DE1289467B

DE1289467B - Vorrichtung zum elektrostatischen UEberziehen von Gegenstaenden

Info

Publication number: DE1289467B
Application number: DED46149A
Authority: DE
Inventors: Kock Erhard; Mccaslin John F; Juvinall James W
Original assignee: DeVilbiss Co
Current assignee: DeVilbiss Co
Priority date: 1964-01-06
Filing date: 1964-12-28
Publication date: 1969-02-13
Also published as: SE342411B; FR1421783A; BE657878A; US3296015A; CH431336A; GB1080759A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Fig. 4 eine Vorderansicht einer Spritzpistole gezum elektrostatischen Überziehen von Gegenständen maß einer abgeänderten Ausführungsform der Erfin-

mit einem zerstäubten flüssigen Überzugsmaterial in dung und

einem elektrostatischen Feld zwischen dem Gegen- Fig. 5 einen etwas vergrößerten Schnitt im wesent-

stand und einer an der Vorrichtung angebrachten 5 liehen nach der Linie 10-10 der Fig. 4.

Nadelelektrode, wobei das Überzugsmaterial parallel Die in den Figuren dargestellte Spritzpistole weist

zur Nadelelektrode austritt und Luftdüsen für die einen Pistolenkörper 10 auf, der nur schematisch

Zerstäubungsluft vorgesehen sind, welche auf die dargestellt ist. Diesem Pistolenkörper wird Luft

Spitze der Nadelelektrode zeigen. durch eine Kupplung 11 über einen Kanal 12 für die

Es ist bereits eine derartige Vorrichtung bekannt 10 ein- und ausgeschaltete Arbeitsweise und über eine (s. die britische Patentschrift 912656). Wie durch Kupplung 13 nach einem zweiten inneren Kanal 14 Versuche nachgewiesen worden ist, zeigt sich hierbei für den weiter unten beschriebenen Zerstäubungsjedoch der Nachteil, daß der Niederschlagswirkungs- zweck eingeführt. Der zu versprühende Stoff wird grad, der im wesentlichen durch das Verhältnis der einem Kanal 15 zugeführt, der nach einer Austrittsauf Versuchsgegenständen niedergeschlagenen Menge i₅ öffnung 16 für dieses Überzugsmaterial stirnseitig zu der Durchlaufmenge in der Spritzpistole definiert des Pistolenkörpers führt.

ist, bei Verwendung dieser bekannten Vorrichtung Der Durchfluß des Überzugsmaterials durch den nur 76 Vo beträgt. Dies liegt vermutlich daran, daß Kanal 15 wird durch ein Nadelventil 17 gesteuert, die Aufladung nicht genügend intensiv ist, weil die das mit einem Ventilsitz 18 zusammenwirkt und sich Verweilzeit des Überzugsmaterials im Bereich der 20 nach rückwärts durch eine zweckentsprechend gehöchsten elektrischen Felddichte nur sehr kurz ist. staltete Packung 19 nach einem Betätigungsmecha-

Den gleichen Nachteil zeigen auch alle übrigen nismus für das Ventil, der einen Kolben 20 aufweist, durch den Stand der Technik noch bekannten Vor- erstreckt. Dieser Kolben bewegt sich in einem Zylinrichtungen (s. beispielsweise das deutsche Gebrauchs- der 21 in dem Pistolenkörper hin und her und steht muster 1868 250 und die USA.-Patentschriften 25 unter der Wirkung einer ihn vorwärts drückenden 2 491889, 3 233 831, 3 056 557 und 3 059 613). Bei Feder 22. Diesem Zylinder 21 wird Arbeitsluft über einer Vorrichtung der zuletzt genannten Art ergaben einen Kanal 12 zugeführt. Der Kolben 20 wird in lange Versuchsreihen einen Niederschlagswirkungs- dem Zylinder 21 nach rückwärts gedrückt, sobald grad von 77 bis 80%. Noch höhere Wirkungsgrade der Luftdruck aufgebracht wird. Automatische Bekonnten bei Versuchen mit Vorrichtungen nach den ₃₀ tätigungsvorrichtungen dieser Art für Sprühpistolen erwähnten Patentschriften trotz zahlreicher Wieder- sind allgemein bekannt.

holungen langer Versuchsreihen nicht ermittelt Der Kolben 20 weist eine Leerlaufverbindung mit

werden. der Nadel 17 auf, die aus einem Kopf 23 auf der

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nadel und einer Betätigungsschulter 24 auf dem

Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so zu ver- ₃₅ Kolben besteht. Eine starke Nadelfeder 25 drückt

bessern, daß der Niederschlagswirkungsgrad wesent- den Kopf 23 gegen die Schulter 24 und damit die

lieh erhöht wird. Nadel gegen ihren Sitz 18. Sitzt die Nadel auf, dann

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung bewegt sich der Kolben 20 unter dem Einfluß seiner besteht darin, daß Wirbelelemente zur Verwirbelung Vorspannungsfeder 22 vom Kopf weg. Ein Einstellder Zerstäubungsluft vorgesehen sind und die Luft- 40 anschlagglied 26 ist in den Hinterteil des Pistolendüsen tangential zur Nadelelektrode gerichtet sind. körpers 10 im Weg des Kolbens 20 eingeschraubt, Dadurch wird die Verweilzeit des Überzugsmaterials welcher somit die Nadel 17 nur so weit nach rückin einen Bereich sehr hoher, nämlich der höchsten wärts schieben kann, bis er am inneren Ende des elektrischen Felddichte verlängert, so daß die von Einstellgliedes 26 anstößt. Die Menge des aus der den Flüssigkeitsteilchen aufgenommene elektrische 45 Öffnung 16 austretenden Überzugsmaterials läßt sich Energie beträchtlich erhöht wird, und hierdurch wird somit sehr leicht einregeln. Eine Sperrmutter 27 dient in den Fachmann überraschender Weise der Nieder- zur Aufrechterhaltung der Nadeleinstellung,
schlagswirkungsgrad auf 90 % erhöht, wie durch die Die Nadel 17 trägt eine Aufladeelektrode 28, die erwähnten Versuche nachgewiesen worden ist. sich in Achsrichtung bis zu einem Punkt vor der

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vor- 50 Vorderfläche der Spritzpistole erstreckt. Die Elek-

gesehen, daß die Luftdüsen zueinander einen Kon- trode besteht vorzugsweise au seinem Draht mit

vergenzwinkel von 15° aufweisen. einem Durchmesser von etwa 0,25 bis etwa 0,5 mm,

Die Erhöhung des Wirkungsgrades stellt selbst- der-von der Vorderseite der Spritzpistole etwa 8 mm

verständlich einen erheblichen technischen Vorteil vorsteht, wenn die Nadel 17 sich in der offenen

dar, zumal hierdurch nicht nur der bisher- einge- 55 Stellung befindet. Der Pistolenkörper 10 ist an eine

tretene Verlust von Überzugsmaterial vermieden ist, geeignete Gleichstromspannungsquelle angeschlossen,

sondern es wird auch durch die Erfindung eine so daß an der Spitze der Elektrode 28 ein intensives,

größere Gleichmäßigkeit des Niederschlages erzielt. elektrostatisches Feld entsteht. Die Elektrodenform

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ist so gewählt, daß bei Aufdrücken einer geeigneten ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung 60 Aufladespannung der Feldgradient das Ionisationseiniger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die potential ruhender Luft überschreitet und sich ein Zeichnung. In dieser zeigt Coronabereich um die Elektrode wenigstens vor der

F i g. 1 einen Horizontalschnitt durch die erfin- Einführung des Überzugsmaterials aus der Öffnung 16

dungsgemäße Vorrichtung in leichter Vergrößerung, ₆ bildet. Das Überzugsmaterial von der Öffnung 16

F i g. 2 einen vergrößerten Teilschnitt des vorderen tritt so in den intensiv aufgeladenen oder Corona-

Kappenendes der Vorrichtung, bereich in der Nähe der Vorderseite der Spritzpistole

F i g. 3 die Vorrichtung nach F i g. 2 von vorn, ein. Dieser intensiv aufgeladene Bereich läßt sich

wobei die äußere Luftkappe entfernt wurde, durch eine geeignete Elektrodenausgestaltung erzeu-

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gen, indem man beispielsweise eine Nadel an den Um festzustellen, ob eine Änderung in irgend-

Pistolenkörper befestigt, die sich bis zu einer Stelle einem der oben angegebenen Parameter die Wir-

in der Nähe des Überzugsmaterialstromes erstreckt, kungsweise der Spritzpistole verbessert oder ver-

wobei jedoch die zentrisch angeordnete, nadelartige schlechtert, wurde der Niederschlagswirkungsgrad

Drahtelektrode vorzuziehen ist. 5 der Spritzpistole als Hauptwert ermittelt, obwohl

