FI91720B - Laite työkappaleiden sähköstaattiseen päällystämiseen - Google Patents

Description

91720

Laite työkappaleiden sähköstaattiseen päällystämiseen. -Anordning för elektrostatisk beskiktning av arbetsstycken.

Keksintö koskee vaatimuksen 1 johdanto-osan mukaista työkappaleiden sähköstaattiseen päällystämiseen tarkoitettua laitetta.

Tällaisella, esim. ajoneuvojen korien päällystämiseen käytettävällä laitteella, jossa toisin kuin perinteisissä järjestelmissä saatetaan sumutuspään sijasta suurjännitepotentiaaliin vain joukko ulkoelektrodeja, on tunnetusti oleellisia etuja johtavia sumutus-aineita, kuten niin sanottuja vesilakkoja, käytettäessä (vrt. DE-OS 34 29 075 ja 36 09 240). Erityisesti vältetään huomattavat eristysongelmat, koska koko lakanjohtamisjärjestelmä sumutuspäähän asti voidaan maadoittaa. Tällaisessa ulkoelektrodeja sisältävässä järjestelmässä on kuitenkin erittäin vaikeaa hyvällä levityssuh-teella, joka riippuu sumutetun päällystysaineen kunnollisesta varautumisesta, käytettäessä välttyä siltä, että päällystysaine likaa sumutuslaitteen eritoten elektrodien alueella sekä niiden kannattimelta ja sumuttimen kotelolta. Elektrodien alueen likaantuminen johtaa tehon alenemiseen, mikä puolestaan lisää likaantu-misalttiutta edelleen. DE-OS 34 29 075:sta tutussa laitteessa on tämän vuoksi oltava vain kaksi, kolme tai korkeintaan neljä varauselektrodia, jotka on upotettu säteittäin sumutuspään ulkoko-. telosta kohoaviin ja päällystettävän työkappaleen suuntaan osoittaviin muovisiin kannattimiin. Jokaisen kannattimen takapää on kiinni ulkokotelolle asetetussa, myös muovisessa rengaskappalees-sa. DE-OS 36 09 240:ssa kuvattu laite sen sijaan sisältää sumutuspään ulkokoteloa ympäröivän eristysaineesta valmistetun, koteloon välin jättävän rengaskappaleen. Siitä kohoaa joukko neulamaisia 1 elektrodeja, jotka voivat olla sormimaisissa kiinnityksissä, ja sen sisällä on elektrodit rengasmaisesti yhdistävä, suurjännite-johtimeen liitetty sähköjohdin, joka on eristetty. Näin saavutetaan erityisesti tasaisempi sumutustulos kuin vain kolmella tai neljällä elektrodilla. Vaikka nämä rakenteet ovat jo vakiintuneet käytäntöön, tietyissä käyttöolosuhteissa ei ole onnistuttu väittä- 2 91720 mään jo mainittuja likaantumisvaaraan liittyviä vaikeuksia. Osa sumutetusta väriaineesta voi laskeutua paitsi eristyspinnoille itse elektrodeilla, myös erityisesti ulkokotelolta säteittäin kohoaville, elektrodit kantaville tuille sekä sumuttimen kotelolle, päällystettävän kappaleen luo vaeltamisen sijasta.

Keksinnön taustana on tehtävä luoda esim. julkaisujen DE 34 29 075 ja GB 120965 esittämästä tekniikan tasosta lähtien, laite, joka on sumuttimen kotelon ja elektrodien välisellä alueella vähemmän taipuvainen likaantumaan sumutetusta aineesta kuin tähän asti.

Tehtävä ratkaistaan vaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan mukaisella tavalla.

Kuvatunlaisessa laitteessa, jossa elektrodien kärjet on yleensä laitettu konsentrisesti sumutusreunalle, hieman sen tasosta sisäänvedettynä, päällystysaine sumutetaan tunnetulla tavalla pääasiassa säteittäiseen liikkeeseen. Toisin kuin perinteisessä suurjännitepotentiaalissa olevan sumuttimen päällä tai sisällä tapahtuvassa kosketusvaraamisessa, sumutetut hiukkaset eivät aluksi ole varattuja, vaan saavat varauksensa vasta jonkin matkan päässä sumutusreunasta elektrodien ionisoimisalueella, missä elektrodit varaavat ympärillään olevan ilman koronapurkauksella.

