DE1027113B - Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Zerstaeuben und Niederschlagen von UEberzugsmaterial - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In der Technik wird vielfach die Aufgabe gestellt, Flüssigkeiten oder auch feinpulvrige Stoffe in Form eines Überzuges auf die Oberfläche von Gegenständen niederzuschlagen. Als Beispiel sei die Aufbringung von Färb- oder Isolierlacken genannt.

Man verwendet heute zum Zerstäuben noch weitgehend mit Preßluft betriebene Spritzpistolen der verschiedensten Bauarten. Die mechanisch beschleunigten Nebeltröpfchen, die von einer solchen Spritzpistole erzeugt werden, treffen aber nur zum Teil auf die Werkstücke auf, und ein großer Teil geht verloren. Um die Lackverluste herabzusetzen, bedient man sich seit einiger Zeit sogenannter elektrostatischer Spritzverfahren, bei denen das zerstäubte Überzugsmaterial mit Unterstützung elektrischer Anziehungskräfte auf die zu überziehende Oberfläche niedergeschlagen wird. Man hat sich auch schon der Zerstäubungswirkung eines stark inhomogenen, kräftigen elektrischen Feldes auf feste Körper, Pulver und Flüssigkeiten bedient. Der Vorteil der rein elektrischen Zerstäubung besteht unter anderem darin, daß keine Trägergasströmung das Niederschlagen der Partikel auf die Oberflächen behindert.

Die Erfindung besteht in einem A^erfahren zum elektrostatischen Zerstäuben und Niederschlagen von Überzugsmaterial, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zerstäubung mittels hoher elektrischer Wechsel- bzw. Hochfrequenzspannung oder pulsierender Gleichspannung erfolgt und daß der erzeugte Nebel oder Staub durch ein gegebenenfalls pulsierendes elektrisches Gleichspannungsfeld niedergeschlagen wird. Durch die Verwendung dieser verschiedenen elektrischen Felder, die in weiterer Ausbildung der Erfindung in einfacher Weise von ein und demselben Generator erzeugt werden können, wird eine besonders wirksame Zerstäubung und Niederschlagung ermöglicht.

Dadurch, daß die Niederschlagung nicht durch das gleiche Feld herbeigeführt wird, welches die Zerstäubung der Teilchen bewirkt, wird ferner noch erreicht, daß die Verteilung des niedergeschlagenen Materials aitf der zu überziehenden Oberfläche gleichmäßiger wird. Die Gestalt der Sprühkante, Sprühspitze oder Sprühdüse zeichnet sich-nicht mehr so scharf auf der Oberfläche des Gegenstandes ab, wie es bei Verfahren der Fall ist, die nur ein-einziges elektrisches Feld verwenden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sei an Hand der Fig. 1 und 2 beschrieben, In der Fig. 1 stellt 1 einen Austrittskanal beispielsweise für flüssiges Überzugsmaterial, wie etwa Lack, dar, welches über die Leitungen-2und 3 zugeführt wird. Der Querschnitt der Leitungen bzw. der Druck, unter dem die Flüssigkeit steht, sind z. B. so zu bemessen, daß Verfahren und Vorrichtung

zum elektrostatischen Zerstäuben

und Niederschlagen von Überzugsmaterial

Anmelder:

LICENTIA Patent -Verwaltungs - G. m. b. H., ίο Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dr. Berthold H. Daimler, Kassel-Bettenhausen,
ist als Erfinder genannt worden

ohne Hilfe der elektrischen Kräfte die Flüssigkeit nicht aus der Austrittsöffnung 4 des Austrittskanals 1 herausfließt. Bei größerem Lackverbrauch pro Spritzdüse kann die Dimensionierung aber auch so^ vorgenommen werden, daß der Lack von selber austropft oder ausfließt. Er wird dann "bei Anlegen der Spannungen ebenfalls zerstäubt. Eine der Austrittsstelle 4 zugeordnete, in diesem Beispiel ringförmige Hilfselektrode 5 wird durch eine Spannungsquelle 6 auf eine hohe Wechselspannung, etwa zwischen 10 und 100 Kilovolt, aufgeladen. Der andere Pol der Spannungsquelle 6 steht mit der in dem Leitungssystem 1, 2, 3 befindlichen Flüssigkeit in leitender Verbindung. Zweckmäßig ist es, die Wandungen des Leitungssystems aus Isolationsmaterial, beispielsweise aus Glas, herzustellen. In das Innere des Austrittskanals 1 wird eine Elektrode 7 eingeführt, welche mit dem genannten Pol der Spannungsquelle verbunden ist. Die Elektrode 7 weist nahe der Austrittsstelle 4 eine stark gekrümmte Oberfläche — beispielsweise eine Spitze oder Kante 8 — auf, die aber noch von der in dem Austrittskanal 1 anstehenden Flüssigkeit bedeckt 'ist. Diese Elektrode 7 kann auch in Wegfall kommen. Dann dient die Flüssigkeit selber als Elektrode.

