DE2514117B2

DE2514117B2 - Vorrichtung zum elektrostatischen Aufsprühen von Überzugsmassen

Info

Publication number: DE2514117B2
Application number: DE19752514117
Authority: DE
Inventors: James Edward Glenshaw Pa. Sickles (V.St.A.)
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1974-04-01
Filing date: 1975-03-29
Publication date: 1980-07-10
Also published as: JPS5534196A; FR2265460A1; FR2265460B1; JPS5628589B2; JPS5532432B2; DE2514117C3; BE827425A; DE2514117A1; JPS50135135A; IT1030489B; GB1507562A; GB1507561A

Description

Die vorliegende Erfindung betrft 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 Hinsicwt, einschließlich der Mittel und der Verfahrensweisen, die angewandt werden, um zu zerstäuben und die Flüssigkeit elektrostatisch 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 verwendet: wird, um ein lokalisiertes elektrisches Feld zwischen dem Gerät und der Elektrode zu schaffen.

So beschreibt DE-PS 9 62 590 eine Einrichtung zur Herstellung von Überzügen unter Verwendung eines elektrostatischen Feldes, bei der eine Zwischenelektrode vorgesehen ist, die auf einem zwischen den Potentialen der beiden anderen Elektroden (Düsenkopf und zu überziehender Gegenstand) liegenden Potential gehalten wird.

AT-OS 2 85 773 offenbart eine elektrostatische Spritzpistole mit Eintrittsöffnungen am Außengehäuse, um der unerwünschten Zerteilung des Flüssigkeitsstrahles aufgrund der gegenseitigen Abstoßung geladener Teilchen entgegenzuwirken.

Aus DE-OS 22 07 310 ist eine elektrostatische Sprüheinrichtung bekannt, die eine in unmittelbarer Nähe zu den Flüssigkeitsenden ungeordnete Elektro qeneinrichtung aufweist und bei der die Zerstäubung der Flüssigkeit bereits innerhalb der Flüssigkeitsdurchgangsöffnung erfolgt, Viele der bekannten Geräte verwenden relativ hohe Spannungen und unterscheiden sich sowohl hinsichtlich der Größe der Ladung, die den flüssigen Teilchen erteilt werden, als auch hinsichtlich der verschiedenen Arten von Flüssigkeiten, welche in wirkungsvoller Weise aufgesprüht oder aufgespritzt werden körnen. Auf grund der vielfältigen Unterschiede sowohl hinsichtlich des Auf baus 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

is beschränkt

Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufsprühen oder Aufspritzen von Überzugsmassen zur Verfügung zu stellen, mit der eine große Anzahl verschiedenartig ster 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 ,rait einer elektrisch nicht leitfähigen oder nicht geerdeten Sprühdüse mit einer Luft- und einer Flüssigkeitsauslaßöffnung und mit Elektroden zur

elektrischen Aufladung der Überzugsmassen gelöst

Das Kennzeichnende der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Elektrode zur elektrostatischen Aufladung der zu versprühenden Überzugsmasse radial um die die Flüssigkeitsöffnung umgebende Luftauslaßöffnung angeordnet und an ihren Kanten und Ecken abgerundet sind und daß zur Erzeugung einer Aufladungszone mit einem Potentialgradienten von 2 bis 8 kV pro cm zwischen Flüssigkeitsstrahl und Elektrode eine Hochspannungsquelle vorgesehen ist

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

•»5 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 elektrostatischen Aufladung an den nicht-elektrostatischen Sprüheinrichtungen anbringt. Weiterhin kann in vorteilhafter Weise die erfindungsgemäße 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 elektrostatischen 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 Flüssigkeitsauslaßöff-

^hr> nungen, Elektroden zur elektrostatischen Aufladung oder einer Ladungselektrode, die außerhalb der genannten öffnungen angeordnet und an die Sprühdüse angeschlossen sind, und mit Mitteln zum Anlegen eines

elektrischen Potential« an die Mittel zur elektrostatischen 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 Elektrode zur elektrostatischen Aufladung sich in Nachbarschaft zu dieser befindet und diese umgibt und radial außerhalb der Durchgänge angeordnet ist, durch welche die Luft und die Flüssigkeit hindurchgelangen.

