der ausgesprühten Flüssigkeit ist,im wesentlichen die eines flachen fächerförmigen Filmes oder eines kohärenten Hohlkonus o.a. Diese Form kommt durch die Einwirkung von Luft hinter der Düse 42 zustande. Die Flüssigkeit wird dadurch in kleine Tröpfehen zersprüht. Der allgemeine Bereich, innerhalb dem der ausgespritzte kohärente Flüssigkeitsfilm in diskrete Tröpfchen umgewandelt wird, wird nachfolgend als "Zerstäubungsbereich" bezeichnet.

Das Düsenteil 36 fluchtet in Längsrichtung mit dem Dichtungsteil 34 und dem Ventilteil 30. Außerdem bildet das Düsenteil 36 mit dem Dichtungsteil 34 eine druckdichte Verbindung. Das Ventilteil 30, das Dichtungsteil 34 und das Büsenteil 36 werden durch ein becherförmiges Teil 44 zusammengehalten, welches bei 46 auf das vordere Ende des Hülsenteiles 28 geschraubt ist.

Der Fluß durch die oben erwähnte Düsenanordnung wird durch eine in dem Hülsenteil 28 verschiebbare Ventilnadel 48 gesteuert, deren vorderes Ende 50 durch eine Feder 52 gegen den Eingang 32 des Vsntilteiles 30 gedrückt wird, so daß die Bohrung 32 abgedichtet ist. Die Ventilnadel 48 erstreckt sich nach hinten durch einen an der Rückseite der Bohrung 26 angeordneten Dichtungsring 54 und ist an ihrem Ende mit einer Verbiisdungsstang® 56 aus Isoliermaterial verbunden. Die Verbindungsstange 56 ist innerhalb der Bohrung 58 in dem rohrförmigen Teil 10 der Spritzpistole verschieblich gelagert. Es ist

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ferner ein weiterer Dichtungsring 60 vorgesehen, welcher verhindert, da8 ein Teil der zu versprühenden Flüssigkeit zwischen der Stange 56 und der Wand der Bohrung 58 hindurchtritt. Das hintere Ende der Stange 56 ist mit einem stabförmigen Betätigungselement 64 verbunden, welches eine Komponente des Abzugs bildet. Die Verbindung zwischen dem hinteren Ende der Stange 56 und dem stabförmigen Betätigungselement 64 erfolgt durch ein isolierendes Kopplungselement 62, welches innerhalb einer vergrößerten Bohrung 66 in dem rohrförmigen Teil 10 gelagert ist und koaxial mit der Bohrung 58 verläuft.

Bei Betätigung des Abzuges 16 werden das stabförmige Betätigungselement 64, das Kopplungselement 66, die Verbindungsstange 56 und die Ventilnadel 48 entgegen der Vorspannkraft der Federn 52 und 70 zurückgezogen. Dadurch wird die Öffnung der Bohrung 32 in dem Ventilteil 30 freigegeben. Die unter hohem Druck stehende Flüssigkeit fließt aus dem Reservoir durch die Bohrung 32 und wird in der Durchtrittsöffnung 38 in dem Dichtungsteil 34 beschleunigt, wobei sich der Druck absenkt. Die Beschleunigung und Druckabsenkung erfolgt infolge des geringen Durchmessers der Durchtrittsöffnung 34. Der mit hoher Geschwindigkeit strömende und unter niedrigem Druck stehende Flüssigkeitsstrahl tritt dann durch die mit der zu versprühenden Flüssigkeit gefüllte Kammer 40 in das Düsenteil 36 ein und trifft dabei auf den die Düse 42 definierenden Bereich. Durch die Düsenöffnung tritt der Strahl dann weiterhin hindurch. Wie zuvor ausgeführt wurde, ist die Düs,e 42 vorzugsweise so geformt, daß die ausgespritzte Flüssigkeit die Form eines kohärenten flachen fächerförmigen Filmes oder eines Hohlkonus hat. Die ein kurzes Stück hinter der Düse auf den in der erwähnten Weise geformten Flüssigkeitsfilm einwirkende Luft bewirkt, daß die Flüssigkeit in diskrete Tröpfchen umgewandelt wird.

