DE3214314A1

DE3214314A1 - Elektrostatische spruehvorrichtung

Info

Publication number: DE3214314A1
Application number: DE19823214314
Authority: DE
Inventors: Willi 9435 Heerbrugg Huber; Markus 9444 Diepoldsau Schmidhauser
Original assignee: J Wagner AG
Current assignee: Wagner International AG
Priority date: 1982-04-19
Filing date: 1982-04-19
Publication date: 1983-10-20
Also published as: JPS58193752A; EP0092043A2; EP0092043A3; US4572437A

Description

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ELEKTROSTATISCHE SPRÜHVORRICHTUNG

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Sprühvorrichtung zum Aufbringen eines flüssigen Überzugsmaterials auf ein Werkstück, mit einem rotierenden, glocken- oder scheibenartigen Zerstäuberkopf, auf dessen Innenfläche das überzugsmaterial$ aufgebracht und von dessen Randkante abgeschleudert wird, und mit einem zum Zerstäuberkopf koaxialen, an eine Druckluftguelle angeschlossenen Ringspalt, der einen das zerstäubte Überzugsmaterial umhüllenden Druckluftmantel ausstößt.

Ursprünglich ist man davon ausgegangen, daß bei elektrostatischen RotationsZerstäubern die zusätzliche Anwendung von Druckluft nicht erforderlich ist, weil das zwischen Rotationszerstäuber und Werkstück bestehende elektrostatische Feld die vom Zerstäuber durch Zentrifugalkraft abgeschleuderte und zerstäubte Farbe zum Werkstück umlenkt und zum Werkstück transportiert. Der Verzicht auf zusätzliche, in etwa in Richtung des Werkstücks strömende Druckluft setzt jedoch voraus, daß die den Farbpartikeln aufgeprägte Zentrifugalkraft vergleichsweise gering ist, der Zerstäuberkopf also mit nur geringer Umdrehungszahl angetrieben wird. Letzteres bringt aber den Nachteil mit sich, daß der Farbdurchsatz, also die Menge an pro Zeiteinheit abgeschleudeter und versprühter Farbe, klein ist. Man ist deshalb zur Erhöhung des Farbdurchsatzes auf immer höhere Umdrehungsgeschwindigkeiten des Zerstäuberkopfes übergegangen. Um dabei zu verhindern, daß ein beträchtlicher Teil der Farbpartikel infolge der starken Zentrifugalkraftswirkung aus dem elektrischen Feld ausbricht, ist es bekannt, einen zum Zerstäuberkopf koaxialen, an eine Druckluftquelle angeschlossenen Ringspalt vorzusehen, der einen das zerstäubte Überzugsmaterial (Farbwolke) umhüllenden Druckluftmantel erzeugt. Weiterhin ist es bekannt, diesen Druckluftmantel auch dazu heranzuziehen, Größe bzw. Durchmesser der Farbwolke den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß sich trotz dieses Luftmantels gewisse Schwierigkeiten ergeben. So muß, insbesondere bei

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sehr hohen Zerstäuberkopf-Drehungsgeschwindigkeitenjein Luftdruck beträchtlicher Stärke gewählt werden, um so ein Ausbrechen von Farb^partikeln und eine unerwünschte Durchmesservergrößerung der Farbwolke zu verhindern. Luftströme derartiger Druckhöhe führen aber zu unerwünschten Turbulenzen und vermitteln den Farbpartikeln eine derartige hohe kinetische Energie, daß die Wirkung des elektrostatischen Feldes (Farbumgriff am Werkstück) zumindest teilweise aufgehoben wird. Weiterhin hat sich gezeigt, daß es mit diesem , von einem Ringspalt abgegebenen Luftmantel kaum möglich ist, sowohl den Forderungen der Einstellbarkeit der Farbwolkengröße als auch den Forderungen der Vermeidung des Ausbrechens von Farbpartikeln und der möglichst geringen Fluggeschwindigkeit der Farbpartikel in Richtung Werkstück Rechnung zu tragen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, um Größe und Durchmesser der aus dem zerstäubten Überzugsmaterial bestehenden Wolke beliebig einstellen zu können, wobei jedoch trotzdem das Auftreten von Turbulenzen, der Ausbruch eines Teils der Farbpartikel aus der Wolke und eine zu große Fluggeschwindigkeit der Wolke in Richtung auf das Werkstück vermieden werden,

