DE2514117A1

DE2514117A1 - Vorrichtung zum elektrostatischen aufspruehen von ueberzugsmassen

Info

Publication number: DE2514117A1
Application number: DE19752514117
Authority: DE
Inventors: James Edward Sickles
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1974-04-01
Filing date: 1975-03-29
Publication date: 1975-10-02
Also published as: JPS5532432B2; FR2265460B1; DE2514117C3; FR2265460A1; IT1030489B; GB1507561A; JPS5628589B2; JPS5534196A; GB1507562A; BE827425A; DE2514117B2; JPS50135135A

Description

25U117

Dr. Michael Hann H / vK / W (780)

Patentanwalt
63 Giessen
Ludwigstrasse 67

PPG Industries, Inc., Pittsburgh, Pa., USA

VORRICHTUNG ZUM ELEKTROSTATISCHEN AUFSPRÜHEN VON ÜBERZUGSMASSEN

Priorität: 1. April 1974 / USA / Ser.No. 456 944

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufsprühen von Überzugsmassen.

Es sind verschiedenartige Systeme zum Aufsprühen oder Aufspritzen*von Überzugsmassen bekannt, die das elektrostatische Prinzip anwenden, um es bei der Ablagerung von flüssigen Teilchen auf einem zu überziehenden Gegenstand auszunützen. Diese Systeme unterscheiden sich voneinander in vielerlei Hinsicht, einschliesslich der Mittel und der Verfahrensweisen, die angewandt werden, um zu zerstäuben und die Flüssigkeit elektrostatisch

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aufzuladen. In manchen Systemen wird zumindest ein Teil des zu überziehenden Materials innerhalb der Sprüheinrichtung aufgeladen. In anderen Systemen ist eine Ladungselektrode ausserhalb des Gerätes angeordnet, wobei ein Teil des Gerätes als Erdpotential (ground potential) verwendet wird, um ein lokalisiertes elektrisches Feld zwischen dem Gerät und der Elektrode zu schaffen.

Viele der bekannten Geräte verwenden relativ hohe Spannungen und unterscheiden sich sowohl hinsichtlich der Grosse der Ladung, die den flüssigen Teilchen erteilt werden, als auch hinsichtlich der verschiedenen Arten von Flüssigkeiten, welche in wirkungsvoller Weise aufgesprüht oder aufgespritzt werden können. Aufgrund der vielfältigen Unterschiede sowohl hinsichtlich des Aufbaus als auch hinsichtlich der Anwendung dieser Geräte oder Vorrichtungen, ist ihre Verwendung im allgemeinen auf bestimmte Arten von Flüssigkeiten und auf bestimmte Bereiche der angelegten Spannung beschränkt.

Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufsprühen

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oder Aufspritzen von Überzugsmassen zur Verfügung zu stellen, mit der eine grosse Anzahl verschiedenartigster Flüssigkeiten aufgesprüht oder aufgespritzt werden können, wobei der Aufbau der Vorrichtung relativ einfach ist und die Vorrichtung insgesamt über einen breiten Bereich angelegter Spannungen verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemässe
Vorrichtung zum elektrostatischen Aufsprühen von Überzugsmassen gelöst.

Sie ist gekennzeichnet durch

(a) eine elektrisch nicht leitende Sprühdüse mit einer Luft- und einer Flüssigkeitsauslassöffnung j

(b) Mittel zur induktiven Aufladung, die ausserhalb der genannten Öffnungen angeordnet und
an der Düse angeschlossen sind, wodurch eine Aufladungszone geschaffen wird, und wobei
diese Mittel bezüglich der Düse derart angebracht sind, dass Aussenluft mit der Luft und der Flüssigkeit gemischt werden, die durch die Öffnungen innerhalb der Zone ausströmen;

und

(c) Mittel zum Anlegen eines elektrischen Potentials an den Mitteln zur induktiven Aufladung.

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Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann über einen breiten Bereich angelegter Spannungen verwendet werden, wobei eine grosse Fülle verschiedenartigster Flüssigkeiten zum Einsatz kommen kann. Zusätzlich kann die erfindungsgemässe Vorrichtung, die im nachhinein noch näher erläutert wird, in einfacher Weise und in ökonomisch vorteilhaftem Sinne dazu verwendet werden, um nicht-elektrostatische Sprüheinrichtungen in elektrostatische Sprühgeräte umzuwandeln, indem man die erfindungsgemässen Mittel zur induktiven Aufladung an den nicht-elektrostatischen Sprüheinrichtungen anbringt. Weiterhin kann in vorteilhafter Weise die srfindungsgemässe Vorrichtung dazu verwendet werden, um die bekannten mit Hochspannung arbeitenden Systeme in sicherere Niederspannungssysteme umzubauen, die wirtschaftlicher arbeiten. Dabei werden lediglich die Mittel zum Aufladen, welche in derartigen Hochspannungssystemen verwendet werden, durch die Mittel zum induktiven Aufladen der erfindungsgemässen Vorrichtung ersetzt.

