DE899017C

DE899017C - Vorrichtung zum elektrostatischen Spritzlackieren

Info

Publication number: DE899017C
Application number: DEG1456A
Authority: DE
Inventors: Grayland T Larsen; Charles Derwood Tuttle
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1949-03-25
Filing date: 1950-03-25
Publication date: 1953-12-07
Also published as: GB670914A; US2805642A

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Überziehen von Werkstücken mit Material in Teilchenform.

Die Werkstücke werden dadurch überzogen, daß die Teilchen elektrisch geladen werden und die gegenseitige Anziehung zwischen den Werkstücken und den geladenen Teilchen ausgenutzt wird.

Es ist bekannt, Farbteilchen auf induktivem Weg elektrisch aufzuladen, indem sie in ein elektrostatisches Feld zwischen zwei Elektroden gesprüht werden; die zu lackierenden Gegenstände werden dabei durch dieses Feld hindurchgeführt.

Im Gegensatz zu den bekannten Systemen, bei denen das Material, beispielsweise Farbe, induktiv dadurch aufgeladen wird, daß es in ein elektrostatisches Feld gesprüht wird, wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung eine direkte Aufladung der Teilchen in einem Feld vorgenommen, das durch entsprechende Ausbildung und Anordnung der Elektroden ionisiert ist. Hierdurch wird eine viel bessere Aufladung der Teilchen und somit ein wirksamerer Niederschlag des Materials auf den Werkstücken bewirkt. Die Erfindung ist infolgedessen dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode des Elektrodenpaares als ausgedehnte Fläche oder Sammelelektrode ausgebildet ist und die andere, dazu senkrecht verlaufende Elektrode die Form einer oder mehrerer spitzer Stabelektroden hat, wobei das Elektrodenpaar so an einer Spritzpistole und das Ganze gegenüber dem Werkstück so angeordnet ist, daß die aus dieser gesprühten Teilchen durch ein starkes elektrisches Feld unmittelbar vor der Spritzpistole hindurchtreten, in diesem zwischen den Elektroden befindlichen Feld durch Ionisation

geladen werden und nach Verlassen des Feldes auf das außerhalb des Feldes befindliche Werkstück treffen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß die spitzen Stabelektroden so angeordnet sind, daß die Ionisationszone- zwischen den Elektroden im wesentlichen gerade und langgestreckt ausgebildet ist und daß ein Transportband vorgesehen ist, das eine Reihe zu überziehender Werkstücke durch eine

ro sich an diese Zone anschließende und dazu parallele Ebene führt.

Die praktische Ausführung der Erfindung ist beispielsweise im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert. In diesen stellt

Fig. ι eine teilweise geschnittene Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. ß einen Längsschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. i,

Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. i,

Fig. 4 einen Längsschnitt längs der Linie 4-4 der Fig. i,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht, die Einzelheiten der Vorrichtung zum Laden der Farbe zeigt, Fig. 6 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 7 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung dar.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung kann das zu überziehende Werkstück entweder auf Erdpotential gehalten oder auf ein bestimmtes elektrisches Potential gebracht werden, das der Ladung der in den Bereich der Werkstücke gesprühten Teilchen des Überzugsmaterials entgegengesetzt ist. Es ist bekannt, daß eine hohe Spannung an einer Elektrode mit einer scharfen Kante oder einer Spitze, d. h. mit einem geringen Krümmungsradius, die Atmosphäre in der Nähe der Kante oder Spitze ionisiert. Diese Erscheinung ist um so stärker, je kleiner der Krümmungsradius, d.h. je schärfer oder spitzer die Elektrode wird. Eine solche ionisierte Atmosphäre ist ein guter Leiter für Elektrizität, während die nicht ionisierte Atmosphäre verhältnismäßig schlecht leitet.

