DE4105116A1 - Vorrichtung und verfahren zum elektrostatischen beschichten von gegenstaenden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art (EP 1 71 042, EP 2 38 031, EP 2 83 918), die namentlich zur Serienbeschichtung von Kraftfahrzeug-Rohkarossen verwendet werden können, wird das Be­ schichtungsmaterial nur durch die Koronawirkung an den Spitzen der Außenelektroden aufgeladen, während die das Beschichtungsma­ terial von einem Vorratssystem dem rotierenden Element zuführende Leitung mit dem Material bis in den Sprühkopf auf Erdpotential gelegt wird. Damit wird das vor allem bei häufigem Farbwechsel des Beschichtungsmaterials schwierige Isolationsproblem bei Ver­ wendung elektrisch stark leitfähiger Lacke wie z. B. der sogenann­ ten Wasserlacke vermieden.

Für weniger leitfähige Lacke ist es dagegen seit langem üblich, das von einem Rotationszerstäuber abgesprühte Beschichtungsmate­ rial nicht durch Außenelektroden, sondern nur durch den Kontakt mit dem auf Hochspannung liegenden metallischen Sprühkopf aufzu­ laden. Äußere Elektroden wurden hier allenfalls dazu verwendet, die vom Sprühkopf aufgeladenen und abgesprühten Partikel in die gewünschte Richtung zu lenken (GB 21 24 517). Bei den konventio­ nellen Beschichtungsanlagen mit Kontaktaufladung durch den Sprüh­ kopf ist es bekannt und allgemein üblich, die Hochspannung des Sprühkopfes im Betrieb konstant zu halten.

Bei einer elektrostatischen Beschichtungsanlage, in der das von einer Sprüheinrichtung zerstäubte Beschichtungsmaterial durch Korona-Entladung mit Hilfe von äußeren Elektroden aufgeladen wird, ist es ferner schon bekannt, den der Korona-Entladung ent­ sprechenden Betriebsstrom zu messen und während des Betriebes der Beschichtungsanlage diesen Strom durch Regelung der Versorgungs­ spannung der Elektroden konstant zu halten (EP 02 83 936). Der Zweck dieser Maßnahme war, die Gefahr einer Eigenverschmutzung der Sprüheinrichtung durch das abgesprühte Beschichtungsma­ terial zu vermeiden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das als Beschichtungs- oder Niederschlagswirkungsgrad bezeichnete Ver­ hältnis aus der Menge der sich auf dem zu beschichtenden Gegen­ stand niederschlagenden Partikel zur Menge der abgesprühten Par­ tikel zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Vor­ richtung gelöst.

Überraschend wurde nämlich gefunden, daß der Niederschlagswir­ kungsgrad gegenüber der konventionellen Kontaktaufladung an der Absprühkante rotierender Zerstäuber-Glocken od. dgl. erheblich verbessert werden kann, wenn zusätzlich zu dieser Kontaktaufla­ dung eine Außenaufladung durch Koronawirkung erfolgt, wie sie bisher an sich zu anderen Zwecken bekannt war.

Das Beschichtungsmaterial kann elektrisch leitfähig oder aber im Gegensatz zu den eingangs erwähnten bekannten Vorrichtungen von konventioneller Art, also nicht oder nur schwach leitend sein.

An dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungs­ beispiel wird die Erfindung näher erläutert.

Die dargestellte Vorrichtung ist ein Hochrotations-Zerstäuber, dessen Sprühkopf 1 ein rotierendes Element 2 vom bekannten Glockentyp hat, von dessen Absprühkante 3 das Beschichtungsmate­ rial im wesentlichen radial abgesprüht wird. Der Sprühkopf und sein glockenförmiges Element 2 bestehen aus Metall. Das Beschich­ tungsmaterial wird dem Sprühkopf 1 über eine Leitungsanordnung 4 zugeführt, die bis zu einem zugehörigen Versorgungssystem (nicht dargestellt) gegen Erde isoliert ist. Der Sprühkopf ist an eine (nicht dargestellte) Hochspannungsquelle angeschlossen und liegt während der Beschichtung auf Hochspannung, z. B. in der Größenord­ nung von 90 kV.

Konzentrisch mit radialem Abstand von dem Sprühkopf 1 ist ein Ringkörper 6 aus Isoliermaterial angeordnet, der von radial von dem Außengehäuse 5 des Sprühkopfes 1 abstehenden Stützen 9 gehal­ ten wird, und in den beispielsweise nadelförmige Aufladeelektro­ den 7 in an sich bekannter Weise eingesetzt sind. Im Gegensatz zu der schematischen Darstellung sollen die Elektrodenspitzen be­ kanntlich so versenkt angeordnet sein, daß keine Verletzungsge­ fahr besteht. Ein bei 8 angedeuteter, die Aufladeelektroden 7 ringartig miteinander verbindender, an die Hochspannungsquelle angeschlossener elektrischer Leiter ist in dem Ringkörper 6 gegen die dem zu beschichtenden Gegenstand zugewandte Stirnfläche des Ringkörpers isoliert angeordnet. Gemäß einem ersten Ausführungs­ beispiel können die äußeren Elektroden 7 an diesselbe Spannung gelegt sein wie der Sprühkopf 1.

