NO118260B - - Google Patents

Description

Apparat for elektrostatisk sprøytelakkering.

Denne oppfinnelsen angår et apparat for påføring av belegningsmateriale, slik som f.eks. maling, for å gi en beskyttende eller dekorativ belegning på en overflate.

Ved sprøytelakkering for kommersiell produksjon krever anbringelsen av glatte og jevne belegg av den ønskede type og som vanligvis anbringes på gjenstander som f.eks. husholdningsappara-

ter o.l. og metallvarer eller andre gjenstander av alle slag, ikke bare en forholdsvis jevn fordeling av belegningsmaterialet under påsprøytningsoperasjonen, men krever også avsetning av sprutpartiklene, mens disse fremdeles er i væskeform, og anvendelse av partik-

ler med en egnet finhetsgrad. Hvis sprutpartiklene er for store,

flyter de ikke sammen på tilfredsstillende måte når de avsettes,

hvilket resulterer i et belegg som mangler det ønskede jevne ut-seende .

Anvendelsen av et elektrostatisk avsetningsfelt er meget fordelaktig for forbedring av avsetningseffektiviteten ved sprøyte-lakkering. Spesielt når automatiske sprøytesystemer anvendes i forbindelse med en produksjonskjede med transportøranordninger, resulterer bruken av et elektrostatisk avsetningsfelt i at et større tap av maling eller lakk blir forhindret, hvilket ellers ville finne sted, både på grunn av at undersprut faller av før den når de gjenstander som skal belegges, og på grunn av at oversprut pas-serer forbi eller bort fra gjenstandene og endelig faller mot rom-mets eller båsens vegger eller ut gjennom avtrekkskanalen. Passende oppladning av sprutpartiklene og anvendelse av et elektrostatisk felt til den overflate som belegges, resulterer i avsetning av sprutpartikler som ellers ikke ville ha blitt avsatt på denne overflate, idet avsetningseffektiviteten blir vesentlig forbedret på grunn av de elektrostatiske effekter. Når et slikt felt blir anvendt, er finhetsgraden ved forstøvningen meget viktig for å oppnå optimale feltvirkninger og optimal avsetningseffektivitet uavhengig av den ønskede overflatekvalitet. Ladningen på en liten væskedrå-pe er i første rekke en funksjon av overflatearealet under optimale elektriske op-ladningsbetingelser, og da nedsettelse av dråpenes diameter reduserer deres volum i sterkere grad enn deres overflate-areal, har små dråper et større forhold mellom ladning og masse' enn større dråper, og kan derfor bedre kontrolleres eller styres av av-setnings feltet.

Kommersielle elektrostatiske sprøytelakkeringsmetoder an-vendte opprinnelig luftsprøytepistoler for å forstøve malingen eller lakken eller andre væskeformige belegningsmaterialer til sprutpartikler. Luftstrømmen fra en slik sprøytepistol nedsatte imidlertid virkningen av det elektrostatiske felt på sprutpartiklene og resulterte i lavere avsetningseffektiviteter enn det som var teo-retisk mulig. I de senere år har kommersielle elektrostatiske sprøytebelegningsanlegg i mange tilfelle anvendt forstøvning uten luft i forbindelse med elektrostatisk avsetning, og har således unngått luftstrømeffektené. De grunnleggende trekk ved et slikt system er beskrevet i US-patent 2 685 536 av 3. august 1954, hvor de særlige utførelsesformer som er vist, anvender elektrostatisk forstøvning. De kommersielle anlegg som nå blir utført av inneha-veren av ovennevnte patent, anvender imidlertid en roterende for-støvningsinnretning i stedet for de stasjonære forstøvere som er vist i patentet, hvilke roterende innretninger er gjenstand for US-patent 2 893 894- Mange kommersielle anlegg som anvender den roterende innretning, bruker rotasjonshastigheter av en slik stør-relse at de elektrostatiske krefter fremdeles er hovedårsaken til forstøvningen, og dette medfører av og til vanskeligheter med å tilveiebringe sprutpartikler med en ønsket finhetsgrad. Dette er særlig tilfelle ved visse belegningsmaterialer som er noe vanskeligere å forstøve elektrostatisk enn de vanligvis brukte syntetis-ke lakker og fernisser; eksempler på slike vanskeligere materialer er malinger med metalliske pigmenter og malinger med vann-olje-emul-sjon. Innføringen av de ovenfor nevnte forstøvningsinnretninger uten bruk av luft tilveiebringer således kommersielle sprøytelakke-ringssystemer som overvinner ulempen med sterke luftstrømmer og forbedrer avsetningseffektiviteten betraktelig, men de har den u-lempe at med visse typer belegningsmaterialer er det vanskelig å frembringe sprutpartikler som har tilstrekkelig liten størrelse for den ønskede kommersielle finhetsgrad for malingen eller lakken.

