DE2531634C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufsprühen eines Überzugs auf einen Gegenstand unter Zuhilfenahme elektrostatischer Anziehungskräfte - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bc/.ieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufsprühen eines Oberzugs aus einem pulverförmigen, körnigen oder flüssigen Rohmaterial auf einen Gegenstand unter Zuhilfenahme elektrostatischer Anziehungskräfte.

Es ist bekannt, pulverförmige, körnige oder flüssige Rohmaterialien elektrostatisch aufzuladen und auf einen geerdeien Gegenstand zu sprühen. Aufgrund der elektrischen Ladung haften die Rohmaterialpartikel gut an dem zu überziehenden Gegenstand, der einer nachfolgenden Behandlung, wie beispielsweise Trocknung

ίο oder Ausheizung unterzogen werden kann, um das Oberzugsmaterial auf ihm fest zu binden. Insbesondere werden nach diesem Verfahren Farben aufgetragen und Oberzüge aus thermoplastischem oder thermofixierendem Kunststoffmaterial angebracht, die nach dem Aus-

heizen einen guten und dauerhaften Oberzug auf dem besprühten Gegenstand bilden.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens wird ein Luftstrom erzeugt, von dem thermoplastisches oder thermofixierendes Kunststoffmaterial mitgerissen wird. Dieser Luftstrom läuft durch sine Pistole, die von der Bedienungsperson auf das zu überziehende Objekt gerichtet wird. Die Pistole hat eine Austrittsdüse für die Luft und das mitgerissene Überzugsmaterial. Um die Düsenöffnung herum ist eine Elektrode angeordnet, die auf hohem Spannungspotential steht

Teilweise weil das rcugerissene Material sehr nahe an der Elektrode vorbeistreicht, teilweise weil die Elektrode die ihr unmittelbar benachbarten Luftschichten ionisiert, wird das im Luftstrom mitgerissene Oberzugsmaterial aufgeladen. Da der zu besprühende Gegenstand geerdet ist. werden die aufgeladenen Partikel von diesem verstärkt angezogen.

Eine solche Vorrichtung wirft jedoch eine Reihe von Problemen auf. Eine Schwierigkeit besteht darin, daß, obwohl die Elektrode die Düse vollständig umgibt, das von ihr erzeugte elektrische Feld dazu neigt, sich im Bereich des dem Gegenstand benachbarten Teils der Elektrode zu konzentrieren. Das Feld zwischen dem dem Gegenstand abgewandten Teil tier Elektrode und dem Gegenstand bleibt dagegen- vergleichsweise schwach. Auf diese Weise wird den Partikeln des Rohmaterials, die am erstgenannten Abschnitt der Elektrode vorbeistreichen, eine größere Ladung vermittelt als denjenigen Rohmaterialpartikeln, die in den anderen Bereichen der Elektrode an dieser vorbeistreichen. Auf diese Weise ergeben sich ungleichmäßige Anziehungskräfte zwischen Rohmaterialpartikeln und dem geerdeten Gegenstand, was dazu führt, daß der Gegenstand nicht gleichmäßig von dem aufgesprühten Rohmaterial bedeckt wird. Darüber hinaus geht ein beträchtlicher Teil des gesprühten Rohmaterials wegen zu geringer Anziehung ohne auf den Gegenstand zu treffen, in die freie Atmosphäre verloren.

Diese Nachteile lassen sich auch durch eine Erhöhung der Elektrodenspannung nicht beheben, durch sie würde der erläuterte Effekt nur verstärkt werden. Die Tendenz, daß Hohlräume oder Ausnehmungen in dem zu besprühenden Gegenstand nicht von dem Überzugsma-

bo terial bedeckt werden, wird nur noch größer.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe eine gleichmäßige Besprühung zu überziehender Gegenstände sichergestellt ist

b^r> Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des gcnann-

ten Verfahrens ist die mit der Hochspannungsquelle verbundene Eiektrodenanordnung erfindungsgemäß aus einer Vielzahl von Einzelelektroden aufgebaut, die je über einen Widerstand mit der Hochspannungsquelle verbunden sind.

