DE2646798C2

DE2646798C2 - Vorrichtung zur elektrischen Aufladung von flüssigen oder festen Teilchen in einem Gas-, insbesondere Luftstrom und Aufbringung der geladenen Teilchen auf Oberflächen

Info

Publication number: DE2646798C2
Application number: DE19762646798
Authority: DE
Inventors: Edwin Dipl.-Phys. Dr.-Ing. 7410 Reutlingen Muz
Original assignee: Haug GmbH and Co KG
Current assignee: Haug GmbH and Co KG
Priority date: 1976-10-16
Filing date: 1976-10-16
Publication date: 1982-12-16
Also published as: DE2646798A1

Description

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- _!(, zeichnet, daß der von den Teilchen (4) und dem Gas durchströmte Raum in an sich bekannter Weise eine Kammer (34) sowie mehrere von dieser Kammer abzweigende, in Strömungsrichtung hinter der Kammer liegende Kanäle (35, 36, 37) umfaßt, und _r, daß in der Kammer wenigstens eine erste und in den Kanälen (35, 36, 37) wenigstens jeweils eine zweite Elektrode (45 bzw. 46) entgegengesetzter Polarität wie die erste Elektrode angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch .„> gekennzeichnet, daß die Elektroden (5, 6) radial in einem Rohr (2) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (5; 25) über einen ersten Gleichrichter (7; 27) an den einen Pol einer Hochspannungs-Wechselstromquelle (8; 28) und die zweite Elektrode (6; 26) über einen zweiten, gegenüber dem ersten entgegengesetzt gepolten Gleichrichter (9; 29) an denselben Pol der Hochspannungsquelle angeschlossen sind, und daß der andere Pol der Hochspannungsquelle (8; 28) geerdet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (25,26) und die jeweils mit ihnen verbundenen Gleichrichter (27, 29) in an -,-, sich bekannter Weise über Glättungskondensatoren (31,32) geerdet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (45, 46) über eine Gleichrichterbrücke (49) mit der Hochspan- t,o nungsquelle (48) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufbringen der geladenen Teilchen (12,23) auf elektrisch isolierende Oberflächen zwei Räume (1) mit je entgegengesetzt >,-, gepolten Elektroden vorgesehen und aus diesen Räumen jeweils entgegengesetzt geladene Teilchenströme gemeinsam zur Oberfläche hin lenkbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise mehrere, jeweils im Gehäuse (33) angeordnete Kammern (34) mit von diesen abzweigenden Kanälen (35,36,37) an einem gemeinsamen Träger (53) angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Aufladung von flüssigen oder festen Teilchen in einem Gas-, insbesondere Luftstrom und Aufbringung der geladenen Teilchen auf Oberflächen, bei welcher in einem von den Teilchen und dem Gas durchströmten, kanalförmigen Raum mit Wänden aus elektrisch isolierendem Material in Strömungsrichtung hintereinander wenigstens eine erste und wenigstens eine zweite metallische Elektrode angeordnet und die Elektroden mit Hochspannung jeweils entgegengesetzter Polarität gespeist sind.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 35 21 125) müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um dafür zu sorgen, daß die an der ersten Elektrode aufgeladenen Teilchen nicht in Kontakt mit der zweiten Elektrode kommen. Dies geschieht im bekannten Fall durch die Verwendung eines entsprechend kräftigen Luftstroms, welcher die an der ersten Elektrode aufgeladenen Teilchen, die dabei deren Vorzeichen annehmen, an der zweiten Elektrode vorbeireißt. Zur Erzeugung des kräftigen Luftstroms werden wiederum eigens geformte Blechrohre mit passenden Strömungsquerschnitten benötigt, wodurch die Vorrichtung insgesamt verhältnismäßig aufwendig wird. Wegen des großen Krümmungsradius der zweiten Elektrode kann sich weiterhin im bekannten Fall dort keine Koronaentladung entwickeln.

Es ist bei einer Vorrichtung zum elektrostatischen Zerstäuben von Flüssigkeiten weiterhin bekannt (AT-PS 234 878), zwischen einer Sprüheinrichtung und einem zu besprühenden Gegenstand eine oder mehrere Elektroden anzuordnen, deren Potential das gleiche Vorzeichen wie der zu besprühende Gegenstand hat. Diese Elektroden können als Drahtringe oder Spitzen ausgebildet sein. Sie dienen der Erzeugung eines elektrischen Feldes mit hohem Feldgradienten. Da bei einer solchen elektrostatischen Zerstäubungseinrichtung kein die Elektroden enthaltender, kanalförmiger Raum erforderlich ist, ist diese Vorrichtung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht unmittelbar vergleichbar, weil sich in beiden Fällen jeweils andere Probleme stellen.

