DE1246478B - Vorrichtung zum elektrostatischen Spritzlackieren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Int. Cl.:

BOSb

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

75 a-22

1246478
G30523Ib/75a
20. September 1960
3. August 1967

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Spritzlackieren, bei der eine Seite einer Hochspannungsquelle mit einem nach außen aus IsoIierstoiE aufgebauten, insbesondere pneumatisch betätigten Spritzgerät und die andere Seite mit dem Werkstück verbunden ist und bei der das Spritzgerät mit einem Vorratsbehälter für das Überzugsmaterial durch eine Zuführleitung aus einem Isolierstoff verbunden ist. in der mit Abstand vom Spritzgerät eine geerdete Drahtelektrode vorgesehen ist.

Es ist bereits eine Vorrichtung zum elektrostatischen Spritzlackieren bekannt, bei der in einem festen Abstand von der Zuführleitung ein geerdeter Draht vorgesehen ist, durch den ein vernachlässigbar kleiner Strom abfließt. Diese Anordnung dient dazu, die Bedienungsperson vor der Hochspannung zu schützen. Bei weiteren bekannten Vorrichtungen sind Einrichtungen, beispielsweise eine entsprechend lang bemessene isolierte Leitung zum geerdeten Vorratsbehälter, vorgesehen, um eine Ableitung des Stromes gänzlich zu verhindern.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der die Ableitung dazu benutzt wird, um die Spritzvorrichtung den Anforderungen des benutzten Farbmaterials genau anpassen zu können, so daß auch bisher als ungeeignet für elektrostatische Farbspritzvorrichtungen geltende Farbmaterialien verwendet werden können.

Hierzu sieht die Erfindung vor, daß für die Drahtelektrode eine Abstandsverstellung sowie an dieser ein Stromrneßgerät vorgesehen ist.

Diese erfindungsgemäße Anordnung gestattet es in vorteilhafter Weise metallische und wasserlösliche Farben, die sich bei anderen elektrostatischen Vorrichtungen als ungeeignet erwiesen hatten, in zufriedenstellender Weise aufzuladen.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist vorgesehen, daß der geerdete Draht als Drahtwendel und in ihrem Bereich die Zuführung als wendeiförmiger Kanal ausgebildet sind. Dabei kann die Ausbildung so getroffen sein, daß der wendeiförmige Kanal zum Spritzgerät hin in eine sich verengende, aus Isolierstoff bestehende Kammer mündet, an deren engem Ende ein rohrförmiger Einsatz des Spritzgerätes aus leitendem Material sitzt, der innerhalb der Kammer mit einer scharfen, kreisringförmigen Kante versehen ist.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß der Einsatz mit einem leitenden Kanal verbunden ist, der zum Spritzgerät führt.

Vorrichtung zum elektrostatischen
Spritzlaclrieren

Anmelder:

General Motors Corporation,
Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bore und DipL-Ing. H. Gralfs,
Patentanwälte,

Braunschweig, Arn Bürgerpark 8

Als Erfinder benannt:

Frank Aloysios Croskey,
New Baltimore, Mich.;

Paul John Rissman, Dearborn, Mich. (V. St, A.)

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Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. September 1959
(841140),

vom 6. April 1960 (20 453) --

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschneben; in dieser zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum elektrostatischen Spritzlackieren,
Fig. 2 teilweise im Schnitt vergrößert einen Teil der Vorrichtung,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig, 4 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie4-4 der Fig, 3,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 3,

Fig. 6 teilweise im Schnitt eine weitere Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 7 teilweise im Schnitt in vergrößertem Maßstab einen Teil der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung.

Nach Fig. 1 ist die Vorrichtung mit einem üblichen, geerdeten Förderer 10 für Werkstücke 11, einem üblichen pneumatischen Spritzgerät 12, das von einer darüber angeordneten Halterung 13 herunterhängt, und einer Hochspannungsquelle 14 versehen, deren negativer Pol mit dem Spritzgerät durch

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eine Leitung 15 verbunden ist und deren anderer Pol geerdet ist. Das Überzugsmaterial, üblicherweise Farbe₃ wird dem Spritzgerät von einem Vorratsbehälter 16 über ein Absperrventil 17, eine Zuführleitung 18 und eine Einrichtung 19 zugeführt, die, wie weiter unten noch beschrieben wird, dazu vorgesehen ist, die auf die Farbe übertragene Ladung einzustellen. Das Spritzgerät 12 ist mit einer üblichen Regelnadel20 (Fig. 5) für die Farbe versehen, die in der üblichen Weise durch Hochdruckluft gesteuert wird, welche von einer Hochdruck-Luftquelle 21 über eine Rohrleitung 22 zugeführt wird, in der ein Absperrventil 23 hegt. Die Luft zum Zerstäuben der Farbe wird von einer Quelle 25 geliefert und über eine Rohrleitung 26 zugeführt, in der ebenfalls ein Absperrventil 27 vorgesehen ist.