Ved å anvende en stråle med høyt trykk og med visse egen-skaper som er ønskelige ved forstøvning av malingen eller andre væskeformige belegningsmaterialer, kan store mekaniske krefter som er virksomme for forstøvning gjeninnføres i systemet samtidig med at luften ved eller nær overflaten av den gjenstand som belegges, holdes stillestående eller i ro. Betegnelsen "stillestående" blir herunder brukt for å angi at det ikke forekommer luftstrømmer med en slik hastighet og i slike mengder som for mange av de partiklers vedkommende som nærmer seg avsetningsområdet, ville overvinne de elektrostatiske avsetningskrefter og derved bevirke at en vesentlig del av partiklene unngår avsetning på arbeidsstykket. I stedet for å en luftstrøm sem støter mot malingen eller lakken for å bevirke forstøvning, slik som ved den konvensjonelle luft-sprøytepistol, blir en ekspanderende, tynn film av maling eller lakk med høy hastighet bragt til å passere inn i forholdsvis rolig luft med en slik høy relativ hastighet i forhold til luften at den gjensidige virkning medfører en meget betydelig mekanisk forstøv-ningskraft. En massiv sirkulær væskestrøm gir, selv om den passe-rer gjennom den omgivende luft med meget høye relative hastigheter, ikke forstøvning av en ønsket type som er egnet for den ønskede feltkontroll og for malings- eller lakkoverflater av god kvalitet; men utsendelsen av væsken som en ekspanderende tynn film, enten i form av en hul kjegle eller på viftelignende måte, vil, hvis be- stemte betingelser, med hensyn til hastighet og form er tilstede, resultere i forstøvning til de meget finfordelte partikler som mu-liggjør den ønskede feltkontroll og,en overflatekvalitet av høy standard, og optimal' elektrostatisk avsetning kan oppnås ved anvendelse av en slik forstøvningsinnretning under riktige betingelser med hensyn til avstander og feltstyrke. Anvendelse av en hydrostatisk stråle medfører kontrollegenskaper som hittil ikke har vært mulige med eliminasjon av luftsprøytepistolen, mens en hydrostatisk stråle fremdeles unngår ulempene med en bærende luftstrøm i et elektrostatisk system. Strålen med en ekspanderende tynn film med høy hastighet muliggjør ikke bare kontroll av forstøvnings-finheten til tross for andre faktorer som ikke lett kan kontrolleres (som f.eks. malingstypen og viskositeten), men også retnings-kontroll og kontroll av partiklenes bevegelsesmengde eller impuls, hvilket muliggjør kontroll eller regulering av filmens tykkelse under forhold som ellers gir vanskeligheter i et elektrostatisk system, som f.eks. å påføre tilstrekkelig meget lakk i bunnen av en utsparing eller andre partier hvor feltet alene kunne gi et uønsket tynt belegg.

