DE1577874A1

DE1577874A1 - Einrichtung zum elektrostatischen Niederschlagen von fluessigem UEberzugsmaterial auf eine Unterlage

Info

Publication number: DE1577874A1
Application number: DE19631577874
Authority: DE
Inventors: Oesterle Dr-Ing Kurt M
Original assignee: OESTERLE DR ING KURT M
Current assignee: OESTERLE DR ING KURT M
Priority date: 1962-07-17
Filing date: 1963-06-21
Publication date: 1969-07-31
Also published as: BE634983A; GB1005621A; CH400853A; NL295314A; LU43992A1

Description

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Dr.-Ing. Kurt M. Pester Ie. Küsnacht (Zürich,

Schweiz)«

Einrichtung zum elektrostatischen Niederschlagen von flüssigem Ueberzugsmaterial auf eine Unterlage.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum elektrostatischen Niederschlagen von Ueberzugsmaterial auf eine Unterlage mit einer Sprühvorrichtung und mit Mitteln zur Erzeugung eines elektrostatischen Feldes zwischen Sprüh* vorrichtung und Unterlage, Es ist bekannt flüssiges Ueberzugsmaterial durch kombinierte mechanische und elektrostatische Wirkung zu versprühen und auf die zu überziehende Unterlage niederzuschlagen. Die hierzu verwendeten mechanischen Mittel sind entweder Düsen mittels welchen ein Strahl fein verteilter Partikel erzeugt werden kann, der sich durch elektrostatische Jeldwirkung in der zur Beaufschlagung der •Unterlage geeigneten Weise steuern lässt, oder rotierende Sprühkantenorgane, mittels welchen ein Nebel fein verteilter

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Partikel erzeugt werden kann, der eich durch elektrostatische Feldwirkung zur Unterlage hin führen lässt. Beide bekannten Einrichtungen besitzen Vor- und Nachteile. So kann mittels einer.Düse relativ viel Material pro Zeiteinheit versprüht und in relativ konzentrierter Form auf den zu überziehenden Gegenstand transportiert werden \ insbesondere Hohlkörper mit grösseren, annähernd parallel zur Strahlrichtung liegenden Flächen lassen sich mittels Düsen gut überziehen. Grössere, ebene Flächen dagegen lassen sich zufolge der konzentrierten Bündelung eines Düsenstrahls nur schwer gleichmässig beaufschlagen, da eine Steuerung der feinen relativ hohe kinetische Energie aufweisenden Strahlpartikel durch das elektrostatische Feld nur in geringem Masse möglich ist. Auch kann mittels einer Düse ein relativ hoch liegendes Minimum an Materialaustritt pro Zeiteinheit nicht unterschritten werden. Düsen eignen sich somit weniger gut für das gleichmässige Ueberziehen grösserer Flächen. Rotierende Sprühkantenorgane lassen sich auf sehr kleine Zerstäubungsmengen herunter regulieren und ergeben einen äusserst feinen Nebel von relativ · geringer eigener Bewegungsenergie, der sich mittels des elektrostatischen Feldes leicht beeinflussen lässt, was zu besonders gleichmässigen UeberzÜgen führt*· solange es sich um relativ flache Unterlagen handeltj das Ueberziehen von Hohlraumflächen lässt sich jedoch mit solchen Organen zufolge der geringen Partikelkonzentration im Nebel und zufolge der ge-

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ringen Eigengeschwindigkeit und somit Tiefenwirkung des Nebels nur schwer in genügender Dicke beaufschlagen; der hier auf das elektrostatische Feld angewiesene Transport der Partikel in solche als Faraday'sehe Käfige wirkende Hohlräume hinein ergibt in den wenigsten- Fällen ein einwandfreies Resultat» '

Die-, oben genannten Verhältnisse bringen es mit sich, dass in Betrieben mit stark unterschiedlichen zu überziehenden Gegenständen verschiedene Anlagen vorhanden sein müssen. Sollen kompliziertere Gegenstände mit ebenen Flächen und Hohlräumen überzogen werden so sind bis heute keine Einrichtungen bekannt, welche den sich widersprechenden Forderungen von grossflächiger gleichmässiger Partikelverteilung für die ebenen Flächen"und von gebündelter Tiefenwirkung für Hohlräume gleichzeitig gerecht werden, ;Srst die vorliegende Erfindung bringt sine Lösung für dieses Problem.

