DE2065699C3 - Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit pulverförmigem Beschichtungsmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit pulverförmigem Beschichtungsmaterial, bestehend aus einem Rohr aus elektrisch isolierendem Material, durch das eine vom Rohrquerschnitt bestimmte Strömung eines Treibgas-Beschichtungsmaterial-Gemisches von einer Einlaßöffnung zu einem an der Auslaßöffnung angeordneten Zerstäuber geführt wird, und aus mehr als einer darin angeordneten, auf unterschiedlichem Potential liegenden und zur elektrostatischen Aufladung des Pulvers dienenden Elektroden.

Eine derartige Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen ist durch die FR-PS 23451 bekannt. Bei einer Ausführungsform dieser bekannten Vorrichtung ist eine ringförmig ausgebildete Elektrode mit ihrer in das Rohrinnere vorstehenden Fläche schräg zur Achsrichtung gegen eine an der Düse als Ringkörper ausgebildete und auf Erdpotential gelegte Gegenelektrode gerichtet. Um ein ausreichend starkes Transportfeld zu erhalten, ist an der Stirnseite des diese Elektrode tragenden Rohrs aus isolierendem Material eine weitere ringförmige Sprühelektrode vorgesehen, die auf höheres Potential als die erstgenannte Ringelektrode gelegt werden kann, jedoch nicht in das Rohrinnere hineinragt, sondern auf das zu beschichtende Objekt gerichtet ist.

Der Transport des elektrostatisch aufgeladenen Pulvers zum Objekt wird durch das elektrostatische Feld dieser Hilfselektrode zwar unterstützt es besteht aber die Gefahr, daß es bei einer ungewollten Unterschreitung des je nach zu beschichtender Objektgröße einzustellenden Abstandes zwischen der Hilfselektrode und dem Objekt zu Funkenüberschlägen und hierdurch hervorgerufene Verpuffungen kommer kann, wobei zu berücksichtigen ist, daß sich die Funkenüberschlagsstrecke durch die Pulverströmung im Vergleich

ίο zu der in freier Atmosphäre verringert

Durch die Anordnung nur einer in das Rohrinnere hineinragenden Elektrode und der zur Erhaltung des Transportfeldes dienenden, gegen das Objekt gerichteten Hilfselektrode wird bei der durch die FR-PS 12 23 451 bekannten Vorrichtung das Pulver nicht in dem Maße aufgeladen, daß ein hoher Abscheidungsgrad des Pulvers am Objekt zu erwarten ist Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Treibgas-Beschichtungsmaterial-Gemisch pro Wegeinheit zwischen zwei Elektroden nur eine begrenzte elektrostatische Ladung aufzunehmen vermag. Eine zu gringe Aufladung führt zu einer Minderung der Haftfähigkeit des Pulvers an dem zu beschichtenden Objekt
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hohe, durch die Anlage optimale elektrostatische Aufladung des Beschichtungsmaterials zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektroden als radial in das Rohrinnere ragende Spitzenelektroden ausgebildet, jeweils in Ein- oder Mehrfachanordnung eine Ebene gleichen Potentials bildend, über die gesamte Rohrlänge verteilt angeordnet sind, daß die in Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Elektrodenebenen zunehmendes Potential aufweisen, und daß die Elektroden der einzelnen Ebenen jeweils an eine das unterschiedliche Potential erzeugende, räumlich an das Rohr angepaßte Schaltungsanordnung angeschlossen sind.

Durch die Ausbildung der Elektroden als Spitzenelektroden wird erreicht, daß diese gute Sprüheigenschaften besitzen und an ihnen starke Koronaentladungen auftreten, daß aber auch andererseits dieser Elektrodentyp für die Strömung eine kleine Querschnittsfläche aufweist, so daß zu Pulverablagerungen führende Toträume weitgehend vermieden werden.

Dadurch, daß die in Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Elektrodenebenen zunehmendes Potential aufweisen, wird ein über die gesamte Elektrodenstrecke im wesentlichen gleichmäßiger Feldverlauf erzielt. Durch die Verteilung der Elektroden über die gesamte Rohrlänge nimmt das Beschichtungsmaterial zwischen jeweils zwei Elektroden nur soviel elektrostatische Ladung auf, wie es aufzunehmen vermag, ist am Ende der Elektrodenstrecke insgesamt aber so hoch aufgeladen, daß sich der gewünschte hohe Abscheidungsgrad des Pulvers am Objekt einstellt. Durch die in Strömungsrichtung zunehmende Aufladung der Pulverpartikel werden an diesen Raumladungseffekte herbeigeführt, die bei Zusammenstößen zwischen unterschiedlich stark aufgeladenen Pulverpartikeln Ladungsum-Schichtungen zur Folge haben, wobei die stark geladenen Partikel Ladung an weniger stark geladene oder neutrale Partikel verlieren. Derartige Zusammenstöße, die, verbunden mit Richtungsänderungen, durch eine gewisse Turbulenz der Strömung begünstigt werden, haben zur Folge, daß auf dem verhältnismäßig langen Weg zwischen Einlaßöffnungen und Zerstäuber alle Pulverpartikel in die engen wirksamen Bereiche der Spitzenelektroden gelangen, wobei die Wahrscheinlich-

keil» daß schwächer aufgeladene Partikel beim Passieren einer Spitzenelektrode aufgeladen werden, mit der Anzahl der verwendeten Spitzenelektroden wächst