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Die Einlaßleitung 24,'das Hülsenteil 28, das Ventilteil 30, V die Ventilnadel 48, das DUsenteil 36 und das becherförmige Teil 44 bestehen aus elektrisch leitendem Material und werden auf,ein hohes, vorzugsweise negatives elektrisches Potential aufgeladen. Die Aufladung erfolgt über den Leiter 72, der in das aus Isolierstoff bestehende rohrförmige Teil 10 der Spritzpistole eingebettet ist. Der Leiter 72 ist mit dem Hochspannungsausgang oder der Kollektor-Elektrode 74 des elektrogasdynamischen Generators 18 verbunden. Auf das vordere Ende der Spritzpistole ist wegen des hohen Potentials der Komponenten der Düsenanordnung ein becherförmiges isolierteil 76 an der Stelle 78 auf einen Rohrfortsatz 80 aufgeschraubt, der ebenfalls aus Isoliermaterial besteht. Das becherförmige Isolierteil 76 soll die Komponenten der Düsenanordnung am vorderen Ende der Spritzpistole einhüllen. Das Teil 76 enthält eine relativ enge Durchtrittsöffnung 82, welche koaxial mit der Düse 42 fluchtet. Die Durchtrittsöffnung 82 ist so lang, daß sie sich etwas über den Zerstäubungsbereich hinaus erstreckt. Außerdem hat die Durchtrittsöffnung 82 einen so großen Durchmesser, daß die Wände der Durchtrittsöffnung nicht im Bereich des von der Düse 42 ausgespritzten Flüssigkeitsstrahles liegen. Dadurch wird ein unerwünschtes Bedecken der Innenseite der Durchtrittsöffnung 82 mit dem flüssigen Material vermieden.

Innerhalb der in dem becherförmigen Isolierteil 76 befindlichen Durchtrittsöffnung 82 ist eine primäre Corona-Entladungselektrode 84 angeordnet, deren eines Ende 86 in elektrischem Kontakt mit dem Düsenteil 36 steht. Das erwähnte Ende 86 hat eine nadeiförmige Gestalt und ragt in die Durchtrittsöffnung 82 an einer Stelle hinein, die zwischen dem Flüssigkeitsaustritt (Düse 42) und dem Zerstäubungsbereich liegt* Der hervorstehende Teil 88 der primären Corona-Entladungselektrode erstreckt sich jedoch nur ein kurzes Stück in die Durchtrittsöffnung 82, so daß er nicht im Bereich der ausgespritzten Flüssigkeit liegt. Da die primäre Corona-

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Entladungselektrode 84 über die leitenden Elemente der Düsenanordnung in elektrischem Kontakt mit dem Hochspannungsausgang, vorzugsweise dem negativen Hochspannungsausgang, des elektrogasdynamischen Generators steht, erfolgt von dem hervorstehenden Ende 88 dieser Elektrode eine negative Corona-Entladung zu der austretenden Flüssigkeit.

Innerhalb des becherförmigen Isolierteiles 76 ist ferner eine zweite elektrisch ungebundene Elektrode angeordnet, die mit der Bezugsziffer 90 bezeichnet ist. Die elektrisch ungebundene Elektrode weist ein erstes frei-liegendes Ende 92 auf, welches in die Durchtrittsöffnung 82 an einer Stelle hineintragt, die, in Strömungsrichtung gesehen, dicht hinter dem Ende 88 der ersten Corona-Entladungselektrode 84 liegt. Außerdem liegt diese Stelle dem frei-fliegenden Ende 88 der primären Corona-Entladungselektrode 84 etwa diametral gegenüber. Das frei-liegende Ende 92 der elektrisch nicht gebundenen Elektrode kann plattenförmig geformt sein und flach an der Innenseite des Durchtrittskanals 82 anliegen; dieses Ende 92 kann aber auch eine nadeiförmige Konfiguration haben und sich in den Durchtrittskanal 82 hineinerstrecken. Im letzteren Fall sollte das frei-liegende Ende 92 der elektrisch ungebundenen Elektrode sich nur ein kurzes Stück in den Durchtritt skanal 82 hineinerstrecken, so daß es nicht direkt von der ausgespritzten Flüssigkeit kontaktiert wird. Die oben angegebene Anordnung des ersten frei-liegenden Endes 92 bewirkt, daß mindestens ein wesentlicher Teil des Corona-Entladestromes von dem frei-liegenden Ende 88 der primären Corona-Entladungselektrode 84 quer durch die ausgespritzte Flüssigkeit zu dem frei-liegenden Ende 92 der'elektrisch ungebundenen "Elektrode 90 geleitet wird. Wenn das frei-liegende Ende 92 der elektrisch ungebundenen Elektrode 90 eine nadeiförmige Konfiguration hat, so kann ein relativ helles Glühen um das frei-liegende nadeiförmige Ende 92 nächst dem vorbeigespritzten flüssigen Material.beobachtet werden.

