DE4240328C2 - Elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung für elektrisch leitfähige, nicht brennbare Beschichtungsflüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Sprühbeschich­ tungsvorrichtung für elektrisch leitfähige, nicht brennbare Beschichtungsflüssigkeit gemäß dem Anspruch 1.

Die elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung nach der Erfindung eignet sich insbesondere für elektrostatische Handsprühpistolen, mit welchen elektrisch leitfähige Beschichtungsflüssigkeit, insbesondere sogenannter Wasserlack, aus einem Lackdruckgefäß auf Gegenstände gesprüht wird.

Ein Lackdruckgefäß aus Metall ist beispielsweise aus der DE 34 40 381 C2 bekannt. Das bekannte Lackdruckgefäß ist durch sein Metall elektrisch leitfähig und muß deshalb auf einen Isoliertisch gestellt werden. Die Beschichtungsflüssigkeit wird von der Sprühvorrichtung, z. B. Handsprühpistole, zerstäubt und elektrostatisch mit einer Spannung zwischen 10 kV und 140 kV elektrostatisch aufgeladen. Dabei bilden sich elektromagnetische Feldlinien zwischen der Sprühvorrichtung und dem zu beschichtenden Gegenstand, entlang welchen die Pulverpartikel auf den Gegenstand fliegen. Da die Beschichtungsflüssigkeit, beispielsweise Wasserlack, elektrisch leitfähig ist, wird über die Beschichtungsflüssigkeit auch das Lackdruckgefäß mit Hochspannung aufgeladen. Damit das mit Hochspannung aufgeladene Lackdruckgefäß nicht berührt werden kann, muß entweder ein Zaun aus Metall im Abstand von ungefähr 2 m um das Lackdruckgefäß herumgebaut werden, oder das Lackdruckgefäß muß in einem separaten Raum aufgestellt werden. In beiden Fällen müssen Türen im Zaun oder zu dem separaten Raum mit Sicherheitsschaltern versehen sein, welche beim Öffnen der Türen die Stromzufuhr zu einem Hochspannungserzeuger für die Erzeugung der Hochspannung unterbrechen und das ganze Hochspannungssystem über einen Trenn-Erdungschalter erden. Eine mit solchen Sicherheitsschaltern oder Erdungsschaltern versehene Beschichtungskabine ist aus der DE 35 26 013 C1 bekannt.

Aus der DE 29 37 890 C ist eine Vorrichtung zur Zufuhr eines elektrisch leitenden Lacks mit einem Zwischenspeicher aus elektrisch isolierendem Material bekannt, in welchen die elektrisch leitende Beschichtungsflüssigkeit zur Unterbrechung des elektrischen Spannungsweges tröpfchenweise zugeführt wird. Der Zwischenspeicher besteht aus Polyethylen und hat einen Einsatz aus Metall, welcher von der Hochspannung einer Sprühvorrichtung, welche das Beschichtungsmaterial zerstäubt und elektrostatisch auflädt, durch das Beschichtungsmaterial ebenfalls aufgeladen wird, welches vom Zwischenbehälter über einen Schlauch der Sprüheinrichtung zugeführt wird. Dieser Stand der Technik zeigt, daß das "Zurückschlagen" der Hochspannung der Sprüheinrichtung von der Sprühvorrichtung durch die elektrisch leitende Beschichtungsflüssigkeit zurück in das Sprühbeschichtungsflüssigkeit-Zufuhrsystem ein großes Problem ist, welches der Fachmann schon auf viele Arten zu lösen versuchte.

