EP1068023B1

EP1068023B1 - Rotationssprühzerstäuber mit hochspannungsquellen

Info

Publication number: EP1068023B1
Application number: EP98913638A
Authority: EP
Inventors: Gunther BÖRNER
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 2002-03-27
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JP2002505184A; DE59803579D1; KR100486466B1; US6439485B1; ES2174429T3; WO1999044748A1; JP4128742B2; KR20010041137A; CA2322256A1; CA2322256C; EP1068023A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationssprühzerstäuber zum Auftragen von elektrisch leitfähigem Lack, insbesondere Wasserlack, auf Oberflächen mit einem Gehäuse, in welchem ein Antriebsmotor zur Drehbetätigung eines frontseitig angesetzten, mit einer Lackzufuhr verbundenen Sprühkopfes angeordnet ist, der den zugeführten Lack infolge Rotation in einem Sprühnebel abgibt, sowie mit wenigstens zwei sich parallel zur Längsachse des Gehäuses zur Frontseite hin erstreckenden konzentrisch angeordneten, von wenigstens einer Hochspannungsquelle gespeisten und in Elektrodenhaltern untergebrachten Elektroden, welche ein elektrisches Feld erzeugen, das den vom Sprühkopf abgegebenen Sprühnebel gegen die Auftragsfläche beaufschlagt.

Rotationssprühzerstäuber sind im Stand der Technik seit langem zum elektrostatischen Beschichten mit elektrisch leitender Farbe allgemein bekannt (DE 31 30 096 C2 oder DE 31 51 929 C2). Bei einer derartigen Vorrichtung wird einem drehbar gelagerten und von einem Motor, vorzugsweise von einem mit Druckluft betriebenen Motor, angetriebenen Sprühkopf die aufzutragende Farbe zugeführt und infolge der rotationsbedingten Fliehkraft abgeschleudert. Hierbei kommt ein ringsum den geerdeten Sprühkopf herum erzeugtes elektrische Feld zur Anwendung, welches mit Hilfe konzentrisch angeordneter Spitzenelektroden, die von einer gemeinsamen Hochspannungsquelle versorgt werden, erzeugt wird.

Die abgeschleuderten Farbtröpfchen werden dabei im elekrischen Feld, das sich zwischen den Hochspannungselektroden und dem geerdeten Sprühkopf ausbildet, durch Ionen aufgeladen, die durch lonisationsvorgänge an den Spitzenelektroden entstehen.
Die zu beschichtende Oberfläche ist hierbei auf ein niedrigeres Potential, meistens Erde, geschaltet, so daß infolge des hierdurch bedingten Potentialunterschiedes die vom elektrischen Feld aufgeladenen Farbpartikel zur Auftragsoberfläche hin beschleunigt werden, wo sie haften bleiben.

Diese Technik hat sich bewährt und wird weit verbreitet eingesetzt.

Durch das Aufladungsprinzip ist es technisch erforderlich im Zerstäuber geerdete Teile (Sprühkopf, Turbine und Erdzuleitung) sowie Hochspannung führende Teile (Elektroden, Hochspannungszuleitung und -verteilung) voneinander elektrisch zu isolieren. Dies ist bei der hohen Spannung ( bis zu 100 kV) und den geringen Abständen zwischen den Hochspannung führenden Teilen insbesondere an der Rückplatte außerordentlich problematisch. Bei unzureichender Isolation kommt es zu einem Durchschlag, der zum Ausfall des Zerstäubers führt.

Da die Geometrie der Spitzenelektroden nie vollständig gleich ist, sind die Feldstärken vor den einzelnen Spitzenelektroden und damit der lonisationsstrom nie gleich. Dies bewirkt eine ungleichmäßige Aufladung der Lacktröpfchen um den Zerstäuber und erhöht die Wahrscheinlichkeit der Verschmutzung. Diese Ungleichmäßigkeit verstärkt sich noch während des Betriebs durch Verschleiß und Verschmutzung. Mit der bisherigen Technik lassen sich die unterschiedlichen Feldstärken an den Spitzenelektroden nicht ausregeln.

Funktionsbedingt fließt ein elektrischer Strom vom Sprühkopf zur Erde, Dieser kann bis zu 1000 µA betragen. Bei der Verwendung einer luftgelagerten Turbine besteht keine galvanische Verbindung zwischen dem Sprühkopf und der Erdzuleitung. Der Strom kommutiert über das Luftlager in der Turbine. Dabei kommt es zu Erosionserscheinungen, die zu Schäden und damit störungsbedingten Unterbrechungen des Sprühbetriebes mit dem Rotationszerstäuber führen.