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Dieses Glühen beruht auf einer induzierten positiven Corona-Entladung, welche ihre Ursache in dem Vorhandensein des negativ geladenen Endes 88 der primären Corona-Entladungselektrode 84 und dem von dieser Elektrode ausgehenden, oben beschriebenen Stromfluß hat. Obwohl die positiven Ionen, die das Ergebnis dieser induzierten sekundären Corona-Entladung sind, ^s theoretisch einige der negativen Ladungen neutralisieren sollten, welche über den Anschluß 88 der primären Corona-Entladungselektrode in das zu zerstäubende Material gelangen, ist insgesamt eine Erhöhung der effektiven Aufladung infolge der Wirkung des frei-liegenden Anschlusses der elektrisch ungebundenen Elektrode 90 festzustellen, Von der Primär-Corona-Entladungselektrode geht ein Entladungsstrom aus, dessen Richtung im wesentlichen rechtwinklig zu der Strömungsrichtung der bereits zerstäubten Flüssigkeit und/oder des kohärenten Filmes der ausgespritzten, noch unzersprühten Flüssigkeit verläuft.

Wie man der Figur 1 entnehmen kann, ragt das andere Ende der elektrisch ungebundenen Elektrode 90 am hinteren Ende des becherförmigen Isolierteiles 76 heraus und liegt dort frei. Dieses Ende hat ebenfalls eine nadeiförmige Konfiguration. Der oben beschriebene Corona-Entladestrom fließt von dem freiliegenden Ende 88 der primären Corona-Entladungselektrode durch den Stromweg der Flüssigkeit und wird von der elektrisch ungebundenen Elektrode 90 aufgenommen. Von dem zweiten freiliegenden, Ende 94 der elektrisch ungebundenen Elektrode 90 geht dann eine tertiäre Corona-Entladung aus, welche praktisch einem Stromfluß nach Masse gleich kommt. Diese von dem zweiten frei-liegenden Ende 94 der elektrisch ungebundenen Elektrode-90 ausgehende tertiäre Corona-Entladung ermöglicht es, wenn das Ende 94 geeignet angeordnet ist, ein hohes Kollektorpotential an der elektrisch ungebundenen Elektrode aufrechtzuerhalten, welches jedoch geringer ist als das Potential an der Primär-Corona-Entladungselektrode 84.

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-Um sicherzustellen, daß die'Kontinuität des direkten Überganges des Hauptteiles des Corona-Entladestromes von der Primär-Corona-Entladeelektröde 84 durch das ausgespritzte Material zu der elektrisch ungebundenen Slektrode 90 aufrecht erhalten bleibt und daß außerdem zwischen der Spritzpistole und dem Werkstück ein elektrisches Feld hoher Feldstärke erzeugt wird, das dazu dient, die ausgesprühten Tröpfchen auf das Werkstück zu lenken, sohlte das entblößte Ende 94 der elektrisch ungebundenen Elektrode 90 in Bezug auf Masse so angeordnet werden, daß die dazwischen liegende Potentaildifferenz wesentlich größer als die Potentialdifferenz zwischen der Primär-Corona-Entladungselektrode 84 und der elektrisch ungebundenen Elektrode 90 ist. Mit anderen Worten bedeutet das, daß das zweite frei-liegende Ende 94 in Bezug auf die elektrische Masse so angeordnet sein sollte» daß die Impedanz dazwischen wesentlich größer als die Impedanz zwischen der Primär-CoFona-Entladungseletetroae 84 und der elektrisch ungebundenen Elektrode 90 ist. In kommerziellen Geräten, die nach diesem Erfindungsprinzip arbeiten, sollte der Abstand zwischen dem zweiten frei-liegenden Ende 94 der elektrisch ungebundenen Elektrode 90 zu dem nächst ,liegenden elektrischen Massepunkt, der beispielsweise von dep. aetallisehen Handgriff 12 gebildet sein kann, wenn dieser auf Masse liegt, nicht weniger als 10 % des Abstandes zwischen dem frei-liegenden Ende 94 und dem zu besprühenden Werkstück sein.