Die Vorrichtung zum elektrostatischen Aufsprühen der Erfindung enthält eine elektrisch nicht-leitende Sprühdüse mit einer oder mehreren Luftauslassöffnungen und mit einer oder mehreren Flüssigkeitsauslassöffnungen, Mitteln zur induktiven Aufladung

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oder einer Ladungselektrode, die ausserhalb der genannten Öffnungen angeordnet und an die Sprühdüse angeschlossen sind, und mit Mitteln zum Anlegen eines elektrischen Potentials an die Mittel zur induktiven Aufladung. Die Sprühdüse selbst ist von üblicher Bauweise, die allgemein in den bekannten luftzerstäubenden Sprüheinrichtungen Verwendung findet, und ist mit üblichen Mitteln ausgerüstet, um unter Druck stehende Luft und Flüssigkeit zu den Auslassöffnungen zuzuleiten. Mit "ausserhalb der genannten Öffnungen angeordnet" ist gemeint, dass die Mittel zur induktiven Aufladung sich in Nachbarschaft zu diesen befinden und / oder diese umgeben und radial ausserhalb der Durchgänge angeordnet sind, durch welche die Luft und die Flüssigkeit hindurchgelangen.

Die Mittel zur induktiven Aufladung schaffen eine Ladungszone, wobei sie vorzugsweise so angeordnet sind, dass Aussenluft mit der Pressluft und der Flüssigkeit gemischt wird, die durch die entsprechenden Auslassöffnungen gelangen. In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Mittel zur induktiven Aufladung aus einer zylindrischen, dielektrischen Röhre mit einer dünnen leitfähigen Schicht, beispielsweise einer

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Metallschicht oder einer Metallfolie, einer leitfähigen Kunststoffschicht oder dergleichen, die auf ihrer Innenfläche aufgeklebt ist, wobei diese Röhre die Luft- und Flüssigkeitsauslassöffnungen ummantelt (circumferentially surrounding).

In der Regel wird die angelegte Spannung geringer als 20 Kilovolt sein, obwohl höhere Spannungen verwendet werden können, wenn es erwünscht ist. Um besonders gute Ergebnisse zu erzielen, ist es im allgemeinen wünschenswert, dass der durchschnittliche Spannungsgradient innerhalb der Aufladungszone etwa zwischen 5 und etwa 20 Kilovolt pro 2,54 cm liegt und besonders bevorzugt in einem Bereich von etwa 8 bis etwa 12 Kilovolt pro 2,54 cm. Der beste durchschnittliche Spannungsgradient wird natürlich von verschiedenen Faktoren abhängen, einschliesslich der Drücke der Luft und der Flüssigkeit, der Grosse und des Bereiches der Ladungselektrode und der axialen Anordnung der Ladungselektrode bezüglich der Luft- und Flüssigkeitsauslassöffnungen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der Figuren noch näher erläutert.

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Figur 1

ist eine Schnittensieht einer üblichen, luftzerstäubenden Düseneinrichtung, die mit Mitteln zur induktiven Aufladung gemäss der vorliegenden Erfindung versehen ist.

Figur 2

ist eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 der Figur 1, wobei des weiteren das elektrische System der Mittel zur induktiven Aufladung gemäss der vorliegenden Erfindung gezeigt wird.

Figur 3

zeigt eine andere Ausführungsform der Mittel zur induktiven Aufladung gemäss der Erfindung.

Figur 4

ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 der Figur 3.

Figuren 5 und

zeigen weitere Ausführungsformen der Mittel zur induktiven Aufladung gemäss der Erfindung.

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Figur 7

ist die Endansicht der Mittel zur induktiven Aufladung, wobei eine Einrichtung gezeigt wird, die diese Mittel mit der Sprühdüse verbindet.

Figuren 8 bis 10

veranschaulichen verschiedenartige Typen von Sprühdüsen, die in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Figur 11

zeigt eine Sprüh- oder Spritzpistole üblicher Bauart, in der die Mittel zur induktiven Aufladung der Erfindung verwendet werden können.

In allen Figuren haben die jeweils wiederkehrenden Einzelteile der erfindungsgemässen Vorrichtung gleiche Bezugsζeichen.