Es wird auf diese Weise erreicht, daß diejenigen Partikel, die an einer dem zu besprühenden Gegenstand relativ nahen Elektrode vorbeistreichen, weniger stark aufgeladen werden, als solche Partikel, die an einer dem Gegenstand weiter entfernten Elektrode vorbeistreichen, und daher den relativ längeren Weg bis zum Auftreffen auf den Gegenstand zurücklegen müssen. Auf diese Weise wird eine Vergleichmäßigung des elektrischen Feldverlaufs und eine gleichmäßige Bedeckung des zu besprühenden Gegenstandes erreicht.

Die Größe der Widerstände kann nach den jeweiligen Bedürfnissen gewählt werden. Bei einer Elektrodenspannung zwischen 20 und 90 kV und beim Aufsprühen thermoplastischer oder thermofixierender Kunststoffpulver sollten die Widerstände größer als 10 ΜΩ, vorzugsweise größer aäs 30 ΜΩ sein. Eine Obergrenze gibt es nicht, für den praktischen Gebrauch ist es aber nicht nötig, einen Widerstandswert von 100 ΜΩ zu überschreiten. Praktischerweise setzt man jeden Widerstand aus einer Serienschaltung von Einzelwiderständen zusammen.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ein größerer Anteil des Oberzugsmaterials relativ stark aufgeladen wird, und nur ein vergleichsweise kleiner Teil nur schwach aufgeladen wird. Die elektrischen Felder, die sich bei der Verwendung der Erfindung ergeben, sind breiter gespreizt als diejenigen, die sich bei Verwendung nur einer einzigen Elektrode ergeben. Auch eine Elektrodenvielzahl bringt das gewünschte Ergebnis nicht, wenn nicht jede Einzelelektrode über einen eigenen Widerstand mit der Hochspannungsqueile verbunden ist

Es ist empfehlenswert, wenn das Überzugsmaterial möglichst dicht an den Elektroden vorbeistreicht Manche Überzugsmaterialien nehmen aber eine elektrostatische Ladung bereitwilliger auf als andere Überzugsmaterialien. Eine in erfindungsgemäßer Weise aufgebaute Spritzpistole sollte daher zweckmäßigerweise Mittel enthalten, die eine Einstellung, wie dicht der Materialstrom an den Elektroden vorbeigeführt ist, gestattet Wahlweise kann man auch die an den Elektroden anliegende Hochspannung periodisch verändern. Dieser Gedanke ist auch anwendbar bei einer Elektrodenanordnung, die nur aus einer einzigen Elektrode besteht.

Periodizität und Ausmaß der Änderung der Hoch- w spannung können nach den Bedürfnissen frei gewählt werden. lr/i allgemeinen läßt eine Frequenz zwischen 10 und 100, vorzugsweise zwischen 15 und 25 Hochspannungsänderungen pro Minute gute Ergebnisse erwarten. Es genügt hierzu, die Spannung periodisch ein- und auszuschalten, wobei dann ein parallelgeschalteter Kondensator dafür sorgt, daß die Spannung nicht ganz auf Null abfällt

Zur Aufbereitung und Dosierung des elektrostatisch aufladbaren Pulvers enthält eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens einen Pulverbehälter, einen angetriebenen Rotor am Boden des Pulverbehälters und einen diesem benachbarten Lufteinlaß, durch den zum Zwecke der Durchmischung mit dem Pulver während der Rotation des Rotors Luft bf> zugeführt wird. Aus dem Pulverbehälter wird somit ein Pulvcr/Luft-Gcmisch abgeführt. Die Abführöffnung befindet sich vorzugsweise an einer der Luftcinlaßöffnung entfernt liegenden Stelle, der Rotor enthält vorzugsweise mehrere Flügel.

