DE2347491B2 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten mit pulverförmigen Stoffen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten mit pulverförmigen StoffenInfo
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- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
- B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
- B05B5/047—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns using tribo-charging
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von
Gegenständen mit pulverförmigen Stoffen, insbesondere zur Erzielung von Plastüberzügen auf vorzugsweise
metallischem Untergrund.
Es sind bereits zahlreiche elektrostatische Verfahren bekannt, deren gemeinsames Prinzip darin besteht, daß
die zur Beschichtung dienenden Materialteilchen durch Anlagerung von Ionen elektrisch aufgeladen und in
einem elektrischen Feld, das zwischen Sprühgerät und geerdetem Beschichtungsgegenstand wirkt, überwiegend
durch die elektrischen Feidkräfte auf die Beschichtungsfläche transportiert werden und dort auf
Grund ihrer Ladung haften.
Bei den bekannten Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens dienen an Hochspannung liegende
Spitzen oder Kanten in Nähe der Austrittsöffnung des Pulver-Gasstromes als Aufladeelektrode. Die zur
Erzeugung der Ionen dienende Spannung wird einem Hochspannungsgenerator entnommen, dessen Ausgangsspannung
mindestens 3OkV, in der Regel 60 ... 9OkV beträgt. Die Aufladeelektroden sind meist
gleichzeitig Feldelektroden und bewirken den elektrischen Transport der geladenen Teilchen zur Werkstückoberfläche.
Diese Verfahren und die der Durchführung des Verfahrens dienenden Vorrichtungen weisen eine Reihe
von Nachteilen auf. So ist besonders der notwendige Einsatz von Hochspannungserzeugern nachteilig, weil
neben den erheblichen Kosten für dieselben noch Berührungsgefährlichkeit, Explosionsgefahr bei Funkenentladungen
und erschwerte manuelle Handhabung der Vorrichtungen infolgs der steifen und schweren
Hochspannungskabel zu verzeichnen sind. Des weiteren tritt der Nachteil auf, daß an den Aufladeelektroden sich
Pulverteilchen anlagern und dadurch infolge der Schwächung der Koronaentladung eine ungleichmäßige
ίο Aufladung des Pulvers entsteht. Die an der Aufladeelektrode
abgesetzten Pulverteilchen werden dann von Zeh zu Zeit als Zusammenlagerung auf die Beschichtungsfläche
geschleudert und stören dort die Gleichmäßigkeit der Schicht.
is In den Fällen, wo die Aufladeelektroden gleichzeitig
als Feldelektroden zur Erzeugung des äußeren Feldes zwischen Sprühgerät und geerdetem Beschichtungsgegenstand
ausgenutzt werden, tritt der weitere Nachteil auf. daß elektrisch abgeschirmte Zonen der Beschichtungsfläche.
wie hinterzogene Kanten. Vertiefungen und ähnliches von dem überwiegend durch elektrische
Feidkräfte transportierten Pulver nur ungenügend erreicht werden.
Ferner ist es bekannt, zur Aufladung der für die Beschichtung eingesetzten Materialteilchen Vorrichtungen
anzuwenden, die nach dem Prinzip der elektrodynamischen Spannungserzeugung oder nach dem Prinzip
des elektrischen Staubgenerators (DE-OS 18 14 820) arbeiten. Zur Verbesserung der für eine verfahrenstech-
jo nische Nutzung notwendigen Aufladung wurden eine Reihe weiterer Maßnahmen vorgeschlagen, wie die
zusätzliche Anordnung eines Aufsprühgenerators, die Anordnung mehrerer Reibungsflächen hintereinander,
die zusätzliche Anordnung einer Elektrisiermaschine und die Beimischung unterschiedlicher Zusätze zu dem
Pulver-Gasstrom (DE-OS 19 56 789).,
Offenbar ist die erreichbare Aufladung durch die einfache Anordnung von Isolierstoffteilen im Partikelstrom
für eine effektive verfahrenstechnische Nutzung noch unzureichend. Das gill auch SJr die elektro-gasdynamische
Spannungserzeugung bzw. die Aufladung durch Aufwirbelung im Vorratsbehälter, zumal ein Teil
der Ladung während des pneumatischen Transports zum Sprühgerät über die Schlauchleitung abfließt.