In der dargestellten Ausführungsform arbeitet der elektro- ϊ gasdynamische Generator 18 als Stromquelle, welche einen : konstanten Strom abgibt, wobei der Strompegel von dem Druck : der dem Generator 18 zugeführten Betriebsluft abhängt» Die Betriebsspannung am vorderen Ende der Spritzpistole hängt im wesentlichen von dem Produkt des von dem elektrogasdynamischen Generator 18 abgegebenen Stromes und der Gesamtimpedanz der kombinierten Elektrodenanordnung gegenüber Masse ab. Die ' Betrieb*- ^:pannung kann daher in weitem Maße in Abhängigkeit .von der dem elektrogasdynamischen Generator 18 zugeführten

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Druckluft schwanken. Außerdem hängt die Betriebsspannung von dem Abstand des vorderen Endes der dargestellten Spritzpistole gegenüber dem auf Masse liegenden Werkstück und dem auf Masse liegenden Handgriff 12 ab. Es können auch andere Methoden zur Aufrechterhaltung einer hohen Impedanz zwischen dem freien Ende 94 der elektrisch ungebundenen Elektrode und Masse mit gleicher Effektivität angewendet werden. Beispielsweise ist es möglieh, zwischen das Ende 94 und Masse einen Multi-Megohm- Widerstand einzuschalten. Die zuvor beschriebene Corona-Entladungstechnik ermöglicht eine kompakte Vorrichtung und funktioniert auch dann, wenn die Druckluftbedingungen für den elektrogasdynamischen Generator schwanken.

Um die zuvor beschriebene hohe Impedanz aller auf hohen Potentialen liegenden Komponenten gegenüber Masse aufrechtzuerhalten, ist eine Verlängerung der möglichen LEckstromwege zwischen der Ventilnadel und den leitenden Elementen des Abzuges erwünscht. Aus diesem Grunde ist das in spezieller Weise geformte Kopplungsteil 62 eingeführt worden. Das Kopplungsteil 62 ist mit einem länglichen Hülsenteil 100 versehen, deren Innenraum mit 102 bezeichnet ist. Der Innenraum ist so dimensioniert, daß darin eine längliche Isolierhülse 104 Platz findet, deren vorderes Ende an der Stelle 106 integraler Teil des rohrförmigen Teiles ist. Man erkennt, daß der mögliche Leckstromweg vom hinteren Ende der leitenden Ventilnadel 48 zu den leitenden Teilen der Abzugseinheit über die gesamte Länge der aus Isolierstoff bestehenden Verbindungsstange 56, die Innenseite der Hülse 100 und die gesamte Länge der Bohrung 66 von dem vorderen Ende der Hülse 100 bis zu dem nächsten leitenden Element in der Trägereinheit führt.· Die vergrößerte Luftspaltlänge, die sich durch den verlänger-, ten Leckstromweg ergibt, trägt zu der Aufrechterhaltung einer hohen Impedanz zwischen allen, auf einem hohen Potential liegenden Teilen der Ladeeinheit und Masse bei.

