DE3644849A1 - Elektrostatische sprueheinrichtung fuer beschichtungspulver - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Sprüheinrichtung für Beschichtungpulver, mit einem Pulverkanal und einer Sprühöffnung an dessen stromabwärtigem Ende, mit einer Pulverablenkeinrichtung stromabwärts nach der Sprühöffnung im radialen Zentrum des Pulverstromes zur Erzeugung einer Pulverwolke, mit einem sich axial durch einen Kanalabschnitt des Pulverkanals und durch die Sprühöffnung in der Pulverkanalachse erstreckenden Träger, welcher die Pulverablenkeinrichtung trägt und mit einem Gaskanal sowie mit mindestens einer Elektrode zur elektrostatischen Aufladung des Beschichtungspulvers innerhalb des Pulverkanals versehen ist.

Eine solche elektrostatische Sprüheinrichtung ist aus der japanischen Patentanmeldung 54-80 06 mit der Veröffentlichungsnummer 55-99 361 (A) sowie deren auszugsweise Veröffentlichung in "Patents abstracts of japan", Oktober 29, 1980 Vol. 4 Nr. 155 bekannt. Die Pulverablenkeinrichtung besteht aus einem im Durchmesser tropfenförmig dickeren Abschnitt des Trägers und darin gebildeten Öffnungen, welche sternförmig, jedoch in Strömungsrichtung des Pulverstromes nach vorne geneigt, angeordnet sind und eine Gaswand quer zum Pulverstrom erzeugen, um dadurch den Pulverstrom in eine Pulverwolke umzuwandeln. Ferner ist aus der DE-OS 23 12 363 eine elektrostatische Sprüheinrichtung mit einem axial im Pulverkanal angeordneten Träger für eine pneumatische Pulverablenkeinrichtung stromabwärts der Sprühöffnung bekannt, bei welcher eine ringförmige Elektrode stromaufwärts der Sprühöffnung längs eines kurzen Kanalabschnittes die äußere Mantelwand des Pulverkanals bildet. Außerdem ist aus der US-PS 42 89 278 bekannt, eine Elektrode axial im Pulverkanal stromaufwärts von dessen Sprühöffnung in dessen radialem Zentrum anzuordnen und mit Gas zu umspülen, damit sich keine Pulverteilchen an der Elektrode ansetzen können. Dabei kann die Elektrode unmittelbar im Pulverstrom oder in einem in diesen mündenden Gaskanal angeordnet sein. Aus der Veröffentlichung 01 23 964 A1 der europäischen Patentanmeldung 84 103 847.4 ist außerdem eine elektrostatische Sprüheinrichtung mit einer pneumatischen Pulverablenkeinrichtung bekannt, welche sich stromabwärts außerhalb einer Sprühöffnung an einem Träger befindet, welcher sich axial durch die Sprühöffnung in einen Pulverkanal erstreckt. Die Pulverablenkeinrichtung erzeugt über einen im wesentlichen radialen, leicht nach vorne geneigten Ringschlitz einen das Pulver ablenkenden Gasstrom. Der Ringschlitz ist durch die vordere Stirnseite des Trägers und eine vorgesetzte Scheibe gebildet, welche eine an Hochspannung anschließbare Halbleiterelektrode ist. Ferner ist aus der DE-OS 19 32 387 eine elektrostatische Sprüheinrichtung bekannt, bei welcher in einem Kanal zentrisch eine Elektrode axial unmittelbar stromaufwärts einer Sprühöffnung angeordnet ist. In der Mantelwand des Kanals befinden sich axial nacheinander zwei die Elektrode koaxial umgebende Ringschlitzdüsen, über welche von der einen Ringschlitzdüse Luft und von der anderen Ringschlitzdüse Farbflüssigkeit gegen die Elektrode strömt.

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

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Pulverablenkeinrichtung einen Prallkörper aufweist, daß der Träger mit mindestens einer den Gaskanal mit dem Pulverkanal verbindenden Gasauslaßöffnung versehen ist, daß in der Gasauslaßöffnung mindestens eine der Elektroden derart angeordnet ist, daß vom Gaskanal durch die Gasauslaßöffnung in den Pulverkanal strömendes Gas an der Elektrode entlangströmt und dabei elektrische Ladungen von der Elektrode in das Beschichtungspulver injiziert, daß der Abstand des radialen Mittelpunktes der Gasauslaßöffnung in der Mantelfläche des Trägers, und der Abstand des stromabwärtigen Endes der Elektrode, jeweils von einer Querebene der Sprühöffnung an deren stromabwärtigem Ende ungefähr halb so groß ist wie der äußere Durchmesser des im Querschnitt ringförmigen Pulverkanals in dessen Kanalabschnitt zwischen der Gasauslaßöffnung und der Sprühöffnung.

