DE3310983A1

DE3310983A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufspruehen von pulver auf gegenstaende, insbesondere zum elektrostatischen aufspruehen des pulvers zur herstellung von farbauflagen auf den gegenstaenden

Info

Publication number: DE3310983A1
Application number: DE19833310983
Authority: DE
Inventors: Raymond Joseph 43616 Oregon Ohio Bihn; James Joseph 43618 Oregon Ohio Gimple; Erhard 43606 Toledo Ohio Kock
Original assignee: Champion Spark Plug Co Toledo Ohio; Champion Spark Plug Co
Current assignee: DeVilbiss Co
Priority date: 1982-05-03
Filing date: 1983-03-25
Publication date: 1983-11-03
Also published as: GB2119287B; IT1163284B; JPS58202060A; BE896532A; GB8308919D0; IT8320885A0; GB2119287A; BR8302206A; CA1188935A; FR2525927A1; FR2525927B1; AU1289783A; AU553607B2; IT8320885A1; MX158574A

Description

Patentanwälte Dr.rer.na·. Tlojr.as Berondt

Dv.-Inj. Jiens Leyh lnnsre Wi;:>.:r JU. 20 - R 8000 München 80

Unser Zeichen: A 14 Lh/fi

CHAMPION SPARK PLUG COMPANY
900 Upton Avenue
Toledo, Ohio, U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Aufsprühen von Pulver auf Gegenstände, insbesondere zum elektrostatischen Aufsprühen des Pulvers zur Herstellung von Farbauflagen auf den Gegenständen

A 14 644

Champion Spark Plug Co.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufsprühen von Pulver auf Gegenstände, insbesondere zum elektrostatischen Aufsprühen des Pulvers zur Herstellung von Farbauflagen auf den Gegenständen.

Das US-Patent 4 228 961 beschreibt eine elektrostatische Pulverspritzpistole, in welcher ein sauberes Gas aus einer äußeren Kammer "über die Oberfläche einer streifenfö'rmigen Elektrode geführt wird. Ein monopolarer Korona-Entladestrom fließt zwischen der Streifenelektrode und einer Nadelelektrode. Durch den Strom wird eine Luft-Pulver-Mischung aufgeladen, die durch eine zentrale Pulverausstoßöffnung transportiert wird. Das saubere Gas am Umfang wird benutzt, um die Streifenelektrode sauber oder pulverfrei zu halten und dadurch einen guten Entladestrom zu gewährleisten. Die saubere Luft wird nicht zur Regulierung oder Formung des Luft-Pulver-Gemisches benutzt.

Das US-Patent 4 235 381 beschreibt eine elektrostatische Pulverspritzpistole mit einer Hilfs-Druckgasversorgung. Dieses Gas wird zur Düse geleitet und ionisiert, so daß es beim Austritt aus der Spitze der Spritzpistole das Aufbringen der Ladung auf das Pulver unterstützt.

Beim Pulver-Farbspritzen werden Einrichtungen zur Regulierung des Bereichs oder der Fläche des Farbpartikel stromes verwendet, welcher seinerseits die endgültige Flächengröße des Farbauftrages auf dem Werkstück bestimmt. Bisherige Vorrichtungen verwenden Einrichtungen zur Formung der Flächengröße oder Feldgröße des ausgestoßenen Pulvers, wobei sowohl mechanische Einrichtungen, als auch Wirbelluft-Einrichtungen verwendet werden. Eine mechanische Einrichtung dieser Art hat eine äußere Einstellhülse, die normalerweise zylindrisch ist und die in und aus dem Pulverfeld hinein- bzw. herausbewegt werden kann. Die Hülse lenkt die Pulverpartikel in eine Vorwärtsrichtung. Ein Hauptproblem hierbei ist jedoch die Erosion der Hülse

und eine Fusion des Pulvers an ihrer Innenfläche.