Zu diesem Zweck besitzt die erfindungsgemässe Einrichtung ein Strahlsprühorgan und mindestens ein diesem in Strahlriehtung nachgeordnetes, rotierendes Kantensprühorgan mit einer eine zentrale Oeffnung begrenzenden, durch das Strahlsprühorgan beaufsehlagbaren Auffangfläche, die mit einer Sprühkante in Verbindung steht, wobei Mittel zur Aenderung des Verhältnisses der Beaufschlagung der Auffangfläche zur Beaufschlagung der zentralen Oeffnung des Kanten-

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sprühorgans durch das Strahlsprühorgan vorgesehen sind.

^: Mit der erfindungsgemässen Einrichtung ist es möglich, Gegenstände, die z.B. einen zentralen, tiefen Hohlraum und mehr oder weniger .ebene, grosse .Randflächen aufweisen, einwandfrei gleichförmig in einem Arbeitsgang zu überziehen. Je nach Einstellung kann auch z.B. eine stärkere Beschichtung der Hohlraurnflachen oder der Randflächen erzielt werden, wobei zu beachten ist, dass das Strahlsprüh-

organ einerseits in direkter Beaufschlagung durch die zentrale Ceffnung des Kantensprühorgans hindurch Ueberzugmaterial für die Hohlraumf'lachen liefert und anderseits indirekt durch Beaufschlagung der Auffangfläche des Kantensprühorgans das letztere mit Sprühmaterial beliefert, das seinerseits dieses Material zur Beaufschlagung der Randflachen des Gegenstandes versprüht. Die Einrichtung lässt sich für Extremfälle auch so einstellen, dass alles vom Strahlsprühorgan geförderte Material entweder praktisch ausschliesslich durch die zentrale Oeffnung des Kantensprühorgans hindurch direkt zum Gegenstand transportiert wird oder praktisch ausschliesslich über-die Auffangfläche des Kantensprühoi'gans zu doesan Sprühkante und von dort auf den Gegenstand gelangt, .

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In der beiliegenden Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt}-- es zeigt ί ...'-■- .

Fig.«' 1 - 4 im Axialschnitt je ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung,

Flg., ■ 5 und 5a im Axialschnitt bzw, in Frontansicht ein weiteres Beispiel,

Fig. 6 und 6a im Axialschnitt bzv/. in Frontansicht eine Variante des Beispiels nach Fig. 5 und 5a,

Fig. 7 und 8 im Axialschnitt je eine DetailVariante des Kantensprühorgans, ' .. ■

Fig. 9 im Axialschnitt ein kombiniertes Kantensprühorgan zur Verwendung in einer erfindungsgemässen Einrichtung,

Fig. 10 schematisch in Seitenansicht eine Einrichtung nach der Erfindung im. Betrieb,

·.-■... Fig. 11 die Materialverteilung des durch eine erfindungsgemässe Einrichtung auf einer ebenen Platte erzielbaren lieberzugs, und

Fig. 11a die mittels einer rotierenden Sprühscheibe allein erreichbare Materialverteilung des Ueberzugs

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einer ebenen Platte,

. ; Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist an dem

einen Frontende des Zufuhrrohres 1 für das flüssige Ueber-

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zugsmaterial, z.B. Lack, eine Sprühdüse 2 angeordnet. Vor der Sprühdüse 2 und koaxial zu dieser ist eine Ringscheibe 3 vorgesehen, die einen gegen die Düse 2 hin ausgebogenen, eine zentrale Durchlassöffnung 4 begrenzenden inneren Bördelrand 3a besitzt. Mittels radialen Streben 5a ist im Zentrum der Oeffnung 4 ein Leitkonus 5 festgehalten. An der Ringscheibe 3 ist ein die Düse 2 und den anschliessenden Endteil .des Rohres 1 koaxial umschliessender Abschirmkonus 6 befestigt. Die Teile 3, 6 sind in nicht gezeichneter Weise drehbar und axial verschiebbar, z.B. auf dem Rohr 1 gelagert und stehen mit einem Elektromotor in Antriebsverbindung, Unmittelbar vor der Anschlusstelle des Konus 6 sind in der Ringscheibe 3 Oeffnungen 7 vorgesehen, während der ausserhalb dieser Oeffnungen liegende und radial über den Konus 6 hinausragende Seheibenrand an seiner vom Konus 6 abgekehrten Frontseite einen Belag 8 aus elektrisch leitendem Material trägt, der in einer ringförmigen Sprühkante 9 endet. Beim Betrieb der beschriebenen Einrichtung wird zwischen dem Belag 8 und dem zu überziehenden Gegenstand eine das die Sprühvorrichtung verlassende Material zum Gegenstand transportierende Potentialdifferenz erzeugt. Aus der Düse 2 tritt ein konischer Partikelstrahl aus und gelangt je nach axialem Abstand der Scheibe 3 von der Düse 2 zum Teil direkt durch die zentrale Scheibenöffnung 4 hindurch auf den zentralen, z,B. durch eine Vertiefung gebildeten Teil des Gegenstandes, zum Teil auf die Innenfläche der ro-