Dadurch werden folgende Vorteile erreicht: Der Prallkörper bildet unmittelbar stromaufwärts der Sprühöffnung im Pulverkanal einen Strömungsstaubereich, in welchem das Pulver verdichtet wird. Da sich die Elektrode in der Gasauslaßöffnung befindet und von deren Gas umströmt und umspült wird, können sich an ihr keine Pulverteilchen festsetzen. Die von der Elektrode ausgehenden elektrischen Feldlinien verlaufen längs von idealen Flugbahnen der Pulverteilchen von der Elektrode zu dem zu beschichtenden Gegenstand, im wesentlichen ohne elektrische Streu- Feldlinien. Die Vermeidung von Streu-Feldlinien führt bei gleicher elektrischer Energie zu einer stärkeren Aufladung der Pulverpartikel, so daß diese besser von dem zu beschichtenden Gegenstand angezogen werden und besser auf ihm haften. Das Gas überträgt die elektrische Ladung der Elektrode in das verdichtete Pulver. Durch die gleichzeitige Wirkung von Verdichtung des Pulvers und Hineinpressen oder Injektion der Ladungsteilchen von der Elektrode mit Hilfe des Gases in das verdichtete Pulver ergibt sich ebenfalls eine verstärkte elektrostatische Aufladung der Pulverpartikel. Diese Wirkungen verringern Verluste an versprühtem Pulver, erzeugen bessere Beschichtungsqualitäten, ermöglichen dickere Pulverschichten auf dem zu beschichtenden Gegenstand pro Sprühvorgang und können zur Energieeinsparung benutzt werden. Am Ende der Elektrode, also an der Elektrodenspitze, findet eine Coronaentladung statt, durch welche sich das Elektrodenende erwärmen kann. Aber auch bei Erwärmung können keine Pulverpartikel an der Elektrode kleben, weil sie vom Gasstrom von der Elektrode abgehalten werden, und weil das Elektrodenende entweder nur gering, vorzugsweise aber überhaupt nicht aus der Öffnung des Gaskanals in den Pulverkanal hinausragt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, welche als Beispiel zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer elektrostatischen Sprüheinrichtung nach der Erfindung mit einem mechanischen Prallkörper zur Zer­ stäubung des Pulvers, und

Fig. 2 einen abgebrochenen Längsschnitt einer abgewandelten Ausführungsform einer elektrostatischen Sprüheinrichtung nach der Erfindung.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten elektrostatischen Sprüheinrichtungen nach der Erfindung haben einen rohrartigen Grundkörper 2, welcher aus drei axial 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 axial zur Kanalachse 20 verlaufende Einrichtung 22, welche einen Gaskanal 24 bildet, der sich längs der Kanalachse 20 erstreckt. 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. Die Einrichtung 22 ist mit einem stabförmigen Träger 25 versehen, 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. Der im Querschnitt ringförmige Kanalabschnitt 68 ist nach außen durch eine zylindrische Kanalwand 62 und innen durch eine zylindrische Mantelfläche 70 des stabförmigen Trägers 25 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. Sie sind gleichmäßig um den Umfang des Trägers 25 verteilt. In jeder Gasauslaßöffnung befindet sich eine Elektrode 82, die jede an die elektrische Leitung 48 angeschlossen ist. Die Elektrodenenden 84 enden ungefähr in der Mantelfläche 70. Vorzugsweise reichen sie nicht bis zur Mantelfläche 70, sondern enden kurz, ungefähr 1 mm, vorher, damit keine Pulverteilchen an ihnen haften können. 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 mit je mindestens einer Elektrode bessere elektrostatische Wirkungen.

Der Träger 25 ist außerhalb der Sprühöffnung 18 mit einer Strömungsablenkeinrichtung zum im wesentlichen radialen Ablenken des aus der Sprühöffnung 18 austretenden Pulvers versehen.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist der Träger 25 stromabwärts der Sprühöffnung 18 mit einem Prallkörper 120 Versehen, welcher im Abschnitt 119 des Pulverkanals 14 zwischen den Gasauslaßöffnungen 80 und der Sprühöffnung 18 eine Stauwirkung erzeugt. Der Prallkörper 120 ist auf seiner von der Sprühöffnung 18 abgewandten Vorderseite mit einer Querluft-Öffnung 124 versehen, welche vom Pulverkanal 24 über Radialbohrungen 128 und einen sich anschließenden ringförmigen Kanalabschnitt 130 mit Gas versorgt wird und dieses im wesentlichen radial über die vordere Stirnfläche 132 des Prallkörpers 120 leitet, um ein Anhaften von Pulver an dieser Stirnfläche 132 zu vermeiden. Zu diesem Zwecke ist die Querluft-Öffnung 124 ringförmig entsprechend Fig. 4 ausgebildet, wobei der Ringradius dieser Öffnung 124 so klein gemacht wird, wie dies technisch nur möglich ist.

