DE3716776A1

DE3716776A1 - Nicht-leitender rotierender zerstaeuber

Info

Publication number: DE3716776A1
Application number: DE19873716776
Authority: DE
Inventors: Herman Robisch; Arthur T Kroll
Original assignee: Graco Inc
Current assignee: Graco Inc
Priority date: 1986-05-19
Filing date: 1987-05-19
Publication date: 1987-12-03
Also published as: JPS62286566A; GB2190606A; FR2598636A1; GB2190606B; GB8711491D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft rotierende Zerstäuber zum Auftragen von Farbe und anderen Materialien in flüssiger zer stäubter Form, insbesondere rotierende Zerstäuber, die zur elektrostatischen Farbversprühung ausgelegt sind.

Die Verwendung von rotierenden Zerstäubern zum Farbauftrag zum Beschichten von Oberflächen ist seit langem im Stand der Tech nik bekannt. Diese Vorrichtungen arbeiten üblicherweise mit einer mit hoher Drehzahl rotierenden Scheibe oder tassenför migen Glocke und tragen einen abgemessenen Strom flüssiger Farbe auf die Oberfläche der Scheibe oder Glocke auf, während diese rotiert. Zentrifugalkräfte bewirken, daß die der Ober fläche der Scheibe oder Glocke angelieferte Farbe an deren Rand in Tröpfchen verteilt wird, welche Tropfen dann in Rich tung der zu beschichtenden Oberfläche abgegeben werden. Rotierende Zerstäuber sind ebenfalls in Verbindung mit elektro statischen Kräften zum Auftragen von Farbe verwendet worden, entweder dadurch, daß der rotierende Zerstäuber in ein elektro statisches Hochspannungsfeld plaziert wird, um die zerstäubten Farbpartikel elektrostatisch zu laden, die dadurch von einem geerdeten Werkstück angezogen werden, oder durch ein unmittelbares Anlegen von Spannung an den rotierenden Zerstäuber, wodurch die Farbtropfen elektrostatisch geladen werden, während sie von Rand der rotierenden Scheibe oder Glocke abgegeben werden.

Bei solchen Anwendungen, bei denen die Spannung unmittelbar am Zerstäuber selber anliegt, beträgt die Spannung üblicherweise zwischen 50 und 150 Kilovolt (kv); daher muß ein hohes Maß an Vorsicht aufgewendet werden, um die an Spannung anliegenden Komponenten vor unbeabsichtigtem Kontakt mit Menschen oder nahe gelegenen Objekten zu schützen. Derartige Systeme sind üblicherweise durch Zäune, Verschläge oder ähnliche Schutz konstruktionen vor jedem möglichen Kontakt geschützt.

Die Gefährlichkeit der elektrostatischen rotierenden Zerstäuber des Stands der Technik hat den Anwendungsbereich hinsichtlich der Art und des Umfangs, in welchem ein solches System verwendet werden kann, begrenzt. Beispielsweise können derartige Systeme nur dort verwendet werden, wo eine genügende räumliche Trennung möglich ist, um eine relative Isolation der spannungsbeaufschlagten rotierenden Zerstäubervorrichtungen sicherzustellen, und wo ein hohes Maß an Kontrolle aufrechterhalten werden kann hinsichtlich des Raumes zwischen der Zerstäubervorrichtung und dem Gegenstand, der auf einer Förderlinie an der Vorrichtung vorbeifährt. Es ist äußerste Vorsicht erforderlich, um zufällige Spannungs entladungen in einer Lösungsmittelatmosphäre oder einer Atmos phäre mit anderen flüchtigen Gasen zu verhindern.

Da die bekannten Zerstäuber aus metallenem Material hergestellt sind oder zu einem hohen Prozentsatz metallisches Material in ihrem Aufbau verwenden, ist solchen Zerstäubern in hohem Maße eine elektrische Kapazität eigen. Wenn sie an die Spannungen angeschlossen werden, die üblicherweise beim elektrischen Farb sprühen verwendet werden, akkumulieren diese Zerstäuber einen sehr hohen Betrag elektrischer Energie in Form von kapazitiv gespeicherter Energie.Treten dann Bedingungen auf, bei denen ein Spannungsfunke erzeugt wird, entlädt sich die kapazi tiv gespeicherte Energie des Zerstäubers unverzüglich durch den Funken mit ausreichender Energiemenge, um die Zündung der flüch tigen Lösungsmittel und ähnlichem zu bewirken.