Die Elektroden zur elektrostatischen 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 Ausführungsfonm der Erfindung besteht die Elektrode zur elektrostatischen Aufladung aus einer zylindrischen, dielektrischen Röhre mit einer dünnen leitfähigen Schicht, beispielsweise einer Metallschicht oder eine Metallfolie, einer leitfähigen Kunststoffschicht oder dergleichen, die auf ihrer Innenfläche aufgeklebt ist, wobei diese Röhre die Luft- und Flüssigkeitsauslaßöffnungen ummantelt 2s

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Elektrode an ihrem äußeren Rande mit einem dielektrischen Schutzring versehen. Vorzugsweise weist die Elektrode Schlitze zur Außenluft auf, um die Mischung aus zerstäubten Teilchen und Luft zu steigern.

In der Regel wird die angelegte Spannung geringer als 20 Kilovolt sein, obwohl höhere Spannunger 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 zwischen 2 und 8 Kilovolt pro cm liegt und besonders bevorzugt in einem Bereich von 3,1 bis 4,7 Kilovolt pro cm. Der beste durchschnittliche Spannungsgradient wird natürlich von verschiedenen Faktoren abhängen, einschließlich der Drücke der Luft und der Flüssigkeit der Größe 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

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer üblichen, luftzer stäubenden Düseneinrichtung, die mit einer Elektrode zur elektrostatischen Aufladung gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist

F i g. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 der Fig. 1, wobei des weiteren das elektrische System der Elektrode zur elektrostatischen Aufladung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt wird.

Fig.3 zeigt eine andere Ausführungsform der Elektrode zur elektrostatischen Aufladung gemäß der Erfindung.

F i g. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 der Fig. 3.

F i g. 5 und 6 zeigen weitere Ausführungsformen der m> Elektrode zur elektrostatischen Aufladung gemäß der Erfindung.

F i g. 7 ist die Endansicht der Elektrode zur elektrostatischen Aufladung, wobei eine Einrichtung gezeigt wird, die diese Elektrode mit der Sprühdüse verbindet.

Fig.8 bis IO veranschaulichen verschiedenartige Typen von Sprühdosen, die in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Fig, Il zeigt eine Sprüh- oder Spritzpistole üblicher Bauart, in der die Elektrode zur elektrostatischen Aufladung der Erfindung verwendet werden kann.

In allen Figuren haben die jeweils wiederkehrenden Einzelteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung gleiche Bezugszeichen.

In Fig. 1 wird eine Luftzerstäubungseinrichtung J üblicher Bauart mit Mitteln zur elektrostatischen 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, welche verwendet werden können, können im wesentlichen jede elektrisch leitfähige Flüssigkeit (das heißt eine Flüssigkeit mit einer Leitfähigkeit von größer 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 LösungsavUel oder mit einer Lösungsmittelmischung verdünnt wurden, 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 mit einem Paar zueinander angeordneter Lufteintrittsstutzen 5 besteht Die Flüssigkeitsdüse 3 kommt über ein Schraubgewinde 11 mit der Zerstäubungseinrichtung Ϊ zum Eingriff. Die gesamte Düse 2 wird auf die äußere Oberfläche der Einrichtung 1 unter Verwendung einer ringförmigen Überwurfmutter 12 aufgeschraubt Die Düse 2 ist aus einem dielektrischen oder elektrisch nicht-leitfähigen Material konstruiert um einen ausreichenden Ladungs-Wirkungsgrad sicherzustellen, was im nachhinein noch 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. antrieben können, solange dieses leitfähige Material nicht geerdet ist Es wurde näm'ich festgestellt daß, sobald Metallteile, die verwendet weiJen, geerdet sind, der Ladungswirkungsgrad in einem beträchtlichen Ausmaße absinkt in mpnchen Fällen bis nahezu /5%.

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 F i g. 8 bis 10) in Hinblick auf die Luftkappe 4 gefördert wird. Die Luftstutzen oder Lufthutren 5 haben in ihren nach innen gerich'Men Flächen sowohl nach innen als auch nach außen abgeschrägte bzw. geneigte öffnungen 10, um einen die Zerstäubung bildenden Strahl 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: 3169 882, 35 87 967, 35 91080, 36 92 241, 37 46 253, 37 47 850, 37 64 068 und 37 64 069.

