DE2615360A1

DE2615360A1 - Vorrichtung zum elektrostatischen auftragen von in form von fluessigkeit vorliegendem beschichtungsmaterial auf gegenstaenden

Info

Publication number: DE2615360A1
Application number: DE19762615360
Authority: DE
Inventors: Karl Buschor; Peter Ribnitz
Original assignee: Gema AG
Current assignee: Gema AG
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1976-04-08
Publication date: 1976-10-21
Also published as: CH579951A5; US4066041A; JPS6013755B2; JPS51127138A; DE2615360C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Auftragen von in Form einer Flüssigkeit vorliegendem Beschichtungsmaterial auf Gegenständen, mit einer an der Austrittsöffnung einer elektrisch isolierenden Material-Zuleitung angeordneten Düse zur luftlosen Zerstäubung des unter Druck stehenden Beschichtungsmaterials und einer an Hochspannung liegenden Elektrodenanordnung zum elektrischen Aufladen des Beschichtungsmaterials und Aufrechterhaltung eines elektrischen Feldes für den Transport der gexadenen Materialpartikel zum zu beschichtenden Gegenstand.

Der nicht befriedigende Wirkungsgrad älterer Vorrichtungen dieser Art, bei denen z.B. rings um die Düse ein Kranz von an Hochspannung liegenden Nadelelektroden angeordnet war, konnte, wie z.B. in der DAS 1 2 91 6 59 beschrieben, dadurch verbessert werden, dass an der Längsseite einer Flachstrahldüse in unmittelbarer Nähe des Sprühstrahls eine einzige an Hochspannung liegende Elektrode insbesondere in Form eines parallel zur Sprühstrahlachse ausgerichteten dünnen Drahtes vorgesehen wurde, Bei dieser Vorrichtung dient als Gegenelektrode für die einzige

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Hochspannungselektrode der geerdete Ketallhandgriff, der sich, in Sprührichtung gesehen, vor der Düse befindet und von der Hochspannungselektrode einen verhältnismässig kleinen Abstand hat, so dass aer mittlere Potentialgradient des Feldes zwischen Elektrode unu Handgriff grosser ist als der mittlere Potentialpradient zwischen Elektrode und zu beschichtendem, geerdeten Gegenstand, üarnit wird die elektrische Aufladung des zerstäubten Materials im wesentlichen von dem sich mit dem Abstand des Gegenstandes von der Elektrode ändernden Potentialgradienten unabhängig una von dem praktisch konstanten Potentialgradienten des Rückfeldes zwischen Elektrode und Handgriff abhängig. Um eine gleichmässige Beschichtung zu erhalten, ist ein Mindestabstand des Gegenstandes von der Beschichtungsvorrichtung erforderlich, der im allgemeinen 20 bis 25 cm beträgt und zudem ist für die Führung der geladenen Materialpartikel ein ausreichend starkes Transportfeld nötig, das das Anlegen einer höheren Hochspannung, von z.B. 70 kV und mehr, an die Elektrode bedingt. Dies führt zu Schwierigkeiten bei dem für die Aufladung massgebenden Rückfeld, wobei das Erreichen einer besseren Aufladung durch ein gegenüber dem Transportfeld stärkeres Rückfeld schon aus Gründen der Sicherheit für den Bedienenden der Beschichtungsvorrichtung problematisch ist und die im allgemeinen bestehenden diesbezüglichen Vorschriften für einzuhaltende Mindestabstände Rückfelder einer für eine optimale Aufladung des Materials erforderlichen Stärke nicht zulassen, so dass der mit einem Rückfeld tatsächlich erzielbare Gewinr. an Wirkungsgrad sich in ziemlich engen Grenzen hält.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beschichtungsvorrichtung der genannten Art zu schaffen, die bei hoher Betriebssicherheit eine bessere Aufladung des Beschichtungsmaterials und einen höheren Wirkungsgrad ergibt, als die entsprechenden bekannten Beschichtungsvorrichtungen.