Grundsätzlich können Flüssigkeitströpfchen, die als Aerosol mitgeführt werden, oder auch in einem Gasstrom enthaltene Feststoffpartikel (Pulver) auch durch sogenannte Koronaaufladung mit elektrischen Ladungen versehen werden. Der Wirkungsgrad einer solchen Vorrichtung ist gering, da sich Ionen und Teilchen gleicher Polarität an die Wand eines die Elektroden umgebenden, kanalförmigen Raumes anlagern, und die Koronaentladung dadurch unterbrochen wird. 1st ein Teil des kanalförmigen Raumes elektrisch leitend und mit dem zweiten Pol der die Koronaentladung speisenden Hochspannungsquelle verbunden, oder wird eine mit diesem zweiten Pol verbundene Gegenelektrode in dem kanalförmigen Raum angeordnet, so wird der größte Teil der Ladungen zu diesem leitenden Kanalteil oder zu dieser Gegenelektrode hingesaugt und man erhält an der Austrittsstelle des

Kanals keine Ausbeute an elektrisch geladenen Teilchen im Gasstrom.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Wirkungsgrad einer gattungsgemäßen Vorrichtung zu verbessern und dabei insbesondere Wandladungseffekte auszuschalten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

a) an den Wänden sind zur Erzeugung zweier Koronaentladungen entgegengesetzter Polarität die Elektroden in Gestalt von Spitzen oder Drähten angeordnet;

b) die Elektroden sind so zueinander angeordnet, daß die in der Koronaentladung der ersten Elektrode erzeugten Ladungen Raum- und Wandladungen der Koronaentladung der zweiten Elektrode kompensieren und die Teilchen mit der Polarität der zweiten Elektrode den Raum verlassen und auf die Oberfläche gelangen.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur elektrischen Aufladung von Teilchen und Aufbringen derselben auf eine Oberfläche;

F i g. 2 eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung der im Zusammenhang mit Fig. 1 genannten Art;

F i g. 3 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

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

Fig.5 mehrere Vorrichtungen der in Fig.3 und 4 dargestellten Art an einem gemeinsamen Träger.

Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 ist ein kanalförmiger Raum 1 von einem aus elektrisch isolierendem Material gefertigten Rohr 2 umgeben. An einer (nicht dargestellten) Einlaßseite des Rohres 2 tritt in Richtung des Pfeiles 3 ein Gas-, beispielsweise Luftstrom ein, der elektrisch neutrale, flüssige oder feste Teilchen 4, beispielsweise ein im Gasstrom fein verteiltes Pulver, enthält und mit sich führt. In den Wänden des Rohres 2 sind im gegenseitigem Abstand und elektrisch voneinander isoliert jeweils erste Elektroden 5 und zweite Elektroden 6 angeordnet, an denen der mit den Teilchen 4 beladene Gasstrom vorbeiströmt. Die ersten Elektroden 5 sind in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise über einen ersten Gleichrichter 7 mit dem einen Pol einer Hochspannungs-Wechselstromquelle 8 (Hochspannungstransformator) verbunden. Die zweiten Elektroden 6 stehen über entsprechende Leitungen und eine zweiten, gegenüber dem ersten entgegengesetzt gepolten Gleichrichter 9 mit demselben Pol der Spannungsquelle 8 in Verbindung. Bei dem in F i g. 1 dargestellten Beispiel liegt an den ersten Elektroden 5 negative und an den zweiten Elektroden 6 positive Gleichspannung von beispielsweise etwa 10 000 Volt an. Da sich aufgrund der angelegten Hochspannung an den Elektroden 5 und 6 jeweils Koronaentladungen entgegengesetzter Polarität ausbilden, wird der in Richtung des Pfeiles 3 strömende, die zunächst neutralen Teilchen 4 mit sich führende Gasstrom zuerst durch eine Koronaentladungszone negativer und anschließend durch eine Entladungszone positiver Polarität geführt. Die Koronaentladungen an den ersten Elektroden 5 sind durch die eingangs erwähnten Wandladungen behindert und laden das vorbeiströmende Gas und die von diesem mitgeführten Teilchen 4 nur mit sehr schlechtem Wirkungsgrad auf. Die so erzeugten Ladungen ziehen aber aus den Raumladungen der sich im Bereich der zweiten Elektroden 6 abspielenden Koronaentladung geladene Teilchen und Ionen an. Gleichzeitig werden die Wandladungen der Korona im Bereich der zweiten Elektroden beseitigt Insgesamt verlassen die zunächst neutralen Teilchen 4 die Aufladezone des Raumes 1 mit der Polarität der an den zweiten Elektroden 6 vorherrschenden Koronaentladung, im Fall der Fig. 1 also mit positiver Polarität Die in Richtung des Pfeiles 11 austretenden und vom Gasstrom weiterhin mitgeführten, positiv aufgeladenen Teilchen 12 werden zu einer Oberfläche 13 hin gelenkt, die mit den Teilchen 4, beispielsweise Pulverteilchen, besprüht werden soll. Die Oberfläche 13 kann an einem Gegenstand aus elektrisch isolierendem oder elektrisch leitendem Material vorgesehen sein. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform ist sie weder geerdet noch mit einer Hochspannungsquelle verbunden.

