EP1177050A1 - High-speed rotary atomizer with an air guide ring - Google Patents

High-speed rotary atomizer with an air guide ring

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EP1177050A1
EP1177050A1 EP99910346A EP99910346A EP1177050A1 EP 1177050 A1 EP1177050 A1 EP 1177050A1 EP 99910346 A EP99910346 A EP 99910346A EP 99910346 A EP99910346 A EP 99910346A EP 1177050 A1 EP1177050 A1 EP 1177050A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ring
steering air
bell
air ring
rotary atomizer
Prior art date
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Application number
EP99910346A
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German (de)
French (fr)
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EP1177050B1 (en
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Gunter BÖRNER
Steffen Georgi
Josef Wittmann
Hidetoshi Yamabe
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ABB Patent GmbH
Original Assignee
ABB Patent GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/04—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/053—Arrangements for supplying power, e.g. charging power
    • B05B5/0533—Electrodes specially adapted therefor; Arrangements of electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/04—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces
    • B05B5/0426—Means for supplying shaping gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B15/00—Details of spraying plant or spraying apparatus not otherwise provided for; Accessories
    • B05B15/50—Arrangements for cleaning; Arrangements for preventing deposits, drying-out or blockage; Arrangements for detecting improper discharge caused by the presence of foreign matter

Definitions

  • the invention relates to a rotary atomizer with external charging, which can be used to apply conductive lacquers, in particular water lacquer, to a surface of a body to be coated.
  • Rotary atomizers are described for example in DE 31 30 096 C2, DE 31 51 929 C2 and EP 0 829 306 A2.
  • the water-based paint is fed centrally to a bell that rotates at high speed (10,000 rpm to 70,000 rpm).
  • the paint is guided to the edge of the bell by centrifugal force and thrown off from there in the form of small drops.
  • the droplets move in the first flight moment parallel to the surface of the object to be coated, which is located in the front of the atomizer.
  • the droplets are then directed in the direction of the object to be coated by an air flow from the atomizer in the direction of the object to be coated.
  • the air is directed out of the atomizer from bores or slots behind the bell.
  • the droplets are charged electrostatically. This is done by needle electrodes, which are attached radially around the bell and are at negative DC potential.
  • the voltage is in the range between - 40 kV and - 100 kV.
  • the high field strengths in front of the needle tips (> 25 kV / cm) lead to ionization of the air in front of the needle tips.
  • the resulting electrons attach themselves to air molecules and form negative ions that move in the electric field to the bell at ground potential and to the grounded object to be coated. On the way they cross the droplets and negatively charge them.
  • a force acts on the charged droplets in the direction of the object to be coated, due to the interaction the electric charge is caused by the electric field. This force and the application efficiency is higher the higher the field strength and charge.
  • the distance from the edge of the steering air ring to the needle tips is usually smaller than the distance from the bell edge to the needle tips. As a result, only a small part of the negative electrons generated at the needle tip is directed to the bell edge and the field strength in the area of the bell edge is low. This means that the droplets are not charged enough for high efficiency.
  • the edge of the steering air ring is connected to the plastic surface of the atomizer body. This results in interfaces at which comparatively powerful discharges (streamer) start, which lead to the destruction of the plastic surface.
  • the invention has for its object to provide a high-ration atomizer with external discharge and steering air ring, with which an increased efficiency is achieved with a reduced tendency to discharge.
  • the steering air ring is not directly earthed but connected to the earth potential via an ohmic resistor.
  • FIG. 1 shows a section of an atomizer with a steering air ring, spray bell, and at least one resistance component for the high-resistance connection of the steering air ring to earth potential
  • FIG. 3 shows an atomizer according to FIG. 1 with an alternative embodiment of the high-resistance connection
  • 4 shows an enlarged illustration of measures for reducing the field strength at the edges of the steering air ring
  • Fig. 6 is a simplified electrical equivalent circuit.
  • Fig. 1 shows a section of an atomizer with a turbine 3, which is made of a conductive material (metal and carbon). This is immediately grounded.
  • the turbine is usually provided with an air bearing. Rolling bearings are also possible.
  • the shaft 4 of the turbine 3 is a hollow shaft in which the conductive ink supply line 5 and the solvent supply line and color return line, not shown here, are located.
  • the bell 6 is attached, which is usually made of metal.
  • the paint supplied in the paint tube 5 exits through the openings 7 and 8 and runs on the face of the bell 6 to the edge of the bell from which the paint is sprayed.
  • the turbine 4 is surrounded by a housing 1 made of non-conductive material (usually plastic).
  • the air 20, 21 is guided to the front of the atomizer by corresponding components made of insulating material 2, 9, 11.
  • the steering air ring 13 made of conductive material has openings 12 for the steering air 21.
  • the steering air ring 13 is electrically connected to the turbine 3 via one or more parallel resistors 17 (resistance components). Good contacting can e.g. can be achieved by springs 16.
