DE2438856A1

DE2438856A1 - Einrichtung zum beschichten von gegenstaenden mittels elektrostatisch aufgeladenen partikeln

Info

Publication number: DE2438856A1
Application number: DE2438856A
Authority: DE
Inventors: Peter Ribnitz
Original assignee: Gema AG
Current assignee: Gema AG
Priority date: 1973-09-13
Filing date: 1974-08-13
Publication date: 1975-06-12
Also published as: JPS5055637A; FR2243741A1; US3895262A; CH555704A; JPS575586B2; FR2243741B1; DE2438856B2; DE2438856C3; GB1456290A

Description

G 30 5

A 1187 .11 AUG

GEMA AG Apparatebau, St, Gallen

(Schweiz)

Einrichtung zum Beschichten von Gegenständen_ mittels elektrostatisch aufgeladenen Partikeln

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Beschichten von Gegenständen mittels elektrostatisch aufgeladenen Partikeln, mit wenigstens zwei, einer Zerstäubungsdüse für diese Partikel zugeordneten Elektroden, und mit einem regelbaren Hochspannungsgenerator, der den beiden Elektroden je ein verschieden hohes Potential desselben Vorzeichens zuführt. ·

Bei solchen Einrichtungen entstehen bekanntlich zwei elektrostatische Felder. Das eine dieser Felder, nachstehend Transportfeld genannt, entsteht zwischen den Elektroden einerseits und dem zu beschichtenden, in der Regel geerde-

509824/0563

ten Gegenstand andererseits. Die Feldstärke dieses Transportfeldes ist im wesentlichen von der Arbeitsspannung des Hochspannungsgenerators in Bezug auf den Gegenstand, d.h. vom Absolutwert der vom Hochspannungsgenerator an die Elektroden abgegebenen Potentiale, sowie vom Abstand zwischen den Elektroden und dem Gegenstand abhängig. Weitere Parameter, die den örtlichen Wert der Feldstärke des Transportfeldes beeinflussen, sind zum Beispiel die geometrischen Formen des Gegenstandes oder der Elektroden bzw. der Zerstäubungsdüse. Die Feldstärke des Transportfeldes wird durch Einstellung des Hochspannungsgenerators yon Fall zu Fall auf einen Optimalwert geregelt, zumal das Transportfeld nicht allein für den Transport der aufgeladenen Partikel zum zu beschichtenden Gegenstand massgebend ist. Vielmehr ist für diesen Transport sowohl das für die Zerstäubung der Partikel benützte Treibgas als auch das Transportfeld massgebend.

Das zweite, bei solchen Einrichtungen entstehende Feld entsteht zwischen den Elektroden und sei nachstehend "Ladefeld" genannt. Seine Feldstärke ist abhängig von der Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden, die normalerweise nur einen Bruchteil der Absolutwerte der Elektrodenpotentiale ist, und vom Abstand zwischen den beiden Elektroden, der, im Vergleich zum Abstand zwischen den Elektroden einerseits und dem Gegenstand andererseits, sehr klein ist. Deshalb erreicht die Feldstärke des Ladefeldes in der Regel höhere Werte als die Feldstärke des Transportfeldes. Dieses Ladefeld ist massgeblich für die Aufladung der Partikel. Es versteht sich von selbst, dass diese Aufladung der Partikel von eminenter Bedeutung für die Qualität der erzielbaren Be-

509824/0563

Schichtung ist. Man ist daher bestrebt, diese Aufladung, und somit auch die Feldstärke des Ladefeldes stets auf einem Höchstwert zu halten.

