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Elektrostatisches Austragsgerät zum Austragen flüssigen,
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pulverförmigen oder faserigen Materials Die Erfindung betrifft ein
elektrostatisches Austragsgerät zum Austragen flüssigen, pulverförmigen oder faserigen
Materials, insbesondere ein elektrostatisches Sprühgerät, mit einem Gerätegehäuse,
an dem ein über eine Erdungsleitung mit Erdpotential verbindbares Griffstück ausgebildet
ist, und mit einem gegenüber dem Griffstück hochspannungsfest isolierten Arbeitsglied,
dessen als Elektromotor ausgebildeter Antrieb von einer eingebauten Gleichstromquelle
gespeist ist und das an einen in das Gerätegehäuse eingebauten Hochspannungsgenerator
angeschlossen ist, welcher einen von der Gleichstromquelle gespeisten Oszillator,
einen Transformator und einen Spannungsvervielfacher sowie einen an den Ausgang
des Spannungsvervielfachers angeschlossenen Ausgangsanschluß und einen Eingangsanschluß
aufweist, zwischen welchen eine Hochspannungs-Potentialdifferenz besteht.
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Das Arbeitsglied kann beispielsweise ein Vibrationsglied, durch welches
zur Zerstäubung des im elektrostatischen Feld.auszutragenden Materials und/oder
zu dessen Zuführung zu dem Austragskopf beigetragen wird, ein Pumpenkolben, ein
Ventilstößel oder ein sonstiges in dem Austragsgerät vorhandenes mechanisches Bauteil
sein, welches während des Betriebs vollständig oder teilweise auf einem gegenüber
der Erde gemessenen Hochspannungspotential liegt oder mit einem das Hochspannungspotential
führenden Geräteteil elektrisch leitend verbunden ist und von einem an seine Arbeitsbewegung
angepaßten Elektromotor, der daher als Drehantrieb oder als Hubantrieb, z.B. als
Elektromagnet ausgebildet sein kann, angetrieben wird. In der gegenwärtig bevorzugten
Lösung jedoch ist die Erfindung für derartige elektrostatische Austragsgeräte vorgesehen,
die einen von einem Elektromotor angetriebenen Rotor aufweisen, der während des
Betriebs mit einer durch ihn oder an ihm ausgebildeten Hochspannungselektrode auf
ei-
nem gegenüber der Erde gemessenen Hochspannungspotential liegt.
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Das erfindungsgemäße Austragsgerät kann daher insbesondere ein elektrostatisches
Sprühgerät mit einem an Hochspannung liegenden rotierenden Zerstäuberkopf sein,
dem ein zu versprühendes Pulvermaterial oder eine zu versprühende Flüssigkeit, z.B.
ein Lackmaterial für das-elektrostatische Lackieren von Gegenständen oder ein Insektizid
und dergleichen für das elektrostatische Besprühen von Pflanzen, zugeführt wird.
Das erfindungsgemäße Austragsgerät kann aber auch z.B. ein Beflockungsgerät sein,
dessen an Hochspannung liegender Applikator mit einem rotierenden Flockwender oder
dergleichen versehen ist.
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Ein bekanntes elektrostatisches Austragsgerät mit den eingangs erwähnten
Merkmalen (DE-OS 25 14 717) ist als Beflockungsgerät ausgebildet, bei welchem das
Arbeitsglied ein in dem Applikator angeordneter rotierender Flockwender ist. Zum
Betreiben des eingebauten Hochspannungsgenerators und des den Antrieb des Flockwenders
bildenden Elektromotors sind aus dem Wechselspannungsnetz betriebene Gleichspannungswandler
vorgesehen. Das Gehäuse des Elektromotors ist geerdet, wohingegen der von diesem
angetriebene Flockwender an Hochspannung liegt, die der letzten Stufe des als Vervielfacherkaskade
ausgebildeten Spannungsvervielfachers entnommen ist. Dadurch gibt es Isolationsprobleme,
um den Flockwender hochspannungsfest gegen den Elektromotor zu isolieren.