Die Lösung der Aufgabe besteht gemäss der Erfindung darin, dass im Bereich der Düse mindestens zwei Elektroden vor-

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handen sind, an die verschieden hohe Hochspannung gleicher Polarität angelegt ist, wobei das zwischen den Elektroden vorhandene elektrische Feld als Querfeld die Düsenöffnung überdeckt. Für die Aufladung des aus der Düse abgegebenen Beschichtungsmaterials ist damit im wesentlichen der Potentialgradient des Querfeldes massgebend, der bei verhältnisnässig kleinem gegenseitigen Abstand der Elektroden schon bei kleiner Potentialdifferenz sehr hoch sein kann, da die Stärke des Querfeldes ohne Beeinträchtigung der Betriebssicherheit bis nahe an der Durchbruchfeidstärke gewählt werden kann, wobei der Abstand von letzterer aus Gründen der Sicherheit entsprechend der Entzündbarkeit des Beschichtungsmaterials gewählt werden kann. Wegen der kleinen Elektrodenabstände und der im Verhältnis zur angelegten Hochspannung geringen Potentialdifferenz ergibt sich ein starkes und ungestörtes Transportfeld, das dem einer einzigen Ersatzelektrode entspricht.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schenatischer Darstellung einen Längsschnitt des vorderen Teiles einer Beschichtungsvorrichtung nach der Erfindung von oben gesehen, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den vorderen Teil

einer Beschichtungsvorrichtung mit geschützten Elektroden,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch den vorderen Teil

einer Beschichtungsvorrichtung mit geschützten Elektroden in einer gegenüber Fig. 2 abgeänderten Ausführung und

Fig. 4 drei verschiedene Elektrodenanordnungen der Beschichtungsvorrichtung, und zwar a) mit zwei Nadelelektroden, b) mit drei und c) mit vier Nadelelektroden.
Die Beschichtungsvorrichtung kann z.B. wie üblich in

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Form einer Spritzpistole ausgebildet sein. Der Pistolenkörper 1 (Fig.l) enthält ein Kunststoffrohr 2, das sich von der Stirnfläche des Pistolenkörpers nach rückwärts zum (nicht dargestellten) Handgriff erstreckt, wo es an eine Druckleitung für die Zufuhr von z.B. flüssigem Beschxchtungsmaterial, wie beispielsweise Lack, angeschlossen ist. Auf dem Kunststoffrohr 2 sind für die Hochspannungserzeugung z.B. die Gleichrichter, Kondensatoren und gegebenenfalls auch Widerstände einer Hochspannungskaskade, die in Fig. 1 gesamthaft mit 3 bezeichnet ist, angeordnet, wie dies z.B. in der schweizer. Patentschrift Nr. 496.481 ausführlich beschrieben ist. Die Kaskade 3 ist in den Pistolenkörper 1 aus Kunststoff eingegossen. Die Speisung der Hochspannungskaskade erfolgt vorzugsweise über einen im Handgriff untergebrachten Hochfrequenzgenerator. Auf der Stirnseite des Pistolenkörpers 1 befindet sich eine Frontplatte 4 aus Kunst stoff, die an die Stirnfläche von einer auf ein Aussengewinde des Pistolenkörpers 1 aufgeschraubten Ueberwurfmutter 9 angepresst und festgehalten wird. In die Frontplatte 4 ist, koaxial mit dem Kunststoffrohr 2, eine Düse 5 für luftlose Zerstäubung, eine sogenannte Airless-Düse, üblicher Bauart eingesetzt. Aus der Front platte 4 ragen zwei nadeiförmige Elektroden 6a, 6b, z.B. aus dünnem Wolframdraht heraus, die einander diametral gegenüberliegend von der Düse 5 gleichen Abstand haben. Die Elektroden 6a,6b sind über Anschlüsse 7 und Leiter 8 mit Ausgängen der Hochspannungskaskade 3 verbunden, von der an die eine Elektrode 6a ein hohes Potential von z.B. - 72 kV und an die andere Elektrode 6b ein niedrigeres Potential von z.B.-64· kV angelegt ist. Statt negatives Potential kann auch positives angelegt sein, je nachdem, welche Polarität für das zu zerstäubende .und aufzuladende Beschichtungsmaterial günstiger ist. Das durch die Potentialdifferenz der beiden Elektroden 6a,6b bedingte elektrische Feld rstreckt sich quer über die Oeffnung der Düse 5. Bei der genarnten Potentialdifferenz von 8kV und einem Elektrodenabstand von 13 mm würde demnach ein Querfeld mit einem