Dies ist jedoch bei den bekannten Einrichtungen der eingangs genannten Art nicht möglich, weil die Einstellung der Arbeitsspannung am Hochspannungsgenerator zwangsläufig auch die Feldstärke des Ladefeldes beeinflusst. Mit anderen Worten ist bei den bekannten Einrichtungen die Feldstärke des Ladefeldes eine Funktion der Feldstärke des Transportfeldes und kann somit nicht für alle Fälle einen Optimalwert haben. Es ist nun ein Zweck der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Feldstärke des Ladefeldes im gesamten Regelbereich der Absolutspannung des Hochspannungsgenerator s praktisch konstant bleibt. Zu diesem Zweck ist die vorgeschlagene Einrichtung erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hochspannungsgenerator und den Elektroden eine Stabilisierungsstufe vorgesehen ist, die die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden im gesamten Regelbereich der Arbeitsspannung des Hochspannungsgenerators in Bezug auf die Gegenstände auf einem bestimmten Wert konstant hält.

Dabei kann diese Stabilisierungsstufe eine im Sperrbereich arbeitende Diode enthalten, deren Durchbruchspannung im wesentlichen dem bestimmten Wert entspricht.

Wenn bei der Einrichtung ein Hochspannungsgenerator vorgesehen ist, der eine Spannungsteiler- oder Spannungsvervielfacher-Schaltanordnung aufweist, von welcher Anordnung zwei verschiedene Stufen mit den Elektroden verbunden sind,

509824/0563

ist es zweckmässig, diese beiden verschiedenen Stufen durch die Diode zu überbrücken.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind nachstehend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 in ganz schematischer Darstellung ein Beisp'iel^ einer erfindungsgemässen Einrichtung, und

Fig. 2 das Schema eines Teiles einer Ausführungsvariante,

Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung 10 erkennt man eine als Rohr dargestellte Zerstäubungsdüse 11, die im Sinne des Pfeiles 12 mit einer Suspension von Partikeln in einem Treibgas beschickt wird. Im Bereich des Auslasses der Zerstäubungsdüse 11 sind 4 Elektroden 13, 14, 15 und 16 vorhanden, von denen jeweils zwei im Abstand von den übrigen zwei angeordnet sind. Im vorliegenden Beispiel sind die Elektroden 13 und 15 und die Elektroden 14 und 16 in bezug aufeinander um 90 in Umfangsrichtung versetz^ angeordnet. Diese beiden Elektrodenpaare können sich auf gleicher Höhe in der Zerstäubungsdüse 11 oder auch in Längsrichtung versetzt befinden. Im Abstand D vor der Zerstäubungsdüse 11 befindet sich ein Gegenstand 17, der über eine Leitung 18 geerdet ist. Die Leitung 18 ist in der Regel durch die Halterung gebildet, mit der der Gegenstand 17 vor der Zerstäubungsdüse 11 gehalten oder vorbei geführt wird.

Die dargestellte Einrichtung weist auch einen Hochspannungsgenerator 19 auf, der wie folgt aufgebaut ist. Eine regelbare Wechselspannungsquelle 20 speist die Primärwicklung 21 eines Uebertragers 23, dessen Sekundärwicklung einerends geerdet und andernends an eine Spannungsvervielfacher-Kaskade angeschlossen ist. Diese

509824/0563

Kaskade weist 2 Säulen von Kondensatoren 24, 25 mit dazwischen geschalteten Dioden 26 auf. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die letzte Stufe der Kaskade über einen Strombegrenzungswiderstand 27, und die,Leitungen 28, 29 und 30 mit den Elektroden 14 und 16 verbunden. Diese beiden Elektroden weisen somit stets dasselbe Potential auf. Die drittletzte Stufe der Kaskade dagegen ist über einen Widerstand 31, sowie die Leitungen 32, 33 und 34 mit den Elektroden 13 und 15 verbunden. Diese beiden Elektroden 13 und 15 weisen somit dasselbe Potential auf, das jedoch verschieden vom Potential der beiden Elektroden 14 und 16 ist. Diese Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 13, 15 und 14, 16 sowie der Abstand d zwischen der Elektrode 15 und 16 sind massgebend für die Feldstärke des Ladefeldes, das im Bereich der Auslassöffnung der Zerstäubungsdüse 11 entsteht. Zwischen den Leitungen 28 und 32 ist, wie aus Fig. 1 hervorgeht, eine Diode 35 eingeschaltet, die die beiden letzten Stufen der Kaskade überbrückt. Diese Diode arbeitet in ihrem Sperrbereich und hält die Ladespannung der Kondensatoren 24 und 25 der letzten beiden Stufen der Kaskade auf einem Wert, der etwa der Dioden-Durchbruchspannung entspricht. Dementsprechend ist auch die zwischen den Elektroden 13, 15 und 14, 16 herrschende Potentialdifferenz gleich der Durchbruchspannung der Diode 35 und somit nahezu konstant. Diese konstante Potentialdifferenz ist aber unabhängig davon,' auf welchen Wert die Arbeitsspannung des Hochspannungsgenerators 19 an der Wechselspannungsquelle 20 eingestellt wurde. ■-