  • the conductive steering air ring 13 is provided with an insulating part 11 towards the bell, which primarily covers the edge of the steering air ring 13. Additional air 20 is also passed through openings 10 in this insulating ring 11. avoids at the edge of the bell.
  • the bell 6 is additionally covered on the outside with an insulating part 22 in order to further increase the security against flashovers.
  • connection between the steering air ring 13 and the grounded turbine 2 can also take place via components 23 which are made of a material which accordingly has the same electrical resistance as the resistors 17 listed above. This is shown in Fig. 3 as an embodiment.
  • the resistance between the edge of the steering air ring facing the needle electrodes and the earth potential should be in the range of 10 M ⁇ to 500 M ⁇ .
  • the aim should be that no high field strengths occur at the edge of the steering air ring 13, which faces the electrode holder 18 with the needle electrodes 19, which lead to streamer discharges.
  • a high-resistance connection can be introduced between the conductive steering air ring 13 and the plastic cover 15, which reduces the potential.
  • a simple exemplary embodiment is shown in FIG. Between the steering air ring 13 and the plastic cover 15, a ring 14 made of high-resistance material (e.g. plastic with added graphite or soot) is placed. This has to touch the plastic cover 15 around the entire circumference.
  • the highly simplified electrical equivalent circuit diagram is shown in FIG. 6.
  • the electrical circuit consists of gas discharge lines between the needle tips and the grounded object 25 to be coated,
  • the voltage at the steering air ring U results from the current to the steering air ring I and the electrical resistance between the steering air ring and earth R,
  • the total current of the atomizer is the sum of the three partial flows to the earthed object l 0 , to the earthed bell l g and to the steering air ring I ,.

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  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)

Abstract

The invention relates to a rotary atomizer with a charging possibility from outside. Said rotary atomizer is used to apply conductive varnishes, especially water lacquer, onto a surface of a body to be coated. The rotary atomizer has an air guide ring (13) that is connected to a high voltage potential, and a grounded spray bell (6). The aim of the inventive atomizer is to reduce the risk of discharges. To this end, the ring (13) is connected to the ground potential via a high ohmic resistor (17) so that the ring (13) has a potential that lies between the high voltage potential of electrodes (19) for the charge from outside and the ground potential of the bell (6).

Description

Hochrotationszerstäuber mit Lenkluftring High-speed rotary atomizer with steering air ring
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotationszerstäuber mit Außenaufladung, der zum Aufbringen von leitfähigen Lacken, insbesondere Wasserlack auf eine zu beschichtende Oberfläche eines Körpers verwendet werden kann. Rotationszerstäuber sind beispielsweise in der DE 31 30 096 C2, DE 31 51 929 C2 und EP 0 829 306 A2 beschrieben .The invention relates to a rotary atomizer with external charging, which can be used to apply conductive lacquers, in particular water lacquer, to a surface of a body to be coated. Rotary atomizers are described for example in DE 31 30 096 C2, DE 31 51 929 C2 and EP 0 829 306 A2.
Der Wasserlack wird dabei zentral einer Glocke zugeführt, die sich mit hoher Geschwindigkeit dreht (10000 U/min bis 70000 U/min). Durch die Zentrifugalkraft wird der Lack zur Glockenkante geführt und von dort in Form kleiner Tropfen abgeschleudert. Die Tröpfchen bewegen sich damit im ersten Flug-Moment parallel zur Oberfläche des zu beschichtenden Objektes, das sich in Front des Zerstäubers befindet. Durch eine Luftströmung vom Zerstäuber in Richtung des zu beschichtenden Objektes werden die Tröpfchen dann in Richtung des zu beschichtenden Objektes gelenkt. Die Luft wird hinter der Glocke aus dem Zerstäuber aus Bohrungen oder Schlitzen geleitet. Um einen hohen Auftragswirkungsgrad zu erreichen werden die Tröpfchen elektrostatisch aufgeladen. Dies erfolgt durch Nadelelektroden, die radial um die Glocke angebracht sind und sich auf negativem Gleichspannungspotential befinden. Die Spannung liegt im Bereich zwischen - 40 kV und - 100 kV. Die dabei auftretenden hohen Feldstärken vor den Nadelspitzen (> 25 kV/cm) führen zu einer Ionisierung der Luft vor den Nadelspitzen. Die dabei entstehenden Elektronen lagern sich an Luftmoleküle an und bilden negative Ionen, die sich im elektrischen Feld zu der auf Erdpotential befindlichen Glocke und zu dem geerdeten zu beschichtenden Objekt bewegen. Auf dem Weg dahin kreuzen sie die Tröpfchen und laden diese negativ auf. Auf die geladenen Tröpfchen wirkt eine Kraft in Richtung des zu beschichtenden Objektes, die durch die Wechselwirkung der elektrischen Ladung mit dem elektrischen Feld hervorgerufen wird. Dabei ist diese Kraft und damit der Auftragswirkungsgrad ist um so höher, je höher Feldstärke und Ladung sind. Für die angelegte Spannung ergibt sich eine Obergrenze. Ab einem vorgegebenen Spannungspegel schlagen die gleichmäßigen Koronaentladungen in sogenannte Streamer um. Diese führen einerseits zu einer sehr ungleichmäßigen Aufladung der Tröpfchen und können andererseits den Durchschlag zwischen den Nadelelektroden und der geerdeten Glocke einleiten.The water-based paint is fed centrally to a bell that rotates at high speed (10,000 rpm