DE2630555C2

DE2630555C2 - Elektrostatische Sprühdüse zum elektrostatischen Überziehen von Gegenständen

Info

Publication number: DE2630555C2
Application number: DE2630555A
Authority: DE
Inventors: S. Edward Athens Ga. Law
Original assignee: Research Corp
Current assignee: Research Corp
Priority date: 1975-07-09
Filing date: 1976-07-07
Publication date: 1985-12-19
Also published as: JPS5224246A; JPS637824B2; FR2317016B1; CA1051286A; FR2317016A1; DE2630555A1; US4004733A

Description

bereinrichtung mit einer Sprühöffnung und einer ringförmigen Raum, der zwischen dem die Spruhfluss.grinJöSe^ Gasöffnung, die konzentrisch zu dem u keit führender, mit der ^ΤΤΓ^Ξ^ί Durchlaß und der Elektrode angeordnet sind und ren Rohr und der inneren Oberflache der Ringelektrode etae Tröpfchen bildende Zone ereeugen, wobei die begrenztistdurchd.eGasoffoungnngformigDruckluf ringförmige Gasöffnung außerdem einen zumindest zugeführt Der zugefuhrte Druckluftstrahl dient zum einen TeU der ringförmigen Elektrode von einer Zerstäuben der Sprühflüssigkeit, die stromabwärts der TröpfchL-römung^tremfenden Gasgleitstrom er- ao Sprühöffnung in der Ringelektrode l^iMjaeri. jJL Haenmh gekennzeichnet, daß die zum Transport der zerstaubten Sprühflüssigkeit zur Sprühöffnung'(Vorderende der Flüssigkeitsleitung Austrittsdüse und dabei auch zum Freimacnen der .η-14) axial hinter die Elektrode (34) soweit zurückver- nenfläche der Elektrode und der Seitenwände des setzt ist, daß der hintere Teil eines ersten isolieren- Durchganges der Sprühvorrichtung von Teilchen der den röhrenförmigen Durchlasses (22) die Tröpfchen 25 Sprühflüssigkeit Die Druckluftströmung Jldet afao eibildende Zone (30) einschließt nen Gasgle.tstrom. - Die an der Elektrode anliegende

2. Sprühdüse nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Hochspannung kann, mit einer in e.neni Handgriff der zeichnet, daß der erste isolierende röhrenförmige bekannten Sprühvorrichtung untergebrachten battene-Durchlaß (22) innen so weit wie die Elektrode ist betriebenen Gleichspannungsquelle erfolgen. - Mit

3. Sprühdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- 30 dieser bekannten Sprühdüse soll der Wirkungsgrad, d. h kennzeichnet, daß ein zweiter isolierender röhren- das Ladungs-Masse-Verhältnis der Tropfchen, dadurch förmiger Durchlaß (24) zwischen der Elektrode und relativ groß sein, daß der Abstand zwischen der TropF-der'vorderen Gebäudeöffnung eine gegenüber der chen bildenden Zone und der Innenfläche der r.ngformi-Elektrode herabgesetzte lichte Weite aufweist gen Elektrode klein gehalten wird. Infolge der Lage des

35 inneren Rohrs mit der Sprühöffnung, aus der die Sprun-

flüssigkeit austritt, innerhalb und etwa in der Hälfte der

axialen Erstreckung der ringförmigen Elektrode verläuft jedoch das elektrische Feld zu einem erheblichen

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Sprühdü- Teil von der Innenfläche der Elektrode zu dem inneren se zum elektrostatischen Oberziehen von Gegenstän- 40 Rohr und zu dem aus ihm austretenden Flussigkeitsden mit den Merkmalen des Oberbegriffs des An- strom, also nicht in dem gewünschten Maße bevorzugt Spruchs 1 ^{zu den bereits} getrennten Tröpfchen. Dadurch ist der