Bei einigen rotierenden Zerstäubern des Stands der Technik wurde versucht, dieses Problem durch Auftragen einer Wider standsschicht auf die Oberfläche der Zerstäuberscheibe oder Zerstäuberglocke zu minimieren. Dieser Versuch ist in der US-PS 29 89 241 beschrieben; der Inhalt besteht in der Lehre, einen Energie-dämpfenden Widerstand zwischen den Hochkapazitäts komponenten des rotierenden Zerstäubers und dem Werkstück einzu fügen. Dieser Dämpfwiderstand absorbiert etwas von der elek trischen Energie, die sonst in Form von Hochenergiefunken abge geben würde, wodurch die Gefahr eines Feuers oder einer Explosion reduziert wird.

Trotz der vorher beschriebenen und anderer Nachteile, die sich aus der Verwendung solcher rotierenden Zerstäuber er geben, haben diese Vorrichtungen in der Industrie eine weite Verbreitung gefunden, da sie eine fein zerstäubte Wolke oder einen feinen Sprühnebel aus Farbe erzeugen, mit dem Ergebnis, daß eine qualitativ hochwertige Beschichtung an dem Werkstück erzielt wird. Es besteht daher ein Bedürfnis, einen rotierenden Zerstäuber mit den innewohnenden Vorteilen eines qualitativ hochwertigen Farbauftrags zu schaffen, der jedoch die damit verbundenen Nachteile mit den verschiedenen Risiken nicht besitzt.

Es wurde herausgefunden, daß die Qualität der Farbzerstäubung unmittelbar in Beziehung zur Drehzahl des rotierenden Zer stäubers steht, nämlich je höher die Drehgeschwindigkeit desto feiner die Vernebelung. Daher ist es nicht unüblich, rotierende Zerstäuber anzutreffen, die im Bereich zwischen 25 000 und 75 000 Umdrehungen pro Minute rotieren, was wiederum zusätzliche Probleme aufwirft. Es ist schwierig und teuer, übliche Lager so auszulegen, daß sie mit derartig hohen Drehgeschwindigkeiten arbeiten; es wurde daher in der Industrie üblich, drehende Zer stäuber zu entwickeln,die unterschiedliche Formen von Luft lagern besitzen, um die drehenden Teile zu lagern. Derartige Lager haben den Vorteil einer langen Lebensdauer der rotierenden Teile, weshalb es wünschenswert ist, solche Lager in den Aufbau eines jeden rotierenden Zerstäubers einzu bauen, der mit weniger Risiken behaftet ist, als die die bis her im Stand der Technik bekannt geworden sind.

Das Konzept, einen Energie-dämpfenden Widerstand zwischen den kapazitiv belasteten Komponenten eines Zerstäubers und dem Werkstück zu verwenden, ist ein Vorteil, der im Stand der Tech nik bekannt ist, zumindest in der oben beschriebenen Form. Konventionelle automatische und manuelle Sprühpistolen machen Gebrauch von diesem Konzept dadurch, daß ein physikalischer Widerstand in einem nicht leitenden Sprühpistolenkörper ein gesetzt wird und zwar etwa in der Nähe des vorderen Endes der Sprühpistole, um die gewünschte elektrische Widerstands dämpfung zu erzielen. Dieses Design einer üblichen Sprühpistole hat die Gefahr, die mit solchen Sprühpistolen verbunden ist, erheblich reduziert, und es ist wünschenswert, ein solches Konzept auch bei rotierenden Zerstäubern anzuwenden. Rotierende Zerstäuber, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, die Verbesserungen wie Luftlageranordnungen verwenden, erfordern, daß sie aus metallenen Komponenten zusammengesetzt werden, die mit hoher Präzision herzustellen sind.

Solchen Komponenten ist es von diesem Erfordernis her eigen, daß keine Verwendung von nicht-leitenden Körpern möglich ist.

Es ist daher wünschenswert, in einen Aufbau eines rotierenden Zerstäubers all die Vorteile miteinander zu kombinieren, die bisher bei üblichen Sprühpistolen bekannt geworden sind, nämlich Luftlagertechnologie und die Technologie der rotierenden Zer stäuber, um einen neuen und verbesserten rotierenden Zerstäuber bereitzustellen, der alle Vorteile der Technologie miteinander vereint.

