DE2905223C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Sprüh­ pistole mit einem Düsenteil aus nichtleitendem Material, mit einer, in einer Fluidleitung angeordneten Ventilan­ ordnung zur Steuerung der Fluidströmung des Beschich­ tungsmaterials, mit einer über weitere Teile der Fluid­ leitung verbundenen Fluidabgabeöffnung zur Abgabe von Beschichtungsmaterial, einer die Fluidkammer der Fluid­ leitung und die Fluidabgabeöffnung durchsetzenden, aus der Fluiddüse herausragenden kleinen Elektrode, einem Hochspannungspfad, der die Elektrode durch das Düsenteil mit einer elektrischen Hochspannungsquelle verbindet, und mit wenigstens einem ersten Serienwiderstand im Hochspannungspfad.

Die elektrostatische Sprühbeschichtung stellt eine ver­ breitete Technik dar. Im allgemeinen wird Beschich­ tungsmaterial in zerstäubter oder fein verteilter Form von einer Abgabeeinrichtung auf einen zu beschichtenden Gegenstand abgestrahlt. Der zu beschichtende Gegenstand wird elektrisch auf Massepotential gehalten, und dem Beschichtungsmaterial wird unmittelbar vor, während oder unmittelbar nach dem Austreten aus der Sprühpistole eine elektrische Ladung verliehen, so daß das Beschichtungs­ material elektrostatisch an den zu beschichtenden Gegen­ stand angezogen wird.

Aufgrund der hohen Spannung müssen einige Sicherheits­ vorkehrungen bei der Herstellung und beim Betrieb elek­ trostatischer Beschichtungseinrichtungen beachtet wer­ den. So entsteht z. B. beim Versprühen vieler zur Zeit verwendeter Beschichtungsmaterialien, einschließlich der Pulver, eine entflammbare Atmosphäre im Bereich des Beschichtungsvorgangs. Wenn der mit der Sprühpistole verbundene elektrostatische Ladekreis zu nahe an irgendein geerdetes Objekt gebracht wird, besteht die Möglichkeit, daß ein Überschlag zwischen dem Hochspan­ nungskreis der Sprühpistole und dem geerdeten Gegenstand auftritt. Wenn in dem auf diese Weise entstandenen Lichtbogen oder Überschlag hinreichend Energie enthalten ist, besteht die Möglichkeit, daß die entflammbare Atmosphäre im Beschichtungsbereich gezündet wird. Die zum Zünden benötigte Energie kann von der Zusammen­ setzung des Beschichtungsmaterials und dem Verhältnis des Beschichtungsmaterials zur Luft in dem Beschich­ tungsbereich abhängen. Um die in einem vom elektro­ statischen Ladesystem der Sprühpistole ausgehenden Lichtbogen enthaltene Energie zu verringern, wurden im Lauf der Sprühpistole Widerstände mit hohem Wert einge­ setzt. Die in den elektrostatischen Sprühpistolen einge­ setzten Widerstände begrenzen den Strom und verringern somit die bei einem Lichtbogen vorhandene elektrische Energie. Damit ein derartiger Widerstand jedoch wirksam wird, muß der Strom durch ihn hindurchfließen. Ein Strom, der von einer "stromabwärts" kapazitiv ge­ speicherten Energie herrührt, wird folglich durch den Widerstand nicht begrenzt.

Eine elektrostatische Sprühpistole der vorstehend ange­ sprochenen und einleitend im Detail beschriebenen Art ist aus der DE-OS 15 77 913 bekannt. Der Serienwider­ stand dieser bekannten Pistole ist - offenbar aus räum­ lichen Gründen - in zwei Teilwiderstände unterteilt, die in Serie zueinander zwischen Hochspannungsquelle und einer Elektrode angeordnet sind. Die bekannte Sprüh­ pistole wird bei maschinellem Einsatz mit einer Spannung von 90 KV betrieben; bei manueller Arbeit mit dieser Pistole wird die Hochspannung auf 60 KV reduziert. Auf diese Weise wird stromabwärts von dem Widerstand bzw. von den Serienwiderständen ein herabgesetzter Pegel der dort kapazitiv gespeicherten Energie eingehalten, der dem bei manuellem Betrieb gesteigerten Sicherheits­ bedürfnis Rechnung trägt. In Kauf genommen wird hierbei, daß verringerte Betriebsspannungen reduzierte Beschich­ tungseigenschaften und einen verringerten Beschichtungs- Wirkungsgrad zur Folge haben.