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tierenden Ringscheibe 3. Der. zentrale Konus 5 verhindert, dass ausserhalb der Scheibe 3 ein eventuell zu konzentrierter Strahlkern entsteht. Der von der inneren Auffangfläche der Scheibe 3 aufgefangene Strahlteil gelangt durch Zentrifugalkraftwirkung radial nach aussen, wo der sich bildende Film durch die Oeffnungeh 7 hindurch auf den Belag 8 hinausgetrie* ben wird, von dessen Sprühkante 9 das Ueberzugsmaterial als feiner Nebel absprüht und durch das zwischen Belag 8 und Gegenstand erzeugte elektrostatische Feld zu den Randteilen des Gegenstandes transportiert wird,Da der Düsenstrahl der üblicherweise einen Hohlkegel bildet, einen vorbestimmten Oeffnungswinkel aufweist, nimmt der von der Auffangfläche der Scheibe 3 aufgefangene Strahlanteil mit zunehmendem Abstand der Scheibe von der Düse zu und umgekehrt« Durch Verändern des gegenseitigen AbStandes voft Düse und Ringscheibe lässt sich deshalb das Verhältnis der Beaufschlagung der Scheibe zur Beaufschlagung der Oeffnung 4 durch die Düse 2 beliebig einstellen.

Beim Beispiel nach Fig« g ist die Ringscheibe 3 mit einem etwas grdsseren inneren Bördelrand 3b versehen, besitzt dagegen keinen zentralen Konus 5» Ferner ist das Käntensprühorgan 3,6 hier bezüglich der Düse 2 axial feststehend angeordnet. Um auch in diesem «Fall das Beaufschla^iigs* verhältnis für Auffangflache und zentraler Oeffnung der Ringscheibe 3 verändern zu können, ist eine im Strahlbereich der

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Düse 2 liegende, einstellbare Lochblende 10 vorgesehen, Im übrigen sind Ausbildung und Wirkungsweise gleich wie beim erstbeschriebenen Beispiel,

Das.in Fig. 3 gezeigte Beispiel unterscheidet sich von jenem nach Fig. 1 ausser durch das Fehlen des zentralen Konus durch das Fehlen eines inneren Bördelrandes; die Wirkungsweise dieser Einrichtung bleibt aber grundsätzlich unverändert,

Während bei den vorangehend beschriebenen Beispielen angenommen wurde, das Kantensprühorgan 3,6 sei drehbar und axial verschiebbar auf dem koaxialen Zuführrohr 1 gelagertj ist beim Beispiel nach FIg₀ 4 der Konus '6 und die mit ihm verbundene Scheibe 3 an einem achsialen Schaft 13 befestigt^ der in nicht gezeichneter V/eise fliegend in einem Drehlager abgestützt ist„ Das Zuführrohr 1.1 ist in diesem Fall achsparallel in die durch den Abschirmkonus 6 gebildete Kammer eingeführt und die Düse 12 ist leicht gegen die Scheibenöffnung 4 hin geneigt. Zur Veränderung des Beaufschlagung sVerhältnisses für Auffangfläche und zentrale Oeffnung der Ringscheibe 3 ist auch.hier das Kantensprühorgan 3,6 relativ zur Düse 12 achsial verschiebbar.

