EP0176862A1 - Elektrostatische Spritzeinrichtung - Google Patents

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EP0176862A1
EP0176862A1 EP85111763A EP85111763A EP0176862A1 EP 0176862 A1 EP0176862 A1 EP 0176862A1 EP 85111763 A EP85111763 A EP 85111763A EP 85111763 A EP85111763 A EP 85111763A EP 0176862 A1 EP0176862 A1 EP 0176862A1
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EP
European Patent Office
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movement
electrostatic
workpieces
impressed
inert gas
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EP85111763A
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English (en)
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Inventor
Hilmar Dipl.-Ing. Reichel
Hans Raske
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/08—Plant for applying liquids or other fluent materials to objects
    • B05B5/082—Plant for applying liquids or other fluent materials to objects characterised by means for supporting, holding or conveying the objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B13/00—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00
    • B05B13/02—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work
    • B05B13/0221—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work characterised by the means for moving or conveying the objects or other work, e.g. conveyor belts
    • B05B13/0235—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work characterised by the means for moving or conveying the objects or other work, e.g. conveyor belts the movement of the objects being a combination of rotation and linear displacement

Definitions

  • the invention relates to an electrostatic spray device according to the preamble of claim 1.
  • Such electrostatic spray devices for paints are known for example from "Lueger Lexicon of Technology” Volume 9, L-Z, Deutsche Verlags-Anstalt Stuttgart, 1968, pp. 14 to 16.
  • the forces occurring in an electrostatic high-voltage field are used to transport the droplets of lacquer to the workpiece, the atomization of the lacquer being carried out mechanically or likewise by means of electrical forces.
  • the paint droplets in the high-voltage field are charged or ionized, i.e. they are moved along the lines of force of the field by electric field forces. This movement then ends on the workpiece surface, where the paint droplets discharge and cover the workpiece as a paint film.
  • liquids have to be applied to silicon wafers in such a way that a very thin and completely uniform, homogeneous film is formed over the entire surface.
  • These liquids which are, for example, masking, doping or antireflective lacquers, have previously been applied by centrifugal processes or by dipping.
  • These coating methods could not meet the requirements placed on the quality of the coating films in general in semiconductor technology and especially in solar technology.
  • the invention has for its object to provide a device for painting workpieces, in particular silicon wafers, which enables the production of extremely thin, completely uniform, pore and crack-free paint films.
  • the invention is based on the knowledge that extremely thin and completely uniform films can be produced when applying liquids by electrostatic spraying, provided that the workpieces are subjected to a periodic translation and / or rotation movement during the spraying process.
  • the liquid droplets that initially hit the workpiece surface unite very quickly due to the periodic movement of the workpiece and thus form a coherent, uniform film within a very short time.
  • closed and pore-free films can also be guaranteed with much smaller layer thicknesses than previously.
  • varnishing silicon wafers a varnish yield of over 90% is achieved, whereas only varnish yields of at most 30% have been achieved in the previously used centrifugal processes. This high paint yield and the correspondingly low level of contamination of the electrostatic spraying device then made it possible to significantly increase the economy of the paint job.
  • the electrostatic spraying device according to the invention can advantageously be used wherever very thin and completely uniform, homogeneous films are to be produced on the surface of workpieces.
  • other areas of application include the application of adhesives, synthetic resins or lubricants.
  • a periodic translational movement in the application direction of the liquid can be impressed on the workpieces by the movement device.
  • Such a periodic translational movement aligned perpendicular to the workpiece surface has proven to be particularly favorable with regard to the acceleration of the film formation.
  • the workpieces are impressed with a periodic translational movement that is normal to the direction of application of the liquid.
  • a rotational movement can be impressed on the workpiece, the axis of rotation of which is aligned in the direction of application of the liquid and centrally with respect to the electrostatic high-voltage field.
  • a translational and / or rotational movement in the form of a high-frequency oscillation can be impressed on the workpieces by the movement device.
  • a high-frequency oscillation can further accelerate the unification of the liquid droplets and the film formation.
  • the movement device is then preferably designed as a piezoelectric vibration device with which ultrasonic vibrations can be generated in a relatively simple manner.
