WO2012062419A1 - Verfahren zum elektrostatischen beschichten von gegenständen sowie applikationsvorrichtung - Google Patents

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application device
electrode
ground potential
potential
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Werner Swoboda
Jan Reichler
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Eisenmann Ag
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    • B05B5/10—Arrangements for supplying power, e.g. charging power

Definitions

  • the invention relates to a method for the electrostatic coating of objects, in which an electric field is generated between an application device and an object to be coated.
  • the invention relates to a device for the electrostatic coating of articles with a) an application device for coating material; b) an electric field device with a high voltage source, through which an electric field can be generated between the application device and an object to be coated.
  • the object to be coated is set to ground potential.
  • the opposite pole is either connected to the application device, e.g. a rotary atomizer, a negative high voltage potential applied or the application device is associated with an ionization, are ionized by which paint droplets or paint particles.
  • the so charged paint particles are attracted due to the space formed between application device and object elec ⁇ tric field from the object deposited on this and unloaded there. However, only a part of the delivered by the application device passes Lacquers to the object. A partial flow of the paint, which generally contains both solid and / or binder and solvent, is not applied to the article. This partial flow is called "overspray" in the professional world.
  • the invention is based on the finding that a directed electrostatic application of coating material can still be carried out safely even if an electric field is built up between the application device and the object, which in the direction of the application device to the object is a field strength gradient of ground potential has a positive high voltage potential.
  • the article When an article is to be coated which is electrically conductive, the article is advantageously used as a counterpart. electrode used.
  • an object is to be coated which is not electrically conductive, it is particularly favorable if at least temporarily an auxiliary counterelectrode is used as counterelectrode, which is arranged on a side of the object remote from the application device.
  • the object and the auxiliary counter-electrode form a counter-electrode system and are placed independently of one another on a high-voltage potential whose size is adjustable.
  • Applied coating material in particular paint, is usually electrically conductive, as long as it has not cured.
  • the layer thickness of paint on the basically nonconductive article increases, its electrical conductivity increases at least at the coated surface.
  • the partially coated object can serve as a counterelectrode over time, as is the case with the electrically conductive object from the outset.
  • Paint booth in which the application device, the counter electrode and the object are arranged, is set to ground potential. Then, the paint booth can be made very compact, so that even then only a small coating of the cabin wall takes place when it is arranged relative to known devices relatively close to the object. It is advantageous if a cylinder-shaped cabin wall is used.
  • the field device at least one of the application set Direction associated corona electrode and at least one object associated with the counter electrode comprises; d) during operation of the device, the at least one corona electrode is at ground potential and the at least one counter electrode is at least temporarily at a positive potential.
  • the counter electrode may advantageously be formed by the object.
  • the counterelectrode is at least temporarily formed by an auxiliary counterelectrode which is arranged on a side of the object remote from the application device.
  • the object and the auxiliary counterelectrode preferably form a counter-electrode system and are preferably independently of one another able to be laid on a high-voltage potential whose size is adjustable.
  • the cabin wall of a paint booth in which the application device, the counter electrode and the object are arranged, is at ground potential.
  • the cabin wall is cylindrical.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a painting with a field device
  • Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of a painting with a modified field device
  • Figure 3 is a schematic representation of a third embodiment of a painting with a further modified field device.
  • FIG. 10 There is a total of 10 denotes a painting device, which includes a painting booth 12.
  • the painting cabin 12 delimits, with a cylindrical cabin wall 14, an interior space 16 which is functionally subdivided into an upper painting area 18 and a deposition area 20 arranged below it.
  • a cabin ceiling 22 Via a cabin ceiling 22, which is formed in the usual way as the lower boundary of a not shown here HeilzuGermanraumes with filter cover, air can be supplied to the Lackier Scheme 18 from above and flow through it down into the separation area 20.
  • an electrostatic separating device 24 which comprises a plurality of planar and parallel to each other arranged deposition plates 26, of which only two reference numerals. Between each two deposition plates 26 is in each case an electrode arranged unit 28 with corona wires 28a and a plate or grid electrode 28b, of which only a single is provided with reference numerals. Each electrode unit 28 is connected to a pole of a high voltage source not specifically shown. The separation plates 24 are connected to ground potential via the other pole of the high voltage source.
  • electrostatic precipitator is basically known from the prior art and therefore needs no further explanation.
  • cabin air After cabin air has passed through the separation device 24, it exits the spray booth 12 via a lower cabin opening 30 and can be fed back into the above-mentioned air feed space, if appropriate after further conditioning.
  • the main flow direction of the cabin air is indicated by the arrows 32.
  • an application device in the form of a stationary spray nozzle 34 is arranged, which is supplied with paint via a supply line 36 from a paint reservoir.
  • the spray nozzle 34 operates pneumatically and produces a downward spray, which is indicated schematically and the reference numeral 38 carries.
  • application devices can also be provided which function according to other operating principles. Examples include for this purpose so-called airless sprayers and atomizers such as bell sprayers and piezo atomizers called, as they are known per se.