En metode for å bestemme om forstøvningene er passende med hensyn til partikkelstørrelse, er å måle diameteren av flekker eller prikker som dannes av sprutpartikler som faller mot et passende mål eller objekt under kontrollerte betingelser. Betingelser som har vært anvendt i praksis, består i å føre en plate eller et objekt med dimensjoner 10,2 x 15,2 cm gjennom spruten i lengde-retningen med den ene overflate i et plan vinkelrett på sprutens akse og i en avstand på omkring 30,5 cm fra kilden for spruten og med tilstrekkelig hastighet til at den eksponerte overflate av må-let eller objektet er i det vesentlige fri for overlappende flekker eller prikker. Hvis den gjennomsnittlige diameter av de ti største prikker på objektet er mindre enn omkring 0,38 mm, er spruten i stand til å danne overflatefinheter av høy kvalitet, mens der hvor kravene til overflatefinhet er mindre strenge, kan sprut-KTlder"3om frembringer en maksimal prikkstørrelse på 0,51 mm, være tilfredsstillende, og en sprut med maksimal prikkstørrelse over 0,51 mm bør bare brukes hvor kvaliteten av overflaten ikke er kri-tisk, f.eks. ved vedlikeholdsmaling av fabrikkvegger eller belegning av tungt utstyr, slik som f.eks. landbruksmaskiner. Når det i det følgende blir referert til prikkstørrelser, frembragt ved avsetning av sprutpartikler, vil det forstås at størrelsen av prikkene er den som bestemmes under de betingelser som er angitt ovenfor.

Nærmere bestemt angår således foreliggende oppfinnelse et apparat for elektrostatisk sprøytelakkering eller belegning av en gjenstand, omfattende en anordning for tilførsel av belegningsmateriale under høyt hydrostatisk trykk til en forstøvningsanord-ning med en liten åpning, og en nålformet elektrode som strekker seg fremover i forhold til åpningen fra et sted nær denne og som er forbundet med en strømforsyning med høy spenning for å tilveiebringe et elektrostatisk felt som strekker seg fra et sted nær åpningen til gjenstanden for å bevirke avsetning av sprutpartiklene. Den særegne kombinasjon av trekk som ligger til grunn for apparatet ifølge oppfinnelsen, består i at den nevnte åpning er innrettet til å utsende belegningsmaterialet i den omgivende atmosfære med meget høy hastighet som en tynn ekspanderende væske film for å avstedkomme forstøvning fra kanten av væskefilmen, slik at det dannes sterkt finfordelte sprutpartikler, og at den nevnte elektrode ender nær kanten av væskefilmen. I visse tilfelle kan den nevnte høye hastighet i det minste i begynnelsen være av størrel-sesordenen 3050 m/min. eller mer. Partiklene i en sprut som er dannet på donne måte, er i stand til både å frembringe tilfredsstillende overflatekvaliteter og til å ha et forhold mellom ladning og masse i et elektrostatisk felt som gjør dem i høy grad påvirkbare ved hjelp av elektrostatiske krefter og til å oppnå høye avsetningseffektiviteter. Det elektrostatiske felt har en gjennomsnittlig potensialgradient på i det minste 2000 volt pr. cm og fortrinnsvis i det minste 4000 volt pr. cm. Det kan henvi-ses til at norsk patentsøknad 137 677 omhandler et apparat som har trekk til felles med det som foreliggende oppfinnelse angår. Det som er krevet beskyttet i den nevnte patentsøknad er imidlertid at ladningselektroden er elektrisk isolert fra pistolhuset og at dette i det minste ved sin i sprøyteretningen liggende fremre del består av godt isolerende materiale. Foreliggende oppfinnelse er rettet mot andre trekk ved et slikt apparat, nemlig den kombinasjon av trekk som er angitt ovenfor.

Ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil frem-gå av den følgende beskrivelse og av tegningene, hvorav: Pig. 1 er et lengdesnitt som viser et forstøvningsapparat i henhold til en utførelsesform for oppfinnelsen;

Fig. 2 er et oppriss sett fra siden og delvis oppskåret av den høyre del av fig. 1, og

fig. 3 er et riss sett ovenfra og delvis oppskåret av den høyre ende av apparatet på fig. 1.