Hingegen ist der nicht an die Gleichrichter 7, 9 angeschlossene Pol der Hochspannungsquelle 8 geerdet.

Da die beiden mit demselben Pol der Hochspannungsquelle 8 verbundenen Gleichrichter 7, 9 umge-

2> kehrt gepolt sind, liegt — mit der entsprechenden Phasenverschiebung — an den Elektroden 5 immer die Halbwelle der einen (negativen) Polarität an, während an den Elektroden 6 die Halbwelle mit der entgegengesetzten (positiven) Polarität auftritt. In Abhängigkeit

i» von Laufzeiteffekten und der Frequenz der Hochspannungsquelle 8 kann die Ausbeute an positiv geladenen Teilchen 12 an der Austrittsseite des Raumes 1 dadurch verbessert werden, daß man den Abstand zwischen den Elektroden 5, 6 einerseits und die Strömungsgeschwin-

r> digkeit der Teilchen 4 und des Gases durch das Rohr 2 hindurch andererseits entsprechend aufeinander abstimmt.

Das in F i g. 2 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung funktioniert im Prinzip genauso wie das Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 1. Anstelle von Elektroden in Form von Metallspitzen sind im Rohr 22 der F i g. 2 etwa in der Rohrachse angeordnete, dünne Metalldrähte 25, 26 vorgesehen. Diese können beispielsweise umgekehrt gepolt sein, wie

« die Elektroden 5 und 6 in Fig. 1, so daß aus dem Rohr 22 negativ geladene Teilchen 23 austreten und zu einer Oberfläche 24 hingelenkt werden, die an einem elektrisch leitenden Gegenstand vorgesehen und geerdet sein kann. Auch die Hochspannungsquelle 28

"><> der F i g. 2 entspricht im wesentlichen der Hochspannungsquelle 8 in Fig. 1 mit dem Unterschied, daß zur Glättung der an den Elektroden 25, 26 anliegenden Hochspannung die Verbindungsleitungen zwischen den Elektroden 25, 26 und den Gleichrichtern 27, 29 jeweils

" unter Zwischenschaltung von Kondensatoren 31 bzw. 32 mit Erde verbunden sind.

Die Fig.3 und 4 zeigen eine besonders bewährte Ausführungsform der Erfindung, die von der DE-PS 12 52 703 ausgeht. In einem Gehäuse 33 aus elektrisch

fe° isolierendem Kunststoff ist eine Kammer 34 angeordnet, von der nach verschiedenen radialen Richtungen mehrere Kanäle 35, 36, 37 (Fig. 4) abzweigen. In die Kammer 34 wird über ein Rohr 38 ein mit festen Teilchen, beispielsweise Stärkepulver, beschickter Luft-

^h'"' strom eingebracht, der die Kammer durch die Kanäle 35,36 und 37 wieder verläßt. Konzentrisch zum Rohr 38 ist ein weiteres Rohr 39 größeren Durchmessers vorgesehen, das in eine Kammer 41 im Gehäuse 33

einmündet. Die Kammer 41 ist über parallel zu den Kanälen 35, 36, 37 verlaufende Kanäle 42 mit dem Außenraum verbunden. Über das Rohr 39 wird in die Kammer 41 ein Luftstrom größerer Stärke als der Luftstrom im Rohr 38 eingeleitet, der durch die Kanäle -. 42 ausströmt Da die Ausströmöffnungen der Kanäle 35, 36,37 den Ausströmöffnungen der jeweils zugeordneten Kanäle 42 benachbart sind, wird der mit den Teilchen beschickte Luftstrom in der aus F i g. 3 ersichtlichen Weise in den stärkeren, aus den jeweiligen Kanälen 42 u> austretenden Luftstrom hineingezogen und mitgenommen. Insgesamt ergibt sich die in Fig.4 dargestellte, fächerförmige Verteilung des Teilchenstroms, der auf einen verhältnismäßig großen Oberflächenbereich eines zu besprühenden Körpers 43 auftrifft Der beispielswei- ι -> se metallische Körper 43 kann mitteis einer Hochspannungsquelle 44 an Hochspannung angelegt sein, wobei die Polarität dieser Hochspannung derjenigen der aus den Kanälen 35, 36, 37 austretenden Teilchen entgegengesetzt ist _><>