Bei den bekannten elektrostatischen Sprühvorrichtungen für elektrisch leitende Lacke bilden das Lackdruckgefäß, die Sprühpistole und der Schlauch, durch welchen der Lack vom Lackdruckgefäß zur Sprühpistole fließt, eine elektrische Kapazität. Vor allem dann, wenn um das metallene Lackdruckgefäß der notwendige Begehungsschutz aus geerdetem Metallgitterzaun gebaut wird, haben wir es durch das Dielektrikum Luft mit einer starken Kondensatorwirkung zu tun, welche die Gesamtkapazität des Systems drastisch erhöht. Diese Kapazität kann an der Sprühdüse der Sprühpistole eine starke elektrische Entladung von der Sprühdüse zu einer Bedienungsperson erzeugen. Es handelt sich hier um die Entladung, die eine Bedienungsperson auf sich ziehen kann, wenn sie ihre Hand während des Lackiervorganges an die Sprühdüse hält. Dabei können die für den Personenschutz maximal zulässigen 350 mJ überschritten werden.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtungen für elektrisch leitfähige, nicht brennbare Beschichtungs­ flüssigkeit auf einfache Weise eine störende oder für Menschen gefährliche elektrische Kapazität zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung eignet sich für elektrische Hochspannungen von wenigen kV bis mehr als 140 kV.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß eine für Menschen gefährliche elektrische Kapazität vermieden wird; daß die Vorrichtung einfach und preiswert ist, daß für den Druckbehälter kein abgesicherter Raum oder geerdeter Metallgitterzaun mit Schutzvorrichtungen, wie beispielsweise Endschalter an der Eingangstür und Hochspannungs-Trenn-Erdungsschalter, benötigt werden; daß der Druckbehälter nicht auf einen Isoliertisch gestellt werden muß; daß der Druckbehälter, welcher aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise aus Kunststoff, besteht, keine eigene Kapazität hat. Das ist ein sehr wesentlicher Unterschied zu den bekannten Druckgefäßen aus elektrisch leitendem Metall.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsformen als Beispiele beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 die elektrostatische Sprühbeschichtungs­ vorrichtung nach der Erfindung mit einem Druckbehälter im Vertikalschnitt längs der Ebene I-I in Fig. 2,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Druckbehälter von Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer elektro­ statischen Sprühbeschichtungsvorrichtung nach der Erfindung, wobei ein Druckbehälter ähnlich wie Fig. 1 im Vertikalschnitt dar­ gestellt ist,