to 70,000 rpm). The paint is guided to the edge of the bell by centrifugal force and thrown off from there in the form of small drops. The droplets move in the first flight moment parallel to the surface of the object to be coated, which is located in the front of the atomizer. The droplets are then directed in the direction of the object to be coated by an air flow from the atomizer in the direction of the object to be coated. The air is directed out of the atomizer from bores or slots behind the bell. In order to achieve a high degree of application efficiency, the droplets are charged electrostatically. This is done by needle electrodes, which are attached radially around the bell and are at negative DC potential. The voltage is in the range between - 40 kV and - 100 kV. The high field strengths in front of the needle tips (> 25 kV / cm) lead to ionization of the air in front of the needle tips. The resulting electrons attach themselves to air molecules and form negative ions that move in the electric field to the bell at ground potential and to the grounded object to be coated. On the way they cross the droplets and negatively charge them. A force acts on the charged droplets in the direction of the object to be coated, due to the interaction the electric charge is caused by the electric field. This force and the application efficiency is higher the higher the field strength and charge. There is an upper limit for the applied voltage. From a given voltage level, the uniform corona discharges change into so-called streamers. On the one hand, this leads to a very uneven charging of the droplets and, on the other hand, can initiate the breakdown between the needle electrodes and the earthed bell.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß durch eine Verwirbelung an der Glockenkante Tröpfchen in Richtung des Zerstäuberkörpers gelenkt werden. In US 5,775,598 wird deshalb vorgeschlagen den Lenkluftring aus einem leitfähigen Material zu fertigen und diesen mit Erdpotential zu verbinden. Zwischen dem Zerstäuberkörper und der von der Glockenkante abgesprühten Tröpfchenwolke entsteht damit eine Raumladungswolke durch den Stromfluß der Ionen von den Nadelspitzen zum geerdeten Lenkluftring. Durch die abstoßenden Kräfte der negativ geladenen Tröpfchen und den negativen Ionen soll eine Verschmutzung des Zerstäuberkörpers vermieden werden. Diese Anordnung hat weiterhin den Vorteil, daß die Lenkluftöffnungen in ein metallisches Teil eingebracht werden können. Damit ist gegenüber von Kunststoffteilen eine höhere Gleichmäßigkeit der Lenkluft gewährleistet, da die Fertigungstoleranzen bei Kunststoffteilen größer sind als bei Metallteilen. Weiterhin können die teilweise beobachteten Entladungen von der Turbine durch die Lenkluftöffnungen vermieden werden, die zu einer Zerstörung dieser führen.Another problem is that by swirling the bell edge droplets are directed towards the atomizer body. In US 5,775,598 it is therefore proposed to manufacture the steering air ring from a conductive material and to connect it to earth potential. A space charge cloud thus arises between the atomizer body and the droplet cloud sprayed from the edge of the bell by the current flow of the ions from the needle tips to the earthed steering air ring. The repulsive forces of the negatively charged droplets and the negative ions are intended to prevent contamination of the atomizer body. This arrangement also has the advantage that the steering air openings can be introduced into a metallic part. This ensures a higher uniformity of the steering air compared to plastic parts, since the manufacturing tolerances for plastic parts are larger than for metal parts. Furthermore, the partially observed discharges from the turbine through the steering air openings, which lead to their destruction, can be avoided.
Diese Anordnung hat jedoch entscheidende Nachteile:However, this arrangement has decisive disadvantages:
- Der Abstand der Kante des Lenkluftrings zu den Nadelspitzen ist in der Regel kleiner als der Abstand der Glockenkante zu den Nadelspitzen. Dadurch wird nur ein kleiner Teil der an der Nadelspitze generierten negativen Elektronen zur Glockenkante gelenkt und die Feldstärke im Bereich der Glockenkante ist gering. Damit ist die Aufladung der Tröpfchen nicht ausreichend für einen hohen Wirkungsgrad. - Die Kante des Lenkluftringes ist mit der Kunststoffoberfläche des Zerstäuberkörpers verbunden. Damit ergeben sich Grenzflächen an denen vergleichsweise stromstarke Entladungen (Streamer) einsetzen, die zu einer Zerstörung der Kunststoffober- f lache führen.- The distance from the edge of the steering air ring to the needle tips is usually smaller than the distance from the bell edge to the needle tips. As a result, only a small part of the negative electrons generated at the needle tip is directed to the bell edge and the field strength in the area of the bell edge is low. This means that the droplets are not charged enough for high efficiency. - The edge of the steering air ring is connected to the plastic surface of the atomizer body. This results in interfaces at which comparatively powerful discharges (streamer) start, which lead to the destruction of the plastic surface.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochrationszerstäuber mit Außenentladung und Lenkluftring anzugeben, mit dem ein erhöhter Wirkungsgrad bei verminderter Neigung zu Entladungen erreicht wird.The invention has for its object to provide a high-ration atomizer with external discharge and steering air ring, with which an increased efficiency is achieved with a reduced tendency to discharge.