- Tämän ilmaioneihin liittymällä tapahtuvan välittömän varaamisen jälkeen värihiukkaset pääsevät elektrodien tuottaman sähköstaattisen kentän avulla vaeltamaan maadoitetun työkappaleen luo. Keksintö perustuu havaintoon, että laitteen itsensä päällystämisen vaaraa elektrodeille ulottuvalla alueella voidaan vähentää laitteen tarkoituksenmukaisella rakenteella, erityisesti sopivien eristys-. aineiden käytöllä tai sopivan eristysaineyhdistelmän käytöllä.

Keksinnön ensimmäisen näkökohdan mukaan näin saavutetaan säteit-täinen potentiaalin ohjaus, joka ottaa huomioon vasta ulkoelektro-dien ionisoimisalueella vastaavalla etäisyydellä sumutusreunasta tapahtuvan värihiukkasten varaamisen.

3 91720

Keksinnön toisen näkökohdan mukaan havaittiin yllättäen, että kun eristysaineena käytettiin fluorimuoveja, erityisesti polytetra-fluorieteeniä (PTFE), likaantuminen voitiin alentaa erittäin pieneksi. Likaantuminen on huomattavasti vähäisempää kuin ulkokote-lossa ja elektrodirakennelmassa käytännössä käytetyillä muoveilla, kuten polypropyleenillä (PP) tai polyasetaatilla (POM).

Keksintöä valaistaan lähemmin ajoneuvojen korien päällystämiseen käytettävän rotaatiosumuttimen avulla, jossa on ulkoelektrodit.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen laitteen ensimmäisen sovellutuksen; ja

Kuvio 2 esittää toisen, sumuttimen kotelon suhteen muunnellun sovellutuksen.

Kuviossa 1 näkyvä laite sisältää rotaatiosumuttimen 1 muodossa olevan sumutuslaitteen, joka on tunnettua kellomaista tyyppiä. Sen sumutuspään muodostavaa kellokiekkoa 2 voidaan käyttää eritoten korkeakierroslukuisella ilmaturbiinilla.

Sumutuslaitteen akselin suunnassa kulkee vesilakan tai muun johtavan päällystysaineen varastojärjestelmästä kellokiekolle 2 johtava metalliputki 3, jolla koko päällystysaine saatetaan maan potentiaaliin kellokiekon 2 sumutusreunalle asti. Myös päällystettävä kappale, nyt käsiteltävässä esimerkissä siis ajoneuvon korin osa, on maan potentiaalissa. Se sijaitsee kellokiekon 2 edessä jonkin matkan päässä (sitä ei ole esitetty).

. Sumutuslaitteen ulkokotelo 4 on eristävää muovia. Sen sisällä voi olla metallinen sisäkotelo 6. Kellokiekon 2 ja ulkokotelon 4 pää-typinnan välillä on kiekon 2 mukana pyörivä päällys 5, joka voi maadoitetun kellokiekon tavoin olla metallia. Päällys 5 voisi olla myös erillinen rakenneosa kellokiekon vierellä.

4 91720

Kellokiekon 2 sumutusreunasta pääosin säteen suuntaisesti sumute-tun päällystysaineen varaamiseksi on esitetyssä esimerkissä sumu-tuslaitteen akselin suhteen konsentrisessa piirissä tasaisella etäisyydellä toisistaan neulamaisia elektrodeja 10. Ne on samansuuntaisina, pääosaltaan sormimaisiin pyöreän rengaskappaleen 12 ulokkeisiin 11 upotettuna ja takapäistään sähköä johtavina liitetty renkaan muotoisesti kaikki elektrodit yhdistävään metallilanka-johtimeen 13, joka eristyksen vuoksi pitää olla kokonaan eristys-kappaleen 12 sisällä. Eristyskappaleen 12 lisäksi myös ulokkeet 11 ovat eristysainetta. Elektrodit 10 ja johdin 13 on suurjännitekaa-pelin 14 avulla liitetty suurjännitteen tuottajaan, jonka jännite voi olla 60 - 100 kV:n luokkaa. Rengaskappale 12 on kiinnitetty sumutuslaitteeseen esim. kahdella eristävästä aineesta koostuvalla puolamaisella tuella 15, jotka voidaan kiinnittää ulkokoteloon 4 esim. (esittämättä jätetyllä tavalla) kiristysrenkaalla.