In Figur 1 wird eine Luftz.erstäubungseinrichtung 1 üblicher Bauart mit Mitteln zur induktiven Aufladung 13 gezeigt, die an diese Einrichtung angeschlossen sind. Die Einrichtung 1 steht mit Mitteln bekannter Bauart in Verbindung, die unter Druck stehende Luft und Flüssigkeiten heranschaffen. Flüssigkeiten, wel-

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ehe verwendet werden können, können im wesentlichen jede elektrisch leitfähige Flüssigkeit (das heisst eine Flüssigkeit mit einer Leitfähigkeit von grosser als 0) sein, wobei zweckmässigerweise Flüssigkeiten mit inbegriffen sind, die in der Lage sind, zerstäubt oder versprüht zu werden, beispielsweise Farbstoffe, Lacke, Glasuren, Polituren, Emulsionen oder dergleichen, wobei diese Flüssigkeiten, wenn nötig, mit einem geeigneten leitfähigen Lösungsmittel oder mit einer Lösungsmittelmischung verdünnt werden, die diese Flüssigkeiten sprühfähig machen.

An dem vorderen Ende der Einrichtung 1 befindet sich eine elektrisch nicht-leitfähige, das heisst dielektrische oder nicht-geerdete Düse 2, die aus einer Flüssigkeitsdüse 3 und aus einer Belüftungskappe 4 (air cap) mit einem Paar zueinander angeordneter Lufteintrittsstutzen 5 (air horns) besteht. Die Flüssigkeitsdüse 3 kommt über ein Schraubgewinde

mit der Zerstäubungseinrichtung 1 zum Eingriff. Die gesamte Düse 2 wird auf die äussere Oberfläche der Einrichtung 1 unter Verwendung einer ringförmigen Überwurfmutter 12 (annular nut) aufgeschraubt. Die Düse 2 ist aus einem dielektrischen oder elektrisch nicht-leitfähigen Material konstruiert, um einen ausreichenden Ladungs-Wirkungsgrad (charging efficiency) sicherzustellen, was im nachhinein noch

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näher erläutert wird. Die Düse 2 kann aus jedem geeigneten dielektrischen Material hergestellt sein,
das in der Lage ist, den Beanspruchungen in Verbindung mit den höchsten Spannungen zu widerstehen, die durch eine Spannungsquelle 17 geliefert werden, ohne dass ein Totalausfall oder eine teilweise Zerstörung des Materials auftritt. Geeignete Materialien sind beispielsweise Acetalharze, Epoxiharze, glasfaserverstärkte Epoxiharze, glasfaserverstärkte Polyamide
und dergleichen. Währenddessen es besonders wünschenswert ist, dass die Düse insgesamt aus dielektrischen Materialien hergestellt wird, wurde festgestellt,
dass Teile der Düse aus leitfähigem Material hergestellt sein können oder an ein derartiges Material
anhaften bzw. ankleben können, solange dieses leitfähige Material nicht geerdet ist. Es wurde nämlich festgestellt, dass, sobald Metallteile, die verwendet werden, geerdet sind, der Ladungswirkungsgrad in einem beträchtlichen Ausmaße absinkt, in manchen Fällen bis nahezu 75 %.

Die Flüssigkeit, welche durch den Durchgang 6 gefördert und durch die Öffnung 7 der Flüssigkeitsdüse 3 ausgelassen wird, wird mit Luft zerstäubt, die über den Durchgang 8 durch die Luftauslassöffnung 9 hindurch, die die Auslassöffnung 7 umgibt, und, wenn
gewünscht, durch benachbarte Auslassöffnungen hindurch (siehe Figuren 8 bis 10) in Hinblick auf die Luftkappe

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gefördert wird. Die Lufteintritts- oder Luftansaugstutzen 5 haben in ihren nach innen gerichteten Flächen sowohl nach innen als auch nach aussen abgeschrägte
bzw. geneigte öffnungen 10, um einen die Zerstäubung bildenden Strahl (spray shaping jets) zu fördern.
Obwohl bisher ein ganz spezifischer Düsentyp aufgezeigt wurde, ist es selbstverständlich, dass praktisch jede luftzerstäubende Sprühdüse innerhalb der
vorliegenden Erfindung verwendungsfähig ist, vorausgesetzt, dass alle Teile der Düse dielektrisch sind, das heisst, entweder elektrisch nicht-leitfähig oder nicht-geerdet. Andere bekannte Sprühdüsen werden beispielsweise in folgenden US-Patentschriften beschrieben: 3 169 882, 3 587 967, 3 591 080, 3 613 401,
3 692 241, 3 746 253, 3 747 850, 3 764 068 und
3 764 069.

Die Figur 1 zeigt zusammen mit der Figur 2 das Gerät in Kombination mit den Mitteln zur induktiven Aufladung oder der Ladungselektrode 13 gemäss der vorliegenden Erfindung. Die Mittel zur induktiven Aufladung 13
enthalten in der bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung eine zylindrische, dielektrische Röhre 14, die auf ihrer Innenfläche eine laminierte, leitfähige Schicht 15 besitzt. Die dielektrische Röhre ist im
wesentlichen aus jedem geeigneten dielektrischen Material konstruiert, einschliesslich der Acetalharze,

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der Epoxiharze, der glasfaserverstärkten Epoxiharze oder der glasfaserverstärkten Polyamide. Die leitfähige Schicht oder der leitfähige Film 15 ist aus einem leitfähigen Material, zum Beispiel aus Aluminium, Kupfer, Messing, rostfreiem Stahl, leitfähigen Kunststoffen und dergleichen hergestellt. Die leitfähige Schicht, die in der Form eines Films oder einer Folie vorliegt, kann auf die Röhre in jeder üblichen Art und Weise laminiert oder aufgezogen werden, zum Beispiel unter Verwendung eines Epoxiklebstoffes oder durch Spritz- bzw. Sprüh-r auftrag oder durch Abscheidung unter Vakuum.

