DE2852038C2

DE2852038C2 - Vorrichtung zum elektrostatischen Versprühen und Auftragen eines flüssigen Überzugsmaterials

Info

Publication number: DE2852038C2
Application number: DE2852038A
Authority: DE
Inventors: Satonovu Komae Tokio/Tokyo Yoshikawa
Original assignee: Nakaya Sangyo KK
Current assignee: Nakaya Sangyo KK
Priority date: 1977-12-03
Filing date: 1978-12-01
Publication date: 1985-08-08
Also published as: US4221339A; JPS5829150B2; JPS5477650A; DE2852038A1; FR2410514A1; FR2410514B1

Description

nungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel in einer längsgeschnittenen Seitenansicht;

Fig.2 einen vergrößerten Teil der Seitenansicht gemäß F i g. 1, der nur die wesentlichen Teile teigt;

Fig.3 ein Bauteil zum Erzeugen einer Wirbelströmung in vergrößerter Seitenansicht und

F i g. 4 in Vorderansicht sowie

F i g. 5 einen Ausschnitt der Vorderansicht zur Verdeutlichung der Wirkungsweise der Sprühpistole.

Die in Fi^-1 dargestellte Sprühvorrichtung weist einen Sprühhauptkörper 1 mit einem rückseitigen Basisteil la auf. Der Sprühhauptkörper 1 ist mit seinem Basisteil la an einem zylindrischen Körper 2 mit einem Ausschnitt 2a aus einem elektrisch isolierenden Material konzentrisch fluchtend befestigt Der Sprühhauptkörper 1 enthält konzentrisch angeordnet ein Luftkanalrohr 3, das an seinem vorderen Ende ein sich nach außen erweiterndes glockenförmiges Öffnungsteil 3a aufweist und konzentrisch an seinem rückwärtigen rinde mit einem wiederum mittig in dem zylindrischen Körper 2 angeordneten Luftzuführungsrohr 4 verbunden ist Das Luftkanalrohr 3 ist an seinem hinteren Ende 3b in den zylindrischen Körper 2 eingeschraubt

Im zylindrische« Körper ? ist ein Hochspannungskabel 5, das an einen Hocnspanriungsgenerator (nicht gezeigt) angeschlossen ist, vorhanden. Ein mit einem Ende des Kabels 5 verbundener hochohmiger Widerstand 6 zur Strombegrenzung und Funkenunterdrückung ist über ein Anschlußstück 7 und eine Kombination aus Spiralfeder 8 und Kugel 9 mit der äußeren Oberfläche des Luftkanalrohres 3 verbunden.

Das Hochspannungskabel 5 steht weiterhin über nachfolgend beschriebene Lackverteilungsflügel 14 mit einem Farbkanalrohr 12 für den Lack in Verbindung, das konzentrisch um das Luftkanalrohr 3 mit einem einen Farbaustrittskanal 13 bildenden ringförmigen Spalt dazwischen angeordnet ist Demgemäß bildet das vordere Ende.des Öffnungsteils 3a des Luftkanalrohres 3 ein elektrostatisches Hochspannungsfeld.

Wie aus F i g. 3 und 4 ersichtlich, ist weiterhin ein eine Wirbelströmung ausbildender Kopf 10 am innenliegenden Ende des Luftkanalrohres 3 befestigt. Der Kopf 10 ist am vorderen Ende eines Haltestifts 10a vorgesehen, der mit seinem rückwärtigen Ende am Luftkanalrohr 3 befestigt ist. Der Haltestift 10a bildet zwischen sich und dem Luftkanalrohr 3, wie aus F i g. 1 und 2 zu ersehen ist, einen Luftaustrittskanal 11.

Der Kopf 10 besitzt an seiner Stirnseite eine kegelstumpfartige Vorderfläche, in der eine Vielzahl tangentialer Nuten 11a vorgesehen ist Die Nuten Ha erstrekken sich dabei radial nach innen und schräg nach vorn und stehen mit dem Luftaustrittskanal 11 in Verbindung.