Fig. 4, 5 und 6 drei verschiedene Varianten eines elektrischen Leitungsweges der Sprühbe­ schichtungsvorrichtungen der Fig. 1, 2 und 3.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung nach der Erfindung enthält einen druckdicht verschlossenen Druckbehälter 2, welcher bis zu einem oberen Füllungsniveau 4 mit elektrisch leitfähiger, nicht brennbarer Beschichtungsflüssigkeit 6 gefüllt ist, beispielsweise mit Wasserlack, eine Sprühvorrichtung 8 zum Zerstäuben und elektrostatischen Aufladen des Beschichtungsmaterials 6, und einen Schlauch 10 zur Zufuhr der Beschichtungsflüssigkeit 6 aus dem Druckbehälter 2 zu der Sprühvorrichtung 8. Der Schlauch 10 besteht aus elektrisch isolierendem Material und einem Außenmantel aus elektrisch leitfähigem Kunststoff, welcher an Erdpotential angeschlossen ist. Der Druckbehälter 2 hat auf seiner Oberseite eine Öffnung 12, durch welche er mit der Beschichtungsflüssigkeit bis zu dem oberen Füllungsniveau 4 gefüllt werden kann. Ein Behälterdeckel 14 sitzt druckluftdicht auf dem Rand der Füllungsöffnung 12 des Druckbehälters 2 und ist mit dem Behälter 2 über Flansche 15 und 16 sowie Spannschrauben 17 lösbar verbunden. Im Behälterdeckel 14 ist ein Flüssigkeitsauslaß 20 gebildet, welcher ein Anschlußrohr 22 aufweist, welches in den Druckbehälter 2 und in die darin enthaltene Beschichtungsflüssigkeit 6 bis nahe zum Behälterboden 24 eintaucht und mit seinem am Behälterdeckel 14 befestigten oberen Ende mit dem Schlauch 10 strömungsmäßig verbunden ist. Im Behälterdeckel 14 ist ferner ein Drucklufteinlaß 26 oberhalb des maximalen Füllungsniveaus 4 vorgesehen, welcher durch einen Druckluftschlauch 28 über einen einstellbaren Druckregler 30 an eine Druckluftquelle 32 angeschlossen ist. Stromabwärts des Druckreglers 30 befindet sich am Druckschlauch 28 ein Überdruckventil 29. Die Druckluft der Druckluftquelle 32 treibt bei geöffnetem Druckregler 30 Beschichtungsflüssigkeit 6 vom Druckbehälter 2 durch das Anschlußrohr 22 und dessen Schlauch 10 zur Sprühvorrichtung 8 und aus dieser in Form eines Sprühstrahles 34 auf einen zu beschichtenden Gegenstand. Die Sprühvorrichtung 8 zerstäubt die Beschichtungsflüssigkeit 6. Die Sprühvorrichtung 8 kann entsprechend der Fig. 1 eine Handpistole sein. Sie enthält Elektroden 36 zur elektrostatischen Aufladung der Beschichtungsflüssigkeit vor und/oder nach dem Zerstäuben dieser Beschichtungsflüssigkeit. Für den Zerstäubungsvorgang kann entweder der Druck der Druckluftquelle 32 ausreichen oder eine zusätzliche Druckluftleitung 38 an die Sprühvorrichtung 8 angeschlossen sein. Der Hochspannungserzeuger 40 zur Erzeugung der Hochspannung für die Elektroden 36 kann entsprechend Fig. 1 innerhalb der Sprühvorrichtung 8 oder außerhalb von ihr angeordnet sein. Die Hochspannung kann zwischen mehreren 1000 V und bis zu über 140 000 V betragen. Ein üblicher Wert ist ungefähr 40 000 V. Da die Beschichtungsflüssigkeit 6 elektrisch leitend ist, leitet sie die Hochspannung von den Elektroden 36 der Sprühvorrichtung 8 durch den Schlauch 10 und den Flüssigkeitsauslaß 20 mit dem Anschlußrohr 22 in den Druckbehälter 2. Damit trotzdem kein Kurzschluß entsteht, damit ferner keine Gefahr für elektrische Überschläge auf Personen oder Tiere besteht, und damit der Behälter gefahrlos auch auf leitendem Untergrund 42, beispielsweise einem Tisch aus elektrisch leitendem Material aufgestellt werden kann, bestehen alle Teile der Sprühbeschichtungsvorrichtung, in welchen sich Beschichtungsflüssigkeit 6 befindet, aus elektrisch isolierendem Material. Insbesondere bestehen die Behälterwand 44, der Behälterboden 24, ein Behälterfuß 48, der Behälterdeckel 14, der Drucklufteinlaß 26 und der Flüssigkeitsauslaß 20 mit dem Anschlußrohr 22, der Schlauch 10 und der Druckluftschlauch 28 aus elektrisch isolierendem Material. Vorzugsweise bestehen auch die Köpfe 50 der Schrauben 17 aus elektrisch isolierendem Material. Das elektrisch isolierende Material hat bei allen Teilen eine solche Dicke, daß es die Hochspannung der elektrostatisch aufgeladenen Beschichtungsflüssigkeit gegen die Außenumgebung des Behälters 2 abschirmt. Der Behälter 2 hat ein übliches Fassungsvolumen wie bekannte Druckbehälter für Beschichtungsflüssigkeit.

