DE3705815C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrostatische
Sprühpistole mit einem Sprühkopf aus elektrisch isolie
rendem Werkstoff, der eine Material-Austrittsöffnung
und mindestens eine Hochspannungselektrode trägt, mit
deren Hilfe das Material nach dessen Austritt aufgeladen
wird.
Es ist eine Sprühpistole bekannt (DE-OS 26 15 360), bei
der mindestens zwei der Material-Austrittsöffnung benachbarte
Elektroden vorgesehen sind, die über diese Austrittsöffnung
vorstehen, auf einem unterschiedlichen
Potential gehalten werden und daher ein Querfeld erzeugen,
mit dessen Hilfe das austretende Material aufgeladen
werden kann. Bei einer Ausführungsform wird von der Stirnfläche
einer Frontplatte, einem von ihr vorstehenden,
zur Material-Austrittsöffnung etwa konzentrischen, sich
nach vorn verjüngenden Leitkörper und einem ebenfalls
nach vorn überstehenden Rand einer Überwurfmutter eine
Ringnut gebildet. Die Hochspannungselektroden ragen etwa
von der Mitte des Nutgrundes bis zur Oberkante der Ringnut.
Dies ergibt nur einen ungenügenden Schutz vor unbeabsichtigter
Berührung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrostatische
Sprühpistole anzugeben, bei der sich ein verbesserter
Berührschutz bei guter Aufladung des Sprühstrahls
ergibt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrostatische
Sprühpistole mit einem Sprühkopf aus elektrisch isolierendem
Werkstoff, der eine Material-Austrittsöffnung und
im Bereich einer Stirnfläche mindestens eine Hochspannungselektrode
trägt, mit deren Hilfe das Material nach
dessen Austritt aufgeladen wird, wobei die mindestens
eine Hochspannungselektrode sich im Bereich der Schnittlinie
der Stirnfläche des Sprühkopfes mit der Mantelfläche
eines von ihr vorstehenden, zur Material-Austrittsöffnung
etwa konzentrischen, sich nach vorn verjüngenden Leitkörpers
befindet.
Bei dieser Konstruktion befinden sich die Spitzen der
Hochspannungselektroden in einer durch die vom Umfang
des Prühkopfes ausgehende Stirnfläche und den Leitkörper
gebildeten Hohlkehle. Die Hohlkehle liegt im Bereich
der Strömung der durch das austretende Material angesaugten
Sekundärluft. Diese trifft in einem
durch den Leitkörper bestimmten Abschnitt auf das austre
tende Material. Durch die Form und Anordnung des Leitkör
pers kann man den Auftreffabschnitt so wählen, daß eine
optimale Aufladung des Materials erfolgt. Zur besseren
Aufladung trägt auch bei, daß der Leitkörper aus isolie
rendem Material als dielektrischer
Isolator zwischen den Einzelelektroden und dem austreten
den Material mit niedrigem elektrischen Potential wirkt.
Außerdem sind die Elektroden in der Hohlkehle gut gegen
versehentliche Berührungen geschützt. Die radial verhält
nismäßig weit innen liegende Anordnung der Elektroden
erhöht auch die Sicherheit gegen Funkenbildung bei Annä
herung an geerdete Bauteile im Vergleich zu radial weiter
außen angeordneten Elektroden.
Günstig ist es, daß mehrere Hochspannungselektroden etwa
gleichmäßig um die Material-Austrittsöffnung herum ver
teilt angeordnet sind. Die Ionisierung erfolgt dann an
mehreren, gleichmäßig um die Material-Austrittsöffnung
herum angeordneten Stellen, so daß auch die Übergabe
der Ladung an das Material gleichmäßig von allen Seiten
her erfolgt. Die Wirkungsbereiche der Elektroden über
lappen sich, so daß man eine hohe Aufladung des Materials
erhält.
Die Berührungssicherheit wird noch weiter verbessert,
wenn die Hochspannungselektroden nicht oder nur unwesent
lich über die Stirnfläche des Sprühkopfes vorstehen.
Der Überstand sollte höchstens 6 mm und vorzugsweise
weniger als 1 mm betragen. Auch bei nahezu versteckten
Elektrodenspitzen ergibt sich wegen der Vielzahl der
Elektroden eine ausreichende Aufladung.
Die Vereinigungsstelle der ionisierten Luft und des ausge
tretenen Materials kann man nicht nur durch die äußere
Form des Leitkörpers, sondern auch dadurch beeinflussen,
daß der Leitkörper eine zentrische Aussparung besitzt
und die Material-Austrittsöffnung einen axialen Abstand vom vorde
ren Ende des Leitkörpers hat. Hierdurch wird der Abstand
zwischen der Austrittsöffnung und der Auftreffzone ver
größert.