Somit fließt die durch das Luftzuführungsrohr 4 strömende Primärluft nach vorn durch den Luftaujtritiskanal 11 sowie durch die tangentialen Nuten 11a und wird als eine flächenhafte Strömung entlang der sich nach außen erweiternden Stirnfläche 3c des glockenförmigen Öffnungsteils 3a des Luftkanalrohres 3 ausgestoßen.

Das Farbkanalrohr 12 ist konzentrisch um das Luftkanalrohr 3 herum mit dem ringförmigen, den Farbaustriitskanal 13 darstellenden Spalt angeordnet und weist eine divergierende kegelstumpfförmige Stirnfläche 13a auf. Damit die von der Primärluft gebildete Wirbelstromschicht wirksam gegen den Lackflüssigkeitsfilm auftrifft, ist es wünschenswert, daß der Scheitelwinkel der sich nach außen erweiternden Stirnfläche 3c größer ist als der der kegelstumpfförmigen Stirnflache 13a. Außerdem ist wie aus Fi g. 2 zu ersehen ist die Stirnfläche 3c bezüglich der Stirnfläche 13a um eine Strecke S axial nach innen versetzt

Die vorerwähnten Lackverteilungsflügel 14 sind axial in dem Lackaustrittskanal 13 zwischen dem, Luftkanalrohr 3 und dem Lackkanalrohr 12 nahe einem sich nach außen erweiternden glockenförmigen Öffnungsteil 12a vorgesehen. Eine Sammelvorrichtung 15 für das flüssige Oberzugsmaterial ist in Form von gegenüberliegenden

ίο leichten ringförmigen Vertiefungen in der Außenfläche des Luftkanalrohres 3 sowie in der Innenfläche des Lackkanalrohres 12 nahe dem rückwärtigen Teil des sich nach außen erstreckenden glockenförmigen Öffnungsteils 3a angeordnet

!5 Um das Lackkanalrohr 12 ist ein weiteres Luftkanalrohr 16 herum angeordnet wodurch sich zwischen beiden ein zweiter Luftaustrittskanal 17 ausbildet. Die Stirnkante des Rohres 16 ist, wie aus F i g. 2 zu ersehen ist in bezug auf die Stirnkante des Farbkanalrohres 12 um einen Betrag L nach hinten versetzt Schraubenförmige Nuten 17a sind zwischen der Innenwandfläche des Luftkanalrohres 16 und der Außenwandfläche des Lackkanalrohres 12 angeordnet und dienen der Ausbildung einer Wirbelströmung der Sekundärluft mit gleicher Wirbelrichtung wie die Primärluftströmung. Die Nuten 17a können mittels paralleler Rippen einstückig auf dem Farbkanalrohr 12 ausgebildet sein. Das hintere Endteil 16a des Luftkanalrohres 16 besitzt ein Gewinde und ist auf den vorderen Teil eines Nippelverbinders 18 aufgeschraubt Der hintere Teil des Nippelverbinders 18 ist in eine Bundmutter 19 eingeschraubt. Die Bundmutter 19 ist mittels einer Mutter 20 fest gegen ein rohrförmiges Vorderteil Ii) des oben erwähnten Sprühhauptkörpers 1 gehalten. Die Mutter 20 ist dabei lösbar auf das Vorderteil \baufgeschraubt.

Ein Lackzubringerrohr 21 ist mit einem Teil des Sprühhauptkörpers 1 verbunden und steht mit dem Lackaustrittskanal 13 in Verbindung. Ein zweites Luftzubringerohr 22 ist mit dem Sprühhauptkörper 1 an einem dem Lackzubringerrohr 21 gegenüberliegenden Teil verbunden und steht mit dem zweiten Luftaustrittskanal 17 in Verbindung.