Die praktische Ausbildung des Spritzgerätes 12, nachfolgend Pistole genannt, ist in den F i g. 2 .und 5 dargestellt. Die Pistole, eine übliche, im Handel erhältliche pneumatische Spritzpistole, besitzt einen metallischen Körper 29, um den herum ein Gehäuse 30 aus »Epoxy-Kunstharz« gegossen ist. Die Hochspamiungszufiihrleitiing 15, die Farbzuführleitung 18, die Leitungen 26 und 22 für die Zerstäubungsluft und die Hochdruckluft- sowie die Luftaustrittsleitung32, die geöffnet wird, um eine Rückbewegung der Regelnadel 20 unter der Wirkung einer nicht dargestellten Feder zu ermöglichen, sind eng vom Gehäuse umschlossen, um einen Elektronenaustritt an diesen Stellen der Pistole möghchst gering zu haiten. Das Gehäuse ist mit einer Öffnung 33 versehen, durch die die Düse 34 der Spritzpistole herausragt.

Um gewisse Teile der Pistole während des Gießens vor dem Kunstharz zu schützen, werden Abstützungen aus ModeUierton verwendet; eine Abstützung 36 (Fig. 2 und 5) umgibt die seitliche Steueröffnung der Pistole, mit der die richtige Fächerbreite vor dem Gießen eingestellt wird; eine Abstützung 37 (Fig. 2) schützt das Befestigungsloch der Spritzpistole und verhindert, daß Kunstharz in die Hochspannungsbuchse 38 -eindringt; eine Abstützung 39 (Fig. 5) wird dazu benutzt, den Betätigungsbolzen in der Pistole zu schützen, und schließlich schützt eine Abstützung40 (Fig. 2) die Einstelleinrichtung für die Regelnadel der Pistole.

Die Pistole ist mit einer metallischen Hochspannungsbuchse 38 versehen, in die ein am Ende der Leitung 15 sitzender Stecker 42 hineinfaßt. Als Leitung 15 wird ein übliches Hochspannungs-Koaxialkabel verwendet, das mit einer Erdabschirmung 43 versehen ist. Die Abschirmung endet außerhalb des Gehäuses 30, während das Ende der Leitung 15 durch ein Nylonrohr 44 in die Pistole hineinfaßt, an dem das Ende der Abschirmung 43 angebracht ist. Das Nylonrohr 44 ist genau wie die Zuführleitungen für Luft und Farbe eng von dem Gehäuse umschlossen, um an diesen Stellen der Pistole den Elektronenaustritt möghchst gering zu halten.

Die Düse 34 ragt aus der Öffnung 33 des Gehäuses heraus und läßt einen fächerförmigen Farbstrahl austreten, wenn die Nadel 20 zurückgezogen wird (Fig. 5) und der Pistole Zerstäubungsluft mit vorzugsweise etwa 0,7 kg/cm² zugeführt wird. Die Zerstäubungsluft wird einer Luftdüse 47 zugeführt, die die Düse 34 umgibt und durch die Öffnung 33 im Gehäuse herausragt. Die Luftdüse ist aus einem stark dielektrischen Material hergestellt, um den Elektronenaustritt auf die Nähe der metallischen Düse

34 zu begrenzen. Auf diese Weise wird die von der Pistole ausgehende Funkengefahr verringert.

Die Leitung 26 für die Zerstäubungsluft ist an ihrem zur Pistole hin hegenden äußeren Ende mit einem Nylonrohr 48 versehen, das in das Gehäuse 30 eingegossen und mit dem Einlaß der Pistole für die Zerstäubungsluft verbunden ist. Die Leitung 22 für die Hochdruckluft ist an ihrem äußeren Ende ebenfalls mit einem Nylonrohr 49 versehen, das auch in das Gehäuse 30 eingegossen und mit dem Hochdruckeinlaß der Pistole verbunden ist. Auf diese Weise wird ein Elektronenaustritt aus der Pistole über die Luftzuführleitung möglichst gering gehalten.