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Hauptanspruch gekennzeichnet. Gemäß der Erfindung wird also ein zusätzlicher, äußerer Ringspalt vorgesehen. Dabei soll der innere Luftspalt insbesondere dazu dienen, die Farbwolke einzuhüllen^um deren Form bzw. Durchmesser beliebig einstellen zu können. Der vom zusätzlichen Ringspalt gelieferte äußere Luftmantel hat dagegen vor allem die Aufgabe, die von der Farbwolke» in Zusammenwirken mit dem inneren Luftmantel entstehenden Randturbulenzen auszugleichen und ausbrechende Farbpartikel in die Wolke zurückzuführen. Praktische Versuche haben ergeben, daß es damit möglich ist, auch bei sehr schnell umlaufenden RotationsZerstäubern mit vergleichsweise geringen Luftdrücken auszukommen. Durch die Möglichkeit der Breitenverstellung und gegebenenfalls der Richtungsverstellung der konzentrischen beiden Luftspalte ist es dabei möglich, eine sehr exakte Einstellung der Wolkengrösse vorzunehmen, und zwar in einem sehr weiten Bereich, der

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von einer sehr engen, nahezu strahlartigen Wolke bis zu einer Wolke beträchtlichen Durchmessers reicht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Dabei eröffnet die Richtungsverstellbarkeit der beiden Luftströme die Möglichkeit, diese entweder direkt auf die Farbwolke zu richten oder aber vorab an einem Bauteil, etwa der Außenfläche des Zerstäuberkopfes, abprallen zu lassen, was das Ausmaß der Verstellungen und der Anpassungen weiter vergrößert.

Auf der Zeichnung ist eine$ Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt. Dabei zeigt die einzige Figur im Schnitt das Sprühende einer elektrostatischen Sprühvorrichtung im Schnitt, wobei jedoch nur die eine von der Mittelachse abgehende Seite dargestellt ist.

Die Zeichnung zeigt im Schnitt den Vorderteil einer Spritzpistole, wobei die eine Hälfte, also der Teil unterhalb der zentralen Pistolen-Längsachse A, weggelassen ist. Dabei ist mit 10 eine Antriebs-Drehwelle bezeichnet, auf deren Vorderende eine Rotations-Zerstäuberglocke 11 mit Zerstäuberkante 11a sitzt. Die zu versprühende Flüssigkeit, nachfolgend kurz Farbe genannt, wird über die konzentrisch zur Achse A verteilten Farbkanäle 12 der Innenfläche der Glocke 11 zugeführt. Mit 13 ist ein Glocken-Innenkörper bezeichnet. Die Glocke 11 wird koaxial mit geringem Abstand von einem Ringkörper 14 umgeben, auf dessen Vorderteil ein Ring 15 aufgeschraubt ist. Zwischen den Vorderkanten von Ringkörper 14 und Ring 15 besteht ein Ringspalt 16. Die den Ringspalt begrenzende Randfläche 14a des Körpers 14 ist bezüglich der Achse A divergierend angeschwenkt, die den Spalt 16 begrenzende Randinnenfläche des Ringes 15a dagegen ist zur Achse A konvergierend angeschwenkt. Ein innerer Vorsprung 15b des Ringes 15 dient als Führungselement beim Verschrauben des Ringes 15 gegenüber dem Ringkörper 14. Der Spaltraum hinter der Ringspaltmündung 16 ist an eine auf der Zeichnung nicht ersichtliche Druckluftzuführung angeschlossen. Auf dem Ringkörper 14 sitzt ferner ein Ringkörper 17, der den Ring 15 übergreift, wobei auf seinem vorderen Bereich ein Ring

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18 aufgeschraubt ist. Ringkörper 17 und Ring 18 bilden einen Ringspalt 19, wobei -entsprechend dem Ringspalt 16- die den Spalt 19 begrenzende Innenfläche des Körpers 17 zur Achse A divergierend, die den Spalt 19 begrenzende Innenfläche des Ringes 18 zur Achse A konvergierend angeschrägt ist und der Ring 18 außerdem eine nach innen springende Führungsnase 18b aufweist. Der Spaltraum hinter der Spaltmündung 19 ist ebenfalls an eine nicht gezeichnete Druckluftleitung angeschlossen. Selbstverständlich können die beiden Ringkörper 14 und 17 ein einziges, zusammenhängendes Bauelement sein.