Weiterhin neigen geladene Pulverteilchen beim Transport durch Schlauchleitungen zur Zusammenballung
und zur Anlagerung an den Gefäßwänden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektrostatischen Aufladung von pulver-
;o förmigen Stoffen in einem Isolierstoffrohr eines Sprühgerätes anzugeben, das eine für eine verfahrenstechnische
Nutzung ausreichende Aufladung der PuI-1 erteilchen ermöglicht, damit sowohl ein besonderer
Hochspannungserzeuger als auch der Nachteil der Zusammenballung der Teilchen im Schlauchsystem
entfallen. Des weiteren soll das Verfahren zu einer gleichmäßigen Schicht auf der Beschichtungsfläche
führen, auch wenn die Beschichiungsfläche Vertiefungen oder hinterzogene Kanten aufweist bzw. die
Innenwandung eines Hohlkörpers ist. Ferner liegl der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen anzugeben, die die Durchführung des Verfahrens gestatten
bzw. die förderlich sind, es auszuführen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Pulver-Gasstrom zur elektrokinetischen Aufladung
einen Isolierstoffkanal, der vorzugsweise unmittelbar im Sprühgerät angeordnet ist, turbulent durchströmt
und dabei innerhalb des Isolierstoffkanals durch
einen weiteren Pulver-Gasstrom oder einen Gasstrom aufgewirbelt wird und/oder daß zur Erhöhung der
Aufladung der pulverförmigen Stoffe innerhalb des Isolierstoffkanals eine ständige Kompensation der
Oberflächenladung auf der Berührungsfläche des Isoljerstoffkanals durch Ionisation mittels einer Koronaentladung
an geerdeten Elektroden erfolgt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kompensation der Oberflächenladung besteht darin, daß diese Ladung
durch Influer;-· eine hohe Feldstärke an einer oder
mehreren geerdeten Elektroden innerhalb des Isolierstoffkanals hervorruft, die zu einer Koronaentladung
führt, deren freie Ladungsträger sowohl eine teilweise Kompensation der Oberflächenladung auf der Berührungsfläche
des Isolierstoffkanals bewirken als auch π durch Anlagerung an die Pulverteilchen deren Ladung
mehrfach erhöhen.
Es wurde gefunden, daß die Höhe der Pulverladung durch eine Änderung der Anordnung der Elektroden
oder des Materials der Innenwand des Isolierstoffkanals beeinflußbar ist.
Bei dem erfinuungsgemäuen Verfahren trägt der zur
Verwirbelung eingesetzte weitere Pulvti-Gasstrom oder der Gasstrom gleichzeitig zur pneumatischen
Förderung des Pulvers bei. Hierdurch wird eine Mehrstufenförderung erreicht, die den Durchsatz des
Pulvers erhöht. Durch Variation der Gasmenge und des Druckes ist eine Steuerung des Durchsatzes und der
Aufladung des Pulvers in einfacher Weise möglich.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens jo
besteht erfindungsgemäß aus einem Isolierstoffkanal als Teil eines Sprühgerätes, wobei eine oder mehrere
geerdete Korona-Elektroden innerhalb des Isolierstoffkanals angeordnet sind.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemä-Ben Vorrichtung weist zwei Zuführungskanäle auf.
wovon ein Kanal der Zuführung des Pulver-Gasstromes und der andere Kanal der Zuführung eines Gases bzw.
ebenfalls eines Pulver-Gasstromes dient, und beide Kanäle im oder am Anfang des Isolierstoffkanals
zusammeniieffen.
Als besonders zweckmäßig hat sich eine Ausführung der Erfindung erwiesen, bei der eine nadeiförmige
Korona-Elektrode in der Achse des Isolierstoffkanals fest oder zur Steuerung der Aufladung der pulverförmi- 4°;
gen Stoffe verstellbar angeordnet ist. Die Kompensation der Oberflächenladung kann in einer weiteren
Ausbildung der Erfindung auch dadurch erfolgen, daß der Isolierstoffkanal als eine poröse Isolierstoff- oder
eine halbleitende Schicht ausgebildet und mit einer w Umhüllung aus einem elektrisch leitfähigen Material
umgeben ist.
An Hand von Ausfuhrungsbeispielen wird der Gegenstand der Erfindung im folgenden eingehend
erörtert. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1: die Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2: die Schnittdarstellung eines Isolierrohres mit
einer ringförmigen Elektrode,
F i g. 3: die Schnittdarstellung eines isolierrohres aus porösem bzw. aus halbleitendem Material mit einem
leitfähigen Belag,
F i g. 4 und 5: verschiedene Schnittdarstellungen eines Isolierrohres mit nadeiförmig ausgebildeten Elektroden,
die das Isolierrohr radial durchdringen, (,5
F i g. 6: die Gesamtansicht einer Vorrichtung (teilweise geschnitten) mit einer im Zentrum einer Düse
angeordneten nadeiförmigen Elektrode.
Ausgehend von der Fig. I wird zunächst das erfindungsgemäße Verfahren erläutert.