Das Luftkanalrohr 3 ist an seinem Außenteil mit einem Teil 23 einer Mutter versehen, der durch einen durch den Ausschnitt 2a eingeführten Schraubschlüssel gedreht bzw. betätigt werden kann. Löst man den Teil 23 der Mutter, so kann der Öffnungsteil 3a des Luftkanalrohres 3 nach vorn geschoben und somit gesäubert werden.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der oben beschriebenen Sprühpistole erläutert.

Ein Lack wird unter Druck durch das Lackzubringerrohr 21 in den Lackaustrittskanal 13 eingebracht, während gleichzeitig Primär- und Sekundärluft unter Druck /.ugeführt werden. Die Primärluft gelangt durch das erste Luftzuführungsrohr 4 in den Luftaustrittskanal 11, die Sekundärluft hingegen durch das Luftzubringerrohr 22 in den Luftaustrittskanal 17. Die durch den Luftaustrittskanal 11 fließende Luft wird durch die tangentialen

bo Nuten 11a zu einer sich um die Längsachse drehenden Wirbelströmung geformt. Durch die Drehung entlang des sich nach außen erweiternden Öffnungsteils 3a des Luftkanalrohres 3 nimmt die Luft eine Laminarströmung an. die radial nach außen und nach vorn in Form

b5 eines Kegels ausgestoßen wird. Der Luftaustritt durch den Luftaustrittskanal 17 wird später beschrieben.

Der unter Druck in dem Lackaustrittskanai 13 stehende und an den Farbverteilungsflügeln 1.4 vorbeifließen-

de Lack wird an der Sammelvorrichtung 15 gesammelt und dann in einem in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten Zustand zu der kegelstumpfförmigen Stirnfläche 13a des Lackaustrittskanals 13 gebracht und sodann gleichmäßig und ringförmig herausgesprüht. Der dann zur öffnung der Stirnfläche 13a herausgesprühte Lack wird zu einem dünnen kegelförmigen Flüssigkeitsfilm. Gegen diese Filmoberfläche stößt von innen die oben erwähnte sich drehende, ebenfalls kegelförmige Primärluftströmung, um ein Schwingen des Filmes hervorzurufen. Die Kollision der Primärluftströmung gegen die Oberfläche des dünnen Flüssigkeitsfilms wird dadurch erzielt, daß erstens der Scheitelwinkel der sich nach außen erweiternden Stirnfläche 3c größer ist als der der kegeligen Stirnfläche 13a und zweitens die sich nach außen erweiternde Stirnfläche 3c gegenüber der kegelstumpfförmigen Stirnfläche 13a in Achsrichtung zurückgesetzt ist. Die Strömung des dünnen Flüssigkeitsfilms, die der Kollision mit der sich drehenden Primärluftströmung unterworfen wird, bildet, wie aus F i g. 5 zu ersehen, sodann Spitzen bzw. Kuppen C aus, und zwar unmittelbar vor dem Übergang in die feine Zerstäubung.

Es wurde festgestellt, daß in diesem Fall eine Primärluftströmung ausreichend ist, bei der Wellen bzw. Schwingungen in dem auszubreitenden Lackfilm induziert werden können, und es zudem nicht erforderlich ist, den Luftdruck auf einen Wert zu erhöhen, um eine Umwandlung in feine Teilchen zu erwirken. Es zeigte sich ferner, daß je kleiner die Anzahl der tangentialen Nuten 11a in der Stirnfläche des Kopfes 10 ist, desto größer die Schwankung oder Unregelmäßigkeit in der Wirbelströmung ist, wobei die Wirbelströmung ein Induzieren von Wellen in dem zu verteilenden Lack bewirkt.