An der Vorderseite der Spritzpistole 10 ist eine auch die Feinheit der Zerstäubung und die Uberzugs-Sprühkappe mit einer inneren Kammer 29 in den verteilung bei der Beurteilung der Ergebnisse ins Pistolenkörper eingeschraubt. In diesem Glied sind Gewicht fallen. Außer für Messungen des Durchder Nadelventilsitz 18 und die Uberzugsmaterial- messers der Auftrefffläche und der Filmdicke, welche austrittsöffnung 16 ausgebildet. Eine Luftkappe 30 io eine flache Prallfläche erfordern, bestand die normaumgibt das innere Glied 29 und wird durch eine lisierte Prallfläche aus einer Reihe von Metallrohren Überwurfmutter 31 festgehalten, die einen nach mit 25 mm Durchmesser und einem Mittenabstand innen weisenden Flansch 32 besitzt, der im Eingriff von 75 mm, wobei um jedes der zylindrischen mit einem Flansch 33 auf dem Glied 29 steht. Die Elemente eine auswechselbare Aluminiumfolie geÜberwurfmutter ist dabei über einen Gewindeteil 34 »s wickelt war. Die senkrecht angeordneten, rohrförmiauf der Vorderseite des Pistolenkörpers 10 geschraubt. gen Teile wurden 550 mm von der Fläche einer

Die Luft zum Innern der Luftkappe kommt von Standard-Spritzpistole entfernt angeordnet, und die

dem Kanal 14 um das Äußere des inneren Gliedes 29 Luftaustrittsgeschwindigkeit wurde auf etwa 24 m/min

und durch eine Reihe von Öffnungen 37 in einem gehalten.

Flansch 38 zu einer vorderen Luftkammer 39. Von ao Die Luftgeschwindigkeiten und die Luftverteilung

der Kammer 39 führt die Luft über einen winklig oder das sogenannte Luftprofil werden mit einem

oder schrauben- oder wendelförmig gerillten Flansch Heißdrahtanemometer gemessen. Die Teilchen-

40, der im Schnitt in Fig. 1 und in Aufsicht in geschwindigkeiten wurden photographisch mit einer

Fig. 2 wiedergegeben ist. Anzahl, Größe und Kamera und einer Doppelblitzelektronenlichtquelle

Winkelanordnung der Rillen 41 auf dem Flansch 40 as festgestellt. Aus dem bekannten Intervall zwischen

werden später näher erläutert. Die Aufgabe des den Blitzen und dem Vergrößerungsfaktor der

Durchgangs der Zerstäubungsluft durch die Rillen 41 Kamera läßt sich die Geschwindigkeit durch Messen

besteht darin, auf die Luft eine sehr rasche Wirbel- des Abstandes zwischen aufeinanderfolgend belich-

bewegung aufzudrücken, die im folgenden auch als teten Teilchen auf der photographischen Platte und

Schraubenluftströmung bezeichnet werden soll. Daher 30 Division durch das Zeitintervall berechnen,

erhalten die Kanäle oder Rillen 41 später mitunter Wegen der Wichtigkeit der Überzugsmaterial-

auch die Bezeichnung Schraubenkanäle. Die Kanäle verteilung im niedergeschlagenen Muster wurde das

selbst sind einfach dadurch gebildet, daß man gerade Muster dadurch erzielt, daß man eine feste, flache

Winkelschlitze in den Flansch 40 oder sogar Ge- Auftrefffläche dem Sprühstrahl für so lange Zeit

windegänge einarbeitet. An der Vorderfläche ist die 35 aussetzte, daß ein kontinuierlicher Film ohne Ein-

Luftkappe 30 mit einer Öffnung versehen, die einen Senkung entstand. Der Durchmesser des statischen

Luftabgaberingkanal 42 mit einer konischen Spitze Musters war der Durchschnitt einer horizontalen und

43 am inneren Glied bildet. einer vertikalen Messung einschließlich eines halben

Fig. 2 der Zeichnungen zeigt das bevorzugte Saumes an der Außenseite des Musters. Die Film-Verhältnis zwischen den Luft- und Flüssigkeits- 40 dickenverteilung erhielt man durch Einsetzen eines kanälen, so daß sich die Erfindung am besten im Streifens eines dünnen Metallstückes über einen Zusammenhang mit dieser Figur erläutern läßt. Die Durchmesser des erwarteten statischen Musters, den Veränderlichen wurden unter den folgenden Normal- man dem Sprühstrahl aussetzte, wobei nach dem bedingungen untersucht, wobei eine Änderung jedes Brennen des Streifens die Dicke des Films in AbParameters unter Konstanthaltung der anderen Para- 45 ständen von 25 mm gemessen wurde,
meter vorgenommen wurde. Ein Studium der Änderungen des Winkels a

Twit? dp« Tiiftrin!*anfl1<!42 0 4mm (Fig· 2), den der Luftringkanal mit der Achse der

