ES2236484T3 - Dispositivo para un pintado electrostatico de bandas metalicas con una eficacia de deposicion mejorada. - Google Patents
Dispositivo para un pintado electrostatico de bandas metalicas con una eficacia de deposicion mejorada.Info
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Abstract
Dispositivo para pintar bandas metálicas (1) con polvo electrostático, comprendiendo un sistema de pintura que emite el polvo hacia la banda (1), caracterizado porque comprende unos medios de tensión de banda (22) dispuestos de tal manera que formen alrededor del mismo un ángulo más o menos agudo con la banda (1); dos medios de succión (16, 17) localizados a lo largo de los planos de banda que salen de dicho ángulo, presentando los medios de succión (16 17), una succión paralela a dichos planos y emitiendo el sistema de pintura (4) perpendicular a dicho ángulo formado por dichos planos.
Description
Dispositivo para un pintado electrostático de
bandas metálicas con una eficacia de deposición mejorada.
La presente invención se refiere a un dispositivo
para exponer una banda metálica a pintura electrostática y succión
del exceso de polvo proyectado y permitir el incremento de la
velocidad de producción y calidad de acabado. Dicho dispositivo de
pintura electrostática según el preámbulo de la reivindicación 1 se
da a conocer a partir del documento DE 75326794.
Se conoce que en la pintura industrial de banda
metálica realizada continuamente existen algunos problemas sin
resolver que se deben abordar, uno de los cuales es el incremento en
la velocidad de desplazamiento de la banda con el fin de incrementar
la cantidad de producto terminado en una unidad de tiempo, un
problema relacionado con la solución propuesta por la presente
invención.
Se conoce que dichas bandas se pintan usando
pistolas electrostáticas u otros tipos de emisores denominados
esferas giratorias todos posicionados perpendicularmente a la
superficie plana de la banda. Se conoce también que una carga
electrostática se imparte al polvo para permitir la adhesión del
mismo al soporte, en nuestro caso la banda, por la fuerza de
atracción electrostática denominada fuerzas virtuales hasta que el
soporte se envía a un horno de cocción en el que el polvo se
polimeriza a la temperatura
apropiada.
apropiada.
Para pintar grandes superficies en la unidad de
tiempo con una cubierta de polvo de por lo menos 50 micrones según
se requiere por las especificaciones de calidad se requiere utilizar
baterías de diversos proyectores.
Normalmente, por ejemplo, con bandas metálicas de
un metro de ancho que se desean pintar a una velocidad de 20 metros
por minuto con un espesor de polvo depositado de 50 micrones se
necesitan por lo menos 2 kg de polvo depositado por minuto.
Actualmente los sistemas electrostáticos proceden teóricamente a
depositar 60% del polvo emitido y presentan un promedio de capacidad
de proyección de una cantidad en peso de 250 g por minuto cada
uno.
Por tanto, para pintar con los resultados
requeridos por las especificaciones de calidad es necesario utilizar
una batería de al menos veinte pistolas.
El exceso de polvo que no se deposita sobre la
superficie de la banda es succionado a través de una cubierta
apropiada y a continuación es alimentado de nuevo en el círculo de
pintura después del tamizado.
El polvo se conduce a cada pistola a través de un
tubo de suministro conectado a una bomba de venturi alimentada con
aire comprimido por medio de una válvula de reducción de presión
regulable con presión legible en un indicador de presión.
Las bombas succionan proporcionalmente a la
presión de aire suministrada una cierta cantidad de polvo para
enviarse a las pistolas a través de un tubo de tiro en un tanque de
polvo fluidizado.
El flujo de cada pistola debe ajustarse regulando
individualmente la presión de aire de su bomba de venturi y aire
comprimido adicional denominado "aire diluido". Resulta
evidente que para incrementar el área de superficie pintada en la
unidad de tiempo debemos incrementar el número de pistolas
electrostáticas o incrementar el flujo de polvo a las pistolas en la
unidad de tiempo.
El depósito sobre la superficie de la banda de
polvo cargado electrostáticamente se encuentra sometido básicamente
a dos tipos de fuerzas, a saber:
- 1.
