DE3709508A1 - Vorrichtung zum elektrostatischen beschichten von werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige, beispielsweise zum Beschichten von Fahrzeug­ rohkarossen dienende Vorrichtung , bei der im Gegensatz zu konventionellen Systemen statt des Sprühkopfes nur eine Anordnung von Außenelektroden auf Hochspannungspotential gelegt wird, hat bekanntlich wesentliche Vorteile bei Verwendung leitfähiger Sprühstoffe wie den sogenannten Wasserlacken (vgl. DE-OS 34 29 075 und P 36 09 240.1). Insbesondere werden erhebliche Isolationsprobleme vermieden, da das gesamte Lackleitungssystem bis zum Sprühkopf geerdet werden kann. Bei einer derartigen Vorrichtung mit Außenelektroden ist es jedoch äußerst schwierig, im Betrieb bei gutem Auftragungswirkungsgrad, der von einer guten Aufladung des abgesprühten Beschichtungsmaterials abhängt, eine Verschmutzung der Sprüheinrichtung, der Elektroden und deren Halteranordnung durch das Beschichtungsmaterial zu vermeiden. Eine Verschmutzung des Elektrodenbereiches hat einen Leistungsabfall , d.h. geringeren Wirkungsgrad zur Folge, was wiederum die Neigung zu noch stärkerer Verschmutzung durch das abgesprühte Material weiter verstärkt. Die aus der DE-OS 34 29 075 bekannte Vor­ richtung soll aus diesem Grund nur zwei, drei oder allenfalls vier Aufladeelektroden haben, die in je einem radial vom Außengehäuse des Sprühkopfes abstehenden und axial in Richtung zum zu beschichtenden Werkstück vorspringenden Halter aus Kunststoff eingebettet sind. Jeder dieser Halter ist am hinteren Ende fest mit einem auf das Außengehäuse aufgesetzten, ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Ringkörper verbunden.

Die in der Anmeldung P 36 09 240.1 beschriebene Vorrichtung soll stattdessen einen das Außengehäuse des Sprühkopfes mit Abstand umgebenden Ringkörper aus Isoliermaterial aufweisen, von dem eine Vielzahl von nadelförmigen Elektroden ggf. in fingerartigen Ansätzen vorspringen, und in dem ein die Elektroden ringartig miteinander verbindender, an eine Hochspannungsleitung angeschlossener elektrischer Leiter isoliert angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere ein gleichmäßigeres Sprühbild erzielt werden als bei nur drei oder vier Einzelelektroden. Obwohl sich diese Konstruktionen in der Praxis bereits bewährt haben, konnten bei gewissen Betriebsbedingungen noch nicht alle Schwierigkeiten hinsicht­ lich der erwähnten Verschmutzungsgefahr vermieden werden. Nicht nur auf den Isolierflächen an den Elektroden selbst, sondern insbesondere auch an den radial an dem Außengehäuse des Zerstäubers abstehenden, die Elektrodenanordnung tragenden Stützen sowie auf dem Zerstäubergehäuse kann sich ein mehr oder weniger großer Anteil der abgesprühten Farb­ partikel niederschlagen, statt zu dem zu beschichtenden Werkstück zu wandern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die im Bereich zwischen dem Zerstäubergehäuse und den Aufladeelektroden noch weniger zur Verschmutzung durch das abgesprühte Beschichtungsmaterial neigt als bisher.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst.

