DE3013891C2

DE3013891C2 - Elektrostatisches Pulverspritzverfahren zur Erzeugung eines Farbauftrags

Info

Publication number: DE3013891C2
Application number: DE19803013891
Authority: DE
Inventors: Hiroyoshi Aichi Kako; Nobuo Toyota Aichi Kobayashi
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1979-10-03
Filing date: 1980-04-10
Publication date: 1982-07-01
Also published as: DE3013891A1; JPS5651257A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrostatisches Pulversprit2.v irfahren zur Erzeugung eines Farbauftrags und insbesondere auf ein solches Verfahren, bei dem eine Reibungsaufladung der Pulverteilchen erfolgt

Es sind verschiedene elektrostatische Pulverspritzverfahren zur Erzeugung eines Farbauftrags bekannt, bei denen in der Regel eine Korona- bzw. Glimmentladung zur Aufladung von Pulverteilchen angewendet wird, damit die Pulverteilchen an der mit dem Farbauftrag zu versehenen Oberfläche elektrostatisch haften. Bei diesem Glimmentladungsverfahren wird auf folgende Weise vorgegangen: Es wird eine hohe elektrische Spannung an Glimmentladungselektroden bzw. Entladungsstifte angelegt die in einer Sprüh- bzw. Spritzpistole angeordnet, sinü, so daß mittels der Entladungsstifte Ionen erzeugt werden. Pulverteilchen werden mittels der auf diese Weise erzeugten Ionen aufgeladen, und die aufgeladenen Pulverteilchen werden so gesprüht bzw. gespritzt, daß sie an der zu beschichtenden Oberfläche haften bleiben. Dieses herkömmliche Glimmentladungsverfahren weist jedoch folgende Nachteile auf:

1. Nur ein kleiner Prozentsatz der durch die Glimmentladung erzeugten Ionen wird zur Aufladung der Pulverteilchen ausgenutzt, was zur Folge hat, daß der Aufladungswirkungsgrad niedrig ist. Wenn die Ladung auf den Pulverteilchen klein ist, ist auch der Wirkungsgrad des Farbauftrags niedrig.

2. Die Glimmentladungsionen, die die zu beschichtende Oberfläche erreichen, sammeln sich auf der Oberfläche des stark isolierenden Farbauftrags an und können diesen beschädigen oder zerstören, so daß die Qualität des Farbauftrags verringert ist.

3. Um die Geschwindigkeit der aufgeladenen Pulverteilchen erhöhen zu können, die sich in Richtung zur zu beschichtenden Oberfläche bewegen, damit die Auftragsleistung höher ist, muß eine hohe Spannung an die Glimmentladungselektroden bzw. Entladungsstifte, die die Entladungsionen erzeugen, angelegt werden. Eine solche hohe Spannung bringt jedoch Sicherheitsprobleme mit sich, d. h. Personen, die die Glimmentladungselektroden berühren, werden gefährdet, und ferner besteht die Gefahr von Staubexplosionen. Ferner kann es dazu kommen, daß in der auf der zu beschichtenden Oberfläche aufgebrachten Pulverschicht sich so viel Ionen ansammeln, daß die elektrische Durchschlagsspannung überschritten wird, da der Entladungsstrom groß ist Dies hat zur Folge, daß in der aufgebrachten Pulverschicht eine Rückionisierung erfolgt und im Farbauftrag häufig kraterartige Fehler auftreten. Ferner ist auch der Auftragswirkungsgrad äußerst niedrig, wenn die Dicke der

Pulverschicht einen bestimmten Wert übersteigt
Um die vorstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden, ist bereits in der JP-OS 53 77 236 ein elektrostatisches Pulverspritzverfahren iur Erzeugung

ίο eines Farbauftrags vorgeschlagen worden, bei dem Pulverteilchen statt durch eine Glimmentladung durch Reibungsaufladung aufgeladen werden, so daß die angelegte Spannung gleich Null oder sehr niedrig sein kann. Bei diesem Verfahren werden in Luft schwebende Färb- bzw. Pulverteilchen durch einen Kanal transportiert, in dem die Pulverteilchen durch Reibung aufgeladen werden. Den Kanal umgibt eine dünne Schicht aus einem elektrischen Isolator, der elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise Metallpulver, enthält, wobei die elektrische Isolatorschicht geerdet ist Dies hat zur Folge, daß in der elektrischen Isolatorschicht ein P.eibungselektrizitätsstrom auftritt und die Pulverteilchen kontinuierlich durch Reibung aufgeladen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das elektrostatische Pulverspritzverfahren zur Erzeugung eines Farbauftrages, bei dem die Aufladung durch Reibung erfolgt, dahingehend zu verbessern, daß der Wirkungsgrad des Farbauftrags erhöht ist Dabei soll das zu schaffende Verfahren derart sein, daß dem Auftreten von Fehlern, beispielsweise kraterartigen Fehlern, im Farbauftrag vorgebeugt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektrostatisches Pulverspritzverfahren zur Erzeugung eines Farbauftrags, bei dem Pulverteilchen in Luft schwebend in einen Aufladungskana) eingeleitet werden, den ein statisch aufgeladener, elektrischer Isolator mit zur Ladung der Pulverteilchen entgegengesetzter Ladung umgibt, wobei die Pulverteilchen im Aufladungskanal durch Reibung aufge'iden werden, bei dem die Pulverteilchen in Richtung einer zu beschichtenden Oberfläche gespritzt werden und bei dem die Pulverteilchen mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 260 m/s durch den Aufladungskanal transportiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Spritzpistole, mittels der ein Farbauftrag nach dem erfindungsgemä-Ben elektrostatischen Pulverspritzverfahren erzeugt werden kann;