  • the spray nozzle 34 comprises a jacket sleeve 40, whose longitudinal axis is vertical and which is mounted displaceably in the vertical direction.
  • the lower edge of the jacket sleeve 40 carries a plurality of evenly distributed in the circumferential direction and projecting downwards Ionisationsnadeln 42.
  • the jacket sleeve 40 is connected via a line 44 to a pole of a high voltage source 46 and so placed at ground potential.
  • the other pole of the high voltage source 46 is connected via a line 48 with an object to be coated 50, which must be electrically conductive.
  • the article 50 can be placed over the high voltage source 46 to a positive high voltage potential.
  • the object 50 is moved by means of a multi-axis application robot 52, as it is known per se, in a defined sequence of movements in the spray jet 38 of the spray nozzle 34.
  • the application robot 52 comprises a front free arm part 54, which carries the object 50 and is at its potential, as well as a rear part 56 insulated therefrom, which is placed at ground potential.
  • the front free arm part 54 of the application robot 52 can be guided through an opening 58 in the cabin wall 14 into the painting area 18 of the painting cabin 12 and moved there.
  • jacket sleeve 40 with the ionization needles 42 and the rear part 52b of the application robot 52 and the cylindrical cabin wall 14 is set to ground potential.
  • the painting apparatus 10 described above can be used for painting electrically conductive objects 50 and functions as follows:
  • a positive high voltage potential is applied to the article 50 in the present embodiment in the amount of about +50 kV.
  • the size of the applied potential depends on several parameters, among others, for geometry of the object 50 or the painting booth 12 and the type of spray nozzle 34 used.
  • the Ionisationsnadeln 42 and the object 50 are connected to the corresponding poles of the high voltage source 46 and this is activated, formed due to the potential difference between the Ionisationsnadeln 42 and the object 50, an electric field.
  • the object 50 thus operates as a counter electrode 60 to the Ionisationsnadeln 42.
  • an electric field device is formed by the Ionisationsnadeln 42, the counter electrode 60 and the high voltage source 46 through which creates an e-lektwitzs field between the spray nozzle 34 and the object to be coated 50 becomes.
  • the ionizing needles 42 form the spray nozzle 34 associated corona electrodes, which emit electrons due to the present potential difference and work as a discharge electrodes. Since the ionizing needles 42 have a greater curvature at their tip than the object 50, the polarity of the ionizing needles 42 also dictates the polarity of the corona forming.
  • the spray nozzle 34 is now activated and releases paint particles, creating a paint mist comprising air and paint particles. Both the air and the paint particles are ionized at the Ionisationsnadeln 42 and migrate due to the existing electric field to the object 50, which is thereby coated.
  • an arcuate potential line 76 is shown by way of example in the region of the spray jet 38.
  • the paint particles are repelled by the lying at ground potential spray nozzle 34 and the jacket sleeve 40 with the Ionisationsnadeln 42, but also from all other components lying at ground potential in the spray booth 12.
  • the latter are, in particular, the above-mentioned cabin wall 14 and the rear part 56 of the application robot 52.
  • paint particles reach other components in the painting booth 12 than the object 50 to be coated, which are at ground potential, they are repelled by them.
  • the separation device 24 is provided, which operates in a manner known per se.
  • FIG. 2 shows a modified painting device 10 'as a second exemplary embodiment.
  • this carry components that correspond to those of the painting device 10 of Figure 1, the same reference numerals.
  • the high-voltage source 46 is set up so that a positive high-voltage potential whose size can be set can be applied to the object 50.
  • the auxiliary front electrode 54 of the application robot 52 carries an auxiliary counter electrode 64.
  • This auxiliary counter electrode 64 has a lens-shaped electrode head 66 and is connected via a fixing unit 68 with the application robot 52 so that they always stationary on a remote from the spray nozzle 34 Side of the object 50 is located. In this case, one of the main surfaces of the electrode head 66 to the object 50th
  • auxiliary counter-electrode 64 can also be applied a positive high voltage potential, the size of which is adjustable, to which it is connected via a line 70 to the high voltage source 46 accordingly.
  • the line 70 is indicated by a dashed line.
  • the counter electrode 60 in the form of the article 50 and the auxiliary counter electrode 64 with the electrode head 66 form a counter electrode system 72 and can be set independently of one another to a positive high voltage potential.
  • the painting device 10 can also be used for painting electrically non-conductive objects 50 and works as follows:
  • Auxiliary positive electrode 64 placed a positive high voltage potential. This is +50 kV in the present embodiment. Between the ionizing needles 42 and the auxiliary counter-electrode 64, an electric field is formed, in which the object 50 is located. This first has no influence on the electric field, since it is not conductive.
  • the spray nozzle 34 is activated and the at the Ionisati Onsnadel 42 ionized paint particles migrate toward the object 50 and the second counter electrode 64. A proportion of these paint particles separates on the way to the auxiliary counter electrode 64 on the object 50 from.
  • the object 50 is now electrically conductive at least on its surface.
  • the contacting of the article 50 to the high voltage source 46 is formed so that the applied paint is applied at a sufficient layer thickness with high voltage.