Die besten Ergebnisse zeigen sich, wenn der Leitkörper
so geformt ist, daß eine von der Elektrodenspitze aus
gezogene, den Leitkörper berührende Tangente die Achse
der Material-Austrittsöffnung an einer Stelle schneidet,
an der das Produkt beginnt, sich in Tröpfchen zu zerlegen.
In diesem Bereich ist die Ladungsübergabe besonders inten
siv.
Bei einer Luftzerstäubung sollte eine die Material-Aus
trittsöffnung konzentrisch umgebende Zerstäuberluft-Aus
trittsöffnung innerhalb des Basisdurchmessers des Leit
körpers liegen. Die Elektroden werden dann von der durch
die Zerstäuberluft angesaugten Sekundärluft überstrichen.
Bei einer Ausführungsform sind auf einander gegenüber
liegenden Seiten der Material-Austrittsöffnung Hörner
mit Hilfsluft-Austrittsöffnungen vorgesehen, die Hilfsluft
auf das austretende Produkt richten. Dies ergibt unabhän
gig von der Ionisierung eine Zerstäubungshilfe oder
Strahlformung.
Ferner empfiehlt es sich, daß wenigstens ein Teil der
Hochspannungselektroden in Umfangsrichtung versetzt zu
den Hörnern angeordnet sind. Hierbei wird unabhängig von
der Hilfsluft genügend Sekundärluft zugeführt, damit
der Materialstrahl möglichst stark aufgeladen wird.
Insbesondere können die Hilfsluft-Austrittsöffnungen
so gerichtet sein, daß ihre Achsen die Symmetrieebene
zwischen den Hörnern schneiden und zwar zwischen der Material-Austrittsöff
nung und dem Schnittpunkt der Tangenten mit der Achse
der Material-Austrittsöffnung. Auch diese Maß
nahme trägt dazu bei, daß das konzentrierte elektrostati
sche Feld erst dort im Sprühstrahl wirksam ist, wo dieser
beginnt, sich in Tröpfchen zu zerlegen.
Eine besonders bevorzugte Anwendung ist die Verarbeitung
eines Materials mit mittlerer bis höherer elektrischer
Leitfähigkeit, wie wasserlösliche Lacke oder Trennmittel.
Mit Hilfe des Leitkörpers ergibt sich nämlich eine längere
Strecke zwischen Elektroden und dem aufzuladenden Mate
rial, so daß eine direkte Kontaktierung mit dem Material
verhindert ist.
Die beschriebene Elektrodenanordnung läßt sich sowohl
für Pistolen mit Luftzerstäubung als auch für solche
mit hydrostatischer Zerstäubung ("airless-Verfahren")
anwenden. Wenn Hilfsluft verwendet wird, kann diese bei
Luftzerstäubung der Formung des Sprühstrahls und bei
hydrostatischer Zerstäubung als Zerstäubungshilfe im
airless/Luft-Verfahren ("airless-plus") dienen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung
dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Kopfbereich eines
ersten Ausführungsbeispiels einer elektrostatischen
Sprühpistole,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungs
form,
Fig. 3 eine Vorderansicht auf die Ausführungsform der
Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform
und
Fig. 5 eine Vorderansicht auf die geringfügig abgewandelte
Ausführungsform der Fig. 4.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 weist der Körper 1
einer Sprühpistole einen Sprühkopf 2 aus elektrisch iso
lierendem Werkstoff auf, der durch eine Überwurfmutter 3
mit dem Körper 1 verbunden ist. Im Zentrum des Sprühkop
fes 2 befindet sich ein Düsenkörper 4 mit einem Schlitz
als Material-Austrittsöffnung 5. Dahinter ist eine Dicht
scheibe 6 und ein Einsatz 7 angeordnet, der einen Ventil
sitz 8 trägt und eine Ventilstange 9 umschließt. Eine
Schrägschulter 10 des Körpers 1 hält die Hintereinan
deranordnung von Düsenkörper 4, Dichtscheibe 6 und Ein
satz 7 an Ort und Stelle.
Der Sprühkopf 2 besitzt eine Stirnfläche 11, von der
ein Leitkörper 12 mit konusartiger Oberfläche 13 vorsteht.