Breite des Luftrmgkanals 42 .... 0,4mm Spritzpistole einschließt, zeigt, daß ein Winkel von

Luftringkanalwinkel a 15° ₁₅o _{einem solchen von 30}o _{oder 45}o _{wegen der}

Spitzenvorsprung ρ 0,375 mm _5o b_esseren Zerstäubung und einer geringeren Neigung

Durchmesser des Flüssigkeits- _zum überziehen der Kappe vorzuziehen ist. Es wurde

kanals (Öffnung 16) 2,25 mm _auch beobachtet, daß das statische Muster bei

Winkel b des Kanals 41 45° Winkeln von 0 und 15° im allgemeinen gleichmäßiger

Luftkanalquerschnittsfläche 1,61 · 10~²cm² ist, obwohl es tatsächlich keine Änderungen in dem

Luftströmung 77,6 l/min 55 Niederschlagsnutzeffekt gibt, wenn der Winkel sich

Kleinster Durchmesser der Flüssig- von 0 bis 15° ändert. Eine etwas bessere Zerstäubung

keitsöffnung 16 2,1 mm erfolgt bei einem Winkel von 15°, so daß man diesen

Durchmesser der Elektrode 28 '.'.'. 0,5 mm ^{winkel W}°W vorziehen wird

Elektrodenvorsprung 6,25 mm _Λ ,^{Es hat} »? ^alj. vorteilhaft herausgestellt, die Spitze

α fiori„„ _m»L· H nn w ^{6o 43 etwas uber die} Ebene der Frontflache der Luft-Aufladungsspannung ... _v.... -120 kV _{30 vorstehen zu lassen; um die Nei der}

Abstand zwischen Spritzpistole und ^_{6 zum überziehen im} Gebrauch herabzusetzen.

Gegenstand 375 nun _Dieses Vorstehen der Spitze braucht nur etwa

Farbdurchsatz 150 g/min ₀,38 mm zu betragen. Ein solches geringfügiges Vor-

Farbviskosität 21 see. Zahn _6s stehen erzeugt offensichtlich keinen Unterschied in

Nr. 2 cup _r (j_ern Muster- und Übergangsnutzeffekt und wurde

Farbleitfähigkeit 10⁸ Ohm · cm '''ß lediglich zur Herabsetzung der Überziehungsneigung

Luftaustrittsgeschwindigkeit 24 m/min \ '.J der Kappe 30 gewählt. Es ist möglich, daß eine

Änderung in der geometrischen Ausgestaltung der Kappe 30 ein ähnliches Resultat ergibt, ohne daß die Flüssigkeitsspitze vorzustehen braucht.

Wie schon erwähnt, wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen der Niederschlagswirkungsgrad vergrößert, der eine Folge der gesteigerten Teilchenaufladung ist, die durch die größere Verweilzeit erzeugt wird. Die Versuche haben unter anderem gezeigt, daß sich das Muster unter sonst gleichen Bedingungen gegenüber einem Muster vergrößert, das einen Basisdurchmesser von weniger als 150 mm aufweist, wenn keine Ladung auf die Teilchen übertragen wird, gegenüber einem Konus mit einem Basisdurchmesser von mindestens 600 mm bei Aufladung mit der Arbeitsspannung. Ohne die erfindungsgemäße Wirbelbildung zeigt sich aber keine wesentliche Änderung in der Mustergröße bei einer Spannung von Null bis zur vollen Spannung.

Läßt man den winklig gerillten Flansch 40 weg oder verlaufen die Rillen 41 koplanar mit der Achse der Spritzpistole, dann ist der Durchgang der Teilchen durch den Bereich höchster Intensität wegen der erhöhten, für eine bestimmte Feinheit der Zerstäubung erforderlichen Luftströmung so rasch, daß die Teilchen nur unzureichend aufgeladen werden. Es kann angenommen werden, daß der Mechanismus der Aufladung im Falle der vorliegenden Erfindung primär ein Ionenbombardement innerhalb des sehr stark intensiven Feldbereiches ist und daß die Zeit eine sehr wesentliche Veränderliche bei diesem Verfahren darstellt. Die wirksame Zeit, während deren die Teilchen dem Ionenbombardement unterliegen, ist natürlich umgekehrt proportional zur Teilchengeschwindigkeit und direkt proportional zu der Erstreckung der Zone wirksamer Ionisierung. Wird der hochintensive Feldbereich vergrößert oder wird die Teilchengröße reduziert, dann erhöht sich die Aufladung der Teilchen. Durch Erteilung einer Wirbelbewegung für den Zerstäubungsluftstrom kann man verringerte Luftströmungen verwenden, um das erwünschte Ausmaß der Zerstäubung zu erreichen. Die sich ergebende reduzierte Geschwindigkeit erhöht die Verweilzeit der Teilchen im intensiven, elektrostatischen Feld und damit die Zeit, während deren die Teilchen den Ionen im Felde ausgesetzt sind.