  • the thicker the lacquer layer on the object 50 the greater the high-voltage potential applied to it, and the better the object 50 itself can act as the counterelectrode 60.
  • the size of the high-voltage potential at the auxiliary counterelectrode 64 is thus reduced and increased at the object 50 as a counterelectrode until the full high-voltage potential of +50 kV at the object 50 or at its coating is applied.
  • FIG 3 a further modified painting device 10 '' is shown as a third embodiment.
  • this carry components that correspond to those of the painting device 10 'of Figure 2, the same reference numerals.
  • the auxiliary counter-electrode 64 is not connected to the application robot 52, but considered stationary in Lackier Scheme 18 and viewed in the flow direction of the cabin air just before the separation area 20 of the spray booth 12.
  • the auxiliary counter-electrode 64 has a mushroom-shaped electrode head 74 in the painting device 10 ", which points in the direction of the object 50.
  • the electrode head 74 of the counter-electrode 64 is connected via the line 70 to the high-voltage source 46, so that an adjustable high-voltage potential can also be applied thereto.
  • the first counterelectrode 60 in the form of the article 50 and the auxiliary counterelectrode 64 with the mushroom-shaped electrode head 74 form the counterelectrode system 72 and can be set independently of one another to a positive high-voltage potential.
  • the painting device 10 "works like the painting device 10 ', i.
  • the mushroom-shaped electrode head 74 is set to a high-voltage potential of +50 kV, which is successively reduced in the course of the painting operation, in turn, the high-voltage potential applied to the object 50 is successively increased depending on the layer thickness of the applied paint ,
  • the painting devices 10, 10 'and 10'' can be built very compact with a spray booth 12, compared to conventional spray booths smaller dimensions and less than the size of the article or objects to be coated.

Abstract

Bei einem Verfahren zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen wird zwischen einer Applikationseinrichtung (34) und einem zu beschichtenden Gegenstand (50) ein elektrisches Feld erzeugt. Wenigstens eine der Applikationseinrichtung (34) zugeordnete Koronaelektrode (42) wird auf Massepotential und wenigstens eine dem Gegenstand (50) zugeordnete Gegenelektrode (60; 60, 64) wird zumindest zeitweise auf ein positives Potential gelegt. Außerdem ist eine Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen angegeben, die eine Applikationseinrichtung (34) für Beschichtungsmaterial und eine elektrische Feldeinrichtung (42, 46, 60) mit einer Hochspannungsquelle (46) umfasst, durch welche zwischen der Applikationseinrichtung (34) und einem zu beschichtenden Gegenstand (50) ein elektrisches Feld erzeugbar ist. Die Feldeinrichtung (42, 46, 60) umfasst wenigstens eine der Applikationseinrichtung (34) zugeordnete Koronaelektrode (42) und wenigstens eine dem Gegenstand (50) zugeordnete Gegenelektrode (60; 60, 64), wobei im Betrieb der Vorrichtung (10) die wenigstens eine Koronaelektrode (42) auf Massepotential und die wenigstens eine Gegenelektrode (60; 60, 64) zumindest zeitweise auf einem positiven Potential liegt.

Description

Verfahren zum elektrostatischen Beschichten
von Gegenständen sowie Applikationsvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen, bei welchem zwischen einer Applikationseinrichtung und einem zu beschichtenden Gegenstand ein elektrisches Feld erzeugt wird.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit a) einer Applikationseinrichtung für Beschichtungsmaterial; b) einer elektrischen Feldeinrichtung mit einer Hochspannungsquelle, durch welche zwischen der Applikationseinrichtung und einem zu beschichtenden Gegenstand ein elektrisches Feld erzeugbar ist.
Mit derartigen vom Markt her bekannten Verfahren und Applikationsvorrichtungen werden Gegenstände beispielsweise mit einem Lack versehen.
Hierzu wird der zu beschichtende Gegenstand auf Massepotential gelegt. Als Gegenpol wird entweder an die Applikationseinrichtung, z.B. einen Rotationszerstäuber, ein negatives Hochspannungspotential angelegt oder der Applikationseinrichtung ist eine Ionisationseinrichtung zugeordnet, durch welche Lacktröpfchen oder Lackpartikel ionisiert werden.
Die so geladenen Lackpartikel werden auf Grund des zwischen Applikationseinrichtung und Gegenstand ausgebildeten elek¬ trischen Feldes vom Gegenstand angezogen, lagern sich auf diesem ab und werden dabei entladen. Allerdings gelangt nur ein Teil des von der Applikationseinrichtung abgegebenen Lacks zu dem Gegenstand. Ein Teilstrom des Lackes, der im Allgemeinen sowohl Festkörper und/oder Bindemittel als auch Lösemittel enthält, wird nicht auf den Gegenstand appliziert. Dieser Teilstrom wird in der Fachwelt "Overspray" genannt .