Der Düsenkörper 4 befindet sich am vorderen Ende des
Leitkörpers 12. An der Basis des Leitkörpers, also an
der Übergangsstelle zwischen der Stirnfläche 11 und der
konischen Oberfläche 13 befinden sich vier Hochspannungs
elektroden 14, die mit 90° Abstand auf einem Kreis ange
ordnet sind. Sie stehen nicht oder nur unwesentlich her
vor. Da sie sich in einer Hohlkehle befinden, sind sie
außerordentlich gut gegen Berührungen geschützt.
Jede Elektrode 14 ist über eine Leitung 15 mit einem
Verteilerring 16 verbunden. Dieser steht mit einer einen
Schutzwiderstand 18 aufweisenden Hochspannungs-Verbin
dung 19 in Kontakt.
Wenn ein Material unter hohem Druck über einen Kanal 20
zugeleitet und das Ventil 8, 9 geöffnet wird, gibt die
Material-Austrittsöffnung 5 einen Sprühstrahl 21 ab.
Unmittelbar hinter der Austrittsöffnung, beispielsweise
bis zum Abstand a, ist noch ein zusammenhängender Schleier
vorhanden. Dahinter zerfällt er in viele kleine Tröpfchen.
Das mit großer Geschwindigkeit austretende Material reißt
Luft mit sich, so daß Sekundärluft gemäß dem Pfeil 22
an der Stirnfläche 11 und der Konusfläche 13 entlang
strömt. Diese Luft wird durch die Hochspannungselektro
den 14 ionisiert. Sie folgt dem Strömungsantrieb und
dem elektrostatischen Feld.
Die von den Elektro
denspitzen ausgehenden und den Leitkörper 12 berührenden
Tangenten 23 treffen die Achse der Austrittsöffnung im
Abstand b, also dort, wo das Material beginnt, sich in
Tröpfchen zu zerlegen. Da der überwiegende Teil der Luft
erst in diesem Bereich auf den Sprühstrahl 21 auftrifft,
ist eine gute Tröpfchenaufladung sichergestellt. Dies
gilt insbesondere, weil die Ionisation von allen Seiten
her, also konzentrisch erfolgt.
Es kann sich sogar um ein Material mit mittlerer bis
höherer Leitfähigkeit, wie Wasserlack, handeln. Denn
die Abstände zwischen den Elektroden und der Austritts
öffnung bzw. dem Sprühstrahl sind ausreichend groß, um
Überschläge zu vermeiden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 werden für entspre
chende Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet.
Unterschiedlich ist es im wesentlichen, daß der Leitkör
per 112 eine Oberfläche 113 mit einem kleineren Konuswin
kel besitzt und daß im Innern des Leitkörpers eine zentri
sche Aussparung 124 vorhanden, also der Düsenkörper 104
um ein Stück nach hinten zurückgesetzt ist. Beides führt
dazu, daß die ionisierte Luft erst in einem größeren
Abstand von der Austrittsöffnung auf den Sprühstrahl 121
auftrifft, wie es wiederum durch die von den Elektroden
spitzen ausgehenden und den Leitkörper 112 berührenden
Tangenten 123 veranschaulicht ist; hier hat der Schnitt
punkt mit der Achse der Austrittsöffnung 105 den Abstand c
von dieser Austrittsöffnung.
Fig. 3 zeigt, wie die Elektroden 114 gleichmäßig um die
Austrittsöffnung 105 herum angeordnet sind. Die Wirksam
keit der Elektroden ist nicht nur radial gerichtet, son
dern geht im Rahmen des elektrostatischen Feldes auch
zur Seite, also tangential zum Leitkörperkonus. Daher wird Sekundärluft, die über den Bereich I
zuströmt, von einer Elektrode 114 beeinflußt, während
in den dazwischen liegenden Bereichen II und III jeweils zwei
Elektroden wirksam sind. Dies ergibt eine ringsum recht
gleichmäßige Ionisierung der zugeführten Sekundärluft.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 4 und 5 werden
für entsprechende Teile um 200 erhöhte Bezugszeichen
benutzt. Eine durch eine Ventilstange 209 absperrbare
Material-Austrittsöffnung 205 wird über einen Kanal 220
nahezu drucklos mit Material versorgt. Konzentrisch hierzu
ist eine Zerstäuberluftdüse 225 vorgesehen, die über
einen Ringraum 226 und einen Kanal 227 mit Zerstäuberluft
versorgt wird. Auf einander gegenüberliegenden Seiten
sind zwei Hörner 228 und 229 vorgesehen, die Hilfs
luft-Austrittsöffnungen 230 besitzen. Auch hier ist wie
derum der Stirnfläche 211 des Sprühkopfes 202 ein Leit
körper 212 vorgeschaltet. An der Übergangsstelle befinden
sich die Hochspannungselektroden 214.