Wichtig sind hierbei insbesondere zwei Merkmale:Zum einen, daß die Elektrodenenden 84 sich in den Gasauslaßöffnungen 80 befinden; zum anderen ist der Abstand der Elektrodenenden 84 und damit auch der Abstand des radialen Mittelpunktes der Gasauslaßöffnungen 80 vom stromabwärtigen Ende 118 der Sprühöffnung 18 wichtig, wobei dieser Abstand 126 vorzugsweise ungefähr gleich groß ist wie der Radius des Außendurchmessers 117 des Pulverkanals 14 im Pulverkanalabschnitt 119 unmittelbar stromaufwärts der Sprühöffnung 18.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist identisch mit der Ausführungsform von Fig. 1, wobei bei der Ausführungsform nach Fig.2 zusätzlich im radialen Zentrum des Prallkörpers 120 eine axial ausmündende Gasauslaßöffnung 134 gebildet ist, die mit dem Gaskanal 24 in Verbindung steht und in welcher sich eine vom Gas umströmte weitere Elektrode 136 zur elektrostatischen Aufladung des Pulvers befindet. Die weitere Elektrode 136 ist über einen Verlängerungsdraht 138 ebenfalls an die elektrische Leitung 48 angeschlossen. Das Ende des Verbindungsdrahtes 138 dient als Elektrode 136.

Claims (6)

1. Elektrostatische Sprüheinrichtung für Beschichtungs­ pulver, mit einem Pulverkanal (14) und einer Sprühöffnung (18) an dessen stromabwärtigem Ende, mit einer Pulverablenkeinrichtung (120) stromabwärts nach der Sprühöffnung im radialen Zentrum des Pulverstromes zur Erzeugung einer Pulverwolke, mit einem sich axial durch einen Kanalabschnitt (119) des Pulverkanals (14) und durch die Sprühöffnung (18) in der Pulverkanalachse (20) erstreckenden Träger (25), welcher die Pulverablenkeinrichtung (120) trägt und mit einem Gaskanal (24) sowie mit mindestens einer Elektrode (82) zur elektrostatischen Aufladung des Beschichtungspulvers innerhalb des Pulverkanals (14) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverablenkeinrichtung einen Prallkörper (120) aufweist, daß der Träger (25) mit mindestens einer den Gaskanel (24) mit dem Pulverkanal (14) verbindenden Gasauslaßöffnung (80) versehen ist, daß in der Gasauslaßöffnung (80) mindestens eine der Elektroden (82) derart angeordnet ist, daß vom Gaskanal (24) durch die Gasauslaßöffnung (80) in den Pulverkanal (14) strömendes Gas an der Elektrode (82) entlangströmt und dabei elektrische Ladungen von der Elektrode (82) in das Beschichtungspulver injiziert, daß der Abstand (126) des radialen Mittelpunktes der Gasauslaßöffnung (80) in der Mantelfläche (70) des Trägers (25), und der Abstand des stromabwärtigen Endes (84) der Elektrode (82), jeweils von einer Querebene der Sprühöffnung (18) an deren stromabwärtigem Ende (118) ungefähr halb so groß ist wie der äußere Durchmesser (117) des im Querschnitt ringförmigen Pulverkanals (14) in dessen Kanalabschnitt (119) zwischen der Gasauslaßöffnung (80) und der Sprühöffnung (18).

2. Sprüheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Ende (84) der Elektrode (82) ungefähr in der Ebene der Mantelfläche (70) des Trägers (25) oder bis ungefähr 1 mm stromaufwärts in der Gasauslaßöffnung (80) befindet.

3. Sprüheinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasauslaßöffnung (80) schräg zur Radialrichtung des Pulverkanals (14) in Strömungsrichtung des Beschichtungspulvers geneigt in den Pulverkanal (14) gerichtet ist.

4. Sprüheinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im radialen Zentrum (20) des Prallkörpers (120) eine axiale Gasauslaßöffnung (134) auf der von der Sprühöffnung (18) abgewandten Seite des Prallkörpers (120) axial nach vorne ausmündet, die mit dem Gaskanal (24) in Verbindung steht, und daß in dieser axialen Gasauslaßöffnung (134) eine weitere Elektrode (136) zur elektrostatischen Aufladung des Pulver angeordnet ist.

5. Sprüheinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (120) auf seiner von der Sprühöffnung (18) abgewandten vorderen Körperseite (132) mindestens eine im wesentlichen radial ausmündende Gasauslaßöffnung (124) aufweist, welche im wesentlichen im radialen Zentrum des Prallkörpers liegt und mit dem Gaskanal (24) in Verbindung steht.

6. Sprüheinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (25), gleichmäßig um seinen Umfang verteilt, innerhalb des Pulverkanals (14) stromaufwärts der Sprühöffnung (18) mindestens zwei Gasauslaßöffnungen (80) mit jeweils mindestens einer Elektrode (82) aufweist.