DE1953989B2

DE1953989B2 - Spritzpistole zum Versprühen von zum Beschichten von Gegenstanden dienenden Farben oder Lacken

Info

Publication number: DE1953989B2
Application number: DE1953989A
Authority: DE
Inventors: Edward L. Morris Plains Collier; Meredith C. Gourdine; Gerald P. Lewis; Harold Upper Montclair Mc Crae; Donald H. Carlstadt Porter
Original assignee: Gourdine Systems Inc
Current assignee: Gourdine Systems Inc
Priority date: 1968-10-28
Filing date: 1969-10-27
Publication date: 1978-07-20
Also published as: NL147651B; SE361830B; DE1953989A1; JPS4938693B1; NL6915251A; US3613993A; DE1953989C3; FR2021672A1; BR6913681D0; GB1245335A

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzpistole zum Versprühen von zum Beschichten von Gegenständen dienenden Farben oder Lacken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind bereits Spritzpistolen bekannt, mit denen Farben oder Lacke mittels Druckluft zerstäubt werden. Der von der Spritzpistole abgegebenen Sprühnebel wird durch eine quer zu dem Partikelstrom verlaufende Koronaentladung geführt, wodurch die Partikel elektrostatisch aufgeladen werden. Gewöhnlich wird das zu färbende oder zu lackierende Werkstück auf Erdpotential gehalten, so daß bei Vorhandensein eines elektrischen Feldes zwischen der Pistole und dem Werkstück die geladenen Partikel auf das Werkstück gezogen werden (Industrie-Lackierbetrieb, Heft 3, Jahrgang 32, 1964, S. 78 bis 83, US-PSn 29 59 353, 29 95 393, Anordnung nach F i g. 3, und 32 92 860).

Bei einer ähnlich gebauten Spritzpistole ist eine hakenförmige Elektrode ausgehend vom Spritzkopf so gebogen, daß ihre Spitze im Zentrum des vom Spritzkopf ausgehenden Sprühkegels liegt.

Die Elektrode ist dabei mit dem Sprühkopf fest verbunden und hat das gleiche Potential wie dieser. Dadurch ergibt sich eine Koronaentladung, die im wesentlichen in Längsrichtung der Teilchen verläuft, sich jedoch nicht zwischen Sprühkopf und Elektrode, sondern zwischen Elektrode und Werkstück erstreckt (US-PS 29 95 393, F ig.)).

Bei einer anderen zum Stand der Technik gehörenden Spritzpistole ist stromab vom Spritzkopf eine Vielzahl von auf einem Kreis angeordneten, mit nadelartigen Spitzen zueinander gerichteten Emitterelektroden vorgesehen. Bei dieser Vorrichtung bildet sich zwischen jeder Emitterelektrode und dem Spritzkopf eine getrennte konische Koronaentladung aus, die dem Partikelstrom in geringem Maße entgegengerichtet ist (US-PS 28 94 175).

Es hat sich gezeigt, daß bei diesen bekannten Spritzpistolen die erforderlichen Hochspannungen zur Erzielung einer ausreichenden Aufladung der Partikel sehr hoch sind, so daß bei einem Versprühen von Farboder Lackpartikeln ein Entzünden infolge eines Funkenüberschlags nicht ausgeschlossen werden kann.

Zum statischen Aufladen eines pulverförmiger Materials ist es zwar bekannt, mit Hochspannungen geringerer Werte zu arbeiten. Dabei wird ein Pulverstrom in einem mit Masse verbundenen Rohr zum

ίο Rohrauslaß gefördert. Stromab von dem Rohrauslaß ist dabei in der Rohrachse eine nadeiförmige Elektrode angeordnet, die mit einer Quelle für Spannungen von 2500 bis 8000 Volt verbunden ist. Um die Elektrode herum ist eine Rohrhülse angeordnet, deren eines Ende

i^r) das Rohr umschließt. Die Rohrhülse ist bezüglich der Rohrlängsachse verschiebbar. Rohrhülse und Rohr sind an Masse gelegt (US-PS 26 59 841).

Bei dieser bekannten Vorrichtung ist zwar die Spitze der Emitterelektrode auf der Längsachse des Partikel-Stroms angeordnet. Es handelt sich jedoch dabei nicht um einen von einem Sprühkopf ausgehenden kegelförmigen Teilchenstrom, sondern um einen Teilchenstrom, bei dem in erster Näherung sich die Teilchen wenigstens beim Durchgang durch das quer dazu verlaufende Feld im wesentlichen parallel zueinander bewegen. Die durch das Rohr bewegten Teilchen erhalten die gewünschte Aufladung bei relativ niedrigen Hochspannungen. Würde .nau jedoch durch die bekannte Anordnung einen vorher zerstäubten Lack oder eine vorher

ίο zerstäubte Farbe bewegen, würden sich die Lack- oder Farbteilchen an der Rohrinnenwand zum größten Teil absetzen, wodurch einerseits Farbe verloren geht, sich das Rohr allmählich zusetzt und mit der Zeit starke Feldänderungen aufgrund der sich bildenden Schicht an

J") der Rohrinnenwand im Feldbereich ergeben. Hinzu kommt, daß trotz der niedrigen Spannungen die Gefahr einer Entzündung nie hundertprozentig ausgeschlossen werden kann, so daß eine erhebliche Verletzungsgefahr bei der Entzündung des in dem Rohr befindlichen explosiven Gemisches besteht.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Spritzpistole gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß sich mit ihr die für eine gute Werkstückbeschichtung erforderliche Aufladung der Partikel bei relativ niedrigen Hochspannungen im wesentlichen entzündungssicher erreichen läßt.