Nach der Erfindung wird eine konstante hohe Spannung an spitze oder ähnlich ausgebildete Elektroden mit einem kleinen Krümmungsradius gelegt, damit die sie umgebende Atmosphäre ionisiert wird. Eine Stromsamtnelelektrode, die eine glatte oder flache Oberfläche von großem Krümmungsradius hat, wirkt mit den spitzen Elektroden zusammen, so daß an der ersteren nur ein Minimum an Ionisation auftritt. Überzugsmaterial wird in feinverteiltem Zustand durch die ionisierte Zone zwischen der bzw. den Entladeelektroden und der Sammelelektrode hindurchgeschleudert. Dabei fließt ein Strom von der Entladeelektrode durch die ionisierte Atmosphäre, der die Teilchen des Überzugsmaterials auflädt. Diese elektrostatische Ladung hat dieselbe Polarität wie die spitzen Entladeelektroden. Eine Masse, die eine solche elektrostatische Ladung führt, wird von einer Masse, die Erdpotential oder ein entgegengesetztes Potential hat, aufgezogen. In der vorliegenden Erfindung werden die Teilchen des Überzugsmaterials auf ein zu überziehendes Werkstück mit Hilfe dieser elektrostatischen Anziehung zwischen den Teilchen des Überzugsmaterials und dem zu überziehenden Werkstück angezogen. Kurz, die Erfindung besteht darin, Teilchen des Überzugsmaterials durch eine elektrostatische Ladezone in einen dem zu überziehenden Werkstück benachbarten Raum zu schleudern und so zu ermöglichen, daß die Teilchen durch elektrostatische Anziehung zwischen ihnen und dem Werkstück von diesem angezogen werden.

In der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist eine Spritzpistole 2· üblicher Bauart so angeordnet, daß sie Überzugsmaterial durch eine elektrische Ladezone in Richtung auf die zu überziehenden Werkstücke 16 und 18 schleudert. Diese Ladezone wird zwischen der spitzen Entladeelektrode 4 und der Stromsammeielektrode 6 erzeugt. Die Entladeelektrode 4 kann aus einer Reihe von scharfen Spitzen oder aus feinem Draht bestehen. Die elektrische Entladung ionisiert die der Elektrode 4 benachbarte Atmosphäre.

Die Teilchen des Überzugsmaterials werden von der Pistole 2 durch diese ionisierte Atmosphäre hindurchgeschleudert und dadurch mit derselben Polarität aufgeladen, die die spitzen Elektroden 4 haben. Das zur Erzeugung eines bestimmten Grades von Ionisation erforderliche Potential ist von dem Krümmungsradius der Spitzen der Elektrode 4 abhängig. Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung von Elektroden mit sehr scharfen Spitzen befriedigende Resultate mit einer Spannung von 30 000 V erzeugt werden können. Um eine Entladung an der Sammelelektrode 6 zu verhüten, ist es erforderlich, daß diese einen sehr großen Krümmungsradius und eine große Oberfläche besitzt, da sonst eine neutralisierende Entladung an der Elektrode 6 stattfindet, die eine der Elektrode 4 entgegengesetzte Polarität hat, wodurch der Wirkungsgrad des Lackierungsvorganges sinkt und ein Zusammenfließen der Teilchen bewirkt wird.

Die hohe Spannung zwischen den Elektroden 4 und 6 wird über einen Leiter 19 von einer Gleichstromquelle 17 erzeugt. Die Stromsammeielektrode 6 führt Erdpotential, sie kann aber auch je nach der Konstruktion der Vorrichtung und aus anderen no Gründen ein positives oder ein negatives Potential haben. Es ist nur wichtig, daß eine hohe Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 4 und 6 aufrechterhalten wird. Die Elektrode 4 sitzt auf einem Isolator 8. Die Spritzpistole 2 wird gewöhnlich auf Erdpotential gehalten und wird hier von der Elektrode 6 durch den Isolator 10 isoliert. Das ganze Aggregat kann auch, wenn erforderlich, von dem Ständer 12 durch den Isolator 14 isoliert sein. Wenn jedoch die Sammelelektrode6 und die Spritzpistole 2 beide Erdpotential führen, besteht keine Notwendigkeit, die Spritzpistole von der Sammelelektrode oder eine von beiden von dem Ständer 12 zu isolieren. Die Spritzpistole und die zugehörigen Elektroden sind in Fig. 5 für sich dargestellt und werden weiter unten beschrieben.

