DE8709948U1

DE8709948U1 - Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Werkstücken

Info

Publication number: DE8709948U1
Application number: DE8709948U
Authority: DE
Original assignee: Behr Industrieanlagen GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr Industry GmbH and Co KG
Priority date: 1987-07-20
Filing date: 1987-07-20
Publication date: 1987-10-08

Description

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Besähreibung,

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

cine deiräj:t,iye, beispielsweise Zürn Beschichten von Fshrssug— rohkarossett 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 der sogenannten Wasserlacke (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 i 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 Ver- | schmutzung durch das abgesprühte Material weiter verstärkt. Die '' aus der DE-OS 34 29 075 bekannte Vorrichtung soll aus diesem Grund üur 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.

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Die in der Anmeldung P 36 09 240,1 beschriebene Vorrichtung soll stattdessen einen das Außengehäuse des Sprühkopfes mit Abötänd Umgebenden Ringkörper aus Isoliermaterial aufweisen, von dem eine Vielzähl von nadeiförmigen Elektroden ggf* in fingerärtigen 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 hinsichtlich 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 Farbpartikel 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 Abspxühkante verteilten, vorzugsweise geringfügig hinter deren Ebene zurückgesetzten Elektrodenspitzen (oder -schneiden) wird das Beschichtungsmaterial 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

Ladling eist in mehr öder weniger großem radialer Entfernung von der Absprühkante im lönisierungsbereich der Elektroden, die die Luft in ihrer Umgebung durch Koronaentladung aufladen. Nach dieser mittelbaren Aufladung durch Lüftionenanlagerung können die Farbpartikel aufgrund des von den Elektroden erzeügten 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 durch zweckmäßige Ausbildung der Vorrichtung, nämlich durch Vexwendung geeigneter Isolierwerkstoffs cdsr einer Kombination verschiedener Isolierwerkstoffe wesentlich herabgesetzt werden kann. Hiervon ausgehend wurde überraschend gefunden, daß bei Verwendung von Fluorkohlenstoffen, vor allem aber Polytetrafluoräthylen (PTFE) als Isoliermaterial die Eigenverschmutzung im Betrieb auf ein Minimum herabgesetzt werden kann. Sie ist erheblich geringer als bei allen für das Außengehäuse und die Elektrodenhalteranordnung in der Praxis bisher verwendeten Kunststoffen wie z.B. Polypropylen (PP) oder Polyacetat (POM),

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 Sprüheinrichtung verläuft ein Wasserlack oder sonstiges leitfähiges Beschichtungsmaterial von einem Vorratssystem dem Glockenteller 2 zuführendes Metallrohr 3, mit dem das gesamte Beschichtungsmaterial 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 Fahrzeugkarosse, der in einem axialen Abstand vor dem Glockenteller 2 angeordnet wird.

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Die Sprüheinrichtung hat ein Außengehäuse 4 aus isolierendem Kunststoff, in dem sich ein metallisches Innengehäuse 6 befinden kann. Zwischen dem Glöckenteller 2 und der¹ Stirnfläche des Außengehäüses 4 erstreckt sich eine mit dem Glpckenteller 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 frgi dem dargestellten Beispiel auf einem zur Achse der Sprüheinrichtung konzentrischen Kreis in gleichmäßigen Winkelabständen nadeiförmige Aufladeeläktroden 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 1C soll so gewählt werden, daß sich ein zur Vermeidung einer Verschmutzungsgefahr durch das Beschichtungsmaterial auf der vorderen Stirnfläche des Ringkcrpers 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 TeilkreisdurchiD2Ssern 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 Elektrodenspitzen 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 besserwerdenden 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 Aufladeelektroden axial um weniger als 1/3 des in radialer Richtung gemessenen Abstandes der Elektrodenspitzen von der Absprühkante hinter die Ebene der Absprühkante zurückgesetzt sein sollen.

Bei den bisher in der Praxis verwendeten Vorrichtungen der insoweit beschriebenen Gattung wurde im Betrieb ungeachtet einer optimalen Anzahl und Anordnung von Elektroden in oben beschriebener Weise noch eine gewisse Eigenbeschichtung sowohl dp? Elektrodenhalteranordnung als auch des Außengehäuses des Zerstäubers beobachtet. Dieses Problem ka &eegr; erfindungsgemäß durch Verwendung von PTFE für die Außenflächen wenigstens eines Teils der Isolierbestandteile der Vorrichtung, und zwar vorzugsweise £üif das Aüßeflgehäuse 4, die !radialen Stützen 15 und die zapfen- öder" fingeifäiftigen Vöifäpfünge 11 Weitgehend vermieden werden.