Erhält der Luftstrom keine Wirbelbewegung vor dem Auftrennen auf dem Flüssigkeitsstrom, dann neigen die Radialkomponenten der Kräfte der Luft auf gegenüberliegenden Seiten des Stromes zur gegenseitigen Auslöschung, so daß ein größerer Luftstrom erforderlich ist, um eine gewünschte Zerstäubung zu erreichen. Die zerstäubten Teilchen sind dabei auf einen engen Bereich in der Zerstäubungs- und Aufladungszone begrenzt. Anderseits wird, wenn der Luftstrom auf den Flüssigkeitsstrom mit sehr wesentliehen, tangentialen Kraftkomponenten auftrifft, die Auslösung der Zerstäubungsluftkräfte weitestgehend herabgesetzt und eine zufriedenstellende Zerstäubung bei geringeren Luftströmungen erreicht, wobei sich die Teilchen frei voneinander im elektrostatischen Feld entfernen und wesentlich geringere Kräfte von der Zerstäubungsluft verbleiben.

Bei der Ausführungsform der Spritzpistole nach den F i g. 1 und 3 wird die Wirbelluftströmung für die Rillen 41 im Flansch 40 erzeugt, durch welche die Luft auf ihrem Weg zu der Luftöffnung 42 strömt. Eine Abänderung der Einrichtungen zur Erzeugung der drehenden Luftströmung ist in den F i g. 4 und 5 wiedergegeben und weist eine äußere, einen Strahl bildende Vorrichtung aus einer Vielzahl von in Verbindung stehender, rohrförmiger Luftaustrittselemente 50 auf, die auf der Oberfläche der Luftkappe 30 sitzen oder dort ausgebildet sind. Die Luft wird diesen rohrförmigen Austrittselementen von dem Luftkanal 14 durch eine nicht gezeichnete, geeignete Leitung zugeführt. Jedes der rohrförmigen Elemente 15 gibt die Luft in Achsrichtung des Rohres und tangential zum Strom des aus der Öffnung austretenden Überzugsmaterials ab. Die tangentialen Luftströme können sich etwas nach vorn erstrecken, wie man aus F i g. 5 erkennt, indem man die Oberfläche der Luftkappe 30 unter einem Winkel von weniger als 90° gegen die Achse der Strömung der Überzugsmaterialteilchen anordnet. Während die Luftströmung in den Strahlen von den rohrförmigen Elementen 50 vorzugsweise bei etwa 77,6 l/min liegt, wird ein geringer, zerstäubter Luftstrom von einer mittleren ringförmigen Luftöffnung 52 abgegeben. Der mittlere Zerstäubungsluftstrom braucht nur etwa 34 l/min zu betragen. Die Aufladenadel 28 sitzt wiederum mittig in der Flüssigkeitsöffnung 16. Die Versuche haben ergeben, daß mit dieser Abänderung die Teilchenaufladung im Überzugsmaterial wieder derart ist, daß in Verbindung mit der verminderten Gesamtgeschwindigkeit, die durch die Dreh- oder Wirbelzerstäubungsluftbewegung möglich ist, das Muster im Durchmesser um etwa das Dreifache zwischen dem ungeladenen und geladenen Zustand vergrößert wird, wie es bereits im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 beschrieben wird.

Während in der vorhergehenden Beschreibung grundsätzlich die Luft als Zerstäubungsmittel genannt wurde, ist es selbstverständlich, daß man auch andere bekannte Zerstäubungsgase, wie Dampf oder Stickstoff, an Stelle von Druckluft verwenden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Überziehen von Gegenständen mit einem zerstäubten flüssigen Überzugsmaterial in einem elektrostatischen Feld zwischen dem Gegenstand und einer an der Vorrichtung angebrachten Nadelelektrode, wobei das Überzugsmaterial parallel zur Nadelelektrode austritt und Luftdüsen für die Zerstäubungsluft vorgesehen sind, welche auf die Spitze der Nadelelektrode zeigen, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelelemente(40, 41) zur Verwirbelung der Zerstäubungsluft vorgesehen sind und die Luftdüsen (42, 50) tangential zur Nadelelektrode (17,28) gerichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüsen (42) zueinander einen Konvergenzwinkel (α) von 15° aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen