DE3608426A1 - Elektrostatische sprueheinrichtung fuer beschichtungspulver - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Sprüh­ einrichtung für Beschichtungspulver, mit einem Pulverkanal und einer Sprühöffnung an dessen stromabwärtigen Ende, mit einer Pulverablenkeinrichtung stromabwärts nach der Sprühöffnung im radialen Zentrum des Pulverstromes zur Erzeugung einer Gaswand quer zum Pulverstrom, mit einem sich axial durch einen Abschnitt des Pulverkanals und durch die Sprühöffnung in der Pulverkanalachse erstreckenden Träger, welcher mit der Pulverablenk­ einrichtung versehen ist, und mit mindestens einer Elektrode zur elektrostatischen Aufladung des Pulvers innerhalb des Pulverkanals.

Eine solche Sprüheinrichtung ist aus der DE-OS 23 12 363 bekannt. Bei ihr hat die Elektrode die Form eines Ringes, welcher den Pulverkanal umgibt und einen Teil der Kanalwand bildet. Weiterer Stand der Technik ist durch die DE-PS 25 39 627 (Priorität US-PS 39 40 061), DE-OS 16 52 421 (Priorität USA, Serial Nummer 5 72 233), US-PS 36 08 823 und 42 89 278 gegeben.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Beschichtungsqualität und die Wirtschaftlichkeit des Beschichtungsverfahrens mit einer solchen Sprüheinrichtung zu verbessern. Ferner sollen Pulververluste auf dem Weg von der Sprüheinrichtung zu dem zu beschichtenden Gegenstand verringert werden. Außerdem soll mit der Sprüheinrichtung eine dickere Schicht Pulver auf den zu beschichtenden Gegenstand durch einen Sprühvorgang aufgebracht werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Elektrode im radialen Zentrum des Pulverkanals am Träger angeordnet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Träger eine Einrichtung zur Zuführung eines die Elektrode umspülenden und in ihrer Längsrichtung strömenden Gasstromes vorgesehen, welcher vom Träger in den ihn umgebenden Abschnitt des Pulverkanals strömt und dabei elektrische Ladungen von der Elektrode auf das Pulver überträgt.

Vorzugsweise sind mehrere Elektroden um den Träger herum symmetrisch angeordnet.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Ausführungsformen als Beispiele beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Die Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen abgebrochenen Längsschnitt einer elek­ trostatischen Sprüheinrichtung nach der Er­ findung im Maßstab 2 : 1, und

Fig. 2 einen abgebrochenen Längsschnitt einer ver­ einfachten Ausführungsform nach der Erfin­ dung.

Die elektrostatische Sprüheinrichtung nach der Erfindung hat gemäß Fig. 1 einen rohrartigen Grundkörper 2, welcher aus 3 koaxial ineinander angeordneten Einzelteilen 4, 6 und 8 besteht. Durch den innersten Teil 8 erstreckt sich axial ein Pulverkanal 14, dessen stromabwärtiges Ende mit einer Sprühöffnung 18 versehen ist. Im Pulverkanal 14 befindet sich eine Einrichtung 22 mit einem stabförmigen Träger 25, welcher sich axial längs der Kanalachse 20 des Pulverkanals 14 erstreckt und diesem entlang des Trägers 25 eine ringförmige Querschnittsform gibt, während der Pulverkanal 14 stromaufwärts der Einrichtung 22 einen hohlzylindrischen Abschnitt 72 hat. Ein Gaskanal 24 erstreckt sich durch den Träger 25 längs der Kanalachse 20. Der Gaskanal 24 steht mit einem Gasanschluß 28 in Verbindung. Im Gaskanal 24 liegt eine elektrische Leitung 48, welche an eine elektrische Hochspannungsquelle angeschlossen ist, welche, wie bekannt, entweder im Grundkörper 2 angeordnet oder extern angeordnet sein kann. Der im Querschnitt ringförmige Kanalabschnitt 68 ist nach außen durch eine zylindrische Wand 72 und innen durch eine zylindrische Mantelfläche des stabförmigen Trägers begrenzt.