Üblicherweise sind, abgesehen von der Applikationseinrichtung, auch alle anderen Bauteile der Vorrichtung, wie z.B. Kabinenwände einer Lackierkabine, auf Massepotential gelegt. Aus diesem Grund ziehen auch alle anderen Bauteile der Vorrichtung Lackpartikel an, so dass sich im Laufe der Zeit mehr und mehr Overspray an diesen Bauteilen absetzt.
Üblicherweise wird versucht, das Abscheiden von Overspray an anderen Bauteilen als dem zu beschichtenden Gegenstand in einem vertretbaren Rahmen zu halten, indem Bauteile auf Mas- sepotential räumlich möglichst weit entfernt von der Applikationseinrichtung und dem Gegenstand liegen. Alternativ sind Abdeckungen in Form von Folien oder Trennmittel in Gebrauch, mit denen die zu schützenden Bauteile beschichtet sind. Auch durch den Lufthaushalt und insbesondere durch die Luftführung durch den Kabinenbereich wird Overspray aus der Kabine abgeführt und eine Ablagerung an den Kabinenwänden und sonstigen Bauteilen reduziert. Diese Lösungen sind jedoch recht aufwendig.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche diesen Gedanken Rechnung tragen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass wenigstens eine der Applikationseinrichtung zugeordnete Koronaelektrode auf Massepotential und wenigstens eine dem Ge- genstand zugeordnete Gegenelektrode zumindest zeitweise auf ein positives Potential gelegt wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine gerichtete elektrostatische Applikation von Beschichtungsmate- rial auch dann noch sicher erfolgen kann, wenn zwischen der Applikationseinrichtung und dem Gegenstand ein elektrisches Feld aufgebaut ist, welche in der Richtung der Applikationseinrichtung zum Gegenstand einen Feldstärkegradienten von Massepotential zu einem positiven Hochspannungspotential hat.
Das Potentialverhältnis und die Richtung des elektrischen Feldes sind dabei noch immer so, wie es bei bekannten Vorrichtungen der eingangs genannten Art der Fall ist. Die Tatsache, dass nun jedoch die der Applikationseinrichtung zugeordnete Koronaelektrode auf Massepotential liegt, führt zu dem Effekt, dass sich auch zwischen allen anderen auf Massepotential liegenden Bauteilen der Vorrichtung und der Gegenelektrode ein entsprechendes elektrisches Feld ausbildet und die Lackpartikel von diesen Bauteilen abgestoßen werden. Hierdurch wird der Anteil an Overspray, der sich auf diesen Bauteilen absetzt, effektiv verringert. Zudem werden die von den auf Massepotential liegenden Bauteilen der Vorrichtung abgestoßenen Lackpartikel in Richtung auf die Gegenelektrode und damit in Richtung auf den Gegenstand gelenkt, wodurch der Anteil des Lackes, der den Gegenstand erreicht und diesen beschichtet, erhöht werden kann.
Es ist dementsprechend besonders effektiv, wenn weitere Bauteile, die von Lackpartikeln erreicht werden können, auf Massepotential gelegt werden.
Wenn ein Gegenstand beschichtet werden soll, der elektrisch leitfähig ist, wird der Gegenstand vorteilhaft als Gegen- elektrode verwendet.
Wenn ein Gegenstand beschichtet werden soll, der nicht elektrisch leitfähig ist, ist es besonders günstig, wenn als Gegenelektrode zumindest zeitweise eine Hilfs-Gegenelektrode verwendet wird, die auf einer von der Applikationseinrichtung abliegenden Seite des Gegenstandes angeordnet wird.
Dabei ist es von Vorteil, wenn der Gegenstand und die Hilfs- Gegenelektrode ein Gegenelektrodensystem bilden und unabhängig voneinander auf ein Hochspannungspotential gelegt werden, dessen Größe einstellbar ist. Appliziertes Beschich- tungsmaterial, insbesondere Lack, ist meist elektrisch leitfähig, solange es noch nicht ausgehärtet ist. Mit zunehmen- der Schichtdicke von Lack auf dem im Grunde nicht leitfähigen Gegenstand steigt dessen elektrische Leitfähigkeit zumindest an der beschichteten Oberfläche an. Hierdurch kann der teilweise beschichtete Gegenstand im Laufe der Zeit als Gegenelektrode dienen, wie es dem Vorgang bei einem von vornherein elektrisch leitfähigen Gegenstand der Fall ist.
Es ist besonders günstig, wenn die Kabinenwand einer
Lackierkabine, in welcher die Applikationseinrichtung, die Gegenelektrode und der Gegenstand angeordnet sind, auf Mas- sepotential gelegt wird. Dann kann die Lackierkabine besonders kompakt ausgebildet werden, so dass auch dann nur eine geringe Beschichtung der Kabinenwand erfolgt, wenn diese gegenüber bekannten Vorrichtungen verhältnismäßig nahe zum Gegenstand angeordnet ist. Dabei ist es günstig, wenn eine zy- linderförmige Kabinenwand verwendet wird.