- las fuerzas aerodinámicas de las partículas proyectadas por la presión de flujo de aire de la bomba de venturi; incrementando la presión de aire incrementa la cantidad de polvo y también la velocidad de emisión de polvo a partir de la pistola, y
- 2.
- las fuerzas electrostáticas que resultan procedentes de los campos eléctricos de los electrodos de la pistola en el espacio entre ellos y la superficie que va a resultar pintada, y
- 3.
- las fuerzas virtuales electrostática de atracción de las partículas cargadas cerca de la superficie de la banda.
La cantidad de carga absorbida por las partículas
de polvo influye decisivamente el depósito sobre la superficie de la
banda. El polvo resulta cargado por el efecto corona (conocido
efecto físico de emisión de electrones a partir de un electrodo
conectado a un generador de alto voltaje que al unirse a las
moléculas de aire que lo rodean hace que las mismas se carguen
eléctricamente desde neutras a cargas negativas, y a su vez se
adhieran a zonas particulares de la superficie de los gránulos de
polvo conocida como afinidad electronegativa).
La cantidad de carga impartida al polvo depende
de diversos parámetros, a saber:
- -
- la corriente de emisión de electrodo que a su vez depende del voltaje aplicado y la distancia de la misma desde la superficie de pintura, y
- -
- la densidad del aire y la mezcla de polvo emitida; cuanto más densa sea más densa será la dispersión de las cargas eléctricas y más pequeña la cantidad de polvo cargada electrostáticamente.
El incremento en la corriente del electrodo bajo
condiciones específicas permite cargar una cantidad mayor de polvo
emitido acercándose así al depósito teórico de 60%.
A continuación podemos examinar los fenómenos
activados al incrementar el número de pistolas electrostáticas y el
incremento de flujo de polvo.
- 1.
- El incremento en el número de pistolas y también de los electrodos (uno por cada pistola) aumenta la intensidad del campo eléctrico debido al voltaje de los electrodos de una manera aproximadamente proporcional a su número cerca de la superficie de la banda.
El incremento en la intensidad del campo
eléctrico próximo a la superficie que deberá pintarse activa dos
fenómenos diferentes, a saber:
- a.
- uno constituye el conocido efecto contra corona debido al rompimiento de la fuerza dieléctrica del aire entre la primera capa de partículas de polvo depositadas y la superficie del material que se prevén pintar.
El efecto genera iones de aire positivo que
cuando retornan hacia el electrodo de pistola alimentado con voltaje
negativo neutraliza las cargas de polvo, resultando las últimas
negativas también, de modo que el polvo, encontrándose
eléctricamente cargado no puede adherirse a la superficie.
- b.
- El segundo consiste en un efecto de repulsión entre las cargas con el mismo signo. Las partículas de polvo cargadas negativamente encuentran en la proximidad de la superficie un campo eléctrico generado por las partículas ya depositadas y por los electrodos de pistola con el mismo signo que las repele, moderando su velocidad de depósito y evitando así una cubierta efectiva del material.
- c.
- La velocidad de salida de los polvos al incrementar la presión de aire puede resultar tal que ocasione la erosión de la capa depositada debido al efecto de fricción.
El objetivo general de la presente invención
según las reivindicaciones consiste en solucionar los problemas
mencionados anteriormente.
Particularmente, el dispositivo de succión y
disposición que consiste en el objetivo de la presente invención
alcanza los propósitos siguientes:
- a.
- reducción del campo eléctrico sobre la superficie que va a pintarse,
- b.
- reducción para la misma emisión de la fuerza de impacto del chorro de polvo sobre la superficie que va a pintarse, y
- c.
- capacitación para incrementar la presión de aire y la velocidad de salida sin ocasionar erosión.
Para esclarecer la explicación de los principios
innovadores de la presente invención y sus ventajas comparadas con
la técnica anterior se describe a continuación a partir de los
dibujos adjuntos la posible forma de realización de la misma por
medio de ejemplos no limitativos aplicando dichos principios. En los
dibujos:
- la Figura 1 muestra la disposición normal de
una banda metálica y pistolas electrostáticas en una planta de
pintura.
- la Figura 2 muestra esquemáticamente la
intensidad del campo en el dispositivo de la Figura 1.
- la Figura 3 muestra la tendencia del polvo
próximo a la superficie en el dispositivo de la Figura 1.