Diese Aufgabe wird durch einen Hochrotationszerstäuber mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a high-speed rotary atomizer with the features specified in claim 1. Refinements are specified in further claims.
Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen gelingt es, den Lenkluftring auf ein Potential zu legen, das zwischen dem Erdpotential (Glocke und Turbine) und dem Hochspannungspotential der Nadelspitzen liegt. Dazu ist der Lenkluftring nicht direkt geerdet sondern über einen ohmschen Widerstand mit dem Erdpotential verbunden.With the measures according to the invention, it is possible to place the steering air ring at a potential that lies between the earth potential (bell and turbine) and the high-voltage potential of the needle tips. For this purpose, the steering air ring is not directly earthed but connected to the earth potential via an ohmic resistor.
Ausführungsbeispiele sind in Zeichnungsfiguren dargestellt und nachstehend beschrieben.Exemplary embodiments are shown in drawing figures and described below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Zerstäuber mit Lenkluftring, Sprühglocke, und wenigstens einem Widerstandsbauteil zur hochohmigen Verbindung des Lenkluftrings mit Erdpotential,1 shows a section of an atomizer with a steering air ring, spray bell, and at least one resistance component for the high-resistance connection of the steering air ring to earth potential,
Fig. 2 einen Zerstäuber gemäß Fig. 1 und zusätzlichem Isolierteil auf die Glocke,2 an atomizer according to FIG. 1 and additional insulating part on the bell,
Fig. 3 einen Zerstäuber gemäß Fig. 1 mit einer alternativen Ausführung der hochohmigen Verbindung, Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung von Maßnahmen zur Feldstärkereduzierung an Kanten des Lenkluftrings,3 shows an atomizer according to FIG. 1 with an alternative embodiment of the high-resistance connection, 4 shows an enlarged illustration of measures for reducing the field strength at the edges of the steering air ring,
Fig. 5 alternative Maßnahmen zur Feldstärkereduzierung, undFig. 5 alternative measures to reduce field strength, and
Fig. 6 ein vereinfachtes elektrisches Ersatzschaltbild.Fig. 6 is a simplified electrical equivalent circuit.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Zerstäuber mit einer Turbine 3, die aus einem leitfähigen Material (Metall und Kohlenstoff) gefertigt ist. Diese ist unmittelbar geerdet. Die Turbine ist in der Regel mit einer Luftlagerung versehen. Es sind aber auch Wälzlager möglich. Die Welle 4 der Turbine 3 ist eine Hohlwelle, in der sich die leitfähige Farbzuleitung 5 und die hier nicht dargestellten Lösemittelzuleitung und Farbrückleitung befinden. An der Stirnseite der Welle 4 ist die Glocke 6 angebracht, die in der Regel aus Metall gefertigt ist. Die im Farbrohr 5 zugeführte Farbe tritt durch die Öffnungen 7 und 8 aus und läuft auf der Stirnseite der Glocke 6 zu der Glockenkante, von der die Farbe abgesprüht wird. Die Turbine 4 ist von einem Gehäuse 1 aus nichtleitfähigen Material (in der Regel Kunststoff) umgeben. Durch entsprechende Bauteile aus Isolierstoff 2, 9,11 wird die Luft 20, 21 zur Front des Zerstäubers geführt. Der aus leitfähigen Material gefertigte Lenkluftring 13 besitzt Öffnungen 12 für die Lenkluft 21. Der Lenkluftring 13 ist über einen oder mehrere parallele Widerstände 17 (Widerstandsbauelemente) elektrisch mit der Turbine 3 verbunden. Eine gute Kontaktierung kann z.B. durch Federn 16 erreicht werden.Fig. 1 shows a section of an atomizer with a turbine 3, which is made of a conductive material (metal and carbon). This is immediately grounded. The turbine is usually provided with an air bearing. Rolling bearings are also possible. The shaft 4 of the turbine 3 is a hollow shaft in which the conductive ink supply line 5 and the solvent supply line and color return line, not shown here, are located. At the end of the shaft 4, the bell 6 is attached, which is usually made of metal. The paint supplied in the paint tube 5 exits through the openings 7 and 8 and runs on the face of the bell 6 to the edge of the bell from which the paint is sprayed. The turbine 4 is surrounded by a housing 1 made of non-conductive material (usually plastic). The air 20, 21 is guided to the front of the atomizer by corresponding components made of insulating material 2, 9, 11. The steering air ring 13 made of conductive material has openings 12 for the steering air 21. The steering air ring 13 is electrically connected to the turbine 3 via one or more parallel resistors 17 (resistance components). Good contacting can e.g. can be achieved by springs 16.