Die zu überziehenden Werkstücke 16 und 18 hängen an eingleisigen Transportbändern oder anderen Fördervorrichtungen, von denen sie durch eine Zone getragen werden, in die das versprühte Überzugsmaterial geschleudert wird. Die benachbarten Transportbänder werden auf Erdpotential gehalten. Im nachstehenden wird nur noch eine dieser beiden gleichzeitigen Anordnungen beschrieben.

Das Transportband besteht aus einer Schiene 24 ίο (Fig. 2 und 4) und den Kettengliedern 26, die beide auf Erdpotential gehalten werden. Die Kettenglieder 26 tragen eine Anzahl von Isolierstücken 20, von denen jedes einen leitenden Haken 28 besitzt, der das Werkstück 16 trägt. Dieses besteht normalerweise ebenfalls aus leitendem Material oder weist, falls es aus nicht leitendem Material ist, eine Rückenplatte aus leitendem Material auf.

Die Kontaktbürsten 29 und 30 (Fig. 3 und 4) werden mit einer Hochspannungsstromquelle 32 (Fig. 3) verbunden, wobei die Spannung, die im allgemeinen zwischen 5 und 100 kV liegt, sich nach der jeweiligen Konstruktion richtet. Bei der Verwendung von Spannungen, die höher sind als 50 kV, muß man auf Schwierigkeiten achten, die dann entstehen, wenn die Werkstücke eine der Elektroden bilden, die das elektrostatische Feld erzeugen, und besonders in Läuferbildung an den scharfen Kanten der Werkstücke bestehen. Die Läuferbildung bewirkt außerdem einen schlechten Farbüberzug an den Kanten.

An dem Haken 2(8 ist ein leitender Arm 34 befestigt, der einen Kontaktschuh 36 trägt, der den Kontakt mit den Bürsten 29 und 30 herstellt. Um die Feuersgefahr herabzusetzen, die durch die BiI-dung kleiner Funken an den Bürstenkontakten entsteht, fließt in den Abdeckrohren 42, 43 ein Luftstrom, der die Ansammlung von entzündbaren Gasen in der Nähe der Kontaktpunkte der Bürsten mit den Kontaktschuhen verhindert. Die Abdeckrohre 42, 43 bilden auch eine elektrostatische Abschirmung der elektrischen Kontaktbürsten.

Ein Gebläse 40 oder eine andere geeignete Vorrichtung (Fig. ι und 2) erzeugt einen Luftstrom für jedes der beiden Abdeckrohre 42 und 43, der durch die beiden Zweigleitungen 46 und 48 eingeleitet wird und durch den Schlitz für den Arm 34 wieder austritt.

Das Abdeckrohr 42 (Fig. 3 und 4) ist von den Zweigleitungen 46 und 48 durch die Isolatoren 50 und 52 isoliert, so daß die Zweigleitungen 46 und 48 wie auch das Gebläse auf Erdpotential gehalten werden können. Die aus den Zweigleitungen kommende Luft wird durch die Umlenkbleche 54 in die Abdeckrohre 42 und 43 geleitet (Fig. 3). Um die Werkstücke vor dem Verlassen der Sprühkammer zu entladen und um zu verhindern, daß Arbeiter, die die Werkstücke berühren, einen Schlag erbalten, ist eine geerdete Kette 58 am Ausgang der Sprühkammer angebracht.

In der vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wandern die zu überziehenden Werkstücke in zwei zueinander parallelen Bahnen durch die Lackierzone, während geladene Teilchen des Überzugsmaterials in den Raum zwischen diese beiden Bahnen eingesprüht werden. Die zu überziehenden Werkstücke können entweder auf Erdpotential gehalten werden oder ein elektrisches Potential erhalten, das der Ladung der Teilchen des Überzugsmaterials entgegengesetzt ist. Dies ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt.