Die oben genannte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass c) die Feldeinrichtung wenigstens eine der Applikationsein- richtung zugeordnete Koronaelektrode und wenigstens eine dem Gegenstand zugeordnete Gegenelektrode umfasst; d) im Betrieb der Vorrichtung die wenigstens eine Koronaelektrode auf Massepotential und die wenigstens eine Gegenelektrode zumindest zeitweise auf einem positiven Potential liegt.
Die Vorteile dieser und auch der nachfolgend erläuterten Merkmale entsprechen den oben zu den jeweiligen Verfahrensmerkmalen erläuterten Vorteilen.
Es ist folglich besonders effektiv, wenn weitere Bauteile der Vorrichtung, die von Lackpartikeln erreicht werden können, auf Massepotential liegen.
Zur Beschichtung eines elektrisch leitfähigen Gegenstandes kann die Gegenelektrode vorteilhaft durch den Gegenstand gebildet sein.
Wenn ein Gegenstand beschichtet werden soll, der nicht elektrisch leitfähig ist, ist es entsprechend günstig, wenn die Gegenelektrode zumindest zeitweise durch eine Hilfs- Gegenelektrode gebildet ist, die auf einer von der Applikationseinrichtung abliegenden Seite des Gegenstandes angeordnet ist.
Dabei bild der Gegenstand und die Hilfs-Gegenelektrode bevorzugt ein Gegenelektrodensystem und sind vorzugsweise unabhängig voneinander auf ein Hochspannungspotential legbar, dessen Größe einstellbar ist.
Es ist günstig, wenn die Kabinenwand einer Lackierkabine, in welcher die Applikationseinrichtung, die Gegenelektrode und der Gegenstand angeordnet sind, auf Massepotential liegt. Vorzugsweise ist die Kabinenwand zylinderförmig.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Lackiervorrichtung mit einer Feldeinrichtung;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Lackiervorrichtung mit einer abgewandelten Feldeinrichtung;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Lackiervorrichtung mit einer nochmals abgewandelten Feldeinrichtung.
Zunächst wird auf Figur 1 Bezug genommen. Dort ist mit 10 insgesamt eine Lackiervorrichtung bezeichnet, welche eine Lackierkabine 12 umfasst. Die Lackierkabine 12 begrenzt mit einer zylinderförmigen Kabinenwand 14 einen Innenraum 16, der funktionell in einen oben angeordneten Lackierbereich 18 und einen darunter angeordneten Abscheidebereich 20 unterteilt ist. Über eine Kabinendecke 22, die in üblicher Weise als untere Begrenzung eines hier nicht eigens gezeigten Luftzuführraumes mit Filterdecke ausgebildet ist, kann Luft dem Lackierbereich 18 von oben zugeführt werden und durch diesen hindurch nach unten in den Abscheidebereich 20 strömen .
In dem Abscheidebereich 20 befindet sich eine elektrostatisch arbeitende Abscheidevorrichtung 24, die mehrere ebene und parallel zueinander angeordnete Abscheideplatten 26 umfasst, von denen nur zwei Bezugszeichen tragen. Zwischen jeweils zwei Abscheideplatten 26 ist jeweils eine Elektroden- einheit 28 mit Koronadrähten 28a und einer Platten- oder Gitterelektrode 28b angeordnet, von denen lediglich eine einzige mit Bezugszeichen versehen ist. Jede Elektrodeneinheit 28 ist mit einem Pol einer nicht eigens gezeigten Hochspannungsquelle verbunden. Die Abscheideplatten 24 sind über den anderen Pol der Hochspannungsquelle auf Massepotential gelegt. Ein derartiger so genannter Elektroabscheider ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.
Nachdem Kabinenluft die Abscheidevorrichtung 24 durchströmt hat, tritt sie über eine untere Kabinenöffnung 30 aus der Lackierkabine 12 aus und kann - gegebenenfalls nach einer weiteren Konditionierung - wieder dem oben angesprochenen Luftzuführraum zugeführt werden. Die Haupt-Strömungsrichtung der Kabinenluft ist durch die Pfeile 32 angedeutet.
In dem Lackierbereich 18 der Lackierkabine 12 ist eine Applikationseinrichtung in Form einer stationären Sprühdüse 34 angeordnet, die über eine Versorgungsleitung 36 aus einem Lackreservoir mit Lack gespeist wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel arbeitet die Sprühdüse 34 pneumatisch und erzeugt einen nach unten gerichteten Sprühstrahl, der schematisch angedeutet ist und das Bezugszeichen 38 trägt. In Abwandlung können auch Applikationseinrichtungen vorgesehen sein, die nach anderen Arbeitsprinzipien funktionieren. Beispielhaft seien hierzu so genannte Airless-Spritzgeräte und Zerstäuber wie Glockenzerstäuber und Piezozerstäuber genannt, wie sie an und für sich bekannt sind.
Die Sprühdüse 34 umfasst eine Mantelhülse 40, deren Längsachse vertikal verläuft und die in vertikaler Richtung verschiebbar gelagert ist. Der untere Rand der Mantelhülse 40 trägt mehrere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte und nach unten abragende Ionisationsnadeln 42. Die Mantelhülse 40 ist über eine Leitung 44 mit einem Pol einer Hochspannungsquelle 46 verbunden und so auf Massepotential gelegt.