Da im Betrieb der Lenkluftring 13 auf einen anderen Potential (z.B. -10 kV) als die geerdete Glocke 6 befindet, ist zu gewährleisten, daß keine Überschläge zwischen dem Lenkluftring 13 und der Glocke 6 auftreten. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der leitfähige Lenkluftring 13 zur Glocke hin mit einem Isolierteil 11 versehen, das vor allem die Kante des Lenkluftringes 13 abdeckt. Durch Öffnungen 10 in diesem Isolierring 11 wird weiterhin eine Zusatzluft 20 geführt, die Luftverwirbelun- gen an der Glockenkante vermeidet. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Glocke 6 zusätzlich an der Außenseite mit einem Isolierteil 22 bedeckt, um die Sicherheit gegen Überschläge weiter zu erhöhen.Since the steering air ring 13 is at a different potential (for example -10 kV) than the earthed bell 6 during operation, it must be ensured that no flashovers occur between the steering air ring 13 and the bell 6. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the conductive steering air ring 13 is provided with an insulating part 11 towards the bell, which primarily covers the edge of the steering air ring 13. Additional air 20 is also passed through openings 10 in this insulating ring 11. avoids at the edge of the bell. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the bell 6 is additionally covered on the outside with an insulating part 22 in order to further increase the security against flashovers.
Die Verbindung zwischen dem Lenkluftring 13 und der geerdeten Turbine 2 kann auch über Bauteile 23 erfolgen, die aus einem Material gefertigt sind, das entsprechend den gleichen elektrischen Widerstand besitzt, wie die oben aufgeführten Widerstände 17 . Dies ist in Fig. 3 als Ausführungsbeispiel dargestellt.The connection between the steering air ring 13 and the grounded turbine 2 can also take place via components 23 which are made of a material which accordingly has the same electrical resistance as the resistors 17 listed above. This is shown in Fig. 3 as an embodiment.
Eine weitere in der Zeichnung nicht dargestellte Möglichkeit besteht darin, den Lenkluftring 13 selbst aus hochohmigem Material zu fertigen und mit Erde zu verbinden. Dabei sollte der Widerstand zwischen der Kante des Lenkluftringes, die den Nadelelektroden zugewandt ist, und dem Erdpotential im Bereich von 10 MΩ bis 500 MΩ liegen.Another possibility, not shown in the drawing, is to manufacture the steering air ring 13 itself from high-resistance material and to connect it to earth. The resistance between the edge of the steering air ring facing the needle electrodes and the earth potential should be in the range of 10 MΩ to 500 MΩ.
Für einen sicheren Betrieb ist anzustreben, daß an der Kante des Lenkluftringes 13, die den Elektrodenhalter 18 mit den Nadelelektroden 19 zugewandt ist, keine hohen Feldstärken auftreten, die zu Streamer-Entladungen führen. Dazu kann zwischen dem leitfähigen Lenkluftring 13 und der Kunststoffabdeckung 15 eine hochohmige Verbindung eingebracht werden, die das Potential abbaut. Im Fig. 4 ist ein einfaches Ausführuπgs- beispiel dargestellt. Zwischen den Lenkluftring 13 und die Kunstoffabdeckung 15 ist ein Ring 14 aus hochohmigen Material (z.B. Kunststoff mit beigemengten Graphit oder Ruß) gelegt. Dieser muß um den gesamten Umfang schlüssig die Kunststoffabdek- kung 15 berühren. Luftspalte müssen auf jeden Fall sowohl zwischen dem hochohmigen Ring 14 und der isolierenden Kunststoffabdeckung 15 als auch zwischen dem hochohmigen Ring 14 und dem Lenkluftring 13 vermieden werden. Eine weitere Möglichkeit besteht in dem in Fig. 5 dargestellten Überzug der Vorderkante der Kunststoffabdeckung 15 mit einem hochohmigen Material 24, z. B. Lack. Dabei ist wiederum darauf zu achten, daß keine Luftspalte entstehen. Es sind auch Kombinationen der beiden in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Maßnahmen möglich.For safe operation, the aim should be that no high field strengths occur at the edge of the steering air ring 13, which faces the electrode holder 18 with the needle electrodes 19, which lead to streamer discharges. For this purpose, a high-resistance connection can be introduced between the conductive steering air ring 13 and the plastic cover 15, which reduces the potential. A simple exemplary embodiment is shown in FIG. Between the steering air ring 13 and the plastic cover 15, a ring 14 made of high-resistance material (e.g. plastic with added graphite or soot) is placed. This has to touch the plastic cover 15 around the entire circumference. In any case, air gaps must be avoided both between the high-resistance ring 14 and the insulating plastic cover 15 and between the high-resistance ring 14 and the steering air ring 13. Another possibility is the covering of the front edge of the plastic cover 15 with a high-resistance material 24, for. B. paint. It is important to ensure that there are no air gaps. Combinations of the two measures shown in FIGS. 4 and 5 are also possible.