Der erfindungsgemäße Zerstäuber ist vollständig aus nicht leitendem Material hergestellt, was die Probleme kapazi tiver Energiespeicherung und die damit verbundenen Risiken vermeidet, die zwangsläufig in einer elektrostatischen Sprüh pistole mit metallischen Komponenten existieren. Ein nicht leitendes rotierendes Teil ist um ein festes axiales nicht leitendes rohrförmiges Teil angeordnet, wobei Luftlager oder nicht-leitende Kugellager zwischen beiden Teilen vorge sehen sind. Ein äußeres Gehäuse aus nicht-leitendem Material umschließt teilweise das rotierende Teil, wobei auch hier ein Luftlager zwischen diesen beiden Teilen vorgesehen sein kann. Der Rotor, das Gehäuse und andere nicht leitende Teile werden vorzugsweise aus einem keramischen Material hergestellt. Durch das Gehäuse ragt an einem Ende des rotierenden Teils eine Verbindungsstange, an die eine Scheibe oder eine tassen förmige Glocke aus nicht-leitendem Material befestigt ist, um mit ihr zu drehen. Ein Abschnitt des rotierenden Teils ist mit Turbinenblättern versehen, wobei in dem Außengehäuse ausgebildete Luftkanäle so ausgeformt sind, daß sie unter Druck stehende Luft gegen diese Turbinenschaufeln leiten. Weitere Luftkanäle sind in dem Gehäuse ausgebildet, um eine Quelle unter Druck stehender Luft zwischen den rotierenden und festen Teilen als ein Luftkissen bereitzustellen.

Durch das Gehäuse führt eine Leitung für die Hochspannung, die in einer oder mehreren Nadelelektroden endet. Diese eine oder die mehreren Elektroden ragten im Bereich der rotie renden Scheibe oder Glocke außen am Gehäuse vor. Des weiteren können Luftkanäle in dem Gehäuse vorgesehen sein, um unter Druck stehende Luft nach vorne an der rotierenden Scheibe oder Glocke vorbeizuleiten, um eine Ablenkungs- und Formluft für die zerstäubten Partikel zu liefern, welche von der Kante der rotierenden Scheibe oder Glocke weggeschleudert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand in der Zeichnung näher erläuterter Ausführungsbeispiele beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungs gemäßen Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine Ansicht eines Axialschnitts durch den Gegenstand der Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine Ansicht eines Axialschnitts durch eine weitere Ausführungsform,

Fig. 5 eine Ansicht eines Axialschnitts durch eine nächste Ausführungsform und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Turbinenteils.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer rotierender Zerstäuber 10 dargestellt. Der Zerstäuber 10 besitzt ein äußeres Gehäuse 12, das aus nicht leitendem Material besteht. Zwar werden keramische Werkstoffe bevorzugt, das Gehäuse 12 kann jedoch auch aus Nylon oder einem anderen Kunststoffmaterial hergestellt sein. In dem Gehäuse 12 ist ein Wellenschaft 16 vorgesehen, der vorne aus dem Gehäuse 12 herausragt und an dem freien Ende eine Scheibe oder tassenförmige Glocke 14 trägt. Im rückwärtigen Bereich des Gehäuses sind ein erster und ein zweiter Lufteinlaß 18 bzw. 22 ausgebildet, welche Lufteinlässe nachfolgend näher erläutert werden. An dem Gehäuse 12 bzw. dem Wellenschaft 16 ist ein axialer Flüssigkeitseinlaß 19 vorgesehen. Außen am Gehäuse ist eine äußere Abdeckung 28 herumgelegt. Am vorderen Ende des Gehäuses 12 ist ein ringförmiger Gehäuseabschnitt 24 angeordnet, wobei das Gehäuse 12 in dieses ringförmige Gehäuse 24 eingeschraubt werden kann. Mit diesem ringförmigen Gehäuse 24 sind jeweils ein Rohr 26 und 27 aus nicht-leitendem Material verbunden.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch den rotierenden Zerstäuber 10 in einer Axialebene. Der Wellenschaft 16 ist an einem Ende eines Rotors 17 ausgeformt, wobei beide Teile einstückig aus nicht-leitendem Material hergestellt sein können. Sowohl der Wellenschaft 16 als auch der Rotor 17 bestehen vorzugsweise aus einem keramischen Material, das hinsichtlich der Festigkeit über einen großen variierenden Temperaturbereich, Feuchtigkeitsbe reich und bei anderen Umgebungseinflüssen physikalisch stabil bleibt. Der Rotor 17 ist in einer Öffnung im Gehäuse 12 eng eingepaßt und besitzt eine Turbine 30, die etwa in der Nähe ihres Endes angeformt ist. Die Turbine 30 weist eine Viel zahl über den Umfang verteilter Schaufeln auf, die nachfolgend näher im Detail beschrieben werden. Des weiteren ist er kon zentrisch auf einem festen nicht-leitenden Zuführungsrohr 20 aufgesetzt. Das Zuführungsrohr 20 befindet sich bezüglich des Rotors 17 und des Gehäuses 12 in einer axialen Position und weist über seine gesamte Länge eine mittige Öffnung auf.

Das rückwärtige Ende 19 des Zuführungsrohrs ist an eine Farb quelle oder eine andere Flüssigkeitsquelle ankuppelbar, welche Quelle das zu versprühende Medium unter leichtem Druck anliefert, um eine Transportbewegung der Flüssigkeit zum vorderen Ende des Zuführungsrohrs 20 zu bewirken. Das vordere Ende des Zuführungs rohrs 20 weist eine Öffnung 29 auf, um einer definierten Flüssig keitsmenge den Durchtritt und den Durchfluß zur vorderen Ober fläche 15 der Glocke 14 durch die Öffnungen 13 hindurch zu gestatten. Die Glocke 14 ist mit dem Wellenschaft 16 fest verbunden und dreht mit diesem.

Der Lufteinlaß 22 steht mit einem Kanal 23 im Inneren des Gehäuses 12 in Verbindung. Der Kanal 23 führt zu einer ringförmigen Nut 32 auf der inneren Oberfläche der Öffnung in dem Gehäuse 12 und dient zur gleichmäßigen Verteilung unter Druck stehender Luft um den Rotor 12. Aus der ringförmigen Nut 32 wird unter Druck stehende Luft gleichmäßig über den Spaltenbereich zwischen dem Rotor 17 und der Öffnung im Gehäuse verteilt, fließt zwischen den jeweiligen Oberflächen hindurch und tritt an jedem Ende des Rotors 17 aus. Dieser Luftstrom dient als Luftlagerkissen zwischen dem Rotor 17 und dem festen Gehäuse 12.

Ein weiterer Kanal 33 führt durch den Rotor 17 zu einer ring förmigen Nut 21, die um das Zuführungsrohr 20 herum ausgebildet ist. Die unter Druck stehende Luft, die in diese ringförmige Nut 21 eingeleitet wird, dient einem ähnlichen Zweck, nämlich einen Luftstrom zwischen dem Rotor 17 und dem Zuführungsrohr 20 bereitzustellen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Spalt zwischen der inneren Öffnung des Rotors 17 und dem Zuführungsrohr 20 größer sein als der Spalt zwischen dem Rotor 17 und dem Gehäuse 12. Die unter Druck stehende Luft, die über die ringförmige Nut 21 verteilt wird, dient auch dazu, einen positiven Druck um das Zuführungsrohr 20 aufrecht zu er halten, um ein Ansammeln von Fremdmaterial in diesem Bereich verhindern.

Auch um das Turbinenteil 30 ist eine Luftlageroberfläche aus gebildet und zwar vermittels der Luftströmungswege, die be schrieben worden sind. Die Außenkante 35 der Turbine 30 nimmt unter Druck stehende Luft aus dem Einlaß 22 auf, wobei diese unter Druck stehende Luft einen Luftkissenfilm zwischen dem Turbinenteil 20 und dem Gehäuse 12 bildet. In ähnlicher Weise ist ein Luftkissenfilm zwischen dem Turbinenrand 37 und dem Gehäuse 12 aufrechterhalten, so daß die Kanten 35 und 37 als ein Drucklagerteil dienen, um die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Rotors 17 in dem Gehäuse 12 aufzufangen.

Der Lufteinlaß 18 ist mit einem Kanal 34 im Gehäuse 12 ver bunden, wobei der Kanal 34 mit der Turbinenkammer 36 in Strömungs verbindung steht. Die Turbinenkammer 36 ist eine ringförmige Kammer, die sich um die Turbine 30 herum erstreckt und unter Druck stehende Luft bereitstellt, um die Turbine 30 in der Drehrichtung anzutreiben. Eine Viel zahl von Düsen 38 öffnen sich in die Kammer 36 und sind auf die Schaufeln der Turbine 30 gerichtet. Diese Düsen stellen eine Vielzahl von Luftstrahlen bereit, die unter Druck stehende Luft gegen die Turbinenschaufeln blasen und dadurch die Turbine drehen. Die Turbine 30 ist mit dem Rotor 17 fest verbunden, weshalb der Rotor 17 zusammen mit der Turbine 30 dreht. Es können eine oder mehrere Auslaßöffnung(en) vorgesehen sein. Diese öffnen in einen Bereich,der die Turbine 30 umgibt und dienen dazu, die unter Druck stehende Luft von der Turbine 30 in eine Auffangkammer 42 zu leiten. Die Auffangkammer ist als eine Dämpfungskammer 42 ausgebildet, die sich ringförmig um die Außenumfangsfläche des Gehäuses 12 erstreckt und sie kann mit einem geräuschdämpfenden Material ausgefüllt sein, um das Austrittsgeräusch der unter Druck stehenden Luft zu dämpfen. Eine Vielzahl von Außenöffnungen 43 sind in die Außenwand der Dämpferkammer 42 hineingebohrt, um die Luft zur Atmosphäre gelangen zu lassen.