Wie aus der Zeichnung ersehen werden kann, ist die Ebene des Ringspalts 19 gegenüber der Ebene des Ringspalts 16 nach hinten zurückversetzt, während die Ebene des Ringspaltes 16 gegenüber der Ebene der Zerstäuberkante 11a der Zerstäuberglocke zurückversetzt ist.

Die Zerstäuberglocke 11 liegt an Hochspannung, so daß ihre Kante 11a eine bekannte elektrostatische Zerstäuberkante darstellt.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen. Durch die Welle 10 wird die Glocke 11 in Rotation versetzt, mit der Folge, daß die über die Kanäle 12 zugeführte Farbe als dünner Film entlang der Innenwand der Glocke 11 (Pfeil a) zur Kante 11a gelangt, von welcher sie durch die Wirkung der Zentrifugalkraft abgeschleudert und zerstäubt und durch die Wirkung des elektrostatischen Feldes zu dem nicht gezeichneten Werkstück gefördert wird. Zugleich wird beiden Ringspalten 16 und 19 Daruck luft zugeführt, welche die Spalte in Richtung der Pfeile g und c verläßt. Bei der dargestellten Position der Ringe 15 und 18 trifft dabei der innere Luftstrom b auf die Außenkante der Glocke 11, der Luftstrom c des äußeren Spalts 19 auf die Aussenf lache des Rings 15. Beide Luftströme werden von ihren jeweiligen Aufprallflächen abgelenkt, so daß zwei zueinander koaxiale, sich in Richtung auf das Werkstück öffnende, konische Luftmantelhüllen entstehen. Wird nun beispielsweise der Ring 15 auf dem Ringkörper 14 nach hinten geschraubt, dann wird der Ringspalt 16 enger, bis er schließlich bei Erreichen des

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halben Verschiebeweges χ vollständig oder nahezu vollständig geschlossen ist. Dabei ändert sich auch die Richtung b des Luftstromes, und zwar derart, daß sich die Stromrichtung b mehr und mehr der Parallelität zur Achse A nähert. Wird dann der Ring 15 noch weiter nach hinten geschraubt, dann öffnet sich der Ringspalt 16 wieder und erreicht schließlich am Ende des Verschiebeweges χ wiederum seine volle Breite. Die Richtung des Luftstromes B ändert sich dabei ebenfalls, und zwar derart, daß der Luftstrom -in Richtung auf das Werkstück betrachtet- immer mehr divergiert.

Dieselbe Verstellung wie im Falle des Ringspalts 16 kann bezüglich des Ringspalts 19 durchgeführt werden, wobei ebenfalls beim Zurückschrauben des Ringes 18 sich der Spalt zunächst schließt und dann wieder öffnet und die Richtung c des Druckluftstromes von stark konvergierend zu stark divergierend abgeändert wird. Bei divergierender Ausstoßrichtung der Luftströme treffen diese verständlicherwexse nicht mehr auf dem Glokkenaußenrand bzw. dem Außenrand des Ringes 15 auf. Die vom inneren Ringspalt 16 gelieferte Lufthülle sorgt für die gewünschte Gestalt der Zerstäuberwolke, die vom äußeren Ringspalt 19 gelieferte Lufthülle dafür, daß aus der Wolke ausbrechende Farbpartikel wieder in die Wolke zurückgebracht werden. Dadurch, daß sowohl die Ringspaltbreiten und damit die Stärke der Lufthülle als auch die Luftausstoßrichtungen beliebig eingestellt werden können, und zwar für beide Ringspalte gesondert, ergibt sich die Möglichkeit, die Zerstäuberwolke exakt in der gewünschten Weise zu bemessen und darüberhinaus sicherzustellen, daß im wesentlichen keine Farbpartikel die Wolke verlassen. Dabei kann dies infolge des doppelten Luftschirms mit Druckluft vergleichsweise geringen Druckes erreicht werden, so daß die Druckluft den Farbpartikeln keine zu große, die Wirkung des elektrostatischen Feldes störende kinetische Energie überträgt. Außerdem führen die beiden vergleichsweise schwachen Lufthüllen zu nur unbeachtlichen Turbulenzen im Bereich außerhalb der Zerstäubungswolke; sollten sich Turbulenzen durch Unterdruck im GlockenZentrum ergeben, dann kann dieser Effekt durch eine zusätzliche zentrale Druckluftleitung

ausgeschaltet werden.