Das stark vereinfachte elektrische Ersatzschaltbild ist in Fig. 6 dargestellt. Der elektrische Stromkreis besteht aus Gasentladungsstrecken - zwischen den Nadelspitzen und dem geerdeten, zu beschichtenden Objekt 25,The highly simplified electrical equivalent circuit diagram is shown in FIG. 6. The electrical circuit consists of gas discharge lines between the needle tips and the grounded object 25 to be coated,
- zwischen den Nadelspitzen und der geerdeten Glocke 26,between the tips of the needles and the earthed bell 26,
- zwischen den Nadelelektroden und dem Lenkluftring 27, und einem Widerstand 28 zwischen Lenkluftring und Erde. Die Strom - Spannungs - Kennlinien der Gasentladungsstrecken können durch folgende Gleichungen approximiert werden:- Between the needle electrodes and the steering air ring 27, and a resistor 28 between the steering air ring and earth. The current-voltage characteristics of the gas discharge paths can be approximated using the following equations:
- zwischen den Nadelspitzen und dem geerdeten zu beschichtenden Objekt l0 = c0 (U - U00)2 ;- between the needle tips and the grounded object to be coated l 0 = c 0 (U - U 00 ) 2 ;
- zwischen den Nadelspitzen und der geerdeten Glocke - between the needle tips and the earthed bell
- zwischen den Nadelelektroden und dem Lenkluftring- between the needle electrodes and the steering air ring
I, = c, (U - U, - U0I)2 I, = c, (U - U, - U 0I ) 2
Die Spannung am Lenkluftring U, ergibt sich aus dem Strom zum Lenkluftring I, und dem elektrischen Widerstand zwischen Lenkluftring und Erde R,The voltage at the steering air ring U results from the current to the steering air ring I and the electrical resistance between the steering air ring and earth R,
U, = I, R, Der Gesamtstrom des Zerstäubers ist die Summe der drei Teilströme zum geerdeten Objekt l0, zur geerdeten Glocke lg und zum Lenkluftring I,.U, = I, R, The total current of the atomizer is the sum of the three partial flows to the earthed object l 0 , to the earthed bell l g and to the steering air ring I ,.
I = l0 + I, + lg Im elektrischen Sinne handelt es sich hier um eine Mehrelektrodenanordnung mit verschiedenen Potentialen. In erster Näherung kann jedoch davon ausgegangen werden, daß die Parameter c0, cg, c„ U0o, U0g und U0| allein von der Geometrie und nicht von Potentialen abhängig sind. Damit wird der Zerstäuber in erster Näherung durch die aufgeführten fünf Gleichungen beschrieben.I = l 0 + I, + l g In the electrical sense, this is a multi-electrode arrangement with different potentials. In a first approximation, however, it can be assumed that the parameters c 0 , c g , c "U 0o , U 0g and U 0 | depend solely on the geometry and not on potentials. The atomizer is thus described in a first approximation by the five equations listed.
Experimentelle Untersuchungen haben ergeben, daß sich eine sehr gute Leistung des Zerstäubers (hoher Auftragswirkungsgrad und geringe Verschmutzung) ergibt, wenn der Strom zur Glocke ca. 400 μA, der Strom zum Objekt ca. 100 μA und der Strom zur Glocke ca. 100 μA beträgt. Diese Abstimmung hängt nicht nur vom Widerstand, sondern auch von der Position der Nadelelektroden ab. Generell erweisen sich Widerstände im Bereich von 10 MΩ bis 500 MΩ als geeignet. Experimental investigations have shown that the atomizer performs very well (high application efficiency and low pollution) when the current to the bell is approx. 400 μA, the current to the object is approx. 100 μA and the current to the bell is approx. 100 μA . This vote depends not only on resistance, but on also from the position of the needle electrodes. In general, resistances in the range from 10 MΩ to 500 MΩ have proven to be suitable.