Unter gewissen Bedingungen kann es wünschenswert sein, nur ein einzelnes Transportband zu verwenden, an dem das zu überziehende Werkstück auf Erdpotential oder auf einem Potential gehalten wird, das dem der Ladung der Teilchen des Überzugsmaterials entgegengesetzt ist. Diese Ausführungsform ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. Das zu überziehende Werkstück 62 wird positiv aufgeladen und einer Wolke von negativ geladenem Überzugsmaterial 64 ausgesetzt, die von der Spritzpistole 2 erzeugt und von der Entladeelektrode 4 und Stromsammelelektrode 6 geladen wird.

Bei anderen Einrichtungen kann es wünschenswert sein, ein Zwillingstransportband und zwei Wolken von geladenen Überzugsteilchen zu verwenden, wobei die beiden Wolken entgegengesetzte Polarität haben und in der Weise eingesprüht werden, daß die gegenseitige Anziehung zwischen den beiden Wolken die Farbteilchen auf das Werkstück zuwandern läßt. Eine solche Anordnung ist schematisch in Fig. 7 dargestellt, in der zwei Spritzpistolen 66 und 68 mit den Elektroden 70, 72 und 74, 76 zusammenwirken und gegenüber den Werkstücken positiv und negativ geladene Wolken 90 und 92 erzeugen, die der Richtung der in parallelen Bahnen wandernden Werkstücke 80 und 82 parallel, aber entgegengerichtet ziehen. Die Werkstücke können auf Erdpotential oder, wie dargestellt, auf einem Potential gehalten werden, das dem der Wolken 90 oder 92 entgegengesetzt ist. Die WoI-ken 90 und 92 werden an die Außenseite der Bahnen der Werkstücke 80 und 82 eingesprüht, so daß die gegenseitige Anziehung zwischen den geladenen Wolken 90 und 92 die entsprechenden Teilchen auf die Werkstücke 80 und 82 zuwandern läßt.

Die in der vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung verwendeten Elektroden sind in Fig. 5 dargestellt. Wenn die Werkstücke eine große vertikale Ausdehnung besitzen, ist es vorteilhaft, eine oder mehrere senkrecht übereinander angeordnete Spritzpistolen zu verwenden, deren Ausstoß eine senkrechte, flache Form hat, die von einer Reihe spitzer Elektroden in, 112, 113 und 114 erzeugt wird, welche zu der Entladeelektrode 4 senkrecht steht. Die sich daraus ergebende Ionisationszone erstreckt sich von den spitzen Elektroden zur Oberfläche der Elektrode 6 und erzeugt einen sehr wirksamen Vorhang elektrisch geladener ionisierter Atmosphäre, in dem die Teilchen des Überzugsmaterials mit hohem Wirkungsgrad aufgeladen werden, wenn sie in Form eines fächerförmigen Strahles aus der Spritzpistole herausgeschleudert werden.

Die Wirkungsweise der in den Fig. 1 und 2 dargestellten vorzugsweisen Ausführungsform der Er- 1*5 findung ist folgende: Die zu überziehenden Werk-

stücke i6 and i8 werden in die Sprühkammer n6 durch zwei parallele, eingleisige Transportbänder eingeführt. Nachdem die Werkstücke in die Sprühkammer gelangt sind, können sie, wie schon oben angedeutet, entweder auf Erdpotential gehalten oder durch die Hochspannungsladebürsten 29, 30 auf ein hohes Potential gebracht werden, dessen Polarität der Ladung der Teilchen entgegengesetzt ist.

Das Überzugsmaterial wird in der Spritzpistole z. B. durch Luftdruck fein zerteilt und zwischen die Entladeelektrode 4 und ihre Gegenelektrode 6 geschleudert. Beim Durchgang durch die ionisierte Zone zwischen diesen beiden Elektroden nehmen die Teilchen des Überzugsmaterials eine elektrostatische Ladung derselben Polarität auf, wie sie die Entladeelektrode 4 besitzt. Sie wandern dann in die Nähe der zu überziehenden Werkstücke 16 und 18, wo sie von diesen angezogen werden, auf ihnen haftenbleiben und einen gleichmäßigen Überzug bilden. Für den Fall, daß das zu überziehende Werkstück mit einem hohen Potential aufgeladen ist, befindet sich am Ausgangsende der Sprühkammer die geerdete Kette 58, durch die die Ladung abgeleitet wird.

Es kann wünschenswert sein, eine Mehrzahl von Spritzpistolen zu verwenden, von denen einige so angebracht sein können, daß sie das Überzugsmaterial in einem spitzen Winkel zur Transportrichtung der zu überziehenden Werkstücke versprühen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Vorrichtung zum Überziehen von Werkstücken mit Material in Teilchenform durch elektrische Aufladung der Teilchen, indem diese zwischen zwei in bestimmtem Abstand befindliche aufgeladene Elektroden gesprüht werden und die gegenseitige Anziehung zwischen den Werkstücken und den geladenen Teilchen ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (6) des Elektrodenpaars als ausgedehnte Fläche oder Sammelelektrode ausgebildet ist und die andere, dazu senkrecht verlaufende Elektrode die Form einer oder mehrerer spitzer Stabelektroden (in, 112) hat, wobei das Elektrodenpaar so an einer Spritzpistole (2) und das Ganze gegenüber dem Werkstück so angeordnet ist, daß die aus dieser gesprühten Teilchen durch ein starkes elektrisches Feld unmittelbar vor der Spritzpistole hindurchtreten, in diesem zwischen den Elektroden befindlichen Feld durch Ionisation geladen werden und nach Verlassen des Feldes auf das außerhalb des Feldes befindliche Werkstück treffen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spitzen Stabelektroden so angeordnet sind, daß die Ionisationszone

zwischen den Elektroden im wesentlichen gerade und langgestreckt ausgebildet ist und daß ein Transportband (26, 28) vorgesehen ist, das eine Reihe zu überziehender Werkstücke (16, 18) durch die sich an die Ionisationszone anschließende und dazu parallele Ebene führt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2 zum Überziehen von zwei Reihen von Werkstücken, gekennzeichnet durch zwei parallel verlaufende Transportbänder (Fig. 1), an denen die Werkstücke in zwei Reihen zu beiden Seiten der Ionisationszone und parallel zu dieser entlang geführt werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportband (26 usw.) so ausgebildet ist, daß die zu überziehenden Werkstücke (16, 18) im wesentlichen auf dem Potential Null gehalten werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportband (26 usw.) so ausgebildet ist, daß die zu überziehenden Werkstücke (16, 18) auf einem elektrischen Potential gehalten werden, das dem der Entladungselektrode entgegengesetzt ist (Fig. 6 und 7).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch zwei voneinander getrennte Transportbänder (80, 82) und zwei voneinander getrennte Ladevorrichtungen (70, 72, 74, y6), die das Überzugsmaterial mit entgegengesetzten Potentialen aufladen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet durch einen beweglichen Kontakt (34), der von dem Transportband (26) geführt wird und elektrisch mit dem Werkstück (16, 18) verbunden ist, eine stationäre Kontaktschiene (29, 30), die mit dem beweglichen Kontakt (34) zusammenarbeitet, ein Rohr (42), das von einer stationären Kontaktschiene isoliert ist, sie im wesentlichen umfaßt und Öffnungen besitzt, die den Eintritt, Austritt und die horizontale Bewegung des beweglichen Kontaktes (34) gestatten, und Zweigleitungen (46, 48) zur Einführung komprimierter Luft in das Rohr (42), um einen Luftstrom an den Kontaktflächen vorbei und durch die Öffnungen heraus erzeugen zu können.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (42) von den Zweigleitungen (46, 48) isoliert ist und daß sich ein Leitblech (54) innerhalb des Isolators befindet, das die Luft aus den Leitungen in den Kanal (42) umlenkt.

Angezogene
USA.-Patentschrift Nr. 2 334 648;
•Zeitschrift »Automobile Engineer«, Februar 1949, S. 72 und 73: »Electrostatic Spraying«.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 5637 11.53