ITMI20010654A1 - Dispositivo per verniciatura elettrostatica ad emissione lineare di polvere attraverso una doppia fenditura di qualsivoglia lunghezza per us - Google Patents

Description

Descrizione d’invenzione industriale

Dispositivo per verniciatura elettrostatica, ad emissione lineare di polvere attraverso una doppia fenditura, di qualsivoglia lunghezza, per uso generale e in particolare per nastri metallici (coils).

Descrizione

La presente invenzione riguarda un dispositivo per la verniciatura elettrostatica in generale, ma con particolare riferimento d’applicazione a nastri di metallo (coils), che consente di aumentare sia la produzione, sia l’uniformità dello spessore della vernice depositata sulle superfici.

E’ noto come nella verniciatura elettrostatica industriale, di manufatti di qualsiasi tipo, effettuata in modo continuo vi siano da affrontare i due succitati problemi essenziali .

Nel nostro caso, come esempio applicativo ma non vincolante, mostreremo l’applicazione dell’ invenzione alla verniciatura di nastri metallici (coils) e come il dispositivo trovato riesca a superarne le problematiche.

E’ noto che tali nastri sono verniciati elettrostaticamente a polvere per mezzo di pistole o di emettitori chiamati coppe ruotanti.

E’ anche noto come una pistola elettrostatica (53), che abbia come terminale di emissione un diffusore, emetta una nuvola di polvere a forma di cono (51), con il vertice rivolto verso l’emettitore stesso. Tav. N. 2 , fig. A.

E’ evidente che la densità della nuvola di polvere, prendendo una sezione del cono di emissione perpendicolare all’asse di proiezione, vicino alla superficie da verniciare, vari dal centro verso i bordi, zona (49), essendo minore, zona (50), lungo il centro dell’asse perché, questa parte, è schermata dal diffusore stesso.

Il cono di polvere, che si deposita sulla superficie del materiale, lascia spessori maggiori ai bordi (54), dove s’incrocia (55) 1’emissione delle pistole (55) piuttosto che al centro della proiezione, zona (55), Tav. N. 2, fig. A.

Nel caso di teste di emissione con fenditura longitudinale accade l’opposto: la polvere ha maggiore concentrazione al centro dell’asse di proiezione e minore ai bordi.

Normalmente, ad esempio, con nastri metallici di larghezza di un metro, che si vogliano verniciare ad una velocità di scorrimento di 20 metri al minuto, con uno spessore superficiale di copertura di polvere di 50 micron , necessitano almeno 2 kg di polvere depositata, sempre al minuto.

I sistemi elettrostatici attuali riescono, in via teorica, per i noti limiti di carica della polvere , a depositare solo il 60% della polvere emessa ed hanno una capacità di proiezione, ciascuno, di un quantitativo, in peso, 250-300 gr. al minuto. Per cui, per poter verniciare a 20 metri al minuto occorre usare una batteria di almeno venti pistole. Come sappiamo, inoltre, la polvere è portata a ciascuna pistola mediante un tubo (63) detto di mandata, collegato ad una pompa (65) di tipo Venturi alimentata da aria compressa dal tubo (66), a pressione regolabile mediante una valvola riduttrice, con lettura della pressione applicata a mezzo di un manometro, Tav. N. 4 fig. A. Le pompe aspirano la polvere attraverso un tubo che pesca in un opportuno serbatoio (64) di polvere fluidificata a mezzo deH'aria immessa con il tubo (62) (letto fluido) , Tav. N. 4, fig. A. La portata di ciascuna pistola deve essere fissata singolarmente mediante la regolazione della pressione dell’ aria della propria pompa Venturi e di una ulteriore regolazione d’aria compressa, chiamata di diluizione della polvere. Dovendo aumentare la portata della polvere inviata alla pistola, dobbiamo aumentare il quantitativo d’aria della sua pompa Venturi, cioè dobbiamo aumentarne la pressione e di conseguenza aumenta anche la sua velocità di uscita dall’eiettore.

La conseguenza dell’aumento della velocità è la formazione , nella nuvola di emissione, di filetti di fluido aria-polvere preferenziali con densità diverse e la perdita, parziale, del moto turbolento. L’impatto di questi filetti sulla superficie comporta il deposito casuale di polvere in rilievo e, a volte, l’erosione di parti di polvere già depositata, con differenze nello spessore .