Der Gaskanal 24 mündet über zwei Gasauslaßöffnungen 80, die im Träger 25 gebildet sind, in den im Querschnitt ringförmigen Abschnitt 68 des Pulverkanals 14. Diese Gasauslaßöffnungen 80 sind durch Bohrungen gebildet, die nicht radial, sondern schräg zur Pulver-Strömungsrichtung entsprechend den Zeichnungen verlaufen, so daß sie zur Sprühöffnung 18 hin geneigt sind. Sie sind gleichmäßig um den Umfang des Trägers 25 verteilt. In jeder Gasauslaß­ öffnung 80 befindet sich eine Elektrode 82, die jede an die elektrische Leitung 48 angeschlossen ist. Die Elektroden­ enden 84 enden vorzugsweise ungefähr in der Mantelfläche 70. Die Elektrodenenden 84 können auch z. B. 0,1 bis 3,0 mm vor der Mantelfläche 70 enden, oder geringfügig über diese hinausragen. Im letzteren Falle ist ein stärkerer Gasstrom zur Sauberhaltung der Elektrodenenden erforderlich. Der Durchmesser der Gasauslaßöffnungen 80 ist nur wenig größer als der Durchmesser der Elektroden 82. Statt zwei, könnte auch nur eine Gasauslaßöffnung 80 vorgesehen sein, jedoch ergeben zwei oder mehr Gasauslaßöffnungen 80 mit je mindestens einer Elektrode 82 bessere elektrostatische Wirkungen. Da die Elektroden 82 in den Gasauslaßöffnungen 80 untergebracht sind und von dem Gas des Gaskanals 24 umspült werden, kann an diesen Elektroden kein Pulver ablagern, auch wenn über den Gaskanal 24 nur wenig Gas oder Gas mit verhältnismäßig niedrigem Druck zugeführt wird.

Der Träger 25 ist außerhalb der Sprühöffnung 18 mit einer Pulverablenkeinrichtung zum im wesentlichen radialen Ablenken des aus der Sprühöffnung 18 austretenden Pulvers versehen. Diese Pulverablenkeinrichtung 102 hat eine quer zur Längsrichtung des Pulverkanals 18 ausmündende ringförmige Quergas-Öffnung 104 zur Erzeugung einer Gaswand 106 quer zur Längsrichtung 20 des Pulverkanals 14. Anstelle von einer ringförmigen Öffnung 104 kann auch eine Vielzahl von im wesentlichen radial ausmündenden Öffnungen zur Erzeugung einer kreisscheibenförmigen Gaswand 106 quer zum Pulverkanal 14 vorgesehen werden. Der Gaskanal 24 versorgt über radiale Bohrungen 108 und einen sich anschließenden Ringkanal 110 die Quergas-Öffnung 104 mit Gas, vorzugsweise Luft. Die Quergas-Öffnung 104 ist durch einen Ringspalt zwischen der Stirnseite 112 des Trägers 25 und einer stirnseitig in den Träger eingesetzten Kappe 114 gebildet. Der Träger 25 hat auf seiner gesamten Länge bis zur Kappe 114 einen gleichbleibenden Durchmesser, welcher gleich groß ist wie der Durchmesser der Kappe 114. Abweichend hiervon könnten der Träger 25 und die Kappe 114 verschiedene Durchmesser haben.

Der Abstand 116 der Elektrodenenden 84, und damit auch der radiale Mittelpunkt der Gasauslaßöffnungen 80 in der Mantelfläche 70, vom stromabwärtigen Ende 118 der Sprüh­ öffnung 18 ist im wesentlichen gleich groß wie der äußere Durchmesser 117 des Pulverkanals 14 unmittelbar stromaufwärts der Sprühöffnung 18. Unabhängig vom Durchmesser 117 des Pulverkanals 14 beträgt der Abstand 116 vorzugsweise ungefähr 12 mm bis 16 mm. Der bevorzugte Wert ist 14 mm. Der zwischen den Gasauslaßöffnungen 80 und der Sprühöffnung 18 gelegene Pulverkanalabschnitt 119 des Pulverkanals 14 hat infolge des zentralen Trägers 25 eine ringförmige Querschnittsform und wirkt je nach Geschwindigkeit des Gases der Gaswand 106 als Staubereich oder als Sogbereich. Der Pulverkanalabschnitt 119 wirkt dann als Staubereich, wenn das pneumatisch geförderte Pulver durch die Gaswand 106 gestaut und dadurch im Pulverkanalabschnitt 119 komprimiert wird. Zu diesem Zwecke ist die Gasströmung der Gaswand 106 so langsam, daß sie auf den Pulverstrom in der Sprühöffnung 118 keine Saugwirkung ausüben kann. Der Pulverkanalabschnitt 119 wirkt dagegen dann als Sogbereich, wenn das Pulver von dem Gas der Gaswand 106 durch injektorartige Saugwirkung aus dem Pulverkanalabschnitt 119 durch die Sprühöffnung 18 "heraus­ gesaugt" wird. Dies ist dann der Fall, wenn die Strömungs­ geschwindigkeit des Gases der Gaswand 106 größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit des Pulvers im Pulverkanal­ abschnitt 119. In beiden Fällen wirkt die Gaswand 106 als "Prallkörper", durch welchen der Pulverstrom radial ausein­ andergetrieben und zu einer Pulverwolke umgeformt wird. Das Gas des Gaskanals 24 nimmt von den Elektroden 82 elektrische Ladungen auf und injiziert diese elektrischen Ladungen im Pulverkanalabschnitt 119 durch den gesamten Kanalquerschnitt hindurch in den Pulverstrom. Durch den Gasstrom der Gaswand 106 werden die radial inneren Pulver­ teilchen gegenüber den radial äußeren Pulverteilchen verschoben und mit diesen verwirbelt, wodurch die stärker geladenen Pulverteilchen elektrische Ladungen an die schwächer geladenen Pulverteilchen abgeben und weitere elektrische Ladungseinheiten von den Elektroden 82 "nachsaugen".