BezugszeichenlisteReference list
1 Gehäuse aus Isoliermaterial (z.B. Kunststoff)1 housing made of insulating material (e.g. plastic)
2 Bauteil aus Kunststoff Turbine mit Luftlagerung (leitfähig mit Erdpotential verbunden) Hohlwelle ( leitfähig) Farbrohr (leitfähig) Glocke (leitfähig) Färb- und Lösemittelöfnungen Färb- und Spülmittelöffnungen Bauteil aus Isolierstoff 0 Öffnung für Zusatzluft (Bohrungen oder Spalt) 1 Bauteil aus Isolierstoff 2 Öffnungen für Lenkluft (Bohrungen oder Spalt) 3 Lenkluftring aus leitfähigen Material 4 Ring aus hochohmigen Material zur Feldsteuerung 5 Ring aus Isolierstoff 6 Feder 7 Ohmscher Widerstand Bauteil 8 Elektrodenhalter 9 Nadelelektrode (negative Gleichspannung) 0 Zusatzluft zur Vermeidung von Verwirbelungen an der Glockenkante 1 Lenkluft 2 Außenisolierung der Glocke 3 Bauteil aus hochohmigen Material 4 Überzug aus hochohmigen Material 5 Ersatzschaltbild für die Gasentladungsstrecke zwischen Nadelelektroden und geerdeten zu beschichtenden Objekt 6 Ersatzschaltbild für die Gasentladungsstrecke zwischen Nadelelektroden und geerdeter Glocke 27 Ersatzschaltbild für die Gasentladungsstrecke zwischen Nadelelektroden und Lenkluftring2 component made of plastic turbine with air bearing (conductive connected to earth potential) hollow shaft (conductive) color tube (conductive) bell (conductive) dye and solvent openings dye and solvent openings component made of insulating material 0 opening for additional air (holes or gap) 1 component made of insulating material 2 Openings for steering air (holes or gap) 3 steering air ring made of conductive material 4 ring made of high-resistance material for field control 5 ring made of insulating material 6 spring 7 ohmic resistance component 8 electrode holder 9 needle electrode (negative DC voltage) 0 additional air to avoid turbulence at the edge of the bell 1 steering air 2 External insulation of the bell 3 Component made of high-resistance material 4 Cover made of high-resistance material 5 Replacement circuit diagram for the gas discharge path between needle electrodes and grounded object to be coated 6 Replacement circuit diagram for the gas discharge path between needle electrodes and grounded bell 27 Equivalent circuit diagram for the gas discharge gap between the needle electrodes and the steering air ring
28 Widerstand zwischen leitfähigen Lenkluftring und Erde28 Resistance between conductive steering air ring and earth
Verwendete FormelzeichenFormula symbols used
U Spannung an den NadelspitzenU Tension at the needle tips
U, Spannung am LenkluftringU, tension on the steering air ring
I Gesamtstrom des Zerstäubers l0 Strom von den Nadelspitzen zum geerdeten zu beschichtenden Objekt lg Strom von den Nadelspitzen zur geerdeten GlockeI Total current of the atomizer l 0 Current from the needle tips to the earthed object to be coated l g Current from the needle tips to the earthed bell
I, Strom von den Nadelspitzen zum LenkluftringI, current from the needle tips to the steering air ring
R, Widerstand zwischen leitfähigen Lenkluftring und Erde c0, cg, c„ U0o, U0g und U0,R, resistance between conductive steering air ring and earth c 0 , c g , c „U 0o , U 0g and U 0 ,
Parameter der Gasentladungsstrecken Parameters of the gas discharge lines

Claims

Ansprüche Expectations
1. Hochrotationszerstäuber zum Auftragen von elektrisch leitfähigem Lack, insbesondere Wasserlack, wobei der Rotationszerstäuber aufweist:1. High-speed rotary atomizer for applying electrically conductive lacquer, in particular water-based lacquer, the rotary atomizer having:
a) eine Elektrodenanordnung (18, 19) für eine elektrostatische Außenaufladung,a) an electrode arrangement (18, 19) for electrostatic external charging,
b) eine elektrisch leitfähige und geerdete Sprühglocke (6), die mittels Antriebsein richtungen (3,4) in Rotation versetzbar ist, die sich in einem Zerstäubergehäuse (1 ) aus elektrisch isolierendem Material befinden,b) an electrically conductive and grounded spray bell (6) which can be set in rotation by means of drive devices (3, 4) which are located in an atomizer housing (1) made of electrically insulating material,
c) einen Lenkluftring (13) aus elektrisch leitfähigem Material, mit dem Lenkluft (21 ausblasbar ist, und der betriebsmäßig Hochspannungspoteπtial (z. B. -10kV führt,c) a steering air ring (13) made of electrically conductive material, with which steering air (21 can be blown out) and which, during operation, carries high voltage potential (e.g. -10 kV),
d) Mittel (13, 16, 17) vorhanden sind, die einen ohmschen Widerstand im Bereich von 10 MΩ bis 500 MΩ bilden und über diesen Widerstand eine elektrische Verbindung des Lenkluftrings (13) mit Erdpotential herstellen.d) means (13, 16, 17) are present which form an ohmic resistance in the range from 10 MΩ to 500 MΩ and establish an electrical connection of the steering air ring (13) with earth potential via this resistance.