Die Elektroden 214 können sich zwar, wie in Fig. 4 gezeigt
ist, zum Teil unterhalb der Hörner befinden.
In den meisten
Fällen ist es jedoch für die gleichmäßige Ionisierung
günstiger, wenn die Elektroden 214 in Umfangsrichtung
versetzt zu den Hörnern angeordnet sind. Außerdem sollten
Hilfsluft-Austrittsöffnungen 230 so gerichtet sein,
daß die Hilfsluft auf den Sprühstrahl auftrifft, ehe
die beschriebenen Tangenten die Austrittsachse erreichen.
Auf diese Weise wird die Zerstäubung und die Ionisierung
verbessert.
Die Hörner 228 und 229 können auch bei den hydrostati
schen Zerstäuberdüsen der Fig. 1 und 2 angewendet werden.
Die von diesen auf das Material gerichtete Hilfsluft
unterstützt nicht nur den Zerstäubungsvorgang, so daß
mit einem kleineren hydrostatischen Druck gearbeitet
werden kann, sondern sie wird auch ionisiert und verbes
sert dadurch die Aufladung.
Der Leitkörper kann auch eine andere äußere Form haben,
beispielsweise gewölbt sein. Die Elektroden müssen nicht
genau an der Basis des Leitkörpers plaziert sein, sondern
können in einem gewissen Bereich
angeordnet werden, ohne daß die geschilderten Vorteile
verlorengehen. Die Sprühpistole kann auch in einer Atmo
sphäre aus einem der Luft hinsichtlich der Zerstäubung äquivalenten Gas betrieben
werden.
Claims (9)
1. Elektrostatische Sprühpistole mit einem Sprühkopf
aus elektrisch isolierendem Werkstoff, der eine Mate
rial-Austrittsöffnung und im Bereich einer Stirnfläche
mindestens eine Hochspannungselektrode trägt, mit
deren Hilfe das Material nach dessen Austritt aufgela
den wird, wobei die mindestens eine Hochspannungselek
trode (14; 114; 214) sich im Bereich der Schnittlinie
der Stirnfläche des Sprühkopfes (2; 102; 202) mit
der Mantelfläche eines von ihr vorstehenden, zur
Material-Austrittsöffnung (5; 105; 205) etwa konzen
trischen, sich nach vorn verjüngenden Leitkörpers
(12; 112; 212) befindet.
2. Elektrostatische Sprühpistole nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Hochspannungselektroden
(14; 114; 214) etwa gleichmäßig um die Material-Aus
trittsöffnung (5; 105; 205) herum verteilt angeordnet
sind.
3. Elektrostatische Sprühpistole nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektroden
(14; 114; 214) nicht oder nur unwesentlich über die
Stirnfläche (11; 111; 211) des Sprühkopfes (2; 102;
202) vorstehen.
4. Elektrostatische Sprühpistole nach einem der Ansprü
che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkör
per (112) eine zentrische Aussparung (124) besitzt
und die Material-Austrittsöffnung (105) einen axialen Abstand
vom vorderen Ende des Leitkörpers (112) hat.
5. Elektrostatische Sprühpistole nach einem der Ansprü
che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Luftzer
stäubung eine die Material-Austrittsöffnung (205)
konzentrisch umgebende Zerstäuberluft-Austrittsöffnung
(225) innerhalb des Basisdurchmessers des Leitkörpers (212)
liegt.
6. Elektrostatische Sprühpistole nach einem der Ansprü
che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an einander
gegenüberliegenden Seiten der Material-Austrittsöffnung
Hörner (228, 229) mit Hilfsluft-Austrittsöffnun
gen (230) vorgesehen sind, die Hilfsluft auf das aus
tretende Material richten.
7. Elektrostatische Sprühpistole nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Hochspan
nungselektroden (214) in Umfangsrichtung versetzt
zu den Hörnern (228, 229) angeordnet sind.
8. Elektrostatische Sprühpistole nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsluft-Austritts
öffnungen (230) so gerichtet sind, daß ihre Achsen
die Symmetrieebene zwischen den Hörnern (228, 229) schneiden und zwar
zwischen der Material-Austrittsöffnung (205) und dem
Schnittpunkt der Tangenten (223) mit der Achse der
Material-Austrittsöffnung (205).
9. Verwendung der elektrostatischen Sprühpistole nach
einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Verarbeitung eines
Materials mittlerer bis höherer Leitfähigkeit.
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