Fig.2 eine Schnittdarstellung gemäß H-II in Fig. 1, die ein Verwirbelungselement zeigt; und
F i g. 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der mittleren Transportgeschwindigkeit der Pulverteilchen in einem Aufladungskanal und dem Wirkungsgrad des Farbauftrags wiedergibt.

Im folgenden wird zunächst ausführlicher auf Fig. 1 eingegangen. Darin ist ein zylindrisches Gehäuse 1 erkennbar, das aus einem geeigneten Kunststoffmaterial hergestellt ist und einen Abschnitt mit einem Innengewinde aufweist, mit dem ein Außengewinde 3 eines zylindrischen äußeren Einsatzes 2 aus Metall verschraubt ist. Ein zylindrischer innerer Einsatz 4 aus Metall ist mittels eines an ihm ausgebildeten Außengewindes 5 mit dem äußeren Einsatz 2 verschraubt. In eine Innenbohrung des inneren Einsatzes 4 ist dichtend ein Rohrteil 6 eingepaßt, das aus einem Fluorkohlenstoff-

Kunstharz besteht

Das Rohrteil 6 umfaßt einen Abschnitt 6a, der eine konische Innenwand aufweist, sowie einen rohrförmigen Abschnitt 6b mit einer verhältnismäßig dünnen Wand, der vom engeren Ende der konischen Innenwand des Abschnittes 6a ausgehend in Axialrichtung verläuft. Das andere Ende des konischen Abschnittes 6a, das einen größeren Durchmesser hat, ist mit einem Ende eines Schlauches 8 verbunden, der in einer öffnung 7 des Gehäuses 1 befestigt ist und durch den Färb- bzw. Pulverteilchen zugeführt werden. Das andere Ende des Schlauches 8 ist mit einem nicht dargestellten Vorratsbehälter, beispielsweise einem Fülltrichter, für die Färb- bzw. Pulverteilchen verbunden.

Der Obergang 9 zwischen dem offenen Ende der konischen Innenwand des Rohrteiles 6 und dem Schlauch 8 ist glatt und stufenlos ausgebildet

Am in F i g. 1 rechten Ende des inneren Einsatzes 4 sind an dessen Umfang vier Fenster 4a ausgebildet, die jeweils voneinander einen Abstand von 90° in Umfangsrichtung haben. In das in F i g. 1 rechte Ende des inneren Einsatzes 4 aus Metall ist ein Schraubstift 4b fest eingeschraubt Der Schraubstift Ab i,mfaßt einen schlanken Stababschnitt 4c, der nach links (in Fig. 1) entlang der Längsmittellinie des Rohrteiles 6 aus »Teflon« verläuft Auf der Außenseite des Stababschnittes 4c sitzt eine Kappe 10 aus einem Fluorkohlenstoff-Kunstharz. Auf der Außenseite des Kopfes des Schraubstiftes 4b sitzt ferner ein im wesentlichen konischer Ablenker bzw. Deflektor 11, der aus dem gleichen Material wie die Kappe 10 besteht. Der rohrförmige Abschnitt 66 des Rohrteiles 6 und die Kappe 10 begrenzen einen verhältnismäßig langen uud engen, ringförmigen Aufladungskanal 12.

Mit Hilfe von Schrauben 14 aus Kunststoff ist ein Diffusorelement 13 aus einem Fluorkohlenstoff-Kunstharz am äußeren Einsatz 2 befestigt. Das Diffusorelement 13 weist eine konische Innenfläche 13a auf. Zwischen dem Diffusorelement 13 und dem inneren Einsatz 4 ist ein Verwirbelungselement 15 fest eingebauv das ebenfalls aus einem Fluorkohlenstoff-Kunstharz besteht. Das Verwirbelungselement 15 ist in seiner mit dem Diffusorelement 13 in Berührung stehenden Oberfläche mit mehreren Kanälen bzw. Ausnehmungen 15a versehen, die ungefähr radial verlaufen.