Die Röhre 14 steht mit der Düse 2 über dielektrische Abstandshalter 16 in Verbindung. Diese Abstandshalter, siehe auch Figur 7, sind mit der Innenfläche der Röhre 14 verklebt oder unter der Verwendung von dielektrischen Bolzen oder Schrauben 21 verbunden und bilden eine Aufladungs- oder Ladungszone 13a im Inneren der Röhre 14. Die dielektrischen Abstandshalter 16 halten die Röhre 14 an einer Stelle über der Düse 2 kraftschlüssig durch Reibung fest (frictionally lock). Sofern erwünscht, kann die Röhre 14 auch permanent mit der Sprüheinrichtung gekuppelt sein (permanently attached). Die Mittel zur induktiven Aufladung 13 stehen vorzugsweise mit der Sprühdüse 2 in der Art und Weise in Verbindung, dass Aus- senluft 20 mit der Luft und der Flüssigkeit gemischt wird, die durch die Auslassöffnungen innerhalb der Aufladungszone 13 a austreten.

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Die resultierende Saugwirkung (aspirating effect) schafft eine geringer turbulente Luftströmung um die Belüftungskappe 4 und bringt infolgedessen eine geringere Tendenz mit sich, zerstäubte Teilchen auf der Oberfläche der Belüftungskappe 4 und auf den Mitteln zur induktiven Aufladung 13 abzulagern. Zusätzlich ist eine derartige Luft vergleichsweise sauber, da sie vorwiegend aus der Rückraumzone der Sprühdüse angesaugt wird.

Es wird ein elektrostatisches Feld innerhalb der Aufladungszone 13 a und auf der Sprühstrecke geschaffen, indem ein elektrisches Potential von einer Spannungs- oder Kraftquelle 17, vorzugsweise einer Gleichstromquelle, zwischen dem leitfähigen Film oder der leitfähigen Schicht 15 und einem Erdungspunkt angelegt wird. In Abhängigkeit von der Innenkonstruktion der Sprühvorrichtung 1 wird der Flüssigkeitsstrom entweder durch eine Erdungsstelle 18* in einer Aussparung im Inneren des Durchgangs 6, die mit dem Flüssigkeitsstrom in Verbindung steht, oder durch eine Erdung des Flüssigkeitsspeichers (paint supply) geerdet.

Sofern erwünscht, kann die Schicht 15 über einen nicht gezeigten Strombegrenzungswiderstand einer

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geeigneten Widerstandsgrösse mit der Stromspannungsquelle gekoppelt sein. Diese Widerstandsgrösse des Strombegrenzungswiderstandes variiert in Abhängigkeit von der Grosse der Spannung, die an dem Ausgangsanschluss der Spannungsquelle entsteht, und liegt in der Regel zwischen etwa 10 und etwa 1000 Mega-Ohm. Die Spannungsquelle 17 kann innerhalb oder nahe bei der Sprühvorrichtung angeordnet sein oder sie kann tragbar bzw. beweglich ausgestaltet sein und von einer Person des Bedienungspersonals der Sprühvorrichtung getragen werden.

Die angelegte Spannung kann über einen weiten Bereich variieren, jedoch ist es vorteilhaft, dass sie weniger als etwa 20 Kilovolt ausmacht. Die Spannung, die zum Erreichen eines optimalen Ladungswirkungsgrades angelegt wird, hängt von der radialen Anordnung der Mittel zur induktiven Aufladung bezüglich der Hauptrichtungsachse der Flüssigkeitsströmung ab. Da die Mittel zur induktiven Aufladung radial nach aussen von der Hauptrichtungsachse der Flüssigkeitsströmung (oder mit anderen Worten, gemäss der Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 2, da der Durchmesser der Röhre 14 bezüglich der Hauptrichtungsachse der Flüssigkeitsströmung ansteigt) werden höhere Spannungen benötigt, um einen optimalen Ladungs-

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Wirkungsgrad zu erzielen. Obwohl es schädlich für die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung wäre, wenn die Ladungselektroden ausreichend schmal oder kurz wären und die Spannungen ausreichend gross, dass eine Glimmentladung (corona) induziert werden könnte, werden in Hinblick auf die Grosse oder die Gestalt der Mittel zur induktiven Aufladung optimale Ergebnisse erhalten, wenn der durchschnittliche Spannungsgradient innerhalb der Aufladungszone 13 a zwischen etwa 5 und etwa Kilovolt pro 2,54 cm und vorzugsweise zwischen etwa 8 und etwa 12 Kilovolt pro 2,54 cm liegt.