Im Behälter 2, vorzugsweise an dessen Boden 24, befindet sich ein Erdungskontakt 52, welcher mit der Beschichtungsflüssigkeit 6 im Behälter 2 in Berührung ist und die Hochspannung von der Beschichtungsflüssigkeit 6 über einen elektrischen Leitungsweg 53 mit einem elektrischen Widerstand 54 auf Erdpotential 56 ableitet. Der elektrische Widerstand 54 hat einen so hohen Widerstandswert, daß die elektrostatische Aufladung der Beschichtungsflüssigkeit 6 vor oder nach dem Zerstäuben bei 34 und damit die Beschichtungsqualität nicht beeinträchtigt wird. Andererseits ist der Widerstandswert des elektrischen Widerstandes 54 so bemessen, daß nach dem Abschalten der elektrischen Hochspannung der Elektroden 36 die im Behälter 2 vorhandene kapazitive elektrische Restspannung in kurzer Zeit über diesen Widerstand 54 auf das Erdpotential 56 abfließen kann. Damit ist sichergestellt, daß auch nach dem Abschalten der Hochspannung an den Elektroden 36 keine kapazitiven Spannungen am oder im Behälter 2 mehr vorhanden sind. Der Widerstandswert des elektrischen Widerstandes 54 liegt vorzugsweise zwischen wenigen Mega-Ohm und mehreren Giga-Ohm und ist so groß, daß beim Abschalten der elektrischen Hochspannung der Elektroden 36 die im Behälter 2 vorhandene elektrische Restspannung in weniger als sechs Sekunden vollständig auf Erdpotential 56 abgeflossen ist. Beispielsweise kann der Widerstandswert des Widerstandes 54 ein Giga-Ohm betragen, so daß nach dem Abschalten der Hochspannung die Entladung der Restspannung über den Widerstand 54 nur ungefähr zwei bis drei Sekunden dauert. Der Erdungskontakt 52 kann jede beliebige Form haben. Er muß einen guten elektrischen Kontakt zur Beschichtungsflüssigkeit 6 haben. Der Behälterfuß 48 besteht vorzugsweise aus einer Verlängerung der Behälterwand 44 und erstreckt sich vom Behälterboden 24 aus nach unten. In dem damit gebildeten Hohlraum 58 unter dem Behälterboden 24 ist der Widerstand 54 untergebracht. Durch den Behälterfuß 48 aus ebenfalls elektrisch isolierendem Material hat der Behälterboden 24 einen wesentlich größeren Abstand vom Untergrund 42 als ohne einen solchen Behälterfuß 48.

Anschließend an das Abschalten der Hochspannung der Elektroden 36 kann, nachdem die Restspannung in wenigen Sekunden über den Widerstand 54 abgeflossen ist, der Behälterdeckel 14 durch Lösen der Schrauben 17 gefahrlos geöffnet werden, da keinerlei elektrische Spannung am oder im Behälter 2 mehr vorhanden ist.

Nach dem Abnehmen des Behälterdeckels 14 kann der Behälter 2 neu mit Beschichtungsflüssigkeit 6 gefüllt werden.

Anstelle den Behälter 2 direkt mit Beschichtungsflüssigkeit 6 zu füllen, kann in ihn ein Vorratsbehälter 70 eingesetzt werden, welcher die Beschichtungsflüssigkeit 6 enthält. Voraussetzung ist hierbei entsprechend Fig. 3, daß der Vorratsbehälter 70 nur zu einem solchen Teil aus elektrisch leitfähigem Material besteht, vorzugsweise der Vorratsbehälter-Boden 72, daß dieses elektrisch leitende Material 72 mit dem Erdungskontakt 52 Berührung hat und die Hochspannung von der Beschichtungsflüssigkeit 6 des Vorratsbehälters 70 auf den Erdungskontakt 52 überträgt, ohne daß der Vorratsbehälter 70 eine störende oder für Menschen gefährliche elektrische Kapazität bildet. Der Vorratsbehälter 70 kann von dem Behälterdeckel 14 dicht verschlossen sein, und die Vorratsbehälter-Mantelwand 74 kann unmittelbar an der Behälterwand 44 des Druckbehälters 2 anliegen. Die übrigen Einzelheiten von Fig. 3 sind gleich wie in den Fig. 1 und 2.