Das Gehäuse 1 aus Kunststoff ;rägt eine Schraube 16 aus Metall, die an eine Hochspannungsquelle 17 angeschlossen ist, so daß über einen Leiter 18 an den inneren Einsatz 4 aus Metall eine Hochspannung (positiv) angelegt werden kann.

Die Färb- bzw. Pulverteilchen werden in Luft schwebend vom nicht dargestellten Vorratsbehälter durch den Schlauch 8 in Richtung eines Pfeiles A der vorstehend beschriebenen Spritzpistole zugeführt.

Die Transportgeschwindigkeit der Pulverteilchen nimmt im konischen Abschnitt 6a des Rohrteiles 6 zu, da der freie Strömungsquerschnitt im konischen Abschnitt 6a allmählich abnimmt. Danach strömen die Pulverteilchen mit konstanter Geschwindigkeit durch den ringförmigen Aufladungskanal 12. Das Rohrteil 6 ist statisch aufgeladen (entgegengesetzte Polarität zu der der Pulverteilchen, d. h. negative Polarität), so daß die Färb- bzw. Pulverteilchen durch Reibung positiv elektrisch aufgeladen werden, während sie durch den ringförmigen Aufladungskanal 12 strömen. Während die elektrische Ladung (positive Polarität) auf den Pulve¹¹-tei.lchen durch die R.'ibung zwischen diesen und der Innenfläche des rohrförmigen Abschnittes 6b erzeugt wird, wird die entgegengesetzte Ladung (negative Polarität), da der rohrförmige Abschnitt 6Zj des Rohrteiles 6 eine dünne Wand hat, unbehindert an den inneren Einsatz 4 aus Metall abgegeben, so daß eine kontinuierliche und hochwirksame Aufladung möglich ist Da mittels der Hochspannungsquelle 17 eine hohe positive Spannung an den inneren Einsatz 4 aus Metall angelegt ist, wird dadurch nicht nur der Abtransport der

ίο negativen elektrischen Ladung, die auf der Oberfläche des rohrförmigen Abschnittes 6b erzeugt worden ist unterstützt sondern erzeugt der innere Einsatz 4 aus Metall auch ein äußeres elektrisches Feld für die aufgeladenen Teilchen.

Die aufgeladenen Pulverteilchen strömen durch den Aufladungskanal 12 und treten durch die Fenster 4a des inneren Einsatzes 4 aus Metall aus, wonach die Pulverteilchen durch einen konischen Strömungskanal 10, der von der konischen Innenfläche 13a des Diffusorelementes 13 und dem Deflektor 11 begrenzt wird, in Richtung zu der zu beschichtenden Oberfläche 20 geschleudert bzw. gespritzt werden. Die Oberfläche 20 ist geerdet so daß sie entgegengesetzt zur Ladung der aufgeladenen Pulverteilchen, d. h. negativ, elektrisch geladen ist.

Um die Pulverteilchen so gleichmäßig wie möglich zu verteilen und einen gleichmäßig aufgespritzten Auftrag auf der Oberfläche 20 zu erzeugen, wird Zusatzluft benutzt Die Zusatzluft wird in die Spritzpistole durch einen Lufteinlaß 21 ins Gehäuse 1 in Richtung eines Pfeiles B eingeleitet und strömt durch im äußeren Einsatz 2 aus Metall ausgebildete Luftdurchlässe 22 in eine Ringkammer 23. In einem Ringkanal 24 entsteht schließlich ein kräftiger Luftwirbel aufgrund der durch die Ausnehmungen 15a des Verwirbelungselementes 15 strömenden Luft Die durch die Fenster 4a des inneren Einsatzes 4 aus Metall austretenden, aufgeladenen Pulverteilchen werden von der Wirbelluftströmung gleichmäßig verteilt und durch den konischen Strömungskanal 19 transportiert, dessen Durchmesser allmählich größer wird, so daß die Geschwindigkeit der Pulverteilchen in der Wirbelströmung allmählich abnimmt, so daß schließlich ein gleichmäßiger Farbauftrag auf der Oberfläche 20 erzeugt wird. Die Oberfläche des vom Diffusorelement 13 und dem Deflektor 11 begrenzten Strömungskanales 19 <-,i vollständig mit einem Fluorkohlenstoff-Kunstharz bedeckt, so daß keine Metallteile freiliegen und daher keine Koronaentladung auftreten kann.

Es wurden Untersuchungen durchgeführt, die gezeigt haben, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Luft, die die Pulverteilchtn durch den ringförmigen Aufladungskanzl 12 transportiert, einen erheblichen Einfluß auf die Reibungsaufiadung hat.