Der andere Pol der Hochspannungsquelle 46 ist über eine Leitung 48 mit einem zu lackierenden Gegenstand 50 verbunden, der elektrisch leitfähig sein muss. Der Gegenstand 50 kann über die Hochspannungsquelle 46 auf ein positives Hochspannungspotential gelegt werden.
Der Gegenstand 50 wird mittels eines mehrachsigen Applikationsroboters 52, wie er an und für sich bekannt ist, in einem definierten Bewegungsablauf im Sprühstrahl 38 der Sprühdüse 34 bewegt. Der Applikationsroboter 52 umfasst einen vorderen freien Armteil 54, welcher den Gegenstand 50 trägt und auf dessen Potential liegt, sowie einen davon isolierten hinteren Teil 56, welcher auf Massepotential gelegt ist. Der vorderer freie Armteil 54 des Applikationsroboters 52 kann durch eine Öffnung 58 in der Kabinenwand 14 in den Lackierbereich 18 der Lackierkabine 12 hinein geführt und dort bewegt werden.
Neben der Mantelhülse 40 mit den Ionisationsnadeln 42 und dem hinteren Teil 52b des Applikationsroboters 52 ist auch die zylindrische Kabinenwand 14 auf Massepotential gelegt.
Die oben beschriebene Lackiervorrichtung 10 kann zum Lackieren von elektrisch leitfähigen Gegenständen 50 verwendet werden und funktioniert wie folgt:
Während die Mantelhülse 40 der Sprühdüse 32 und damit die Ionisationsnadeln 42 auf Massepotential liegen, wird an den Gegenstand 50 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ein positives Hochspannungspotential in Höhe von etwa +50 kV angelegt. Die Größe des angelegten Potentials hängt insgesamt von mehreren Parametern ab, unter anderem z.B. von der Geo- metrie des Gegenstandes 50 oder der Lackierkabine 12 und der Art der verwendeten Sprühdüse 34.
Wenn nun die Ionisationsnadeln 42 und der Gegenstand 50 mit den entsprechenden Polen der Hochspannungsquelle 46 verbunden sind und diese aktiviert ist, bildet sich auf Grund der Potentialdifferenz zwischen den Ionisationsnadeln 42 und dem Gegenstand 50 ein elektrisches Feld aus. Der Gegenstand 50 arbeitet somit als Gegenelektrode 60 zu den Ionisationsnadeln 42. Insgesamt ist durch die Ionisationsnadeln 42, die Gegenelektrode 60 und die Hochspannungsquelle 46 eine elektrische Feldeinrichtung gebildet, durch welche zwischen der Sprühdüse 34 und dem zu beschichtenden Gegenstand 50 ein e- lektrisches Feld erzeugt wird.
Die Ionisationsnadeln 42 bilden dabei der Sprühdüse 34 zugeordnete Koronaelektroden, die auf Grund der vorliegenden Potentialdifferenz Elektronen abgeben und als Sprühelektroden arbeiten. Da die Ionisationsnadeln 42 an ihrer Spitze im Vergleich zu dem Gegenstand 50 eine stärkere Krümmung haben, gibt die Polarität der Ionisationsnadeln 42 auch die Polarität der sich ausbildenden Korona vor.
Die Sprühdüse 34 wird nun aktiviert und gibt Lackpartikel ab, wodurch ein Lacknebel erzeugt wird, der Luft und Lackpartikel umfasst. Sowohl die Luft als auch die Lackpartikel werden an den Ionisationsnadeln 42 ionisiert und wandern auf Grund des vorhandenen elektrischen Feldes zum Gegenstand 50, welcher hierdurch beschichtet wird.
In Figur 1 ist im Bereich des Sprühstrahls 38 beispielhaft eine bogenförmige Potentiallinie 76 gezeigt. Dort liegt bei den erläuterten Potentialverhältnissen eine Feldstärke von etwa +10 kV vor Die Lackpartikel werden von der auf Massepotential liegenden Sprühdüse 34 und der Mantelhülse 40 mit den Ionisationsnadeln 42, aber auch von allen übrigen auf Massepotential liegenden Bauteilen in der Lackierkabine 12 abgestoßen. Bei letzteren handelt es sich insbesondere um die oben angesprochene Kabinenwand 14 und den hinteren Teil 56 des Applikationsroboters 52.
Wenn also Lackpartikel zu anderen Bauteilen in der Lackier- kabine 12 als dem zu beschichtenden Gegenstand 50 gelangen, die auf Massepotential liegen, werden sie von diesen abgestoßen .
Auf diese Weise wird der Anteil von Lackpartikeln, welche sich auf anderen Bauteilen als dem zu beschichtenden Gegenstand 50 niederschlägt, sehr gering gehalten.
Aufgrund der Strömung der Kabinenluft von der Kabinendecke 22 zur unteren Kabinenöffnung 30 wird dennoch ein Anteil der Lackpartikel von der Kabinenluft aufgenommen und mitgeführt und strömt an dem Gegenstand 50 vorbei, ohne an diesem zu haften. Um die Kabinenluft von diesen Lackpartikeln zu befreien, ist die Abscheidevorrichtung 24 vorgesehen, die in an und für sich bekannter Weise arbeitet .
In Figur 2 ist als zweites Ausführungsbeispiel eine abgewandelte Lackiervorrichtung 10' gezeigt. Bei dieser tragen Komponenten, die denjenigen der Lackiervorrichtung 10 nach Figur 1 entsprechen, dieselben Bezugszeichen.
Die Hochspannungsquelle 46 ist hier so eingerichtet, dass an den Gegenstand 50 ein positives Hochspannungspotential angelegt werden kann, dessen Größe einstellbar ist. Im Unterschied zu der Lackiervorrichtung 10 nach Figur 1 trägt der freie vordere Arm 54 des Applikationsroboters 52 eine Hilfs-Gegenelektrode 64. Diese Hilfs-Gegenelektrode 64 hat einen linsenförmigen Elektrodenkopf 66 und ist über eine Befestigungseinheit 68 derart mit dem Applikationsroboter 52 verbunden, dass sie sich stets stationär auf einer von der Sprühdüse 34 abliegenden Seite des Gegenstandes 50 befindet. Dabei weist eine der Hauptflächen des Elektrodenkopfes 66 zum Gegenstand 50.
Auch an die Hilfs-Gegenelektrode 64 kann ebenfalls ein positives Hochspannungspotential angelegt werden, dessen Größe einstellbar ist, wozu sie entsprechend über eine Leitung 70 mit der Hochspannungsquelle 46 verbunden ist. Die Leitung 70 ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
Bei der Lackiervorrichtung 10' bilden die Gegenelektrode 60 in Form des Gegenstandes 50 und die Hilfs-Gegenelektrode 64 mit dem Elektrodenkopf 66 ein Gegenelektrodensystem 72 und können unabhängig voneinander auf ein positives Hochspannungspotential gelegt werden.
Die Lackiervorrichtung 10' kann auch zum Lackieren von elektrisch nicht leitfähigen Gegenständen 50 verwendet werden und funktioniert wie folgt:
Zu Beginn des Lackiervorgangs wird zunächst nur an die
Hilfs-Gegenelektrode 64 ein positives Hochspannungspotential gelegt. Dieses beträgt beim vorliegenden Ausführungsbeispiel +50 kV. Zwischen den Ionisationsnadeln 42 und der Hilfs- Gegenelektrode 64 bildet sich ein elektrisches Feld aus, in welchem sich der Gegenstand 50 befindet. Dieser hat zunächst keinen Einfluss auf das elektrische Feld, da er nicht leitfähig ist.
Nun wird die Sprühdüse 34 aktiviert und die an den Ionisati- onsnadeln 42 ionisierten Lackpartikel wandern in Richtung auf den Gegenstand 50 und die zweite Gegenelektrode 64. Ein Anteil dieser Lackpartikel scheidet sich auf dem Weg zur Hilfs-Gegenelektrode 64 auf dem Gegenstand 50 ab.
Durch den in unausgehärtetem Zustand elektrisch leitfähigen Lack wird der Gegenstand 50 nun zumindest an seiner Oberfläche elektrisch leitfähig. Die Kontaktierung des Gegenstandes 50 zur Hochspannungsquelle 46 ist so ausgebildet, dass der applizierte Lack bei einer ausreichenden Schichtdicke mit Hochspannung beaufschlagt wird. Je dicker die Lackschicht auf dem Gegenstand 50 ist, desto größer kann das an ihn angelegte Hochspannungspotential sein und desto besser kann der Gegenstand 50 selbst als Gegenelektrode 60 wirken.
Mit zunehmender Schichtdicke des Lackes auf dem Gegenstand 50 wird somit die Größe des Hochspannungspotentials an der Hilfs-Gegenelektrode 64 verringert und an dem Gegenstand 50 als Gegenelektrode erhöht, bis das volle Hochspannungspotential von +50 kV an dem Gegenstand 50 bzw. an dessen Be- schichtung anliegt.
Auch bei der Lackiervorrichtung 10' werden Lackpartikel, die zu anderen, ebenfalls auf Massepotential liegenden Bauteilen als dem zu beschichtenden Gegenstand 50 gelangen, von diesen anderen Bauteilen abgestoßen und zudem in Richtung auf den Gegenstand 50 gelenkt, wie es oben erläutert wurde.
In Figur 3 ist als drittes Ausführungsbeispiel eine nochmals abgewandelte Lackiervorrichtung 10'' gezeigt. Bei dieser tragen Komponenten, die denjenigen der Lackiervorrichtung 10' nach Figur 2 entsprechen, dieselben Bezugszeichen.