Eine weitere elektrostatische Sprühpistole ist in der DE-OS 26 33 687 erläutert. Hier wird das Beschichtungs­ material selbst in den Pfad der Hochspannung einbezogen und damit zur Spannungsbegrenzung verwendet, wenn die den Austritt des Beschichtungsmaterials steuernde Düsen­ nadel von ihrem Ventilsitz abgehoben wird. Die Konse­ quenz dieses Vorschlages ist eine mit der Durchflußmenge überproportional abnehmende Ladung des Beschichtungsma­ terials mit einer entsprechenden Verschlechterung des Verhältnisses von Pfadauftrag zu übersprühtem Material bei zunehmender Abgabemenge. Wegen der unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften verschiedener Beschichtungs­ materialien und auch wegen Widerstands-Schwankungen von Charge zu Charge ist ein professionelles Arbeiten mit einer solchen Sprühpistole praktisch ausgeschlossen, weil man auf diese Weise keine reproduzierbaren Spritz­ bilder sicherstellen kann.

Aus einer anderen Druckschrift, nämlich der US-PS 39 38 740 ist eine elektrostatische Spritzpistole be­ kannt, bei der Vorsorge dagegen getroffen ist, daß sich im Gebrauch der Pistole Funken bilden. Erreicht wird dieses Ziel durch eine parallele Anordnung einer Viel­ zahl von Elektroden, von denen zwei Elektroden die Form von Metallnadeln und die Fülle anderer Elektroden die Form von Punkten an der Oberfläche eines Sinterkörpers haben, der die Austrittsöffnung für das Beschich­ tungsmaterial umgibt und sich eingelagert eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Partikel aufweist, die über einen gemeinsamen Sicherheitswiderstand an eine Hochspannungs­ quelle angeschlossen sind. Erreicht wird durch diese Konstruktion unter anderem, daß die beiden metallischen Nadeln den Auflade-Wirkungsgrad nur sehr wenig oder gar nicht beeinflussen, daß also der gesamte oder doch der weit überwiegende Teil der Aufladung von den Leiter- Punkten an der Oberfläche des Sinterkörpers bewirkt wird. Da die vielen zu den Punkten führenden Pfade innerhalb des Sinterkörpers innerhalb des Körpers unter­ einander verbunden sind, ist das kapazitive Speicherver­ mögen dieses bekannten Körpers nicht unerheblich, und die Verringerung der Gefahr der Funkenbildung wird in diesem Fall durch das Vorhandensein der großen Zahl von Elektrodenpunkten, d. h. durch die Verteilung vieler Elektroden über eine größere Fläche erreicht.

Gegenüber dem bekannten Stand der Technik lag der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, eine elektrostatische Spritz­ pistole der eingangs beschriebenen Art für den großin­ dustriellen Einsatz so auszubilden, daß sie gegenüber dem Stand der Technik einen sichereren Betrieb ohne merkliche Verringerung des Wirkungsgrades ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale. Mit ihnen wird die verfügbare kapazitive Speichermöglichkeit herabgesetzt, woraus eine entsprechend höhere Sicherheit resultiert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lö­ sung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße elektrostatische Sprühpistole im Querschnitt; und

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Düsenteils der Sprühpistole gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine luftzerstäubende elektrostatische Sprüh­ pistole mit einem metallischen, elektrisch geerdeten Griffteil 1, an dem ein elektrisch nichtleitendes Lauf­ teil 2 befestigt ist. Am vorderen Ende des Laufs 2 ist ein Düsenteil 3 befestigt. Beschichtungsmaterial wird der Sprühpistole von einer hydraulischen Rohrleitung 4, die mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Beschich­ tungsmaterials (nicht dargestellt) verbunden ist.

Die Rohrleitung 4 ist an einen elektrisch leitenden An­ satz 5 angeschlossen, der am stumpfen Ende des Griffteils 1 befestigt ist und einen Fluidkanal durch sich hindurch be­ sitzt, um einen Fluidkanal im Leitungsrohr 4 mit einem Fluidkanal in einem Leitungsrohr 6 zu verbinden, das zwi­ schen dem Ansatz 5 und einem Einlaßkanal 7 auf der Seite des Laufs 2 in der Seitenwand des Laufs 2 angeordnet ist. Der Einlaßkanal 7 durch die Seitenwand des Laufs 2 steht mit einem ersten Fluidkanal 8 im Lauf 2 in Verbindung. Eine Nadel- und Sitzventilanordnung 9 im vorderen Bereich der Sprühpistole steuert die Fluidströmung vom ersten Fluidkanal 8 in einen zweiten Fluidkanal 10. Der zweite Fluidkanal 10 ist mit einem Fluidkanal 28 in der Düse 3 verbunden (vgl. Fig. 2). Ein Auslöser 11 ist zur Betäti­ gung der Nadel- und Sitzventilanordnung 9 vorgesehen.