Bei einer Vorrichtung der hier beschriebenen Art mit in der Regel konzentrisch um die Absprühkante verteilten, vorzugsweise geringfügig hinter deren Ebene zurückgesetzten Elektrodenspitzen (oder -schneiden) wird das Beschichtungs­ material mechanisch zerstäubt und mit überwiegend radialer Bewegungskomponente abgesprüht. Im Gegensatz zu der konventionellen Kontaktaufladung des Materials in oder an einem auf Hochspannungspotential liegenden Zerstäuber sind die abgesprühten Partikel zunächst nicht geladen, sondern sie erhalten ihre Ladung erst in mehr oder weniger großer radialer Entfernung von der Absprühkante im Ionisierungs­ bereich der Elektroden, die die Luft in ihrer Umgebung durch Koronaentladung aufladen. Nach dieser mittelbaren Aufladung durch Luftionenanlagerung können die Farbpartikel aufgrund des von den Elektroden erzeugten elektrostatischen Feldes zu dem geerdeten Werkstück wandern. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Gefahr einer Eigenbeschichtung der Vorrichtung im Bereich bis zu den Elektroden wesentlich herabgesetzt werden kann, wenn durch zweckmässige Ausbildung der Vorrichtung, insbesondere durch Verwendung geeigneter Isolierwerkstoffe oder einer Kombination verschiedener Isolierwerkstoffe für die Elektrodenhalteranordnung der erst im Ionisierbereich in entsprechender radialer Entfernung von der Absprühkante erfolgenden Aufladung der Farbpartikel Rechnung getragen wird.

Am Beispiel eines zur Beschichtung von Fahrzeugrohkarossen verwendeten Rotationszerstäubers mit Außenelektroden wird die Erfindung näher erläutert.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung enthält eine Sprüheinrichtung in Form eines Rotationszerstäubers 1 des bekannten Glockentyps, dessen den Sprühkopf bildender Glockenteller 2 vorzugsweise von einer Luftturbine mit hoher Drehzahl angetrieben werden kann. Längs der Achse der Sprüh­ einrichtung verläuft ein Wasserlack oder sonstiges leitfähiges Beschichtungsmaterial von einem Vorratsystem dem Glockenteller 2 zuführendes Metallrohr 3, mit dem das gesamte Beschichtungs­ material bis zur Absprühkante des Glockentellers 2 auf Erdpotential gelegt wird. Ebenfalls auf Erdpotential liegt das zu beschichtende Werkstück (nicht dargestellt), beim hier beschriebenen Beispiel also ein Teil einer Fahr­ zeugkarosse, der in einem axialen Abstand vor dem Glocken­ teller 2 angeordnet wird.

Die Sprüheinrichtung kann ein Außengehäuse 4 aus einem isolierenden Kunststoff aufweisen, in dem sich ein metallisches Innengehäuse 6 befinden kann. Zwischen dem Glockenteller 2 und der Stirnfläche des Außengehäuses 4 erstreckt sich eine mit dem Glockenteller 2 rotierende Abdeckung 5, die wie der geerdete Glockenteller 2 aus Metall bestehen kann. Die Abdeckung 5 könnte auch als gesondertes Bauteil neben dem Glockenteller angeordnet sein.

Zum Aufladen des von der Absprühkante des Glockentellers 2 im wesentlichen radial abgesprühten Beschichtungsmaterials sind bei dem dargestellten Beispiel auf einem zur Achse der Sprüheinrichtung konzentrischen Kreis in gleichmäßigen Winkelabständen nadelförmige Aufladeelektroden 10 vorgesehen. Die Aufladeelektroden 10 sind achsparallel liegend mit ihrem Hauptteil in fingerartige, aus Isolierwerkstoff bestehende Vorsprünge 11 eines kreisförmigen Ringkörpers 12 ebenfalls aus Isolierwerkstoff eingebettet und mit ihren hinteren Enden elektrisch leitend an einen ringförmig alle Elektroden miteinander verbindenden Leiter 13 aus Draht angeschlossen, der zur elektrischen Isolierung vollständig im Inneren des Isolierkörpers 12 eingeschlossen sein soll. Die Elektroden 10 und der Leiter 13 sind über ein Hochspannungskabel 14 an einen Hochspannungserzeuger angeschlossen, dessen Spannung typisch in der Größenordnung zwischen 60 und 100 kV liegen kann. Am Außengehäuse 4 der Sprühvorrichtung ist der Ringkörper 12 durch beispielsweise zwei aus isolierendem Werkstoff bestehende speichenartige Stützen 15 befestigt.