Die gesamte Außenelektroden-Anordnung und ihre Verbindung mit den übrigen Teilen des Hochrotations-Zerstäubers können der in der EP 02 38 031 oder vorzugsweise der in der EP 02 83 918 beschriebenen Vorrichtung entsprechen. Insbesondere können also die Anordnung und der gegenseitige Abstand der Aufladeelektroden 7 so gewählt sein, daß im Betrieb kein wesentlicher Niederschlag von Beschich­ tungsmaterial auf der Stirnfläche des Ringkörpers erfolgt, und im Bereich der Gefahr einer Verschmutzung durch das abgesprühte Beschichtungsmaterial liegende Teile des Außengehäuses und/oder der Elektrodenhalteranordnung können aus einem Fluorkohlenstoff wie namentlich PTFE bestehen. Ferner kann es zweckmäßig sein, daß die Aufladeelektroden 7 in fingerartige Vorsprünge aus dem PTFE oder sonstigem Kunststoff eingebettet sind, die axial von dem Ringkörper 6 in Richtung zu dem zu beschichtenden Gegenstand vorspringen.

In Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels besteht aber auch die Möglichkeit, die Außenelektroden an je einem Elektroden­ halter aus Kunststoff anzuordnen, wie dies in der EP 01 72 042 beschrieben ist.

Bei den oben erwähnten bekannten Vorrichtungen sind die vorderen Enden der äußeren Aufladeelektroden axial hinter die Ebene der Absprühkante des Sprühkopfes zurückgesetzt, also von dem zu be­ schichtenden Gegenstand weiter entfernt als die Absprühkante.

Gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel können sich die Elektrodenspitzen dagegen auch in einer axial vor der Absprüh­ kante näher bei dem zu beschichtenden Gegenstand liegenden Ebene befinden.

Durch Versuche wurde festgestellt, daß sich selbst dann schon eine Verbesserung des Niederschlagswirkungsgrads ergeben kann, wenn man an der Stelle des dargestellten Ringkörpers 6 nur einen einfachen an die Hochspannungsquelle angeschlossenen Metallring vorsieht, der keine Elektrodenspitzen hat. Der Wirkungsgrad wird weiter verbessert, wenn man diesen einfachen, nicht von einer Isolation umgebenen Metallring mit Elektrodenspitzen ähnlich den Aufladeelektroden 7 bestückt. Eindeutig die besten Ergebnisse werden aber dann erzielt, wenn die Aufladeelektroden 7 in der beschriebenen Weise in einen Ringkörper aus Isoliermaterial ein­ gesetzt sind. Wenn der Wirkungsgrad bei Aufladung der abgesprüh­ ten Partikel nur durch den Sprühkopf, also nur durch Kontaktauf­ ladung 100% beträgt, kann sich bei Verwendung des Ringkörpers aus Isoliermaterial (vorzugsweise PTFE) typisch ein Wirkungsgrad von 122% ergeben, während er bei den erwähnten Versuchen in den anderen Fällen 112% oder weniger betrug. Das unterschiedliche Verhalten zeigt sich auch in den hierbei fließenden Strömen, die bei der einfachen Kontaktaufladung 18 µA, bei Verwendung der spitzenlosen Elektrode 20 µA und bei dem einfachen Metallring mit Elektrodenspitzen 120 µA, bei der bevorzugten Ausführungsform dagegen 320 µA betrug.

Ferner wurde festgestellt, daß der Niederschlagswirkungsgrad verbessert wird, wenn in der aus der EP 02 83 936 bekannten Weise während des Betriebes der Beschichtungsanlage der zu den äußeren Aufladeelektroden fließende Korona-Betriebsstrom unter entspre­ chender Änderung der Spannung auf einem vorbestimmten Wert fest­ gehalten und vorzugsweise konstant gehalten wird. In der dort ebenfalls beschriebenen Weise kann der an sich konstant zu hal­ tende Stromwert in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit und/oder sonstigen Umgebungsbedingungen eingestellt oder geändert werden. Insbesondere kann die Versorgungsspannung der Hochspannungs­ quelle in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit gesteuert werden. Wenn die äußeren Aufladeelektroden an derselben Spannung liegen wie der Sprühknopf, kann der gemeinsame Versorgungsstrom geregelt werden.