Die Sekundärluft wird mittels eines Luftkompressors (in der Zeichnung nicht dargestellt) durch das Luftzubringerrohr 22 dem Luftaustrittskanal 17 zugeführt und durch die schraubenförmigen Nuten 17a in eine Wirbelströmung mit gleicher Drehrichtung wie die Primärluft gedreht. Diese wirbelnde Luft ruft eine Saugwirkung auf die oben erwähnten Kuppen bzw. Spitzen C hervor, die infolge des Hochspannungsfeldes im Bereich der Stirnseite des Farbkanalrohres 12 Schwingungen durchführen. Infolge der in diesem Bereich herrschenden Hochspannung, die durch das Hochspannungskabel 5 zugeführt wird, werden die Kuppen bzw. Spitzen C in feine Teilchen bzw. Tröpfchen zerteilt. Gleichzeitig werden die elektrostatisch aufgeladenen Teilchen in eine Richtung gesprüht, die sich aus einer Kombination der Primär- und der Sekundärluftströmung ergibt. Die aufgeladenen Teilchen werden somit gegen bzw. auf ein zu beschickendes Werkstück gesprüht, das geerdet ist

Im folgenden werden anhand von Beispielen spezielle Angaben und Betriebsbedingungen für die Sprühpistole genannt

Die in der Sprühpistole verwendete Überzugsflüssig-' keit ist eine Polyvinylacetatemulsion, die in destilliertem Wasser gelöst ist, und eine Viskosität von 40 Sekunden Fallzeit in einem Meßbecher (Typ Ford Cup 4) aufweist Die Versuche werden mit einem Sekundärluftdruck von 1,5 kp/cm² und einer angelegten Spannung von 80 KV bei einem Lackliefergrad von 25 cm³/min durchgeführt Der größte Durchmesser der sich nach außen erweiternden Stirnfläche 3c der Luftkanalröhre 3 beträgt 24 mm, der Scheitelwinkel der Stirnfläche 3c 160°, der größte Durchmesser der kegelstumpfförmigen Stirnfläche 13a 25 mm, der Scheitelwinkel der Stirnfläche 13a 150° und der Abstand 50.5 mm. Ein erster Versuch wird mit einer Primär- und Sekundärluftströmung, ein zweiter Versuch nur mit der Sekundärluftströmung durchgeführt. Der Vergleich beider Versuche zeigt, daß im ersten Fall, bei dem sowohl die Primär- als auch die Sekundärluftströmung verwendet werden, keine Ansammlung von Lackteilchen an der Stirnseite der Sprühpistole auftritt und eine große Anzahl von Spitzen bzw. Kuppen zu beobachten ist. Die durchschnittliche Größe der Teilchen ist bei gleichmäßiger Verteilung gering, und eine gute Zerstäubung wird erzielt.

Beträgt hingegen der Abstand zwischen der Stirnseite des äußeren Luftkanalrohres 16 und dem Lackkanalrohr 12 0,3 mm bzw. 1,0 mm, so zeigen sich bei einem Vergleich der durchschnittlichen Teilchengrößen, wenn sowohl Primär- als auch die Sekundärluftströmungen verwendet werden, keine Unterschiede. Demzufolge kann die Austritts- bzw. Sprühöffnung groß gemacht werden. Das bedeutet, das Problem der Verstopfung der Sprühöffnung ist gelöst.

Ähnliche Ergebnisse werden erzielt bei einem Lack mit schwerflüchtigem Gehalt, der einen Aminopolyester mit einem Festgehalt von 75 Gew.-°/o aufweist. Da der spezifische Widerstand des Lackes hoch gewählt werden kann. z. B. 50 MQcm, können besser zerstäubte Lackteilchen als im Falle wasserlöslicher Farben bzw. Lacke mit niedrigem Luftdruck der Sekundärluftströmung erzielt werden, und zwar wegen des Vervielfältigungseffekts der Flüssigkeitsfilmschwingungen infolge der Hochspannung und der Flüssigkeitsfilmschwingungen infolge der Primärluftströmung.