In einer anderen, weniger bevorzugten Ausführungsform, die jedoch nicht gezeigt wird, wird ein elektrisches Potential direkt an den Flüssigkeitsspeicher angelegt, und die Mittel zur induktiven Aufladung bei einem Erdpotential gehalten. Sodann wird eine Ladung innerhalb der oben beschriebenen Ladungszone induziert. Um die besten Ergebnisse zu erhalten, wird der oben beschriebene durchschnittliche Feldparameter verwendet. Eine derartige Ausführungsformist nicht immer erwünscht, weil es nicht besonders sicher ist, wenn die Flüssigkeitsversorgung bei einer hohen Spannung gehalten wird, und weil Feuergefahr aufgrund der hohen, an die Flüssigkeitszufuhr angelegten Spannung besteht.

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Es ist augenscheinlich so, dass die flüssigen Teilchen, die von der Flüssigkeitsauslassöffnung 7 gebildet werden, in einer Zone einer relativ hohen elektrischen Feldstärke erzeugt werden. Da die verwendeten Flüssigkeiten leitfähig sind, verursacht das angelegte elektrische Feld einen Stromfluss, der in einer Säule zerstäubter oder gesprühter Flüssigkeit zu den Zonen strömt, wo die Teilchen gebildet werden. Eine Ladung, die der Polarität der Ladungselektrode entgegengesetzt gerichtet ist, tendiert sodann dazu, sich auf der Oberfläche des flüssigen Teilchens anzusammeln. Dadurch besitzen die flüssigen Teilchen eine oberflächeninduzierte Ladung, das heisst eine Ladung auf den Oberflächen der einzelnen Flüssigkeitsteilchen. Aufgrund dessen, dass die für die Düse 2 verwendeten Materialien dielektrisch sind, tendieren die elektrischen Feldlinien dazu, sich an den scharfen Durchflusskanten der Flüssigkeit zu konzentrieren, die während der Zerstäubung oder Versprühung innerhalb der Ladungszone 13 a erzeugt werden, wodurch eine sehr wirksame Ladung der flüssigen Teilchen geschaffen wird. Wenn die Materialien der Düse 2 nicht dielektrisch sind, das heisst wenn sie leitfähig sind und ein Erdpotential besitzen, wird man eine wenig wirksame Ladung erhalten, und eine mögliche Funkenbildung kann zu einem

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Problem werden.

Die hoch aufgeladenen Flüssigkeitsteilchen, die aus der Ladungszone 13 a herausgetragen werden, werden auf den nicht gezeigten Oberflächen der Gegenstände oder Objekte angezogen, die bei einem geladene Teilchen anziehenden Potential, vorzugsweise bei einem Erd- oder Grundpotential, gehalten werden.

In den Figuren 3 und 4 wird eine weitere Ausführungsform der Mittel zur induktiven Aufladung der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dieser Ausführungsform sind die Mittel zur induktiven Aufladung 13' mit einem daran befestigten oder angeklebten leitfähigen Film 15' mit den Luftansaugstutzen 5' über die Schrauben 21 aus dielektrischem Material verbunden. Wie aus den Zeichnungen zu ersehen, sind die Mittel zur induktiven Aufladung 13' etwas kürzer in ihrer Längsausdehnung als die zuvor gezeigten und sind axial weiter unterhalb der Ebene der Auslassöffnungen angeordnet. An der Innenfläche der Röhre 14' sind dielektrische Abstandshalter 16' geschichtet angeordnet, wobei in letzterem Schrauben 21 plaziert sind. Die Mittel zur induktiven Aufladung 13* sind wiederum in Hinblick auf die Auslassöffnungen in der Weise angeordnet, dass Aussenluft mit der unter Druck stehenden Luft und der Flüssigkeit innerhalb der La-

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dungszone gemischt wird, wobei die Zerstäubung und das Aufsprühen der Flüssigkeit optimiert werden.

Wie in Figur 5 zu sehen, bestehen die Mittel zur induktiven Aufladung 13" aus einer dielektrischen Röhre 14" mit einem auf ihrer Innenseite befestigten oder angeklebten leitfähigen Film und dielektrischen Abstandshalterungen 16" und sind mit öffnungen 22 ausgerüstet, damit die gewünschte Ansaugwirkung weiter gesteigert wird.

Die Mittel zur induktiven Aufladung 13* " in Figur 6, die ebenfalls, aus einer dielektrischen Röhre 14' " mit einem auf der Innenfläche angehefteten oder angeklebten leitfähigen Film und aus dielektrischen Abstandshalterungen 16'" bestehen, sind mit Öffnungen 22' " und mit Schlitzen 23 ausgerüstet, wodurch die Ansaugwirkung der Mittel zur induktiven Aufladung (wie in Figur 5) noch weiter gesteigert werden. Diese Mittel sind ausserdem mit einer dielektrischen Schutzperle (dielectric bead) oder mit einem dielektrischen Schutzring 24 rund um ihr vorderes Ende versehen, um gegen eine mögliche Funkenbildung zu schützen, wobei eine derartige Schutzeinrichtung das Anziehen der geladenen flüssigen Teilchen auf das vordere Ende der Röhre 14''^f verhindert.

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die Mittel zur induktiven Aufladung unter anderem in der Weise beschrieben und gezeigt, dass eine bestimtate Belüftungs- oder Luftkappe 4 in der Regel verwendet wird. Andererseits können auch andere derartige Kappen in verschiedenartigster Ausgestaltung Verwendung finden. Beispielsweise werden derartige Luft- oder Belüftungskappen 4' bis 4'" in den Figuren 8 bis 10 gezeigt. Obwohl die bisher gezeigten Kappen in der Regel mit Luftansaugstutzen oder Luftansaughutzen 5 versehen sind, können derartige Kappen auch ohne derartige Stutzen verwendet werden.

Bisher wurden die Mittel zur induktiven Aufladung in der Weise beschrieben, dass sie die Gestalt einer zylindrischen Röhre besitzen. Dennoch ist es klar, dass derartige Mittel keine kontinuierliche Oberfläche benötigen. Beispielsweise können derartige Mittel zur induktiven Aufladung aus leitfähigen Filmen oder Folien bestehen, die auf der Innenfläche der Luftansaugstutzen angeklebt sind, wobei sie entweder direkt -an diesen Stutzen oder in einem geringen Abstand von diesen befestigt sind. Bezüglich der gewählten Gesamtform sind alle Ecken und Kanten der Mittel zur induktiven Aufladung abgerundet, um eine mögliche Glimment-

• . 509840/0438

ladung oder eine mögliche Funkenbildung zu vermeiden. Vorzugsweise ist die Oberflächenzone der Mittel zur induktiven Aufladung für jede geplante Anordnung besonders geeignet. Der Wirkungsgrad jeder besonderen Ausgestaltungsform der Oberflächenzone hängt von dem durchschnittlichen Spannungsgradienten innerhalb der Ladungszone 13 a ab, wobei die bevorzugten Gradienten weiter vorne genannt wurden.

Die axiale Anordnung der Mittel zur induktiven Aufladung bezüglich der Sprühdüse ist nicht kritisch. Dennoch sollten diese Mittel in der Regel ausserhalb der Auslassöffnungen angeordnet sein. Wie in den verschiedenen Zeichnungen gezeigt, sind die Mittel zur induktiven Aufladung vorzugsweise in der Weise angeordnet, dass zumindest ein Teil von ihnen sich ausserhalb der ebenen Fläche der Luft- und Flüssigkeitsauslassöffnungen erstreckt. Spfern erwünscht, kann sich die Gesamtlänge dieser Mittel andererseits weiter nach vorn in die ebene Fläche dieser Auslassöffnungen erstrecken. In der Regel ist dennoch dieser besondere Platz nicht erwünscht, da dort eine Tendenz besteht, dass die flüssigen oder gasförmigen Teilchen auf den Mitteln zur induktiven Aufladung angesammelt werden. Alternativ kann das vordere Ende dieser Mittel auch in der

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ebenen Fläche der Auslassöffnungen liegen. Obwohl auch nutzbare Ergebnisse erhalten werden, wenn das vordere Ende dieser Mittel ein wenig hinter der ebenen Fläche der Auslassöffnungen angeordnet ist, ist eine derartige Position nicht erwünscht, da in der Regel damit keine optimalen Ergebnisse erzielt werden.

In ähnlicher Weise ist auch weder die Grosse noch die radiale Anordnung der Mittel zur induktiven Aufladung bezüglich der Luft- und Flüssigkeitsauslassöffnungen kritisch. Die jeweilige Grosse und radiale Anordnung hängt im allgemeinen von der Grosse der zum Einsatz kommenden Sprühvorrichtung ab. Beispielsweise haben die gezeigten Mittel zur induktiven Aufladung einen äusseren Durchmesser von etwa 38,1 mm bis über 63,5 mm, mit einer Länge, die im Bereich von etwa 19,05 mm bis über 76,2 mm reicht. Andererseits können diese Grossen auch über einen weiten Bereich variiert werden. Da die Mittel zur induktiven Aufladung radial ausserhalb der Achse der Flüssigkeitsströmung bewegt werden, werden, wie zuvor beschrieben, in jedem Fall höhere Spannungen benötigt, um deren Ladungswirkungsgrad zu optimieren.

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Der Druck der Luft, die durch die Luftauslassöffnung oder die Luftauslassöffnungen gefördert wird, ist nicht unangemessen kritisch und kann entsprechend dem besonderen Grad der Zerstäubung und der gewünschten Teilchengrösse variiert werden. Wie dem auch sei, steigt der Gesamtteilchenstrom zu einem Bodenziel (ground target) und damit der Ladungswirkungsgrad in der Regel bei jeder gegebenen Gasströmungsgeschwindigkeit und bei jeder Anordnung der Ladungselektrode mit dem ansteigenden Druck der Luft, die zum Zerstäuben dient. Im allgemeinen werden die Luftdrücke an dem Lufteinlass der Sprühvorrichtung gemessen und liegen zwischen etwa 3,1 kg pro cm.2 und etwa 5,9 kg pro cm^ (30 - 70 psig). In gleicher Weise variiert die Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit mit dem Grad der Zerstäubung und der gewünschten Teilchengrösse und liegt in der Regel zwischen etwa 100 ml/ Min. und etwa 500 ml/Min. .

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann in verschiedenartigsten Sprühgeräten .verwendet werden. Figur 11 zeigt eine übliche Spritz- oder Sprühpistole 25, die mit den Mitteln zur induktiven Aufladung gemäss der Erfindung verbunden werden kann. Alternativ können die Mittel zur induktiven Aufladung nach der Erfindung auch zusammen mit einem automatischen Sprühgerät verwendet werden, oder es kann ein Sprüh-

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gerät unter Verwendung der konstruktiven Merkmale der erfindungsgemässen Vorrichtung aufgebaut werden. Obwohl die Mittel zur induktiven Aufladung in der Weise erläutert wurden, dass sie wieder lösbar mit der Sprühvorrichtung verbunden sind, können diese Mittel in gleicher Weise auch permanent mit dem Sprühgerät verbunden sein.

Es ist klar, dass zusätzlich die erfindungsgemässe Vorrichtung auch dazu verwendet werden kann, um nicht-elektrostatische Sprühgeräte zu elektrostatischen Sprühgeräten umzuwandeln, wobei die Mittel zur induktiven Aufladung gemäss der Erfindung verwendet werden. Alternativ können auch sehr leicht elektrostatische Hochspannungs-Sprühsysteme in solche Systeme mit niederer Spannung umgewandelt werden, wobei lediglich die Mittel zur induktiven Aufladung der Erfindung mit den entsprechenden, in derartigen Hochspannungssystemen verwendeten Mitteln ausgetauscht werden. '

Die Erfindung wird nunmehr-noch näher in Verbindung mit dem folgenden Beispiel erläutert. Alle Teile und Prozentangaben dieses Beispiels sind auf das Gewicht bezogen, sofern es nicht anders angegeben wird.

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Beispiel

Eine nach der Erfindung hergestellte Sprühvorrichtung wurde dazu verwendet, um zwei Farbstofflösungen auf ein geerdetes Aluminiumsubstrat aufzutragen. Die Mittel zur induktiven Aufladung bestanden aus einer Röhre aus Epoxid mit einem Aussendurchmesser von 41,3 mm. Diese Röhre hatte eine Wandstärke von 15,9 mm und war 19,05 mm lang. Diese Röhre besass eine 38,1 Mikron (1,5 mil) dicke Aluminiumfolie, die auf ihrer Innenfläche aufgeklebt war. Alle Kanten waren abgerundet, und ein Epoxikügelchen oder -perle wurde entlang den Kanten der Metallfolie verwendet. Die Röhre wurde sodann in einer üblichen Düse aus dielektrischem Material in der Weise angeordnet, dass die Röhrenlänge ein wenig mehr als zur Hälfte über die ebene Fläche der Auslassöffnungen hinausragte. Die Stromspannungsquelle wurde mit den Mitteln zur induktiven Aufladung über einen 100 Mega-Ohm - Widerstand gekoppelt. Die angelegte Spannung war annähernd +8,5 Kilovolt, wobei der mittlere Spannungsgradient in der Ladungszone etwa 10 Kilovolt pro 2,54 cm betrug. Der Luftdruck zur Zerstäubung betrug etwa 5,2 kg / cm (60 psig) und die Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit lag etwa bei 180 g /Min. .