In Abwandlung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels kann es auch zweckmäßig sein, den Sprühkopf an eine andere, also größere oder kleinere Hochspannung zu legen als die äußeren Aufladeelek­ troden. In diesem Fall besteht die besondere Möglichkeit, die äußeren Aufladeelektroden in der oben erwähnten, an sich bekann­ ten Weise mit konstantem Strom zu versorgen, den Sprühkopf zur Kontaktaufladung des Beschichtungsmaterials dagegen an eine im Betrieb konstant gehaltene Spannung zu legen. Bei einem typischen Beispiel kann der Strom der Außenelektroden in der Größenordnung von 300 oder 400 µA liegen, während die Spannung der von dieser Stromversorgung getrennten Spannungsquelle des Sprühkopfes bei 90 kV gehalten werden kann. Wie dies im einzelnen realisiert wird, ist an sich bekannt und bedarf keiner Beschreibung. Wenn mehrere Sprühvorrichtungen versorgt werden müssen, können z. B. die Sprüh­ köpfe mehrerer Zerstäuber an eine gemeinsame konstant gehaltene Spannungsquelle angeschlossen werden, während gleichzeitig der Strom der äußeren Aufladeelektroden jedes Zerstäubers individuell geregelt werden kann.

Ebenfalls im Hinblick auf die gewünschte Verbesserung des Nieder­ schlagswirkungsgrads kann es vorteilhaft sein, in dem die Außen­ elektroden tragenden Ringkörper 6 einen unter Fluiddruck stehen­ den Fluidkanal vorzusehen (nicht dargestellt), aus dem das Fluid, insbesondere Luft, durch zweckmäßig verteilte Düsen oder sonstige Öffnungen gegen den Beschichtungsmaterialstrahl gerichtet wird, z. B. um diesen zu bündeln. Man kann die Luft auch so austreten lassen, daß sie einseitig wirkt, nämlich beispielsweise den Strahl nach unten drückt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit einem Rotations- oder sonstigen Zerstäuber, an dessen Sprühkopf das Beschichtungsmaterial von einem elektrisch leitenden Element, insbesondere von einem rotierenden Glocken­ oder Scheibenelement im wesentlichen radial abgesprüht wird, mit einem den Sprühkopf halternden Außengehäuse,
mit einer das Beschichtungmaterial von einem Vorratssystem dem Absprühelement zuführenden Leitung,
mit radial um den Sprühkopf insbesondere auf einem zur Sprühkopfachse konzentrischen Kreis mit gleichmäßigen gegenseitigen Winkelabständen verteilten nadelförmigen äußeren Aufladeelektroden, die zum Aufladen des Beschichtungsmaterials an einer Hochspannungsquelle angeschlossen sind,
und insbesondere mit einem mit radialem Abstand von dem Sprühkopf angeordneten Ringkörper aus Isoliermaterial, in den die Aufladeelektroden eingesetzt sind, und in dem ein die Aufladeelektroden ringartig miteinander verbindender, an die Hochspannungsquelle angeschlossener elektrischer Leiter gegen die dem zu beschichtenden Gegenstand zugewandte Stirnfläche des Ringkörpers isoliert angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch das Absprühelement (2) des Sprühkopfes (1) auf Hochspannung gelegt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu den Aufladeelektroden (7) und/oder zu dem Apsprühelement (3) fließende Strom im Betrieb auf einem konstanten oder wenigstens auf einem vorbestimmten Wert festgehalten wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absprühelement (2) an diesselbe Hochspannungsquelle angeschlossen ist wie die äußeren Aufladeelektroden (7).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absprühelement (2) an eine andere Spannung gelegt wird als die äußeren Aufladeelektroden (7).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu den äußeren Aufladelektroden (7) fließende Strom im Betrieb auf einem konstanten oder vorbestimmten Strom festgehalten wird, während das Absprühelement (2) an eine von der Stromversorgung der äußeren Aufladeelektroden (7) getrennte Spannungsquelle angeschlossen ist, deren Spannung im Betrieb konstant gehalten wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus Öffnungen des die äußeren Aufladeelektroden tragenden Ringkörpers (6) ein Fluid (z. B. Luft) so gegen das abgesprühte Beschichtungsmaterial gerichtet wird, daß dieses in eine gewünschte Strahlform gebracht und/oder in eine gewünschte Richtung gelenkt wird.

7. Verfahren zur Betriebssteuerung einer Anlage zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen, in der das von einem elektrisch leitenden Absprühelement abgesprühte Beschichtungsmaterial durch Koronawirkung mit Hilfe von Elektroden geladen wird, die an einen Hochspannungserzeuger mit änderbarer Hochspannung angeschlossen sind, wobei der zu den Elektroden fließende Strom gemessen und während des Betriebes der Anlage auf einem konstanten oder vorbestimmten Wert festgehalten wird, dadurch gekennnzeichnet, daß gleichzeitig das Absprühelement zur Kontaktaufladung des Beschichtungsmaterials an eine konstant gehaltene Hochspannung gelegt wird.