Somit ist die Arbeitsweise des Sprühgerätes folgende. Der durch den Lackaustrittskanal 13 beförderte und an der Stirnfläche 13a ankommende Lack wird in einen Flüssigkeitsfilm von wellenartiger Beschaffenheit durch die Luftströmungen im Luftaustrittskanal 11 und dem Luftaustrittskanal 17 umgewandelt. Der Lackflüssigkeitsfilm erhält im elektrostatischen Feld infolge der Hochspannung Spitzen bzw. Kuppen. Ebenso werden Wellen in diesem herausgespritzten Lackfilm induziert, wobei dieser in gleichmäßige Farbteilchen zerstäubt wird, und das selbst mit einer Luftströmung von niedrigem Druck.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 widerstand und beim Wechsel der Lackfarbe. Bei der Patentansprüche: Verwendung wasserlöslicher Lacke als flüssiges Über zugsmaterial muß der zur Zerstäubung und zum Auftra-

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Versprühen gen bestimmte Luftdruck, der Druckluft stark erhöht und Auftragen eines flüssigen Oberzugsmaterials, 5 werden. Auch besteht zusätzlich die Gefahr, daß sich im mit einem ringförmigen Materialauslaß, über den Betrieb der Austrittsdüse der_Vorrichtung tropfenfördas zu zerstäubende Überzugsmaterial nach vorne mige Teilchen des flüssigen Überzugsmaterials absetaustritt und in den sich kegelstumpfförmig erwei- zen und haften bleiben, wodurch die Neigung besteht, ternde Enden eines Luft- und Farbaustrittskanals daß sich die Auslässe im Bereich des Düsenendes der münden, einem äußeren und inneren Luftkanalende, io Vorrichtung zusetzen und verstopfen, so daß das flüssiüber die Druckluft zur Zerstäubung des über den ge Überzugsmaterial nicht mehr gleichmäßig und voll-Materialauslaß ausgegebenen Überzugsmaterials ständig zerstäubt werden kann. Hierdurch wird der auf austritt, und mit einer Hochspannungseinrichtung dem Werkstück aufzubringende Auftrag aus dem Überzur Erzeugung eines elektrischen Feldes im Zerstäu- zugsmaterial ungleichmäßig und unregelmäßig, wobungsbereich, dadurch gekennzeichnet, 15 durch die äußere Erscheinung beeinträchtigt wird. Auch daß das Farbkanalende ein sich nach außen erwei- sind diese Ablagerungen von Teilchen des flüssigen terndes, glockenförmiges öffnungsteil (12a^ mit ei- Überzugsmaterials beim Fa/bwechsel hinderlich, da jener konkaven kegelstumpfförmigen Stirnfläche weils eine zeitraubende Reinigung der gesamten Vor- (13a) hat, die in Strömungsrichtung unter einem richtung erforderlich ist, wenn man verhindern will, daß Scheitelwinkel derart divergierend verläuft, 20 die hängengebliebenen Restteile des ersten flüssigen

daß sich an der kegelstumpfförmigen Stirnfläche Überzugsmaterials einen Einfluß auf die zweite Sorte (13a)ein dünner kegelförmiger Materialfilm bildet, des Überzugsmaterials hat.

daß das zum Farbkanalende konzentrisch und innen Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung

liegende Luftkanalende ein sich nach außen erwei- der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit terndes, glockenförmiges öffnungsteil (3a) mit einer 25 möglichst niedrigen Druckwerten für die Druckluft unkonkaven kegelförmigen Stirnfläche (3c) hat, die in abhängig von den Eigenschaften des aufzutragenden Strömungsrichtung unter einem Scheitelwinkel di- flüssigen Überzugsmaterials auf einem Werkstück ein vergierend verläuft, der größer als der Scheitelwin- gleichmäßiger Oberzug erzielt wird, ein Farbwechsel kel der Stirnfläche (\3a)des Farbkanalendes ist, und des flüssigen Überzugsmaterials schnell durchführbar deren vorderes Ende in Achsrichtung zu der kegel- 30 und die Verstopfungsgefahr der Auslässe am düsenseitistumpfförmigen Stirnfläche (\3a) des Farbkanalen- gen Ende befestigt ist.