Die Erfindung und ihre Ausgestaltungen sei mit ihren Vorteilen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine vollständige Ansicht einer elektrostatischen Sprühvorrichtung:

Fig.2 eine Ansicht von der Rückseite der Vorrichtung nach F i g. 1 im Schnitt;

F i g. 3 einen Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung nach F i g. 1;

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 von F i g. 3;

F i g. 5 einen Längsschnitt durch eine Spritzpistole als Teil der Vorrichtung von Fig. 1;

Fig. 6 in perspektivischer Darstellung einen Teil der Spritzpistole nach F i g. 5, und

F i g. 7 einen elektrischen Schaltplan der Vorrichtung nach F i g. /.

Die dargestellte Vorrichtung urr.Äißt ein Gehäuse 1 mit einem Pulverbehälter 2, der von tmem Deckel 3 verschlossen ist. Am Gehäuse 1 ist eine Tragstange 4 angebracht, die mit einem Haltering 6 sowie einem Haken 7 versehen ist. Am Gehäuse sind ein Hauptschalter 8, eine Sicherung 9. eine im eingeschalteten Zustand leuchtende Anzeigelampe 11, ein erster Drehschalter 12 mit mehreren Schaltstufen, ein zweiter Drehschalter 13 mit mehreren Schaltstufen und ein Anschlußkontakt 14 vorgesehen.

Am Haken 7 hängt eine Spritzpistole 15, die mittels eines Schlauches 16 und zweier Kabel 17 und 18 mit dem Gehäuse 1 verbunden ist.

Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Gebläse 19 angeordnet, das über einen Riemen 21 von einem ersten Motor 22 angetrieben ist. Ein zweiter Motor 23 treibt über ein Zahnradgetriebe 24 eine Welle 26 an.

Im Gehäuse 1 ist weiterhin ein Schaltkasten 27 angeordnet, in dem verschiedene elektrische Schaltkreise untergebracht sind.

.Her Behälter 2 weist einen oberen Vorratsraum 28 auf sowie eine Schütte 29. die Pulver zu einer Seite einer Meßvorrichtung leitet. Die Meßvorrichtung umfaßt einen Rotor 31, der auf der Welle 26 montiert ist und sich in einem oben offenen, unten geschlossenen Zylinder 32 dreht, der sich oben in dem Bchäller 2 fortsetzt. Am Boden des Zylinders 32 ist ein Auslaß 33 angeordnet, und zwar gegenüber derjenigen Seile des Zylinders, in den die Schütte 29 mündet

Der Rotor 31 ist mit einem Ring 34 ausgestattet, der einen Schlitz aufweist, der in einer Kante 36 so ausläuft, daß Pulver, das an der Wand des Zylinders 32 anbackon will, von ihr abgekratzt wird. Außerdem weist der Rotor eine Anzahl von Flügeln 37 auf.

Die Flügel 37, der Ring 34 und die Schütte 29 wirken so zusammen, daß der Rotor abgemessene Anteile des ihm zugeführten Pulvers an den Auslaß 33 abgibt Die Größe der jeweiligen Portionen hängt vom Volumen ab. das von benachbarten Flügeln 37 und dem Ring 34 bestimmt wird sowie von der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 31 an der Welle 26.

Das Gebläse 19 weist einen Einlaß 4! r-nd einen Auslaß 42 auf. Der Einlaß.41 ist mit dem Auslaß 33 des Zylinders 32 verbunden. Auf diese Weise wird Luft durch den Bchäller 2 und den Zylinder 32 angesaugt, so daß dabei das Pulver mitgerissen und fluidisiert wird. Der Auslaß 42 des Gdbäses läuft durch das Gehäuse 1 und ist mil dem Schlauch 16 durch eine hier nicht ge-

zeigte Schnappkupplung verbunden.

Durch den Schlauch gelangt das fluidisierte Pulver zur Spritzpistole, wenn das Gebläse 19 und der Rotor 31 in Betrieb sind.