5j In F i g. 3 sind die Ergebnisse von Versischen hinsichtlich der Beziehung zwischen dem Wirkungsgrad des Farbauftrages, gemessen in Prozent, und der mittleren Transportgeschwindigkeit der Pulverteilchen, gemessen in m/s, dargestellt Unter »Wirkungsgrad des Farbauftrags« -vird hier das Verhältnis der Menge der an der Oberfläche 20 haftenden Pulverteilchen zur Menge der der Spritzpistole zugeführten Pulverteilchen verstanden. Bei der für die Verbuche benutzten Spritzpistole hatte der Aufladungskanal 12 einen Innendurchmesser von 12 cm (der Innendurchmesser des Aufladungsk >na!es 12 wird in der Regel vorzugsweise zwischen 8 und 20 cm gewählt), und die mittels der Hochspannungsquclle 17 angelegte Spannung betrug

30 kV (die Spannung wird in der Regel vorzugsweise zwischen 20 und 9OkV gewählt). Der Abstand der Spritzpistole von der zu beschichtenden Oberfläche 20 betrug 20 cm (der Abstand wird in der Regel vorzugsweise zwischen 15 und 30 cm gewählt). In F i g. 3 <> gibt die Kurve X die Ergebnisse für den Fall kleinen Pulvermengendurchflusses (weniger als !OOg/min) wieder, gibt die Kurve Y die Ergebnisse für den Fall mittleren Pulvermengendurchflusses (von 100 g/min bis 200 g/min) wieder, und gibt die Kurve Zdie Ergebnisse in für den Fall großen Pulvermengeridurchflusses (von 200 g/min bis 300 g/min) wieder.

Wie .ms Fig. 3 erkennbar ist. weisen die Wirkungsgradkurven jeweils ein Maximum auf. Bei niedriger mittlerer Transportgeschwindigkeit ist der Wirkiings· ^ grad niedrig, da die Rcibungsaufladurg unzureichend ist. Auch bei hoher mittlerer Transportgeschwindigkeit ist der Wirkungsgrad niedrig, da die Luftgeschwindigkeit so hoch ist. daß die an der />i beschichtenden Oberfläche haftenden Piilverleilchen gc.iorl werden. F- i e. 1 /piin. *> daß die Transportg-.-schwmdigkeit der Pulverteilchen (die Geschwindigkeit der Luft) am günstigsten im Bereich von b0 nv's bis 260 m- s liegt.

Bei erfindungsgemäUem Vorgehen ist sonnt der Wirkungsgrad d-"- Farbauftrages hoch. Die Färb- b/w. y-, Pulverteilchen werden gleichmäßig auf die zu beschich tende Oberfläche gespritzt bzw. gesprüht, wobei die Entstehung kraterartiger Fehlerstellen auf der bespritzten Oberfläche verhindert wird.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als Rohrteil 6 mit dem rohrförmigen Abschnitt 6/i ein Teil aus einem Fluorkohlenstoff-Kunstharz benutzt. Statt eines Rohrteiles aus diesem Material kann ein beliebiges anderes Kunststoff-Auskleidungsmaterial benutzt werden, in das elektrisch leitfähige Teilchen, beispielsweise Kohlenstoffteilchen oder Aluminiumteilchen, eingemischt sind.

Heim erfindungspemäßen elektrostatischen Pulverspritzvei fuhren zur Erzeugung eines Farbauftrags werden somit Färb- bzw. PulM-rteilchen in I. lift schwebend in einen Aufladungskanal trän -portion, ilen ein elektrischer Isolator umgibt, der eine statische elektrische Ladung trägt, die entgegengesetzt zu der eier Pulverteilchen ist. Die Pulverteilchen werden im AufladüiiL'skanal durch Reibung elektrisch .iufgeladen und /u der zu beschichtenden Oberfläche gesprüht b/w. gespritzt, wobei die Geschwindigkeit der durch den Aufladungskanal strömenden Ptilverteilehen im Bereich von M) bis 260 rn/s liegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1
Patentanspruch:

Elektrostatisches Pulverspritzverfahren zur Erzeugung eines Farbauftrags, bei dem Pulverteilchen in Luft schwebend in einen Aufladungskanal eingeleitet werden, den ein statisch aufgeladener, elektrischer isolator mit zur Ladung der Pulverteilchen entgegengesetzter Ladung umgibt, wobei die Pulverteilchen im Aufladungskanal durch Reibung aufgeladen werden, und bei dem die Pulverteilchen in Richtung einer zu beschichtenden Oberfläche gespritzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverteilchen mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 260 m/s durch den Aufladungskanal transportiert werden.