Die Farbzuführleitung 18 ist an ihrem äußeren Ende mit einem Nylonrohr 50 versehen, dessen eines Ende mit dem Farbeinlaßnippel 51 der Pistole verbunden ist und das aus dem Gehäuse herausragt. Ein metallisches Kupplungsstück 52, das in eine Aussenkung im anderen Ende des Rohres 50 eingeschraubt ist, trägt eine metallische Hülse 53 sowie ein zweites Nylonrohr 54. Die Hülse 53 besitzt eine Bohrung 55, die im Verhältnis zur Bohrung 56 des Rohres 50 klein ist, während das Rohr 54 mit einer Bohrung 58 versehen ist, die etwas größer ist als die Bohrung 55. An seinem inneren Ende ist das Rohr 54 durch eine Kupplung 59 mit einem Metallgehäuse 61 verbunden, das einen Teil der in F i g. 1 dargestellten Steuereinrichtung 19 darstellt. Der Hauptteil der Farbzuführleitung 18 ist ebenfalls mit dem Gehäuse 61 verbunden und steht mit dem Nylonrohr 54 durch einen Kanal 62 im Gehäuse in Verbindung.

In dem Gehäuse 61 ist eine drehbare metallische Trommel 64 angebracht, die mit einem Knopf 66 gedreht werden kann, der auf einer WeUe 65 befestigt ist. Die Trommel 64 trägt einen Drahtleiter 67 (Fig. 2 und 4). Der Draht 67 tritt durch eine Stopfbüchse 68 in die Bohrung 58 des Nylonrohres 54 ein und kann durch Drehen des Regelknopfes 66 in axialer Richtung relativ zur Hülse 53 bewegt werden. Das Gehäuse 61 ist über ein Mikroamperemeter 70 (F i g. 1) geerdet.

Im Betrieb wirkt die Farbsäule zwischen dem Nippel 51 und der Hülse 53 und zwischen dem gegenüberliegenden Ende der Hülse 53 und dem Draht 67 als ein Leiter für eine Elektronenableitung von der Pistole zur positiven Seite der SpannungsqueUe. Durch Einstellung der Lage des Drahtes 67 kann die Größe dieser Ableitung geregelt werden.

Wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, wird die Pistole^ vorzugsweise auf 45 kV aufgeladen, und die vom Mikroamperemeter gemessene Elektronenableitung wird auf 100 Mikroampere eingestellt. Da die Hauptlänge der Farbzuführleitung 18 aus dielektrischem Material besteht und die Farbe selbst einen hohen Widerstand besitzt, verhindert die Erdung des Gehäuses 61 wirksam jegliche Ableitung durch das Rohr 18 zum. Farbvorratsbehälter.

Mit der oben beschriebenen Vorrichtung ist es möglich, nahezu sämtüche metallischen und nichtmetallischen sowie wasserlöslichen Überzugsmaterialien elektrostatisch zu versprühen. Wenn z. B. eine synthetische Emailfarbe mit einem Lösungsmittel im Verhältnis von etwa 1,421 Lösungsmittel auf 3,7851 Farbe verdünnt wird, erhält man einen Elektronenaustritt von etwa 100 Mikroampere bei einem Abstand von 34,93 mm zwischen der Oberkante der

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Hülse 53 und dem Nippel 51, wenn der Draht 67 mit dem unteren Ende der Hülse abschließt. Wenn der Strom nur 40 Mikroampere beträgt, geht das Farbspritzen mit der oben beschriebenen Mischung zufriedenstellend vor sich. Wenn jedoch der Stromabfluß auf mehr als 150 Mikroampere ansteigt, wird das Nylonrohr 50 erwärmt, und nach einigen Betriebsstunden bildet die Farbe eine Pigmentschicht um die innere Zuführkammer in der Spritzpistole aus. Um den Stromabfluß zu verringern, wird der Draht 67 auf die Trommel aufgewickelt, bis eine Anzeige von etwa 100 Mikroampere erhalten wird. Wenn die Bohrung 58 kleiner ist als 1,32 mm, kann sie sich bei Verwendung metallischer Farben zusetzen. Mit einer Bohrung dieser Größe werden pro Minute 142 bis 170 g Farbe abgesprüht, die eine gute Farbauflage von etwa 2 bis 3 μ Dicke auf dem Werkstück ergibt.

Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Vorrichtung ist mit einer üblichen Spritzpistole 70 versehen, die innerhalb eines hohlen, gegossenen Gehäuses 71 aus Epoxy-Kunstharz angebracht ist. Das Gehäuse besitzt eine hintere Abdeckung 72, die vom Gehäuse abgenommen werden kann, um die Pistole herausnehmen zu können, sowie einen Ansatz 73, der mittels einer Schraube 75 an einem Träger 74 befestigt ist.

Die Zerstäubungsluft wird der Pistole durch eine Rohrleitung 76 zugeführt, deren Ende aus Nylon besteht, das durch "die Mntere Abdeckung 72 des Gehäuses hindurchfaßt und von dieser eng umschlossen ist. Die Hochdruckluft zur Betätigung eines üblichen Nadelventils 78 (F i g. 7) wird der Pistole über eine Rohrleitung 79 zugeführt, deren Ende ebenfalls als Nylonrohr ausgebildet ist, das durch die Abdeckung hindurchfaßt und von dieser ' dicht umschlossen ist.

Die aus Metall hergestellte Pistole 70 kann mit einer Hochspannungs-Gleichstromquelle 81 durch ein Koaxialkabel 82 verbunden werden, das in eine Buchse 83 eingestöpselt wird, die in einer Nylonumhüllung 84 für ein Hochspannungskabel liegt. Die Umhüllung geht durch die Abdeckung 72 des Gehäuses hindurch und wird von dieser eng umschlossen.

Die Düse 86 der Pistole ragt durch eine Öffnung 87 im Gehäuse heraus, in der ein Neoprenring 88 befestigt ist. Dieser Ring verhindert im Betrieb Koronaverluste von der Metalldüse und verhindert weiterhin, daß ein Reinigungsmittel in das Gehäuse 71 eintritt. Die Form der Düse 86 weicht etwas von der einer üblichen Pistole ab, da eine scharfe Kante um die Ausspritzöflnung herum vorgesehen ist, die eine kleine metallische Ionisationsfläche ergibt. Die Düse 86 ist von einer Düse 90 für die Zerstäubungsluft umgeben, die aus einem dielektrischen Material hergestellt ist.

Die Farbe oder ein anderes Uberzugsmaterial wird der Pistole durch ein Rohr 91 zugeführt. Dieses Rohr weist an seinem an der Pistole gelegenen Ende ein längüches, zylindrisches Nylonteil 92 auf, das eine Bohrung 93 und eine Aussenkung 94 besitzt. In die Aussenkung 94 ist ein Einsatz 95 aus einem dielektrischen Material eingesetzt, der einen verengten, wendeiförmigen Kanal 96 aufweist, weleher von der Bohrung 93 ausgeht und zur Grundfläche einer kegeligen Kammer 97 führt, die in einem Nyloneinsatz 98 ausgebüdet ist, der an dem 478

von der Bohrung 93 entfernt hegenden Ende der Aussenlaing 94 eingesetzt ist. Der wendeiförmigeKanal 96 ist beträchtlich länger als die Bohrung 93 oder die Kammer 97,, während der Querschnitt wesentlich kleiner ist.

Ein aus Metall bestehendes Teil 100, das in die kegelige Kammer 97 hineinragt, ist mit einer Boh- » rung löl versehen, die an dem der Bohrung 93 zunächst gelegenen Ende in einer scharfen, kreisförmigen Kante endet. Das Teil 100 sitzt in einer Bohrung im Ende eines Messingteiles 102, in dem ein Kanal 103 für die Farbe ausgebildet ist. Der Kanal 103 steht mit einem Kanal 104 in der Pistole in Verbindung, der zur Düse 86 für das Uberzugs-IS material führt. Um Ablagerungen zu verringern, ist das Teil 100 mit einer Mehrzahl von Nebenöffnungen 105 zwischen der Kammer 97 und der Bohrung ' 101 versehen.

