DE2659428C2 - Vorrichtung zum elektrostatischen Versprühen von auf Werkstücken aufzutragendem flüssigen Überzugsmaterial - Google Patents

Description

Vorrichtung zum elektrostatischen Versprühen von auf Werkstücken aufzutragendem flüssigen Überzugsmaterial.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Versprühen von auf Werkstücke aufzutragendem flüssigen Überzugsmaterial, wie z. B. Lack, Farbe, Rostschutzanstrich und was dergleichen mehr ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Vorrichtung, welche die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist, ist aus der DE-PS 06 335 bekannt.

Bei dieser bekannten Vorrichtung hat das Zerstäubungsglied die Form eines hohlen, mit der öffnung von der Spritzrichtung abgewandten Kegelstumpfes. Das Überzugsmaterial wird auf die Innenfläche des Hohlkegelstumpfes aufgebracht, der mit 2000 bis 4000 Upm rotiert. Am Rand geht die vom Überzugsmaterialfilm überströmte Kegelinnenfläche in eine axial kurze, spitze, fast zylindrische Innenfläche über, die mit einer sanften Rundung nach außen in eine Kegelaußenfläche übergeht. Diese endet in geringem Abstand in einer scharfen Kante, die einerseits von der Kegelaußenfläche und andererseits von einer in Sprkzrichtung weisenden Korunalfläche zur Rotationsachse des Zerstäubungsgliedes begrenzt ist Das Überzugsmaterial wird an dieser scharfen Kante abgeschleudert, die auch die elektrostatische Sprühkante bildet.

ίο Mit derartigen Zerstäubern können herkömmliche Lacke oder ähnliche Materialien bis zu etwa drei Kubikzentimeter pro Zentimeter Länge der Zerstäubungskante des Zerstäubungsgliedes und pro Minute abgegeben werden.

Diese Versprühleistung läßt sich nun durch eine wesentliche Erhöhung der Drehzahl des Zerstäubers — das gut für Zerstäuber jeder Größe, insbesondere jedoch für relativ kieine Zerstäuber mit einem Durchmesser in der Größenordnung von zwanzig bis einhundert Millimetern — wesentlich erhöhen. So läßt sich durch das Arbeiten mit zehntausend, zwanzigtausend oder noch wesentlich mehr Umdrehungen des Zerstäubungsgliedes pro Minute die zerstäubte und auf das Werkstück aufgebrachte Materialmenge auf ein Mehrfaches des bisher erreichbaren Wertes erhöhen. Hierbei stellt sich jedoch heraus, daß der Lackauftrag auf das Werkstück nicht mehr befriedigt. So treten bei einer mit einem derart schnell rotierenden elektrostatischen Zersiäubungsglied aufgebrachten Lackschicht feine Bläschen auf, welche die Qualität der aufgetragenen Lackschicht derart vermindern, daß diese für die meisten Fälle der Praxis unbrauchbar ist.

Es versteht sich, daß die angegebenen Zahlenwerte in bezug auf Drehzahlen, Durchmesser und dergleichen je nach den sonstigen Parametern wie Zusammensetzung des Lackes, Zerstäubungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, Form des Zerstäubungsgliedes und was dergleichen mehr ist, schwanken können, die Grundproblernatik bleibt jedoch immer die gleiche.

Die Erfindung löst die Aufgabe, die bekannte Zerstäubungsvorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß beim Betrieb mit sehr hoher Drehzahl in der Größenordnung von zwanzigtausend oder mehr Umdrehungen pro Minute die durch diese hohe Drehzahl abgesprühte hohe Lackmenge einwandfrei und insbesondere ohne die erwähnte Bläschenerscheinung auf das Werkstück aufgebracht werden, durch die Ausbildung gemäß dem Anspruch 1.
Wenn auch die elektrostatische Sprühkante vorzugsweise kreisförmig verläuft, so ist dieses Merkmal jedoch nicht unabdingbar. Es sind auch andere gleichförmige Verläufe möglich, so lange diese keine wesentliche, störende Abweichung von der Rotationssymmetrie des Zerstäubungsgliedes bringen.