Die F i g. 1 zeigt zusammen mit der F i g. 2 das Gerät in Kombination mit der Elektrode zur elektrostatischen Aufladung oder der Ladungselektrode 13 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Elektrode zur elektrostatischen Aufladung 13 besteht bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einer zylindrischen Röhre 14 aus nicht-leitendem Material, die auf ihrer Innenfläche eine laminierte, leitfähige Schicht 15 besitzt. Die zylindrische Röhre ist im wesentlichen aus jedem geeigneten dielektrischen Material konstruiert, einschließlich der Acetalharze, 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. Sprühauftrag oder durch Abscheidung unter Vakuum.

Die Röhre 14 steht mit der Düse 2 über dielektrische Abstandshalter 16 in Verbindung. Diese Abstandshalter, siehe auch F i g. 7, sind mit der Innenfläche der Röhre 14 verklebt oder unter der Verwendung von dielektrischen Bolzen oder Schrauben 21 verbunden und bilden eine Aufiadungs- 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. Sofern erwünscht, kann die Röhre 14 auch permanent mit der Sprüheinrichtung gekuppelt sein. Die Mittel zur elektrostatischen Aufladung 13 stehen vorzugsweise mit der Sprühdüse 2 in der Art und Weise in Verbindung, daß Außenluft 20 mit der Luft und der Flüssigkeit gemischt wird, die durch die Auslaßöffnungen innerhalb der Aufladungszone 13a austreten.

Die resultierende Saugwirkung 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 S, die mit dem Flüssigkeitsstrom in Verbindung steht, oder durch eine Erdung des Flüssigkeitsspeichers geerdet

Sofern erwünscht kann die Schicht 15 über einen

nicht gezeigten Strombegrenzungswiderstand einer geeigneten Widerstandsgröße mit der Stromspannungsquelle gekoppelt sein. Diese Widerstandsgröße des Strombegrenzungswiderstandes variiert in Abhängig- --, keit von der Größe 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

in oder sie kann tragbar bzw. beweglich ausgestaltet sein und von einer Person des Bedienungspersonals der Sprühvorrichtung getragen werden.

Die angelegte Spannung kann Ober einen weiten Bereich variieren, jedoch ist es vorteilhaft, daß sie

ι ί weniger als etwa 20 Kilovolt ausmacht Die Spannung, die zum Erreichen eines optimalen Ladungswirkungsgrades angelegt wird, hängt von der radialen Anordnung der Elektrode zur elektrostatischen Aufladung bezüglich der Hauptrichtungsachse der Flüssigkeitsströ mung ab. Da die Elektroden zur elektrostatischen Aufladung radial nach außen von der Hauptrichtungsachse der Flüssigkeitsströmung (oder mit anderen Worten, gemäß der Ausführungsformen nach den F i g. 1 und 2, da der Durchmesser der Röhre 14 bezüglich der Hauptrichtungsachse der Flüssigkeitsströmung ansteigt) werden höhere Spannungen benötigt, um einen optimalen Ladungswirkungsgrad zu erzielen. Obwohl es schädlich für die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung wäre, wenn die Ladungselektroden ausrei chend schmal oder kurz wären und die Spannungen ausreichend groß, daß eine Glimmentladung induziert werden könnte, werden in Hinblick auf die Größe oder die Gestalt der Mittel zur elektrostatischen Aufladung optimale Ergebnisse erhalten, wenn der durchschnittli ehe Spannungsgradient innerhalb der Aufladungszone 13a zwischen 2 und 8 Kilovolt pro cm und vorzugsweise zwischen 3,1 und 4,7 Kilovolt pro cm liegt

Es ist augenscheinlich so, daß die flüssigen Teilchen, die von der Flüssigkeitsauslaßöffnung 7 gebildet

w 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 oberflä cheninduzierte Ladung, das heißt eine Ladung auf 'ien 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 Durchfhißkanten der Flüssigkeit zu konzentrieren, die während der Zerstäubung oder Versprühung innerhalb der Ladungszone 13a 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 Problem werden.

Die hoch aufgeladenen Flüssigkeitsteilchen, die aus

der Ladungszone 13a herausgetragen werden, werden auf den nicht gezeigten Oberflächen der Gegenstände oder Objekte angezogen, die bei einem die geladenen Teilchen anziehenden Potential, vorzugsweise bei einem

Erd- oder Grundpotential, gehalten werden.