Elektrodien 10 määrä on valittava siten, että niiden väliin jää riittävän pieni väli päällystysaineen aiheuttaman rengaskappaleen 12 päätypinnan likaantumisvaaran estämiseksi. Elektrodien osaympy-rän halkaisijan ollessa 400 mm on esim. käytettävä vähintään 18 elektrodia. Kun osaympyrän halkaisijaa pienennetään tai suurennetaan, elektrodien vähimmäismäärää on vastaavasti pienennettävä tai suurennettava. Osaympyrän halkaisijan ollessa suhteellisen suuri kuten nyt käsiteltävässä esimerkissä, noin 400 mm:n luokkaa, on elektrodien kärkien välin oltava 40 - 70 mm. Elektrodien kärkien säteen suunnassa mitatun etäisyyden kellokiekon sumutusreunasta on oltava, kuten mainitussa tunnetussa laitteessa, suurempi kuin kaksi kertaa sumutusreunan läpimitta (tässä noin 70 mm). Elektrodien osaympyrähalkaisijoiden edullinen koko on noin 350-450 mm. Likaan-. tumisvaaran suhteen merkityksellinen on myös elektrodien kärkien akselin suuntainen asento sumutusreunaan nähden. Kuten tunnetussa laitteessa ovat elektrodien kärjet hieman sumutusreunaa taaempana. Niiden välinen etäisyys valitaan siten, että syntyy käyttökelpoinen kompromissi päällystysaineen etäisyyden pienentyessä parantuvan varautumisen ja samalla kasvavan likaantumisvaaran välillä.

5 91720

Esillä olevassa esimerkissä ovat osoittautuneet käyttökelpoisiksi 25 - 60 mm:n etäisyydet, lähinnä noin 50 mm. Yleisesti pätee, että elektrodien etummaisten päiden pitää olla sumutusreunan takana vähemmän kuin 1/3 elektrodien kärkien säteen suunnassa mitatusta etäisyydestä sumutusreunaan.

Tähän saakka käytännössä käytetyissä laitteissa on elektrodien optimaalisesta lukumäärästä ja sijoittelusta huolimatta esiintynyt yllä kuvatulla tavalla sekä elektrodirakennelman että sumuttimen ulkokotelon päällystymistä. Tämä ongelma voidaan keksinnön mukaan välttää käyttämällä fluorimuovia, kuten PTFE:tä (polytetrafluori-eteeniä), jota on saatavilla esim. teflonin nimellä, ainakin osaan laitteen eristävistä osista, lähinnä ulkokoteloon 4, tukiin 15 ja tappi- tai sormimaisiin ulokkeisiin 11.

Säteen suuntaiset tuet 15 voivat olla putkia, joiden vapaassa päässä on sopivan sisään menevän tulpan 16 avulla tiivistäen kiinnitettynä rengaskappale 12. Se voi rakenne- tai valmistusteknisistä syistä koostua muusta muovista, kuten polyasetaatista (POM).

Likaantumisen estämiseksi on osoittautunut tärkeäksi, että PTFErstä koostuvien osien ulkopinnat mahdollisuuksien mukaan ovat jatkuvia, ts. eivät sisällä reikiä, rakoja, saumoja ym. Erityises-.· ti ulkokotelon 4 ei tule sisältää koverruksia, aukkoja tai reikiä eikä ruuveja tms. Jos tällaisia kiinnityselementtejä ei voi välttää, niidenkin on oltava PTFErstä. Eräs syy laitteen itsensä likaamiseen, joka näkyy erityisesti ulkokotelon 4 aukkojen tai muiden koverrusten kohdalla, on mahdollisesti sähköisen läpilyön-tilujuuden aleneminen. Kotelon 4 läpilyöntilujuuden on ainakin ; alueella, jossa se on vaarassa likaantua sumutetusta aineesta, oltava vähintään 5 kV.