Die Lösungsmittel dieser Aufgabe sind im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 zusammengefaßt. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der Spritzpistole.

Die erfindungsgemäße Spritzpistole hat den Vorteil, daß sich die bei den bekannten, mit Spritzkopf arbeitenden Spritzpistolen erforderlichen Hochspannungen, die zwischen 40 und 100 kV liegen, auf 8 bis 12 kV reduzieren lassen. Die Aufladung der Partikel wird dabei nicht beeinträchtigt, da die konusförmig vom Spritzkopf abgesprühten Teilchen auf einem für die Aufladung sehr günstigen Weg durch das Entladungsfeld hindurchgehen. Dadurch, daß relativ niedrige Hochspannungen zum Einsatz gelangen können, kann die Spritzpistole auch in einer sehr leichten und kleinen Ausführung hergestellt werden. Da aufgrund der niedrigen Spannungen ein Funkenüberschlag im we-

sentlichen vermieden wird, wird die Entzündungsgefahr der leicht brennbaren Färb- oder Lackpartikel stark eingeschränkt. Falls tatsächlich aus irgendwelchen Gründen sich eine Entzündung ergeben sollte, wird die

Flamme im Bereich der Spritzöffnung des Spritzkopfes gestoppt. Ein weiterer Flarnmenrückschlag ist nicht möglich.

An dem die Emitterelektrode umgebenden Schirm aus dielektrischem Material setzen sich anfangs ^r> geladene Teilchen des Partikelstroms ab, wodurch sich an der Innenwand ein elektrisches Potential aufbaut, das die Führung des Partikelstroms zum Werkstück begünstigt. Stromab vom Spritzkopf läßt sich mit Hiife des Schirms eine sehr hohe Raumladung erzielen, bei deren Überwindung sehr viel kinetische Energie eines Partikels in potentielle Energie umgewandelt wird, d. h. die Partikelladung wird sehr hoch, was einerseits vorteilhaft für das Aufbringen der Farbe oder des Lacks ist und andererseits eine weitere Reduzierung der Höhe \ί der anzulegenden Spannung ermöglicht

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht eine Ausführungsform der Spritzpistole mit Luftzuführung,

Fig.2 in einer Ansicht wie Fig. 1 eine weitere Ausführungsform einer Spritzpistole ohne Luftzuführung und

F i g. 3 im Längsschnitt schematisch die Wirkungswei- 2 > se der Spritzpistole.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform ist auf einer geriffelten Manschette 34 einer den Spritzkopf 36 eng umschließenden Kol'lektorelektrode einer Spritzpistole 32 ein Aufsatz 30 in Form eines Gehäuses 42 angeordnet. Der Spritzkopf 36 hat Luftleitflächen 38 mit nach innen gerichteten öffnungen 40, durch die Luft so geführt wird, daß sie auf die vom Spritzkopf 36 abgegebenen Partikel trifft. Dadurch wird ein Absetzen der Partikel auf den Luftleitflächen verhindert und auf den Partikelstrom von außen her eine Kraft ausgeübt, die einen Streuen der Partikel nach außen reduziert.

Das Gehäuse 42 hat spritzkopfseitig einen Ring 44 und auf der axial gegenüberliegenden Seite einen rohrförmigen Schirm 46, wobei diese Bauteile aus einem dielektrischen Material bestehen. Der Ring 44 ist von Entlüftungsöffnungen 52 durchsetzt. Die Halterung des Gehäuses 42 an der Manschette 34 erfolgt mittels einer radial im Ring 44 angeordneten Schraube 54. In einer Bohrung 60 im Gehäuse 42 ist die Zuleitung 56 von der Spannungsquelle 18 und dem Widerstand 22 aufgenommen und mit einer Schraube 62 mit der Emitterelektrode 48 verbunden, die einen Schaft 48a hat, der durch die Gehäuseinnenwand hindurchgeht und in die Bohrung 60 mündet.