Zur teilweisen Behebung des zuvor erläuterten Problems wurde in der nicht vorveröffentlichten EP 829 306 A vorgeschlagen, die Hochspannungsversorgung der Elektroden zu dezentralisieren und statt einer einzigen externen Hochspannungsquelle, welche alle Elektroden versorgt, in jeder Elektrode jeweils eine fest installierte separate Hochspannungsquelle vorzusehen, so daß die Hochspannungsisolation des Rotationszerstäubers entfallen kann.

Hierbei ist im Falle einer Störung allerdings jeweils die komplette Elektrodeneinheit, das heißt der Elektrodenhalter mit der Elektrode auszuwechseln unabhängig davon, welches Bauteile eine Schädigung aufweist. Dies ist weder wirtschaftlich noch umweltfreundlich, da im Falle einer festgestellten Störung in aller Regel nur entweder die Elektrode oder die Hochspannungsquelle beziehungsweise ein Teil der Hochspannungsquelle, nicht aber beide Hauptkomponenten von einem Schaden betroffen sind.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Rotationszerstäuber der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die genannten Schwierigkeiten auf einfache Weise vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß der Erfindung ist daher vorgesehen, daß in jedem Elektrodenhalter eine steckbare Kaskade als Hochspannungsquelle angeordnet ist, welche die zugehörige, jeweils frontseitig angeordnete Elektrode speist. Damit liegt die Hochspannung nur an der Spitze der Elektrodenhalter an.

Mit dieser Art der Spannungsversorgung wird erreicht, daß einerseits lange Leitungswege der Hochspannungsversorgung mit einer Spannung von ca. 100 kV vermieden werden und andererseits eine jederzeitige einfache Auswechslung des örtlich angeordneten Hochspannungserzeugers möglich ist. Hierdurch ist die betriebliche Verfügbarkeit deutlich verbessert.

Dabei ist die Spannungsversorgung der in jedem Elektrodenhalter angeordneten Hochspannungsquelle je nach Leistungsbedarf von einer dem Rotationszerstäuber unmittelbar benachbarten Gleichspannungsquelle geringer Spannung, zum Beispiel ein Akkumulator, oder über eine Niederspannungsleitung vorgesehen und damit das Erfordernis einer aufwendigen Hochspannungsisolierung auf den Elektrodenhalter beschränkt.

Zusätzlich erweist es sich als vorteilhaft, daß das Gehäuse des Rotationszerstäubers isoliert ist entsprechend der in der Installationstechnik bekannten Schutzart isoliertes Gehäuse, wobei zwecks der erforderlichen Erdung die beibehaltene metallische Rotorwelle zumindest abschnittweise als Leiter benutzt wird, wobei ein Stromfluß durch die Luftspalte in den Lagern nicht stattfindet da das Gehäuse isoliert ist und sich dementsprechend auf freiem Potential befindet. das heißt, daß es kein Differenzpotential gegenüber dem der Rotorwelle aufweist.

Zur Ableitung möglicher Erdströme genügt es. am rückseitigen Ende der Welle einen Ring aus elektrisch leitendem Material anzuordnen, der die Welle umfaßt und mit einem Erdleiter verbunden ist. Die Spaltweite des ringförmigen Luftspalts kann hierbei größer sein als bei einem Wellenlager, da aus den zuvor erläuterten Gründen dort ein Stromfluß nicht besteht.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die jeweils in den Elektrodenhaltern angeordnete, zur Speisung der zugehörigen Elektrode vorgesehene Hochspannungsquelle als eine aus Dioden und Kondensatoren bestehende Kaskade ausgebildet, die als Spannungsverstärker dient. In die Hochspannungsquelle kann neben der Kaskade auch ein Transformator und ein Wechselrichter integriert sein, der aus der speisenden Gleichspannung (Niederspannung) die zur Speisung der Kaskade erforderliche Wechselspannung erzeugt.

Weiterhin ist es entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, daß Messglieder für Kaskadenstrom und Kaskadenspannung vorgesehen sind.