Der konisch zurückspringende Randbereich muß nicht notwendig eine derartige Fläche mit einer geraden Erzeugenden sein. Als konische Fläche in diesem Sinne soll hier auch eine solche Rotationsfläche verstanden werden, welche beispielsweise durch Rotation eines Kurvenstückes erzeugt ist.

Der konisch zurückspringende Randbereich kann beispielsweise auch derart zum äußersten Rand hin zurückspringen, daß das Zerstäubungsglied dort ein Profil aufweist, ähnlich dem Umfangsprofil von Eisenbahnrädern.

Wesentlich ist bei der Erfindung, daß die elektrostati-■■ 'ic Sprühkante (also diejenige scharfe Kante, an der die stärkste c-lekirostatische Feldlinienkonzentration

erfolgt) des Zerstaubungsgliedes in radialem Abstand außerhalb des zentrifugalen Abschleuderbereiches (das ist der Bereich, in dem wenigstens die Mehrheit der Flüssigkeit das Zerstäubungsglied verläßt) und außerhalb des vorgesehenen Sprühnebelweges verläuft Hierbei verläuft die elektrostatische Sprühkante auch axial im Abstand vom zentrifugalen Absprühbereich. Bei entsprechender Konstruktion kann dieser axiale Abstand recht gering werden. In diesem Fall muß der radiale Abstand allerdings ausreichend groß gehalten werden.

Der stumpfe Winkel an der Abschleuderkante liegt vorteilhaft bei 120° bis 150°. Gut bewährt hat sich ein Winkel von 130°. An der elektrostatischen Sprühkante treffen sich die konisch zurückspringende Fläche und die der überströmten Oberfläche des Zerstaubungsgliedes gegenüberliegende Fläche desselben unter einem Winkel, der zwar auch stumpf sein kann, vorzugsweise jedoch ein rechter oder spitzer Winkel ist

Die stumpfwinklige Abschleuderkante kan" gerundet verlaufen. Der Radius dieser Rundung ist dann vorteilhaft klein, z. B. 1 mm. Gut bewährt hat es sich, wenn die überströmte Oberfläche scharfkantig in den konisch zurückspringenden Randbereich übergeht. Ein gerundeter Übergang hat wiederum den Vorteil, daß er die Feldlinienkonzentration am radial äußersten Rand des Zerstaubungsgliedes begünstigt

Der Neigungswinkel der Erzeugenden der Kegelaußenfläche gegen die Rotationsachse des Zerstäubungsgliedes beträgt vorteilhaft etwa 30° bis 60°. Bevorzugt liegt er zwischen 40° und 50°. Ein Winkel von 45° hat sich gut bewährt Ist die genannte Erzeugende keine Gerade, so gilt diese Bemessungsregel für die mittlere Neigung der Erzeugenden.

Die Länge der Erzeugenden der Kegelaußenfläche oder besser der Abstand von der elektrostatischen Sprühkante bis zur Abschleuderkante wird je nach den Gegebenheiten bestimmt Hier haben sich bei Durchmessern des Zerstäubungsgliedes zwischen zwei und zehn Zentimeter Längen von zwei bis acht Millimeter bewährt, wobei diese Länge nicht notwendig mit dem Durchmesser des Zerstaubungsgliedes wächst, sondern von den jeweiligen Gegebenheiten abhängt.

Die radiale Erstreckung dieses senkrecht zur Rotationsachse verlaufenden, von innen an die Abschleuderkante anschließenden Ringbereiches des Zerstäubungsgliedes kann insbesondere bei scheibenförmigen Zerstäubungsgliedern bis in den Bereich der Welle des Zerstäubungsgliedes reichen. Bei einem anderen Gerät (Fig. 1) mit in Fließrichtung angeordneter, mit wachsendem Radius leicht in Fließrichtung vorgezogener überströmter Fläche zeigte sich eine radiale Erstreckung des senkrecht zur Rotationsachse verlaufenden Bereiches von zwei Millimetern bereits als günstig.

Das Zerstäubungsglied kann vollständig aus leitendem Material sein oder aber auch nur elektrisch leitend beschichtet sein, damit durch elektrische Leitung und/oder Ionisation im Bereich der elektrostatischen Sprühkante des Zerstäubungsgliedes eine entsprechende Aufladung des Überzugsmaterials erfolgt.

Die Farbzuführung kann durch die das Zerstäubungsglied tragende Welle des Zerstaubungsgliedes erfolgen. Sie kann aber auch durch ein still stehendes, neben dieser Welle verlaufendes Rohr erfolgen. Dann läßt man das still stehende Rohr durch eine entsprechende öffnung des in diesem Falle in der Regel etwa glockenförmigen Zerstäubungsgliedes ragen, welches dann von einem gesonderten entsprechenden, auf der Welle sitzenden, sternförmigen Tragglied getragen ist durch dessen Öffnungen die Flüssigkeit an der Innenfläche der Glocke entlang zum Absprührand derselben strömen kann.

Nachfolgend sind anhand der schematischen Zeichnungeil vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung als erläuternde Beispiele beschrieben.

F i g. 1 zeigt im wesentlichen ein Zemäubungsgläed

ίο gemäß der Erfindung im Axialschnitt, und zwar im Maßstab 2 : 1.

F i g. 2 zeigt ein Gerät nach der Erfindung, wobei das Zerstäubungsglied ebenfalls im Axialschnitt dargestellt ist

In Fig. 1 sind der Träger, die Antriebseinrichtung und die Mittel zur Zuführung der Hochspannung zum in Fig. 1 gezeigten Zerstäubungsglied 1 als bekannt nicht dargestellt Das Zerstäubungsglied 1 wird hier von einer Welle 2 getragen, die an ihrem Ende eine Tragscheibe 3 besitzt. Die Tragscheibe 3 trägt an ihrem zur Drehachse 4 der Welle 2 konzentrischen Umfang eine Vielzahl von Durchlässen 5. Am Umfang der Tragscheibe 3 ist in bekannter, nicht dargestellter Weise das glockenförmige Zerstäubungsglied 1 derart befestigt, daß ein Teil des »Glockenhohlraumes« auf der Wellenseite der Tragscheibe 3 und der größere Teil auf der der Wellenseite abgekehrten, in Sprührichtung weisenden Seite der Tragscheibe 3 liegt. Das Zerstäubungsglied 1, die Welle 2 und die Tragscheibe 3 bestehen aus Stahl. Sie können auch z. B. aus einem nicht leitenden Kunststoff bestehen, der mit einem halbleitenden Metallüberzug bedeckt ist, so daß die vom Gerät über die Welle 2 und die Tragscheibe 3 zugeleitete Hochspannung sich über das Zerstäubungsglied 1 verteilen und um dieses ihr Feld aufbauen kann.

Die zu versprühende Überzugsflüssigkeit wird dem Zerstäubungsglied 1 über eine Rohrleitung 6 zugeführt, die vom Gerät kommt und hinter einem Innenbund 7 der Glocke ein kurzes Stück radial nach außen bis in die Nähe der Innenwandung des glockenförmigen Zerstäubungsgliedes 1 geführt ist. Die Welle 2 ist mittels eines nicht dargestellten Antriebes mit ca. 25 000 Upm antreibbar.
Das zuzuführende Überzugsmaterial kann ein für Hochleistung eingestellter Lack sein, wie z. B. ein Alkylmelaminharz. Die Spritzrichtung ist in F i g. 1 durch den Pfeil A gezeigt.

Die Außenfläche des glockenförmigen Zerstäubungsgliedes 1 ist abgerundet mit Ausnahme des nachfolgend

so zu beschreibenden Bereiches umn den radial äußersten, in F i g. 1 rechtsliegenden Rand.