Konzentrisch zu der Achse des vom Spritzkopf 36 abgegebenen Partikelstroms ist in dem Gehäuse 42 eine Sackbohrung 64 vorgesehen, deren Durchmesser größer ist als der des Spritzkopfs 36. Der in die Sackbohrung 64 hineinragende Schaft 48a der Elektrode 48 ist rechtwinklig parallel zur Achse des Partikelstroms verlaufend abgebogen. An einer stromab von den Luftleitflächen 38 gelegenen Stelle ist die Emitterelektrode 48 in Richtung des Spritzkopfs 36 zurückgebogen. Der umgebogene Schenkel 48& bildet «1 mit dem Schenkel 48a einen Winkel von 30 bis 60°. Unter diesem Winkel tritt also die Emitterelektrode 48 in den Partikelstrom ein. Um ein Anhäufen von Partikeln auf der Emitterelektrode 48 zu vermeiden, liegt der Krümmungsradius der Biegung 48c zwischen b> 0,15 und 1 cm. Außerdem wird der Durchmesser der Sackbohrung 64 so groß bemessen, daß ein ausreichend großer Abstand zwischen der Biegung 48c und der Partikelstromachse erreicht wird. Dadurch wird auch eine Reduzierung der Turbulenz im Partikelstrom infolge der in den Strom ragenden Emitterelektrode 48 erreicht. Die Spitze der Emitterelektrode 48 liegt auf der Längsachse des Partikelstroms stromab von der Spritzdüse sowie stromab von den Enden der Luftleitflächen 38. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, kann die Elektrodenspitze jedoch auch in dem von den Luftleitflächen umschlossenen Raum liegen. Günstig ist ein Abstand von 0,6 bis 1,3 cm zwischen der Emitterelektrodenspitze und der Spritzdüse des Spritzkopfes 36. Bei einem solchen Abstand ergibt sich ein Verhältnis von Ladung zur Masse der Partikel von 2 bis 8 Mikrocoulomb pro Gramm bei einer Spannung von 10 kV. Ein solches Verhältnis ist günstig für das Beschichten von Werkstücken mit einem Lack hoher Qualität.

Der sich kelchartig nach außen erweiternde rohrförmige Schirm 46 aus dielektrischem Material erstreckt sich in Strömungsrichtung ausgehend von dem Gehäuse 42 konzentrisch zur Achse des Partikelstroms. Der Schirm 46 schirmt den Spritzkopf 36, die Luftleitflächen 38 und die Emitterelektrode 48 gegen Ablagerungen von Farbpartikeln ab und wirkt ferner als Führungskanal für den Partikelstrom zum Werkstück. Der Führungseffekt des Schirms 46 ergibt sich durch den Aufbau eines elektrischen Potentials an seiner Innenwand infolge der Ablagerung von aufgeladenen Partikeln. Das dadurch erzeugte elektrische Feld, das der Bewegung der übrigen geladenen Partikel des Partikelstroms zum Schirm 46 hin entgegenwirkt, sorgt dafür, daß nach Einstellung eines Gleichgewichts alle Partikel durch den Schirm 46 hindurch zum Werkstück gelangen. Der Schirm 46 ermöglicht so die Erzielung einer stärkeren Raumladung stromab vom Spritzkopf 36. Bei der Überwindung dieser Raumladung wird sehr viel kinetische Energie eines Partikels in potentielle Energie umgewandelt, wodurch die Partikelladung sehr hoch wird, was das Aufbringen der Farbe oder des Lackes begünstigt.

Bei der in Fig.2 gezeigten Ausführungsform einer Spritzpistole 72 ist auf den Spritzkopf 78 ein Gehäuse 70 in der vorstehend beschriebenen Weise aufgesetzt, an das sich stromab ein rohrförmiger Schirm 80 anschließt. Die Emitterelektrode 74 bildet eine gerade Nadel, deren Spitze in einem Abstand von der Spritzdüse 76 und des Spritzkopfs 78 von 0,6 bis 1,3 cm angeordnet ist. Bei der gezeigten Ausführungsform der Spritzpistole wird keine Luft zugeführt.

Bei der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform ist an einer herkömmlichen Spritzpistole ein Ansatz 90 angebracht, an den sich stromab ein rohrförmiger Schirm 94 anschließt, der in einer Kammer 92 mündet, in der ein zu lackierendes Werkstück 96 angeordnet ist. Durch Anlegen relativ niedriger Hochspannung an die Emitterelektrode wird die gestrichelt gezeigte Koronaentladung erreicht, der der Partikelstrom aus der Spritzpistole entgegengerichtet ist. Mit dieser Anordnung iäßt sich ein besonders günstiges Beschichten der Oberfläche eines Werkstücks 96 mit Farbe oder Lack erreichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spritzpistole zum Versprühen durch eine Koronaentladung aufgeladener Partikel von zum Beschichten von Gegenständen dienenden Farben oder Lacken, mit einem Spritzkopf zur Abgabe des Partikelstroms, mit stromabwärts und im Abstand vom Spritzkopf angeordneten, nadelartigen Emitterelektroden und mit einer den Auslaß des Spritzkopfs eng umschließenden Kollektorelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Emitterelektrode (48, 74) verwendet wird, deren Spitze auf der Längsachse des Partikelstroms angeordnet ist, und daß die Emitterelektrode (48,74) von einem an sich bekannten, rohrförmigen Schirm (46, 80, 94) umgeben ist, der aus dielektrischem Material besteht.

2. Spritzpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzkopf (36) wie bekannt mindestens eine seinen AusJaß eng umschließende und einen Luftstrahl gegen den Partikelstrom richtende Luftleitfläche (38) umfaßt.

3. Spritzpistole nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze der Emitterelektrode (48, 74) von der Spritzdüse (76) einen Abstand von etwa 0,6 bis 1,3 cm hat.