DE2615360C2

DE2615360C2 - Vorrichtung zum elektrostatischen Auftragen von in Form einer Flüssigkeit vorliegendem Beschichtungsmaterial

Info

Publication number: DE2615360C2
Application number: DE2615360A
Authority: DE
Inventors: Karl Buschor; Peter St. Gallen Ribnitz
Original assignee: Gema Switzerland GmbH
Current assignee: Gema Switzerland GmbH
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1976-04-08
Publication date: 1986-11-13
Also published as: JPS6013755B2; JPS51127138A; DE2615360A1; US4066041A; CH579951A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Auftragen von in Form einer Flüssigkeit vorliegendem Beschichtungsmaterial, mit einer an der Austrittsöffnung einer elektrisch isolierenden Material-Zuleitung angeordneten Düse zum luftlosen Zerstäuben des unter Druck stehenden Beschichtungsmaterials und mit wenigstens zwei an Hochspannung liegenden, im Bereich der Düse angeordneten Elektroden zum Aufladen des Beschichtungsmateriais und zur Aufrechterhaltung eines elektrischen Feldes für den Transport der geladenen Materialpartikel zu dem zu beschichtenden Gegenstand.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der FR-OS 20 36 770 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind im Bereich der Austrittsöffnung der Düse zwei Elektroden angeordnet, die an das gleiche Hochspannungspotential angelegt sind. Um die zerstäubten Materialpartikel elektrisch aufladen zu können, muß das Hochspannungspotential derart hoch gewählt werden, daß an den Elektrodenenden eine die umgebende Luft ionisierende Korona-Entladung entsteht. Eine Korona-Entladung bietet allerdings keine Gewähr dafür, daß alle zerstäub'en Materiaipartikel in ausreichendem Maße mit Luftionen beladen werden. Die an die Elektroden angelegte Hochspannung kann zur Verbesserung der Aufladung des Beschichtungsmaterials aus Gründen der Sicherheit für den Bedienenden der Beschichtungsvorrichtung jedoch nicht beliebig erhöht werden. Hinzu kommt, daß ab einem bestimmten Wert der Hochspannung das für den Transport der geladenen Materialpartikel verantwortliche elektrische Feld von der Kürona-Ladung ungünstig beeinflußt wird.

Eine weitere gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der GB-PS 8 47 613 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind zur Aufladung der zerstäubten Materialparlikel bis zu vier Elektroden eingesetzt, die alle ebenfalls auf demselben Hochspannungspotential liegen, was zu dem bekannterweise schlechten Wirkungsgrad bei der Beladung der Materiaipartikel mit Luftionen führt.

Auch auf dem Gebiet der Beflockung von Werkstükken. ist es bekannt, zwischen dem Dosiersystem f"v die Flocken und dem Werkstück zwei auf dem gleichen Hochspannungspotential liegende Elektroden zu verwenden, die zwischen dem Dosiersystem für die Flocken und der Auflage für das Werkstück angeordnet sind, wie beispielsweise in der DE-AS 21 65 367 beschrieben. Die vom Dosiersystem kommenden Flocken werden entlang der elektrischen Feldlinien zum Werkstück hin beschleunigt, und in eine die Werkstücksoberfläche bedekkende Klebeschicht eingeschossen. Zusätzliche, auf Erdpotential liegenden Steuerelektroden ermöglichen ein Bündeln des Flockenstroms.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine eingangs genannte Vorrichtung zu schaffen, die bei hoher Betriebssicherheit eine bessere Aufladung des Beschichtungsmaterials und einen höheren Wirkungsgrad ergibt

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Elektroden an verschieden hohsr Hochspannung gleicher Polarität liegen, wobei das zwischen den Elektroden vorhandene, elektrische Feld als Querfeld die Austrittsöffnung der Düse überdeckt

Für die Aufladung ctes von der Düse versprühten Beschichtungsmaterials ist damit im wesentlichen der Potentialgradient des Quer^f2ldes maßgebend, der bei verhältnismäßig 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 die Durchbruchfeldstärke gewählt werden kann, wobei der Abstand von letzterer aus Gründen d" Sicherheit entsprechend der Entzündbarkeit des Bescnichtungsmaterials gewählt werden kann. Wegen der kleinen Elektrodenabstände und der im Verhältnis zur angelegten Hochspannung geringen Potentialdifferenz wird das Transportfeld von dem der Beladung dienenden Querfeld nicht gestört.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt des vorderen Teiles einer Beschickungsvorrichtung nach der Erfindung von oben gesehen.