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Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, ein elektrostatisches
Austragsgerät mit den eingangs erwähnten Merkmalen derart auszugestalten, daß bei
vom Stromnetz unabhängiger leichter Handhabbarkeit des Gerätes eine hochspannungsfeste
Isolierung des Arbeitsgliedes gegenüber seinem Antriebselektromotor entfallen kann.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die eingebaute
Gleichstromquelle eine Batterie ist, daß die Batterie und der Elektromotor gegenüber
dem Griffstück hochspannungsfest isoliert angeordnet sind und daß der Ausgangsanschluß
des Spannungsvervielfachers an die Erdungsleitung, und der eine Batteriepol, der
Masseteil des Elektromotors und das Arbeitsglied an den Eingangsanschluß des Hochspannungsgenerators
angeschlossen sind.
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Durch die für elektrostatische Austragsgeräte ohne Elektromotor an
sich bekannte Ausbildung der Gleichstromquelle als elektrische Batterie kann das
erfindungsgemäße Gerät unabhängig vom Vorhandensein des Stromnetzes betrieben werden
und ein die Handhabbarkeit des Gerätes beeinträchtigendes Stromzuführungskabel ist
nicht vorhanden. Darüberhinaus entspricht gemäß der Erfindung das Massepotential
der Batterie und des Elektromotors dem Hochspannungspotential des angetriebenen
Arbeitsgliedes gegenüber Erde, so daß ein entsprechender Isolationsaufwand zwischen
dem Arbeitsglied und dem Elektromotor entfällt.
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Der Oszillator und der Elektromotor werden entsprechend der Spannungsdifferenz
zwischen den beiden Polen der Batterie betrieben, von denen der eine Batteriepol
aufgrund der Erfindung das gleiche Potential wie das Arbeitsglied führt, das von
dem am Ausgangsanschluß des Hochspannungsgenerators vorliegenden Erdpotential um
die zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes zwischen dem Austragskopf des Geräts
und dem zu besprühenden oder zu beflockenden Gegenstand erforderliche Hochspannungs-Potentialdifferenz
verschieden ist. Der Spannungsvervielfacher ist vorzugsweise als an sich bekannte,
aus Gleichrichterdioden und Kondensatoren aufgebaute Kaskadenschaltung ausgeführt,
deren letzte Kaskadenstufe den an die Erdungsleitung angeschlossenen Ausgangsanschluß
des Hochspannungsgenerators bildet. Je nach der vorgesehenen Schaltung des Oszillators,
der Richtung der Transformatorwicklungen und der Eingangspolung bzw. Schaltung des
Spannungsvervielfachers hat
dessen Ausgangsanschluß eine positive
oder negative Polarität. Vorzugsweise ist der Hochspannungsgenerator derart ausgelegt,
daß sein Ausgangsanschluß positiv, und sein am Rotor und am Gehäuse des Elektromotors
angeschlossener Eingangsanschluß negativ gepolt sind.
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Da gemäß der Erfindung der Masseteil des Elektromotors, z.B. bei einem
Drehmotor dessen Gehäuse, und das Arbeitsglied, z.B. ein Rotor, auf dem gleichen
Hochspannungspotential gegenüber dem Erdboden liegen, kann eine gesonderte Hochspannungszuleitung
zu dem Arbeitsglied entfallen und dieses über das metallische Abtriehsglied des
Elektromotos, z.B seine metallisch ausgeführte Antriebswelle, elektrisch mit dem
Masseteil des Motors verbunden sein, das an den Eingangsanschluß des Hochspannungsgenerators
angeschlossen ist.
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Bevorzugt wird die Erfindung für elektrostatische Sprühgeräte mit
einem das Arbeitsglied bildenden rotierenden Zerstäuberkopf angewendet, durch welchen
ein ihm zugeführtes Pulvermaterial oder insbesondere eine ihm zugefuhrte Flüssigkeit
mechanisch zerstäubt wird und in dem elektrostatischen Hochspannungsfeld zwischen
dem Rotor und dem geerdeten, zu besprühenden Gegenstand zu diesem transportiert
wird. Hierbei kann das erfindungsgemäße Sprühgerät zum Lackieren von Gegenständen
dienen. Durch die Unabhängigkeit des erfindungsgemäßen Sprühgerätes vom Stromnetz
ist die Erfindung jedoch besonders für Sprühgeräte zum elektrostatischen Besprühen
von Pflanzen mit Insektizi den und dergleichen geeignet.