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mittleren Potentialgradienten von ca 6 kV/cm. erhalten, durch den auch bei schlecht aufladbarem Beschichtungsmaterial eine für wirkungsvolle Beschichtung ausreichende Aufladung der Materialpartikel gewährleistet ist. Bei einem üblichen Minimalabstand des zu beschichtenden Gegenstandes von der Düse von z.B. 2 5 cm wirken sich die beiden Elektroden 6a,6b wegen des verhältnismässig geringen Abstandes voneinander und der relativ niedrigen Potentialdifferenz von 8 kV nicht störend auf die Form des Transportfeldes aus, das bei diesem Zahlenbeispiel einen mittleren Potentialgradienten von ca 2,7 kV/cm haben würde. Die Beschickungsvorrichtung wird im Bereich des Handgriffes geerdete Metallteile aufweisen, die für die an Hochspannung liegenden Elektroden 6a,6b eine Gegenelektrode bilden, so dass auch bei dieser Elektrodenanordnung ein Rückfeld vorhanden sein wird. Dieses Rückfeld ist jedoch für die elektrische Aufladung des Beschichtungsmateridls nicht entscheidend, so dass für die Elektrodenanordnung 6a,6b ein genügend weiter und vor allem den gültigen Vorschriften für Mindestabstände entsprechende Abstand von den geerdeten Metallteilen vorgesehen werden kann.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 sind die Elektroden 6a, 6b von der Frontplatte 4· nach vorne abstehende und zur Achse 15a des Sprühstrahles 15 parallele dünne Drähte, die bei unvorsichtiger Handhabung des Gerätes leicht verbogen, beschädigt oder abgebrochen und insbesondere durch sich an sie absetzendes Beschichtungsmaterial verschmutzt werden, wodurch das Aufladen des Beschichtungsmaterials im Querfeld beeinträchtigt würde. Um dies zu verhindern, werden die Elektroden gegen mechanische Einwirkungen durch einen Schutzwall geschützt, durch den auch eine Ablagerung von zerstäubten Beschichtungsmaterial an den Elektroden erschwert ist.

Fig. 2 zeigt eine beispielsweise Ausgestaltung einer Beschichtungsvorrichtung mit auf oben angegebene Weise geschützten Elektroden. Den Schutzwall für die Elektroden 6a,6b bildet hier der die Frontplatte 4- übergreifende Rand 9a der

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üeberwurfmutter 9. Die Frontplatte 4 weist auf der Stirnseite einen z.B. konischen Ansatz Ua auf, der die Austrittsöffnung der Düse 5 umschliesst und dessen Basisdurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Randes 9a der Üeberwurfmutter 9 ist, so dass zwischen Ansatz 4a und Ueberwurfmutterrand 9a ein nach vorne hin offener ringförmiger Raum 11 vorhanden ist, in den die Elektroden 6a,6b hineinragen. Die in dem engen und verhältnismässig tiefen ringförmigen Elektrodenraum 11 liegenden Elektroden 6a,6b sind so weitgehend vor Beschädigungen geschützt und werden auch weniger schnell verschmutzt, da kaum Beschichtungsmaterial in den Elektrodenraum hinein gelangt. Statt dessen kann der ringförmige Elektrodenraum 11 in der Frontplatte 4· selbst eingeformt sein oder es kann für jede Elektrode ein separater Elektrodenraum 16 (Fig.4b) in der Frontplatte 4 eingeformt sein. Die Bildung des Elektrodenraumes 11 mit Hilfe der Üeberwurfmutter 9 hat jedoch den Vorteil einer leichteren Reinigung.

Eine andere AusführungsVariante für eine Beschichtungsvorrichtung mit geschützten Elektroden zeigt Fig.3.Bei dieser Ausführung trägt die Frontplatte 4 auf ihrer Stirnseite als Schutzwall für die Elektroden 6a,6b einen vorstehenden und z.B. kreisförmigen Rand 12, dessen Höhe und Durchmesser so gewählt sind, dass der Sprühstrahl 15 aus zerstäubtem Beschichtungsmaterial frei austreten kann. Der Rand 12 umschliesst den Elektrodenraum 13, in dessen Boden 13a die Austrittsöffnung der Düse 5 liegt, so dass die in den Elektrodenraum 13 hineinragenden Elektroden 6a,6b mit ihrer ganzen freien Länge die Düse 5 überragen. Zweckmässig sind in dem den Schutzwall bildenden Rand 12 im Bereich der Elektroden 6a,6b seitliche Oeffnungen 14 vorgesehen, durch die Luft einströmen kann, so dass die Elektroden während des Betriebes in einer Luftströmung liegen, zufolge der sie auch während langer Betriebszeiten sauber bleiben,

In Fig. 4 sind in schematischen Frontansichten drei verschiedene Elektrodenanordnungen rein beispielsweise wieder-

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gegeben. Fig. 4a zeigt die vorstehend ausführlich behandelte Elektrodenanordnung mit zwei in einer Horizontalebene einander diametral gegenüberliegenden Elektroden 6a,6b, die zum Schutz vor Beschädigung und Verschmutzung in dem ringförmigen Elektrodenraum 11 angeordnet sind.