Eine andere mechanische Formeinrichtung besteht in der Anordnung eines Pulver-Ablenkers in der Mitte des Pulver-Luft-Gemisches, an welchem ein Stab befestigt ist. Die Einstellung erfolgt in der Weise, daß der Ablenker näher zu oder weiter von der Düsenöffnung weg bewegt wird.

Eine bekannte, mit Wirbelluft arbeitende Einrichtung ist in Fig. 5 der beigefügten Zeichnung dargestellt. Eine ähnliche Wirbelluft-Einrichtung ist in dem US-Patent 3 940 061 beschrieben. Die bekannte Vorrichtung nach Fig. 5 hat eine Sprühpistole A mit einem zentralen Luft-Pulver-Durchgangskanal B, einen zentral angeordneten Diffusor C und eine Düse D. Die Düse D bildet eine Mehrzahl von Wirbel!uft-Kanälen E, die in Verbindung mit einer Reinluft-Kammer F stehen. Das Luft-Pulver-Gemisch bewegt sich um den Diffusor C und es wird erfaßt von komprimierter Wirbelluft aus den Kanälen E. Die Wirbelluft trifft auf das Luft-Pulver-Gemisch tangential und erteilt dem Luft-Pulver-Strom eine Wirbelbewegung. Bei dieser bekannten Vorrichtung nimmt mit der Kraft des tangentialen Luftwirbels auch die stromabwärtige Fläche zu. Wenn die Kraft des Luftwirbels reduziert wird, wird auch die stromabwärtige Fläche des Luft-Pulver-Gemisches im Querschnitt reduziert.

Das US-Patent 3 964 683 beschreibt eine weitere elektrostatische Sprüheinrichtung zum überziehen eines Gegenstandes mit pulverförmigern Material.

Die Erfindung betrifft eine Pulversprühvorrichtung, insbesondere eine elektrostatische Hochspannungs-Pulversprühpistole. Die Sprühpistole hat ein ferngesteuertes Formelement, wodurch die Flächengröße oder Feldgröße des Luft-Pulver-Gemisches, das den zentralen Bereich der Düse der Sprühpistole verläßt, eingestellt oder reguliert werden kann.

Vorteil hafterweise ist ein sich erweiternder Diffusor in der Düse der Sprühpistole angeordnet. Die Sprühpistole nach der Erfindung kann manuell oder automatisch betätigt sein. Der Diffusor lenkt das Luft-Pulver-Gemisch scharf nach außen.

Ein formender Luftring, der an eine Reindruckluftversorgung angeschlossen ist, wird durch die Düsenanordnung gebildet. Der Ring hat die Form eines Zylinders, dessen Hauptachse parallel und normalerweise zusammenfallend mit der Längsachse des zentralen Luft-Pulver-Durchgangskanals der Sprühpistole ist.

Druckluft, die aus dem formenden Luftring ausgetragen wird, stößt auf das Luft-Pulver-Gemisch mit ausreichender Kraft, um die stromabwä'rtige Flächengröße oder Feldgröße zu formen. Wird der Druck der Luft, die aus dem formenden Luftring austritt, gesteigert, so wird auch die Auftreffkraft erhöht und die Querschnittsflä'che und das resultierende Feld des Luftpulver-Gemisches reduziert. Eine Reduzierung des Luftdruckes und der Auftreffkraft vergrößert hingegen diese Fläche und das entstehende Feld. Es wurde gefunden, daß diese neuartige Methode zu einer höheren Übertragungsleistung führt, insbesondere wenn große Flächen bearbeitet werden sollen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten von Gegenständen mit pulverförmigen Materialien anzugeben, die eine größere Übertragungsleistung haben.

Die Vorrichtung ist hierzu zweckmäßigerweise mit einer ferngesteuerten Luft-Pulver-Formeinrichtung versehen. Mechanisch bewegliche Komponenten zur Veränderung des Pulverfeldes sind hierbei nicht erforderlich.