Durch die Ableitung der Hochspannung von der Beschichtungsflüssigkeit 6 im Druckbehälter 2 durch den Widerstand 54 auf Erdpotential 56 wird sichergestellt, daß nach dem Abschalten der Hochspannung die im Druckbehälter 2 vorhandene Beschichtungsflüssigkeit nicht mehr elektrisch geladen ist. Dadurch kann unmittelbar nach dem Abschalten der Hochspannung auch der Druckbehälter 2 geöffnet werden, beispielsweise zum Nachfüllen von Beschichtungsflüssigkeit.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform nach der Erfindung ist anstelle eines Widerstandes 54 ein Trennschalter 54 im Erdungsweg zwischen dem Erdungskontakt 52 und dem Erdpotential 56 vorgesehen, welcher beim Einschalten der Hochspannung der Sprühvorrichtung 8 automatisch geöffnet und beim Ausschalten dieser Hochspannung automatisch geschlossen wird. Der Trennschalter 54 verbindet, wenn er geschlossen ist, den Erdungskontakt 52 elektrisch mit dem Erdpotential 56.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist im Behälterdeckel 14 eine verschließbare Öffnung oder ein Leitungsanschluß 80 zum Füllen des Druckbehälters 2 von Fig. 1 oder Vorratsbehälters 70 von Fig. 3 vorgesehen.

Gemäß weiterer Ausführungsformen kann sowohl ein elektrischer Widerstand 54/2 als auch ein Trennschalter 57 parallel und/oder ein Trennschalter 55 seriell zum Widerstand 54/2 im elektrischen Leitungsweg 53 zwischen dem Erdungskontakt 52 und dem Erdpotential 56 vorgesehen sein, wie dies die Fig. 4, 5 und 6 schematisch zeigen.

Claims (6)

1. Elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung für elektrisch leitfähige, nicht brennbare Beschichtungs­ flüssigkeit, mit einem Druckbehälter (2) für die Beschichtungsflüssigkeit (6), einer Sprühvorrichtung (8) zum Zerstäuben der Beschichtungsflüssigkeit, einem Schlauch (10) aus elektrisch isolierendem Material zur Zufuhr der Beschichtungsflüssigkeit (6) vom Druckbehälter (2) zur Sprühvorrichtung (8), mindestens einem Drucklufteinlaß (26) aus elektrisch isolierendem Material in den Druckbehälter (2) oberhalb eines maximalen Füllungsniveaus (4) des Druckbehälters (2), mindestens einem Flüssigkeitsauslaß (20), welcher mit Abstand unterhalb des Drucklufteinlasses (26) in den Behälterinnenraum mündet und an welchen der Schlauch (10) angeschlossen ist, wobei der gesamte Druckbehälter (2) nur aus elektrisch isolierendem Material besteht, welches die Hochspannung der elektrisch aufgeladenen Beschichtungsflüssigkeit (6) im Behälter (2) gegen die Außenumgebung des Behälters (2) abschirmt, mindestens ein Erdungskontakt (52) im Behälterinnenraum so angeordnet ist, daß er mit der Beschichtungsflüssigkeit (6) elektrisch verbunden ist, und ein elektrischer Leitungsweg (53) vorgesehen ist, welcher den Erdungskontakt (52) zur elektrischen Ent­ ladung der Vorrichtung und der Beschichtungsflüssig­ keit mit einem außerhalb des Druckbehälters (2) gelegenen Erdpotential (56) elektrisch mindestens dann verbindet, wenn die Hochspannung abgeschaltet wird.

2. Elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leitungsweg (53) einen elektrischen Widerstand (54; 54/2) im Bereich zwischen wenigen Mega-Ohm und mehreren Giga-Ohm aufweist.

3. Elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leitungsweg (53) mindestens einen Trennschalter (54; 55, 57) aufweist, durch dessen veränderbare Schalterstellung "offen" oder "Leitungsverbindung" der Widerstandswert des Leitungsweges (53) automatisch beim Einschalten der Hochspannung erhöht und beim Ausschalten der Hochspannung reduziert wird.

4. Elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsauslaß (20) ein Auslaßrohr (22) aufweist, welches am Behälterdeckel (14) befestigt ist und im Behälterinneren in die Beschichtungsflüssigkeit (6) eintaucht.

5. Elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (2) auf einer Verlängerung (48) der Behälterwand (44) steht, welche sich vom Behälterboden (24) nach unten erstreckt.

6. Elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material des Druckbehälters (2) Kunststoff ist.