Das ringförmige Gehäuse 24 ist entweder als ein Teil des Gehäuses 12 ausgebildet oder fest mit dem Gehäuse 12 ver bunden, etwa in der Nähe des vorderen Endes. Das ringförmige Gehäuse 24 ist mit einem nicht-leitenden Rohr 27 versehen, das zur Verbindung mit einer anderen Pressluftquelle ausge bildet ist. Das Gehäuse 24 weist einen ringförmigen Kanal 25 auf, der sich im Inneren erstreckt, sowie eine Vielzahl von Luftdüsenöffnungen 44, die am Gehäuse 24 verteilt sind und in Strömungsverbindung mit dem Kanal 25 stehen. Die Luft düsen 44 sind nach vorne gerichtet und ihre Anzahl kann zwischen 30 und 90 betragen.Sie dienen dazu,eine Vielzahl von nach vorne gerichteten Luftstrahlen bereitzustellen, um das Sprühmuster, wie es von der Glocke 14 abgegeben wird, zu formen. Das ringförmige Gehäuse 24 ist noch, wie oben bereits erwähnt, mit einem nicht leitenden Rohr 26 versehen, das den elektrischen Schaltkreis für die elektrostatische Energieversorgung des Apparats enthält. Das rückwärtige Ende des nicht leitenden Rohrs 26 kann mit einem elektrischen Kabel 27, das die Hochspannung für den Apparat liefert, verbunden werden. Im Inneren des Rohrs 26 ist ein großer Widerstand 45 angeordnet, der als Dämpfungsglied für jegliche kapazitiv gespeicherte Energie dient, die in dem Zuführungs kabel 47 enthalten sein könnte. Der Widerstand 45 ist leitend mit einem elektrischen Kontakt im Gehäuse 24 verbunden. Der Kontakt 46 kann sich ringförmig um das Gehäuse herum erstrecken oder kann ein einzelner Kontaktpunkt sein - dies hängt von dem besonderen Design ab, das für den Apparat gewünscht wird. - Ein kleinerer Widerstand 48 ist leitend mit dem Kontakt 46 verbunden, wobei das vordere Ende des Widerstands 48 an eine Elektrode 50 angeschlossen ist. Die Elektrode 50 ragt nach vorne und dient als Quelle elektro statischer Energie, um eine elektrostatische Farbverteilung sicherzustellen. Es können eine Vielzahl von Elektroden 50 um das Gehäuse 24 herum verteilt sein dies hängt davon ab, ob mehr als ein Elektrodenausgabepunkt gewünscht ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde beispielsweise herausgefunden, daß in zufriedenstellender Weise mit vier Elektroden 50 gearbeitet werden kann, die je weils in einem Winkelabstand von ca. 90° am Gehäuse 24 ver teilt sind. In diesem Fall erstreckt sich der Kontakt 46 um das Innere des Gehäuses 24, wobei ein Einzelwiderstand 48 zwischen dem Kontakt 46 und der Elektrode 50 an jedem der vier Verbindungspunkte vorgesehen ist.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2, aus dem der Aufbau der Turbinenanordnung ersehen werden kann. Um die Außenfläche der Turbine 30 sind Turbinenschaufeln 31 gleichmäßig verteilt. Diese Schaufeln 31 sind so gestaltet, daß sie eine maximale wirksame Fläche zur Aufnahme der Druck luft aus den Düsen 39 besitzen. Wenn Luft verwendet wird, um die Drehbewegung der Turbine 30 zu verursachen, entwickelt sich ein positiver Druck in dem Bereich um die Turbine 30 herum, und es ist erforderlich, daß die Luft in die Dämpfungskammer 42 und anschließend daran an die Atmosphäre abgegeben wird. Zusätzlich wird die unter Druck stehende Luft, die als Luft lagerkissen 51 zwischen dem Rotor 17 und dem Gehäuse 12 ver wendet wird, ebenfalls über den gleichen Weg wie die zur Tur bine 30 zugeführte Luft abgegeben.

Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung in einem Schnitt in der axialen Ebene. Dieses Ausführungs beispiel funktioniert allgemein in der gleichen Weise wie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, obwohl verschiedene konstruktive Unterschiede vorhanden sind. Ein wesentlicher konstruktiver Unterschied betrifft den Rotor 117, insbesondere dessen Luftlagersystem im Verhältnis zum Gehäuse 112.

Der Rotor 117 besteht aus zwei im wesentlichen konisch ge formten Abschnitten, deren Abschnitte mit kleinerem Durchmesser in der Mitte und deren größere Durchmesserab schnitte jeweils an den Enden vorgesehen sind. Die unter Druck stehende Luft, die durch den Lufteinlaß 122 eintritt, wird über den Kanal 123 zu einer Ringkammer 132 geleitet. Die Ringkammer 132 stellt unter Druck stehende Luft für eine gleichmäßige Verteilung über die Außenfläche des Rotors in beide Richtungen ausgehend von dem eingeschnürten Zentral bereich aus zur Verfügung. Dieser Luftfilm strömt von dem Zentrum nach außen zu beiden Enden hin und dient als Luft lagerkissen für den Rotor 117. Dieses in Fig. 4 dargestellte Design des Rotors 117 vermeidet das Erfordernis eines Druck lagers für den Apparat, da die axialen Druckkräfte durch die Form des Rotors 117 ausgeglichen werden.