Vorzugsweise wird zur Formung des Pulverstromes Luft verwendet. Diese Luft zur Formung des Pulverstromes wird insbesondere dann verwendet, wenn das Feld des Pulverstromes bzw. die Fläche seines Querschnitts reduziert werden soll.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 in Seitenansicht eine elektrostatische Sprühpistole zum Auftragen eines pulverförmigen Materials auf ein Werkstück zeigt.

Fig. 2 zeigt in auseinandergezogener Darstellung die Sprühpistole nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt vergrößert im Schnitt einen wesentlichen Teil der Sprühpistole nach Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 3.

Fig. 5 zeigt vergrößert im Schnitt, ähnlich der Darstellung nach Fig. 3, eine bekannte Sprühpistole, die mit einem Luftwirbel arbeitet.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Spritz- oder Sprühpistole 10 zum elektrostatischen Niederschlagen eines pulverförmigen Materials, wie z.B. Farbe, auf einen Gegenstand. Die Sprühpistole 10 ist nur eine beispielsweise Ausführungsform, die Erfindung kann auch z.B. in automatischen Anlagen zum Auftragen von Farbe verwendet werden.

Die Sprühpistole 10 hat einen Körper 11 und Lauf 12 mit einem Vorderabschnitt 13. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, ist im Vorderabschnitt 13 ein Elektrodenhalter 15 angeordnet, an welchem eine Elektrode 16 montiert ist. Eine Düsenanordnung 18 umfaßt ein inneres Düsenteil 19 und ein äußeres Düsenteil 20, die durch Preßsitz miteinander verbunden sind.

Die Düsenanordnung 18 bildet eine zylindrische Ausnehmung 22, in welcher ein Diffusor 23 aufgenommen ist. Wie insbesondere Fig. 4 zeigt, hat der Diffusor 23 Arme 24, die in der zylindrischen Ausnehmung 22 aufgenommen und abgestützt sind, wenn der Diffusor in diese Ausnehmung eingebaut bzw. eingesetzt ist. Während des normalen Betriebs bewegt sich der Diffusor nicht in Längsrichtung bezüglich der Längsachse 27 des Laufes 12. Der Diffusor 23 hat ein sich erweiterndes Ende 28. Die Sprühpistole 10 hat, wie Fig. 3 zeigt, ein zylindrisches Pulverrohr 29, das mit einer zylindrischen Ausnehmung 30 fluchtet, die durch den Elektrodenhalter 15 gebildet ist. Die Aussparung 30 geht über in einen Pulverkanal 31, der in der Düsenanordnung ausgebildet ist. Während des Betriebes wird ein Luft-Pulver-Gemisch durch die fluchtenden Durchlaufkanäle gempumpt, die durch das Rohr 29, die zylindrische

Ausnehmung 30 und den Kanal 31 gebildet werden. Da sich das Luft-Pulver-Gemisch längs der Längsachse 27 bewegt, wird es durch den Diffusor 23 und sein sich erweiterndes Ende 28 scharf im Winkel nach außen umgelenkt in eine kegel stumpfförmige Form.

Die Sprühpistole 10 hat ferner einen Energie-Speisekreis 33 mit einem Strombegrenzungswiderstand 34. Der Speisekreis 33 umfaßt Vorspannfedern und 36, die in elektrischer Verbindung mit der Elektrode 16 stehen.

Die Sprühpistole 10 ist ferner mit einem Sicherheitsventil versehen, das allgemein mit 40 bezeichnet ist. Dieses Ventil 40 fühlt den Luftdruck an der Fläche 41 ab. Das Sicherheitsventil 40 sperrt sowohl die Pulverzufuhr als auch die Zufuhr elektrischer Energie, falls die Düsenanordnung 18 sich lockert oder von der Sprühpistole 10 abgenommen wird.