Den utførelsesform for oppfinnelsen som er vist på fig. 1, er forsynt med en sprøyteinnretning 100 med en hylse 101 av isolerende materiale. Hylsen 101 er festet til et metallhus 103 på passende måte, og huset er elektrisk jordet. Gjennom huset 103

og hylsen 101 er det strukket en isolert tilførselsledning 104

som er forbundet med høyspenningsklemmen på en høyspenningskil-

de (ikke vist) og er ved hjelp av en elektrisk forbindelse 105 forbundet med en motstand 106. Motstanden 106 kan ha en motstand av størrelsesorden 160 megohm og er ved sin høyre ende forbundet med et kontaktstykke 106a som på sin side er forbundet med en tynn trådelektrode 107 med et endeparti 108 som stikker utad fra en endekappe 109 og en dyseplate 109a som begge kan være av elektrisk isolerende materiale og ligger nær inntil, men med radiell avstand fra en åpning 110 fra hvilken lakken blir utsendt. Avstanden fra elektrodens endeparti til den nærmeste jordede pistoldel (den fremre ende av forstøverhuset 103) er omkring 15,2 cm. Det er fore-trukket å bruke en tynn elektrode, på ikke mer enn omkring 2,5 mm i diameter og fortrinnsvis på omkring 0,25 eller 0,5 mm i diameter. Elektroden er fortrinnsvis spisset.

Åpningen 110 er utformet i et dyseelement 126 av meget slitasjemotstandsdyktig materiale, slik som f.eks. wolframkarbid eller diamant, og har en minste diameter på 0,13 mm og en største diameter eller dimensjon pl 0,38 mm, hvilken kombinasjon danner en åpning som er omtrent likeverdig med en sirkulær åpning som har en diameter på 0,23 mm.

Lakk eller maling blir tilført til forstøvningsanordnin-gen fra en kilde (ikke vist) gjennom en passasje 111 i forstøver-huset som er forbundet med en langsgående passasje 112 i hylsen, hvilken passasje ender i et ventilsete 113 ved enden av passasjen umiddelbart nær dysen 126 og står i forbindelse med åpningen 110. Ventilen blir kontrollert av den koniske ende av et ventilelement 114 som er forbundet med en manøvreringsstang 115 av isolerende materiale, som på sin side er forbundet med en manøvreringsanord-ning som ikke er vist.

Lakk under høyt trykk blir ført til forstøvningsanordnin-gen gjennom passasjen 111 og utsendes fra åpningen 110 i form av en vifteformet film 121, slik som vist på fig. 2 og 3, hvilken film brytes opp til en viftelignende sprut 123 av forstøvede partikler ved en forstøvningssone 122. Lekkasje av lakk til den del av hylsen som inneholder motstanden 106, blir forhindret av en tetnings-ring 132 som omgir en del 133 gjennom hvilken elektrodens kontaktstykke 106a er ført. Likesom hylsen 101, ventilens manøvrerings-stand 115, endekappen 109 og dyseplaten 109a, er delen 133 utført av isolerende materiale.

Det vil av fig. 2 og 3 sees at enden 108 av elektroden 107 er anbragt i avstand fra den ene overflate av filmviften 121 og ender likeledes et lite stykke fra forstøvningssonen 122. Elektrodetråden er således plasert utenfor lakkstrømmen som utsendes fra åpningen 110, og dens endeparti er plasert mellom åpningen og forstøvningssonen hvor filmen brytes opp til sprutpartikler. I den spesielle utførelsesform som er vist, er den utadstik-kende del av elektroden forskjøvet omkring 3,2 mm fra overflaten av filmen og endepartiet 108 befinner seg omkring 3,2 mm bakenfor forstøvningssonen 122. Det er funnet at ved plasering av elektrodespissen bakenfor forstøvningssonen avstedkommes i denne utførel-sesform en mer effektiv oppladning av sprutpartiklene og således høyere avsetningseffektivitet enn det som ville bli oppnådd hvis elektroden stakk frem til eller forbi forstøvningssonen. Anbrin-gelse av elektroden i avstand fra filmen forhindrer elektrisk sløvning av elektroden på grunn av lakken og forhindrer likeledes at elektroden forstyrrer dannelsen av den ønskede film og forstøv-ningsprosessen. Skjønt det er vist en elektrode, hvilket er fore-trukket for å oppnå den beste avsetningseffektivitet, kan det anvendes mer enn én elektrode. Det er f.eks. oppnådd tilfredsstillende resultater med to elektroder i stedet for en, hvilke elektroder stikker fremad fra forstøveren stort sett i et plan parallelt med overflaten av væskefilmen og ender 3,2 mm bakenfor for-støvningssonen og er anbragt med en avstand på 3,2 mm fra overflaten av væskefilmen og deres endepartier er adskilt fra hverandre med omkring 1,2 7 mm.