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektroden der verschiedenen Ebenen in Umfangsrichtung um einen bestimmten Winkel zueinander versetzt angeordnet. Hierdurch wird der Abstand zwischen zwei Elektroden unterschiedlichen Potentials vergrößert, ohne die Elektrodenebenen weiter auseinander legen zu müssen. Durch diese Abstandsvergrößerung wird wiederum so viel Zeit gewonnen, daß zwischen den einzelnen aufeinanderfolgenden Elektrodenebenen Ladungsumschichtungen und Ausgleichsvorgänge in ausreichendem Maße stattfinden können.

Um eine gedrängte Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erreichen, ist die Schaltungsanordnung, welche die unterschiedlichen Potentiale erzeugt und an die die Elektroden der einzelnen Ebenen angeschlossen sind, räumlich an das Rohr angepaßt, indem diese Schaltungsanordnung entweder eine Spannungsvervielfacherkaskade oder ein ohmscher Spannungsteiler ist.

Ein in der Beschreibung näher erläutertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten nach der Erfindung ist in den Zeichnungen wiedergegeben. Es zeigt F i g. 1 eine Handspritzpistole im Längsschnitt;

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Handspritzpistole nach Fig. 1;

Fig. 3 die räumlich an das Rohr angepaßte Schaltungsanordnung als Spannungsvervielfacherkaskade mit transistoriertem Spannungswandler;

Fig. 4 die räumlich an das Rohr angepaßte Schaltungsanordnung als Spannungsteiler;

Fig.5 schematisch eine Handspritzpistole mit angebautem Vorratsbehälter für das Beschichtungsmaterial.

Wie Fig. 1 und 2 zeigt, sind in ein Rohr 7 aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise Kunststoff, zwei Reihen spitzenförmiger Elektroden 1 ... 6 und Xa ... 6a so eingesetzt, daß ihre Spitzen radial zur Rohrachse weisen und etwas über die Innenwand vorstehen. Die Elektroden jeder Reihe sind auf einer sich um den Rohrmantel windenden Schraubenlinie angeordnet. Jede Elektrode ist an einer Stufe einer Spannungsvervielfacherkaskade aus Dioden 8 und Kondensatoren 9 angeschlossen. Die Dioden und Kondensatoren der Kaskade sind außen am Isolationsrohr angeordnet. Die Vervielfacherkaskade mit den Elektroden ist schematisch in F i g. 3 gezeigt. Die erste Elektrode 1 der einen Reihe ist über eine Leitung 10 mit einem Übertrager 11 verbunden, welcher in Ringform ausgebildet und am einem Ende des Rohres koaxial angeordnet ist. An dieses Rohrende kann ein Schlauch 33 zur Zuführung eines Treibgas-Beschich'ungsmaterial-Gemisches angeschlossen werden. Das Rohr 7 mit den Dioden 8 und den Kondensatoren 9 ist zu einem pistolenförmigen Körper 20 aus elektrisch isolierendem Kunststoff vergossen, so daß kein spannungsführender Teil von außen berührt werden kann. Am Pistolenkörper 20 ist ein aus einem elektrisch leitenden Material, z. B. Aluminium, bestehendes und in Form eines Pistolengriffes 17ausgebildet;r, Gehäuses befestigt.

Wie Fig.3 zeigt, ist an den Übertrager 11 ein transistorisierter Spannungswandler bekannter Bauart angeschlossen. Die Schaltungselemente dieses Spannungswandlers, d. h. die Transistoren 12, 13, die Festwiderstände 14 und 15 und der Regelwiderstand 16 sind im Pistolengriff 17 angeordnet, welcher zudem über einen über einen Abzugshebel 18 betätigbaren Schalter 19 zum Ein- und Ausschalten des Spannungswandlers enthält. Dem Spannungswandler ist über ein Niederspannungskabel 34 und dem Schalter 19 Gleichspannung aus einer 12-Volt-Batterie zugeführt

An das vordere Ende des Pistolenkörpers 20 ist ein Zerstäuber 35 angesetzt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Zerstäuber 35 aus einem Rohr 36 aus elektrisch isolierendem Material und einem vor dessen Austrittsöffnung 21 angeordneten und auf einer Stange 24 befestigten Prallkörper 23. Die Stange 24 und der Prallkörper 23 bestehen aus elektrisch isolierendem Material wie Kunststoff, und können als ein Teil hergestellt sein. Die Stange 24 ist auf Führungen 25 und 26 abgestützt. An der einen Führung 26 ist eine Saite 27 befestigt, die mit einer Schubstange 28 verbunden ist. Die Saite 27 und die Schubstange 28 sind in entsprechenden Kanälen bzw. Bohrungen im Pistolenkörper 20 untergebracht. Durch Verschieben der Schubstange 28 kann der Prallkörper 23 in bezug auf die Austrittsöffnung 21 des Zerstäuberrohres 36 in axialer Richtung verschoben werden, wodurch der öffnungswinkel des Sprühkegels vergrößert bzw. verkleinert wird.