  • the movement device is then expediently coupled to a workpiece support via a vibration converter.
  • the vibration can then be amplified according to the respective requirements with the help of the vibration converter.
  • the vibration converter is attached to the underside of a horizontally oriented workpiece support.
  • This horizontal arrangement has a particularly favorable effect on the uniformity of the film, in particular in the case of workpieces with flat surfaces, since this favors the unification of the paint droplets but prevents uneven flow.
  • a plurality of inert gas jets can be directed onto the workpiece surface from an inert gas shower arranged at a distance from the workpiece surface. It is particularly economical if nitrogen can be supplied as an inert gas to the inert gas shower.
  • the inert gas shower reduces the risk of explosion in some liquids to be applied.
  • the inert gas shower prevents harmful effects of atmospheric oxygen on the liquid droplets and on the formation of the film on the workpiece surface.
  • the workpiece W which is a silicon wafer
  • a horizontally aligned workpiece support Wa is arranged on a horizontally aligned workpiece support Wa.
  • a purely schematically illustrated movement device B which has the task of imparting a periodic translation and / or rotation movement to the workpiece support Wa and thus to the workpiece W during the painting process.
  • the periodic translational movement can be an oscillation in the vertical direction or an oscillation in the horizontal direction, whereby a superposition of both types of oscillation is possible.
  • An arrow R indicates that the Workpiece support Wa can also be rotated about a vertically aligned, central axis of rotation Ra during the painting process.
  • This rotational movement possibly superimposed on the translational movements Tv or Th, can be an oscillating rotary movement or a continuous rotation, but in the latter case one revolution per painting process should not be exceeded.
  • the anti-reflective lacquer which is accommodated in the form of a liquid F in a storage container V, is fed via a line L to an atomizing device Z, which produces a mist of fine liquid droplets.
  • a high-voltage generator H that can be set to different voltage values and has a maximum voltage of, for example, 100 kV is connected with its positive pole to the grounded workpiece support Wa and with its negative pole to the atomizing device Z and the storage container V. This creates an electrostatic high-voltage field between the atomizing device Z and the workpiece W electrically conductively connected to the workpiece support Wa, along the force lines K of which the negatively charged liquid droplets are specifically moved to the workpiece surface by the electrical field forces.
  • the liquid droplets discharge there and combine to form a coherent film. Due to the periodic movement impressed on the workpiece W with the aid of the movement device B, the unification of the liquid droplets and the homogenization of the layer are greatly promoted, so that the painting process can be ended quickly and a very thin and completely uniform film is formed over the entire surface.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of an electrostatic paint spraying device, in which the movement device designated here by B ′ is designed as a piezoelectric vibration device, which is coupled to the underside of the workpiece support Wa via a vibration transducer Sw used for vibration transmission and vibration amplification.
  • the piezoelectric oscillation device is connected to an ultrasound generator US, which can be set to frequencies between 20 and 100 kHz and whose feed lines are connected to an electrode E of the piezoceramic and the oscillation converter Sw.
  • the piezoelectric oscillating device generates a high-frequency translation movement Tv acting in the vertical direction. which is transmitted to the workpiece W via the vibration transducer Sw designed as a solid aluminum part and the workpiece support Wa.
  • the liquid F supplied from the storage container V via the line L drips through the upper opening of a funnel T which widens downward and then reaches the top of a rotating and horizontally oriented disk S.
  • This disk S is fed via a Magnetic coupling M and an air motor LM driven, which can be adjusted to a pressure of 20,000 to 70,000 rpm via a compressed air supply Pv with variable pressure.
  • the liquid droplets striking the rotating disk S are thrown against the inner wall of the funnel T, which is connected to the negative pole of the high-frequency generator H.
  • the liquid F then atomizes at the lower edge of the funnel T, since the electrical forces exceed the surface forces.
  • the amount of liquid supplied to the lower edge of the funnel T as a fine film breaks down into individual small liquid droplets that are ionized and migrate along the force lines K of the high-voltage field between the spray edge of the funnel T and the workpiece W.
  • the charge of the liquid droplets is very high, which leads to a degree of separation or a paint yield of well over 90%.