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den vorderen Teil einer Beschickungsvorrichtung mit geschützten Elektroden.

F i g. 3 einen Längsschnitt durch den vorderen Teil einer Beschichtungsvorrichtung mit geschützten Elektroden in einer gegenüber F i g. 2 abgeänderten Ausführung, und

F i g. 4 drei verschiedene Elektrodenanordnungen der Beschichtungsvorrichtung, und zwar a)m\l zwei Nadelelektroden, b)mit drei und ς)mit vier Nadeleleklroden.

Die Beschichtungsvorrichtung kann z. B. wie üblich in Form einer Spritzpistole ausgebildet sein. Der Pistolenkörper 1 (Fig. 1) 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 Beschichtungsmaterial, 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 F i g. 1 gesamthaft mit 3 bezeichnet ist, angeordnst, wie dies z. B. in der schweizerischen Patentschrift 4 96 481 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 Kunststoff, die an die Stirnfläche von einer auf ein Außengewinde 10 des Pistolenkörpers 1 aufgeschraubten Überwurfmutter 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 Frontplatte 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 Hcchspannungskaskade 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 Poter. tialdifferenz der beiden Elektroden 6a, 6b bedingte elektrische Feld erstreckt sich quer über die Öffnung der Düse 5. Bei der genannten Potentialdifferenz von 8 kV und einem Elektrodenabstand von 13 mm würde demnach ein Querfeld mit einem mittleren Fotentialgradienten 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. 25 cm wirken sich die beiden Elektroden 6a. 6b wegen des verhältnismäßig geringen Abstandes voneinander und der relativ niedrigen Poteitialdifftrenz von 8 kV l.cht störend auf die Form des Transportfeldes aus. das bei diesem Zahlenbeispiel einen mittleren Potentialgradienten von ca. 2,7 kV/cm haben würde. Die Beschichtungsvorrichtung wird im Bereich des f!indgriffes geerdete Metallteile aufweisen, die für die an Hochspannung liegenden Elektroden 6s 6b eine Gegenelektrode bilden, so daß auch bei dieser Elektrodenanordnung ein Rückfeld vorhanden sein wird. Dieses Rückfeld ist jedoch für die elektrische Aufladung oes Beschichtungsmaterials 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 F1 g. 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.

F i g. 2 zeigt eine beispielsweise Ausgestaltung einer Beschichtungsvorrichtung mit auf oben angegeben* Weise geschützten Elektroden. Den Schutzwall für die Elektroden 6a, 6b bildet hier der die Frontplatte 4 übergreifende Rand 9a der Überwurfmutter 9. Die Frontplatte 4 weist auf der Stirnseite einen z. B. konischen Ansatz 4a auf, der die Austrittsöffnung 5a der Düse 5 umschließt und dessen Basisdurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Randes 9a der Überwurfmutter 9 ist, so daß zwischen Ansatz 4a und Überwurfmutterrand 9a ein nach vorne hin offener ringförmiger Raum 11 vorhanden ist, in den die Elektroden 6a, 6b hineinragen. Die in dem engen und verhältnismäßig liefen ringförmigen Elektrodenraum 11 liegenden Elektroden 6a, 66 sind so Aeitgehend vor Beschädigungen geschützt und werden auch weniger schnell versv^mutzt, da kaum Beschichtungsmaterial in den Elektrodtnraum hineingelangt. Statt dessen kann der ringförmige Elektrodenraum 11 in der Frontplatte 4 selbst eingeformt r=in oder es kann für jede Elektrode ein separater Elektrodenraum 16 (F i g. 4b) in der Frontplatte 4 eingeformt sein. Die Bildung des Elektrodenraumes 11 mit Hilfe der Überwurfmutter 9 hat jedoch den Vorteil einer leichteren Reinigung.