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In der gegenwärtig bevorzugten konstruktiven Gestaltung eines derartigen
elektrostatischen Sprühgerätes mit rotierendem Zerstäuberkopf ist dieser zusammen
mit dem Elektromotor und einem Vorratsbehälter für das zu zerstäubende Material
in einem Gerätekopf angeordnet, der an dem einen Ende eines die Batterie und den
Hochspannungsgenera-
tor aufnehmenden hochspannungsfesten Isolierstoffrohres
befestigt ist, an dessen anderem Ende das metallische Griffstück angebracht ist,
das über eine Verbindungsleitung an den Ausgangsanschluß des Hochspannungsgenerators
angeschlossen ist.
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Wenngleich hierbei der Gerätekopf und der Vorratsbehälter für das
zu zerstäubende Material aus einem Metallmaterial bestehen können, sind vorzugsweise
der Gerätekopf und der Vorratsbehälter aus einem hinreichend tragfesten Isoliermaterial
gefertigt, um eine geringere Auf ladungskapazität und gleichzeitig einen Berührungsschutz
zu erreichen.
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Der rotierende Zerstäuberkopf weist wenigstens eine Hochspannungsleketrode
auf. Diese Hochspannungselektrode kann in Form einer Kontaktelektrode ausgebildet
sein, die insbesondere aus einem einen Rotor, der selbst aus einem Isoliermatieral
bestehtm an der mit dem zu versprühenden Material in Berührung gelangenden Seite
überdeckenden, elektrisch leitenden Überzug, beispielsweise aus.einem Leitlackmaterial,
oder bei einem metallischen Rotor aus diesem selbst bestehen kann. Vorzugsweise
besteht sie aus einer den tellerförmigen Zerstäuberkopf diametral überspannenden
Draht, der mit dem dem Rotor zugeführten Sprühmaterial in Berührung gelangt. Zusätzlich
oder alternativ kann auch eine oder mehrere Spitzenelektroden an dem rotierenden
Zerstäuberkopf ausqebildet sein, um dadurch Einfluß auf die Form des elektrostatischen
Feldes zu nehmen oder nach Abschalten des Gerätes für ein Abfließen der Rest ladungen
des Gerätekopfes durch Sprühentladung zu sorgen. Solche an dem Zerstäuberkopf ausgebildeten
Hochspannungselektroden liegen vorzugsweise über die Antriebswelle des Zerstäubers,
mit der sie in metallischer Berührung stehen, und dem mit der Antriebswelle elektrisch
leitend verbundenen Gehäuse des Elektromotors an dem mit dem Motorgehäuse verbundenen
Hochspannungsanschluß.
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Zur einfachen Leitungsführung ist vorzugsweise die Batterie in dem
Isolierstoffrohr zwischen dem Gerätekopf und. dem Hochspannungsgenerator angeordnet,
der mit seinem Eingangsanschluß der Batterie zugewendet und mit seinem Ausgangsanschluß
der Batterie abgewendet angeordnet ist. Insbesondere eine derartige Anordnung bietet
die Möglichkeit, in der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung den Hochspannungsgenerator
in einer einstückigen Baueinheit auszubilden, die in dem Isolierstoffrohr mittels
eines an dem Griffstück des elektrostatischen Sprühgerätes angeordneten Einschaltschiebers
gegen die Kraft einer Rückstellfeder bis in eine Stellung verschiebbar ist, in der
sie mit einem den Eingangsanschluß bildenden Kontaktstück mit dem zugeordneten Batteriepol
in Kontakt steht. Hierbei ist in der bevorzugten Lösung die Batterie aus in das
Isolierstoffrohr von dessen mit dem Gerätekopf lösbar befestigten Rohrende her einschiebbaren
Becherelementen zusammengesetzt, so daß diese mit ihrer Mittelelektrode dem Gerätekopf
zugewendet angeordnet und daher mit dem Boden ihrer Becherelektrode der den Hochspannungsgenerator
enthaltenden Baueinheit zugewendet sind. Bei dieser Ausführungsform weist der Gerätekopf
eine das Rohrende stirnseitig abschließende Isolierstoffscheibe mit einer zentralen
Kontaktfeder auf, an welche das angrenzende Becherelement der Batterie mit seiner
Mittelelektrode durch die Verschiebung der den Hochspannungsgenerator enthaltenden
Baueinheit in die Einschaltstellung, in der die Baueinheit mit ihrem den Eingangsanschluß
des Hochspannungsgenerators bildenden Kontaktstück mit der Becherelektrode des der
Kontaktfeder abgewendeten Becherelementes der Batterie in Berührung steht, gegen
die Kontaktfeder andrückbar ist, wodurch alle Becherelemente der Batterie aneinandergedrückt
gehalten sind.