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Die Figuren 2 und 3 zeigen eine Alternativkonstruktion zu dem becherförmigen Isolierteil und den damit verbundenen Elektroden. Die einzelnen Elemente in den Figuren 2 und 3» welche bestimmten Elementen der Figur 1 entsprechen, sind jeweils mit einer um 100 höheren Bezugsziffer bezeichnet. Das becherförmige Isolierteil 176, das in den Figuren 2 und 3 das vordere Ende der Spritzpistole definiert, weist einen relativ schmalen Durchtrittskanal 182 auf, in den das eine Ende 188 einer nadeiförmigen Primär-Corona-Entladungselektrode 184 ■ ragt. Das becherförmige Isolierteil 176 weist einen nach vorn vorstehenden Ansatz 200 auf, welcher den Hauptteil der elektrisch ungebundenen Elektrode 190 enthält. Das eine freie Ende 192 der elektrisch ungebundenen Elektrode 190 hat entweder Platten- oder Nadelform und ragt in den Durchtrittskanal 182 an einer Stelle hinein, welche in Spritzrichtung kurz hinter dem frei-liegenden Ende 188 der primären Corona-Entladungselektrode 184 liegt. Außerdem liegt das freie Ende der elektrisch ungebundenen Elektrode bezüglich des Durchtrittskanales 182 etwa diametral gegenüber dem freien Ende der primären Corona-Entladungselektrode 184. Im Gegensatz zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist das zweite nadeiförmige Ende 194 der elektrisch ungebundenen Elektrode 190 nach vorn gerichtet und erstreckt sich neben dem vorstehenden Ansatz 200 gegen das zu begrünende Werkstück hin. Bei dieser Anordnung verläuft also das.die tertiäre Corona-Entladung bewirkende Ende 194 der elektrisch ungebundenen Elektrode 190 nächst dem expandierenden Strahl der zerstäub- j ten Flüssigkeit, und zwar vor dem Bereich, in dem die Zerstäubung erfolgt. Die von diesem Ende ausgehende Corona-Entladung, bei der die gleichen Polaritätsverhältnisse vorliegen, · wie bei der von der primären Corona-Entladungselektrode 184 ausgehenden Corona-Entladung, dient dazu, die Ladung der Flüssigkeit noch zu erhöhen, welche bereits beim Hindurchtreten zwischen den Elektroden 188=und 192 in dem Durchtrittskanal 182 teilweise aufgeladen worden ist.

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Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform, welche von dem Erfindungsprinzip Gebrauch macht. Hier sind ähnliche Elemente, wie in der in Figur 1. beschriebenen Ausführungsform, verwendet. Aus diesem Grunde wurden die entsprechenden Bezugsziffern um 200 erhöht. Die Primär-Corona-Entladungselektrode 284 ist hier mit dem negativen Pol einer Hochspannungsquelle verbunden, und zwar über ein eine Flüssigkeit ausstrahlendes Düsenteil 286. In unmittelbarer Nähe des frei-liegenden Endes der primären Corona-Entladungselektrode 284, jedoch in Spritzrichtung dahinter, befindet sich das freie Ende 292 einer elektrisch ungebundenen Elektrode 290. Das freie Ende. 292 der elektrisch ungebundenen Elektrode 290 liegt dabei in Bezug auf den Flüssigkeitsstrahl dem freien Ende der primären Corona-Entladungselektrode 284 gegenüber. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch das zweite frei-liegende Ende 294 der elektrisch ungebundenen Elektrode 290 in Spritzrichtung stromabwärts in unmittelbarer Nähe des Flüssigkeitsstrahles angeordnet. Dem frei-liegenden Ende 294 der elektrisch ungebundenen Elektrode 290 bezüglich des Flüssigkeitsstrahles diametral gegenüberliegend ist das erste frei-liegende Ende 300 einer zweiten elektrisch ungebundenen Elektrode 302 angeordnet. Das zweite Ende 304 der zweiten elektrisch ungebundenen Elektrode 302 emittiert eine Corona-Entladung. Dieses Ende 304 ist in Spritzrichtung stromabwärts angeordnet und gegen das zu besprühende Werkstück gerichtet.