Im Bereich der Austrittsöffnung 21 ist im Zerstäuberrohr 36 eine ringförmige Feldelektrode 22 z. B. aus einem dünnen Draht so eingebettet, daß sie allseitig von Isolationsmaterial umgeben ist. Die Feldelektrode 22 ist durch einen Leiter 37 mit der letzten Stufe der Vervielfacherkaskade verbunden. Statt dieser ringförmigen Feldelektrode können beispielsweise auch Spitzenelektroden verwendet werden, oder es kann an der Stirnseite des Prallkörpers eine beispielsweise in Form einer Spitze ausgebildete Feldelektrode vorgesehen sein, welche über einen in der Stange 24 liegenden Leiter und eine der Führungen 24 oder 26 mit dem Leiter 37 verbunden ist. Teile der Feldelektrode, vorzugsweise punkt- oder linienförmige Bereiche derselben können auch nach außen hin frei liegen. Durch diese Feldelektrode wird ein zusätzliches elektrostatisches Hochspannungsfeld zwischen Zerstäuber 35 und zu beschichtendem Gegenstand aufrechterhalten, wodurch die Leistungsfähigkeit der Spritzpistole erhöht wird.

Anstelle dieses Prallkörperzerstäubers können auch Zerstäuberdüsen aus Kunststoff mit verschieden geformter Austrittsöffnung verwendet werden. Zweckmäßig ist, einen Satz solcher verschiedener Zerstäuber vorzusehen und diese Zerstäuber auswechselbar zu gestalten, so daß die Spritzpistole dem jeweils benutzten Beschichtungsmaterial optimal angepaßt werden kann. Für leicht brennbares Material werden dann Zerstäuber verwendet, die überhaupt keine Feldelektrode tragen, für weniger leicht brennbares Material Zerstäuber, deren Feldelektrode zur Gänze in Isolationsmaterial eingebettet ist und für schwer brennbares Material Zerstäuber mit zum Teil frei liegender Feldelektrode.

Anstelle einer Spannungsvervielfacherkaskade kann auch, wie in Fig.4 schematisch gezeigt, ein aus einer Kette von Widerständen 29 bestehender ohmscher Spannungsteiler verwendet werden, welcher an einem Ende geerdet und am anderen Ende an einen Pol eines außerhalb der Pistole angeordneten Hochspannungsgenerator 38 angeschlossen ist. Die Widerstände 29 des Spannungsteilers sind wiederum am Mantel des Isolationsrohres 7 angeordnet und vergossen.

Die Spannungsteiler-Widerstände können auch als Ringe ausgebildet sein, welche auf das Isolationsrohr

aufgeschoben werden.

Statt der einzelnen Widerstandsringe kann auch ein rohrförmiger hochohmiger Widerstand benutzt werden, in welchen die Elektrodenspitzen 1 ... 6a eingesetzt sind.

Eine besond.rs bewegliche Handspritzpistole zeigt schematisch F i g. 5. Auf der Pistole der Fig.! ist zusätzlich ein Vorratsbehälter 30 für das Beschichtungsmaterial befestigt, dessen unterer Teil trichterförmig ausgebildet ist und in eine regelbare pneumatische Fördereinrichtung 32 mit einem Diffusor 31 bekannter Bauart mündet. Die Fördereinrichtung 32 ist über einen Schlauch 39 mit einer Preßluftflasche verbunden, und der im Pistolengriff befindliche Spannungswandler ist durch das Niederspannungskabel 34 an eine Batterie angeschlossen. Die Preßluftflasche und die Batterie können vom Benutzer der Handspritzpistole selbst getragen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit pulverförmigen BeschichtungEmaterialbestehend aus einem Rohr aus elektrisch isolierendem Material, durch das eine vom Rohrquerschnitt bestimmte Strömung eines Treibgas-Beschichtungsmateriai-Gemisches von einer Einlaßöffnung zu einem an der Auslaßöffnung angeordneten Zerstäuber geführt wird, und aus mehr als einer darin angeordneten, auf unterschiedlichem Potential liegenden und zur elektrostatischen Aufladung des Pulvers dienenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, la, 2, 2a ... 6a) als radial in das Rohrinnere ragende Spitzenelektroden ausgebildet, jeweils in Ein- oder Mehrfachanordnung eine Ebene gleichen Potentials bildend, über die gesamte Rohrlänge verteilt angeordnet sind, daß die in Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Elektrodenebenen zunehmendes Potential aufweisen, und daß die Elektroden dar einzelnen Ebenen jeweils an eine das unterschiedliche Potential erzeugende, räumlich an das Rohr angepaßte Schaltungsanordnung angeschlossen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der verschiedenen Ebenen in Umfangsrichtung um einen bestimmten Winkel zueinander versetzt angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die räumlich an das Rohr angepaßte Schaltungsanordnung eine Spannungsvervielfacherkaskade ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die räumlich an das Rohr angepaßte Schaltungsanordnung ein ohmscher Spannungsteiler ist.