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Die radialen Stützen 15 können aus einem Rohr bestehen, 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 kann aus konstruktions- und fertigungstechnischen Gründen aus einem Kunststoff wie Polyacetat (POM) bestehen.

Es hat sich bei dem dargestellten Beispiel als zur Vermeidung einer Eigenverschmutzung wichtig erwiesen, daß die Außenflächen der aus PTFE bestehenden Teile soweit wie möglich kontinuierlich, d.h. frei von Löchern, Spalten, Fugen usw. sind. Insbesondere soll z.B. das Außengehäuse 4 auch keine gewöhnlichen Schrauben od. dgl. enthalten, und sowei.t derartige Befestigungselemente unvermeidbar sind, sollen sie ebenfalls aus PTFE bestehen.

Zwischen dem Außengehäuse 4 und dem metallischen Innengehäuse 6 kann sich eine gesonderte Abdeckung 8 befinden, die aus einem dreidimensional luftdurchlässigen Material wie z.B. einem porösen Kunststoffkörper besteht, der als Kondenswasserschutz dienen kann.

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 bekannte Vorrichtung mit einzeln an je einer Stütze angeordneten Elektroden.

Warum PTFE als Werkstoff hinsichtlich der Eigenverschmutzung wesentlich günstiger ist als andere Werkstoffe, konnte noch nicht geklärt werden. Möglicherweise spielen hierbei verschiedene Eigenschaften eine Rolle, durch die sich PTFE von anderen Kunststoffen wie PP, POM und PVC oder sonstigen Isolierstoff eh, wie Hartpappe oder Keramik, unterscheidet. Hierzu gehören v.a. extrem höher ÖberflächenWiderständ (gemessen

nach DIN 53 482), relativ geringe elektrostatische Aufladbarkeit aufgrund klexner Dielektrizitatszahl und sehr langsame Entladung, d.h. zeitliche Änderung der Ladungsverteilung aufgrund des Ladungsausgleichs längs der Oberfläche. Ferner bat PTFE praktisch kein Wasseraufnahmevermögen, seine Eigenschaften sind also kaum von Änderungen der Luftfeuchtigkeit abhängig.

Claims

SCHUTZANSPRÜCHE

1) Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Werkstücken mit einem elektrisch leitfähigen Material, mit einer Sprüheinrichtung, insbesondere einem Rotationszerstäuber,

deren Sprühkopf an einem innerhalb eines Außengehäuses aus Isolierwerkstoff befindlichen Innengehäuse angeordnet ist;

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 nadeiförmigen Auflade-Sj elektroden, die zum Aufladen des Beschichtungsmaterials und

zum Erzeugen e^;nes elektrischen Feldes an einen Hochspannungserzeuger angeschlossen werden,

und mit einer Elektrodenhalteranordnung aus Isolierwerkstoff, in welche die Aufladeelektroden mit Ausnahme ihrer vorderen Enden eingeschlossen sind, insbesondere mit oiner oder mehr radial von dem Außengehäuse abstehenden Stützen aus Isolierwerkstoff ,

dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierwerkstoff wenigstens an den Außenflächen eines Teils der Vorrichtung aus einem Fluorkohlenstoff (PTFE) besteht.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Isolierwerkstoff aus PTFE besteht.

3) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (4) aus dem Fluorkohlenstoff-Werkstoff (PTFE) besteht.

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4) Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche/ dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenhalteranordnung wenigstens zum Teil aus dem Fluorkohlenstoff-Werkstoff (PTFE) besteht.

5) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufenden Stützen (15) der Elektrodenhalteranordnung wenigstens an ihrer Oberfläche aus dem Fluorkohlenstoff-Werkstoff (PTFE) bestehen.

6) Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansp: >.che, dadurch gekennzeichnet, daß die nadeiförmigen Aufladeelektroden (10) in fingerartige Vorsprünge (11) aus dem Fluorkohlens.:off-Werkstoff (PTFE) eingebettet sind.