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Zwischen dem Ausgangsanschluß des Hochspannungsgenerators und der
mit diesen elektrisch leitend in Verbindung stehen-
den Erdungsleitung
des Sprühgerätes ist vorzugsweise ein Strombegrenzungswiderstand oder Schutzwiderstand
eingeschaltet, der bei Ausbildung des Hochspannungsgenerators in einer einstückigen
Baueinheit bevorzugt ebenfalls in der Baueinheit an deren der Batterie abgewendeten
Ende angeordnet ist.
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Die Rückstellfeder, unter deren Kraft die den Hochspannungsgenerator
enthaltend2 Baueinheit aus ihrer Einschaltstellung nach Loslassen des Einschaltschiebers
an dem Griffstück in die Ausschaltstellung zurückschiebbar ist, kann als zwischen
dem der Batterie abgewendeten Ende der Baueinheit und dem freien Stirnende des Griffstückes
eingespannte Zugfeder ausgebildet sein. Hierbei kann die metallische Zugfeder mit
dem Ausgangsanschluß des Spannungsvervielfachers bzw. des an diesem angeschlossenen
Strombegrenzungswiderstandes elektrisch leitend in Kontakt stehen, so daß sie gleichzeitig
als Verbindungsleitung zu der am metallischen Griffstück befestigten Erdungsleitunq
dient.
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Zusätzlich oder alternativ kann eine als elektrisch isolierende Druckfeder
zwischen der den Hochspannungsgenerator enthaltenden Baueinheit und der Batterie
eingespannte Abstandsfeder vorgesehen sein, so daß die Elemente der Batterie auch
in der Ausschaltstellung der Baueinheit unter der Kraft der Druckfeder festgehalten
sind und in dem Isolierstoffrohr nicht hin und her rutschen.
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Die Erfindung wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert,
die schematisch aus der Zeichnung ersichtlich ist. In der Zeichnung zeigt: Fig.
1 ein elektrostatisches Sprühgerät im Längsschnitt, Fig. 2 eine Einzelheit des Gerätes
aus Fig. 1 in abgewandelter Ausführungsform und Fig. 3 die elektrische Schaltung
des Sprühgerätes aus Fig. 1.
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Das aus Fig. 1 ersichtliche Sprühgerät besteht aus einem Gerätekopf
17 mit einem rotierend antreibbaren Zerstäuberkopf 1, einem einen Hochspannungsgenerator
4 und eine elektrische Stabbatterie 3 aufnehmenden, hochspannungsfest isolierenden
Isolierstoffrohr 18, an dessen-vorderem Ende der Gerätekopf 17 lösbar befestigt
ist, und einem an dem dem Gerätekopf 17 abgewendeten Rohrende des Isolierstoffrohres
18 befestigten metallischen Griffstück 19, an dem eine Metallkette 25 zur Erdung
des Griffstückes 19 befestigt ist.
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Der tellerförmige Zerstäuberkopf 1 sitzt auf der Abtriebswelle 13
eines in dem Gerätekopf 17 angeordneten Elektromotors 2. In dem Gerätekopf 17 ist
außerdem ein Vorratsbehälter 15 für die mittels des Zerstäuberkopfes 1 -mechanisch
zu versprühende Flüssigkeit angeordnet. Aus dem Vorratsbehälter 15 wird die zu versprühende
Flüssigkeit über ein im Bereich der Achse des Zerstäuberkopfes 1 mündendes Ausgaberöhrchen
16 zugeführt, das am Boden des Vorratsbehälters 15 in diesen einmündet. Der Vorratsbehälter
15 kann mittels einer Verschlußschraube 30 dicht verschlossen werden, so daß die
Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter 15 solange aufgewahrt werden kann, bis er durch
Lösen der Verschlußschraube 30 entlüftet wird. Der Gerätekopf 17 ist lösbar an dem
einen Rohrende des Isolierstoffrohres 18 befestigt, so daß in dieses nach dem Ablösen
des Gerätekopfes 17 die Becherelemente der Batterie eingeschoben werden können.
Der Gerätekopf 17 weist eine nach seinem Aufsetzen auf das Isolierstoffrohr 18 den
Batterieraum stirnseitig verschließende Isolierstoffscheibe 27 mit einer zentralen
Kontaktfeder 26 für den einen, von der Mittelelektrode des vordersten Becherelementes
28 der Batterie 3 gebildeten Batteriepol auf.
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Im übrigen ist der Gerätekopf 17 einsckließlich des Vorratsbehälters
15 aus einem Kunststoffmaterial gefertiqt.
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Der hinter der Batterie 3 in dem Isolierstoffrohr 18 angeordnete Hochspannungsgenerator
4 weist einen mit der Batteriespannung betriebenen Oszillator 5, einen über diesen
betriebenen Transformator 6 und einen als Gleichrichter-Vervielfacherkaskade aufgebauten
Spannungsvervielfacher 7 auf, an dessen letzten Stufe ein Schutzwiderstand 14 liegt,
der mit seinem Ausgangsende den Ausgangsanschluß 24 des Hochspannungsgenerators
4 bildet. Der Oszillator 5 ist entsprechend Fig. 3 als Leistungsoszillator aufgebaut,
bei dem in einen Schwingkreis aus der Primärwicklung 32 des Transformators 6 und
einem dazu parallel geschalteten Elektrolytkondensator 35, der über den positiven
und den negativen Anschluß der Batterie 3 geschaltet ist, ein Transistor 36 mit
seinem Kollektor-Emitter-Zweig eingeschaltet ist. Die Basis des Transistors 36 ist
an das eine Ende einer Rückkoppluhgswicklung 33 des Transformators 6 angeschlossen,
deren anderes Ende über eine Parallelschaltung 34 aus einem Widerstand und einem
Kondensator an den positiven Anschluß 31 der Batterie 3 geschaltet ist, an deren
negativem Anschluß 23 der Emitter des Transistors 36 und das eine Ende der Sekundärwicklung
37 des Transformators 6 liegen, welches an den einen Eingang des Spannungsvervielfachers
7 geschaltet ist.
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Der Hochspannungsgenerator ist mitsamt des Schutzwiderstandes 14 mit
einem hochspannungsfesten Gießharzmaterial zu einer einstückigen zylindrischen Baueinheit
20 vergossen, die in dem Isolierstoffrohr 18 verschiebbar derart angeordnet ist,
daß der Oszillator 5 der Batterie 3 zugewendet, und dieser der Ausgang des Schutzwiderstandes
14 abgewendet sind. Der Ausgang des Schutzwiderstandes 14 liegt an einer den positiven
Ausgangsanschluß 24 des Hochspannungsgenerators 4 bildenden, aus der Baueinheit
20 herausragenden Anschlußschraube, wohingegen der negative Eingang 9 des Oszillators
5 und damit des Spannungsvervielfachers 7 an einem aus der Baueinheit 20 stirnseitig
vorstehenden Kontaktstift 23 liegen, so daß zwi-
schen dem von
diesem gebildeten negativen Eingangsanschluß des Hochspannungsgenerators 4 und dessen
positivem Ausgangsanschluß 24 im Betrieb des Hochspannungsgenerators eine Hochspannungspotentialdifferenz
besteht.