Ulkokotelon 4 ja metallisen sisäkotelon 6 välissä voi olla erillinen päällys 8, joka koostuu kolmiulotteisesti ilmaa läpäisevästä aineesta, kuten huokoisesta muovista, joka voi toimia lauhdutusve- 6 91720 sisuojana. Sopiva aine on esim. nimellä "Filtroplast" kaupasta saatava.

Keksintö ei rajoitu esitettyyn edullisena pidettyyn sovellutukseen, jossa on eristävä rengaskappale ja suhteellisen suuri määrä ulkoelektrodeja, vaan sopii esim. mainitusta DE-OS 34 29 075:sta tunnettuun laitteeseen, jossa yhteen tukeen liittyy aina yksi elektrodi.

PTFE:n edullisuutta muihin aineisiin verrattuna likaantumisen suhteen ei ole pystytty selittämään. Mahdollisesti asiaan vaikuttavat monet eri ominaisuudet, joiden ansiosta PTFE eroaa muista muoveista, kuten PP, POM, ja PVC, tai muista eristysaineista, kuten kova-pahvi tai keramiikka. Niihin kuuluvat erityisesti erittäin korkea pintavastus (DIN 53 482 mukaan mitattuna), suhteellisen vähäinen sähköstaattinen varautuvuus, joka johtuu pienestä eristeluvusta, ja hyvin hidas purkautuminen eli varauksen muuttuminen pinnalla tapahtuvan varauksen tasoittumisen vuoksi. Lisäksi PTFE:llä ei ole käytännöllisesti katsoen ollenkaan veden vastaanottokykyä, sen ominaisuudet riippuvat siis erittäin vähän ilman kosteuden muutoksista .

Toinen likaantumista estävä tekijä, säteittäinen potentiaalin ohjaus, jonka avulla keksinnön alussa mainitun ensimmäisen näkökohdan mukaisesti lähennetään sumutuslaitteen potentiaalia metallisen sisäkotelon 6 ja elektrodien 10 välisellä alueella sumutetun aineen potentiaaliin, voidaan saavuttaa myös toisella tavalla. Elektrodirakennelman on tätä varten ainakin säteittäin kulkevasta osastaan 15 ja ainakin työkappaleen puolelta oltava eristysainet-, ta, jonka pinnan potentiaali sumutuslaitteen käytössä on lähellä sumutetun aineen potentiaalia. Tämä voidaan saavuttaa esim. omi-naisvarautuvuudelle ja varauksen johtavuudelle ratkaisevalla pinnan käyttäytymisellä ja erityisesti pintavastuksella. Rakennelman kaikkien osien on ainakin suunnilleen oltava samassa potentiaalissa kuin kulloisetkin värihiukkaset, jotka sumutettaessa joutuvat 7 91720 sen lähelle. Sen vuoksi on suositeltavaa käyttää säteittäin jatkuvaa potentiaalin ohjausta sumuttimen kotelon ja elektrodien välillä. Tällöin voidaan esim. putken muotoisten tukien 15 materiaalina käyttää parhaana pidetyn PTFE:n sijasta myös keramiikkaa. Mahdollista on myös muiden, pintavastukseltaan keramiikkaa, myös POM:ia tai PTFErtä muistuttavien aineiden käyttäminen.

Sumutuspään 2 ja/tai sen mukana pyörivä päällys 5 voivat metallin sijasta, jota suositaan, olla ainakin osittain jotain muuta, toivottuun potentiaalin ohjaukseen sopivaa materiaalia.

Kuviossa 1 esitetyssä laitteessa mainittu kolmiulotteisesti huokoinen rengasmainen päällys 8 on ulkokotelon 4 sisäpuolella sen ja metallisen sisäkotelon 6 välissä. Kuvio 2 esittää tässä suhteessa muunnetun sovellutuksen, jossa vastaava päällys 8' ympäröi kupu-maisesti koko PTFErstä valmistettua ulkokotelon 4' ulkopintaa. Kotelon 4' ulkopinnan ja päällyksen 8' sisäpuolen väliin jää akselin suunnassa etu- ja takareunaa lukuunottamatta ilmarako 20, johon johtaa johdin 21 ilman puhaltamiseksi tähän rengasmaiseen rakoon. Ilma menee huokoisen päällysmateriaalin 8' läpi ulos. Päällyksessä 8' voi olla aukko tuen 15 läpivientiä varten.