Derartige Sprühdüsen werden verwendet, um Teil- Wirkungsgrad der Ladung der Tröpfchen begrenzt. Auchen einer Sprühflüssigkeit auf Objekten bzw. Trägern ßerdem besteht durch die Anordnung des inneren Rohrs aufzusprühen und so einen im wesentlichen gleichförmi- 45 in der ringförmigen Elektrode die Gefahr einer Lichtbor gen Oberzug zu schaffen. Derartige Sprühdüsen werden genbildung, die für das Bedienungspersonal auch inso-

bevorzugt in der industriellen Fertigung eingesetzt fern gefährlich werden kann, als die Entladungsstrecke

Dort können die von der Hochspannung, die zum Be- in der Elektrode verhältnismäßig weit stromabwärts.

» d Shdü fdlih it hnden Ge d h zu der Gehäussöffnung hin liegt

Dort können die von der Hochspannung, die zum Be in der Elektrode eg » trieb der Sprühdüsen erforderlich ist ausgehenden Ge- d. h. zu der Gehäussöffnung hin, liegt.

% fahren am sichersten durch die Überwachung der so Es ist auch schon eine elektrostatische Ladungs- oder

b d Eldiiht i Körpers insbesondere ei

%. fahren am sichersten durch die Überwachung der so Es ist auch schon eine elektrostatisc g

Sprühdüsen und deren Handhabung gebannt werden. Entladungseinrichtung eines Körpers, insbesondere ei- Es gibt jedoch auch bekannte Anwendungsgebiete, bei nes Flugzeugs bekannt, bei der die Sprühöffnung axial

denen es kaum möglich ist, die Sprühdüsen und die hinter, d.h. stromaufwärts der Elektrodenöffnung zu-

J* Handhabung fortlaufend sorgfältig zu überwachen, ins- rückversetzt ist (US-PS 38 02 625). Durch eine die

fi besondere in der Landwirtschaft. Bei der landwirt- 55 Sprühöffnung konzentrisch umgebende ringförmige

% seitlichen Anwendung der elektrostatischen Sprüh- Druckluftöffnung wird ein Druckluftstrom erzeugt, der

düsen werden insbesondere Flüssigkeiten für die Schäd- die aus der Sprühöffnung austretende Sprühflüssigkeit

^ lingsbekämpfung versprüht zerstäubt und die so gebildeten Sprühtröpfchen, d.e

Zur Unfallverhütung ist es grundsätzlich erwünscht, durch das anliegende elektrostatische Feld geladen wer-

die elektrostatische Sprühdüse mit einer möglichst nied- 60 den, berührungsfrei durch die öffnung der Elektrode

rigen Hochspannung zu betreiben. Andererseits hängt transportiert. Die Druckluftströmung selbst wird aber

aber die Ladung der versprühten Flüssigkeitsteilchen zwischen ihrer ringförmigen Austnttsöffnung in glei-

von der Hochspannung ab. Bei einer zu niedrigen Hoch- eher axialer Lage wie die Sprühöffnung sowie der Eiek-

spannung wird daher die Wirksamkeit des elektrostati- trode in keiner Weise geführt. Die Druckluftöffnung

sehen Sprühens eingeschränkt. So wird geschätzt, daß 65 verbreitert sich deswegen stark konusartig stromab-

oft nur etwa 20% der in der Landwirtschaft versprühten wärts und mit einer gleichen Verbreiterung ist bei der

Flüssigkeit tatsächlich die Pflanzen, die als Träger vor- eingehüllten Sprühtröpfchenströmung zu rechnen. In-

eesehen sind, erreichen. Es müssen daher beispielsweise folge der ungeführten Druckluftströmung zwischen