- la Figura 4 muestra gráficamente los efectos de
repulsión en el dispositivo de la figura 1.
- la Figura 5 muestra una posible forma de
realización de un dispositivo de la presente invención.
- la Figura 6 muestra la tendencia de las líneas
del campo eléctrico de la pistola en el dispositivo de la figura
5.
Con referencia a las figuras, según la técnica
anterior, la figura 1 muestra la disposición normal de la banda
metálica (1) estirada por los rodillos de tensión (2) y (3) con las
pistolas electrostáticas (4) en la posición para pintar
perpendicular a la superficie.
Alimentando el electrodo de pistola (5) por un
generador de alta voltaje (6), se establece un campo eléctrico E
entre las pistolas y la superficie de la banda. La Tabla 1, Fig. B
muestra las denominadas líneas de fuerza (7) con líneas discontinuas
en forma geométrica.
La Figura 2 muestra esquemáticamente la
intensidad del campo próximo a la superficie de la banda con el
segmento más oscuro (8) que ocupa una porción de la superficie de la
banda aproximadamente igual a la del cono de emisión de polvo
procedente de la pistola.
Según se envía el aire comprimido a las bombas de
venturi de las pistolas estas últimas comenzarán a suministrar polvo
con una tendencia próxima a la superficie representada en la figura
3 en la vista en planta.
Según se puede observar la tendencia de la
proyección del polvo (9) se caracteriza por las zonas (10) en las
que el rebote de las partículas de la misma proyectadas hacia la
superficie ocasiona el movimiento giratorio de las mismas, las
cuales se aceleran en los bordes de la banda debido a la succión de
aire de la cubierta (11) para recuperar las partículas de polvo que
no resultaron depositadas.
Debido al efecto de fricción del polvo la
aceleración puede ocasionar diferencias de espesores considerables
en los bordes de la banda debido a la erosión según se explica
anteriormente.
Debido a la suma de los campos eléctricos
individuales generados por los electrodos de la pistola el campo
eléctrico muy intenso sobre la superficie de la banda en la zona de
depósito del polvo presenta el efecto descrito que produce una
fuerza de repulsión hacia las partículas de polvo que se encuentran
depositadas sobre la superficie. La fuerza tiende a acelerar el
polvo con una dirección contraria a la de su velocidad aerodinámica
dirigida hacia la superficie expuesta. Por lo tanto, las partículas
de polvo tienden a reducir su velocidad de depósito. La disminución
de velocidad presenta el efecto de que cerca de la superficie existe
una capa densa de partículas acumuladas en equilibrio entre las
diversas fuerzas, o sea electrostáticas y aerodinámicas, que evita
depósitos adicionales del polvo.
La Figura 4 muestra gráficamente lo que sucede
con los efectos de repulsión debido a los campos eléctricos y cargas
de partículas. Las partículas depositadas (12) representan una carga
de superficie con campo eléctrico asociado (13) representado por las
flechas que repelen las nuevas partículas de polvo (14)
representadas como engrosamiento con respecto a las partículas (15)
emitidas cerca de la pistola puesto que se ralentizan por el campo
(13). Resulta evidente que según el aire y la mezcla de polvo
emitida se hace más densa se acentúa el fenómeno. Representemos la
velocidad de la banda con el símbolo Vn y la del polvo emitido con
Vp. La velocidad de proyección óptima de un volumen necesario de
polvo para cubrir una superficie determinada para evitar algunos de
los fenómenos antes mencionados resulta igual o menor que Vn puesto
que en el presente caso el polvo emitido se depositaría siempre
sobre una superficie que no presenta ninguno.
Para aumentar la producción tendríamos que
incrementar la velocidad de desplazamiento de la banda Vn para
incrementar la superficie expuesta en la unidad de tiempo que
comprende a su vez la de la proyección Vp del volumen de polvo que
activa la cadena del fenómeno no deseado mencionado
anteriormente.
El sistema inventado permite disminuir el efecto
de los campos eléctricos de la pistola, cancelando los efectos
debido a la velocidad de emisión de polvo y por tanto la cancelación
de los efectos de erosión y permitiendo una mayor velocidad de
producción.