An der Spritzpistole 15 ist ein Auslösehebcl 51 ausgebildet, durch den über das Kabel 17 verschiedene Arbeitsvorgänge begonnen oder beendet werden können, wie nachfolgend noch erläutert wird.

Das Kabel 18 ist ein Hochspunnungskabel zur Zuführung der Hochspannung zu den Elektroden der Spritzpistole.

Die Spritzpistole umfaßt ein Rohr 52 mit einem Auslaß 53, einem Mündungsaufsatz 54, der auf das Ende 56 der Spritzpistole aufgeschraubt oder in anderer Weise so daran befestigt ist, daß er axial bezüglich der Spritzpistole bewegt werden kann. Außerdem sind mehrere Elektroden 57 um den Auslaß 53 herum angeordnet. Die Elektroden 57 sind über Widerstände 58 und Anschlußieitungen 59 mit dem Hochspannungskabei ie verbunden. Der Mündungsaufsatz 54 trägt einen konischen Deflektor 61, der mittels eines Schraubgewindes oder in anderer Weise axial beweglich auf dem ihn tragenden Stützen angebracht ist.

Der elektrische Schaltkreis der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nun unter Bezugnahme auf F i g. 7 erläutert. Die Leitungen A und N führen Netzspannung zu. Über einen zweipoligen Hauptschalter 8 und eine Sicherung 9 ist der Schaltkreis an das Netz angeschlossen, beim Einschalten leuchtet die Anzeigelampe 11.

Mittels eines Transformators 71 wird die Netzspannung herabgesetzt. Mittels des Schalters 12 sind mehrere Anzapfungen b—/"der Sekundärwicklung des Transformators 71 zugänglich. Die Schaltstellung a entspricht einer AUS-Stellung. Ein Schalter 70 ist vorgesehen, der von dem Auslösehebel 51 an der Spritzpistole betätigt wird. Weiterhin ist ein Relais 72 mit Schaltkontakten 73 und 74 %'orgesehen, ein Gleichrichter 76, ein Gleichstrommotor 23, der die Welle 26 antreibt, der Motor 22, der das Gebläse 19 antreibt, und ein Schalter 13, mit dem über verschiedene Schaltstellungen /!—/verschiedene Widerstände einer Widerstandskette eingestellt werden können, die der Primärwicklung eines Hochspannungstransformators 77 vorgeschaltet sind. Die Schaltsteliung ^entspricht einer AUS-Stellung. Auf der Sekundärseite des Hochspannungstransformators 77 ist eine mehrere Gleichrichter aufweisende Vervielfacherkaskade 78 angeschlossen.

Die Ausgangsleitung der Gleichrichterkaskade ist mit dem Hochspannungskabel 18 verbunden.

An der Erdleitung E ist der Anschlußkontakt 14 für die Erdung des zu uesprühenden Gegenstandes 101 angeschlossen. Kondensatoren 79 und 80 bilden einen Sicherheitsschaltkreis.

Um die Vorrichtung in Bereitschaft zu versetzen, wird Pulver in den Behälter 2 gefüllt und die Vorrichtung an das Netz angeschlossen. Die Schalter 12 und 13 werden in eine der Stellungen b—f bzw. h—l geschaltet. Der Hauptschalter 8 wird geschlossen, somit steht die Vorrichtung in Bereitschaft. Auf Betätigung dey Auslösehebels 51 wird der Schalter 70 geschlossen, das Relais 72 zieht an und schließt die Kontakte 73 und 74. Der Schaltkontakt 74 setzt den Motor 22 in Bewegung, der Schalter 73 setzt den Motor 23 in Bewegung. Des letzteren Drehzahl hängt von der Stellung des Schalters 12 ab. Als Folge davon wird Pulver zur Spritzpistole 15 geleitet

Das Schließen des Schalters 74 setzt den. Hochspannungstransformator 77 unter Spannung, womit eine Hochspannung über das Kabel 18 und die Widerstände 58 zu den Elektroden 57 geleitet wird. Die Schaltstellung des Schalters 13 bestimmt die Größe der Hochspannung an den Elektroden 57.