Unter Druck stehende Luft wird dem Einlaß 118 zugeführt und durch den Kanal 134 zur Turbinenkammer 136 geleitet. Aus der Turbinenkammer 136 strömt die unter Druck stehende Luft durch eine Vielzahl von Düsen 138, die diese Luft gegen die Oberfläche der Turbinenschaufeln 130 strahlen. Die unter Druck stehende Luft bewirkt die Rotation der Turbine 130 und demzu folge des Rotors 117, um auf diese Weise die Drehbewegung der Vorrichtung zu erzeugen. Die Auslaßluft wird gesammelt und durch die Ausläße 140 aus dem Turbinenabschnitt in die Dämpfer kammer 142 geleitet. Aus der Dämpferkammer 142 wird die Luft durch die Öffnungen 142 an die Atmosphäre abgegeben.

Die Funktionen des nicht-leitenden Rohrs 126, das ringförmige Gehäuse 124 und des nicht-leitenden Rohres 126 ist im wesent lichen ähnlich den Bauteilen, die an ähnlicher Stelle unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben worden sind. Beispielsweise kann eine Vielzahl von nach vorne gerichteten Luftdüsen 144 in dem ringförmigen Gehäuse 124 vorgesehen sein, um das von der Glocke 114 abgegebene zerstäubte Farbmuster zu formen und zu steuern. In gleicher Weise kann eine Vielzahl von Elektroden 150 um die vordere Oberfläche des ringförmigen Gehäuses 124 verteilt sein, um die erforderliche elektrostatische Spannung für den elektrostatischen Betrieb bereitzustellen.

Als eine alternative Ausführungsform zum elektrischen Schalt kreis, wie er hier beschrieben wurde, wird vorgeschlagen, daß ein Kaskaden-Spannungsvervielfältiger-Schaltkreis in einem Rohr 126 oder in einem Äquivalent angeordnet sein kann, der eine Hochspannungsvervielfältigung unmittelbar in der Vorrichtung selber bereitstellt. In diesem Fall erfordert der Hochspannungs vervielfältiger lediglich eine relativ niedrige Eingangs spannung, wobei der Kaskaden-Vervielfältiger die notwendige Spannungserhöhung für die Betriebselektrode 150 oder ein Äquivalent bereitstellt. Das Design eines geeigneten Kaskaden- Vervielfältiger-Schaltkreises ist im Stand der Technik bekannt, die Technologie der vergangenen Jahre hat es ermöglicht, einen solchen Schaltkreis auf einem relativ engen Raum zu verwirk lichen, so daß dies von der vorliegenden Erfindung übernommen werden kann.

Fig. 5 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung. Ein nicht-leitendes Gehäuse 212 umgibt einen dreh baren Rotor 217, der von nicht-leitenden Kugellagern 260 und 261 gelagert ist, die eine Drehung relativ zum Gehäuse 212 ermöglichen.Der Rotor 217 besteht aus nicht leitendem Material und weist an seinem vorderen Ende einen nach vorne abstehenden Wellenschaft 216 auf. Der Wellenschaft 216 ist mit einer Glocke oder Scheibe 214 verschraubt, wie es oben beschrieben wurde. Ein ringförmiges, nicht leitendes Gehäuse 224 ist etwa in der Nähe des vorderen Endes des Gehäuses 212 aufge schraubt, wobei da Gehäuse 224 die elektrischen Komponenten einschließlich einer oder mehrerer Elektroden 250, Widerstände 248 und einen elektrischen Schaltkreis 245 aufnimmt. Das ringförmige Gehäuse 224 besitzt des weiteren eine Vielzahl von Luftdüsen 244, welche nach vorne gerichtet sind, um das Sprühmuster, das von der Glocke 214 abgegeben wird, auszurichten. Das Turbinenteil 230 ist mit dem Rotor 217 drehfest verbunden, wobei über Düsen 238 unter Druck stehende Luft auf das Turbinenteil abgestrahlt wird. Die Düsen 238 stehen in Strömungsverbindung mit einer Tur binenkammer 236, die ihrerseits über einen Kanal 234 mit dem Lufteinlaß 218 verbunden sind. Die unter Druck stehende Luft wird über Ausgänge 240 und Öffnungen 243 aus der Vorrichtung an die Atmosphäe abgegeben. Ein nicht-leitender Abstandshalter 263 ist zwischen den Lagern 260 und 261 angeordnet, um die Lager in Lage zu halten.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Turbinenteils 30 oder der anderen ähnlichen Turbinenteile, die beschrieben worden sind. Die Turbinenschaufeln 31 des Turbinenteils 30 sind derart gekrümmt, daß sie unter Druck stehende Luft in etwa im Zentrum des Turbinenteils aufnehmen und zu beiden Seiten nach außen ablenken, wenn die Luft auf das Turbinenteil auftrifft. Die verbrauchte Luft wird nach außen entlang jedes Turbinenrandes abgelenkt und in der oben beschriebenen Weise der Atmosphäre zugeführt.