Vorteilhafterweise ist entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Elektrodenhalter mit einem Federelement versehen, welches zwischen der Elektrode und der Kaskade angeordnet ist. Kontaktnadeln, die einerseits mit der Elektrode und andererseits mit der Kaskade zusammenarbeiten, stellen die elektrische Verbindung zwischen der Kaskade und der Elektrode sicher. Infolge der federnden Beaufschlagung wird so einerseits die Kontaktsicherheit erhöht und gleichzeitig die einfache Auswechselbarkeit der Kaskade gewährleistet.

in weiterer Verbesserung der Erfindung ist jeder Elektrodenhalter abnehmbar ausgebildet und mittels einer Überwurfmutter beziehungsweise mittels Bajonettverschluß mit dem zugeordneten Gehäuseanschluß verbünden, wobei zur Vermeidung von Kontaktproblemen infolge von eindringender Feuchtigkeit oder Verschmutzung in die Spalte zwischen dem jeweiligen Elektrodenhalter und dem Anschluß hierfür am Gehäuse des Rotationszerstäubers Dichtringe eingesetzt sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind sechs Elektrodenhalter gleichmäßig im Abstand um das Gehäuse angeordnet, deren frontseitiges Ende jeweils als Spitze ausgebildet ist, welche die zugehörige Elektrode aufnimmt.

Ferner kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der radiale Abstand zwischen dem Gehäuse und einem Elektrodenhalter so festgelegt sein, daß er höchstens dem Durchmesser eines Elektrodenhalters entspricht.

Dabei erweist es sich insbesondere als günstig, wenn die Länge eines Elektrodenhalter wenigstens seinem fünffachen Durchmesser entspricht.

Vorteilhafterweise sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Elektrodenhalter auf einem Ring angeordnet, der das Gehäuse konzentrisch umgibt.

Gemäß einer hierzu alternativen Gestaltung können die Elektrodenhalter jeweils auch auf Haltearmen angeordnet sein, welche radial am Gehäuse angebracht sind.

Darüber hinaus verbindet sich mit dem der Erfindung zugrundeliegenden Grundprinzip der Einzelversorgung der Elektroden mit Hochspannung, daß jede Elektrode getrennt geregelt werden kann. Damit ist eine gleichmäßige Aufladung der Lacktröpfchen gewährleistet.

Weiterhin können beschädigungs- oder verschmutzungsbedingte Ausfälle einer Elektrode rasch erkannt werden können. Da die erfindungsgemäße Ausbildung der Hochspannungsversorgung eine einfache gegebenenfalls permanente Überwachung der elektrischen Kenngrößen im Niederspannungsbereich erlaubt, nämlich an der Versorgungsleitung, werden auftretende Störungen unmittelbar erkannt und angezeigt, so daß die erforderlichen Abhilfemaßnahmen unvermittelt begonnen werden können.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1: eine Übersichtsdarstellung eines erfindungsgemäßen Rotationssprühzerstäubers im Längsschnitt;
Fig. 2: einen entlang der Längsachse geteilten Rotationszerstäuber mit einem im Längsschnitt dargestellten Elektrodenhalter gemäß der Erfindung und
Fig. 3: einen entlang der Längsachse geteilten, im Teilschnitt dargestellten Rotationszerstäuber mit einem Elektrodenhalter.

In Fig.1 ist ein Sprühzerstäuber 10 zur Verarbeitung von elektrisch leitfähigen Auftragsstoffen mit einem Gehäuse 12, mit einem frontseitig angesetzten Sprühkopf 11 sowie zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Elektroden 13 gezeigt, die an den freien, zur Frontseite des Gehäuses 12 zugewandten Enden 18 von Elektrodenhaltern 24 angeordnet sind.

Die Elektrodenhalter 24 sind achsparallel zur Längsachse des Gehäuses 12 auf einem rückwärtig am Gehäuse 12 konzentrisch anschließenden Ring 16 angeordnet.

Wie in dem in Fig. 1 auf der rechten Seite sowie ebenso in Fig. 2 gezeigten Teillängsschnitt dargestellt ist, besteht ein Elektrodenhalter 24 aus einen Hochspannungserzeuger 17, der in einem Gehäuse 15 fest untergebracht ist, und einer Aufnahme 14 für die Elektrode 13. Ein Kontaktstift 23 leitet die Hochspannung vom Hochspannungserzeuger 17 zur Elektrodenaufnahme 14. Über ein Federelement 18, das hier als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, wird eine sichere Kontaktierung zu Elektrode 13 gewährleistet.

Der Hochspannungserzeuger ist am Ring mit einem Steckkontakt 20 mit einer Niederspannungsversorgungsleitung 19 verbunden. Die Elektrodenaufnahme 14 ist auf das Gehäuse 15 des Hochspannungserzeugers 17 aufgeschraubt, so daß ein Austausch der Elektrode ohne den kompletten Wechsel des Elektrodenhalters 24 erfolgen kann. Der in das Gehäuse 15 integrierte Hochspannungserzeuger 17 ist in den anschließenden Ring 16 auswechselbar eingesteckt. Die Befestigung erfolgt mittels einer Überwurfmutter 21 mit Gewinde oder mit Bajonettverschluß. Zur Abdichtung sind zwischen dem Elektrodenhalter 24 und dem konzentrischen Ring 16 O-Ringen 22 angeordnet.