Durch den Vorderabschnitt 13 der Sprühpistole wird, wie Fig. 3 zeigt, eine Druckluftkammer 42 gebildet. Die dieser Kammer zugeführte Reinluft hat einen Druck zwischen etwa 0 und 6 kp/cm . Die Düsenanordnung 18 bildet einen ringförmigen Hohlraum 43, der in einen Ringspalt 44 übergeht. Der Ringspalt 44 hat vorzugsweise eine radiale Breite zwischen 0,1 und 0,65mm und insbesondere eine von etwa 0,37 mm. Der Ringspalt 44 erstreckt sich in einer Richtung parallel zur Längsachse 27. Wenn Luft durch den Ringspalt 44 ausgeblasen wird, wird sie längs einer zylindrischen Bahn abgeführt, deren Hauptachse mit der Längsachse 27 zusammenfällt. Die Bahn P dieser Form-Luft schneidet die kegel stumpfförmige Bahn S des Luft-Pulver-Gemisches. Eine Ebene T, die senkrecht zur Längsachse 27 und zur Bahn P liegt, schneidet die kegel stumpfförmige Bahn S und bildet einen spitzen Winkel R mit dieser, der in der dargestellten Ausführungsform etwa 23° beträgt. Der Winkel R kann variieren und er liegt zweckmäßigerweise in einem Bereich zwischen 15° und 30° und vorzugsweise in einem Bereich zwischen 20° und 25°.

Im inneren Teil 19 der Düsenanordnung 18 ist eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung in Abständen angeordneten Bohrungen 46 ausgebildet, die in Verbindung mit dem Lufthohlraum 43 stehen. Das andere Ende der Bohrungen 46 steht in Verbindung mit einer ringförmigen Luftkammer 47, die ihrerseits

an die Druckluftkammer 42 über Kanäle angeschlossen ist, von denen einer, 48, durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Die Luftkammer 43 steht daher voll in Verbindung mit der Druckluftkammer 42, über die Bohrungen 46, die ringförmige Kammer 47 und die Kanäle oder Bohrungen 48.

Bei Verwendung eines automatischen Systems wird der Luftdruck in der Druckluftkammer 42 und damit auch in der Luftkammer 43 von einer entfernten Stelle aus geregelt. Es ist nicht erforderlich, einen Deflektor o.dgl. manuell einzustellen, um das Luft-Pulver-Gemisch, das aus der Sprühpistole ausgetragen wird, zu formen.

In der hier beschriebenen Ausführungsform wird der Druck der Luft in den Kammern 42 und 43 auf etwa 0-6 kp/cm (überdruck) eingestellt. Wenn das Luft-Pulver-Gemisch durch das Rohr 29 strömt und längs der Bahn S nach außen in Kegel stumpfform abgelenkt wird, wird die Form-Luft aus dem Ringspalt 44 in Richtung der zylindrischen Bahn P ausgeblasen. Diese Form-Luft schneidet die kegel stumpfförmige Bahn S und trifft auf das Pulver-Luft-Gemisch auf. Die Aufstoßkraft drückt das Luft-Pulver-Gemisch in eine Form oder Formen kleinerer Fläche, wenn der Luftdruck erhöht wird. Wird der Luftdruck erniedrigt, so nimmt stromabwärts die Form bzw. die Fläche zu, wobei die maximale Fläche oder die größte Form, oder das größte Feld dann vorhanden ist, wenn der Luftdruck bzw. der Luftüberdruck den Wert Null hat. Es wurde gefunden, daß die Übertragungs-Leistungsfähigkeit besonders bei größeren Flächen durch das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung stark verbessert wird.

Die Übertragungs-Leistungsfähigkeit bzw. der Übertragungs-Wirkungsgrad ist die Menge an Pulver, die auf das Werkstück aufgebracht worden ist, im Verhältnis zu der Menge an Pulver, die durch die Sprühpistole hindurchgeströmt ist.

