WO1998024555A1 - Pulversprüheinrichtung - Google Patents

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WO1998024555A1
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Günter BÖRNER
Hans-Christoph Nienburg
Josef Wittmann
Helmut BÖHME
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Abb Research Ltd.
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Classifications

    • 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
    • B05B5/03—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by the use of gas, e.g. electrostatically assisted pneumatic spraying
    • B05B5/032—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by the use of gas, e.g. electrostatically assisted pneumatic spraying for spraying particulate materials

Definitions

  • the invention relates to a powder spray device for electrostatic powder coating according to the preamble of claim 1
  • Such a powder spray device is known from DE 27 22 100 C2.
  • the known device contains at least one chamber in which a tip discharge electrode opposite to the material current and a blunt counter electrode opposite to that which is poled are arranged upstream at a distance from the tip discharge electrode in order to improve the charging of the powder particles an embodiment with a plurality of chambers connected in series is also proposed. It is proposed to design the chamber in such a way that there are continuous expansions and constrictions which are intended to cause material particles to brake under turbulence and thus to be exposed to the force field more intensely To arrange circumferences of the at least one chamber distributed openings through which additional air is introduced, which reduce the average density of the mixture of air and powder and improve the charging
  • the invention is therefore based on the object of specifying a powder spray device which leads to improved charging of the powder particles and thereby to an improved deposition rate
  • One refinement relates to the arrangement of one or more external electrodes for further improving the charging or for field control and thus for increasing the efficiency
  • Another embodiment relates to a variable design of the distance between the earth electrode and high-voltage electrodes, which allows an optimum to be set between good charging and disruptive effects such as jerk ionization
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a powder spray device with introduction of a
  • FIG. 1 shows a powder spray device 10.
  • a swirling chamber 1 is placed on a support element 6 of the powder spray device 10
  • the cross-section of the chamber is larger than the cross-section of a supply line 11 for powder and air PL.
  • the powder / air supply line 11 flows into the chamber 1 transversely to the main axis 12 of the chamber 1.
  • the powder / air mixture PL can be sprayed in the opposite direction Spruh ⁇ chtung 13 (Fig 3) or be introduced transversely to the spray line 13.
  • the spray line 13 is the main axis 12 in the direction of an outlet 3.
  • the powder is charged by corona, which is generated on needle-shaped high-voltage electrodes 7, which are at high-voltage potential.
  • the high voltage is generated with the aid of a high-voltage cascade 4, which is part of the powder spray device 10, and is supplied to the high-voltage needles via an electrical connection 22
  • the high-voltage electrodes 7 are arranged in a ring in the area of the outlet 3 and form an intensive corona with the earth electrode 5. Due to the selected arrangement of the high-voltage needles, all powder particles are forced to move through an area with a high field strength and charge density. The internal charging thus caused can, if necessary, be additionally intensified by means of additional electrodes 8 which can be arranged in the area of the outlet 3 via external charging more or less wide, rotationally symmetrical powder cloud. Instead of the impact body 9, a slit-shaped flat nozzle 23 can also occur, which generates a flat powder jet
  • FIG. 2 Such an alternative design of the outlet area is shown in FIG. 2.
  • the other design of the powder spray device corresponds to that of FIG. 1, which will be described further below
  • the needle-shaped high-voltage electrodes 7 are arranged in a ring in a front ring 2 distributed around the circumference.
  • the outlet 3 is placed on the front ring 2.
  • the chamber 1 is made of an insulating material, such as plastic, glass or ceramic.
  • a chamber length of 7 to 15 cm, a diameter of 2 to 4 cm and a distance of 7 to 14 cm between the high-voltage electrodes 7 and a ground electrode 5 are advantageous is a configuration of the spray device 10, in which the distance between the earth electrode 5 and the high-voltage electrodes 7 can be changed in order to make an optimum adjustable in terms of charging and jerking
  • the earth electrode 5 is tubular and is centered in the support element 6 in the direction of the main axis 12.
  • the tubular earth electrode 5 preferably has a diameter of 0.3 cm on the inside and 0.5 cm on the outside.
  • a head part 20 At the end of the earth electrode 5 directed towards the chamber, it is closed by a head part 20 provided with rounded edges 17.
  • the earth electrode 5 and in particular its head part is 20 covered with a cover 16 made of insulating material to avoid electrical breakdowns.
  • the insulating cover 16 has a cover opening 18 on the front with a diameter of approximately 0.1 to 0.5 cm
  • Earth electrode cleaning air RLE is passed through earth electrode 5, which avoids powder particle accumulation on earth electrode 5.
  • the cleaning air RLE provides additional swirling of the powder, and adjustment or regulation of the powder can be made by changing the air rate. Air ratio
  • the tubular earth electrode 5 has openings 19 through which the cleaning air RLE comes out of the tube into a gap 21 between the earth electrode 5 and the cover 16, rewind the head part 20 and out of the cover opening 18 into the Chamber 1 can exit
  • the cleaning air RLE, RLH supplied for cleaning the earth electrode 5 or the high-voltage electrodes 7 can advantageously be used to blow powder particles out of the chamber 1 after the supply of the powder / air mixture PL has been switched off, and to deposit the powder particles on the electrodes 5, 7 to avoid
  • FIG. 3 shows a powder diagram of a powder spray device in which - as already mentioned above - the powder / air mixture PL is introduced via the feed line 11 against the spraying device.
  • an inner baffle plate 24 is shown in FIG. 3, which closer to the powder particles leads to the high-voltage needles 7. The powder then emerges through bores 25 and strikes the outer baffle plate 9