An der in Spritzrichtung A liegenden Seite besitzt das Zerstäubungsglied 1 eine Fläche 8, die in ihren der Rotationsachse 4 näherliegenden Bereichen wenigstens angenähert einer Normalebene zur Rotationsachse 4 angehört, sich mit wachsendem Radius jedoch geringfügig in Sprührichtung vorwölbt, um schließlich an der Kante 9 in eine genau in einer Normalebene zur Rotationsachse 4 liegende Ringfläche überzugehen, welche eine radiale Erstreckung von zwei Millimetern hat. Diese Ringfläche 10 geht, an ihrem äußeren Rand die scharfe Abschleuderkante 11 bildend, in eine Kegelaußenfläche 12 über. Der Winkel, den die Erzeugende dieser Kegelfläche 12 mit der Rotations-

b^r> achse 4 einschließt, beträgt hier 45°. Die Erstreckung dieser Kegelfläche in Längsrichtung der Erzeugenden dieser Kegelfläche ist zwei Millimeter. An ihrem radial äußeren Rand bildet die Kegelfläche 12 zusammen mit

der in diesem Bereich ebenfalls kegelförmig verlaufenden Außenwand 14 des glockenförmigen Zerstäubungsgliedes 1 die scharfe elektrostatische Sprühkante 13. An der Kante 13 stoßen die beiden Kegelflächen 12 und 14, deren Spitzen naturgemäß einander abgewandt sind, in einer Axialebene gemessen, unter einem Winkel von 90° gegeneinander

Die in Fig. eingetragenen Abmessungen sowie der aus dieser Figur ersichtliche Aufbau des Zerstäubungsgliedes 1 haben sich in der Praxis gut bewährt. Überraschenderweise läßt sich mit einem derartigen Zerstäubungsglied durch eine entsprechend hohe Drehzahl von beispielsweise 15 000 oder 30 000Upm eine gegenüber den vorbekannten Zerstäubungsgliedern auf ein Mehrfaches vergrößerte Lackmange pro Zentimeter Umfangslänge des Zerstäubungsgliedes und Minute in guter Qualität versprühen, ohne daß die oben dargelegten Mängel auftreten.

Im Betrieb wird der Lack durch die Leitung 6 in den rückwärtigen Bereich der Höhlung des glockenförmigen Zerstäubungsgliedes 1 eingebracht. Von dort fließt der Lack durch die Durchlässe 5 unter dem Einfluß der Fliehkraft in Spritzrichtung weiter, um sich dann in Form eines Filmes über die Fläche 8 zu verteilen, von welcher er über die Fläche 10 weiter radial nach außen fließt, um dann abgesprüht zu werden. Vom Zerstäubungsglied bewegt sich der Lacknebel dann in Form einer rotationssymmetrischen Glocke mit zum Glokkenrand hin stark dicker werdender Wandung unter dem Einfluß des elektrostatischen Feldes auf das normalerweise geerdete Werkstück.

Dem in F i g. 2 dargestellten Gerät 20 wird die Hochspannung über ein Kabel 21 zugeführt, während das zu versprühende Überzugsmaterial, wie z. B. ein hochgezüchteter Lack, über die Leitung 22 zugeführt wird. Im Gehäuse 23 des Gerätes befindet sich ein Antriebsmotor, dem die erforderliche Antriebsenergie über eine nicht gezeigte Leitung zugeführt wird. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ragt rechts aus dem Gehäuse 23 eine hochtourige, beispielsweise mit 20 000 Upm umlaufende Welle 24, die an ihrem in Fig.2 rechten Ende ein scheibenförmiges Zerstäubungsglied 25 einstückig mit der Welle trägt. Die Welle 24 ist eine Hohlwelle. Durch die Axialbohrung der Hohlwelle 24 wird der Lack der in der durch den Pfeil A gezeigten Spritzrichtung liegenden Oberfläche 26 des Zerstäubungsgliedes 25 zugeführt.