Eine andere Ausführungsvariante für eine Beschichtuhgsvorrichtung mit geschützten Elektroden zeigt F1 g. 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 5a der Düse 5 liegt, so daP 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 Öffnungen 14 vorgesehen, durch die Luft einströmen kan;i. so daß die Elektroden während des Betriebes i.i einer Luftströmung liegen, zufolge der sie auch während langer Betriebszeiten sauber bleiben.

In Fig. 4 sind in schematischen Frontansichten drei verschiedene Elektrodenanordnungen rein beispielsweise wiedergegeben. F i g. 4a zeigt die vorstehend ausführlich behandehe 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. 4b zeigt eine Elektrodenanordnung mit drei Elektroden 6a, 6Zj. 6c, die rings um die Düse 5 an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind und von de: en 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 Jilektroden auf unterschiedliche Weise verschieden hohe Potentiale aufweisen. So können die Potentiale für die drei Elektroden 6a, 6b, 6c rr.it 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 Ver-

hältnisse ergeben sich bei der Elektrodenanordnung der F i g. 4c, bei welcher vier Elektroden 6a, 6b, 6c, 6d z. B. wie in F i g. 3 in einem gemeinsamen Elektrodenraum 13 angeordnet sind. Bei dieser Ausführung können die Elektroden auch paarweise an verschieden hohes Potential gelegt sein.

Es ist 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 ίο einfen für eine gute Aufladung des jeweils verwendeten Beschichtungsrr.aterials ausreichend hohen Potentialgradienten hat. 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 Überzugsmaterials, das unter Druck der Düse 5 zugeleitet ist. Die Beschichtungsvorrichtung kann natürlich auch zum Mischen und gleichzeitigen Zerstäuben und Aufladen mehrerer Beschichtungsmaterialien konstruiert sein, wobei die Beschichtungsmateriaüen der Düse ζ. Β. 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 langen, störungsfreien Betriebszeit die Elektroden leicht und ohne zusätzlichen Aufwand gegen Beschädigung und Verschmutzung geschützt werden können. Die jeweilige Ausbildung des Elektrodenschutzes kann der Beschaffenheit des Beschichtungsmaterials angepaßt sein. So können beispielsweise für Be-Schichtungsmaterialien, 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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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Auftragen von in Form einer Flüssigkeit vorliegendem Beschichtungsmaterial. mit einer an der Austrittsöffnung einer elektrisch isolierenden Material-Zuleitung angeordneten Düse zum luftlosen Zerstäuben des unter Druck stehenden Beschichtungsmaterials und mit wenigstens zwei an Hochspannung liegenden, im Bereich der Düse angeordneten Elektroden zum Aufladen des Beschichtungsmaterials und zur Aufrechterhaltung eines elektrischen Feldes für den Transport der geladenen Materialpartikel zu dem zu beschichtenden Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (6a, 6Zj, 6c; 6d) an verschieden hoher Hochspannung gleicher Polarität liegen, wobei das zwischen den Elektroden vorhandene, elektrische Feld als Querfeld die Austrittsöffnung {53,)derDüse (5) überdeckt

2. Vorrichuiag nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (6a, 6b, 6c, 6d) in einem die Austrittsöfmung der Düse (5) umschließenden, ringförmigen Elektrodenraum (11) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, bei der die Elektroden zum Schutz gegen mechanische Beschädigung durch eine Schutzwand aus Kunststoff umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzwand (12) im Bereich der Elektroden seitliche Öffnungen (14) für die Zufuhr von Luft in den Elektrodenraum (13) auiweist.