Sprühöffnung und Elektrode ist ein verhältnismäßig großer Sicherheitsabstand zwischen dem Sprühtröpfchenstrom und der Innenfläche der Elektrodenöffnung vorzusehen, d. h. die Elektrodenöffnung muß relativ groß sein Infolge dieses großen radialen Abstandes ist der Wirkungsgrad der Aufladung der Tröpfchen begrenzt Demgemäß ist die bekannte Einrichtung vor allem dazu vorgesehen, einen weitgehend gleichbleibenden Entladestrom zur Ableitung der Ladung der äußeren freiliegenden Elektrode zu erzeugen, wozu insbesondere von einer hohen Elektrodenspannung ausgegangen wird

Weiterhin ist ein elektrischer Sprühapparat bekannt, der mit einer Koronaentladung an einer spitzen metallisehen Elektrode arbeitet, die mit einer Sprühöffnung versehen ist und im Abstand hinter, d. h. stromaufwärts, einer Ringelektrode angeordnet ist (US-PS 23 02 185). Weiter hinter der spitzen Elektrode ist eine ringförmige öffnung vorgesehen, durch die eine Druckluftströmung austritt. Diese dient zum Zerstäuben des Flüssigkeitsstroms an der Sprühöffnung und zum weiteren Transport der Tröpfchenströmung zu und durch die ^ingelektrode Die Druckluftströmung ist auch hier praktisch nicht geführt Ein tubusförmiges Halteteil der Ringelektrode weist einen gegenüber der Ringelektrode wesentlich größeren Innendurchmesser auf und erstreckt sich nicht bis zu der ringförmigen Austrittsöffnung der Druckluftströmung. Es kann so noch nicht einmal mit einer sicheren Trennung des geladenen Tröpfchenstromes von der Innenfläche der Ringelektrode gerechnet werden da diese mit einem Glasüberzug ausgestattet _sej_{n sol}|

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrostatische Sprühdüse der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß die Sprühdüse sicher ohne «»!^kfi^hp Unfallgefahr gehandhabt werden kann und ein günstiges Sprühverhaken insbesondere dadurch aufweist daß den zu versprühenden Tröpfchen eine hohe Raumladung bei verhältnismäßig kleiner Elektrodenspannung e. teilt wird.

Diese Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gel_ost

Bei der Sprühdüse erfolgt zumindest ein Teil der Zerstäubung der Sprühflüssigkeit durch die pneumatische Zerstäubereinrichtung hinter, d. h. Jtromaufwärts, der ringförmigen Elektrode, so daß das elektrische Feld der Elektrode sich bevorzugt unmittelbar auf die separaten Sprühtröpfchen auswirken kann, um diesen eine hohe Ladung zu erteilen. Die üo bereits hinter der ringförmigcn Elektrode gebildeten und geladenen Sprühtröpfchen weroen durch einen Gasgleitstrom in die Elektrode und durch diese hindurch geführt Die Führung des Gasgleitstroms erfolgt dabei durch den ersten isolierenden röhrenförmigen Durchlaß, so daß keine Verbrei-,ung des Gasgleitstroms über den Innendurchmesser des Durchlasses eintreten kann und der Gasgleitstrom nicht divergiert. Es kann deshalb mit einem verhältnis-Im einzelnen liegt die Elektrode an relativ niedrigem Potential von einigen 100 oder 1000 Volt gegenüber dem übrigen Teilen der Zerstäubereinrichtung und der Sprühflüssigkeit, die auf Erdpotential sind. Die relativ

niedrige Hochspannung für die Elektrode liefert ein elektronischer Miniaturschaltkreis, der von einer Niederspannungsquelle, z.B. einer 12-Volt-Battene, gespeistwerden kann und der an der Düse befestigt oder in diese eingebettet ist, um äußere Hochspannungslei-

to tungen zu vermeiden.