La differenza di spessore della polvere è dovuta anche a :

• La diversa lunghezza del percorso dei tubi di mandata della polvere dal serbatoio alle pistole.

• Alle diverse portate degli iniettori d’aria compressa delle pompe, per l'aspirazione della polvere.

• Al consumo, dovuto all’abrasione della polvere, dei profili interni dei Venturi stessi.

Un altro problema noto è quello di dover posizionare le pistole su una linea tale da coprire, con coni di emissione della polvere, la totale larghezza della superficie di arrivo.

Poiché i coni di emissione di ciascuna pistola, per non lasciare elementi di superficie scoperti, si devono, necessariamente, incrociare, zona (56) Tav. N. 2 fig. A, è evidente che, in quei punti, la superficie sia coperta da un doppio getto con un notevole incremento della polvere depositata.

La deposizione è influenzata dalla carica elettrostatica impartita alla polvere per effetto corona, ( effetto di emissione di elettroni, da un elettrodo collegato ad un generatore d’alta tensione, che attaccandosi agli atomi delle molecole di aria circostante le rendono, da neutre, cariche elettricamente, prendendo il nome di ioni). Con i normali elettrodi usati, la frazione di corrente ionica che carica le particelle di polvere è stimata nello 0,5% del totale. Il basso rapporto di rendimento è dovuto alla geometria dell’elettrodo di emissione che è, generalmente, posizionato coassialmente al centro, nella parte terminale, del tubo di fuoriuscita della polvere. In queste condizioni geometriche, la corrente, emessa dall’ elettrodo, è limitata, com’è noto per repulsione, dalla carica elettrica di segno uguale acquisita dalla polvere che vi scorre intorno. L’unico modo per aumentare la carica è incrementare la tensione dell’elettrodo per aumentare la quantità di corrente emessa. Com’è noto Γ incremento della tensione comporta un aumento nocivo del campo elettrico in vicinanza della superficie da verniciare. L’aumento del campo elettrico induce effetti indesiderati sulla superficie coperta dalla polvere depositata, una volta cotta e polimerizzata come:

a) effetto di superficie a buccia d’arancia,

b) superficie bucherellata come da spilli,

c) separazione della granulometria della polvere con differenze di colore.

La forma geometrica del campo elettrico, generato dagli elettrodi delle pistole (53), è rappresentata da un numero di linee di forza (57), proporzionale all’intensità del campo, Tav. N.2 fig. B, che si dipartono dagli elettrodi (52) e terminano su punti generici della superficie.

L’immagine proiettata delle linee di forza (57) dei campi elettrici sulla superficie, ha un certo valore sulla verticale del singolo puntoelettrodo per aumentare dove i campi s'incrociano tra l’uno e l’altro, (59), Tav. N.2 fig. B.

Com’è noto dalla fisica, la polvere, caricata elettrostaticamente, nel depositarsi, segue le linee di forza del campo elettrico e quindi lo spessore del deposito a sua volta, avrà dei massimi e dei minimi. Per riprendere l’esempio di verniciatura di coils a venti metri il minuto dovremmo impiegare almeno venti pistole, con l’uso di venti pompe Venturi, di quaranta regolatori di pressione, di quaranta manometri di lettura, di dieci centraline elettroniche doppie (61), Tav. N. 4, fig. A, di controllo per pressione aria, tubi (66) ed alta tensione elettrica delle pistole, cavi (60).

La gestione di un sistema così fatto diventa aleatoria e problematica per il numero dei parametri di regolazione che devono concordare, per ogni singolo elemento appartenente al sistema stesso.

Per quanto riguarda la verniciatura con coppe ruotanti, i problemi si presentano alla stessa maniera, tranne che per il vantaggio di utilizzare un numero inferiore di proiettori, grazie alla loro maggiore portata di polvere.