Elektroden 107 blir holdt på et høyt elektrostatisk potensial ved forbindelse med en høyspenningskilde påden beskrevne måte for således å frembringe et normalt potensial på elektrodens endeparti 108 av størrelsesorden 50 000 volt. Da den fremre ende av forstøvningspistolen 100 befinner seg nær elektroden 107bg er isolert fra jord, får denne et potensial som normalt er tilnær-net lik potensialet på elektroden 107 eller, i det minste et potensial som atskiller seg fra potensialet på elektroden med ikke mer enn en liten prosentdel (vanligvis mindre enn 10 %) av den spenning som påtrykkes elektroden.Forutsettes en normal avstand mellom elektrode og objekt på 25,4 cm vil dette frembringe et felt til gjenstanden med en gjennomsnittlig potensialgradient på 2000 volt pr. cm, og med det jordede forstøverhus 103 anbragt med en avstand på omkring 15,2 cm bakenfor elektrodens endeparti 108, vil det også være et felt til det jordede hus med en gjennomsnittlig potensialgradient som er større enn 3200 volt pr. cm. Tilstede-værelsen av det jordede forstøverhus i en fast og forholdsvis kort avstand fra elektroden har visse fordeler. På grunn av den faste avstand blir det tilsikret en minste potensialgradient nær elektroden til tross for variasjoner i avstanden mellom forstøv-ningsanordningen og de gjenstander som skal lakkeres. Den forholdsvis korte avstand mellom oppladningselektroden og det jordede hus gjør det mulig å oppnå en høy lokal potensialgradient nær elektrodespissen og derfor effektiv oppladning av den forstøvede lakk med en lavere spenning påtrykket elektroden, og anvendelsen av en lavere påtrykket spenning gjør det i sin tur mulig å bruke en mindre og billigere høyspenningskilce og en lettere og mer flek-sibel høyspenningstilførselsledning, idet det sistnevnte moment er av særlig viktighet når forstøveren skal manøvreres manuelt. En ytterligere reduksjon av elektrodepotensialet kan oppnås uten nevneverdig tap av avsetningseffektivitet ved ytterligere å redusere avstanden mellom oppladningselektroden og det jordede hus. Meget tilfredsstillende resultater er oppnådd med en anordning

av denne type med en avstand mellom elektrode og jord på omkring 7,6 cm og drevet med et elektrodepotensial av størrelsesorden 25 000 volt.

Anvendelse av en oppladningselektrode, slik som elektroden 107 i apparatet avstedkommer langt mer effektiv oppladning av sprutpartiklene enn det som hittil er funnet mulig når dysen blir holdt på en høy spenning bare i den hensikt å opplade filmen. En elektrode likesom elektroden 107 kan anvendes når ptensialforskjei-len mellom elektroden og gjenstanden gir det eneste oppladnings-felt. Dette kan oppnås ved eliminasjon av det jordede husparti 103, i hvilket tilfelle hele forstøv ningsanordningen kan være av ledende materiale, som er isolert fra jord på passende måte. For å oppnå de beste resultater krever dette arrangement ganske høye spenninger for å kompensere for den større avstand mellom elektro-dene, idet den annen elektrode er gjenstanden. Hvis avstanden mellom elektroden og gjenstanden varierer betydelig, er det også ved denne anordning nødvendig å foreta en betydelig kompenserende spen-ningsforandring for å beholde den samme eller tilsvarende opplad-ningseffektivitet. Tilfredsstillende resultater kan imidlertid oppnås med en konstant påtrykket spenning, spesielt når avstanden mellom forstøveren og gjenstanden ikke varierer innen vide gren-ser. Ved den på tegningen viste anordning blir oppladningseffek-tiviteten holdt forholdsvis konstant selv om det er relativt store endringer i avstanden mellom forstøveren og gjenstanden uten at det foretas nevneverdige kompenserende spenningsforandringer.