In der Bohrung 93 hegt eine federnde Drahtwendel 108, deren Drahtdurchmesser geringer ist als der des wendeiförmigen Kanals 96 und die in den verengten, wendeiförmigen Kanal eingeschraubt ist. Die Wendel 108 kann mit einer Vorrichtung gedreht werden, um sie in den wendeiförmigen Kanal mehr oder weniger emzufiihren. Diese Vorrichtung weist eine Regelstange 109 aus Metall auf, die in einem DichtungsgHedllO am Ende des Nylonteiles 92 gedreht werden kann, und ist weiterhin mit einem von Hand zu betätigenden Regelknopf 111 am äußeren Ende der Stange versehen.

Ein Teüll2 der Stange in der Bohrung 93 ist auf der einen Seite abgeflacht und ragt durch eine entsprechend geformte Öffnung in einem Teil 113 hindurch, an dem das Ende des Drahtes 108 befestigt ist. Wenn der Knopflll gedreht wird, wird auch das Teil 113 gedreht. Eine Drehung des Teiles 113 bewirkt aber, daß sich der Draht 108 im wendeiförmigen Kanal 96 entlangbewegt, wobei dann das Teil 113 auf der Stange entlanggleitet.

Eine elektrische Bürste 115, die im Dichtungsglied 110 angebracht ist, berührt die Regelstange 109 gleitend und ist durch eine Leitung 116 geerdet. Da der gesamte Körper der Pistole von der Spannungsquelle 81 auf ein hohes negatives Potential aufgeladen wird, wird das MetallteillOO ebenfalls aufgeladen, da es durch das Messingteil 102 mit der Pistole verbunden ist.

Im Betrieb wirkt die Farbsäule in der kegeligen Kammer 97 und dem wendelförmigen Kanal 96 stromabwärts des Drahtes 108 als Leiter für eine Elektronenableitung von der scharfen Kante des Endes der BohrunglOl zur positiven Seite der Spannungsquelle über die Bürste 115. Auf diese Weise wird das Uberzugsmaterial aufgeladen, bevor es die Düse 86 erreicht.

Die Größe des durch das Überzugsmaterial fließenden Stromes kann durch Einstellung des Drahtes 108 geregelt werden. Ein Überzugsmaterial, das einen dauernden Strom von wenigstens 40 Mikroampere leitet, kann in Grenzen zufriedenstellend aufgeladen werden, während ein Überzugsmaterial, das einen dauernden Strom von 100 Mikroampere oder mehr führt, sehr zufriedenstellend aufgeladen wird. Im letzteren Fall sollte der wendeiförmige Draht 108 aus dem spiralförmigen Kanal 96 herausbewegt werden, bis der Strom auf etwa 2 Mikroampere verringert ist, bevor die Zerstäubung beginnt. Sobald die Zerstäubung begonnen hat,

Claims (4)

nimmt der Strom wegen des durch das Zerstäubte 2 fließenden Stromes zu. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Spritzlackieren, bei der eine Seite einer Hochspannungsquelle mit einem nach außen aus Isolierstoff aufgebauten, insbesondere pneumatisch betätigten Spritzgerät und die andere Seite mit dem Werkstück verbunden ist und bei der das Spritzgerät mit einem Vorratsbehälter für das Überzugsmaterial durch eine Zuführleitung aus einem IsoHerstoff verbunden ist, in der mit Abstand vom Spritzgerät eine geerdete Drahtelektrode vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Drahtelektrode (67; 108) eine Abstandsverstellung (64 bis 66; 109, 111) sowie an dieser ein Strommeßgerät (70) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geerdete Draht (108) als Drahtwendel und in ihrem Bereich die Zufüh-

rung als wendeiförmiger Kanal (96) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wendeiförmige Kanal (96) zum Spritzgerät hin in eine sich verengende, aus IsoUerstoff bestehende Kammer (97) mündet, an deren engem Ende ein rohrförmiger Einsatz (100) des Spritzgerätes aus leitendem Material sitzt, der innerhalb der Kammer (97) mit einer scharfen, kreisringförmigen Kante versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (100) mit einem leitenden Kanal (102 bis 104) verbunden ist, der zum Spritzgerät (70) führt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung E3780IVc/75c (bekanntgemacht am 27.11.1952);

schweizerische Patentschrift Nr. 321226;
französische Patentschrift Nr. 1164 409;
USA.-Patentschrift Nr. 2739 838;
australische Patentschrift Nr. 221445.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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