Durch das zwischen den Elektroden 5 und 7 aufgebaute hochgespannte AVechselfeld wird die an der Austrittsstelle 4 befindliche Flüssigkeit zerstäubt, weil die Kraftlinien an der Spitze 8 der Elektrode 7 sehr stark konzentriert sind. Da die Polarität des Feldes ständig wechselt, werden die entstehenden Tröpfchen praktisch nicht in einer bevorzugten Richtung durch elektrostatische Anziehungskräfte bewegt, Erst durch Anlegen der Pole einer Gleichspannungsquelle 9 an das Werkstück 10 einerseits und an die Flüssigkeit bzw. an die darin befindliche Elektrode 7 oder an die Hilfselektrode 5 andererseits bekommen die Teilchen

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eineBeschleunigung in Richtung auf diezu überziehende Oberfläche des Werkstückes 10. Damit von dem Gleichspannungsfeld auf die Flüssigkeitströpfchen. Kräfte ausgeübt werden, müssen die Tröpfchen elektrisch geladen sein. Die Aufladung erfolgt einmal dadurch, daß die Flüssigkeit innerhalb des Austrittskanals mit der Elektrode 7 in Berührung steht, und zum anderen dadurch, daß an den Elektroden 7 bzw. 5 eine starke Korona-Entladung des Gleichspannungsfeldes stattfindet.

In der Fig. 2 ist in größerem Maßstab eine Sprühdüse von vorn gesehen dargestellt. Durch die Austrittsstelle 4, welche in diesem Beispiel einen langgestreckten, etwa rechteckigen Querschnitt aufweist, hindurch ist die scharfe Kante 8 der Sprühelektrode zu sehen, welche aber nicht zu sehen ist, wenn der Austrittskanal mit Flüssigkeit gefüllt ist. Die Flüssigkeitszufuhr erfolgt wieder über eine Leitung 2. Die Hilfselektrode 5 umgibt die Austrittsstelle und ist in ihrer Form dem Austrittsquerschnitt etwa angepaßt. Die Austrittsstelle kann beispielsweise auch einen runden Querschnitt besitzen.

In Fig. 1 ist der Fall dargestellt, daß die Gleichspannung von einer anderen Spannungsquelle geliefert wird als die Wechselspannung. \^orteilhafter ist es vielfach, die Gleichspannung durch Gleichrichtung der meist einem Transformator entnommenen Wechselspannung zu erzeugen.

λ^οη der_ großen Zahl der unter diesem Gesichtspunkt denkbaren Ausführungen ist ein Beispiel in Fig. 2 dargestellt. Die Sekundärwicklung des Transformators 11 ist an einem Ende mit der Sprühelektrode 7 verbunden. Das andere Ende führt über einen Gleichrichter 12 zum Werkstück 10. Zwischen der Elektrode 7 und dem Werkstück 10 entsteht also ein pulsierendes Gleichspafimahgsfeld. Zur Erzeugung der Wechselspannung zwischen der Elektrode 5 und der Elektrode 7 wird bei 13 WechselSpaimuitg abgegriffen. Je nach der Höhe des Abgriffes, der zwischen der zur Zerstäubung nötigen Mindestspamnuing und der Gesamtspannung einschließlich liegen kann, bekommt man eine andere Spannungsverteilung. Diese kann der räumlichen Anordnung der Elektroden zueinander angepaßt werden. Um leichtere Durchführung der Wechselspannung aus dem Generatörgehäuse zu ermöglichen, empfiehlt es sich, eine entweder gegenüber der Elektrode 7 oder gegenüber dem Werkstück 10 nur mäßige Spannung abzugreifen.