L’invenzione si prefigge il fine di superare e risolvere i problemi citati raggiungendo i seguenti scopi:

a) Riduzione ad uno o due proiettori installati per verniciare, b) Riduzione del numero delle pompe Venturi di mandata della polvere stessa,

c) Riduzione dei sistemi di regolazione della mandata della polvere,

d) Fuoriuscita in forma lineare e a densità uniforme della polvere per ottenere un’emissione priva di punti d’incrocio.

e) Geometria dell’elettrodo in modo che il campo elettrico vicino alla superficie sia uniforme e privo di punti di discontinuità. f) Emissione d’elettroni dall’elettrodo per avere una formazione di ioni uniforme e non dispersa onde caricare in maniera ottimale la polvere.

g) Riduzione del numero dei generatori elettrostatici necessari a caricare la polvere,

i) Aumentare la superficie verniciata nell’unità di tempo, onde incrementare la produzione con notevole vantaggio economico.

Il trovato consiste in un serbatoio rettangolare (16) Tav. N.l, fig. A rappresentato in sezione, con all’ interno due setti porosi (7) e (13) che dividono Γ interno in tre camere sovrapposte (4), (5) e (6).

L’attacco porta gomma (//) su un lato del contenitore (19) serve per il tubo d’immissione (41) della polvere da un serbatoio generale d’alimentazione (46), aspirata per mezzo della sola pompa Venturi (44) di grande portata, Tav. N. 4 fig. B.

L’aria compressa è immessa nelle camere (6) e (4) a mezzo dei tubi a loro interni (24) e (10), bucherellati (14) e collegati, all’ attacco a T (43), con i tubi (42), (45) e con il tubo di presa d’aria (40) Tav. N.

4, fig. B. L’aria attraversa i setti porosi (7) , (13) e fluidifica la polvere immessa nella camera (5) attraverso il tubo (41), Tav. N. 4 fig. B. Il setto (15) separa la camera (5) verticalmente in due sotto camere (21) e (20). Il setto (15) è distanziato opportunamente dal setto poroso (7), onde consentire alla polvere immessa, (che una volta fluidificata si comporta come un liquido) di occupare le due camere (21) e (20) come fossero vasi comunicanti , Tav. N. 1.

La camera (20) , dovendo integrare nel tempo la quantità di polvere inviata attraverso la pompa (44), ha un volume più grande della camera (21).

Per emettere la polvere da questo serbatoio (16), abbiamo adottato un profilo d’eiezione della polvere (17), a forma di Venturi, ricavato in parte nel coperchio (12) e, in parte, nel blocco (18) la cui lunghezza è leggermente superiore a quella del nastro metallico da verniciare. In questo blocco eiettore (18) sono state ricavate due fenditure sovrapposte longitudinali (19) e (3) a mezzo del setto (8) per la proiezione della polvere. L’emissione della polvere avviene sia a causa della pressione dell’aria immessa attraverso i setti porosi (7) e (13) nella camera (20), sia per la pressione dell’aria di mandata della pompa Venturi (44) nella stessa camera (20) che si comunica, anche, alla camera (21) dove viene spinta la polvere al di fuori attraverso le fenditure (19) e (3), Tav. N. 1 Fig. A per verniciare il nastro.

La forma a profilo Venturi, di eiezione della polvere, (17) è costante per tutta la lunghezza del trovato (16), che è collegato a mezzo del tubo (41) ad una sola pompa di mandata della polvere (44) alimentata a mezzo dell'aria immessa nel tubo (49), al tubo (47) aria per il letto fluido del serbatoio polvere e, al tubo (48), per i setti porosi dell’emettitore (16). Questa configurazione consente, vantaggiosamente, di ridurre il numero e il tempo delle regolazioni da effettuare dagli operatori e semplifica la messa a punto ottimale del trovato per la verniciatura, come si vede chiaramente dal raffronto delle fig. A e B della Tav. N. 4, dove è comparato un sistema tradizionale a pistole con il trovato.

Sovrapposto alle bocche d’uscita della polvere (19) e (3) vi è il doppio sistema di carica elettrostatica della polvere (1) e (2).

Questo consiste in un tubo metallico (/), con riferimento alla Tav. N. 3 fig. A, di lunghezza leggermente superiore a quella dell’ emettitore con una fenditura (37) fig. B, in sezione, longitudinale con un’apertura di circa 100°.

Due tappi, di materiale plastico elettricamente isolante, (33) e (34) sono innestati agli estremi del tubo fresato (1) fig. A.

Il tappo (33) porta all’estremo un attacco a vite (37) dove s’innesta il cavo dell’alta tensione (39), proveniente dal ponte moltiplicatore di tensione (36), alimentato dalla centralina elettronica (40) fig. C. Il cavo dell’alta tensione (39) è regolato in modo da fare contatto con la piastrina (38) cui è attaccato un filo metallico elettricamente conduttivo (2), facente da elettrodo, che si collega all’altro tappo terminale (34) dove è tenuto in tensione dalla molla (35) con possibilità di regolazione della tensione mediante la vite (32).

Essendo in questo caso l’elettrodo un filo, quindi a geometria continua, anche il campo elettrico, linee tratteggiate (58) ,Tav. N. 2 fig. C, da esso generato, in prossimità della superficie del nastro, ha il vantaggio di avere la stessa continuità e uniformità, eliminando i punti di massimo e minimo che si manifestavano, come precedentemente descritto, con l’utilizzo di più proiettori.

Un altro vantaggio è dato dall’utilizzo del tubo fresato (7) che ha la fruizione di schermo e lente elettrostatica per focalizzare le cariche elettriche generate dall’elettrodo a filo (2), Tav. N. 3 , fig. D.

Volendo incrementare la velocità di verniciatura dei nastri, dobbiamo aumentare sia il quantitativo di polvere emessa dal proiettore, sia la corrente dell’elettrodo, altrimenti avremmo una grande quantità di polvere che non riesce a caricarsi sufficientemente per aderire al supporto (coil).

In caso di un sistema di carica tradizionale, sappiamo che la quantità di corrente assorbita dalla polvere emessa, rispetto a quella totale, è circa lo 0,5%. Si deduce che vi è una fortissima dispersione degli ioni generati dall’effetto corona e solo una frazione minima di questi contribuisce alla carica della polvere. Nel trovato abbiamo fatto in modo che remissione di ioni (68) avvenga in un'unica direzione attraverso la fenditura (37) verso il flusso di polvere (69) proiettato dall’emettitore, diminuendo la dispersione, Tav. N. 3 fig. D. Gli elettroni emessi dal filo (2) ionizzano le molecole d’aria presenti nello spazio tra le pareti (30) del tubo (7) e il filo stesso, creando una carica elettrica dello stesso segno. Il tubo è immerso nel campo elettrico dovuto alla tensione presente sul filo e quindi, a causa della sua minima distanza dal filo, è ad un potenziale elettrico poco più basso rispetto a quello d’alimentazione del filo stesso. La carica elettrica, generata all’ interno del tubo (/) dall’elettrodo (2), è attirata verso le pareti (30) poiché sono a potenziale elettrico più basso, Tav. N. 4, fig. D. Poiché la corrente che le pareti (30) possono assorbire è limitata, vicino alla parete avremo un accumulo di cariche elettriche (ioni) dello stesso segno elettrico, che respingono le nuove cariche che si creano continuamente per effetto corona, Tav. N. 4 fig. D.

Le nuove cariche (68) hanno, allora, la sola possibilità di uscire dalla fenditura (37) posta in direzione della bocca d’eiezione della polvere (69), incrociandone il flusso e quindi caricandola elettricamente. I bordi (67) della fenditura sono ad una tensione dello stesso segno elettrico degli ioni generati dall’elettrodo, ma a causa dei loro spigoli, come sappiamo da noti effetti fisici, producono un forte campo elettrico, per cui hanno un effetto di repulsione sugli stessi ioni, obbligandoli a fuoriuscire in un fascio lineare sottile al centro della fenditura (37), in direzione della polvere senza disperdersi nell’ambiente, Tavola n. 3 fig. D.

Inoltre poiché la fuoriuscita della polvere (69) avviene attraverso due fenditure (3) e (19) continue secondo la larghezza del nastro, non avremo sulla superficie quelle discontinuità dovute all'emissione incrociata delle pistole, Tav. N. 2, fig. C.

Un ulteriore vantaggio è dato dall'istallazione del trovato su un piano ad esso solidale (25) collegato ad un altro piano di appoggio (27) a mezzo di quattro supporti antivibranti (28) e (26) .

Sul piano (25) è installato un vibratore pneumatico o meccanico (29) che garantisce una necessaria vibrazione onde ottenere i migliori risultati di pulizia dell'emissione e uniformità di deposito, Tav. N. 1 fig. B.

Appare evidente che Γ invenzione , pur essendo molto semplice sia la sua costruzione sia la sua gestione, apporta un notevole miglioramento alla finitura superficiale, un risparmio dei costi d’installazione e di utilizzo, pur potendo, anche aumentare, grazie alla sua grande capacità di emissione e di carica elettrica della polvere, la produzione nell’unità di tempo.

L’invenzione è stata illustrata e descritta in una sua scelta forma di realizzazione e applicazione, ma resta inteso che vi si possono apportare numerose varianti costruttive e applicative senza uscire dall’ambito di protezione del presente brevetto per invenzione industriale.

Claims (19)

1. Rivendicazioni 1) Dispositivo di verniciatura elettrostatica a polvere caratterizzato dal fatto che utilizza : • Emettitore di polvere ad uscita lineare e a moto laminare attraverso un profilo di tipo Venturi a geometria planare. • Elettrodo di carica della polvere costituito da un filo, schermato per tutta la sua lunghezza da un tubo con fenditura di emissione delle cariche elettriche. • Utilizzo dei bordi della fenditura come lente elettrostatica di focalizzazione delle cariche sulla polvere. • Campo elettrico uniforme in vicinanza della superficie da trattare dovuto alla geometria lineare dell’elettrodo. • Camera di assorbimento delle turbolenze causate dalla pompa Venturi di mandata della polvere all’emettitore, a mezzo di un setto (15). • Utilizzo della pressione dell’ aria di mandata della polvere, attraverso l’effetto di vasi comunicanti per emissione della polvere stessa dal profilo Venturi planare. • Utlizzo di due setti porosi contrapposti all'interno del dispositivo • Utilizzo di uno o più vibratori per ottenere uniformità di emissione.
2. 2) Dispositivo come la rivendicazione al punto 1 caratterizzato dall’uso di un contenitore stagno.
3. 3) Dispositivo come le rivendicazioni precedenti caratterizzato da due setti porosi contrapposti di fluidificazione situati all’ interno del contenitore stagno.
4. 4) Dispositivo come le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto della suddivisione in due camere della camera sovrastante il setto poroso inferiore.
5. 5) Dispositivo come le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di utilizzare Γ effetto di vasi comunicanti.
6. 6) Dispositivo come le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di utilizzare per lemissione della polvere un profilo Venturi planare.
7. 7) Dispositivo come le rivendicazioni precedenti caratterizzato da una emissione laminare della polvere attraverso il profilo Venturi planare.
8. 8) Dispositivo come le rivendicazione precedenti caratterizzato dall’utilizzo di un filo metallico conduttivo come elettrodo.
9. 9) Dispositivo come le rivendicazione precedenti caratterizzato dalla schermatura mediante un tubo metallico di opportuno diametro del filo dell’elettrodo.
10. 10) Dispositivo come le rivendicazione precedenti caratterizzato da una apertura longitudinale nel tubo di schermatura.
11. 11) Dispositivo come le rivendicazione precedenti caratterizzato dal porre i tubi con gli elettrodi immediatamente al di sopra o al di sotto le fenditure di emissione della polvere.
12. 12) Dispositivo come le rivendicazione precedenti caratterizzato dalla possibilità di orientare la fenditura dei tubi nella direzione più opportuna per incrementare la carica della polvere.
13. 13) Dispositivo come le rivendicazione precedenti per Γ utilizzo del potenziale del campo elettrico generato dall’ elettrodo per alimentare il elettricamente il tubo di schermatura.
14. 14) Dispositivo come le rivendicazione ai punti precedenti con Γ utilizzo dei bordi dell’apertura longitudinale nei tubi come lente elettrostatica per focalizzare remissione delle cariche elettriche.
15. 15) Dispositivo come le rivendicazioni precedenti con l'utilizzo di un piano solidale con l'emettitore.
16. 16) Dispositivo come le rivendicazioni precedenti con il piano precedente sospeso a mezzo di antivibranti su un piano di appoggio.
17. 17) Dispositivo come le rivendicazioni precedenti con l'utilizzo di un vibratore meccanico o pneumatico per imprimere una vibrazione al trovato.
18. 18) Dispositivo come le rivendicazioni precedenti caratterizzato dall'uso di uno o più vibratori posizionati in modo opportuno sul trovato, o i suoi piani di appoggio.
19. 19) Rivendicazione come dai punti 1-18 per un dispositivo per un processo di verniciatura industriale a polvere come illustrato e descritto.