Landscapes

  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pulversprüheinrichtung zur elektrostatischen Pulverbeschichtung von Werkstücken. Um eine besonders gute Aufladung der Pulverteilchen zu erzielen, enthält die Pulversprüheinrichtung (10) eine Kammer (1), in die quer zur Sprührichtung (13) ein Pulver/Luft-Gemisch (PL) über eine Zuleitung (11) eingeleitet wird. In der Kammer (1) sind eine Erdelektrode (5) und mehrere Hochspannungselektroden (7) angeordnet. Alle Elektroden (5, 7) werden von Reinigungsluft (RLE, RLH) umspült, um eine Pulverablagerung zu vermeiden.

Description

Pulverspruheinπchtung
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Pulverspruheinπchtung zur elektrostatischen Pul- verbeschichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
Eine solche Pulverspruheinπchtung ist aus der DE 27 22 100 C2 bekannt Die bekannte Einrichtung enthalt wenigstens eine Kammer, in der eine der Matenalstromung entgegengesetzte Spitzenentladungselektrode und eine entgegengesetzt wie diese gepolte stumpfe Gegenelektrode stromauf im Abstand von der Spitzenentladungselektrode angeordnet sind Zur Verbesserung der Aufladung der Pulverteilchen ist eine Ausgestaltung mit mehreren hintereinandergeschalteten Kammern vorgesehen Außerdem wird vorgeschlagen, die Kammer so zu gestalten, daß sich kontinuierlich Erweiterungen und Verengungen ergeben, die bewirken sollen, daß sich Mateπalteil- chen unter Verwirbelung abbremsen und so intensiver dem Kraftfeld ausgesetzt werden Schließlich wird vorgeschlagen, über den Umfang der wenigstens einen Kammer verteilt Offnungen anzuordnen, über die Zusatzluft eingeleitet wird, die die mittlere Dichte des Gemisches aus Luft und Pulver verringern und die Aufladung verbessern
Versuche haben gezeigt, daß die Maßnahmen nicht ausreichen, um eine Pulverbeschichtung mit zufriedenstellendem Wirkungsgrad auf einem Werkstuck zu bewirken Da die Elektroden direkt mit dem Pulver in Berührung sind, kommt es zu Pulverablagerungen auf den Elektroden, was eine deutlich schlechtere Aufladung zur Folge hat
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Pulverspruheinπchtung anzugeben die zu einer verbesserten Aufladung der Pulverteilchen und dadurch zu einer verbesserten Abscheiderate fuhren
Diese Aufgabe wird bei einer Pulverspruheinπchtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelost Es wurde festgestellt, daß insbesondere eine Pulverablagerung auf den Elektroden Ursache für eine unbefriedigende Pulverteilchenaufladung sein kann Außerdem wurde festgestellt daß die gesamte Kammer mit Korona ausgefüllt sein sollte und eine intensive Verwirbelung der Pulverteilchen im Bereich der Korona erfolgen sollte, um insgesamt einen guten Wirkungsgrad zu erzielen Diese Effekte werden durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erzielt, wie weiter unten anhand eines Ausfuhrungsbeispiels naher beschrieben wird
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben Eine Ausgestaltung bezieht sich auf die Anordnung einer oder mehrerer Außenelektroden zur weiteren Verbesserung der Aufladung bzw zur Feldsteuerung und damit zur Steigerung des Wirkungsgrades
Eine andere Ausgestaltung bezieht sich auf eine variable Gestaltung des Abstaπdes zwischen Erdelektrode und Hochspannungselektroden, womit sich ein Optimum zwischen guter Aufladung und störenden Effekten wie Ruckionisation einstellen laßt
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels naher beschrieben
Es zeigen
Fig 1 eine Pulverspruheinπchtung,
Fig 2 einen abgewandelten Auslaßbereich der Pulverspruhemπchtung, und
Fig 3 eine Pπnzipdarstellung einer Pulverspruheinπchtung mit Einleitung eines
Pulver/Luft-Gemisches entgegen der Spruhπchtung
Fig 1 zeigt eine Pulverspruheinπchtung 10 Auf ein Tragerelement 6 der Pulverspru- heinπchtung 10 ist eine Verwirbelungskammer 1 aufgesetzt Die Kammer 1 ist im Ausfuhrungsbeispiel in bevorzugter Weise zylindrisch ausgeführt Anstelle eines runden Querschnitts kann aber auch ein ellipsoider oder vieleckiger Querschnitt gewählt werden Wesentlich ist, daß der Querschnitt der Kammer großer ist als der Querschnitt einer Zuleitung 11 für Pulver und Luft PL Die Pulver/Luft-Zuleitung 11 mundet quer zur Hauptachse 12 der Kammer 1 in die Kammer 1 Grundsätzlich kann das Pulver/Luft-Gemisch PL in Spruhπchtung 13, entgegen der Spruhπchtung 13 (Fig 3) oder quer zur Spruhπchtung 13 eingebracht werden Die Spruhπchtung 13 ist die Hauptachse 12 in Richtung eines Auslasses 3 Es hat sich gezeigt, daß eine Einleitung des Pulver/Luft-Gemisches quer zur Hauptachse 12 eine deutliche Verbesserung der Verwirbeluπg und eine verbesserte Aufladung bewirkt Die in der Kammer entstehenden Turbulenzen erhohen die Wahrscheinlichkeit, daß jedes Puiverteilchen den Bereich mit einer hohen Ladungsdichte durchquert und aufgeladen wird Durch intensive Verwirbelung wird gleichzeitig die Dispergieruπg der Pulverteilchen verbessert
Die Aufladung des Pulvers erfolgt durch Korona, die an nadelformigen Hochspannungselektroden 7 erzeugt wird, die auf Hochspannungspotential liegen Die Hochspannung wird mit Hilfe einer Hochspannungskaskade 4 erzeugt, die Teil der Pulver- spruheinπchtung 10 ist, und über eine elektrische Verbindung 22 an die Hochspannungsnadeln geliefert
Die Hochspannungselektroden 7 sind ringförmig im Bereich des Auslasses 3 angeordnet und bilden zur Erdelektrode 5 eine intensive Korona aus. Durch die gewählte Anordnung der Hochspannuπgsnadeln sind alle Puiverteilchen gezwungen sich durch ein Gebiet mit hoher Feldstarke und Ladungsdichte zu bewegen Die damit bewirkte interne Aufladung kann im Bedarfsfall zusätzlich mittels im Bereich des Auslasses 3 anordenbaren Zusatzelektroden 8 über Außenaufladung noch intensiviert werden Ein äußerer Prallkorper 9 erzeugt eine mehr oder weniger breite rotationssymmetrische Pulverwolke Anstelle des Prallkorpers 9 kann auch eine spaltformige Flachduse 23 treten, die einen flachen Pulverstrahl erzeugt
Eine solche alternative Gestaltung des Auslaßbereiches ist in Fig 2 dargestellt Die sonstige Gestaltung der Pulverspruheinπchtung stimmt mit derjenigen der Fig 1 uberein, die nachstehend weiter beschrieben wird