Bei den vorangehend beschriebenen Beispielen ist eine glatte, kreisförmige Absprühkarite 9 vorgesehen. Beim Beispiel nach den Fig, 5,5a (das im übrigen der Ausführung nach Fig. 1 gleicht) ist der Rand der Ringscheibe 3 durch

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radiale Einschnitte und Ausbiegen der entstandenen Zungen mit Randschaufeln 14 versehen» Durch Löcher 7a im Konus 6 gelangt Sprühgut durch die Ausschnitte des Scheibenrandes auf die Randschaufeln 14 und wird von deren Umfangskante 9a abgesprüht. Bei rotierender Scheibe 3 wird durch die Schaufeln 14~ein Luftzug erzeugt, der verhindert, dass in den eigentlichen Sprühraum zwischen Scheibe und Gegenstand von aussen Luft eindringen kann, welche Lacknebel aus diesem Sprühraum heraustragen könnte.

Eine Variante des vorangehend beschriebenen Beispiels ist in den Fig. 6 und 6a gezeigt. Hier ist der Scheibenrand mit Zacken 15 ungleicher Länge versehen, die nach vorn gebogen sind und dadurch eine ähnliche Wirkung wie die vorerwähnten Schaufeln 14 ausüben können. Auch hier gelangt Sprühgut durch Oeffnungen 7a im Konus 6 auf die Rückseite der Zähne 15 und wird von deren Kants abgesprüht,

■ ■■;.- In den Fig. 7 und 8 sind noch zwei Detailvarianten des Kantensprühorgans 6, 3 dargestellt. Gemäss Fig. 7 ist der Aussenrand 16 der Scheibe 3 konisch nach hinten gebagen und seine Sprühkante 9 wird durch Oeffnungen 7a im Konus 6 von hinten her beaufschlagt» Demgegenüber ist der Aussenrand 17 der Scheibe 3 leicht nach vorn gebördelt, wobei seine Sprühkante 9 sowohl von vorn durch "die Scheibenöffnijngen 7 hindurch als auch von hinten durch die Konusöffnungen 7a hindurch mit Sprühgut beaufschlagt wird.

Es hat sich gezeigt, dass mittels eines rotieren-

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den Kantensprühorgans bestimmter Grosse nur eine bßstimmte maximale Sprühgutmenge einwandfrei versprüht werden kann. In vielen Fällen ist daher die Kapazität der ßinrichtung durch das maximale Absprühvennögen des Kantensprühorgans begrenzt, während die Sprühdüse eine bedeutend grossere Kapazität gestatten würde. Dieser Nachteil kann dadurch behoben werden, dass zwei oder mehrere Kantensprühorgane dem Düsensprühorgan zugeordnet werden. Pig, 9 zeigt ein solches aus drei koaxialen Sprühscheiben 18, 19, 20 zusammengesetztes Kantensprühorgan. Die drei Scheiben sind durch Streben 21 fest miteinander verbunden. Die Scheiben besitzen unterschiedliche zantra-Ie Oeffnungen 4a, 4b, 4c mit von innen nach aussen abnehmendem Durchmesser, Auch die Scheibenränder mit ihren Sprühkanten sind unterschiedlich geformt. Je nach axialer Relativlage zwischen Düse (nicht gezeichnet) und Scheibenpaket 18,19, 20 werden eine, zwei oder alle 3 Scheiben mit Sprühgut aus der Düse beaufschlagt und entsprechend gross ist auch die vom Scheibenpaket gesamthaft abgesprühte Sprühgutmenge, , In Fig. 10 ist schematisch eine Sprühvorrichtung der vorbeschriebsnen Art zur Beaufschlagung eines Gegenstan- ■ des 23 dargestellt, der eine relativ grosse zentrale Vertiefung und ebene, relativ grosse Randflächen aufweist« Die Einstellung der Sprühvorrichtung wird dabei so gewählt, dass ein Teil des von der Sprühdüse der Vorrichtung geförderten Gutes direkt den die Vertiefung begrenzenden Flächen des

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Gegenstandes zugeführt wird (ausgezogene Linien a) während ein anderer Teil dieses Sprühgutes vorn Kantensprühorgan unter Mitwirkung des elektrostatischen Feldes zu den Randflächen des Gegenstandes gelangt (gestrichelte Linien b). In Fig. 11 ist die Wirkung dieser Vorrichtung 22 auf eine ebene Auffangfläche dargestelltj daraus ist ersichtlich, dass der von der Düse der Vorrichtung-direkt gelieferte Anteil des Sprühgute.s gross genug ist um die relativ grossen, vertieften Flächen des Gegenstandes einwandfrei zu überziehen, dass aber auch der vom Kantensprühorgan gelieferte Anteil genügtj um gleichseitig eine einwandfreie Beschichtung der* Randflächen zu bewirken» Als Vergleich ist in Pig» 11a die Wirkung eines Kantensprühorgans allein dargestelltes ist daraus ohne weiteres-su. entnehmen, dass die besprühte MitteIsoae nicht ge«-. ■nügexid Material aufweist₉- lam bsi siaer grösserea zentralen Vertiefung des Gegenstandes eis© einwandfreie Beschichtung sm gewährleiste^,, - , ;