Die nachstehenden Versuchsergebnisse zeigen, daß bei der größten Flächengröße, in welcher viele industrielle Farbauftrag-Verfahren betrieben werden, die Vorrichtung nach der Erfindung, wie in Fig. 3 gezeigt und in der Tabelle bezeichnet als "DeVilbiss FL" einen beträchtlich höheren Übertragungs-Wirkungsgrad hat.

Versuchs- Vorrichtung	Übertragungs wirkungsgrad	Maximales effektives Feld	Strömungs rate
DeViIbiss FL.	91%	48,0 cm	200 gr./min.
DeViIbiss Standard EHP-504	81%	39,5 cm	200 gr./min.
N	84%	48,0 cm	200 gr./min.
G	78%	40,5 cm	200 gr./min.

Die Vorrichtung DeVilbiss Standard EHP-504 ist eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik, die Wirbelluft zur Formung des Feldes aus dem Luft-Pulver-Gemisch verwendet und die in Fig. 5 dargestellt ist.

Die mit N bezeichnete Vorrichtung verwendet auswechselbare Diffusoren mit unterschiedlichen Durchmessern zur Einstellung der Feldgröße.

Die mit G bezeichnete Vorrichtung verwendet einen Diffusor, der längs der Längsachse der Düse verstellbar ist, um die Größe des Feldes des Luft-Pulver-Gemisches zu verändern.

Während des Betriebes werden die aus der Sprühpistole 10 austretenden Pulverpartikel durch die Elektrode 16 elektrostatisch aufgeladen.

Claims

- A 14 644 Chniapion Spark Plug C

Patentansprüche

f \.J Verfahren zum Beschichten eines Gegenstandes mit pulverförmigen Partikeln, insbesondere Farbpartikeln, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luft-Pulver-Gemisch längs einer Längsachse transportiert wird, daß das Luft-Pulver-Gemisch im Winkel nach außen in eine im wesentlichen kegel stumpfförmige Form umgelenkt wird, daß ein Formungs-Luftstrom längs einer zylindrischen Bahn transportiert und zum Schnitt mit der kegel stumpfförmigen Bahn des Luft-Pulver-Gemisches gebracht wird, und daß der Formungs-Luftstrom ausreichend kräftig ist, um den Außenumfang des Luft-Pulver-Gemisches zu formen, wodurch stromabwärts des Auftreffbereiches die Größe des Luft-Pulver-Gemisch-Stromes auf einen vorgegebenen Wert reguliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft des Formungs-Luftstromes eingestellt wird, um die stromabwärtige Größe des Luft-Pulver-Gemisch-Stromes zu verändern.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverpartikel elektrostatisch aufgeladen werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Längsachse und zu der zylindrischen Bahn senkrechte Ebene mit der kegel stumpfförmigen Bahn des Luft-Pulver-Gemisches einen spitzen Winkel bildet.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Formungs-Luftstromes zwischen 0 und

2
etwa 6 kg/cm liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winkel zwischen 20° und 25° liegt.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einem längsverlaufenden Luft-Pulver-Kanal, der eine Längsmittellinie hat, einem längs dieser Mittellinie angeordneten Diffusor, der an das Autragende des Luft-Pulver-Kanal es angrenzt, daß der Diffusor eine abgewinkelte Bahn bildet, die in Verbindung mit dem Luft-Pulver-Kanal steht, und daß ferner das Gehäuse einen zylindrischen Reinluft-Kanal aufweist, durch welchen Luft in einer Bahn parallel zur Mittellinie ausblasbar ist, daß diese Luft-Bahn die abgewinkelte Bahn schneidet, so daß die Reinluft auf das Luft-Pulver-Gemisch auftrifft, das sich längs der abgewinkelten Bahn bewegt, um dieses Gemisch auf eine vorgegebene Größe zu formen, und durch Einrichtungen zur elektrostatischen Aufladung des Pulvers.