Die Erfindung kann zahlreiche Abwandlungen erfahren. So ist es beispielsweise in manchen Fällen nicht erforderlich/ daß beide Luftspalte 16, 19 getrennt verstellbar sind; in diesem Fall werden dann die Ringe 15 und 18 bewegungsmäßig miteinander verbunden. Auch kann es in manchen Fällen genügen, wenn lediglich die Spaltbreiten verstellbar sind, wohingegen die Richtungen der Luftströme konstant bleiben können; in solchen Fällen erübrigen sich dann die einander entgegengerichteten inneren Anschrägungen der die Spalte begrenzenden Flächen. Ferner ist es auch möglich, die als Schraubkörper dargestellten Ringe 15 und 18 als einfache Schiebehülsen auszubilden, unter der Voraussetzung jedoch, daß dafür Sorge getragen ist, daß sich die Ringe während des Betriebs nicht unabsichtlich von selbst verschieben. Schließlich ist es auch nicht immer erforderlich, daß Abschleuderkante 11a, Ringspalt 16 und Ringspalt 16 in drei unterschiedlichen Ebenen liegen; bzw. daß die Ebenen der Ringspalte sich hinter der Ebene der Abschleuderkante 11a befinden.

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Λ J Elektrostatische Sprühvorrichtung zum Aufbringen eines flüssigen Überzugsmaterials auf ein Werkstück, mit einem rotierenden, glocken- oder scheibenartigen Zerstäuberkopf, auf dessen Innenfläche das Überzugsmaterial aufgebracht und von dessen Randkante abgeschleudert wird, und mit einem zum Zerstäuberkopf koaxialen, an eine Druckluftquelle angeschlossenen Ringspalt, der einen das zerstäubte Überzugsmaterial umhüllenden Druckluftmantel ausstößt, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, ebenfalls an eine Druckluftquelle angeschlossener, äußerer Ringspalt (19) vorgesehen ist, der koaxial zum ersten, inneren Ringspalt (16) angeordnet ist und diesem gegenüber einen größeren Durchmesser aufweist, und daß die Spaltbreite zumindest eines der beiden Ringspalte (16,19) verstellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Ausstoßrichtung zumindest eines der beiden Ringspalte (16, 19) verstellbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ringspalt (16,19) aus einem Ringkörper (14,17) und einem darauf verschraub- oder verschiebbaren Ring (15,18) besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringkörper (14,17) ein einstückiges Bauteil sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die inneren Spaltbegrenzungen bildenden Flächen (14a,15a;17a,18a) der Ringkörper (14,17) und Ringe (15,18) Schrägflächen mit einander entgegengerichtetem Anstellwinkel sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen der beiden Ringspalte (16,19)

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gegenüber der Ebene der Abschleuderkante (11a) des Zerstäuberkopfs (11) in Sprührichtung zurückversetzt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene des äußeren Ringspaltes (19) gegenüber der Ebene des inneren Ringspalts (16) in Sprührichtung zurückversetzt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Spaltbreite und/oder Ausstoßrichtung der beiden Ringspalte (16,19) gemeinsam verstellbar sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 b>is 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ringspalte (16,19) an dieselbe Druckluftquelle angeschlossen sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 mit den Zerstäuberkopf antreibendem Druckluftmotor, dadurch gekennzeichnet/ daß die Ringspalte (16,19) an die Druckluftzuführung oder -abführung des Druckluftmotors angeschlossen sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere, zentral im Zerstäuberkopfinneren mündende Druckluftleitung (20) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßrichtung des inneren Ringspalts (16) gegen die Außenfläche des Zerstäuberkopfs (11), die Ausstoßrichtung des äußeren Ringspalts (19) gegen das zerstäubte Überzugsmaterial gerichtet ist.