Es wird darauf hingewiesen, daß alle Komponenten, die in den Figuren erwähnt sind, aus nicht-leitendem Material bestehen, mit Ausnahme der bestimmten elektrischen Verbindungen. Wegen der fast ausschließlichen Verwendung nicht leitenden Materials gibt es keine kapazitive Energiespeicherung durch Ansammlung von Spannung in metallischen Teilen, und daher besteht keine Gefahr einer Funkenentladung als ein Resultat übermäßiger kapa zitiver Energie. Daher stellt die Verwendung nicht leitenden Materials einen fast völlig sicheren Apparat zur Ver fügung, wobei die weitere Verwendung von Widerständen geeig neter Größe, wie in den Figuren dargestellt, eine zusätzliche Sicherheit bietet.

Die einzige kapazitiv gespeicherte Energie, die in Verbindung mit der Erfindung festgestellt werden kann, könnte die Energie sein, die in dem Spannungszuführungskabel gespeichert ist, wobei jedoch die Verwendung eines Widerstands in Strömungs richtung hinter diesem Spannungskabel in geeigneter Weise gegen excessive Entladungsströme schützt. Des weiteren wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung sich damit beschäftigt, unabhängig gesteuerte Luftdruckquellen zur Speisung der je weiligen dargestellten und beschriebenen Lufteinlässe zu ver wenden. Beispielsweise kann die unter Druck stehende Luft, die das Luftlagerkissen für den Turbinenrotor bereitstellt, von einem anderen Druckregulator zur Verfügung gestellt werden, als die unter Druck stehende Luft, die verwendet wird, um die Turbinen anzutreiben. In gleicher Weise ist die unter Druck stehende Luft, die zur Formgebung des Sprüh musters verwendet wird, unabhängig kontrollierbar. Während des Betriebs wird der Apparat in die Nähe der Farbsprühzone, vorzugsweise neben eine Förderlinie angeordnet, die ausgelegt ist, die zu beschichtenden Artikel weiterzutransportieren. Die jeweiligen Luftdrücke werden eingestellt, um ein optimales Vernebelungsmuster von der rotierenden Glocke zu erhalten, dies kann etwa bei Drehzahlen im Bereich von 20 000 bis 80 000 Umdrehungen pro Minute der Fall sein. Die zum Antrieb der Turbine und die zur Bereitstellung der Luftlagerkissen ver wendete Druckluft kann für den optimalen Betrieb des Rotors bei der gewünschten Drehzahl eingeregelt werden. In gleicher Weise wird die als Formluft verwendete Druckluft eingestellt, um die gewünschte Kontrolle über das Sprühmuster zu erzielen, wobei dies in Übereinstimmung mit der Flüssigkeitszufuhr in die Vorrichtung geschieht.

Der Hochspannungsschaltkreis wird eingestellt, um für die optimale Farbversprühung geeignete elektrostatische Kräfte bereitzustellen, wobei all diese Parameter eingeregelt werden, um optimale Gesamtbetriebsbedingungen zu erzielen. Die Vor richtung kann in Verbindung mit anderen ähnlichen Vorrich tungen in einem automatischen Farbsprühsystem verwendet werden, wobei die Zerstäuber in Synchronisation mit den entlang einer Förderlinie angelieferten Gegenständen so kontrollierbar sind, daß ein großer Beschichtungsbereich zur Verfügung gestellt wird. Auf diese Weise können große Gegenstände, beispielsweise Kraftfahrzeugkarosserien,wirksam beschichtet werden, ohne die Gefahr elektrischer Entladung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen der Rotor, der Wellenschaft und das Gehäuse aus Diamonite-P3142-1, ein Keramikwerkstoff, hergestellt von der Firma Diamonite Products, Dewey and Almy Chemical Division, W.R. Grace & Co. Dieses Material besteht aus 95% A1₂ 0₃ und besitzt die folgenden Eigenschaften:

Zugfestigkeit28 500 psi (1 969 kp/cm²) Druckfestigkeit350 000 psi (24 600 kp/cm²) Elastizitätsmodul46,09×10⁶ psi
(ca. 3,9×10⁶ kp/cm²) Dielektrische Festigkeit230 v/mil 1/4″ Dicke.