Die Anzahl der Aufladeelektroden 10 soll so gewählt werden, daß sich ein zur Vermeidung einer Verschmutzungsgefahr durch das Beschichtungsmaterial auf der vorderen Stirnfläche des Ringkörpers 12 ausreichend geringer Abstand zwischen den Elektroden ergibt. Bei einem Teilkreisdurchmesser der Elektroden von 400 mm sollen beispielsweise mindestens etwa 18 Elektroden verwendet werden. Wenn man einen kleineren oder größeren Teilkreisdurchmesser für die Elektroden wählt, ist deren mögliche Mindestanzahl in entsprechenden Maße zu verkleinern bzw. zu vergrößern. In einem relativ großen Bereich von Teilkreisdurchmessern um den Wert von 400 mm des hier beschriebenen Beispiels soll dementsprechend der Abstand zwischen den Elektrodenspitzen zwischen etwa 40 und 70 mm betragen. Der radial gemessene Abstand der Elektroden­ spitzen von der Absprühkante des Glockentellers soll wie bei der erwähnten bekannten Vorrichtung größer sein als das Doppelte des Durchmessers (hier ungefähr 70 mm) der Absprühkante. Ein derzeit bevorzugter Bereich möglicher Teilkreisdurchmesser der Elektroden 10 beträgt etwa 350 bis 450 mm. Von Bedeutung für die Verschmutzungsgefahr ist auch die axiale Position der Elektrodenspitzen bezüglich der Ebene der Absprühkante. Wie bei der bekannten Vorrichtung sind die Elektrodenspitzen in Axialrichtung um einen gewissen Abstand hinter die Absprühkante zurückgesetzt. Dieser Abstand wird so gewählt, daß sich ein brauchbarer Kompromiß zwischen der mit abnehmendem Abstand besser werdenden Aufladung des abgesprühten Beschichtungsmaterials und einer zugleich wachsenden Verschmutzungsgefahr ergibt. Bei dem dargestellten Beispiel haben sich axial gemessene Abstände zwischen 25 und 60 mm und vorzugsweise ungefähr 50 mm als brauchbar erwiesen. Generell gilt, daß die vorderen Enden der Auflade­ elektroden axial um weniger als 1/3 des in radialer Richtung gemessenen Abstandes der Elektrodenspitzen von der Absprüh­ kante hinter die Ebene der Absprühkante zurückgesetzt sein sollen.

Bei den bisher in der Praxis verwendeten Vorrichtungen der insoweit beschriebenen Gattung bestand die Elektrodenhalter­ anordnung aus Polypropylen (PP). Hierbei wurde im Betrieb ungeachtet einer optimalen Anzahl und Anordnung von Elektroden in oben beschriebener Weise noch eine gewisse Eigenbeschich­ tung sowohl der Elektrodenhalteranordnung als auch des Außengehäuses des Zerstäubers beobachtet. Dieses Problem kann erfindungsgemäß u.a. durch Verwendung zweckmässiger anderer Isolierwerkstoffe weitgehend vermieden werden. Ins­ besondere hat sich als zweckmässig erwiesen, radiale Stützen 15 aus einem Keramikwerkstoff zu verwenden. Darstellungsgemäß handelt es sich um ein Keramikrohr, in dessen offenes Ende der Ringkörper 12 mit passenden radial nach innen vorspringenden Zapfen unter Abdichtung eingesetzt ist, wie bei 16 dargestellt ist.

