DE911109C - Spritzverfahren und -vorrichtung zur Herstellung von Lack-, Farb- oder Metallueberzuegen - Google Patents

Description

• Spritzverfahren und -vorrichtung zur Herstellung von Lack-, Farb- oder Metallüberzügen Bei dem bekannten Spritzverfahren zur Herstellung von Lack-, Farb- oder Metallüberzügen dient der Luftstrom, der aus der Luftdüse der Spritzpistole heraustritt, einerseits dazu, das in flüssiger Form auszuspritzende Gut zu zerstäuben, andererseits dazu, als Transportmittel das zerstäubte Gut denn mit dem Überzug zu versehenden Gegenstand zuzuführen. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß der Luftstrom das aufzuspritzende Gut zum Teil an dem mit dem Überzug zu versehenden Gegenstand vorbeiführt und infolgedessen ein Teil des aufzuspritzenden Gutes verlorengeht. Bei dem bekannten elektrostatischen Farbspritzen, bei dem der zu spritzende Gegenstand oder bzw. und die Spritzpistole während des Spritzvorgangs elektrisch aufgeladen wird, wird der Luftstrom als Transportmittel nicht mehr benötigt, da die elektrischen Feldkräfte den Transport des zerstäubten Spritzgutes allein übernehmen können. Ein Luftstrom war hier aber noch zum Zerstäuben der Spritzflüssigkeit bisher erforderlich.
• Man kann bei diesem Spritzverfahren auch auf den bisher zum Zerstäuben benutzten Luftstrom verzichten, indem erfindungsgemäß zur Zerstäubung des aufzuspritzenden Gutes die Spritzdüse in mechanische Schwingungen versetzt wird.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Zerstäubung von Flüssigkeiten bei dem bisher üblichen Spritzverfahren mit Hilfe von Druckluft durch sehr kleine, aber energiereiche Luftwirbel unmittelbar am Düsenmund zustande kommt. Die Kräfte. die von diesen Wirbeln auf die zu zerstäubende Flüssigkeit ausgeübt werden, entsprechen schnell und unregelmäßig aufeina,nderfolgenden.Stößen auf die Flüssigkeit, die auf diese Weise- von der Düse abgetrennt wird. Ebensolche Stöße zerteilen dann die entstandenen Flüssigkeitströpfchen weiter. Der Erfindungsgedanke besteht nun darin, daß man starke Beschleunigungskräfte durch mechanische Schwingungen der Spritzdfse erzeugen kann, die sich auch auf die aus der Spritzdüse ausströmende Flüssigkeit übertragen und diese von der Düse abtrennen und zerstäuben. Bei dem Spritzverfahren gemäß der Erfindung benötigt man also überhaupt keinen Luftstrom mehr, da die Zerstäubung der Spritzflüssigkeit durch die Schwingungen der Düse bewirkt wird und der Transport des -zerstäubten Spritzgutes zu dem zu spritzenden Gegenstand durch die elektrischen Kräfte erfolgt.
• Die Spritzdüse kann auf elektromagnetischem oder elektrodynamischem Wege in Schwingungen versetzt werden. Diesen Weg wird man einschlagen, wenn die Spritzdüse mit verhältnismäßig niedrigen Frequenzen schwingen soll. Für höhere und sehr hohe Schwingungsfrequenzen wird man einen Magnetostriktionssender oder einen pie7oelektrischen Sender verwenden. Es ist also möglich, die Spritzdüse in. mechanische Schwingungen mit beliebiger Frequenz. z. B. 5o Hz bis hinauf zu Ultraschallfrequenzen, zu versetzen.
• Da ein schwingendes Gebilde auf seine Halterung zurückwirkt und demzufolge die Schwingungen der Düse auf die Gelenke des Bedienungspersonals ungünstig (ermüdend) einwirken würden, empfiehlt es sich, eine Übertragung von Schwingungsenergie auf die Halterung der Spritzvorrichtung zu verhindern. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Einmal kann man die Halterung sehr schwer ausführen. Eine besonders schwere Spritzpistole ist jedoch unerwünscht. Vorteilhafter ist es, wenn die Spritzvorrichtung außer dem Schwingungsgebilde, das die Spritzdüse in Schwingungen versetzt, noch ein zweites Schwingungsgebilde aufweist und diese beiden Schwingungsgebilde so ausgewuchtet sind, daß beim Schwingen der beiden Gebilde keine Kräfte auf die Halterung der Spritzvorrichtung ausgeübt werden. Es empfiehlt sich ferner, die zur Spritzdüse führende Zuführungsleitung für das aufzuspritzende Gut im Schwingungsknoten der von den schwingenden Gebilden ausgeführten Schwingungen an die Spritzvorrichtung anzusetzen, um auch zu verhindern, daß die Zuführungsleitung in Schwingungen geraten kann.