Die nadelformigen Hochspannungselektroden 7 sind ringförmig in einem Frontring 2 um den Umfang verteilt angeordnet Der Auslaß 3 ist auf den Frontring 2 aufgesetzt Es sollten vier bis acht Hochspannungselektroden, bevorzugt sechs Elektroden angeordnet werden Im Bereich des Frontrings 2 und dort wiederum in der Nahe der Hochspannungselektroden 7 wird quer zur Hauptachse 12 Hochspannungselektroden-Reinigungsluft RLH über eine Öffnung 14 eingeleitet Sie vermindert eine Ablagerung von Puiverteilchen an den Elektroden 7 Eine besonders intensive Reinigung der Nadelelektroden 7 kann erreicht werden, wenn die Elektroden 7 jeweils in Rohrchen 15 eingesetzt und dort mit Luft RLH umspult werden
Die Kammer 1 ist aus einem Isoliermateπal, wie Kunststoff, Glas oder Keramik hergestellt Gut geeignet ist eine Kammerlange von 7 bis 15 cm, ein Durchmesser von 2 bis 4 cm und ein Abstand von 7 bis 14 cm zwischen den Hochspannungselektroden 7 und einer Erdelektrode 5 Vorteilhaft ist eine Gestaltung der Spruheinπchtung 10, bei der der Abstand zwischen der Erdelektrode 5 und den Hochspannungselektroden 7 veränderbar ist, um ein Optimum hinsichtlich Aufladung und Ruckionisation einstellbar zu machen
Die Erdelektrode 5 ist rohrförmig ausgebildet und im Tragerelement 6 in Richtung der Hauptachse 12 zentriert angeordnet. Die rohrformige Erdelektrode 5 hat vorzugsweise einen Durchmesser von 0,3 cm innen und 0,5 cm außen An dem zum Kammerinneren gerichteten Ende der Erdelektrode 5 ist diese durch ein mit abgerundeten Kanten 17 versehenes Kopfteil 20 abgeschlossen Die Erdelektrode 5 und insbesondere deren Kopfteil 20 ist mit einer Abdeckung 16 aus Isoiiermateπal abgedeckt, um elektrische Durchschlage zu vermeiden Die isolierende Abdeckung 16 hat auf der Frontseite eine Abdeckungs-Offnung 18 mit etwa 0,1 bis 0,5 cm Durchmesser
Durch die Erdelektrode 5 ist Erdelektroden-Reinigungsluft RLE gefuhrt, die eine Pul- verteilchen-Aπlagerung an der Erdelektrode 5 vermeidet Außerdem sorgt die Reini- gungsiuft RLE für eine zusätzliche Verwirbelung des Pulvers und es kann durch Änderung der Luftrate eine Einstellung oder Regelung des Pulver/Luft-Verhaltnisses erfolgen
Die rohrformige Erdelektrode 5 weist in einem Bereich vor dem Kopfteil 20 Öffnungen 19 auf, durch die die Reinigungsluft RLE aus dem Rohr heraus in einen Spalt 21 zwischen der Erdelektrode 5 und der Abdeckung 16 treten, den Kopfteil 20 umspulen und aus der Abdeckungsoffnung 18 in die Kammer 1 austreten kann Die zur Reinigung der Erdelektrode 5 bzw Der Hochspannungselektroden 7 zugefuhr- te Reinigungsluft RLE, RLH kann vorteilhaft dazu genutzt werden, um nach dem Abstellen der Zufuhr des Pulver/Luft-Gemischs PL Pulverteilchen aus der Kammer 1 herauszublasen und eine Ablagerung der Puiverteilchen auf den Elektroden 5, 7 zu vermeiden
Fig 3 zeigt in einer Pπnzipdarstellung eine Pulverspruheinπchtung, bei der - wie weiter oben bereits angesprochen - das Pulver/Luft-Gemisch PL über die Zuleitung 11 entgegen der Spruhπchtung eingeleitet wird Außerdem ist in Fig 3 zusätzlich ein innerer Prallteller 24 dargestellt, der die Pulverteilchen naher an die Hochspannungsnadeln 7 heranfuhrt Das Pulver tritt dann über Bohrungen 25 aus und trifft auf den äußeren Prallteller 9 Es versteht sich, daß die sonstigen, anhand von Fig 1 beschriebenen Ausgestaltungen auch für die Ausfuhrung gemäß Fig 3 gelten