Der Ringkörper 12 und/oder die zapfenartigen Vorsprünge 11 können ebenfalls aus einem Keramikwerkstoff bestehen oder stattdessen, insbesondere wenn dies aus konstruktions- und fertigungstechnischen Gründen zweckmässiger ist, aus einem im Sinne der Erfindung geeigneten Kunststoff wie Polyacetat (POM). Die Eignung der genannten Isolierwerkstoffe beruht vermutlich auf deren für die Eigenaufladung und Ladungsableitung im Betrieb maßgeblichen Oberflächenverhalten wie insbesondere dem Oberflächenwiderstand. Am besten wird derVerschmutzungs­ gefahr entgegengewirkt, wenn alle Teile der Elektrodenhalter­ anordnung wenigstens annähernd auf demselben elektrischen Potential liegen wie die jeweiligen Farbpartikel, die beim Absprühen in ihre Nähe gelangen oder gelangen würden. In der Regel ist deshalb eine radial kontinuierliche Potential­ steuerung im Bereich zwischen Zerstäubergehäuse und Elektroden zu bevorzugen.

Vorzugsweise besteht auch das Außengehäuse 4 aus Polyacetat (POM) oder einem sonstigen im oben erläuterten Sinne geeig­ neten Werkstoff.

Ferner kann auch der Glockenteller 2 und/oder die oben erwähnte Abdeckung 5 ganz oder teilweise aus einem im erläuterten Sinn zur Potentialsteuerung geeigneten Material bestehen oder ein geeignetes Material z.B. als Oberflächen­ schicht aufweisen.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel mit einem isolierenden Ringkörper und einer relativ großen Anzahl von Außenelektroden beschränkt, sondern eignet sich beispielsweise auch für die aus der erwähnten DE-OS 34 29 075 bekannten Vorrichtung mit einzeln an je einer Stütze angeordneten Elektroden.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Werkstücken mit einem elektrisch leitfähigen Material,
mit einer Sprüheinrichtung, insbesondere einem Rotations­ zerstäuber;
mit einem den Sprühkopf der Sprüheinrichtung halternden Außengehäuse, in dem sich ein Innengehäuse befindet;
mit einer das Beschichtungsmaterial von einem Vorratssystem einer Absprühkante am Sprühkopf zuführenden Leitung, die mit dem Material bis in den Sprühkopf auf Erdpotential gelegt wird;
mit radial um den Sprühkopf verteilten nadelförmigen Aufladeelektroden, die zum Aufladen des Beschichtungsmaterials und zum Erzeugen eines elektrischen Feldes an einen Hoch­ spannungserzeuger angeschlossen werden,
und mit einer Elektrodenhalteranordnung aus Isolierwerkstoff, in welche die Aufladeelektroden mit Ausnahme ihrer vorderen Enden eingeschlossen sind, insbesondere mit einer oder mehr radial von dem Außengehäuse des Sprühkopfes abstehenden Stützen aus Isolierwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß Potentialsteuermittel vorgesehen sind, durch welche der radiale Potentialverlauf im Bereich der Sprüheinrichtung zwischen dem Innengehäuse (6) und den Aufladeelektroden (10) an die radiale Potentialverteilung des abgesprühten Materials angenähert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialsteuermittel durch die Elektrodenhalteranordnung (15, 12) gebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenhalter­ anordnung wenigstens an einem radial verlaufenden Teil (15) und wenigstens an der dem Werkstück zugewandten Seite aus einem Isolierwerkstoff besteht, dessen Oberflächen­ potential im Betrieb der Sprüheinrichtung in radialer Richtung an die Potentialverteilung des abgesprüh­ ten Materials angenähert ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehr radial verlaufende Stützen (15) der Elektroden­ halteranordnung, welche die Aufladeelektroden (10) enthaltende Isolierteile (11, 12) mit dem Innengehäuse (6) verbinden, wenigstens zum Teil aus Keramik bestehen.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenhalteranordnung wenigstens zum Teil aus Polyacetat- Kunststoff (POM) besteht.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenhalteranordnung wenigstens zum Teil aus einem Kunststoff oder sonstigem Werkstoff mit einem Oberflächen­ widerstand besteht, der ähnlich demjenigen von Polyacetat (POM) oder von Keramik ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprüh­ kopf (2) und/oder eine neben ihm angeordnete Abdeckung (5) wenigstens zum Teil ein zur Potentialsteuerung geeignetes Material aufweisen.