• In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Mit H1 und M, sind zwei Massen bezeichnet, die gegeneinander in Schwingungen versetzt werden sollen. Beide Massen sind mittels elastischer Rohrstücke Ei bzw. E2 in der Halterung H befestigt. Die Masse lIi ist so ausgebildet, daß sie in eine schlanke Spritzdüse D ausläuft. Das die Masse NTi nebst Spritzdüse D tragende elastische Rohr Ei bildet gleichzeitig die Zuleitung für die Spritzflüssigkeit zur Spritzdüse D. An das in der Halterung H befestigte: Ende des elastischen Rohres F_1 schließt sich ein Rohr R an, durch welches die Spritzflüssigkeit der Spritzvorrichtung zugeführt wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß das Zuführungsrohr R im Schwingungsknoten der von den beiden schwingenden Massen 3%11i und M2 ausgeführten Schwingungen an die Halterung II angesetzt ist. Der Schwingungsknoten liegt in der mit A-<q bezeichneten Ebene. Zur Erzeugung der mechanischen Schwingungen der Massen 311 und 1T2 dienen zwei Elektromagnete, deren Eisenkerne mit 1i bzw. 4 und deren Erregerspulen mit Bi und Bz bezeichnet sind. Die Massen M1 und M2 besteben aus magnetischem Werkstoff und bilden die schwingenden Anker der beiden Elektromagnete. Die Erregerspulen Bi und B2 werden in Reihe an eine Spannungsquelle angeschlossen. Man kann die Spulen Bi und B2 mit Wechselstrom, vorzugsweise von Resonanzfrequenz, speisen. Es ist aber auch möglich, neben der ErregerspuleB2 eine zusätzliche Spüle C anzuordnen und dieser einen Steuerstrom zu entnehmen, der einer gittergesteuerten Entladungsröhre zugeführt wird, die ihrerseits den Erregerstrom für die Spulen Bi und B2 steuert. Man erhält so eine Art Rückkopplungsschaltung und erspart sich auf diese Weise das Einstellen der Frequenz des die Spulen Bi und Bz speisenden Erregerstromes auf die Eigenfrequenz der beiden SchwingungsgebildeM1 undI2. Eine nähere Erläuterung der Schaltungsanordnung erübrigt sich, da mechanisch-elektrische Schwinger, auch mit einer sogenannten Rückkopplungsschaltung, an sich bekannt sind. Bei Erregung der Spulen Bi und B2 werden durch die in den Luftspalten zwischen den Magnetkernen 11, 12 und den Massen M1 und M2 wirkenden magnetischen Kräfte letztere in Schwingungen versetzt. Die aus der schwingenden Düse D austretende Spritzflüssigkeit wird auf diese Weise zerstäubt. Die Spritzvorrichtung wird in an sich bekannter Weise elektrisch aufgeladen, so daß die zerstäubten Flüssigkeitsteilchen unter dem Einfluß der elektrischen Kräfte zu dem zu speisenden Gegenstand hin transportiert werden. Es empfiehlt sich, die Düse D derart schlank und sich nach der Austrittsstelle verjüngend auszubilden, daß sie im elektrischen Sinn die Form einer Spritze hat, die als Ansatzpunkt einer die Aufladung der zerstäubten Spritzflüssigkeit bewirkenden Koronaentladung dient. Denn eine solche an der Düsenspitze ansetzende Koronaentladung bringt eine besonders starke Aufladung der zersprühten Flüssigkeitströpfchen mit sich.
• Bei dem in der Abbildung dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Rohrstücke Ei und E2 die elastischen Träger für die schwingenden Massen M1 und M2. Die Massen M1 und 31, können aber auch beispielsweise mittels spiralig gewundener Stahlrohre in der Halterung H elastisch gehalten sein. Auch ein anders geformtes Rohr, z. B. ein zu einem U gebogenes Rohr, kann zur federnden Befestigung der Massen JITi und 1'1l2 in der Halterung H dienen. Zweckmäßig ist es, die schwingenden Massen relativ zur Masse der sie haltenden elastischen Träger so klein wie möglich zu machen. Man kann aber auch mit einer relativ schwachen Feder zum Tragen der schwingenden Masse zum Ziel kommen, um auf diese Weise die Konstruktion der ganzen Einrichtung zu vereinfachen.