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Die erste Farbstofflösung bestand aus 54,4 Gewichtsteilen Farbträgerlösung, aus 31,9 Gewichtsteilen Isophoron und aus 13,7 Gewichtsteilen Methanol, wobei der gesamte Feststoffgehalt etwa 23 Gew% betrug. Die Farbstofflösung hatte eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 3,6/umho / cm. Die Farbstoff trägerlösung bestand aus:

	Gewichtsteile
Celluloseacetatbutyrat	20
Acrylpolymerisat A	29
Acrylpolymerisat B	29
Weichmacher	22

Das Acrylpolymerisat bestand aus 40 Gew% (Feststoffgehalt) eines Polymethylmethacrylats in einer Lösungsmittelmischung mit 30 Gew% Toluol und 70 Gew% Aceton. Das Acrylpolymerisat B bestand aus 40 Gew% (Feststoffgehalt) eines Copolymeren aus 82 Gew% Methylmethacrylat und 18 Gew7_o Butylacrylat in einer Lösungsmittelmischung mit 30 Gew% Aceton und 70 Gew?_o Toluol. Der Weichmacher enthielt 85 % Feststoffe mit 43 Gewichtsteilen Kokosnussöl, 6 Gewichtsteilen GIy-

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cerolphthalat, 49 Gewichtsteilen Äthylglykolphthalat und 2 Gewichtsteilen Äthylenglykol in einer Lösungsmittelmischung mit 37 Gew% Toluol und 63 Gew% Xylol.

Die zweite Farbstofflösung enthielt 33,1 Gew% Feststoffe einer Mischung aus einem Acrylpolymeren und einem Melaminharz in einer Lösungsmittelmischung. Diese Polymerenmischung besteht aus 79 % eines Acrylpolymeren mit 7,5 Gewichtsteilen Hydroxipropylacrylat, 4,8 Gewichtsteilen Eisacrylsäure, 13,4 Gewichtsteilen Methylmethacrylat, 14,6 Gewichtsteilen Butylmethacrylat, 23,7 Gewichtsteilen Styrol und 15 Gewichtsteilen Butylacrylat, sowie aus 21 Gew% eines Melamin-Formaldehydharzes (Cymel 303 der American Cyanamid). Die Lösungsmittelmischung enthielt 2 Gewichtsteile Dirnethyläthanolamin, 1 Gewichtsteil Aceton, 82 Gewichtsteile deionisiertes Wasser und 15 Gewichtsteile Diäthylenglykolbutyläther (butyl carbitol).··

In beiden Fällen wurden gleichmässige Farbstofffilme hergestellt, wobei keine Bildung von Glimmentladung beobachtet wurde, und wobei sich nur eine geringfügige oder gar keine Ansammlung von Teilchen auf der Düse und der Ladungselektrode zeigte. Der Strömfluss von dem Substrat zu der Bodenerdung betrug in beiden Fällen etwa -12 Mikroampere.

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Claims

Patentansprüche:

f !.,Vorrichtung zum elektrostatischen Aufsprühen von Überzugsmassen, gekennzeichnet durch

(a) eine elektrisch nicht-leitende Sprühdüse (2) mit einer Luft- (9) und einer Flüssigkeitsaus las so ffnung (7);

(b) Mittel zur induktiven Aufladung (13), die ausserhalb der genannten Öffnungen angeordnet und an der Düse angeschlossen sind, wodurch eine Aufladungszone (13 a) geschaffen wird und wobei die Mittel (13) bezüglich der Düse (2) derart angebracht sind, dass Aussenluft (20) mit der Luft und der Flüssigkeit gemischt werden, die durch die Öffnungen (7), (9) innerhalb der Zone (13 a) ausströmen; und

(c) Mittel zum Anlegen eines elektrischen Potentials (17) an den Mitteln zur induktiven Aufladung (13).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur induktiven Aufladung (13) eine zylindrische dielektrische Röhre (14) mit einer leitfähigen Schicht (15) enthalten, die auf ihrer Innenfläche aufgeklebt sind.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Schicht (15) aus einem leitfähigen Metall oder einem leitfähigen Kunststoff besteht,
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur induktiven Aufladung (13) mit einem dielektrischen Schutz (24) rund um ihren vorderen Abschluss versehen sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (13) mit Schlitzen (23) ausgerüstet sind, um die Mischung der gasförmigen Teilchen und der zerstäubten Luft mit Aussenluft (20) zu steigern.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch* gekennzeichnet, dass der durchschnittliche Spannungsgradient innerhalb der Aufladungszone (13 a) zwischen etwa 5 und etwa 20 Kilovolt pro 2,54 cm liegt.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der durchschnittliche Spannungsgradient innerhalb der Aufladungszone (13 a) zwischen etwa 8 und etwa 12 Kilovolt pro 2,54 cm liegt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Sprühdüse (2) eine nicht-geerdete leitfähige Schicht angebracht ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle Kanten und Ecken der Mittel zur induktiven Aufladung (13) abgerundet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Anlegen eines elektrischen Potentials (17) eine Spannung zwischen den Mitteln zur induktiven Aufladung (13) und einer Erdungsstelle (18) anlegen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur induktiven Aufladung (13) mit den Mitteln zum Anlegen eines elektrischen Potentials (17) über einen Strombegrenzungswiderstand gekoppelt sind.

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