Der diametrale Spalt zwischen dem Rotor und dem Gehäuse beträgt vorteilhafterweise 0,001 inch (0,0254 mm), der während des Betriebs auf ein Maß von ca. 0,0006 bis 0,0008 inch (ca. 0,015 bis 0,020 mm) abnimmt.

Die vorliegende Erfindung kann in anderen besonderen Formen ausge führt werden, ohne vom Wesen der Erfindung oder wesentlicher Merk male abzuweichen, wobei die beschriebenen und dargestellten Aus führungsbeispiele lediglich darstellender Natur sind und nicht als die Erfindung beschränkend anzusehen sind.

Claims

1. Rotierender Sprühzerstäuber zur Aufnahme von flüssiger Farbe und ähnlichem und zur Verteilung zerstäubter Partikel solcher Flüssigkeiten unter Einfluß elektrostatischer Kräfte, gekennzeichnet durch

a) ein im wesentlichen vollständig aus nicht-leitendem Material hergestelltes Gehäuse mit einer inneren Aus nehmung,
b) einen im wesentlichen vollständig aus nicht-leitendem Material gefertigten Rotor (17), der entlang einer Achse in der Ausnehmung gelagert ist, wobei Lagermittel zur freien Rotation des Rotors (17) relativ zum Gehäuse um eine Achse vorgesehen sind, und mit einer entlang der Achse durch den Rotor führenden Öffnung.
c) ein an dem Rotor (12) fest angebrachtes scheibenförmiges Teil (14), das außen an dem Gehäuse (12) vorsteht,
d) ein fest an dem Gehäuse (12) angebrachtes nicht leitendes Zuführungsrohr (20), das eine erste Öffnung (29) im Bereich des scheibenförmigen Teils (14) und eine zweite Öffnung (19) außerhalb des Gehäuses aufweist,
e) ein drehfest mit dem Rotor (17) verbundenes, in der Gehäuseausnehmung angeordnetes nicht-leitendes Turbinenteil (30),das eine Vielzahl von abstehenden Turbinenschaufeln (31) aufweist,
f) Mittel zum Zuführen einer Hochspannung zur flüssigen Farbe, und
g) Mittel zum Anliefern und Ausblasen von unter Druck stehender Luft gegen die Turbinenschaufeln (31) in dem Gehäuse, wobei zusätzlich Mittel zum Auslaß der Luft aus dem Gehäuse vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Öffnungen in dem Gehäuse im Bereich in der Nähe des scheibenförmigen Teils (14) und durch Luft kanäle, die mit den Öffnungen und einer unter Druck stehenden Luftquelle verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorlagermittel Kanäle (21, 23, 32, 33) aufweisen, um unter Druck stehende Luft in den Bereich zwischen dem Rotor (17) und dem Gehäuse (12) zu liefern.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorlager mittel nicht-leitende, zwischen dem Gehäuse (212) und dem Rotor (217) angeordnete Lager (260, 261) aufweisen.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (17) und das Gehäuse (12) aus nicht-leitendem keramischem Material bestehen.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zuführen einer Hochspannung eine oder mehrere leitende Elektroden (40) aufweist, die außen an dem Gehäuse in der Nähe des scheibenförmigen Teils (14) vorragen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mittel zum Leiten einer Hochspannung zu den Elektroden (50) des weiteren zu mindest ein Widerstandsglied aufweisen, das in dem Gehäuse eingeschlossen ist und elektrisch in Verbindung mit den Elektroden (50) steht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mittel zum Aufbringen einer Hochspannung des weiteren ein Widerstandsteil aufweisen, das elektrisch mit jeder Elektrode verbunden ist und ein gemeinsamer elektrischer Weg zwischen all den Wider standsteilen und einer einzelnen Hochspannungsquelle besteht.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aufbringen einer Hochspannung des weiteren eine Viel zahl von Dioden-Kondensator-Spannungsverdoppler-Schaltkreisen in Serienschaltung in dem gemeinsamen elektrischen Weg aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rotorlagermittel des weiteren Kanäle im Gehäuse aufweisen, um unter Druck stehende Luft in den Bereich zwischen dem Rotor und dem Gehäuse einzuleiten.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor lagermittel des weiteren nicht leitende Lager aufweisen, die zwischen dem Rotor und dem Gehäuse angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorlager mittel des weiteren Kanäle in dem Gehäuse zum Liefern unter Druck stehender Luft in den Bereich zwischen dem Rotor und dem Gehäuse aufweisen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rotormittel des weiteren nicht leitende Lager aufweisen, die zwischen dem Rotor und dem Gehäuse ausgebildet sind.