2. Hochrotationszerstäuber nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere parallele Widerstandsbauteile (17) als Mittel zur Verbindung des Lenkluftringes (13) mit Erdpotential angeordnet sind.2. High-speed rotary atomizer according to claim 1, characterized in that one or more parallel resistance components (17) are arranged as means for connecting the steering air ring (13) to earth potential.
3. Hochrotationszerstäuber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektrischen Kontaktierung der Widerstandsbauteile (17) wenigstens ein Federelement (16) angeordnet ist.3. High-speed rotary atomizer according to claim 2, characterized in that at least one spring element (16) is arranged for the electrical contacting of the resistance components (17).
4. Hochrotationszerstäuber nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkluftring (13) aus einem hochohmigen Material hergestellt ist, so daß der Lenkluftring (13) selbst als Mittel zur Verbindung mit Erdpotential verwendet ist, wobei ein ohmscher Widerstand im Bereich von 10 MΩ bis 500 MΩ zwischen einer den Elektroden (19) zugewandten Lenkluftring-Kante und einem Erdpotential führenden Bauteil hergestellt ist.4. High-speed rotary atomizer according to claim 1, characterized in that the steering air ring (13) is made of a high-resistance material, so that the steering air ring (13) itself is used as a means for connection to earth potential, wherein a Ohmic resistance in the range of 10 MΩ to 500 MΩ between a steering air ring edge facing the electrodes (19) and a component carrying earth potential is produced.
5. Hochrotationszerstäuber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkluftring (13) in einem zur Glocke (6) weisenden Bereich mit einem elektrisch isolierenden Isolierteil (1 1 ) abgedeckt ist, womit ein Mindestabstand von 4 mm bis 15 mm zwischen dem unbedeckten Lenkluftring (13) und der Glocke (6) eingestellt ist,5. High-speed rotary atomizer according to one of the preceding claims, characterized in that the steering air ring (13) is covered in an area facing the bell (6) with an electrically insulating insulating part (1 1), with a minimum distance of 4 mm to 15 mm between the uncovered steering air ring (13) and the bell (6) is set,
6. Hochrotationszerstäuber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke (6) auf ihrer dem Lenkluftring (13) zugewandten Außenseite mit einem elektrisch isolierenden Isolierteil (22) abgedeckt ist.6. High-speed rotary atomizer according to one of the preceding claims, characterized in that the bell (6) on its outer side facing the steering air ring (13) is covered with an electrically insulating insulating part (22).
7. Hochrόtationszerstäuber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Isolierstoffrings (15) ein den Elektroden (19) zugewandter Teil des Lenkluftrings (13) abgedeckt ist, und zwischen den Isolierstoffring (15) zur Reduzierung der Feldstärke ein Ring (14) aus hochohmigem Material eingefügt ist, wobei durch geeignete Gestaltung Luftspalte zwischen den Komponenten (13, 14, 15) vermieden sind.7. Hochrόtationszerstäuber according to one of the preceding claims, characterized in that by means of an insulating ring (15) one of the electrodes (19) facing part of the steering air ring (13) is covered, and between the insulating ring (15) to reduce the field strength, a ring (14 ) of high-resistance material is inserted, air gaps between the components (13, 14, 15) being avoided by suitable design.
8. Hochrotationszerstäuber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkluftring (13) in einem Teilbereich seiner Oberfläche von einem Isolierteil (11 ) abgedeckt ist, das insbesondere eine zur Glocke (6) weisende Kante des Lenkluftrings (13) abdeckt, um die Gefahr elektrischer Überschläge zwischen Ring (13) und Glocke (6) zu verringern.8. High-speed rotary atomizer according to one of the preceding claims, characterized in that the steering air ring (13) is covered in a partial area of its surface by an insulating part (11), which in particular covers an edge of the steering air ring (13) facing the bell (6) to reduce the risk of electrical arcing between the ring (13) and bell (6).
9. Hochrotationszerstäuber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch Öffnungen (10) im Isolierteil (1 1 ) Zusatzluft (20) in den Zwischenraum zwischen Isolierteil (11) und Glocke (6) blasbar ist, womit Luftverwirbelungen an der Glockenkaπte vermeidbar sind. 9. high-speed rotary atomizer according to claim 8, characterized in that through openings (10) in the insulating part (1 1) additional air (20) in the space between the insulating part (11) and bell (6) is blowable, whereby air turbulence at the Glockenkaπte can be avoided.
10. Hochrotationszerstäuber nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante des Isolierstoffrings (15) mittels eines Überzugs (24) aus einem hochohmigen Material, insbesondere einem Lack abgedeckt ist, um die Feldstärke im Bereich der Vorderkante zu verringern. 10. High-speed rotary atomizer according to one of claims 7 to 9, characterized in that the front edge of the insulating ring (15) is covered by a coating (24) made of a high-resistance material, in particular a varnish, in order to reduce the field strength in the region of the front edge.
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