Um die vom Luftstrom mitgeführten Teilchen in der gewünschten Weise aufzuladen — vgl. F i g. 3 — in der Kammer 34 vorzugsweise eine einzige Elektrode 45 bestimmter (beispielsweise positiver) Polarität in Form einer Metallspitze angeordnet. In jedem der Kanäle 35, r> 36, 37 sind zwei miteinander verbundene Metallspitzen als weitere Elektroden 46 entgegengesetzter (beispielsweise negativer) Polarität vorgesehen. Die Elektroden 45, 46 sind wiederum unter Beibehaltung der bei den Ausführungsformen gemäß F i g. 1 und 2 beschriebenen so Polung mit einer Hochspannungsquelle 48 verbunden, die einen an sich bekannten Brückengleichrichter 49 sowie zwei Glättungskondensatoren 51,52 umfaßt. Die Aufladung der Teilchen erfolgt in der gleichen Weise, wie im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben. v,

F i g. 5 schließlich zeigt, wie mehrere Gehäuse 33 an einem gemeinsamen Träger 53 angeordnet sind und einen verhältnismäßig großen Oberflächenbereich einer vorwärtsbewegten Papierbahn oder eines vorgeschobenen Druckbogens 54 besprühen. Wie dargestellt ist unterhalb des Druckbogens 54 und im Abstand von ihm eine Gegenelektrode 55 angeordnet, die mittels einer Hochspannungsquelle 56 auf Hochspannung einer Polarität gehalten ist, die derjenigen der aus den Gehäusen 33 austretenden Teilchen entgegengesetzt ist. Bei dieser Anordnung greift das von der Gegenelektrode 55 erzeugte elektrische Feld durch den Papierbogen 54 hindurch und lenkt die Teilchen genau auf den Bogen, wodurch eine unerwünschte Ansammlung von Teilchen in Bereichen außerhalb des Bogens verhindert ist.

Bei einer nochmals anders ausgestalteten Vorrichtung gemäß der Erfindung sind zwei Rohre 2, 22 entsprechend F i g. i bzw. 2 mit ihren Austriiisöffnungen nebeneinander angeordnet, so daß von einer Austrittsstelle mit verhältnismäßig geringem Querschnitt positiv und negativ geladene Teilchen austreten, die dann zu einer elektrisch isolierenden Oberfläche hingelenkt werden können. Es hat sich gezeigt, daß auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung eine erhebliche Verbesserung der Oberflächenbesprühung erreichbar ist, indem die Teilchen auf die zu besprühende Oberfläche konzentriert werden können und sich nicht in unerwünschter Weise in der Nachbarschaft dieser Oberfläche ablagern.

Die verschiedenen Hochspannungsquellen der Ausführungsbeispiele entsprechend den Fi g. 1,2 und 3 sind untereinander vertauschbar. Die Erfindung ist deshalb besonders vorteilhaft, weil die Strömungskanäle sehr eng, z. B. mit Durchmessern von nur wenigen mm, ausgebildet werden können. Es läßt sich eine laminare Strömung der aufzubringenden Teilchen erzielen. Die Strömungsgeschwindigkeit kann ohne Beeinträchtigung des Aufladegrades relativ groß sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunsen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur elektrischen Aufladung von flüssigen oder festen Teilchen in einem Gas-, insbesondere Luftstrom und Aufbringung der geladenen Teilchen auf Oberflächen, bei welcher in einem von den Teilchen und dem Gas durchströmten, kanalförmigen Raum mit Wänden aus elektrisch isolierendem Material in Strömungsrichtung hintereinander wenigstens eine erste und wenigstens eine |₀ zweite metallische Elektrode angeordnet und die Elektroden mit Hochspannung jeweils entgegengesetzter Polarität gespeist sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

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a) an den Wänden sind zur Erzeugung zweier Koronaentladungen entgegengesetzter Polarität die Elektroden (5,6,25,26,45,46} in Gestalt von Spitzen oder Drähten angeordnet;

b) die Elektroden (5, 6, 25, 26, 45, 46) sind so zueinander angeordnet, daß die in der Koronaentladung der ersten Elektrode (5, 25, 45) erzeugten Ladungen Raum- und Wandladungen der Koronaentladung der zweiten Elektrode (6, 26,46) kompensieren und die Teilchen (12) mit der Polarität der zweiten Elektrode den Raum (1) verlassen und auf die Oberfläche (13) gelangen.