Die von der ringförmigen Elektrode ausgehenden elektrischen Feldlinien werden in der Nähe der Tröpfchen bildenden Zone konzentriert und enden bevorzugt in dieser Zone. Der Spalt zwischen der ringförmigen Elektrode und der Sprühtröpfchenstromung ist so klein, daß der Gradient des elektrischen Feldes unmittelbar außerhalb der Tröpfchen büdenden Zone groß ist, selbst bei relativ niedrigen Potentialen der ringförmigen Elektrode gegenüber der Sprühflüssigkeit, so daß eine hohe

Aufladung der Sprühtröpfchen erhalten wird Die nngförmige Elektrode befindet sich im. Abstand einwärts vom vorderen Ende des Gehäuses, an d :m die Troptchen-Strömung abgegeben wird, um elektrischen Gefahren vorzubeugen und die Elektrode vor mecnanischer Beschädigung zu schützen. Die hohe Geschwindigkeit uer Luftströmung hält eine hohe Scherkraft an der inneren Oberfläche der Elektrode aufrecht um sie vollständig trocken zu erhalten, und hält zusatzlich einen hohen Oberflächen-Widerstand des isolierenden dielektrischen Materials längs der Innerei/Oberflache des Durchlasses durch das Gehäuse aufrecht m dem diese Luftströmung die Oberfläche des Durchlasses trocken und frei von Tröpfchen hält
Die ringförmige Elektrode hat em vorderes Ende, das

sich axial hinter der öffnung für den Tropfchenstrom in dem Gehäuse befindet, aber weiter vorwärts hegt als das Vorderende der Gas- und nüssigkeitsieitungen.

Der Aufbau der Sprühdüse gestattet die Verwendung eines Elektrodenpotentials von nur etwa 2 kV, uji eine

Aufladung von Tröpfchen zu erzielen, wie sie bei1 typi-

sehen Düsen mit ionisiertem Feld mit etwa ?5 bis 90 kV erreicht wird, und die Sprühdüse verbraucht dabei wenig elektrische Eingangsleistung.

Wenn in einer kontrollierten Umgebung eine Anzahl Sprühdüsen an eine gemeinsame Hochspannungsquelle angeschlossen sind, kann eine gemeinsame Steueremrichtung für die Elektrodenspannung genügen.

Mit der Ausbildung der Sprühdüse nach Anspruch 2 wird durch die Gestaltung des ersten isolierenden rohrenförmigen Durchlasses die konzentrierte, verwirbelungsarme Führung des Gasgleitstromes zu der Elektrode gewährleistet

Die weitere Ausgestaltung der Sprühdüse nach Anspruch 3 bewirkt eine weitere Konzentration des Gas-

gleitstromes stromabwärts der ring örmigen Elektrode, wodurch die Austrittsgeschw.nd.gke.t der geladenen Tröpfchenströmung aus der Sprühdüse erhöht wire, Der vordere isolierende Durch aß dient auch zur E ho-

hSi dSJSch iJofew Gehäuse einjebeuel anhand der

h£ is srsCÄ ft

clrnmlufwartszum Innern des Gehäuses aufgebaut wird.

der Strömungsrate der

it, der Ladespan-

wolke in der elektrostatischen

F ig.l darstellt; n-i-huneen

F i g. 3 ein anderes Diagramm das die Beaehungen zwischen der Ladespannung, der Stromstärke der Sprühwolke und der Strömungsrate der Spruhfltoigkeit in der elektrostatischen Sprühdüse nach F, g. I dar-

stellt, und c„,nhauf

F i g. 4 ein Diagramm, das die Stabilität der Sprühauf

ladung der elektrostatischen Sprühdüse nach Fig.l "S₁. ,zeigteineAusführungsformeinere^tr^

wv^ _Grundk£_rper 10 besteht aus elektrisch leitendem

Material wie etwa Metall, und wird auf annäherndι Erd-Mawnaj ^ ^ _{s ohflüMlgkeil?}.