Alle Teile der Sprüheinrichtung, welche vom Pulver berührt werden, bestehen vorzugsweise aus Kunststoff.

Durch die Erfindung ergeben sich folgende Vorteile:

• a) eine bessere Beschichtungsqualität,
• b) geringerer Energiebedarf,
• c) geringere Pulververluste auf dem Weg von der Sprüheinrichtung zu dem zu beschichtenden Gegenstand,
• d) gleichbleibende Beschichtungsqualität und keine Betriebsunterbrechungen, da eine Verschmutzung der Elektroden durch den Gasstrom und durch die geschützte Unterbringung im Gasauslaß dauerhaft vermieden wird,
• e) die Möglichkeit, auf dem zu beschichtenden Gegenstand eine Pulverschicht größerer Dicke in einem einzigen Sprühvorgang zu bilden.

Die Erfindung hat folgende Wirkungen:

• 1.1.1. Stärkere elektrostatische Aufladung des Pulvers, indem das Pulver im radialen Zentrum des Pulverkanals 14 von den Elektroden 82 elektrostatisch aufgeladen wird und anschließend durch den Gasstrom der Gaswand 106 die Pulverteilchen relativ zueinander verschoben werden, so daß ein Ladungsaustausch zwischen unterschiedlich geladenen Pulverteilchen stattfindet und dadurch neue Ladungen von den Elektroden 84 her "abgesaugt" werden.
• 1.1.2. Das Gas des Gaskanals 24 übernimmt von den Elektroden 82 elektrische Ladungen und treibt diese injektorartig radial von innen nach außen über den ganzen Querschnitt des Pulverkanalabschnitts 119 durch den Pulverstrom, so daß alle Pulverteilchen bereits im Pulverkanalabschnitt 119 elektrostatisch aufgeladen werden.
• 1.1.3. Die elektrischen Feldlinien, die zwischen den elektrisch geladenen Elektroden 82 und dem an Erdpotential liegenden zu beschichtenden Gegenstand verlaufen, haben im wesentlichen keine Streufelder, sondern verlaufen auf idealen Bahnen durch die Gaswand 106 hindurch.
• .12. Im Falle eines Staubereiches unmittelbar stromaufwärts der Sprühöffnung 18 im Pulverkanalabschnitt 119 wird das Pulver darin komprimiert, wodurch eine stärkere Aufladung als im Falle eines Sogbereiches möglich ist. Auch im Falle eines Sogbereiches unmittelbar stromauf­ wärts der Sprühöffnung 18 im Pulverkanalabschnitt 119 erfolgt eine intensive Aufladung aller Pulverteilchen. Die den Elektroden 82 nähergelegenen Pulverteilchen werden stärker aufgeladen als die radial weiter außen gelegenen Pulverteilchen. Durch den Gasstrom der Gaswand 106 werden jedoch die elektrostatisch stärker aufgeladenen Pulverteilchen vom Zentrum radial nach außen getrieben und mit den weniger stark aufgeladenen Pulverteilchen vermischt. Dadurch nehmen schwächer aufgeladene Pulverteilchen zusätzliche Ladungs­ einheiten von stärker aufgeladenen Pulverteilchen auf, so daß alle Pulverteilchen eine ausreichende elektrische Ladung haben, durch welche sie von dem zu beschichtenden Gegenstand angezogen werden und an ihm haften, ohne abzuprallen.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform einer Sprüh­ einrichtung nach der Erfindung. Bei dieser ragen die Elektroden 82 vom Gaskanal 24 radial durch den Träger 25 hindurch, wobei die Elektroden 82 fest in den Träger 25 eingefügt sind und kein Gas vom Gaskanal 24 an den Elektroden vorbei in die Pulverkanalabschnitte 68 und 119 gelangen kann. Die Enden 84 der Elektroden 82 stehen geringfügig aus der Mantelwand 70 des Trägers 25 heraus in den Abschnitt 68 des Pulverkanals 14. Die übrigen Einzelteile stimmen mit denjenigen von Fig. 1 überein, so daß keine erneute Beschreibung erforderlich ist. Auch ist der Abstand der Enden 84 der Elektroden 82 vom stromabwärtigen Ende 118 der Sprühöffnung 18 wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ungefähr gleich groß wie der Durchmesser 117 des Pulverkanals 14 unmittelbar an der Sprühöffnung 18. Hier werden die Elektrodenenden 84 nicht von einem Gasstrom saubergehalten und die elektrischen Leitungen werden nicht von einem Gasstrom in das Pulver injiziert. Dadurch ist die Aufladung des Pulvers nicht so stark und die Beschichtungsqualität nicht ganz so gut wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, und es können sich je nach Pulversorte Pulverablagerungen an den Elektrodenenden 84 bilden. Diese Ausführungsform ist also nicht so günstig wie die Ausführungsform nach Fig. 1. Jedoch werden auch mit der Ausführungsform nach Fig. 2 bessere Beschichtungs­ qualitäten und geringere Pulververluste zwischen Beschichtungseinrichtung und dem zu beschichtenden Gegenstand erzielt. Auch können in einem Sprühvorgang dickere Pulverschichten auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgetragen werden als beim Stand der Technik.