Eine Luftleitung 12 ist am stumpfen Ende des Griffteils 1 mittels geeigneter Kupplungen angeschlossen und kommuni­ ziert mit einem Luftkanal 13 im Griffteil 1 der Sprühpistole. Der Luftkanal 13 läuft in einer anderen als der in der Figur dargestellten Ebene weiter und ist schließlich mit einer Luftkammer 14 im Düsenteil 3 der Sprühpistole verbunden.

Ein Hochspannungskabel 16 ist in das stumpfe Ende des Griffteils 1 eingeführt und verläuft durch den Kanal 17 im Griffteil, der sich in dem Lauf 2 fortsetzt. Eine elektrisch leitende Feder 18 ist zwischen dem Ende des Hochspannungs­ kabels 16 und einem Widerstand 19 zusammengedrückt. Die Feder 18 dient als elektrische Verbindung zwischen dem Ende des Kabels 16 und dem Widerstand 19. Der Widerstand 19 liegt allgemein in der Größenordnung von 75 Megaohm, er kann jedoch je nach der am Hochspannungskabel 16 anliegenden und der Sprühpistole zugeführten Spannung größer oder kleiner sein. Gemäß Fig. 2 wird ein vorderes Ende 20 des Widerstands 19 mittels eines kleinen elektrischen Leiters 21 mit einer Feder 22 verbunden, die in Kontakt mit einem Widerstand 30 in der Düse 3 liegt.

Der allgemeine Aufbau der Sprühpistole - mit Ausnahme des Düsenteils 3 - kann dem Aufbau entsprechen, der aus den US-PS 37 47 850 oder 37 49 243 bekannt ist.

In Fig. 2 lassen sich die Einzelheiten des Düsenteils 3 erkennen. Das Düsenteil 3 der Sprühpistole enthält eine Fluiddüse 23, eine Lufthaube 24 und eine Befestigungs­ mutter 25. Diese Teile 23, 24 und 25 bestehen aus elektrisch nichtleitendem Material, z. B. dem unter dem Handelsnamen "Delrin" von der Firma DuPont verkauften Material. Die Oberflächenform dieser Baukomponenten ergänzt sich der­ art, daß Fluid- und Luftkanäle in dem Düsenteil 3 ge­ bildet werden, die noch näher erläutert werden. Die Be­ festigungsmutter 25 hält die Fluiddüse 23 und die Luft­ haube 24 am vorderen Ende des Laufs 2 fest. Die Befesti­ gungsmutter 25 ist mit einem Gewinde am vorderen Ende des Laufs 2 befestigt und umgreift einen Flansch auf der Luft­ haube 24. Die Lufthaube 24 wird durch die Befestigungs­ mutter 25 gegen die Fluiddüse 23 gedrückt, um die Fluid­ düse 23 sicher auf dem Lauf 2 zu halten und den Fluid­ kanal 10 im Lauf 2 in Fluidverbindung mit einem Fluid­ kanal 28 in der Fluiddüse 23 abgedichtet zu erhalten.

Wie schon erwähnt, ist die Luftleitung 13 im Griffteil 1 mit der Luftkammer 14 im Düsenteil 3 verbunden. Die Luft­ kammer 14 steht mit Luftkanälen 26 in der Lufthaube 24 in Verbindung. Die Luftkanäle 26 enden in den Auslaßöff­ nungen 15 in der Lufthaube 24. Die von den Auslaßöffnungen 15 austretende Luft zerstäubt das Beschichtungsmaterial, welches von der Fluiddüse 23 abgegeben wird und bringt das zerstäubte Material in ein vorgegebenes Sprühmuster. Zentral in der Lufthaube 24 ist eine Öffnung 27 angeordnet, durch die das vordere Fluidabgabe-Ende der Fluiddüse 23 hindurchtritt.

Die Fluiddüse 23 besitzt einen Kanal 28, der mit einer Fluidkammer 34 am vorderen Ende der Fluiddüse 23 in Ver­ bindung steht. Diese Kammer 34 öffnet sich an ihrem vor­ deren Ende in eine Abgabeöffnung. Der Fluidkanal 28 in der Fluiddüse 23 kann einen kreisrunden Querschnitt be­ sitzen. Ein hoher Megohm-Widerstand 30, der von einem Element 29 umhüllt ist, ist im Fluidkanal 28 der Fluid­ düse 23 angeordnet. Das Element 29 dient zum Schutz des Widerstands gegen einen chemischen und mechanischen Ver­ schleiß und kann z. B. aus dem unter dem Handelsnamen "Teflon" von der Firma DuPont hergestellten Material bestehen. Das Element 29 kann einen quadratischen Querschnitt (in einer Ebene senkrecht zur Figurenebene) besitzen, um in Kombi­ nation mit dem kreisrunden Querschnitt des Kanals 28 eine Strömung des Beschichtungsmaterials vom Kanal 10 im Lauf 2 zu der Abgabeöffnung am vorderen Ende der Fluiddüse 23 zu ermöglichen. Das hintere Ende 31 des Widerstands 30 ist mit einem Ende einer Feder 22 verbunden.