_{m Potenlia}i verbleibt. Sobald die Tröpfchen bildenden Zo-

^S,^ _{wird jcdes} Tröpfchen durch das Potential auf der ringförmigen Elektrode induktiv auf rotem μ »u » a _Tföpfchen werden von

einem Düsengehäuse 12 gebildet wird^ d- 'm wesen -liehen koaxial angeordnet und aneinander befestigt

^ G«jte.tttr« ₃

3^_T°_{röpfcncnstromun}/_{zu der} und durch die ring-

ugeführt wird. Im Grundkörper 10

chen an aer inneren w _{fc ns(}

beispielsweise Druckluft, von

gezeigwe "ⁿJ **^™^S,J^" ° _Drchlaß ₂4 bewegt und

fprühflüssigkeitsströmung 26 und die DruckJuftst^ t X dargestellten

trode 34 in bezug auf die Sprühflüssigkeitssirömung 26 in kV an und die Vertikalachse den Sprühwolkenstrom in Einheiten von Mikro-Ampere. Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß für jede der gezeigten Strömungsraten der Sprühwolkenstrom sich annähernd direkt proportional 5 mit der Spannung der ringförmigen Elektrode 34 gegenüber der Sprühflüssigkeitsströmung 26 ändert. Die maximale !■; eichte Sprühwolkenladung (7,2 Mikro-Amperc bei 80 c>nVmin. für Wasser) stellt etwa 15% der theoretischen Rayleigh Ladungsgrenze für Wasser dar, to wenn ein durchschnittlicher Tröpfchendurchrresser von 50 Mikron angenommen wird. Zu beachten ist dabei, daß die Daten der Fig. 3 noch durch die Verwendung einer Energiezufuhr von 0—3 kV begrenzt sind. Weiter ist bei größerem Tröpfchendurchmesser der erreichbare Prozentsat/, der Rayleighschen Grenzladung höher.

Weitere Versuche mit der elektrostatischen Sprühdüse nach F i g. I zeigen eine gute Langzeit-Stabilität der .Sprühladung der Sprühdüse: Gemäß «der F i g. 4. welche die Aufzeichnung eines Meßstreifens für den Sprühwolkenstrom in Abhängigkeit von der Zeit für einen kontinuierlichen Test von 80 Minuten wiedergibt, wurde die Aufladespannung jeweils nach 10 Minuten in Stufen von 500 V Gleichstrom erhöht. Bei jeder Einstellung der Reihe wurde gefunden, daß der Sprühwolkenstrom konstantblieL) mit Schwankungen von weniger als ±2% um seinen Mittelwert. Es wurden bei Langzeittests mit der Sprühdüse eine störungsfreie Sprühaufladung ohne Kurzschlüsse, Funkenbildung oder Korona-Entladung festgestellt.

Es si. noch bemerkt, daß eine Anzahl Sprühdüsen am gleichen Trägergestell befestigt werden können, um einen größeren Bereich zu besprühen.

Die elektrostatische Sprühdüse eignet sich besonders zum elektrostatischen Sprühen von Pestiziden für die Landwirtschaft sowie Farben. Sie arbeitet mit einer relativ niedrigen Spannung und einer niedrigen Eingangsleistung, ergibt jedoch eine Tröpfchenströmung von hoher Ladung für eine wirksame und einheitliche Ablagerung der gesprühten Flüssigkeit auf dem Träger. ao

Weitere Vorteile sind geringe Kosten, Tragbarkeit bzw. Ortsungebundenheit, Sicherheit und Einfachheit der Handhabung, die die elektrostatische Sprühdüse sowohl für industrielle Anwendungen als auch für weniger kontrollierbare Anwendungen, wie in der Landwirtschaft oder im privaten Bereich, geeignet erscheinen läßt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

50

65

Claims

große Mengen Schädlingsvernichtungsmaterial eingesetzt werden, um die Pflanzen mit einem ausreichenden Oberzug zu versehen. ,. ekstatische Sprühdüse^elektrostau- ^Z^^lt^^^^SZ^

Patentansprüche: setzt werden, um de

Oberzug zu versehen. U öliht it i