Die Schnittdarstellung zeigt ein Zuführungsrohr I, das dazu dient, ein Pulver-Gasgemisch aus einem
Vorratsbehälter einem Isolierrohr 3 zuzuführen. Mittels einer Düse 2 wird ein Gasstrom zugeführt, der das
Pulver-Gasgemisch zusätzlich ansaugt und intensiv im Isolierrohr 3 verwirbelt. Das Isolierrohr 3 ist dabei ein
Teil der Vorrichtung, die unmittelbar der Beschichtung dient. Infolge der intensiven Verwirbelung des Pulvers
im Isolierrohr 3 werden die Pulverteilchen an einer Berührungsfläche 4 des Isolierrohres 3 elektrokinetisch
sehr hoch aufgeladen. Im Ergebnis der Ladungstrennung im Bereich der Berührungsfläche 4 entsteht an der
Oberfläche des Isolierrohres 3 aber ständig ein Ladungsträgerdefizit. Deshalb werden gemäß einer
WeiterbL'dung der Erfindung Elektroden im Bereich des
Isolierrohres 3 vorgesehen, di·. an Erdpotential angeschlossen sind und so durch e;ne infiuenzierlc
Koronaentladung für einen Ladungsträgerausgleich im Bereich der Berührungsfläche 4 sorgen. Diese Elektroden
verstärken also noch den erreichten Effekt der Aufladung der Pulverpartikel, zumal sie bei zweckdienlicher
Anordnung nicht nur den Ladungsausgleich an den Berührungsflächen, sondern noch eine zusätzliche
Aufladung der Partikel durch Anlagerung freier Ladungsträger bewirken.
In F i g. 5 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit
einer Elektrode 5 gezeigt, die die Gestalt eines Ringes hat und mit dem Isolierrohr 5 eine bauliche Einheit
bildet. Dagegen zeigt die F i g. 3 eine andere Möglichkeit, das Ladungsträgerdefizit, das während des
Betriebes ständig erzeugt wird, auszugleichen. Hier übernimmt ein leitfähiger Belag 7, der ebenfalls an
Erdpotential liegt, diese Funktion. An Stelle des Isolierrohres 3 wird der Kanal, in dessen Beicich die
Aufladung der Pulverteilchen erfolgt, von einer porösen Isolierstoffschicht bzw. einer aus halbleitendem Ma:eriüi
bestehenden Schicht 6 gebildet, so daß ein Ladungsträgerausgleich zwischen der Berührungsfläche
4 und dem leitfähigen Belag 7 möglich ist.
Die F i g. 4 und 5 zeigen demgegenüber eine Anordnung mit nadeiförmigen Elektroden 8, die das
Isolierrohr 3 radial durchdringen und in den Bereich des verwirbelten Pulver-Gasstromes hineinragen.
Sie lösen hier infolge der Potentiaidifferenz zwischen
der Berührungsfläche 4 und den Elektroden 8 eine Gasentladung aus die ihrerseits die Aufladung der
Pulverteilchen noch verstärkt.
In F i g. 6 ist eine weitere Möglichkeit der Anordnung
eine- nadeiförmigen Elektrode gezeigt. Hier wird eine verschiebbar angeordnete Elektrode 9 im Zentrum der
Düse 2 angeordnet, die der Zuführung des Gasstromes
dient. Mittels einer Stellschraube 10 kann nach Entfernen einer Verschlußschraube 11 die Elektrode in
der Düse axial verschoben und damit die Höhe der elektrischen Pulveraufladung eingestellt werden. An
Stelle eines Gasstromes kann der Düse 2 auch ein Pulver-Gasgemisch zugeführt werden, so daß die
Verwirbelung des einen Pulver-Gasstromes durch einen zweiten Pulver-Gasstrom erfolgt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zum elektrostatischen Beschichten eines Gegenstandes mit pulverförmigen Stoffen,
wobei diese in Form eines Pulver-Gasstromes einen Isolierstoffkanal turbulent durchströmen und dabei
elektrokinetisch aufgeladen werden, dadurch
gekennzeichnet, daß der Pulver-Gasstrom innerhalb des Isolierstoffkanals durch einen weiteren
Pulver-Gasstrom oder einen Gasstrom aufgewirbelt wird und/oder daß zur Erhöhung der
Aufladung der pulverförmigen Stoffe innerhalb des Isolierstoffkanals eine ständige Kompensation der
Oberflächenladung auf der Berührungsfläche des Isolierstoffkanals durch Ionisation mittels einer
Koronaentladung an geerdeten Elektroden erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß der weitere Pulver-Gasstrom oder der Gasstrom gleichzeitig zur pneumatischen Förderung
beiträgt.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i mit einem isoiierstoffkanai als Teil
eines Sprühgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere geerdete Korona-Elektroden (5,
8, 9) innerhalb des Isolierstoffkanals (3) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet,
daß eine nadeiförmige Korona-Elektrode (9) in der Achse des Isolierstoffkanals (3) fest oder
zur Steuerung der Aufladung der pulverförmigen Stoffe verstellbar angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet,
daß der Isolierstoffkanal (3) als eine poröse Isolierstoff- oder halbleitende Schicht (6) ausgebildet
und mit einer Umhüllung (7) ".us einem elektrisch leitfähigen Material umgeben ist.
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