Das vordere Ende 32 des Widerstands 30 ist elektrisch mit einer Drahtelektrode 33 aus dünnem rostfreiem Stahldraht verbunden, die sich durch die Fluidkammer 34 und durch die Abgabeöffnung der Fluiddüse 23 hindurch erstreckt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrode 33 rund und besitzt einen Durchmesser von 0,625 mm und eine Länge von 1,73 cm. Die Elektrode 33 ragt 0,68 cm über das Ende der Fluiddüse 23 hinaus.

Der Widerstand 30 im Düsenteil 3 kann mittels eines Epoxyharzes in dem Teflon-Element 29 abgedichtet unter­ gebracht sein.

Die Düse ist im wesentlichen nichtleitend, "Delrin" und "Teflon" sind im wesentlichen nichtleitende Materialien, ausgenommen hiervon ist die Elektrode 33 selbst. Die Menge an elektrisch leitendem Material im vorderen Abschnitt der Sprühpistole, "stromabwärts" vom Widerstand 30 im Düsenabschnitt 3 wird somit nur durch die Elektrode 33 selbst bestimmt. Der Leiter 21 und die Feder 22 befinden sich "stromaufwärts" vom Widerstand 30. Das elek­ trisch leitende Material, welches ansonsten zwischen der Elektrode 33 und der Feder 22 erforderlich wäre, wurde eliminiert und durch den Widerstand 30 ersetzt. Die elek­ trisch leitenden Baukomponenten am vorderen Ende der Sprühpistole sind somit erfindungsgemäß wesentlich redu­ ziert, um die verfügbare kapazitiv gespeicherte Energie, welche ungedämpft von einem Widerstand ist, zu verringern.

Die Widerstände 19 und 30 sind kommerziell erhältlich. Die Werte der Widerstände 19 und 30 hängen von verschie­ denen Faktoren ab. Bei einer verwirklichten Ausführungs­ form der Erfindung, die bei 65 KV bis 76 KV oder mehr (bei offenem Kreis) betrieben wird, besitzt der Wider­ stand 18 im Lauf 2 einen Wert von 75 Megohm, und der Widerstand 30 im Düsenteil 3 besitzt einen Wert von 12 Megohm. Im allgemeinen muß der gemeinsame Widerstands­ wert groß genug sein, um die sich addierenden Wirkungen des Hochspannungskabels 16, der elektrischen Baukomponen­ ten in der Sprühpistole, wie z. B. die Feder etc. "abzu­ dämpfen". Der Wert des Widerstands 30 im Düsenteil 3 muß groß genug sein, um die Wirkungen der elektrischen Kom­ ponenten zwischen dem Widerstand 19 im Lauf 2 und dem Widerstand 30 im Düsenteil 3 "abzudämpfen". Der gewünschte Wert kann durch Zündtests ausgewählt werden, die dem mit der elektrostatischen Sprühbeschichtung vertrauten Fach­ mann bekannt sind.