Man erkennt also, daß die erfindungsgemäße Konstruktion so gewählt ist, daß der Hauptteil des Corona-Entladungsstromes in unmittelbarer Nähe des Zerstäubungsbereiches durch die ausgespritzte Flüssigkeit geleitet wird. Dadurch erfolgt eine verstärkte Aufladung der zerstäubten Flüssigkeitspartikel. Außerdem bildet sich ein elektrostatisches Feld heraus, wel-r ches die Flüssigkeitspartikel auf die zu besprühende Fläche lenkt. Für einen optimalen Betrieb müssen die in die Durch-

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trittskanäle 82, 182 ragenden freien Enden der Elektrodenelemente genügend dicht an der die Flüssigkeit ausstoßenden Düse 42, 142 angeordnet sein, so daß infolge der kinetischen Energie des ausgestoßenes Flüssigkeitsstrahles ein elektrostatisches Festsetzen von Flüssigkeitsteilchen an den Elektroden vermieden wird» Obwohl die spezielle Anordnung der Elektrodenenden zu einem großen Teil von den Eigenschaften der auszusprühenden Flüssigkeit und den Betriebsparametern des Systems abhängt, haben Experimente gezeigt, daß das frei-liegende Ende der primären Corona-Entladungselektrode vorzugsweise zwischen der die Flüssigkeit ausstoßenden Düse und dem Zerstäubungsbereich angeordnet werden sollte. DAbei sollte von der Düse eine Entfernung von etwa einem Zentimeter (3/8 Zoll) eingehalten werden. In den meisten Fällen ergab sich ein optimales Ergebnis, wenn das frei-liegende Ende der primären Corona-Entladungselektrode etwa 0,3 cm (1/8 Zoll von der die Flüssigkeit ausstoßenden Düse angeordnet wurde,

Das Erfindungsprinzip bringt nicht nur den Vorteil mit sich, daß die Aufladung der FlüssigkeitspartiLel mit einem hohen Wirkungsgrad erfolgt und daß ein entsprechendes elektrostatisches Feld aufgebaut wird, welches die Flüssigkeitspartikel auf die zu besprühende Oberfläche lenkt, sondern die Anwendung des Erfindungsprinzipes führt auch zu einer Konstruktion, welche eine selektive Anordnung der Elektroden in einem Gehäuse aus nicht-leitendem Material zuläßt, wobei dieses Gehäuse eine Beeinträchtigung der Funktion der nadeiförmigen Elektrodenteile durch Abtragung oder Bruch auf ein Minimum reduziert oder sogar völlig verhindert.

Ansprüche:

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Claims

An.sprüche

•Λ '

(1 .!Verfahren zum elektrostatischen Besprühen einer Oberfläehe mit einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit zunächst in Form eines kohärenten Strahles hydraulisch durch einen Zerstäubungsbereich gedrückt wird, wo der kohärente Flüssigkeitsstrahl -durch die Einwirkung von Luft in einen aus Flüssigkeitströpfchen bestehenden Strahl umgewandelt wird, daß mindestens ein wesentlicher Teil eines von einer Hochspannungsquelle ausgehenden Corona-Entladungsstromes durch den aus Flüssigkeitströpfchen bestehenden Strahl etwa quer zu dessen Sprührichtung geleitet wird, daß der erwähnte wesentliche Teil des Corona-Entladungsstromes an einer gegenüber der elektrischen Masse isolierten Stelle aufgefangen wird, die auf einem hohen Auffangpotential liegt, das jedoch niedriger als das Potential der Hochspannungsquelle ist, und daß das hohe Auffangpotential an der gegenüber Masse isolierten Stelle dadurch aufrecht erhalten wird, daß der aufgefangene Strom über eine von der elektrischen Masse entfernte Entladungszone entladen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der auf dem hohen Auffangpotential liegenden Stelle ausgehenden Corona-Entladung in der Nähe des aus Flüssigkeitströpfchen bestehenden Strahles - in Sprührichtung gesehen - an einer Stelle hinter dem Zerstäubungsbereich erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,· daß die Stelle, an der der von der Hochspannungsquelle ausgehende Corona-Entladungsstrom aufgefangen wird, eine diskrete Zone mit einer induzierten Corona entgegengesetzter Polarität bildet.