Angenommen, der Regelbereich des Hochspannungsgenerators

50 982A / 0563

19 liege für die vorkommenden Beschichtungsarbeiten zwischen 40 und 100 kV, und die für die Aufladung ideale Potentialdifferenz liege bei 5-10 kV, genügt es, eine Diode 35 zu wählen, deren Durchbruchspannung im Sperrbereich bei 5 - 10 kV liegt. Dass dabei ein Spannungsverlust der beiden letzten Stufen der Spannungs-Vervielfacher-Kaskade entsteht, ist eine Erscheinung, die man gerne in Kauf nimmt, um ein möglichst wirksames Ladefeld zu erhalten.

Es wurde festgestellt, dass es mit der dargestellten Einrichtung gelingt, die Partikel selbst bei einer geringen Feldstärke des Transportfeldes optimal aufzuladen, so dass es ohne weiteres möglich ist, von leitenden Wänden umschlossene Hohlräume elektrostatisch zu beschichten, in die sich das Transportfeld bekanntlich nicht erstrecken kann. Der Transport der Partikel in diese Hohlräume erfolgt mithin hauptsächlich durch das Treibgas.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 erkennt man die Leitungen 28 und 32, die zu den Elektrodenpaaren 14, 16 bzw. 13, 15 (hier nicht dargestellt) führen. Man erkennt ebenfalls die Widerstände 27 und 31 sowie die Diode 35. Die Diode 35 überbrückt hier indessen die letzten beiden Widerstände 36 eines ohmschen Spannungsteilers 37, der einerends geerdet ist und andernends bei 38 an eine nicht dargestellte, regelbare Hochspannungsquelle angeschlossen ist. Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante ist im wesentlichen dieselbe wie die Ausführungsform der Fig. 1,

509824/0563

Claims

2A3.8856

PATENTANSPRÜCHE

Θ Einrichtung zum Beschichten von Gegenständen mittels elektrostatisch aufgeladenen Partikeln, mit wenigstens zwei, einer Zerstäubungsdüse für diese Partikel züge-" ordneten Elektroden, und mit einem regelbaren Hochspannungsgenerator, der den beiden Elektroden je ein verschieden hohes Potential desselben Vorzeichens zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hochspannungsgenerator und den Elektroden eine Stabilisierungsstufe vorgesehen ist, die die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden im gesamten Regelbereich der Arbeitsspannung des Hochspannungsgenerators in bezug auf die Gegenstände auf einem bestimmten Wert konstant hält.
2. Einrichtung, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnnet, dass die Stabilisierungsstufe eine im Sperrbereich arbeitende Diode enthält, deren Durchbruchspannung im wesentlichen dem bestimmten Wert entspricht.
3. Einrichtung nach Patentanspruch 2, mit einem eine Spannungsteiler- oder Spannungsvervielfacher-Schaltanordnung aufweisenden Hochspannungsgenerator, von dem zwei verschiedene Stufen mit den Elektroden verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden verschiedenen Stufen durch die Diode überbrückt sind.

509824/0563

Leerseite