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Der positive Eingang des Oszillators 5 ist über die aus der Baueinheit
20 herausgeführte isolierte Leitung 31 und eine zwischen dem Gerätekopf 17 und dem
zugeordneten Ende des Rohres 18 ausgebildete elektrische Verbindungskupplung (nicht
gezeigt) an die Kontaktfeder 26 und daher an den positiven Pol der Batterie 3 angeschlossen,
an den über eine isolierte Verbindungsleitung 39 auch der Spannungseingang des Elektromotors
2 im Gerätekopf 17 angeschlossen ist. über eine zweite isolierte Leitung 40 ist
außerdem der Eingangsanschluß 23 des Hochspannungsgenerators 4 und eine in diese
eingeschaltete zweite durch das Aufsetzen des Gerätekopfes 17 auf das Ende des Rohres
18 eingekuppelte Verbindungskupplung (nicht gezeigt) an das in dem Gerätekopf 17
festgeleqte Gehäuse 12 des Elektromotors 2, das dessen Masseanschluß bildet, und
über die Abtriebswelle 13 des Elektromotors 2 an eine am Zerstäuberkopf 1 angeordnete
Kontaktelektrode angeschlossen, mit der das aus dem Ausgaberöhrchen 16 des Vorratsbehälters
15 auf den rotierenden Zerstäuberkopf 1 ausgegebene Sprühmaterial in Kontakt gelangt.
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An dem metallischen Griffstück 19 ist ein Einschaltschieber 21 verschiebbar
angeordnet, der an der den Ausgangsanschluß 24 des Hochspannungsgenerators 4 bildenden
Anschlußschraube befestigt ist, so daß mittels des Einschaltschiebers 21 die den
Hochspannungsgenerator enthaltende Baueinheit 20 mit dessen Eingangsanschluß 23
in dem Isolierstoffrohr 18 bis in eine Stellung verschoben werden kann, in dem der
Eingangsanschluß 23 am Boden des hintersten Becherelementes 29 der Batterie 3 anliegt
und daher der Batteriestromkreis eingeschaltet ist. Da hierbei über das metallische
Griffstück 19 und die Erdungsleitung 25 der positive Aus-
gangsanschluß
des Hochspannungsgenerators 4 geerdet ist, liegen der Masseanschluß der Batterie
3, das Gehäuse 12 des Elektromotors 2 und der Zerstäuberkopf 1 bzw. dessen Hochspannungselektrode
auf negativem Hochspannungspotential gegenüber dem Erdboden, so daß zwischen dem
Zerstäuberkopf 1 und dem zu besprühenden geerdeten Gegenstand ein elektrostatisches
Transportfeld für das von dem Zerstäuberkopf 1 mechanisch zerstäubte, ebenfalls
auf das negative Hochspannungspotential aufgeladene Sprühmaterial entsteht.
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Bei der Ausführungsform aus Fig. 1 ist zwischen der Anschluß schraube
24 und dem freien Stirnende des metallischen Griffstückes 19 eine Zugfeder als Rückstellfeder
für die den Hochspannungsgenerator 4 enthaltende Baueinheit 20 eingespannt, so daß
diese nach dem Loslassen des Einschaltschiebers 21 in die Ausgangsstellung zurückgezogen
wird und daher der Eingangsstromkreis des Oszillators 5 unterbrochen wird. In der
aus Fig. 2 ersichtlichen Ausführungsform ist zwischen der den Hochspannungsgenerator
enthaltenden Baue.inheit 20 und der Batterie 3 eine elektrisch isolierte Druckfeder
52 eingespannt. Diese Druckfeder 52 kann als Abstandsfeder zusätzlich oder alternativ
zu der Zugfeder 22 aus Fig. 1 vorgesehen sein. Im letzterem Fall bildet die Abstandsfeder
gleichzeitig die Rückstellfeder der Baueinheit 20.
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Die elektrische Verbindung zwischen der den Hochspannungsausgang des
Spannungsvervielfachers 7 bildenden Anschlußschraube 24 und der an dem metallischen
Griffstück befestigten Erdungsleitung 25 kann von der metallischen Zugfeder 22 oder
auch über den dann ebenfalls metallischen Einschaltschieber 21 hergestellt sein.