Skjønt det er vist og beskrevet visse utførelsesformer for oppfinnelsen, vil det forstås at det kan foretas mange modifi-kasjoner. F.eks. kan forstøvningsanordningen 100 innrettes for bruk som manuell sprøytepistol ved å utforme metallhuset 103 ved den bakre ende av pistolen som et håndtak. Anvendelsen av motstanden 106 er særlig fordelaktig ved en manuell sprøytepistol da den tjener til å begrense intensiteten av elektriske utladninger som kunne finne sted ved at elektroden 107 kommer i nærheten av en eller annen jordet gjenstand eller en del av operatørens legeme, og reduserer derved faren for brann og elektriske sjokkskader. Hvor det er viktig å nedsette denne risiko, er det tilrådelig å utføre kontaktstykket 106a og elektroden 107 så små som mulig for å redusere deres elektriske kapasitet. Av samme grunn kan det være ønskelig å lage dyseelementet 126, ventilsetet 113 og i det minste den fremre ende av ventilelementet 114 av isolerende materiale. Hvis den fremre del av pistolen blir laget av ledende materiale, elimineres ikke de forannevnte farlige forhold.

Claims (7)

1. Apparat for elektrostatisk sprøytelakkering eller belegning av en gjenstand, omfattende en anordning for tilførsel av belegningsmateriale under høyt hydrostatisk trykk til en forstøv-ningsanordning med en liten åpning, og en nålformet elektrode som strekker seg fremover i forhold til åpningen fra et sted nær denne

og som er forbundet med en strømforsyning med høy spenning for å tilveiebringe et elektrostatisk felt som strekker seg fra et sted nær åpningen til gjenstanden for å bevirke avsetning av sprutpartiklene,karakterisert vedat den nevnte åpning (110) er innrettet til å utsende belegningsmaterialet i den omgivende atmosfære med meget høy hastighet som en tynn ekspanderende væske film for å avstedkomme forstøvning f r-a kanton av væskefilmen, slik at det dannes sterkt finfordelte sprutpartikler, og at den nevnte elektrode (107)ender nær kanten av væskefilmen.

2. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedat åpningen (110) er anordnet slik at belegningsmaterialet sendes ut tilnærmet parallelt med elektrodeaksen.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat endepartiet (108) av elektroden (107) er plasert mellom den fremre forstøvningskant av væskefilmen (121) og åpningen (110).

4. Apparat ifølge et av kravene 1-3,karakterisert vedat åpningen er utformet slik at væskefilmen har nesten nøyaktig rette sidekanter med en mellomliggende vinkel på minst 15 .

5. Apparat ifølge et av kravene i-4,karakterisert vedat åpningen har en effektiv størrelse ekvivalent med en sirkulær åpning som ikke er større enn 0,38 mm i diameter.

6. Apparat ifølge et av kravene 1-5,karakterisert vedat anordningen for tilførsel av belegningsmateriale frembringe1: et hydrostatisk trykk som e-r større enn. 21 kg/cm. og at åpningen (110) har en maksimal dimensjon som ikke er større enn omkring 0,38 mm.

7. Apparat ifølge et av kravene 1-6,karakterisert vedat elektroden (107,108) og dyseelementet (113) bæ-res av en hylsedel av isolerende materiale.