Der zu besprühende Gegenstand 101 ist über den Anschluß 14 geerdet. Das Pulver, das eng an den Elektroden 57 entlangstreicht, wird aufgeladen und von dem Gegenstand 101 angezogen. Auch wenn eine der Elektroden 57, die dem Gegenstand 101 sehr benachbart ist,

in wegen dieser Nähe ihre Spannung verliert, bleiben die anderen Elektroden 57 wegen der Widerstände 58 unter Spannung. Das gesamte Feld wird viel weiter aufgespreizt als wenn die Widerstände 58 nicht vorhanden wären oder wenn nur eine einzige Elektrode vorhanden wäre.

Um die Hochspannung zum Pulsieren zu bringen, kann ein Schalter in die Leitung eingebaut sein, um den Stromfluß zu unterbrechen. Dieser Schalter ist von einem Nocken iu betätigen, der von einem Motor angetrieben wird.

Die oben beschriebene Vorrichtung liefert vorzügliche Ergebnisse und kann für die verschiedensten Überzugsmaterialien verwendet werden, wie beispielsweise Epoxyharze und Polyäthylen. Die Vorrichtung ist auch zum Versprühen von Nylonpulver geeignet, das gewöhnlich nur sehr schwierig zu verarbeiten ist. Es sei hervorgehoben, daß beim Versprühen von Nylon die Elektroden 57 zweckmäßigerweise positiv aufgeladen sind.

jo In dem Behälter 2 sind Luftlöcher 91 zur Zuführung von Luft angeordnet, die das Pulvei mit sich fortführt.

Die Erfindung kann auch bei anderen als den erwähnten Überzugsmaterialien verwendet werden, beispielsweise auch für Talkum und keramische Stoffe, für Far-

J5 ben und andere pulverförmige oder körnige Materialien.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufsprühen eines Oberzugs aus einem pulverförmigen, körnigen oder flüssigen Rohmaterial auf einen Gegenstand unter Zuhilfenahme elektrostatischer Anziehungskräfte, dadurch gekennzeichnet, daß den auf kurzem Wege zum Gegenstand gesprühten Partikeln eine geringere elektrostatische Ladung aktiv vermittelt wird als den auf langem Wege zum Gegenstand gesprühten Partikeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die elektrostatischen Anziehungskräfte erzeugende Hochspannung periodisch verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Veränderung der Hochspannung mit einer Frequenz zwischen 10 uiid 100, vorzugsweise zwischen 15 und 25 pro Minute erfolgt

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend eine mit einer Hochspannungsquelle verbundene Elektrodenanordnung, an der der Rohmaterialstrahl vorbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung aus einer Vielzahl von Einzelelektroden (57) besteht, die je über einen Widerstand (58) mit der Hochspannungsquelle (78) verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsquelle (78) eine Spannung zwischen etwa 20 und 90 kV liefert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (58) eine Größe von wenigstens 10 ΜΩ, vorzugsweise von mehr als 20 MΩ aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch einen hülsenförmigen Aufsatz (54), der axial verschiebbar an der öffnung (53) der Sprühvorrichtung (15) angebracht ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deflektor (Zerstäuber) (61) vorgesehen ist, der im Sprühstrahl angeordnet ist und der zwecks Einstellung des Zerstäubungswinkels axial verschiebbar gelagert ist.

■ 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsquelle (78) eine Vorrichtung zum periodischen Ändern der Spannung zugeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulverbehälter (2) mit einem an dessen Boden rotierenden Rotor (31) und einem dem Rotor benachbarten Lufteinlaß (91) vorgesehen ist.

U. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rotor (31) eine Zuführschütte (29) derart zugeordnet ist, daß Pulver an einer dem Lufteinlaß (91) abgewandten Stelle zugeführt wird.

12, Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (31) mehrere Flügel (37) aufweist.