Weitere Beispiele zeigt die Fig. 3. Dei Transformator 11 wird sekundärseitig an eine Gleichrichteranordnung 14, 15, 16, 17 angeschlossen. Ein Pol 18 liegt ebenso wie das Werkstück 1Ö an Erde. Die Elektroden 5 und 7 werden je von einem Gleichrichter gespeist. Es herrscht eine pulsierende Gleichspannung zwischen der Elektrode S und Erde und in den spannungslosen Pausen ein ebensolches Feld hiit gleichen Vorzeichen zwischen der Elektrode 7 und Erde. Die durch das Zusammenwirken von Elektrode 5 und 7 zerstäubten Partikeln werden unter der Wirkung des zwischen Elektrode 7 und Erde liegenden Feldes auf das geerdete Werkstück niedergeschlagen.

Läßt man in Fig. 3 einen öder beide Gleichrichter 16, 17 wegfallen, so entsteht zusätzlich zwischen der Elektrode 5 und der Elektrode 7 feine pulsierende Gleich- bzw. eine Wechselspannung. Auch bei dieser Anordnung ist es zweckmäßig, dem Gleichrichter 17 bzw. der Leitung 17 a eine geringere als die volle Wechselspannung zuzuführen.

Fig. 4 zeigt eine weitere Schaltung. Diese Anordnung erzeugt abwechselnd zwischen der Elektrode 5 bzw. der Elektrode 7 und dem Werkstück 10 eine Gleichspannung, was nach Fig. 3 zwar ebenfalls erreichbar ist, jedoch mit Hilfe von vier Gleichrichtern statt der zwei Gleichrichter in Fig. 4.

Zur Erzeugung der Gleichspannung eignet sich auch eine Influenzmaschine, wie sie heute für hohe Spannungen und Ströme bis zu einigen Milliampere gebaut

ίο werden. Will man diesem Generator auch zugleich die Wechselspannung entnehmen, dann ist allerdings eine Wechselrichtung erforderlich.

Mitunter genügt es auch, die Schaltung nach Fig. 4 ohne Gleichrichter 19, 20 zu verwenden. Die Luftstrecke zwischen den scharfkantigen Elektroden 5, 7 einerseits und dem meist flächenhaften Werkstück 10 andererseits wirkt nämlich nach Art des bekannten Kugelgleichrichters so·, daß sich den Wechselfeldern ein Gleichspannungsfeld überlagert, welches den Niederschlag der elektrisch zerstäubten Teilchen bewirkt. Als Hochspannungsgeneratoren werden zweckmäßig solche verwendet, die bei Kurzschluß einen Strom liefern, der möglichst nicht größer als der Arbeitsstrom ist bzw. deren Spannung bei Kurzschluß zu- sammenbricht.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum elektrostatischen Zerstäuben und Niederschlagen von Überzugsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung durch ein elektrisches Feld und das Niederschlagen durch ein anderes elektrisches Feld bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der elektrischen Felder drei Elektroden (5, 7, 10) zur Anwendung kommen, von denen eine beiden elektrischen Feldern zugeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Niederschlagung von durch Zerstäubung mittels hoher elektrischer Wechsel-, Hochfrequenz- oder pulsierender Gleichspannung erzeugtem Nebel oder Staub mit Hilfe einer hohen elektrischen Gleichspannung.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer AüStrittsöffnung (4) für das zu versprühende Gut mindestens eine Hilfselektrode (5) zugeordnet ist, die mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist, und daß die Austrittsöffnüng gleichzeitig eine Elektrode hoher Gleich^- sparmung bildet, die mit einer Gegenelektrode (10), welche gegebenenfalls durch das Werkstück selbst gebildet wird, verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Austrittskanals (1) für das Überzugsmaterial (3) eine Sprühelektrode (7) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (5) als Sprühelektrode zur Aufladung der Nebelteilchen ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Hochspannungsgenerator mit vorzugsweise hohem Eigenwiderstand bzw. geringem Kurzschlußstrom.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentsehrift Nr. 1 958406.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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