• Die rein physikalische Betrachtung des Zerstäubungsproblems zeigt, daß an der Düse möglichst große Beschleunigungskräfte hervorgebracht werden müssen, um eine gute Zerstäubungswirkung zu erzielen. Aus dieser Erwägung heraus muß man die schwingenden Massen klein und die sie haltenden Träger möglichst starr wählen, damit die schwingende Masse relativ klein gegenüber der Masse der Elastizität wird. Die folgende Betrachtung läßt diese Zusammenhänge am leichtesten erkennen.
• Die Kräfte K, die an dem elastischen Bauelement angreifen, werden von der Schwingmasse M ausgeübt. Diese müssen sich jederzeit mit der elastischen Gegenkraft im Gleichgewicht befinden. Nimmt man an, das elastische Bauelement besteht aus einem Rohr oder Stab mit dem Querschnitt h, in dem die spezifische Spannung a herrscht, so muß, wenn man die Beschleunigung mit bezeichnet, sein. Will man mit der Beschleunigung bis zum Maximum gehen, so wird durch die, maximal noch zulässige spezifische Spannung a max des betreffenden Federmaterials eine Grenze gesetzt. Es ist also Man muß also, um eine möglichst große Beschleunigung zu erhalten, M möglichstgroßmachen. Zu diesem Zweck muß der Federquerschnitt F groß und die Schwingmasse M klein gewählt werden. Da es keine ideale, d. h. masselose Elastizität gibt, kann man die Schwingmasse im Extrem bis auf die verteilte Masse des Bauelements selbst verringern. Man wird daher an den Enden eines Stabes (oder im Grenzfall an den Polen einer Kugel) die stärksten Beschleunigungen erhalten. Natürlich kann man den Apparat, z. B. bei einem elektromagnetischen System, nicht so weit zusammenschrumpfen lassen, da in diesem Fall der Schwinger einen Anker aus lamelliertem Eisenblech tragen muß, der auch irgendwie mit dem Bauelement verbunden sein muß. Dieser Grenzfall läßt sich jedoch beim elektrostriktiven Schwinger verwirklichen.
• Welche Schwingersysteme man verwenden will, ist eine Frage des günstigsten Kompromisses. Die Eigenfrequenz des Schwingers hat mit der maximal erreichbaren Beschleunigung, wenn ß max allein als Materialkonstante gegeben ist, direkt nichts zu tun. Sie muß jedoch so groß sein, daß schon die geringsten, während einer Schwingungsperiode aufgetretenen Flüssigkeitsmengen abgerissen werden, weil andernfalls die Tropfen zu groß ausfallen, was nicht erwünscht ist. Danach wird die Farb-oder Lackströmungsgeschwindigkeit mit dem Zerstäubungsgrad und der Frequenz verknüpft sein.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Spritzverfahren zur Herstellung von Lack-, Farb- oder Metallüberzügen, bei dem das aufzuspritzende Gut oder bzw. und der zu spritzende Gegenstand während des Spritzvorganges elektrisch aufgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zerstäubung des Spritzgutes, vorteilhaft ohne zusätzliche Anwendung von Druckluft, die Spritzdüse beispielsweise auf elektromagnetischem oder elektrodynamischem Wege in mechanische Schwingungen beliebiger Frequenz, z. B. 5o Hz bis herauf zu Ultraschallfrequenzen, versetzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die, mechanischen Schwingungen durch Magnetostriktions- oder piezoelektrische Sender erzeugt werden.
3. 3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzvorrichtung außer dem Schwingungsgebilde für die Spritzdüse noch ein zweites Schwingungsgebilde aufweist und daß diese beiden Schwingungsgebilde so ausgewuchtet sind, daß beim Schwingen der beiden Gebilde keine Kräfte auf die Halterung der Spritzvorrichtung ausgeübt werden.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Spritzdüse führende Zuführungsleitung für das aufzuspritzende Gut im Schwingungsknoten der von den schwingenden Gebilden ausgeführten Schwingungen an die Spritzvorrichtung angesetzt ist.
5. 5. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzdüse derart schlank und sich nach der Austrittsstelle verjüngend ausgebildet ist, daß sie im elektrischen Sinn die Form einer Spitze hat, die als Ansatzpunkt einer die Rufladung des zerstäubten Spritzgutes bewirkenden Koronaentladung dient.