Das einen Durchmesser von 55 mm aufweisende, unter der durch die Leitung 21 über die Hohlwelle 24 zugeführten Hochspannung stehende Zerstäubungsglied 25 ist in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise an seinem Außenrand konisch zu einer elektrostatischen Sprühkante angeschärft, derart, daß die Umfangsfläche des (soweit funktionell wesentlich) im übrigen von zwei Normalebenen zur Rotationsachse 27 begrenzten Zerstäubungsgliedes 25 eine Kegelfläche 28 ist, deren erzeugende Gerade unter einem Winke' von 45° in bezug auf die mit der Rotationsachse 27 zusammenfallende Kegelachse verläuft, wobei die Spitze des Kegels in Spritzrichtung weist.

Wird die Welle 24 mit entsprechend hoher Drehzahl angetrieben und Lack durch die Hohlwelle zugeführt, so fließt dieser Lack, wie durch den gekrümmten Pfeil 29 angedeutet, in Form eines Filmes an der in Spritzrichtung weisenden Stirnfläche 26 des Zerstäubungsgliedes 25 entlang radial nach auswärts, um sich dann im Bereich der Abschleuderkante 30 und der Kegelfläche 28 vom Zerstäubungsglied 25 abzulösen.

Bei einem Zerstäubungsglied gemäß der Erfindung

muß die das Überzugsmaterial führende, von innen an die Abschleuderkante anschließende Oberfläche 51 des Zerstäubungsgliedes nicht notwendig genau senkrecht zur Rotationsachse verlaufen. Sie kann z. B. geringfügig mit wachsendem Radius vorspringen oder sogar auch zurückweichen. Das Maß des Zurückweichens muß jedoch recht gering sein, damit sich die Flüssigkeit nicht vorzeitig löst. Der Kegelwinkel dieser Fläche soll daher möglichst nur wenige Grade, beispielsweise 3°, betragen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Versprühen von auf Werkstücke aufzutragendem flüssigen Überzugsmaterial mit einem gegenüber den Werkstücken eine hohe Potentialdifferenz aufweisenden, rotierenden, zumindest in seinen radial außen liegenden Teilen rotationssymmetrischen Zerstäubungsglied, auf welchem das abzusprühende Material in Form eines Films stetig dem äußeren Randbereich zufließt, wo es abgeschleudert wird, bei der das Zerstäubungsglied an seiner vom Materialfim überströmten Seite nahe seiner als scharfer äußerer Rand ausgebildeten elektrostatischen Sprühkante zum Rand konisch zurückspringt, dadurch gekennzeichnet, daß die überströmte Oberfläche (8, 10, 12) die in Spritzrichtung weisende Oberfläche des Zerstcubungsgliedes ist, daß der an den konisch zurückspringenden Randbereich (12) von innen anschließende Oberflächenteil (10) des Zerstäubungsgliedes in einer Normalebene (8) zur Rotationsachse (4) des Zerstäubungsgliedes verläuft und daß dieser Oberflächenteil eine stumpfwinklige Abschleuderkante (11) bildend an den konisch zurückspringenden Randbereich (12) anschließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der (mittlere) Neigungswinkel der Erzeugenden der Kegelaußenfläche (12) gegen die Rotationsachse des Zerstäubungsgliedes etwa 30 bis 60° beträgt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugende der in Sprührichtung weisenden überströmten Rotationsfläche (8, 10, 12) in radialem Abstand von der Rotationsachse (4) zunächst senkrecht (8) zur Rotationsachse nach außen verläuft, dann sanft in Sprührichtung nach vorne gekrümmt ist, bis sie in einem Winkel von etwa 30° zur Senkrechten auf die Rotationsachse verläuft, dann mit einer Kante (9) in den senkrecht zur Rotationsachse verlaufenden Teil (10) übergeht, und dann in den um 45° zurückgeneigten konischen Teil (12) übergeht, an den die äußerste scharfe Kante (13) mit einem Winkel von 90° anschließt (F ig. 1).