Die Erfindung ermöglicht somit zusätzliche Sicherheit, ohne die Abmessungen der Sprühpistole wesentlich zu ver­ größern. Der große Widerstand 19 bewirkt in Kombination mit dem kleineren Widerstand 30, daß die Effekte des Kabels etc. abgedämpft werden. Der kleinere Widerstand 30 im Düsenteil 3 dämpft die Auswirkungen der elektrisch leitenden Baukomponenten zwischen den beiden Widerständen 19 und 30 heraus, und es verbleibt nur eine minimale Menge an leitendem Material (die Elektrode 33) jenseits des Widerstands 30.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus lassen sich höhere Spannungen sicher einsetzen, wenn die Sprühpistole be­ trieben wird. Umgekehrt besitzt die Sprühpistole einen höheren Sicherheitsbereich bei irgendeiner gegebenen Spannung. Zum Beispiel wurden zwei Sprühpistolen mitein­ ander verglichen. Eine erste Sprühpistole ist mit der beschriebenen Sprühpistole identisch und besitzt einen 71. Megohm-Widerstand im Lauf und einen 12. Megohm-Widerstand in dem Düsenteil. Eine zweite Sprühpistole war mit der ersten Sprühpistole identisch, mit der Ausnahme, daß im Düsenteil kein Widerstand vorhanden war und die Elektro­ denlänge derart vergrößert war, daß die Elektrode direkt mit der Feder 22 auf der Rückseite der Düse verbunden war. Die zweite Sprühpistole ist in der Lage, bei 30 bis 35 KV einen Lichtbogen mit einem Zehntel Millÿoule zu erzeugen. Die erste Sprühpistole erzeugte einen Lichtbogen mit einem Zehntel Millÿoule erst bei einer Spannung von 55 bis 60 KV. Der im Düsenteil hinzugefügte Widerstand, der nur 16% des im Lauf enthaltenen Widerstands beträgt, ermöglicht somit fast eine Verdopplung der Betriebsspannung bei dem­ selben Sicherheitsfaktor. Aufgrund derselben Versuche hat sich gezeigt, daß die Erhöhung des gesamten Sprühpistolen­ widerstands um 16 %, die durch den Widerstand im Düsen­ teil hinzugefügt wird, etwa 67% der für einen Lichtbogen verfügbaren Energie beseitigt, verglichen mit einer ähn­ lichen Sprühpistole, die nur einen Widerstand im Lauf besitzt.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einer Luft zer­ stäubenden Einrichtung beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung gleichermaßen auch bei anderen Typen der elektrostatischen Sprüheinrichtungen, z. B. bei luftfrei zerstäubenden Einrichtungen und selbst bei elektrostatische Pulver einsetzenden Einrichtungen anwendbar ist.

Claims (7)

1. Elektrostatische Sprühpistole,
mit einem Düsenteil (3) aus nichtleitendem Material,
mit einer, in einer Fluidleitung (8, 10) angeordneten Ventilanordnung (9) zur Steuerung der Fluidströmung des Beschichtungsmaterials,
mit einer über weitere Teile (28, 34) der Fluidleitung verbundenen Fluidabgabeöffnung (27) zur Abgabe von Be­ schichtungsmaterial,
einer die Fluidkammer (34) der Fluidleitung (8, 10, 28, 34) und die Fluidabgabeöffnung (27) durchsetzenden, aus der Fluiddüse (23) herausragenden kleinen Elektrode (33),
einem Hochspannungspfad (30, 22, 21, 19, 18, 16), der die Elektrode (33) durch das Düsenteil (3) mit einer elektrischen Hochspannungsquelle verbindet, und mit
wenigstens einem ersten Serienwiderstand (30) im Hoch­ spannungspfad, der im Fluidkanal (28) vor der Fluidabga­ beöffnung (27) und in Fluid-Strömungsrichtung hinter der Ventilanordnung (9) im Düsenteil (3) so angeordnet ist, daß sein hochspannungsseitiger Anschluß durch ein elek­ trisches Verbindungselement (22) andauernd mit der Hoch­ spannungsquelle und sein anderer Anschluß unmittelbar mit der Elektrode (33) verbunden ist und daß sich die Ventilanordnung (9) außerhalb des Hoch­ spannungspfades (30, 22, 21, 19, 18, 16) befindet.

2. Elektrostatische Sprühpistole nach Anspruch 1, bei der ein zweiter Serienwiderstand (19) zwischen dem ersten Serienwiderstand (30) und der Hochspannungsquelle in dem elektrischen Hochspannungspfad liegt und der erste Widerstand (30) einen kleineren Widerstandswert als der zweite Widerstand (19) besitzt.

3. Elektrostatische Sprühpistole nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (33) eine Länge von etwa 1,75 cm besitzt, daß der erste Widerstand (30) einen Wert von 12 Megohm, und der zweite Widerstand einen Wert von 75 Megohm besitzt.

4. Elektrostatische Sprühpistole nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode einen Durch­ messer von 0,625 mm besitzt.

5. Elektrostatische Sprühpistole nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Elektrode (33) das Ende des Düsenteils (3) um 0,68 cm überragt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (30) axial in einer den Fluidkanal (28) bildenden Bohrung des Düsenteils (3) angeordnet und mittels eines federartigen elektrischen Verbindungselements (22) befestigt ist.

7. Elektrostatische Sprühpistole nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (30) in einem Behälter (29) gegenüber dem Beschichtungsmaterial chemisch und mechanisch beständig abgedichtet ist und elektrische Anschlüsse an seinen Enden enthält, und daß das Fluid in dem Fluidkanal (28) um den Behälter herum­ strömt.