Con referencia a la figura 5, la invención
consiste en unos medios de tensión o rodillo (22) dispuestos en
cualquier posición entre los rodillos normalmente utilizados (2) y
(3) con el fin de formar un ángulo más o menos agudo y los dos
medios de succión o cubiertas (16) y (17) dispuestos con el fin de
succionar aire sólo en paralelo y no lateralmente con respecto a los
dos nuevos planos de desplazamiento de la banda (19) y (18).
Las pistolas de pintura se colocan a la altura de
la esquina (20) formada por los dos planos (19) y (18).
A partir de las leyes de la física sabemos que
los campos eléctricos tienden a concentrarse sobre las partes que se
proyectan de los objetos como puntas o esquinas de modo que la
tendencia de las líneas de fuerza (21) del campo eléctrico de la
pistola en líneas discontinuas como en la figura 6 se concentran
sobre las esquinas (20) formadas por los rodillos de tensión (15)
con la banda (1) dejando los planos (19) y (18) prácticamente sin
líneas de fuerza.
Alimentando las pistolas con polvo el flujo del
último tiende a dividirse en dos con una parte que se desplaza
paralela a lo largo del plano (19) y la otra de la misma manera a lo
largo del plano (20). El desplazamiento del polvo se ayuda por las
cubiertas de succión (16) y (17) las cuales succionan paralelas al
plano (19) y (18) con movimiento laminar. La disposición evita que
el polvo presente un impacto perpendicular a la superficie de la
banda con una fuerza de reacción tal que erosione muchas partículas
de la superficie.
Puesto que no hay succión en la parte posterior
de la banda podemos también evitar la formación de turbulencia sobre
los bordes de la banda que ocasionan otro tipo de erosión del polvo
depositado en ella.
Con respecto a lo anterior podemos superar
también los problemas ocasionados por el aire y la densidad de la
mezcla de polvo puesto que dividiendo el flujo en dos partes y
enviándolo sobre dos superficies amplias diferentes, o sea las de
los planos (18) y (19), disminuimos su densidad por unidad de área
de superficie expuesta para facilitar el depósito.
Resulta evidente que las partículas de polvo
siempre se depositan fácilmente sobre los planos alrededor de las
esquinas puesto que estas últimas se encuentran sin el campo de
repulsión eléctrico ocasionado por el efecto de los electrodos de la
pistola aunque sólo bajo el efecto del campo eléctrico más débil
generado por la carga eléctrica del polvo ya depositado.
Examinemos el polvo y las velocidades de la banda
a lo largo del plano interior (18) asumiendo que la banda en
movimiento en la dirección de la flecha fig. F, Tabla 3, puesto que
el movimiento del polvo resulta paralelo al de la banda la velocidad
relativa del movimiento resulta igual a la suma lineal de la
velocidad de la banda Vn y la velocidad del polvo Vp. Aunque la
velocidad de emisión Vp del polvo a lo largo del plano (18) se
incrementa por la velocidad del aire succionado por la cubierta (17)
independientemente de la emisión y ocasiona la dilución adicional
requerida por el polvo.
Las partículas depositadas a lo largo del plano
(18) deben presentar una carga eléctrica como para permitir la
adhesión a la superficie y superar la fuerza de succión de la
cubierta (17) y la fuerza de gravedad que tiende a separarlas.
Resulta evidente que la capa de polvo depositada sobre el plano se
encuentra constituida sólo de partículas que presentan una carga
eléctrica excelente comparada con las que presentan una carga
insuficiente para superar las fuerzas de succión y gravedad que
resultan eliminadas. El presente tipo de revestimiento constituido
por partículas con fuerte adhesión asegura una superficie con
distribución excelente y acabado visual una vez que según se conoce
se polimeriza en el horno de cocción.
Sobre el plano superior (19) la operación resulta
análoga a pesar del hecho de que el polvo emitido encuentra una
superficie ya pintada debido a la falta de campo eléctrico
procedente de las pistolas.
Como en el plano (19) la fuerza de gravedad
tiende a ocasionar el depósito del polvo sobre la banda, pudiéramos
obtener también el depósito de partículas no cargadas (fenómeno
denominado pulverización), la cubierta de succión (16) se desplaza a
una posición más próxima a la esquina (20) y ello se realiza de tal
manera que su velocidad de succión se presenta mayor que la de la
cubierta (17) con el fin de crear el efecto de fuerza de gravedad
que obligaría a las partículas no cargadas a caer de nuevo sobre la
banda.