In der Niederspannungsversorgungsleitung 19 kann eine nicht näher gezeigte Kontroll- und/oder Steuereinrichtung integriert sein, mittels welcher die elektrischen Parameter eingestellt, überwacht und bedarfsweise korrigiert werden.

In Fig. 3 ist ein Teilschnitt durch das Gehäuse, durch den als Turbine ausgebildeten Antrieb 40 und den Sprühkopf 11 dargestellt.

Die Antriebswelle ist als metallische Hohlwelle 46 ausgebildet und lagert im ebenfalls leitfähigen Turbinengehäuse 44. Es besteht jedoch keine galvanische Verbindung zwischen der Welle 46 und dem Turbinengehäuse 44; beide sind durch einen Luftspalt 45 voneinander getrennt. Das Turbinengehäuse 44 ist durch eine Isolier schicht 42 gegenüber anderen Erdpotential führende Teile isoliert. Die Kommutierung des Stromes erfolgt von der Welle 46 über einen geerdeten Ring 48.

Damit liegt das Turbinengehäuse 44 auf freien Potential und ein Stromfluß über den Luftspalt 45 wird vermieden. Dabei ist der Ring aus einem Material gefertigt, zum Beispiel aus Kohlenstoff, das zu einem geringen Spattering in Kombination mit dem Wellenmaterial, vorzugsweise Stahl, neigt.

Claims

Rotationssprühzerstäuber zum Auftragen von elektrisch leitfähigem Lack, insbesondere Wasserlack, auf Oberflächen mit einem Gehäuse (12), in welchem ein Antriebsmotor (40) zur Drehbetätigung eines frontseitig angesetzten, mit einer Lackzufuhr verbundenen Sprühkopfes (11) angeordnet ist, der den zugeführten Lack infolge Rotation in einem Sprühnebel abgibt, sowie mit wenigstens zwei sich parallel zur Längsachse des Gehäuses zur Frontseite hin erstreckenden auf einem zu dem Gehäuse (12) konzentrischen Kreis angeordneten Elektrodenhaltern (24), in welchen jeweils eine stirnseitig vorragende Elektrode (13) untergebracht und von einer Hochspannungsquelle (17) gespeist ist, welche Elektroden (13) ein elektrisches Feld erzeugen das den vom Sprühkopf (11) abgegebenen Sprühnebel gegen die Auftragsflache beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Elektrodenhalter (24) eine als Kaskade (15) ausgebildete Hochspannungsquelle (17) steckbar angeordnet ist, welche die zugehörige Elektrode (13) speist und mit einer Niederspannungs-Stromquelle zu ihrer Versorgung verbunden ist.
Sprühzerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in jedem Elektrodenhalter (24) zwischen der Kaskade (15) und der zugehörigen Elektrode (13) ein Federelement (18) angeordnet ist, welches die elektrische Verbindung sicherstellt und eine sichere Kontaktierung gewährleistet
Sprühzerstäuber nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die in jedem Elektrodenhalter (24) zur Speisung der zugehörigen Elektrode (13) als Kaskade (15) ausgebildete Hochspannungsquelle (17) von einer aus Dioden und Kondensatoren bestehenden kaskadenförmigen Anordnung gebildet ist, die als Spannungsverstärker dient.
Sprühzerstäuber nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sechs gleichmäßig im Abstand um das Gehäuse (12) angeordnete Elektrodenhalter (24) vorgesehen sind, deren frontseitiges Ende als Spitze (14) ausgebildet ist, welche die zugehörige Elektrode (13) aufnimmt
Sprühzerstäuber nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand zwischen dem Gehause (12) und einem Elektrodenhalter (24) höchstens dem Durchmesser des Elektrodenhalters (24) entspricht.
Sprühzerstäuber nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge eines Elektrodenhalter (24) wenigstens seinem fünffachen Durchmesser entspricht.
Sprühzerstäuber nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenhalter (24) auf einem konzentrischen Ring (16) angeordnet sind, der das Gehäuse (12) umgibt.
Sprühzerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenhalter (24) jeweils auf Haltearmen angeordnet sind, welche radial am Gehäuse (12) angebracht sind.
Sprühzerstäuber nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hochspannungsquelle (17) mit der zugehörigen Elektrode (13) eine Baueinheit bildet, die en bloc austauschbar ist.
Sprühzerstäuber nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinengehäuse (42) potentialfrei ist und die Stromkommutierung außerhalb der Turbine (40) über Elektroden, insbesondere einen Ring (48), erfolgt.