Claims (12)

1. Työkappaleiden sähköstaattiseen sähköä johtavalla aineella päällystämiseen tarkoitettu laite, jossa on sumutuslaite, erityisesti rotaatiosumutin (1), jonka sumutuspää (2) on järjestetty eristysaineesta valmistetun ulkokotelon (4) sisäpuolella olevaan sisäkoteloon (6); varustettuna johdolla (3), mikä tuo päällystysaineen varasto-järjestelmästä sumutuspään (2) sumutusreunalle, joka johto saatetaan yhdessä aineen kanssa sumutuspäähän (2) asti maan potentiaaliin ; varustettuna säteittäisesti sumutuspään (2) ympärille sijoitetuilla neulamaisilla varauselektrodeilla (10), jotka liitetään suurjännitegeneraattoriin päällystysaineen varaamiseksi ja sähkökentän tuottamiseksi, ja varustettuna eristysainetta olevalla elektrodinpidinlait-teella (11, 12, 15), johon varauselektrodit (10) on suljettu etupäitä lukuunottamatta, varustettuna erityisesti yhdellä tai useammalla säteittäin ulkokotelosta kohoavalla eristysaineesta valmistetulla tuella (15), tunnettu siitä, että ulkokotelon (4) ja/tai elektrodinpidinlaitteen (11, 12, 15) osat, jotka sijaitsevat sumutetun päällystysmateriaalin aiheuttaman likaantumisvaaran alueessa, ovat fluorimuovia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että fluorimuovi-eristysaine on PTFE.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että elektrodinpidinlaitteen (11, 12, 15) säteittäisesti ulottuvat tuet (15) ovat ainakin pinnaltaan fluorimuovimateri-aalia (PTFE). 9 91720

4. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että neulamaiset varauselektrodit (10) on upotettu fluorimuovimateriaalia (PTFE) oleviin sormimaisiin ulokkeisiin (11).

5. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että ulkokotelossa (4) on ainakin sumu-tetun päällystysmateriaalin johdosta aiheutuvan likaantumisvaa-ran alueessa aivan sileä ulkopinta ja on tässä alueessa vapaa koverruksista, aukoista ja porauksista.

6. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että ulkokotelon (4) sähköinen läpi-lyöntilujuus on koko sumutetun päällystysaineen johdosta aiheutuvan likaantumisvaaran alueella vähintään 5 kV.

7. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että yksi tai useampi elektrodinpidin-laitteen säteittäisesti ulottuva tuki (15), mikä yhdistää varauselektrodit (10) sisältävät eristysosat (11, 12) sisäkote-loon (6), on ainakin osittain keraaminen.

8. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että varauselektrodit (10) on asennettu eristysmateriaalia olevaan rengaskappaleeseen (12) sumutuslait-teen akselin suhteen samankeskiseen piiriin samalle kulmaetäi-syydelle toisistaan.

8 91720

9. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että sumutuspää (2) ja/tai sen vieressä oleva päällys (5) on ainakin osittain metallia.

10. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että ulkokotelon (4, 4') sisä- tai 10 91720 ulkopuolelle on järjestetty erityinen päällys (8, 8')/ joka on kolmiulotteisesti ilmaa läpäisevää ainetta.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että ulkokotelon (4') ja huokoisen päällyksen (8') välissä on renkaan muotoinen ympärikiertävä ilmarako (20), johon avautuu johto (21) ilman sisäänpuhaltamiseksi.

12. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että elektrodinpidinlaitteen ainakin säteittäisesti kulkevan osan (15) pinnan sähköpotentiaali ainakin työkappaleen puoleisessa osassa sumutuslaitteen käytössä on säteittäisessä suunnassa lähellä sumutetun materiaalin potentiaali j akautumaa. li 11 91720