Claims

Patentansprüche
1 Pulverspruheinπchtung zur elektrostatischen Puiverbeschichtung, wobei in einer Kammer (1 ) der Spruheinπchtung (10) zur internen Pulveraufladung wenigstens eine Hochspannungselektrode (7) und eine Erdelektrode (5) vorhanden sind, und der Querschnitt der Kammer (1 ) großer ist als der Querschnitt einer Zuleitung (11 ) für ein Pulver/Luft-Gemisch (PL), dadurch gekennzeichnet, daß a) die Zuleitung (11 ) quer zur Spruhπchtung (13) oder entgegen der Spruhπch- tung (13) in die Kammer (1 ) mundet, wodurch eine intensive Verwirbelung des Pulvers erreicht wird, b) in einem Bereich (2) vor einem Auslaß (3) der Einrichtung (10) mehrere Hochspannungselektroden (7) ringförmig verteilt angeordnet sind, und c) sowohl die Hochspannungselektroden (7) als auch die Erdelektrode (5) mit Reinigungsluft (RLE, RLH) anblasbar sind, um Pulverablagerungen auf den Elektroden zu vermeiden
2 Pulverspruheinnchtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Abstand zwischen der Erdelektrode (5) und der Hochspannungselektroden (7) einstellbar ist
3 Pulverspruheinnchtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Zusatzelektrode (8) im Bereich des Auslasses (3) angeordnet ist, die eine zusatzliche externe Aufladung bzw Feldsteuerung bewirkt
4 Pulverspruheinnchtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Auslasses (3) ein Prallkorper (9) oder eine Flachduse (23) angeordnet ist
5 Pulverspruheinnchtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1 ) aus isolierendem Material, wie Kunststoff, Glas oder Keramik hergestellt ist 6 Pulverspruheinnchtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdelektrode (5) rohrformig gestaltet ist und Erdelektro- den-Reinigungsluft (RLE) durch das Rohr gefuhrt ist
7 Pulverspruheinnchtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdelektrode (5) mit einer elektrisch isolierenden Abdeckung (16) versehen ist, die eine kleine Öffnung (18) aufweist
8 Pulverspruheinnchtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektroden (7) nadelformig ausgeführt und jeweils in Rohrchen (15) angeordnet sind, die von Hσchspannungselektroden-Reini- gungsluft (RLH) durchströmt sind
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