Zusätzlich oder an Stelle des zwischen Belag 8 des Kantensprühorgans und dem 2U überziehenden Gegenstand erzeugten elektrostatischen Feldes kann ein solches Feld auch mittels aüsserhalb des Sprühorgans liegender Elektroden, eventuell auch unter Mitviirkung von Elektroden auf der der Sprühvorrichtung abgekehrten Seite des Gegenstandes erzeugt werden. Auch der Düse selbst kann ein vom Potential des Belags 8 verschiedenes Potential gegeben und damit die Aufla-

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Claims

dung der die Düse verlassenden Partikel beeinflusst werden. Anstatt mittels einer Blende oder durch relatives Axialverschiebe η von Düse und Kantensprühorgan kann die Beaufschlagung der letzteren durch Aenderung des Strahlkonusses der Düse verändert werden.

Pa te η ta η s ρ r ü ch e :

1» Einrichtung zum elektrostatischen Niederschlagen von üeberzugsmaterial auf eine Unterlage mit einer Sprühvorrichtung und mit Mitteln zur Erzeugung eines elektrostatischen Feldes zwischen Sprühvorrichtung und Unterlage, gekennzeichnet durch ein Strahlsprühorgan und mindestens ein diesem in Strahlrichtung nachgeordnetes, rotierendes Kantensprühorgan mit einer eine zentrale Oeffnung begrenzenden, durch das Strahlsprühorgan beaufschlagbaren Auffangfläche die mit einer Sprühkante in Verbindung steht, wobei Mittel zur Aenderung des .Verhältnisses der Beaufschlagung der Auffangfläche zur Beaufschlagung der zentralen Oeffnung des Kantensprühorgans durch das Strahlsprühorgan vorgesehen sind,

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2, Einrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass das StrahlSprühorgan eine Zerstäuberdüse (2) ist, dem mindestens ein Zerstäuberringorgan (3) mit ausserer Absprühkante (9) nachgeordnet ist, das am weiteren Ende eines die Düse mit Abstand umschliessenden Abschirmkonus (6) befestigt und zusammen mit diesem um seine Achse drehbar gelagert ist, wobei die aus diesen Teilen (3 und 6) gebildete Einheit Oeffnungen (7,7a) für den Durchtritt von Sprühgut von der der Düse (2) zugekehrten Ringorganfläche nach der durch den äusseren Ringrand gebildeten Absprühkante (9) aufweist,

3, Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (2) koaxial zum rotierenden Kantensprühorgan (3,6) angeordnet ist.

4, Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsb (12) ausserhalb der Achse des von einem achsialen Schaft (13) getragenen Kantensprühorgans (3,6) angeordnet ist.

5, Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlsprühorgan (2, bzw. 12) und Kantensprühorgan (3 buw. 18,19,20) in Strahlrichtung relativ zueinander verschiebbar sind.

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6, Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absprühkante (9) des Kantensprühorgahs.(3) eine in sich geschlossene Ringkante ist.

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7, Einrichtung nach den Ansprüchen 1,2 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Absprühkante (9a) des Kantensprühorgans (3) durch die Aussenkanten von am Umfang dieses Organs ausgeschnittenen und schaufeiförmig verdrehten Zungen (14) gebildet ist.

8, Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2> 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Absprühkante des' Kantensprühorgans (3) durch die Aussenkanten von am Umfang dieses Organs ausgeschnittenen Spitzen (15) gebildet ist,

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Düse (2) als liantensprühorgan mindestens eine Ringscheibe (3) (bzw. 18,19,20) mit gegen die Düse (2) hin aufgebördeitern Innonrand (3a bzw, 3b) zugeordnet ist,

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zueinander koaxiale und miteinander fest verbundene Ringscheiben (18,19,20) mit unterschiedlichen Hittelöffnungen (4a,4b,4c) und Durchmessern · vorgesehen sind, wobei die Ringscheibe (18) mit grosstem Durchmesser und grösster Kittelöffnung (4a) zugekehrt ist.

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