Fig. M-b zeigt eine Elektrodenanordnung mit drei Elektroden 6a,6b,6c, die rings um die Düse 5 an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind und von denen z.B. jede in einem separaten konischen Elektrodenraum 16 liegt. An alle Elektroden 6a,6b,6c ist Hochspannung gleicher Polarität angelegt. Zur Erzielung des Querfeldes können die Elektroden auf unterschiedliche Weise verschieden hohe Potentiale aufweisen. So können die Potentiale für die drei Elektroden 6a,6b,6c mit gleicher oder auch ungleicher Stufenhöhe abgestuft oder es kann an zwei Elektroden gleich hohes und an die dritte Elektrode ein höheres oder niedrigeres Potential angelegt sein. Gleiche Verhältnisse ergeben sich bei der Elektrodenanordnung der Fig. 4c, bei welcher vier Elektroden 6a,6b,6c,6d z.B. wie in Fig. 3 in einem gemeinsamen Elektrodenraum 13 angeordnet sind. Bei dieser Ausführung können die Elektroden auch paarweise an verschieden hoh.ps Potential gelegt sein.

Es :' ^ c verständlich, dass beliebige Variationen hinsichtlich Anzahl und Anordnung der Elektroden, sowie der an sie angelegten unterschiedlich hohen Potentiale gleicher Polarität möglich sind, sofern nur das Querfeld einen für eine gute Aufladung des jeweils verwendeten Beschichtungsmaterials ausreichend hohen Potentialgradienten ^at. Im allgemeinen kommt man jedoch mit nur zwei Elektroden aus.

Die in Fig. 1 wiedergegebene Beschichtungsvorrichtung, bei welcher die Düse 5 am vorderen Ende eines Kunststoffrohres 2 angeordnet ist, dient zum Zerstäuben eines flüssigen Ueberzugsmaterials, das unter Druck der Düse 5 zugeleitet ist. Die Beschichtungsvorrichtung kann natürlich auch zum Mischen und gleichzeitigen Zerstäuben und Aufladen mehrerer Beschichtungs-

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materialen konstruiert sein, wobei die Beschichtungsmaterialen der Düse z.B. durch parallele oder konzentrische Kanäle zugeleitet sind, wesentlich ist das vorstehend behandelte Querfeld, das zufolge der Variationsmöglichkeiten in der Ausbildung und Anordnung der Elektroden und der an sie angelegten Potentiale der Aufladbarkeit des jeweils verwendeten Beschichtungsmaterials optimal angepasst werden kann, wobei zur Gewährleistung einer langei. störungsfreien Betriebszeit die Elektroden leicht und ohne zusätzlichen Aufwand gegen Beschädigung und Verschmutzung geschützt werden können. Die jeweilige Ausbildung des Elektroaenschutzes kann der Beschaffenheit des Beschichtungsmaterials angepasst sein. So können beispielsweise für Beschichtungsmaterialien, die höchstens eine geringfügige Verschmutzung verursachen würden, die Elektroden gänzlich in Kunststoff so eingebettet sein, dass nur ihre Spitzen frei liegen.

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Claims

Patentansprüche

f 1., Vorrichtung zum elektrostatischen Auftragen von in Form einer Flüssigkeit vorliegendem Beschichtungsmateriai auf Gegenständen, mit einer an der Austrittsöffnung einer elektrisch isolierenden Material-Zuleitung angeordneten Düse zur luftlosen Zerstäubung des unter Druck stehenden Beschichtungsmaterials und einer an Hochspannung liegenden Elektrodenanordnung zum elektrischen Aufladen des Beschichtungsmaterials und zur Aufrechterhaltung eines elektrischen Feldes für den Transport der geladenen Materialpartikel zum zu beschichtenden Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Düse (5) mindestens zwei Elektroden (6a,6b..6d) vorhanden sind, an die verschieden hohe Hochspannung gleicher Polarität angelegt ist, wobei das zwischen den Elektroden vorhandene elektrische Feld als Querfeld die Düsenöffnung überdeckt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Elektroden (6a...6d) zur Sprühstrahlachse parallele Drähte sind, die von der Düsenöffnung gleichen Abstand haben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden gegen mechanische Beschädigung durch einen Schutzwall (9a,6a; 12) aus elektrisch isolierendem Material geschützt sind, durch welchen auch eine Ablagerung von zerstäubten Beschichtungsmateriai an den Elektroden erschwert ist.
U. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (6a,6b..6d) in einem die Düse (5) umschliessenden ringförmigen Elektrodenraum (11) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (6a,..6d) von einer gemeinsamen Schutzwand (12) umschlossen sind, die über die Düse (5) vorsteht.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Elektroden (6a...6d) umschliessende Schutzwand (12) im Bereich der Elektroden seitliche Oeffnungen (14) für die Zufuhr von Luft in den Elektrodenraum (13) aufweist.

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