La emisión de polvo se divide mecánicamente a lo
largo de dos planos de desplazamiento. Según puede concebir el
experto en la materia, se pueden disponer deflectores.
Los medios de variación conocidos en el sistema
de pintura (4) permiten la distribución del polvo para pintar sobre
los dos planos de una manera seleccionada para desviar el sistema
para pintar hacia arriba o hacia abajo con relación a la
esquina.
Básicamente la presente invención permite:
- -
- eliminar el efecto del campo eléctrico de las pistolas,
- -
- diluir la densidad del polvo emitido debido a su distribución sobre un área de superficie mayor y debido a la succión que incrementa su velocidad a lo largo de las superficies del depósito independientemente de la densidad de proyección,
- -
- eliminar los efectos contra corona causados por los campos eléctricos, e
- -
- incrementar la velocidad de producción gracias al hecho de que la dilución de polvo incrementada no permite los efectos de reducción de velocidad según se describe del depósito próximo a las superficies.
La presente invención se describe en una
aplicación seleccionada particular aunque resultan evidentes
posibles variantes sin apartarse por ello del alcance de la presente
invención según se describe por las reivindicaciones. Por ejemplo,
los medios de tensión de otras formas geométrica se pueden utilizar
en lugar del rodillo de tensión de banda (22).
Se observa también que el dispositivo según la
presente invención resulta fácil y económico de construir a pesar de
las ventajas considerables que conlleva al proceso industrial de la
pintura electrostática de bandas metálicas.
Claims (17)
1. Dispositivo para pintar bandas metálicas (1)
con polvo electrostático, comprendiendo un sistema de pintura que
emite el polvo hacia la banda (1), caracterizado porque
comprende unos medios de tensión de banda (22) dispuestos de tal
manera que formen alrededor del mismo un ángulo más o menos agudo
con la banda (1); dos medios de succión (16, 17) localizados a lo
largo de los planos de banda que salen de dicho ángulo, presentando
los medios de succión (16 17), una succión paralela a dichos planos
y emitiendo el sistema de pintura (4) perpendicular a dicho ángulo
formado por dichos planos.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque presenta unos medios de tensión (22) que
comprenden un rodillo.
3. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque presenta unos medios de succión (16, 17)
que comprenden una cubierta de succión.
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque comprende la succión de aire mediante
las dos cubiertas paralelas a los dos planos en los que la banda (1)
se divide alrededor de los medios de tensión (22).
5. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque los dos medios de succión (16, 17)
presentan un flujo de succión diferente.
6. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque uno de los medios de succión se
encuentra dispuesto a una distancia más pequeña que el otro a partir
de la esquina formada por dicho ángulo.
7. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque uno de dichos planos de banda se
encuentra por encima del otro plano de banda.
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque los medios de succión (16, 17)
correspondientes a dicho plano de banda presentan una velocidad de
succión mayor que la velocidad de succión de los medios de succión
correspondientes al otro plano de banda.
9. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque los medios de succión (16, 17)
correspondientes a dicho plano de banda se encuentran dispuestos a
una distancia menor que el otro desde la esquina formada por dicho
ángulo.
10. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dispone el sistema para pintar (4)
perpendicular a la esquina formada por dicho ángulo.
11. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la emisión de polvo se divide
mecánicamente a lo largo de los dos planos de desplazamiento.
12. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque permite la dilución del polvo emitido
por medio de un sistema de succión externo.
13. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque diluye el polvo que divide su flujo a lo
largo de dos superficies independientes.
14. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque disminuye los campos eléctricos
obligándoles a cerrarse sobre una parte en resalte tal como la
esquina formada por dicho ángulo.
15. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque distribuye el polvo para pintar sobre
los dos planos de una manera seleccionada por unos medios de
variación que varían el sistema para pintar (4) hacia arriba o hacia
abajo con relación a la esquina.
16. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de tensión (22) forman una
curva alrededor de sí mismos para una banda metálica.
17. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende por lo menos dos cubiertas de
succión.
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