In den F i g. 3 und 4 wird eine weitere Ausführungsform der Elektrode zur elektrostatischen Aufladung der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dieser Ausfiihrungsform ist die Elektrode zur elektrostatischen Aufladung 13' mit einem daran befestigten oder angeklebten leitfähigen Film 15' mit den Luftstutzen 5' über die Schrhooen 21 aus dielektrischem Material verbunden. Wie aus den Zeichnungen zu ersehen, ist die Elektrode zur elektrostatischen Aufladung 13' etwas kurzer in ihrer Längsausdehnung als die zuvor gezeigten und ist 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 Elektrode zur elektrostatischen Aufladung 13' ist wiederum in Hinblick auf die AuslaBöffnungen 7/9 in der Weise angeordnet, daß Außenluft mit der unter Druck stehenden Luft und der Flüssigkeit innerhalb der Ladungszone gemischt wird, wobei die Zerstäubung und das Aufsprühen der Flüssigkeit optimiert werden.

Wie in Fig.5 zu sehen, bestehen die Elektroden zur elektrostatischen 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 Elektrode zur elektrostatischen Aufladung 13'" in F i g. 6, die ebenfalls aus einer dielektrischen Röhre 14'" mit Einern 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 Elektrode zur elektrostatischen Aufladung (wie in Fig.5) noch weiter gesteigert werden. Diese Elektrode ist außerdem mit einer dielektrischen Schutzperle 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'" verhindert.

Die Elektrode zur elektrostatischen Aufladung ist unter anderem in der Weise beschrieben und gezeigt, daß eine bestimmte 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 F i g. 8 bis 10 gezeigt Obwohl die bisher gezeigten Kappen in der Regel mit Luftstutzen oder Lufthutzen 5 versehen sind, können derartige Kappen auch ohne derartige Stutzen verwendet werden.

Bisher wurden die Elektroden zur elektrostatischen Aufladung in der Weise beschrieben, daß sie die Gestalt einer zylindrischen Röhre besitzen. Dennoch ist es klar, daß derartige Elektroden keine kontinuierliche Oberfläche benötigen. Beispielsweise können derartige Elektroden zur elektrostatischen Aufladung aus leitfähigen Filmen oder Folien bestehen, die auf der Innenfläche der Luftstutzen 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 Elektrode zur elektrostatischen Aufladung abgerundet um eine mögliche Glimmentladung oder eine mögliche Funkenbildung zu vermeiden. Vorzugsweise ist die Oberflächen/one der Elektroden zur elektrostatischen Aufladung für jede geplante Anordnung besonders geeignet. Der Wirkungsgrad jeder besonderen Ausgestaltungsform der Oberflächenzone hängt von dem durchschnitt-. liehen Spannungsgradienten innerhalb der Ladungszonc Ma ab, wobei die bevorzugten Gradienten weiter vorne genannt wurden.

Die axiale Anordnung der Elektrode zur elektrostatischen Ladung bezüglich der Sprühdüse ist nicht kritisch.

in Dennoch sollte diese Elektrode in der Regel außerhalb der Auslaßöffnungen 7/9 angeordnet sein. Wie in den verschiedenen Zeichnungen gezeigt, sind die Elektroden zur elektrostatischen Aufladung vorzugsweise in der Weise angeordnet, daß zumindest ein Teil von ihnen

ii sich außerhalb der Ebene der Luft- und Flüssigkeitsauslaßöffnungen erstreckt. Sofern erwünscht, kann sich die Gesamtlänge dieser Elektrode andererseits nach vorn in die Ebene dieser Auslaßöffnungen erstrecken. In der Rcgci 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 Elektrode auch in der Ebene der Auslaßöffnungen liegen. Obwohl auch

>-, nutzbare Ergebnisse erhalten werden, wenn das vordere Ende dieser Mittel ein wenig hinter der Ebene der Auslaßöffnungen angeordnet ist, ist eine derartige Position nicht erwünscht, da in der Regel damit keine optimalen Ergebnisse erzielt werden.

so In ähnlicher Weise ist auch weder die Größe noch die radiale Anordnung der Mittel zur induktiven Aufladung bezüglich der Luft- und Flüssigkeitsauslaßöffnungen kritisch. Die jeweilige Größe und radiale Anordnung hängt im allgemeinen von der Größe der zum Einsatz

r> kommenden Sprühvorrichtung ab. Beispielsweise haben die gezeigten Elektroden zur elektrostatischen 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 Größen auch über einen weiten Bereich variiert werden. Da die Elektrode zur elektrostatischen Aufladung radial außerhalb der Achse der Flüssigkeitsströmung bewegt werden, werden, wie zuvor beschrieben, in jedem Fall höhere Spannungen benötigt, um deren Ladungswirkungsgrad zu optimieren.