Claims (9)

1. Elektrostatische Sprüheinrichtung für Beschichtungs­ pulver, mit einem Pulverkanal (14) und einer Sprüh­ öffnung (18) an dessen stromabwärtigem Ende, mit einer Pulverablenkeinrichtung (104, 106, 108, 112) stromab­ wärts nach der Sprühöffnung im radialen Zentrum des Pulverstromes zur Erzeugung einer Gaswand (106) quer zum Pulverstrom, mit einem sich axial durch einen Abschnitt (119) des Pulverkanals und durch die Sprüh­ öffnung (18) in der Pulverkanalachse (20) erstreckenden Träger, welcher mit der Pulverablenk­ einrichtung versehen ist, und mit mindestens einer Elektrode (82) zur elektrostatischen Aufladung des Pulvers innerhalb des Pulverkanals, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (82) im radialen Zentrum des Pulver­ kanals (14) am Träger (25) angeordnet ist.

2. Sprüheinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine am Träger (25) vorgesehene Einrichtung (24, 80) zur Zuführung eines die Elektrode (82) umspülenden und in ihrer Längsrichtung strömenden Gasstromes, welcher vom Träger (25) in den ihn umgebenden Abschnitt (119) des Pulverkanals strömt und dabei elektrische Ladungen von der Elektrode auf das Pulver überträgt.

3. Sprüheinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (82) mindestens teilweise in einer Gasauslaßöffnung (80) eines im Träger (25) vorgesehenen Gaskanals (24) untergebracht ist.

4. Sprüheinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bezüglich des Gasstromes stromabwärtige Ende (84) der Elektrode (82) im Bereich zwischen dem stromabwärtigen Ende der Gasauslaßöffnung (80 ) und 3 mm stromaufwärts davon liegt.

5. Sprüheinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bezüglich des Gasstromes stromabwärtige Ende (84) der Elektrode (82) ungefähr am stromabwärtigen Ende der Gasauslaßöffnung (80) liegt.

6. Sprüheinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (116) der Gasauslaßöffnung (80) vom stromabwärtigen Ende der Sprühöffnung (18 ) ungefähr gleichgroß ist wie der Außendurchmesser (117) des ringförmigen Pulverkanalabschnitts (119) an der Sprühöffnung (18).

7. Sprüheinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (116) der Gasauslaßöffnung (80) vom stromabwärtigen Ende der Sprühöffnung (18) im Bereich zwischen 12 mm und 16 mm liegt, vorzugsweise 14 mm beträgt.

8. Sprüheinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (116) des Endes (84) der Elektrode (82) vom stromabwärtigen Ende (118) der Sprühöffnung (18) ungefähr gleich groß ist wie der Außendurchmesser (117) des Pulverkanalabschnitts (119) an der Sprüh­ öffnung (18).

9. Sprüheinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (116) des Endes (84) der Elektrode (82) vom stromabwärtigen Ende der Sprühöffnung (18) im Bereich zwischen 12 mm und 16 mm liegt, vorzugsweise 14 mm beträgt.