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4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Zerstäubungsdüsenanordnung, welche eine einen kohärenten Flüssigkeitsstrahl emittierende Düse und einen in Strahlrichtung hinter der Düse liegenden Zerstäubungsbereich aufweist, in dem die Zerstäubung des kohärenten Flüssigkeitsstrahles durch die Einwirkung eines Gases erfolgt, durch ein Isolationsteil (76), welches einen Kanal (82) definiert, der den Zerstäubungsbereich umgibt und durch den der von der Düse ausgehende Flüssigkeitsstrahl geführt ist, durch eine Primär-Corona-Entladungs-Elektrode (84), welche in dem Isolationsteil (76) angeordnet ist, wobei ein frei-liegender Endteil (88) der Primär-Corona-Entladungs-Elektrode (84) in den Kanal.(82) an einer Stelle hineinragt, die zwischen der Düse und dem Zerstäubungsbereich liegt, und durch eine elektrisch ungebundene Elektrode (90), welche ebenfalls in dem Isolierteil (76) angeordnet ist, wobei ein erster frei-liegender Endteil (92) -der elektrisch ungebundenen Elektrode (90) in den Kanal (82) an einer Stelle hineinragt, die nahe der Stelle liegt, wo der freiliegende Endteil (88) der Primär-Corona-Entladungs-Elektrode (84) in den Kanal (82) hineinragt, so daß von dem frei-liegenden Endteil (88) der Primär-Corona-Entladungs-Elektrode (84) ein Corona-Entladungsstrom ausgeht, der im wesentlichen quer durch den Flüssigkeitsstrahl in dem Kanal (82) verläuft und von dem ersten frei-liegenden Endteil (92) der elektrisch ungebundenen Elektrode (90) aufgefangen wird, und wobei die elektrisch ungebundene Elektrode einen zweiten frei-liegenden Endteil (94) aufweist, dessen Abstand zu dem nächstliegenden elektrischen Massepunkt nicht weniger als 10 % seines Abstandes zu dem mit der Flüssigkeit zu besprühenden Werkstück ist, so daß von diesem zweiten frei-liegenden Endteil (94) der elektrisch ungebundenen Elektrode (90) eine weitere Corona-ErfLadung ausgeht, die die gleiche Polarität hat, wie die von dem frei-liegenden Endteil der Frimär-Corona-Entladungs-Elek-

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trode (84) ausgehende Corona-Bntladung, und die für die Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Stromflusses zwischen der Primär-Corona-Entladungs-Elektrode (84) und der elektrisch ungebundenen Elektrode (90) sorgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der frei-liegende Endteil (88) der Primär-Entladungs-Elektrode (84) und der erste frei-liegende Endteil (92) der elektrisch ungebundenen Elektrode (90) nur so tief in den Kanal (82) hineinragen, daß sie von dem Hauptteil des Flüssigkeitsstrahles nicht berührt werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Zerstäubungsdüsenanordnung ein mit Gas betriebener elektrogasdynamischer Hochspannungsgenerator (18) angeordnet ist, dessen Hochspannungsausgang (72, 28, 30, 48, 36, 44) mit der Primär-Corona-Entladungs-Elektrode (84) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsdüsenanordnung isoliert und mit Abstand von einer mit dem elektrischen Massepotential verbindbaren Basiseinheit angeordnet ist und daß der zweite frei-liegende Endteil (94) der elektrisch ungebundenen Elektrode (90) in Bezug auf den nächstliegenden elektrischen Massepunkt so angeordnet ist, daß die sich ausbildende Potentialdifferenz wesentlich größer als die Potentialdifferenz zwischen der Primär-Corona-Entladungs-Elektrode (84) und der elektrisch ungebundenen Elektrode (90) ist.
8. Vorrichtung nach eines* der Ansprüche 4 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der zweite frei—liegende Endteil (94) der elektrisch ungebundenen Elektrode (90) in Spritzrich tung hinter dem ersten frei-liegenden Endteil (92) der

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elektrisch ungebundenen Elektrode (90) und in der Nähe des aus der bereits zerstäubten Flüssigkeit bestehenden Strahles angeordnet ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste frei-liegende Endteil (92) der elektrisch ungebundenen Elektrode (90) in Bezug auf den durch den Kanal (82) hindurchtretenden Flüssigkeitsstrahl dem frei-liegenden Endteil (88) der Priinär-Entladungs-· Elektrode (84) im wesentlichen diametral gegenüberliegend angeordnet ist.

Der Patentanwalt

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