Der Druck der Luft, die durch 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 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 cm² und etwa 55 kg pro cm². 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. F i g. 11 zeigt eine übliche Spritz- oder Sprühpistole 25, die mit der Elektrode zur elektrostatischen Aufladung nach der Erfindung verbunden werden kann. Alternativ können die Elektroden zur elektrostatischen Aufladung nach

der Erfindung auch zusammen mit einem automatischen Sprühgerät verwendet werden, oder es kann ein Sprühgerät unter Verwendung der konstruktiven Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgebaut werden. Obwohl die Elektroden zur elektrostatischen Aufladung in der Weise erläutert wurden, daß sie wieder lösbar mit der Sprühvorrichtung verbunden sind, können diese Elektroden in gleicher Weise mich permanent mit dem Sprühgerät verbunden sein.

Es ist klar, daß zusätzlich die erfindungsgeniäße Vorrichtung auch dazu verwendet werden kann, um nicht-elektrostatische Sprühgeräte zu elektrostatischen Sprühgeräten umzuwandeln, wobei die Elektroden zur elektrostatischen 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 Elektroden zur elektrostati-

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.ii. 11 τ. ■■ /IUl luuuilg UVl L.I MIIUUIIg Ulli UV.I1 tllO^l VLIItI(ULII, 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.

Beispiel

Eine nach der Erfindung hergestellte Sprühvorrichtung wurde dazu verwendet, um zwei Farbstofflösungen auf ein geerdetes Aluminiumsubstrat aufzutragen. Die Elektrode zur elektrostatischen Aufladung bestand 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 dicke Aluminiumfolie, die auf ihrer Innenfläche aufgeklebt war. Alle Kanten waren abgerundet, und ein Epoxiring 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 Röhrenlängc ein wenig mehr als zur Hälfte über die Ebene 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 4 Kilovolt pro cm betrug. Der Luftdruck zur Zerstäubung betrug etwa 5,2 kg/cm² und die Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit lag etwa Hei 180 g/min.

Die erste Farbstofflösung bestand aus 54,4 Gewichts- »_n:t_nn Cyp-ut^n^af\noi^nn oijc 3! 9 Gerichtsteilen !sophoron und aus 13,7 Gewichtsteilen Methanol, wobei der gesamte Feststoffgehalt etwa 23 Gew.-% betrug. Die Farbstofflösung hatte eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 3,6 nmho/cm.

Die zweite Farbstofflösung enthielt 33,1 Gew.-% Feststoffe einer Mischung aus einem Acrylpolymeren und einem Melaminharz in einer Lösungsmittelmischung.

In beiden Fällen wurden gleichmäßige Farbstoffüme 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 Stromfluß von dem Substrat zu der Bodenerdung betrug in beiden Fällen etwa —12 Mikroampere.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Vorrichtung zürn elektrostatischen Aufsprühen von Überzugsmasse« mit einer elektrisch nicht leitfähigen oder nicht: geerdeten Sprühdüse mit einer Luft- und einer IFIfissigkeitsausIaßöffnung, mit Elektroden zur elektrischen Aufladung der Überzugsmassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (13) zur elektrostatischen Aufladung der zu versprühenden Überzugsmasse radial um die die Flünsigkeitsöffnung (7) umgebende Luftauslaßöffnung (9) angeordnet und an ihren Kanten und Ecken abgerundet sind und

daß zur Erzeugung einer Aufladungszone (i3a) mit einem Potentialgradienten von 2 bis 8 Kilovolt pro cm zwischen Flüssigkeitsstrahl und Elektrode (13) eine Hochspannungsquelle (17) vorgesehen ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (13) zur elektrostatischen Aufladung ein Rohr (14) aus nicht-leitendem Material JT<jt einer auf seiner Innenfläche aufgeklebten leitfähigen Schicht (15) besitzt

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (13) an ihrem äußeren Rarade mit einem dielektrischen Schutzring (24) verseihen ist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (13) zum Steigern der Mischung aus zerstäubten Teilchen und Luft Schlitze (23) zur Außenluft aufweist