  • FIG. 2 also shows an inert gas shower ID arranged above the spray edge of the funnel T, from which a large number of inert gas jets IS are directed onto the workpiece surface.
  • This inert gas shower ID prevents on the one hand the risk of an explosion and on the other hand an oxidation of the finely atomized liquid droplets or of the film formed from these liquid droplets.
  • Nitrogen from a nitrogen supply Sv is supplied to the inert gas shower ID as the inert gas, the pressure of which is set to, for example, 4 bar.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of an electrostatic paint spraying device, in which the movement device B 'already explained in connection with FIG. 2 is used again.
  • the atomizing device Z 'used in this second embodiment comprises an automatic spray gun Sp with an extended spray tube Sr with radial spraying action.
  • the spray gun Sp is supplied with the paint in the form of a liquid F via a first line and the spray air SI required for atomization via a second line.
  • compressed air Pl is introduced into a pipe Ro concentrically surrounding the spray pipe Sr for additional regulation of the spray jet.
  • an inert gas in particular nitrogen, can also be introduced into the tube Ro, in order to produce effects similar to the inert gas shower ID shown in FIG.
  • a ring electrode Re arranged around the gun outlet is connected to the negative pole of the high-voltage generator H, so that an electrostatic high-voltage field is generated between this ring electrode Re and the workpiece W, the lines of force of which are again designated by K.
  • the liquid droplets generated by the spray gun Sp are ionized by the corona effect on the lower edge of the ring electrode Re and arrive as negatively charged floating particles in the egg-static high-voltage field, where they migrate along the lines of force K to the workpiece W, discharge there and a closed, form extremely thin and uniform homogeneous film.

Abstract

Zum Auftragen von Flüssigkeiten (F), insbesondere von Lacken, auf die Oberfläche von Werkstücken (W) werden die Flüsigkeiten (F) einer Zerstäubungseinrichtung (Z) zugeführt und in einem elektrostatischen Hochspannungsfeld entlang dessen Kraftlinienn (K) auf die Werkstückoberfläch transportiert, wo sie sich entladen und als Film das Werkstück (W) bedecken. Um die Vereinigung der Flüssigkeitströpfchen und damit die Filmbildung zu beschleunigen und sehr dünne und vollkommen gleichmäßige homogene Filme zu gewährleisten, wird den Werkstücken (W) durch eine Bewegungseinrichtung (B) eine periodische Translations- und/oder Rotationsbewegung (Tv, Th, R), vorzugsweise eine vertikal ausgerichtete Ultraschallschwingung, aufgeprägt. Eine derartige elektrostatische Spritzeinrichtung ist insbesondere für das Auftragen von Abdeck-, Dotier- und Antireflexlacken auf Halbleitersubstrate geeignet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Spritzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige elektrostatische Spritzeinrichtungen für Lacke sind beispielsweise aus "Lueger Lexikon der Technik" Band 9, L-Z, Deutsche Verlags-Anstalt Stuttgart, 1968 , S. 14 bis 16 bekannt. Zum Auftragen von Lacken werden die in einem elektrostatischen Hochspannungsfeld auftretenden Kräfte für den Transport der Lacktröpfchen zum Werkstück herangezogen, wobei die Zerstäubung des Lackes mechanisch oder ebenfalls mittels elektrischer Kräfte durchgeführt wird. Dabei besteht zwischen einer negativ gepolten Elektrode und dem positiv gepolten Werkstück eine Spannung von beispielsweise 100 bis 150 kV und dadurch ein Feld hoher elektrischer Feldstärke. Die sich in dem Hochspannungsfeld befindlichen Lacktröpfchen sind aufgeladen bzw. ionisiert, d.h. sie werden durch elektrische Feldkräfte längs der Kraftlinien des Feldes bewegt. Diese Bewegung endet dann an der Werkstückoberfläche, wo sich die Lacktröpfchen entladen und als Lackfilm das Werkstück bedecken.
  • In der Halbleitertechnik und insbesondere auch in der Solartechnik müssen beispielsweise auf Siliziumscheiben Flüssigkeiten derart aufgetragen werden, daß sich über der gesamten Fläche ein sehr dünner und vollkommen gleichmäßiger, homogener Film bildet. Das Auftragen dieser Flüssigkeiten, bei welchen es sich beispielsweise um Abdeck-, Dotier- oder Antireflexlacke handelt, erfolgte bisher durch Schleuderverfahren oder durch Tauchen. Durch diese Lackiermethoden konnten jedoch die in der Halbleitertechnik allgemein und speziell auch in der Solartechnik an die Qualität der Lackfilme gestellten Anforderungen nicht erfüllt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Lackieren von Werkstücken, insbesondere von Siliziumscheiben, zu schaffen, welche die Herstellung äußerst dünner, vollkommen gleichmäßiger, poren- und rißfreier Lackfilme ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen elektrostatischen Spritzeinrichtung durch die kennzeichenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß beim Auftragen von Flüssigkeiten durch elektrostatisches Spritzen äußerst dünne und vollkommen gleichmäßige Filme erzeugt werden können, sofern den Werkstücken während des Spritzvorganges eine periodische Translations- und/oder Rotationsbewegung aufgeprägt wird. Die auf der Werkstückoberfläche zunächst einzeln auftreffenden Flüssigkeitströpfchen vereinigen sich durch die periodische Bewegung des Werkstücks sehr rasch und bilden somit innerhalb kürzester Zeit einen zusammenhängenden, gleichmäßigen Film. Durch diese beschleunigte Filmbildung können dann aber auch bei wesentlich geringeren Schichtdicken als bisher geschlossene und porenfreie Filme gewährleistet werden. Außerdem wird beispielsweise beim Lackieren von Siliziumscheiben eine Lackausbeute von über 90 % erreicht, während bei den bisher gebräuchlichen Schleuderverfahren nur Lackausbeuten von allenfalls 30 % erreicht wurden. Durch diese hohe Lackausbeute und die entsprechend geringe Verunreinigung der elektrostatischen Spritzeinrichtung konnte dann auch die Wirtschaftlichkeit der Lackierung wesentlich gesteigert werden.
  • Die erfindungsgemäße elektrostatische Spritzeinrichtung kann mit Vorteil überall dort eingesetzt werden, wo auf der Oberfläche von Werkstücken sehr dünne und vollkommen gleichmäßige, homogene Filme erzeugt werden sollen. Neben dem Auftragen von Lacken sind dabei als weitere Einsatzgebiete das Auftragen von Klebem, von Kunstharzen oder von Schmierstoffen zu nennen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist den Werkstücken durch die Bewegungseinrichtung eine periodische Translationsbewegung in Auftragsrichtung der Flüssigkeit aufprägbar. Eine derartige senkrecht zur Werkstückoberfläche ausgerichtete periodische Translationsbewegung hat sich im Hinblick auf die Beschleunigung der Filmbildung als besonders günstig herausgestellt.
  • Es ist aber auch für die Filmbildung vorteilhaft, wenn den Werkstücken durch die Bewegungseinrichtung eine zur Auftragsrichtung der Flüssigkeit normale periodische Translationsbewegung aufgeprägt wird. Ferner kann dem Werkstück zur Beschleunigung der Filmbildung durch die Bewegungseinrichtung eine Rotationsbewegung aufgeprägt werden, deren Rotationsachse in Auftragsrichtung der Flüssigkeit und zentrisch zum elektrostatischen Hochspannungsfeid ausgerichtet ist.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß den Werkstücken durch die Bewegungseinrichtung eine Translations- und/oder Rotationsbewegung in Form einer hochfrequenten Schwingung aufprägbar ist. Durch eine derartige hochfrequente Schwingung kann die Vereinigung der Flüssigkeitströpfchen und die Filmbildung weiter beschleunigt werden. Die Bewegungseinrichtung ist dann vorzugsweise als piezoelektrische Schwingeinrichtung ausgebildet, mit welcher auf relativ einfache Weise Ultra schallschwingungen erzeugt werden können.
  • Die Bewegungseinrichtung ist dann zweckmäßigerweise über einen Schwingungswandler an eine Werkstückauflage angekoppelt. Die Schwingung kann dann mit Hilfe des Schwingungswandlers den jeweiligen Erfordernissen entsprechend verstärkt werden.
  • Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaftung der Erfindung ist der Schwingungswandler an die Unterseite einer horizontal ausgerichteten Werkstückauflage angebracht. Diese horizontale Anordnung wirkt sich insbesondere bei Werkstücken mit ebenen Oberflächen auf die Gleichmäßigkeit des Films besonders günstig aus, da hierdurch die Vereinigung der Lacktröpfchen begünstigt aber ein ungleichmäßiges Verfließen verhindert wird.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn aus einer im Abstand zur Werkstückoberfläche angeordneten Inertgas-Dusche eine Vielzahl von Inertgas-Strahlen auf die Werkstückoberfläche richtbar ist. Besonders wirtschaftlich ist es dann, wenn der Inertgas-Dusche Stickstoff als Inertgas zuführbar ist. Die Inertgas-Dusche verringert dabei eine bei manchen aufzutragenden Flüssigkeiten bestehende Explosionsgefahr. Außerdem verhindert die Inertgas-Dusche schädliche Einwirkungen des Luftsauerstoffs auf die Flüssigkeitströpfchen und auf die Bildung des Films auf der Werkstückoberfläche.
  • Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher ertäutert. Es zeigen:
    • Figur 1 das Grundprinzip einer erfindungsgemäßen elektrostatischen Lackspritzeinrichtung,
    • Figur 2 eine erste Ausführungsform einer elektrostatischen Lackspritzeinrichtung in stark vereinfachter schematischer Darstellung,
    • Figur 3 das Prinzip der Lackzerstäubung bei der ersten Ausführungsform nach Figur 2 und
    • Figur 4 eine zweite Ausführungsform einer elektrostatischen Lackspritzeinrichtung in stark vereinfachter schematischer Darstellung.
  • Gemäß Figur ist das Werkstück W, bei welchem es sich um eine Siliziumscheibe handelt, auf einer horizontal ausgerichteten Werkstückauflage Wa angeordnet. Unterhalb der Werkstückauflage Wa befindet sich eine rein schematisch dargestellte Bewegungseinrichtung B, welche die Aufgabe hat, der Werkstückauflage Wa und damit dem Werkstück W während des Lackiervorganges eine periodische Translations- und/oder Rotationsbewegung aufzuprägen. Dabei ist durch Doppelpfeile Tv und Th angedeutet, daß es sich bei der periodischen Translationsbewegung um eine Schwingung in vertikaler Richtung bzw. um eine Schwingung in horizontaler Richtung handeln kann, wobei auch eine Überlagerung beider Schwingungsformen möglich ist Durch einen Pfeil R ist angedeutet, daß die Werkstückauflage Wa während des Lackiervorganges auch um eine vertikal ausgerichtete, zentrische Rotationsachse Ra gedreht werden kann. Bei dieser den Translationsbewegungen Tv bzw. Th ggf. überlagerten Rotationsbewegung kann es sich um eine oszillierende Drehbewegung oder um eine kontinuierliche Drehung handeln, wobei in letzterem Fall aber eine Umdrehung pro Lackiervorgang nicht überschritten werden sollte.
  • Der in Form einer Flüssigkeit F in einem Vorratsbehälter V untergebrachte Antireflexlack wird über eine Leitung L einer Zerstäubungseinrichtung Z zugeführt, welche einen Nebel von feinen Flüssigkeitströpfchen erzeugt. Ein auf verschiedene Spannungswerte einstellbarer Hochspannungsgenerator H mit einer maximalen Spannung von beispielsweise 100 kV ist mit seinem positiven Pol an die geerdete Werkstückauflage Wa und mit seinem negativen Pol an die Zerstäubungseinrichtung Z und den Vorratsbehälter V angeschlossen. Hierdurch entsteht zwischen der Zerstäubungseinrichtung Z und dem elektrisch leitend mit der Werkstückauflage Wa verbundenen Werkstück W ein elektrostatisches Hochspannungsfeld, entlang dessen Kraftlinien K die negativ aufgeladenen Flüssigkeitströpfchen durch die elektrischen Feldkräfte gezielt zur Werkstückoberfläche bewegt werden. Dort entladen sich die Flüssigkeitströpfchen und vereinigen sich zu einem zusammenhängenden Film. Durch die mit Hilfe der Bewegungseinrichtung B dem Werkstück W aufgeprägte periodische Bewegung wird dabei die Vereinigung der Flüssigkeitströpfchen und die Vergleichmäßigung der Schicht stark begünstigt, so daß der Lackiervorgang rasch beendet werden kann und ein sehr dünner und vollkommen gleichmäßiger Film über der gesamten Fläche entsteht.
  • Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer elektrostatischen Lackspritzeinrichtung, bei welcher die hier mit B' bezeichnete Bewegungseinrichtung als piezoelektrische Schwingeinrichtung ausgebildet ist, welche über einen zur Schwingungsübertragung und Schwingungsverstärkung dienenden Schwingungswandler Sw an die Unterseite der Werkstückauflage Wa angekoppelt ist. Die piezoelektrische Schwingeinrichtung ist an einen Uftraschallgenerator US angeschlossen, der auf Frequenzen zwischen 20 und 100 kHz eingestellt werden kann und dessen Zuleitungen mit einer Elektrode E der Piezokeramik und dem Schwingungswandler Sw verbunden sind. Die piezoelektrische Schwingeinrichtung erzeugt eine in vertikaler Richtung wirkende hochfrequente Translationsbewegung Tv. welche über den als massives Aluminiumteil ausgebildeten Schwingungswandler Sw und die Werkstückauflage Wa auf das Werkstück W übertragen wird.
  • Zur Erläuterung des Prinzips der Flüssigkeitszerstäubung in der Zerstäubungseinrichtung Z wird zusätzlich auf die Figur 3 verwiesen. Wie dort zu erkennen ist, tropft die über die Leitung L aus dem Vorratsbehälter V zugeführte Flüssigkeit F durch die obere Öffnung eines sich nach unten erweiternden Trichters T und gelangt dann auf die Oberseite einer rotierenden und horizontal ausgerichteten Scheibe S. Diese Scheibe S wird über eine Magnetkupplung M und einen Luftmotor LM angetrieben, welcher über eine Preßluftversorgung Pv mit variablem Druck auf 20000 bis 70000 U/min eingestellt werden kann. Die auf der rotierenden Scheibe S auftreffenden Flüssigkeitströpfchen werden gegen die Innenwandung des Trichters T geschleudert, welcher an den Minuspol des Hochfrequenzgenerators H angeschlossen ist. Durch rein elektrische Kräfte aufgeladen, zerstäubt die Flüssigkeit F dann an der unteren Kante des Trichters T, da die elektrischen Kräfte die Oberflächenkräfte übersteigen. Die der unteren Kante des Trichters T als feiner Film zugeführte Flüssigkeitsmenge zerfällt in einzelne kleine Flüssigkeitströpfchen, die ionisiert sind, und entlang der Kraftlinien K des Hochspannungsfeldes zwischen der Sprühkante des Trichters T und dem Werkstück W wandern. Die Aufladung der Flüssigkeitströpfchen ist dabei sehr hoch, was zu einem Abscheidegrad bzw. einer Lackausbeute von weit über 90% führt.
  • In Figur 2 ist ferner noch eine oberhalb der Sprühkante des Trichters T angeordnete Inertgas-Dusche ID zu erkennen, aus welcher eine Vielzahl von Inertgas-Strahlen IS auf die Werkstückoberfläche gerichtet werden. Diese Inertgas-Dusche ID verhindert einerseits die Gefahr einer Explosion und andererseits eine Oxydation der fein zerstäubten Flüssigkeitströpfchen bzw. des aus diesen Flüssigkeitströpfchen gebildeten Films. Als Inertgas wird der Inertgas-Dusche ID dabei Stickstoff aus einer Stickstoffversorgung Sv zugeführt, deren Druck auf beispielsweise 4 bar eingestellt wird.
  • Figur 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer elektrostatischen Lackspritzeinrichtung, bei welcher wieder die im Zusammenhang mit der Figur 2 bereits erläuterte Bewegungseinrichtung B' eingesetzt wird. Die bei dieser zweiten Ausführungsform verwendete Zerstäubungseinrichtung Z' umfaßt eine automatische Spritzpistole Sp mit verlängertem Spritzrohr Sr mit radialer Spritzwirkung. Der Spritzpistole Sp wird über eine erste Leitung der Lack in Form einer Flüssigkeit F und über eine zweite Leitung die für die Zerstäubung erforderliche Spritzluft SI zugeführt. Außerdem wird in ein das Spritzrohr Sr konzentrisch umgebendes Rohr Ro Preßluft Pl zur zusätzlichen Regulierung des Spritzstrahles eingeleitet. Anstelle dieser Preßluft Pl kann in das Rohr Ro aber auch ein Inertgas, insbesondere Stickstoff eingeleitet werden, um ähnliche Wirkungen wie die in Figur 2 dargestellte Inertgas-Dusche ID zu erzeugen. Eine um den Pistolenausgang angeordnete Ringelektrode Re ist an den Minuspol des Hochspannungsgenerators H angeschlossen, so daß zwischen dieser Ringelektrode Re und dem Werkstück W ein elektrostatisches Hochspannungsfeld erzeugt wird, dessen Kraftlinien wieder mit K bezeichnet sind. Die von der Spritzpistole Sp erzeugten Flüssigkeitströpfchen werden durch den Koronaeffekt an der Unterkante der Ringelektrode Re ionisiert und gelangen als negativ geladene Schwebeteilchen in das eietrostatische Hochspannungsfeld, wo sie entlang der Kraftlinien K zum Werkstück W wandern, sich dort entladen und auf der Oberfläche einen geschlossenen, äußerst dünnen und gleichmäßigen homogenen Film bilden.

Claims (9)

1. Elektrostatische Spritzeinrichtung zum Auftragen von Flüssigkeiten, insbesondere von Lacken, auf die Oberfläche von Werkstücken, wobei die Flüssigkeiten einer Zerstäubungseinrichtung zuführbar und in einem elektrostatischen Hochspannungsfeld in Form feiner Tröpfchen auf die Werkstückoberfläche transportierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß den Werkstücken (W) durch eine Bewegungseinrichtung (B; B') eine periodische Translations-und/oder Rotationsbewegung (Tv, Th, R) aufprägbar ist.
2. Elektrostatische Spritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Werkstücken (W) durch die Bewegungseinrichtung (B; B') eine periodische Translationsbewegung (Tv) in Auftragsrichtung der Flüssigkeit (F) aufprägbar ist.
3. Elektrostatische Spritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Werkstücken (W) durch die Bewegungseinrichtung (B) eine zur Auftragsrichtung der Flüssigkeit (F) normale periodische Translationsbewegung (Th) aufprägbar ist
4. Elektrostatische Spritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß den Werkstücken (W) durch die Bewegungseinrichtung (B) eine Rotationsbewegung (R) aufprägbar ist, deren Rotationsachse (Ra) in Auftragsrichtung der Flüssigkeit (F) und zentrisch zum elektrostatischen Hochspannungsfeld (Hsf) ausgerichtet ist
5. Elektrostatische Spritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Werkstücken (W) durch die Bewegungseinrichtung (B; B') eine Translations- und/oder Rotationsbewegung (Tv, Th, R) in Form einer hochfrequenten Schwingung aufprägbar ist.
6. Elektrostatische Spritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung (B') als piezoelektrische Schwingeinrichtung ausgebildet ist
7. Elektrostatische Spritzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung (B') über einen Schwingungswandler (Sw) an eine Werkstückauflage (Wa) angekoppelt ist
8. Elektrostatische Spritzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungswandler (Sw) an die Unterseite einer horizontal ausgerichteten Werkstückauflage (Wa) angebracht ist.
9. Elektrostatische Spritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnetdaß aus einer im Abstand zur Werkstückoberfläche angeordneten Inertgas-Dusche (ID) eine Vielzahl von Inertgas-Strahlen (IS) auf die Werkstückoberfläche richtbar ist.
Elektrostatische Spritzeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Inertgas-Dusche (ID) Stickstoff als Inertgas zuführbar ist.
EP85111763A 1984-09-20 1985-09-17 Elektrostatische Spritzeinrichtung Expired EP0176862B1 (de)

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DE3434561 1984-09-20

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