Bei der Lackiervorrichtung 10'' ist die Hilfs-Gegenelektrode 64 nicht mit dem Applikationsroboter 52 verbunden, sondern stationär im Lackierbereich 18 und in Strömungsrichtung der Kabinenluft betrachtet kurz vor dem Abscheidebereich 20 der Lackierkabine 12 angeordnet. Die Hilfs-Gegenelektrode 64 hat bei der Lackiervorrichtung 10' ' einen pilzförmigen Elektrodenkopf 74, welcher in Richtung auf den Gegenstand 50 weist. Der Elektrodenkopf 74 der Gegenelektrode 64 ist über die Leitung 70 mit der Hochspannungsquelle 46 verbunden, so dass auch an diesen ein ein- stellbares Hochspannungspotential angelegt werden kann.
Bei der Lackiervorrichtung 10' 1 bilden die erste Gegenelektrode 60 in Form des Gegenstandes 50 und die Hilfs-Gegen- elektrode 64 mit dem pilzförmigen Elektrodenkopf 74 das Gegenelektrodensystem 72 und können unabhängig voneinander auf ein positives Hochspannungspotential gelegt werden.
Im Grundsatz funktioniert die Lackiervorrichtung 10'' wie die Lackiervorrichtung 10', d.h. zu Beginn des Lackiervor- gangs wird der pilzförmige Elektrodenkopf 74 auf eine Hochspannungspotential von +50 kV gelegt, welches im Laufe des Lackiervorgangs sukzessive verringert wird, wobei im Gegenzug das an den Gegenstand 50 angelegte Hochspannungspotential abhängig von der errichten Schichtdicke des applizierten Lacks sukzessive erhöht wird.
Es versteht sich, dass auch bei der Lackiervorrichtung 10' 1 Lackpartikel, die zu anderen, ebenfalls auf Massepotential liegenden Bauteilen als dem zu beschichtenden Gegenstand 50 gelangen, von diesen anderen Bauteilen abgestoßen werden, wie es oben erläutert wurde.
Insgesamt können die Lackiervorrichtungen 10, 10' und 10'' sehr kompakt mit einer Lackierkabine 12 gebaut werden, die gegenüber herkömmlichen Lackierkabinen geringere Abmessungen hat und die Größe des oder der zu beschichtenden Gegenstände weniger übersteigen muss .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen, bei welchem zwischen einer Applikationseinrich tung (34) und einem zu beschichtenden Gegenstand (50) ein elektrisches Feld erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Applikationseinrichtung (34) zugeordnete Koronaelektrode (42) auf Massepotential und wenigstens eine dem Gegenstand (50) zugeordnete Gegenelektrode (60; 60, 64) zumindest zeitweise auf ein posi tives Potential gelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Bauteile (14, 56), die von Lackpartikeln erreicht werden können, auf Massepotential gelegt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (50) als Gegenelektrode (60) verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Gegenelektrode (64) zumindest zeitweise eine Hilfs-Gegenelektrode (64) verwendet wird die auf einer von der Applikationseinrichtung (34) abliegenden Seite des Gegenstand (50) angeordnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (50) und die Hilfs-Gegenelektrode (64) ein Gegenelektrodensystem (72) bilden und unabhängig voneinander auf ein Hochspannungspotential gelegt werden, dessen Größe einstellbar ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabinenwand (14) einer Lackierkabine (12), in welcher die Applikationseinrichtung (34), die Gegenelektrode (60; 60, 64) und der Gegenstand (50) angeordnet sind, auf Massepotential gelegt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zylinderförmige Kabinenwand (14) verwendet wird.
8. Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit a) einer Applikationseinrichtung (34) für Beschichtungs- material ; b) einer elektrischen Feldeinrichtung (42, 46, 60) mit einer Hochspannungsquelle (46), durch welche zwischen der Applikationseinrichtung (34) und einem zu beschichtenden Gegenstand (50) ein elektrisches Feld erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass c) die Feldeinrichtung (42, 46, 60) wenigstens eine der Applikationseinrichtung (34) zugeordnete Koronaelektrode (42) und wenigstens eine dem Gegenstand (50) zugeordnete Gegenelektrode (60; 60, 64) umfasst; d) im Betrieb der Vorrichtung (10) die wenigstens eine Koronaelektrode (42) auf Massepotential und die wenigstens eine Gegenelektrode (60; 60, 64) zumindest zeitweise auf einem positiven Potential liegt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Bauteile (14, 56) der Vorrichtung, die von Lackpartikeln erreicht werden können, auf Massepotential liegen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (60) durch den Gegenstand (50) gebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (64) zumindest zeitweise durch eine Hilfs-Gegenelektrode (64) gebildet ist, die auf einer von der Applikationseinrichtung (34) abliegenden Seite des Gegenstand (50) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (50) und die Hilfs-Gegenelektrode (64) ein Gegenelektrodensystem (72) bilden und unabhängig voneinander auf ein Hochspannungspotential legbar sind, dessen Größe einstellbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabinenwand (14) einer Lackierkabine (12), in welcher die Applikationseinrichtung (34), die Gegenelektrode (60; 60, 64) und der Gegenstand (50) angeordnet sind, auf Massepotential liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das die Kabinenwand (14) zylinderförmig ist.
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