des zurückgesetzt und Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der ein-

daß in das innen liegende Luftkanalende eine Viel- gangs genannten Art erfindungsgemäß mit den Merkzahl von tangential und schräg vorwärts und radial malen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst,
einwärts verlaufenden Nuten (Wa) einmünden, 35 In vorteilhafter Weise wird hierdurch in dem radial durch die die Druckluft strömt. innen liegenden Luftkanalende eine Wirbelströmung er-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeugt. Das unter Druck gesetzte flüssige Überzugsmazeichnet, daß das Farbkanalende eine Sammelein- terial wird zur kegelstumpfförnvgen Stirnfläche des richtung (15) für das flüssige Überzugsmaterial hat, Farbkanalendes in Umfangsrichtung gleichmäßig verdie stromaufwärts von der kegelstumpfförmigen 40 teilt ausgegeben, so daß es sich gleichmäßig ringförmig Stirnfläche (\3a) liegt. ausbreiten kann. Das sich so zur öffnung dieser Stirnflä-

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- ehe ausbreitende flüssige Überzugsmaterial bildet einen zeichnet, daß die Sammeleinrichtung (15) von einem dünnen Materialfilm in Form eines Kegels, gegen dessich im Querschnitt erweiternden Kanalstück gebil- sen Außenfläche ein Primärluftstrom auftrifft, dem eine det ist. 45 Wirbelbewegung in Form eines Kegels erteilt ist. Dieser

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Wirbelluftstrom trifft auf den dünnen Materialfilm von zeichnet, daß das Farbkanalende als Ringspalt zwi- innen auf und regt denselben zu Schwingungen an. Der sehen den sich nach außen erweiternden, glocken- so in Verbindung mit dem Primärluftstrom als Wirbeiförmigen Öffnungsteilen (3a und 12a^ ausgebildet ist. strömung erzeugte dünne Materialfilm bildet in Strö-

50 mungsrichtung unmittelbar vor der feinen Zerstäubung

Kuppen. Der Druck der Druckluft braucht zur Erreichung einer feinen Zerstäubung der Teilchen des flüssigen Überzugsmaterials nicht erhöht zu werden, da in

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem dem sich in Form eines dünnen Films ausbreitenden Oberbegriff von Anspruch 1. 55 flüssigen Überzugsmaterial Schwingungen erzeugt wer-

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-AS den, durch die die tropfenförmigen Teilchen des flüssi-32 387 bekannt. gen Überzugsmaterials am düsenseitigen Austrittsende

Die bekannte Vorrichtung zum elektrostatischen der Vorrichtung immer in Bewegung gehalten werden, Versprühen und Auftragen eines flüssigen Überzugsma- so daß sie sich dort nicht ablagern und absetzen können, teriais besitzt in konzentrischer Anordnung einen Mate- 60 Somit kann die Vorrichtung langzeitig ohne irgendwelrialauslaß und zwei Luftauslässe an ihrem düsenseitigen ehe Reinigungsarbeiten betrieben werden. Hierdurch Ende. Dabei ist jeweils ein Luftauslaß zu dem Material- wird die Effektivität der Vorrichtung wesentlich verbesauslaß radial innen und radial außen angeordnet. Mit sert. Da durch Ablagerung von Teilchen des flüssigen Hilfe einer derartigen Vorrichtung kann zwar ein Werk- Überzugsmaterials keine Verschmutzungen an der Düstück mit hervorragender Güte mit einem Überzug aus 65 senaustrittsseite der Vorrichtung auftreten, kann auch dem flüssigen Überzugsmaterial versehen werden, je- die Art des verwendeten Überzugsmaterials schnell gedoch ergeben sich Schwierigkeiten bei der Verwendung wechselt werden,
wasserlöslicher Lacke mit geringem elektrischen Eigen- Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich-