DE1965509A1

DE1965509A1 - Einrichtung und Verfahren zum elektrostatischen UEberziehen eines Gegenstandes

Info

Publication number: DE1965509A1
Application number: DE19691965509
Authority: DE
Inventors: Cowan Philip L
Original assignee: Electrogasdynamics Inc
Current assignee: Electrogasdynamics Inc
Priority date: 1968-12-31
Filing date: 1969-12-30
Publication date: 1970-07-23
Also published as: US3645447A; FR2027485A1; DE1965509B2; JPS5432809B1; GB1288619A; DE1965509C3

Description

Dipl.-Ing. W. PAAP 8 MÖNCHEN Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Dr. rer. not. W. KÖRBER PATENTANWÄLTE

' ' G/Ne

3o. Dez.

Electrogasdynamics, Inc.
Hanover, New Jersey / V.St.A.

Fat ent anme!dung Einrichtung und Verfahren zum elektrostatischen Überziehen

eines Gegenstandes

Die Erfindung bezieht sich auf das elektrostatische Überziehen eines Gegenstandes und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufspritzen eines elektrostatischen Überzuges unter Verwendung von Luft zum Zerstäuben des flüssigen Überzugsstoffes.

Das elektrostatische Aufspritzen eines Überzuges unter Verwendung von Zerstäubungsluft ist beim Spritzlackieren allgemein bekannt. Die hierzu üblicherweise verwendeten Spritzpistolen weisen im allgemeinen einen zylindrischen Lauf mit einem an dem einen Ende desselben angeordneten Handgriff und eine Hochspannungselektrode beliebiger Grosse und Form auf, die vom anderen Ende des Laufes bis zur Zerstäubungsstelle reicht und gewöhnlich auf ein Potential von etwa 50 bis 85 Kilovolt und mitunter auch bis zu 150 Kilovolt aufgeladen ist, damit eine Koronaentladung

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und ein begleitendes elektrisches Feld entsprechender Grosse erzeugt werden. Der von der Hochspannungselektrode ausgehende Koronaentladungsstrom erzeugt hierbei in der Nähe der Zerstäu- : bungsstelle ein an einpoligen Ionen reiches Feld, dessen Ionen sich selbst an die Farbtröpfchen anheften und diese aufladen. Alternativ kann auch bei elektrisch leitendem Überzugsmaterial eine Indukti ons aufladung der Tröpfchen in dem starken Feldbereich um die Auslassöffnung der Flüssigkeit herum erfolgen. Die aufgeladenen Tröpfchen werden dann unter dem gemeinsamen Einfluss ihrer eigenen Trägheitskräfte sowie der aerodynamischen. Kräfte der Zerstäubungsluft und dem im Spritzbereich bestehenden elektrostatischen Feld auf das geerdete Werkstück aufgebracht. In der Nähe der Spritzpistole überwiegen meist die Trägheitskräfte und die aerodynamischen Kräfte, während mit wachsender Entfernung der Tröpfchen von der Spitzpistole und mit zunehmender Annäherung derselben an das geerdete Werkstück die auf die geladenen Tröpfchen einwirkenden Kräfte des zwischen der Elektrode und dem Werkstück gebildeten elektrischen Feldes stärker werden und die Flüssigkeitströpfchen zum Auftreffen auf ! das Werkstück bringen, so dass Farbverluste vermieden werden. ;

Bei dem in bekannter Weise erfolgenden Farbspritzen werden die grössten Einsparungen an Farbe gewöhnlich dadurch erzejLlt, dass die Ladespannung so hoch als möglich und in solchem Umfang gehalten wird, dass eine durchschnittliche Ablagerungs-Feldstärke von mindestens 5000 Volt ge Zoll und vorzugsweise von etwa 10000 Volt je Zoll zwischen der Spritzpistole und dem Werkstück erzeugt wird. Hiermit übereinstimmend sollte die Spritzgeschwindigkeit in der Nähe des Werkstückes so gering als möglich, aber noch den Erfordernissen entsprechend sein. Bei einer Geschwindigkeit der Zerstäubungsluft von mehr als etwa 600 Meter/Minute in der Nähe des Werkstückes überwiegen meist noch die aerodynamischen Kräfte, so dass durch Vorbeispritzen. am Werkstück Farbverluste entstehen. Allgemein kann gesagt werden, dass beim elektrostatischen Farbspritzen in der

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bekannten Weise eine schnelle Abnahme der Ablagerungsleistung festzustellen ist, wenn die Geschwindigkeit der Flüssigkeit bzw. Farbe und der Zerstäubungsluft erhöht werden. Diese Schwierigkeit gewinnt an Bedeutung, wenn eine sehr feine Zerstäbung des Uberzugsmaterials notwendig ist und hierfür, oder weil es sich um ein schwer zu zerstäubendes Material handelt, eine besonders grosse Geschwindigkeit des Luftstromes erforderlich ist. Die benötigten Ladespannungen werden im allgemeinen durch Anwendung üblicher elektronischer Hochspannungsquellen erreicht, die verhältnismässig gross, schwer und aufwendig sind und mit im wesentlichen konstanter Spannung arbeiten. Hierfür .werden ausserdem wegen der Grösse des Potentiales zur Verbindung der Spritzkanone oder -pistole mit einer solchen Stromquelle schwere, massige und verhältnismässig steife Verbindungskabel benötigt, die stark isoliert sein müssen und das Gewicht der Spritzvorrichtung sowie deren Handhabung erschweren.

Die Verwendung dieser üblichen Stromquellen hat zur Anordnung von Widerstandselementen in der Spritzkanone oder -pistole geführt, die eine begrenzende Wirkung am Stromausgang hervorrufen. Derartige Elemente wirken, wie in der USA-Patentschrift 3 04-8 498 beschrieben ist, nach Art eines Spannungsteilers, um die Neigung zur' Bildung von Lichtbogen zu unterdrücken, wenn sich der Abstand zwischen Spritzpistole und Werkstück ändert, und stellen eine Sicherung sowohl gegen einen Brandausbruch als auch einen Schutz der Bedienungsperson gegen unbeabsichtigtes Berühren der Hochspannungselektrode dar. Zugleich ändern diese Elemente' die Grösse des Potentiales der Ladeelektrode in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen Spritzpistole und Werkstück und bewirken eine mehr oder weniger konstante Stärke des Ablagerungsfeldes. Bein Betrieb eines solchen Systemes werden aber abgesehen von der beim Versagen der Widerstandselemente bestehenden Gefahr immer sehr hohe ionische Ströme von den Ladeelektroden abgezogen, die z. B. 100 bis 200 Mikroampere betragen können, während zum Aufladen der Farbe weniger als 10 Mikroampere benötigt werden. Dieser ausserordentlich hohe Ionenab-

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fluss führt zur unerwünschten Aufladung aller Gegenstände, die
nicht genügend geerdet sind. Bekanntlich besteht die Gefahr _s der Funkenbildung und eines damit zusammenhängenden Brandausbruches, wenn eine Bedienungsperson oder ein geerdeter Gegen- ! stand in die unmittelbare Nähe eines aufgeladenen und schlecht
geerdeten Gegenstandes gelangt. Weiterhin erfordern solche hohen Ströme ausserdem, dass die zu überziehenden Gegenstände aus den angegebenen Gründen gut geerdet werden.

Die Erfindung besteht in ihrer allgemeinen Form in einer verbesserten Ausbildung einer Einrichtung zum Aufspritzen einer
durch Luft zerstäubten Flüssigkeit zur Bildung eines elektro-

statischen Überzuges, bei der die zugeführte Luft, die ausser ' zum Zerstäuben der Flüssigkeit auch zur Formgebung der zerstäubten Flüssigkeit dienen kann, zugleich zum Betrieb eines
elektrogasdynamischen Energieerzeugers verwendet wird, der die
zum Aufladen des zerstäubten Überzugstoffes und zur Bildung und
Aufrechterhaltung eines elektrostatischen Ablagerungsfeldes ; erforderliche Spannung liefert, wobei sich das eine Ende des J Ablagerungsfeldes an der Zerstäubungsstelle befindet. In ihrer ί allgemeinen Form sieht die Erfindung weiterhin die Anordnung
des elektrogasdynamischen Energieerζeugers in kleiner Ausführung j in einer mit Luftzerstäubung arbeitenden Spritzvorrichtung in ! solcher Weise vor, dass die Spannungs- und Stromleistung des j Energie- bzw. Spannungserzeugers, der mindestens von einem Teil , der der Spritzpistole zugeführten, vorzugsweise geimpften Luft
durchströmt wird, von der Strömungsgeschwindigkeit der zugeführten Druckluft abhängig ist und proportionale Änderungen der
Feldstärke des von dem Energieerzeuger erzeugten elektrostatischen Ablagerungsfeldes herbeiführt. Die Feldströme sind dabei j. im wesentlichen unabhängig von dem Potentialgefälle des AbIa- j gerungsfeldes. Λ

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der elektrogasdynamische Energie- bzw. Spannungserzeuger in Form einer auswechselbar in eine Spritzpistole eingesetzten Patrone ausgebildet sein, die in der Spritzpistole mit einer einen Teil der

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Zerstäubervorrichtung bildenden Ionisierelektrode elektrisch verbunden ist, wobei zur Verringerung oder Verhinderung der Einflüsse des geerdeten Handgriffes der Spritzpistole oder Teilen hiervon und zur Anwendung von die üblicherweise v,-erwendete Feldstärke erheblich übertreffenden Feldstärken bei minimaler Grosse des Stromflusses eine Abschirmvorrichtung für die Ladeelektrode angeordnet sein kann.

Die Erfindung bietet u.a. den Vorteil, dass eine Spritzpistole leichter und gedrungener Bauart, die leicht zu handhaben ist, zum elektrostatischen Aufspritzen einen Überzugsschicht verwendet werden kann, ohne dass hierzu eine grosse und schwere Hoch- f Spannungsquelle mit schweren und steifen Kabelverbindungen notwendig ist. Vielmehr wird die notwendige elektrische Energie durch einen kleinen, in der Spritzpistole selbst angeordneten elektrogasdynamischen Spannungserzeuger geliefert, dem eine nur relativ geritige Erregerspannung zugeführt zu werden braucht und der in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit der der Spritzdüse zum Zerstäuben des flüssigen Überzugsstoffes zugeführten Druckluft eine sehr hohe Spannung bei niedrigen Stromwerten durch direkte Umwandlung der' kinetischen Energie von Teilen der strömenden Druckluft in elektrische Energie liefert. Weiterhin besteht bei Anwendung der Erfindung der Vorteil, dass die Spritzpistole bei Ladepotentialen bis 150 ^ Kilovolt und mit begrenzter Stromcharakteristik betrieben werden kann, wobei auch bei KurzSchlussbedingungen keine hohen Ströme gezogen werden können. Weitere Vorteile bestehen in der Schaffung eines Systemes, bei dem die kinetische Energie der zum Zerstäuben des Überzugstoffes z. B. Farbe, dienenden Druckluft zur elektrischen Energieerzeugung auch in weiten Druck-

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grenzen, z. B. von 1,4 Kp/cm bis etwa 7 Kp/cm mit hur geringem Druckabfalls ausgenutzt werden kann. Der elektrogasdynamische Energie- bzw. Spannungserzeuger arbeitet dabei im wesentlichen trocken und erfordert z. B. zum Aufspritzen von Farbe nur geringe Mengen von üblichen, billigen Farblösungsmittel als Impfstoff, der sich mit dem zerstäubten Farbstrahl verträgt und in .einfacher und billiger Weise in die Einrichtung eingeführt ι

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werden kann. Die durchschnittliche Feldstärke des Ablagerungsfeldes steht in proportionalem Verhältnis zu der Strömuhgsgeschwindigkeit der Zerstäubungsluft, und die tatsächliche Ausgangskapazität des elektrogasdynamischen Energieerzeugers ist so gering, dass keine zusätzlichen Vorsichtsmassnahmen getroffen werden müssen, mit der Ausnahme, dass, wenn z. B. Farbe sehr hoher Leitfähigkeit als Überzugstoff aufgesepritzt wird, die maximale Funkenenergie, die aus der Ladeleke-trode herausziehbar ist, auf minimale Werte zu begrenzen ist, unabhängig von der Annäherung der Ladeleketrode an den zu überziehenden, geerdeten Gegenstand.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand der in der Zeichnung als Beispiele dargestellten Ausführungsformen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. Λ eine Einrichtung zum elektrostatischen Farbspritzen

gemäss der Erfindung in schaubildlicher Ansicht, Fig. 2 einen vertikalen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer der Erfindung entsprechenden Spritzpistole,

Fig.2a einen Schnitt nach der Linie 2a-2a der Fig. 2,^ Fig.2b einen Schnitt nach der Linie 2b-2b der Fig. 2, Fig.2c einen Querschnitt nach der Linie 2c-2c der Fig. 2, Fig. 3 eine Vorderansicht der Spritzpistole nach Fig. 2, Fig. 4- einen vertikalen Längsschnitt einer abgeänderten Ausführungsform eines elektrogasdynamischen Energieerzeugers in Form einer auswechselbaren Patrone,

Fig.4a eine Abänderung zu Fig. 4- in grösserer Darstellung, Fig. 5 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungs-Charak-' teristik einer mit einem elektrogasdynamischen Energieerzeuger versehenen Spritzpistole nach der Erfindung, Fig. 6 eine schematische Ansicht der Versuchsvorrichtung, mit der die Werte der graphischen Darstellung nach Fig. 5 ermittelt wurden,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Leistungscharakteristik einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Spritzvorrich-

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tung mit eigener elektrogasdynamischer Energieerzeugung im Vergleich mit einer "bekannten Spritzpistole zum Aufspritzen eines elektrostatischen Überzuges mit Luftzerstäubung,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Stärke des Koronaentladungsstromes bei einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Spritzpistole für verschiedene Drücke der Zerstäubungsluft ,

Fig. 9 eine schematische Ansicht der Versuchsvorrichtung, mit der die Werte für die graphische Darstellung nach Fig. 8 ermittelt wurden, ^

Fig.10 einen Längsschnitt durch eine an der Zerstäuberdüse an- ™ geordnete Abschirmelektrode,

Fig.11 eine graphische Darstellung der Wirkung einer Abschirmelektrode an der Zerstäuberdüse auf die Stärke des elektrostatischen Ablagerungsfeldes,

Fig.12 eine schematische Ansicht der Versuchsvorrichtung, mit der die Werte für die graphische Darstellung nach Fig. 11 ermittelt wurden,

Fig.13a einen vertikalen Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Ladeelektrode, und

Fig.13b einen Schnitt nach der Linie 1;b-13b der Fig. 13a.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung nach der Erfindung ist a durch einen Pressluftschlauch 10 an eine nicht gezeigte Druckluftquelle angeschlossen, die einen Druck von etwa 1,5 Kp/cm oder mehr mit der erforderlichen Strömungsgeschwindigkeit der Luft liefern kann. Die Druckluft dient zugleich zum Fluidisieren des z. B. durch einen Farbstoff gebildeten Überzugstoffes sowie zum Zerstäuben des Farbstoffes und zur Erzeugung elektrischer Energie in einer Spritzvorrichtung 28. Der Pressluftschlauch ist durch ein T-Stück 12 mit zugehörigen Druckregler und Druckmesser 14 mit einem Vorratsbehälter 16 für die Farbe sowie mit einer Schlauchleitung 18 verbunden, die zur direkten Weiterleitung von Druckluft zur Zerstäubung und zur Erzeugung von elektrischer Energie in die Spritzpistole dient, hierzu aber zunächst mit einem Dampftopf 26 verbunden ist. Die Schlauchlei-

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tung 18 ist vorzugsweise mit einer eigenen Druckregel- und -messvorrichtung 20 verbunden, damit der Druck und die Strömungsgeschwindigkeit der der Spritzvorrichtung 28 zuzuführenden Luft für sich geregelt werden kann. Die Spritzvorrichtung 28 ^: besteht vorzugsweise aus einer von Hand bedienbaren Spritzpi- ' stole. Der Farbbehälter 16 ist auf einem isolierten Gestell 2 angeordnet und mit dem isolierten Lauf 34 der Spritzpistole 28 durch einen isolierten Zuführungsschlauch 24 verbunden, so dass bei Verwendung von elektrisch leitender Farbe ein Schutz^ gegen etwaiges Kurzschliessen der spannungsführenden Teile der Spritzpistole mit Erde über den Zuführungs schlauch besteht.

In dem Dampftopf 26 wird der durch die Leitung 18 zugeführten ; Druckluft ein Impfstoff in kleinen Mengen, vorzugsweise ein übliches Farblösemittel, in Form von Dampf wahlweise zugegeben. Die dann mit dem Lösemittel geimpfte Druckluft wird durch einen einfachen Schlauch 30 der Spritzpistole 28 zugeleitet, um in dieser die Zerstäubung der flüssigen Farbe sowie gewünschtenfalls die Formgebung des aus der zerstäubten Farbe gebildeten! Spritzstrahles und die Erzeugung elektrischem Energie zur elektrostatischen Ablagerung der zerstäubten Flüssigkeit herbeizuführen. Gemäss der Erfindung wird die durch den Schlauch 30 , zugeführte geimpfte Druckluft entweder teilweise oder ganz durch' einenelektrogasdynamischen Energie- bzw. Spannungserzeuger ge- , leitet, der die erforderliche Spannung zur elektrostaiftschen Ablagerung der zerstäubten Farbtröpfchen liefert. Zugleich wird die Druckluft zur Zerstäubung der flüssigen Farbe durch direkte oder indirekte Einwirkung über eine von ihr angetriebene mechanische Vorrichtung, z. B. eine mit hoher Drehzahl arbeitende Turbine, die eine Zerstäubungsvorrichtung antreibt, und gegebenenfalls zur Bildung eines Luftfächers verwendet, der durch öffnungen an der Zerstäubungsstelle austritt und dem zerstäubten Farbstrahl eine bestimmte Formgebung übermittelt.

Ausser dem Färb zuführungs schlauch 24 sind auch der Pressluftschlauch 10 sowie die Luftleitungen 18 und 30 aus elektrisch

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isolierendem Material hergestellt. In der Luftleitung 30 ist vorzugäweise ein metallischer Leiter in Form eines Futters oder einer Litz-e angeordnet, der zur Erdung des leitenden Handgriffes 32 der Spritzpistole 28 über den geerdeten Dampftopf 26 dient. Das zu überziehende Werkstück 42 wird, wie beim elektrostatischen Farbspritzen üblich, gegenüber dem aus der Spritzpistole 28 austretenden Spritzstrahl 46 an eine geerdete Aufhängevorrichtung 44 angehängt, die auch als Fördervorrichtung zur ständigen Zu- und Abführung der Gegenstände ausgebildet sein kann.

Die Spritzvorrichtung 28 kann so ausgebildet sein, dass die ihr zuströmende geimpfte Druckluft die Zerstäubung, wie bereits erwähnt, direkt oder indirekt herbeiführt. Bei der dargestellten Ausführungsform als Spritzpistole weist diese einen im wesentlichen zylindrischen Lauf 34- (Fig. 1) auf, der an seinem hinteren Ende mit einem leitenden Handgriff 32 und an seinem vorderen Ende mit einer die Elektrode enthaltenden Zerstäuberdüse 36 versehen ist. Die Leitungswege für die Farbe, und die Druckluft können ebenso wie die Zerstäuberdüse in verschiedener an sich bekannter Weise angeordnet und ausgebildet sein. Wesentlich ist aber, dass der bereits erwähnte elektrogasdynamische Energie- oder Spannungserzeuger im Strömungsweg wenigstens eines Teiles der geimpften Zerstäubungsluft angeordnet ist und seine { Erregerspannung von einer an beliebiger Stelle unabhängig von der Spritzpistole 28 angeordneten Spannungsquelle 38 ζ. B. über einen Heiter 40 erhält, der vorzugsweise aus einem unabgeschirmten Leitungsdraht besteht und unmittelbar an dem Schlauch 30 oder in diesem befestigt ist.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, unterscheidet sich eine gemäss der Erfindung ausgebildete Spritzpistole von den üblicherweise beim ^; elektrostatischen Farbspritzen verwendeten Spritzpistolen dadurch, dass mit ihr nur der Farbzuführungsschlauch 24 sowie j die Schlauchleitung 30 für die geimpfte Zerstäubungsluft und ^: der bereitä erwähnte unabgeschirmte Leitungsdraht 40 zur Zu- j

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führung der Erregerspannung für den elektro gas dynamischen Spannungserzeuger verbunden sind. Der Leitungdraht 40 kann ausserdem, wie bereits erwähnt, an der Schlauchleitung 30 befestigt oder in dieser angeordnet sein. Eine grosse und starke Stromquelle, die auf dem Verkstattboden aufgestellt werden muss, sowie die zugehörigen schweren und steifen Verbindungskabel sind dagegen im Gegensatz zu den bekannten Farbspritzeinrichtungen dieser Art nicht erforderlich.

Bei der in Fig. 2 als bevorzugtes Beispiel dargestellten Ausführungsform der Spritzpistole 28 sind im unteren Teil des Laufes 34 eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 46 bezeichnete Verteilungsvorrichtung für die flüssige Farbe und im oberen Teil des Laufes 34- eine Förder- und Führungsvorrichtung für die zugeführte Druckluft angeordnet, die sich auch durch den Handgriff 32 erstreckt und am unteren Ende desselben mit der Schlauchleitung 30 verbunden ist. Im Strömungsweg der Druckluft ist in dem aus isolierendem Werkstoff bestehenden Lauf 34- der durch den Druckluftstrom antreibbarer elektrogasdynamische Energie- oder Spannungserzeuger 50 angeordnet, dem die Erregerspannung über den Handgriff 32 zugeführt wird. Die am vorderen Ende des Laufes 34- angeordnete Zerstäuberdüse bildet mit der Ladeelektrode eine Zerstäuber- und Ladevorrichtung J6\ in der bei der dargestellten Ausführungsform die Farbflüssigkeit durch direkte Einwirkung der Druckluft zerstäubt und das Aufladen der zerstäubten Farbtröpfchen herbeigeführt wird.

Damit an die Spritzpistole zur leichteren Handhabung nur zwei Verbindungsleitungen angeschlossen zu werden brauchen, sind die Schlauchleitung 30 und der zur Zuführung der Erregerspannung zn ' dem Energie erzeuger 50 dienende Leitungsdraht 40 in einem gemeinsamen Anschlusstück 56 zusammengefasst. Hierzu ist der , vorzugsweise aus einer isolierten Leitung bestehende Leitungsdraht 40 im Innern der Schlauchleitung 30 angeeordnet, in der die Druckluft mit einem Druck von etwa 1,4 bis 5»3 Kp/cm oder , höher zugeführt wird. Das gemeinsame Anschlusstück 56 ist in

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einer Anschlussbohrung 58 des Handgriffes 32 angeordnet, in die es herausnehmbar eingesetzt ist. In das obere Ende der Bohrung 58 ist eine Isolierhülse 60 eingesetzt, die eine federbelastete elektrische Kontaktvorrichtung mit einem axial beweglichen napfförmigen Kontaktglied 62 aufweist.Dieses Kontaktglied ist mit dem einen Ende eines inneren isolierten Stromleiters 66 verbunden, der zu dem Energieerzeuger 50 führt. Die Federbelastung des Kontaktgliedes 62 wird durch eine Schraubenfeder 64 herbeigeführt, deren dem Kontaktglied abgewendetes iuide an einem Isolierstöp-sel 65 befestigt ist. Das gemeinsame Anschlusstück 56 ist mit einer Zuführungshülse 68 versehen, in deren Wandung etwa auf halber Länge der Hülse mehrere Durchlassöffnungen 70 für die zugeführte Druckluft angeordnet sind und die am oberen Ende mit einem Führungsbund 72 versehen ist, durch den hindurch das obere Ende 74- des Leitungsdrahtes 40 gleichachsig hindurchgeführt ist. Dieses obere Ende 74- ist von einer starren Isolierhülse 75 umschlossen, die in der Isolierhülse 60 herausnehmbar angeordnet ist, und endet mit einem elektrischen Kontaktglied 76, das in Berührung mit dem federbelasteten napfförmigen Kontaktglied 62 steht, wenn das Anschlusstück 56 mit seiner richtigen Lage in die Anschlussbohrung 58 eingesetzt ist. Die Zuführungshülse 68 ist beiderseits der Durchlassöffnungen 70 gegenüber der Bohrung 58 durch Dichtungsringe 78 und 80 abgedichtet, so dass die durch die Durchlassöffnungen 70 hindurchströmende Druckluft über eine Öffnung 84 in eine Längsbohrung 90 des Handgriffes 32 geleitet wird. Beim Einsetzen des Anschlusstückes 56 in die Anschlussbohrung 58 wird die Spritzpistole 28 in der richtigen Weise sowohl mit der die Druckluft zuführenden Schlauchleitung 30 als auch mit dem Leitungsdraht 40 bzw. mit der Erregerquelle 38 für den elektrogasdynamischen Energieerzeuger 50 verbunden. Das Anschlusstück 56 wird in der Anschlussbohrung 58 mittels einer Stellschraube 82 gehalten.

Die Längsbohrung 90 des Handgriffes 32, die am unteren Ende durch einen Schraubstöpsel 92 verschlossen ist, mündet in eine

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Querbohrung 94- .des Handgriffes, in der ein mittels eines Druckgliedes 96 von Hand zu betätigendes Ventil zur Weiterleitung der Druckluft zu dem elektrogasdynamischen Energieerzeuger 50 und zur Zerstäuberdüse 36 angeordnet ist. Das Ventil weist einen Ventilkörper 98 auf, der in dem offenen Ende der Querbohrung 94- ζ» B. durch Verschrauben befestigt und mit einem nach innen gerichteten axialen Schaft 106 versehen ist. Dieser bildet einen ringförmigen Ventilsitz 104- und mehrere an diesem angeordnete radiale Durchlassöffnungen 110, die mit einer Bohrung 112 in Verbindung stehen. Das Ventil ist ferner mit einem beweglichen, pfropfenförmigen Verschlusskörper 100 versehen, der durch eine Feder 102 in seiner Verschlussteilung belastet ist und entgegen der Wirkung dieser Schlieesfeder in seine Offenstellung mittels einer Schubstange 108 verschiebbar ist, die durch den Ventilkörper 98 durch einen Verschlusstöpsel mit Dichtung 88 hindurch nach s.ussen ragt und mittels des Druckgliedes 96 bewegbar ist. Die Betätigung des als Schwenkhebel ausgebildeten Bruckgiiedes im Uhrzeigersinn ruft eine axiale Verschiebung der Schubstange 108 entgegen der Wirkung der Schliessfeder 102 nach innen hervor, wodurch der Verschlusskörper 100 von dem Ventilsitz 104· abgehoben wird. Aus der Längsbohrung ^O des Handgriffes 52 kann dann Druckluft durch die Durchlassöfinuiigeri 110 hindurch in die Bohrung 112 einströmen, die mit dem Einlassende des elektrogasdyrxamischen Energieerzeugers 50 in Verbindung ist und diesem die Druckluft zuführt.

Bevor die Ausbildung ^-ond Wirkungsweise des Ernergieerzeugers und die Weiterleitung der Druckluft zu der Zerstäuberdüse 56 näher erläutert v.-ird, ist nachstehend zunächst die in der Spritzpistole 26 ex^eordnete Vert ei lungs vorrichtung 4-6 für die flüssige Farbe beschrieben. Diese Verteilungsvorrichtung, die zur geregeltenZuführung der Farbe oder des sonstigen überzugsma- '·. terials an die Zerstäubungsstelle dient, ist im wesentlichen bekannter Art. Die flüssige Farbe aus dem Farbzuführungsschlauch 24- iw*> wird der Spritspistole 28 durch einen Anschlusstutzen

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zugeführt, der am unteren Rand des Laufes 34- -angebracht ist und kit einer kurzen Querbohrung 126 des Laufes in Verbindung steht, die ihrerseits in eine Längsbohrung 123 des Laufes mündet. Im vorderen Ende der Längsbohrung 128 ist ein Düsenkörper I30 angeordnet, dessen konischer Teil mit einem kurzen zylindrischen Auslassende 120 für die flüssige Farbe versehen ist«, Der Düsenkörper I30 besteht aus elektrisch leitenden Werkstoff und weist einen äusseren Ringflansch 131 auf, der an dem Stirnende 168 des Laufes 34 anliegt. In dem Düsenkörper I30 ist gleichachsig mit dem zylindrischen Auslassende 120 derselbeneine Ventilnadel 132 verschiebbar angeordnet, die den Auslassguerschnitt t der Düse bestimmt. Die Ventilnadel I32 ist am vorderen Ende eines Einstellschaftes 134- angeordnet, der im vorderen Ende der Bohrung 128 von einer balgenartigen Dichtung I36 zur Begrenzung des Zutritts von flüssiger Farbe unter Druck in das vordere Ende der Bohrung 128 umgeben ist. Der Einstellschaft 134 geht nach hintenzunächst durch einen im Durchmesser verringerten Zwischenteil 144- und dann durch einen Abschnitt 14-6 von grosser em Durchmesser hindurch und ist mit seinem hinteren Ende mit einem Kupplungsstück I38 aus Isolierstoff verschraubt, das vom hinteren Ende des Abschnittes 14-6 aus in diesen hineinragt. Das Kupplungsstück I38 ist seinerseits mit einem axial verschiebbaren Schaft 135 verbunden, der einen Teil der das Druck- * glied 96 enthaltenden Betätigungsvorrichtung 140 bildet. Der Schaft 135 ragt in eine hülsenförmige Einstell- und Anschlagschraube 148 hinein, die eine Belastungsfeder 148 zur Begrenzung des Ausmasses der VerschejLbung des Schaftes 135 umgibt und zur Einstellung der Kraft der Belastungsfeder für den dichten Abschluss des Düsenkörpers 130durch die Ventilnadel 132 dient. Beim Betrieb der Spritzpistole 28 führt das Verschwenken des Druckgliedes 96 im Uhrzeigersinn eine Verschiebung des Schaftes ·, 135 entgegen der Wirkung der Feder 148 nach hinten herbei, wodruch auch der Einstellschaft 134 und mit ihm die an ihm befestigte Ventilnadel 132 nach hinten verschoben und das Auslassende 120 des'Düsenkörpers I30 für den Austritt von flüssiger¹ Farbe geöffnet wird. '·

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Im oberen Teil des Laufes 34 ist eine verhältnismässig weite Längsbohrung 156 zur Aufnahme des elektrodynamischen Energieerzeugers 50 angeordnet, in dem die zum Aufladen der Farbtröpfchen der zerstäubten Farbflüssigkeit und zum Erzeugen des elektrostatischen Ablagerungsfeldes notwendige elektrische Energie aus der direkten Umwandlung der kinetischen Energie des das Keim- bzw. Impfmaterial enthaltenden Druckluftstromes in der Spritzpistole gewonnen ward. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Druckluft, sobald das Druckglied 96 betätigt wird, über die Bohrung 112 einen den Einlass des Energieerzeugers 50 bildenden Abschnitt 114 zugeleitet, der einen verhältnismässig grossen Durchlassquerschnitt aufweist und in dem daher eine relativ geringe Strömungsgeschwindigkeit und ein» nur geringer Druckverlust entsteht. In dem Einlassabschnitt 114 ist eine Halterungshülse 190 aus Isolierstoff angeordnet, durch die eine zu ihr gleichachsige nadeiförmige Ionisierelektrode 124 in ihrer richtigen Lage zu einem sie umgebenden, konischen Übergangsabschnitt 192 und einer ringförmigen Anziehungselektrode 194 gehalten wird. Die Halterungshülse 190 dient zugleich zur Halterung des Leiters 66, der bei der dargestellten Ausführungsform mit der nadeiförmigen Ionisierelektrode 124 verbunden ist. In dem konischen Übergangsabschnitt 192, der durch eine Hülse mit konischem Innenraum gebildet ist, wird der Durchlass querschnitt für die Druckluft stetig verringert und die Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft auf die Anziehungs elektrode 194 zu erhöht. Nach dem Durchgang durch die Anziehungselektrode gelangt die Druckluft in einen Längskanal 158 von verhältnismässig kleinem Querschnitt, der in Strömungsrichtung allmählich etwas weiter werden kann und in dem bei den herrschenden Druckverhältnissen die Strömungsgeschwindigkeit erheblich grosser als im Einlassabschnitt 114 ist. Im Interesse einer guten Nutzleistung sollte sie vorzugsweise etwa der Schallgeschwindigkeit entsprechen. Die aus dem Längskanal 158 austretende Druckluft trifft auf eine vorgeschl/atete nadelförmigp Sammelek»trode 198 auf, die an einem Pfropfen 196 angebracht

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ist. Die Druckluft expandiert dann in der Bohrung 156, so dass sie mit verringerter Geschwindigkeit dem Auslasskanal 160 zuströmt. Die Sammelelektfode 198 ist durch einen Leiter 200 direkt mit dem Düsenkörper I30 verbunden, der als Ladeelektrode dient.

Wie am besten aus Pig. 2b und 2c hervorgeht, steht der Auslasskanal 160 in Verbindung mit einem Zerstäubungsluftkanal 162 und einem davon getrennten Fächerluftkanal 164-, dgl beide in Längsrichtung des Laufes 54 nach vorn verlaufen und am vorderen Ende 163 desselben enden. Die beiden Kanäle 162 und 164- haben einen relativ kleinen Querschnitt, der so bemessen ist, dass die f zur Zerstäubung erforderliche Druckluft mit der richtigen Geschwindigkeit zugeführt wird. Dem Auslasskanal 160 ist ein als Einstellschraube 166 ausgebildetes Verschlussglied zugeordnet, mittels dessen die Einlassöffnung des Fächerluftkanales

164 sur Regelung der in diesen eintretenden Luftmenge teilweise oder £B.nz von Hand verschlossen werden kann. Die Kanäle 162 und 164 münden an voneinander getrennten und in radialer Richtung auf der Aus sens ei te J; es Fdr.gflansches I3I des Düseiikcrpers 130 liegenden Stellen, die durch eine aus Isolierstoff bestehende Kappe 1?0 überdeckt sind· Diese Kappe ist mittels eines Scliraubriiioea 172 einstellbar und abnehmbar an vorderen Ende des Laufe? ***· befestigt und enthält eine- erste Gruppe

von nach vorne schräg auf die Längsachse des Laufes su geriehie- " ten Kanälen 1?f^;. die mit dem Fächer luftkanal 164- in Verbind"::.,; stehen und derer. Auslassenden an einer oder mehreren Stellen vor der Düse I50 nit im grösseren Winkel zur Längsachse geneigten Verzweiflungen versehen sind, uri Fächerluftstrahlen zur Joragebu2i£ des zerstäubten Farbstrahles su bilden. Ausserdem ist die Innenfläche der Luftkappe I70 gegenüber dem vorderen Ende

165 des Laufes J4 so gestaltet, dass sie mit diesem vorderen Ende einen Raun bildet, in den der Zerstäubungsluftkanal 162 mündet und der zur Überleitung der aus dem Kanal 162 austretenden Serstäfcungsluft zu einer oder mehreren öffnungen dient, die um das zylindrische Auslassende 120 des Düsenkörpers I30 herun

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angeordnet sind -und die Zerstäubungsluft zur -unmittelbaren Einwirkung auf die aus dem Düsenkörper austretende flüssige Farbe bringen. :

Beim Betrieb der Spritzpistole wird der Ionisierelektrode 124 über die Leitungen 40 und 66 eine Erregeresspannung in der Grössenordnung von etwa 5000 Volt zugeführt und hierdurch die Bedingung für eine Koronaentladung geschaffen, deren Entladungsstrom in.dem Ringspalt zwischen der Spitze der nadeiförmigen Ionisiert.ektrode 124 und der ringförmigen Anziehungselektrode 194 fliesst. Gleichzeitig strömt Druckluft aus der Bohrung 112 über den Einlassabschnitt 114 in den sich verjüngenden (Peil der Hülse 190 zu der Anziehungselektrode 194 und mit zunehmender Geschwindigkeit durch den Entladungsbereich hindurch. Die Koronaentladung bewirkt eine Kondensation wenig- ; st ens eines Teiles des der Druckluft in dem Dampf topf 26 züge- ; mischten Impfdampfes zu ausserordentlich kleinen Tröpfchen, die die in dem Entladungsbereich vorhandenen einpoligen Ionen umgeben. Die Ionen, um die herum der Impfdampf kondensiert, werden hierdurch schwerer beweglich und werden in dem Druckluftstrom fest- oder nahezu festgehalten, mit dem sie dann aus dem Entladungsbereich durch die ringförmige Anziehungselektrode 194 hindurch herausgetragen werden und in dem Längskanal 158 des elektrogasdynamischen Energieerzeugers 50 mit grosser Geschwindigkeit v/eiterströmen, die, wie bereits bemerkt,ζ. B. der ι Schallgeschwindigkeit" entsprechen kann. Die in dem Druckluftstrom enthaltenen Ionen werden an der Sammelektrode I98 gesammelt und erhöhen das Potential derselben auf ausserordentlich hohe Werte. Auf diese Weise werden an der Sammelelektrode 198 sehr hohe Gleichspannungen erzeugt, die über den Leiter 200 auf die Spitze des Düsenkörpers I30 übertragen werden. Dieser erfüllt den doppelten Zweck, als Spritzdüse und zugleich als Ladeelektrode für die elektrostatische Ablagerung zu dienen. Die Erzeugung solch hoher Spannungen an der Spitze des Düsen- · körpers I30 führt zu einer Koronaentladung an dieser Spitze und '-.

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zu einem dicht an der Zerstäubungsstelle gebildeten Bereich mit einem hohen Gehalt an einpoligen Ionen, die sich selbst an die zerstäubten Farbtröpfchen anheften und diese aufladen. Die Spitze des Düsenkörpers 130, der in der erläuterten Weise aufgeladen ist, "bildet somit das eine 32n.de eines elektrostatischen Ablagerungsfeldes, dessen anderes Ende durch den zu überziehenden geerdeten Gegenstand gebildet ist.

Durch den gemäss der Erfindung in der Spritzvorrichtung "bzw. in der Spritzpistole angeordneten elektrogasdynamischen Energieerzeuger wird nicht nur die Verwendung der "bisher notwendigen grossen und schweren Hochspannungsquellen mit den schweren und steifen Kabeln, die zur Verbindung der Ladeelektrode mit der Spannungsquelle notwendig sind, vermieden, sondern auch eine bei bisher bekannten Farbspritzanlagen nicht erreichte vorteilhafte Betriebscharakteristik gewährleistet. Zum besseren Verständnis einer solchen vorteilhaften Charakteristik ist nachstehend die Ausbildung und Wirkungsweise von elektrogasdynamischen Energieerzeugern und insbesondere des Energieerzeugers nach der Erfindung näher erläutert.

Bei einem elektrogasdynamischen Energieerzeuger der beschriebenen Art erfordert die Einleitung der Koronaentladung am Einlassende des Längskanales 158 verhältnismässig niedrige Erregerspannungen von z. B. etwa 5000 Volt, um an der Sammelelektrode 198 sehr hohe Spannungen zu erzeugen. Der Ladestrom und die Spannung können deshalb viel höher sein als die Erregerspannung, weil die erzeugte elektrische Energie aus der kinetischen Energie des Druckgas- bzw. Druckluftstromes gewonnen wird, die die notwendige Arbeit verrichtet, indem sie die Ionen in dem Längskanal 158 von der ringförmigen Anziehungselektrode 194 entgegen der Wirkung des elektrischen Feldes zu der Sammelelektrode 198 treibt. Wenn auch bei dem beschriebenen Energie- > erzeuger die Erregerspannung der Ionisierelektrode 124 zugeführt wird und die ringförmige Anziehungselektrode 19²I- geerdet

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ist, so kann dies auch umgekehrt und der Energie erzeuger mit geerdeter lonisierelektrode und mit aufgeladener Anziehungselektrode betrieben werden, wenn die hierfür notwendigen .änderungen hinsichtlich der Spannungszuführung sowie der ' Isolierung usw. vorgenommen werden. Die maximale Ausgangsspajinung der Energie erzeuger s ist im wesentlichen durch die Durchschlagspannung bestimmt, bei der ein elektrisches Durchschlagen zwischen der Sammelelektrode und Erde erfolgt. Bei der Ausführungsform nach Pig. 2 findet ein solches Durchs chi ag en zwischen der Sammelelektrode und der Anziehungselektrode entlang der Wandung des Längskanales 158 statt. Die Länge dieses isolierten Iängskanales bietet daher einen Masstab für die Grosse der durch den Energieerzeuger ermöglichten Maximal spannung. Je nach den Erfordernissen des gewünschten Verwendungszweckes können daher verschiedene Energieerzeuger angewendet werden, wenn diese gemäss der Erfindung als auswechselbare Energie-Erzeugungspatronen ausgebildet sind.

In Fig. 4 ist eine verbesserte Ausführungsform einer solchen ^! Energie- bzw. Spannungs-Erzeugungspirone dargestellt, die bei geringer Grosse die Anwendung von in der Nähe der Schallgeschwindigkeit liegenden Strömungsgeschwindigkeiten in «dem Längskanal der Patrone ermöglicht und für,einen weiten Bereich verschiedener Betriebsdrücke und Strömungsgeschwindigkeiten eine gute Leistungscharakteristik zeigt. Wie im Zusammenehang mit Fig. 2 beschrieben, ist auch hier die Patrone mit einer nadeiförmigen lonisierelektrode 124 versehen, die gleichachsig zu dem durch die Isolierhülse 212 gebildeten Längskanal 158 angeordnet j und hierzu durch die ebenfalls aus Isolierstoff bestehende Hal- j terungshülse 190 in der richtigen Lage gehalten ist. Die Ioni- j sierelektrode 124 ragt durch den konischen Übergangsabschnitt 192 hindurch bis in die ringförmige Anziehungselektrode 194 hinein. Vorzugsweise sind alle diese Teile so gestaltet, dass sie auswechselbar sind und beim Einsetzen immer ihre richtige

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Lage einnehmen. Bei dieser Ausführungsform wird die Erregerspanntmg an die ringförmige Anziehungselektrode 194 angelegt, während die Ionisierelektrode 124 geerdet ist. Bei richtiger Anordnung kann beinahe der gesamte Stromfluss von der Ionisierelektrode 124 mit dem Druckluftstrom zu der Sammelelektrode getragen werden, wodurch die erforderliche Erregerenergie auf ein Mndestmass verringert wird, weil unter solchen Bedingungen der in den Erregerkreis fliessende Strom sich dem Wert Hull nähert. Wie bereits erwähnt, ist der Energieerzeuger 50 so ausgebildet, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft in dem Längskanal 158 etwa gleich der Schallgeschwindigkeit ist. wodurch bei geringem Druckverlust eine hohe Nutzleistung erreicht wird. Ausserdem sind die unmittelbar an der ringförmigen Aiisiehungs elektrode 194 angeordneten Teile des Spannungserzeugers 50 so gestaltet, dass in der den Strömungsweg der Drseuckluft as Umfang begrenzenden Wandung eine oder mehrere scharfe Kanten gebildet sind, die wenigstens eine vorstehende Fläche bilden, die dem Gas- oder Luftstrom entgegensteht. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass der Innendurchmesser am Auslassende des konischen Übergangsabschnittes 192 grosser gehalten wird, als der Innendurchmesser der ringförmigen Anziehungselektrode 194, und hierdurch eine sur Längsachse des Spannungserzeugers rechtwinklig vorspringende Ringschulter gebildet wird. Weiterhin kann zwischen der Anziehungselektrode 194 und den Auslassende des konischen Übergangsabschnittes 192 eine Ringnut 220 angeordnet werden, die auf eine kurze Strecke einen plötzlich erweiterten Querschnitt bildet. Auch kann statt der Ringnut 220 eier zusätzlich zu dieser zwischen der Anziehungselektrode 194 und dem Längskanal 158 eine zweite Ringnut 216 angeordnet werden. deren Durchmesser erheblich grosser als der Innendurchmesser der Ansiehuiigselektrode und des Läiigskanales ist. Auch kann der Innendurchmesser des Längskanales 158 etwas grosser als der Innendurchmesser der Anziehungselektrode 194 sein. Schliesslich kann der Längskanal 158 so ausgebildet sein, dass sein Durchlassquerschnitt in Strömungsrichtung der Druckluft etwas zu-

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nimmt, damit in der Nähe der Anziehungselektrode 194- eine etwa oder beinahe der Schallgeschwindigkeit entsprechende Strömungsgeschwindigkeit beibehalten wird. Die erwähnten scharfkantigen Unregelmässigkeiten bilden in der den Gas- oder Luftstrom am Umfang begrenzenden Wandung des Energieerzeugers plötzliche Unterbrechungen und Störungen in der stromlinienförmigen Führung und rufen in dem durch die ringförmige Anziehungselektrode 194· hindurchgehenden Luftstrom und in der Luftströmung in dem Längskanal 158 eine, starke iDurbulenz hervor, die verringert oder verhindert, dass an den Vandungsteilen in der Anziehungselektrode und in dem Längskanal Schichten von langsamer strömendem Gas bzw. Luft entstehen. ,

Fig. 4a zeigt eine weitere Möglichkeit zur Bildung solcher Unregelmässigkeiten im Bereich der ringförmigen -Anziehungs- ; elektrode 194·. Bei dieser Ausfuhrungsform sind an der Innen- j fläche des konischen Übergangabschnittes 192 mehrere aufeinander* folgende Stufen oder Ringschultern 218 ausgebildet, die die j erwünschten scharfkantigen Unterbrechungen bilden. j

Mit einem elektrogasdynamisehen Spannungserzeuger ncach Fig. 2 und 4-, der mit einer etwa der Schallgeschwindigkeit entsprechenden Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft im Längskanal 158 arbeitet, wurden bei folgenden, beispielsweise angegebenen Betriebsdrücken und Abmessungen erheblich verbesserte Leistungen erzielt:

Druck der Druckluft 1,4· bis etwa 7 Kp/cm Anziehungs elektrode 194- Innendurchmesser etwa J mm Länge

etwa 4-,5 min

Konischer Übergangsabschnitt

192 Innendurchmesser am Einlassende

etwa 6,6 mm

Innendurchmesser am Auslassende etwa 318 nim Länge etwa 10,4- mm Ringnut 220 Tiefe 0,89 am bei einem Dur'chmes-

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ser von etwa 7»6 mm

•Hingnut 216 Tiefe 1,5m bei einem Durchmesser von 8,1 mm Längskanal 158 Innendurchmesser etwa 3 ²^ bei

76 mm Länge mit 0,2 mm Divergens

Der zur Herstellung der einseinen Seile verwendete Werkstoff ist für die Nutzleistung des Spannungserseugers nicht von wesentlicher Bedeutung. Jedoch sollten die isolierenden Teile, insbesondere die den konischen Übergangsabschnitt 192 bildende Hülse sowie die den Längskanal 158 bildende Hülse 212 und die Halterungshülse 190 für die Ionisierelektrode 124 (wenn dieser die I Erregerspannung zugeführt wird) aus Isolierstoffen hoher Durchschlagfestigkeit bestehen.

Eine gemäss der Erfindung entsprechend den vorstehenden Angaben ausgebildeter Spannungserzeuger ermöglicht eine hohe Spannungsleistung über einen weiten Druckbereich und liefert einen Strom bis zu etwa 60 Mikroampere. Das angenäherte Verhältnis Strom t Spannung wurde für einen solchen Spannungserzeuger experimentell unter Verwendung einer Funkenstrecke als Belastung mit einer der Fig. 6 entsprechenden Vorrichtung bestimmt. Hierzu wurde der Düsenkörper I30 einer gemäss der Erfindung mit einem elektrogasdynamischen Energieerzeuger versehenen Spritzpistole 28 in j unmittelbare körperliche Fähe mit einer isolierten Kugel 230 mit einem Durchmesser von etwa 76 mm gebracht, mit der eine geerdete Kugel 232 von gleichem Durchmesser zunächst in Berührung war. Die geerdete Kugel 232 wurde dann langsam von der Kugel 230 wegbewegt, so dass zwischen den beiden voneinander getrennten Kugeln eine Funkenstrecke gebildet wurde. Der durch diese Funkenstrecke hindurchgehende Strom wurde mit einem Messgerät 234 gemessen, das in die Erdleitung der Kugel 232 eingeschaltet war. Zur Milderung von Stromstössen und zur Verhütung von Störungen des Messgerätes war in Parallelschaltung mit dem Messgerät ein Kondensator 236 angeordnet. Durch Meessung der Grosse des Stromes als Funktion der Länge der Funkenstrecke

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konnte die Spannungs-Stromkurve gemäss Pig. 5 ermittelt werden« Diese zeigt, dass die Stromstärke, die selbst bei ihrem Maximalwert relativ klein ist, mit zunehmender Spannung bzw. hier- mit zunehmender Länge aer Funkenstrecke verhältnismässig langsam geringer wird. In Fig. 7 ist die Leistung einer gemäss der Erfindung mit einem elektrogasdynamisch^ 8pannungserzeuger versehenen Spritzpistole im Vergleich zur Leistung einer zum elektrostatischen Aufspritzen von Überzügen dienenden Spritzpistole der Firma Eclipse Equipment Company of Fairfield, lew Jersey, gezeigt, die eine übliche elektronische 65-Kilovolt-Stromquelle mit einem Begrenzungswiderstand gemäss der USA-Patentschrift 2 048 498 zeigt. Aus Fig. 7 ergibt sich, dass der Kurzschlusstrom bei der Spritzpistole gemäss der Erfindung erheblich schwächer ist als der Kur s Schluss tr om bei der bekannten Spritzpistole, und dass die offene Stromspannung (wiederum als Länge der Funkenstrecke gemessen) für die Spritzpistole nach der Erfindung erheblich höher ist als bei der bekannten Spritzpistole. Fig. 7 zeigt auch, dass durch die Anordnung eines durch den geimpften Druckgas- bzw. Druckluftstrom einer Spritzpistole betriebenen elektrogasdynamischen Energieerzeugers gemäss der Erfindung im wesentlichen eine Energiequelle mit konstantem Strom gebildet wird, während eine übliqhe elektronische Energiequelle in Verbindung mit einem in Reihe geschalteten Begrenzungswiderstand in der Gros sen Ordnung von mehreren Megohm per Kilovolt im wesentlichen eine Energiequelle mit konstanter Spannung bildet. Bei einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Spritzvorrichtung wird der Ausgangs- bzw. Leistungsstrom durch die Eigenschaften des elektrogasdynamischen Energieerzeugers begrenzt, wobei die tatsächliche Kapazität ebenfalls so gering ist, dass keine besonderen zusätzlichen Vorsichtsmassregeln notwendig sind, um die maximale Energie der Funken zu begrenzen, die aus der Ladeelektrode gezogen werden können, wenn die Spritzpistole dicht an den geerdeten Gegenstand gebracht wird. Dabei ist es nicht notwendig, die Geschwindigkeit, mit der die Spritzpistole dem Gegenstand genähert wird, zu berücksichtigen, wie. dies bei den bekannten Ausbildungen erforderlich sind.

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Einer der Hauptvorteile der Erfindung besteht darin, dass der in der Spritzvorrichtung angeordnete elelctrogasdynamische Energieerzeuger eine Spannungs- und Stromleistung einer Grosse liefert, die mit der Strömungsgeschwindigkeit der geimpften Zerstäubungsluft veränderlich ist, wodurch der Abfall der elektrostatischen Ablagerungsleistung, der bei bekannten Spritzvorrichtungen dieser Art eintritt, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten der flüssigen Farbe, und der Druckluft erhöht werden, auf ein Mindestmass verringert wird. Bei der Spritzvorrichtung bzw." Spritzpistole nach der Erfindung ruft eine Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit der geimpften Zerstäubungsluft eine ä Erhöhung der Durchströmgeschwindigkeit in dem Energieerzeuger und hierdurch eine erhöhte Strom- und Spannungsleistung hervor, die mit einer entsprechenden Erhöhung der durchschnittlichen Feldstärke des erzeugten elektrostatischen Ablagerungsfeldes verbunden ist.

In Fig. 8 sind die Änderungen des Koronastromes bei verschiedener Länge der Funkenstrecke für verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten in einer graphischen Darstellung gezeigt, deren Werte nit einer Vorrichtung nach Fig. 9 ermittelt wurden. Bei dieser Vorrichtung befand sich die Spritzdüse einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Spritzpistole in unmittelbarer Nähe einer isolierten Kugel 254- von etwa 152 mm Durchmesser» i und die auf eine geerdete Sonde 256, vorzugsweise einen quadratisch geschnittenen Messingstab von 1,2 mm Durchmesser, über eine Funkenstrecke bekannter Länge übertragenen Koronaströme wurden mittels eines Messgerätes 258 genessen. Wie Fig. 8 zeigt, liefert die Vorrichtung bei allen angegebenen Abständen zwischen dem Stab 256 und der Kugel 25^ bzw. Längen der Funkenstrecke mit steigenden Druck der Zerstäubungsdruckluft zunehmende Koronaströme. Zum Vergleich hiermit ist die gestrichelte Kurve 260 eingetragen, welche die Leistung der im Zusammenhang mit Fig. 7 erwähnten bekannten Spritzpistole wiedergibt. Aus dieser Kurve ergibt sich, dass die Koronaströne bei kürzerer Funkenstrecke erheblich grosser sind, aber bei grosser werdender Funken-

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strecke erheblich, unter diejenigen bei der Vorrichtung nach der Erfindung absinken. Die höhere Spannungsleistung, die durch die Erfindung erreicht wird, findet somit auch durch Fig. 8 ihre Bestätigung.

Gemäss der Erfindung kann, wie vorstehend beschrieben, die gesamte, in dem Dampf topf 26 nach Fig. 1 geimpfte Druckluft durch den elektro gas dynamischen Energie erzeuger hindurchgehen. '. Es kann aber auch nur ein Teil dieser Druckluft zur Energieerzeugung verwendet werden, indem der Druckluftstrom vor dem Eintritt in den Energieerzeuger in einen Zerstäubungsluftstrom und in einem Fächerluftstrem aufgeteilt wird. Auch kann ein Teil der Druckluft vorher über einen elektrogasdynamischen Energieerzeuger in die Atmosphäre an einer Stelle geleitet ; werden, die von der Zerstäubungsstelle entfernt, ist, um z. B. einen den Lauf der Spritzpistole umgebenden und sich vorwärts bewegenden Mantel zu bilden, der verhindert, dass sich langsam bewegende geladene Teilchen zu dem Handgriff zurückwandern.

In allen diesen Fällen ist die Leistung des Energieerzeugers I von der Strömungsgeschwindigkeit der zugeführten Druckluft abhängig, um proportionale Änderung der durchschnittlichen Ablagerungs-Feldstärke des erzeugten elektrostatischen Feldes mit den anderen erwünschten Eigenschaften zu erreichen.

Weiterhin besteht bei Anwendung der Erfindung der Vorteil, dass irgendeine "Gegenelei:troden"-Virkuns, wie sie bei bekannten Einrichtungen zur Aufrechterhaltung einer grösseren Feldstärke im Bereich der Farbladeelektrode bei niedrigeren Ladepotentialen und insbesondere denn notwendig ist, wenn die Ladeelektrode in relativ grossem Abstand von dem Werkstück angeordnet ist, völlig entfällt. Wenn auch die Wirkung solcher "Gegenelektroden"-Anordnungen bei Spritzpistolen, die mit üblichen elektronischen : Energiequellen arbeiten, und bei denen die praktisch brauchbaren, Maximalspannungen 60 Kilovolt kaum überschreiten, nützlich sein '<. mag, so ist sie bei Spritzpistolen mit elektrogasdynamischer i

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Energieerzeugung gemäss der Erfindung mit ihrer Fähigkeit, grössere Spannungen zu erzeugen, und mit ihrer niedrigeren Stromkapazität nicht notwendig. Sine solche "Gegenelektrode" kann durch einen geerdeten Handgriff der Spritzpistole gebildet werden, und da die Spritzpistole gemäss der Erfindung vorzugsweise einen geerdeten Handgriff sum Schutz der Bedienungsperson besitzt, müssten die Mittel zum Abschirmen der Ladeelektrode auch so sein, dass sie die möglichen schädlichen Wirkungen ihrer Anordnung verringern, wenn nicht verhindern. Dagegen wurde gefunden, dass die Anwendung einer solchen Abschirmelektrode den Betrieb einer kompakten elektrogasdynamisehen d Handspritzpistole oder einer automatischen Spritzpistole nachder Erfindung bei Spannumgen ermöglichen kann, die erheblich grosser als die üblicherweise verwendeten Spannungen sind. Fig. 10 und Fig. 13a und 1Jb zeigen die Anordnung einer einer solchen Abschirmelektrode beieiner der Fig. 2 entsprechenden Spritzpistole. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, kann die Abschirmelektrode 240 aus einem Hing aus leitendem Werkstoff bestehen, der an der Aussenflache der das Auslassende des Düsenkörpers 130 umgebenden Luftkappe 170 angeordnet ist. Eine solche Abschirmelektrode ist elektrisch "frei", da sie weder mit der Ladeelektrode noch mit Erde elektrisch verbunden ist. Sie sammelt daher Strom aus der Ladeelektrode, wenn diese ein hohes Potential aufweist, und erhält ein Potential, das nur f etwas geringer als das der Ladeelektrode ist. Wenn das Potential der Abschirmelektrode ansteigt, so neigt es dazu, die Koronaentladung um die Ladeelektrode herum zu löschen. Da aber die Spritzvorrichtung nach der Erfindung im wesentlichen "mit "Konstantstrom"-Charakteristik arbeitet, wird durch die Abschirmelektrode die Spannung an der Ladeelektrode erhöht, um den gleichen Stromfluss aufrechtzuerhalten.

Der Einfluss der Abschirmelektrode auf die Stärke des AbIa- ;

gerungsfeldes zwischen der Spritzvorrichtung und dem Werkstück ! ist aus Fig. 11 ersichtlich. Diese gibt die gemessenen Werte der Stärke des Ablagerungsfeldes bei verschiedenen Abständen ^]

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der Spritzpistole von dem Gegenstand wieder, wobei diese Werte gemäss Fig. 12 mit einem das elektrostatische Feld messenden Messgerät 242 (der Firma Munroe Electronics Co. in MLddleport, New York) ermittelt wurden, das zwischen einer Sonde 244- und Erde angeordnet war, Die verwendete Spritzpistole 246 war in der vorstehend erläuterten Weise gemäss der Erfindung ausgebildet. Die beiden Kurven in Fig. 11 zeigen deutlich die bei der Anwendung einer Abschirmelektrode wesentlich erhöhte Betriebsspannung und damit auch die entsprechend vergrösserte Feldstärke. Die Abschirmelektrode kann in Bezug auf Form und Anordnung geändert werden, um auch eine grössere Zunahme der Stärke des Ablagerungsfeldes herbeizuführen. Im allgemeinen wird die Gestaltung einer solchen Elektrode im wesentlichen von der Gestaltung der Ladeelektrode und der Gestaltung der Vorrichtung an der Zerstäubungsstelle bestimmt, wobei gewisse Beschränkungen durch praktische Belange, wie Vermeidung der Interferenz mit dem Strom der Fächerluft öder der Zerstäubungsluft oder mit dem erzeugten Spritzmuster, bestehen.

Wie bereits erwähnt, dient der Düsenkörper I30 und insbesondere das zylindrische Auslassende 120 desselben mit der Austrittsöffnung für die Farbe als Ladeelektrode. Es können jed.och auch anders gestaltete Ladelektroden bekannter Art, z. B. auch nadeiförmige Elektroden, verwendet werden. Auch kann die von dem elektrogasdynamischen Energieerzeuger erzeugte Spannung der flüssigen Farbe schon vor der Farbdüse übermittelt werden. Fig. 13a und 13b zeigen eine einfache Elektrodengestaltung, die zur hohen Aufladung der zerstäubten Farbtröpfchen besonders geeignet ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Auslassende 120 des Düsenkörpers mit mehreren voneinander getrennten V-förmigen Spitzen 250 versehen, die relativ scharfkantige Uhregelmässigkeiten bilden und von der wiederum ringförmig gestalteten ' Abschirmelektrode 240 umgeben sind. ι

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten bevorzugten Aus- ■ führungs formen beschränkt, die in mannigfacher Hinsicht ge-

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ändert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Ansprüche; 0Ü3S3O/1ö Λ

Claims

- 28 Ansprüche

1. Einrichtung zum elektrostatischen Überziehen eines Gegenstandes mittels eines durch Zuführung von z. B. mit einem Lösungsmittel geimpfter Zerstäubungs-Druckluft gebildeten Spritzstrahles aus dem zerstäubten Farbstoff, dessen aufgeladene Flüssigkeitstrppfchen von dem Gegenstand elektrostatisch angezogen und auf diesem abgelagert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen mindestens voneinem Teil der Zerstäubungs-Druckluft mit hoher Geschwindigkeit durchströmten elektrogasdynamischen Energiebzw. Spannungserzeuger (50) aufweist, dessen Spannungsund Stromleistung von der Strömungsgeschwindigkeit und Menge der zugeführten Druckluft abhängig ist und proportionale Änderungen der Feldstärke des durch ihn erzeugten elektrostatischen Ablagerungsfeldes herbeiführt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 nit einer zur Bildung des Spritzstrahles dienenden Spritzpistole, dadurch gekenn- : zeichnet, dass der elektrogasdynamische Energieerzeuger (50) in der Spritzpistole im Strömungsweg der Zerstäubungs-Druckluft angeordnet ist.

J. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrogasdynamische Energieerzeuger (50) im Strömungsweg eines von dem Zerstäubungs-Druckluftstrom abgezweigten Druckluftstromes angeordiiet ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrogasdynamische Energie-* erzeuger (50) zum Aufladen des zerstäubten Überzugsstoffes und zum Aufrechterhalten eines elektrostatischen Ablagerungs* feldes dient, dessen eines Ende an der Zerstäubungsstelle des Überzugsstoffes liegt.

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5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrogasdynamisch^ Energieerzeuger (50) als Gleichstrom- und Gleichspannungserzeuger ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5* dadurch gekennzeichnet, dass der dem vorderen Teil der Spritzpistole (28) bildende Lauf (34·) im wesentlichen aus isolierendem Werkstoff besteht und an seinem vorderen Ende mit einer Zerstäuberdüse (36).versehen ist, in der der zugeführte fluidisierte Überzugsstoff durch Einwirkung der mit hoher λ Geschwindigkeit aus einer Eremdquelle zugeführten geimpften Druckluft zu feinen Flüssigkeitströpfchen zerstäubt wird und an deren Auslassende durch den elektrogasdynamischen Energieerzeuger (50) eine elektrostatisch induzierte ionisierte Atmosphäre zum Aufladen des zerstäubten Überzugsstoffes gebildet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am vorderen Ende des Pistolenlaufes (34-) eine Ladelektrode angeordnet ist, die mindestens durch einen Teil (120, I30) der Zerstäuberdüse (36) gebildet ist und zur Bildung und Aufrechterhaltung der ionisierten Atmosphäre mit dem Auslassende (198) des elektrogasdynamischen Energieerzeugers ( (50) elektrisch verbunden ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7₅ dadurch gekennzeichnet, dass in einigem Abstand von der Ladeelektrode (120, I30) zur Erhöhung der Arbeitsspannung derselben eine elektrisch isolierte Abschirmelektrode (240) angeordnet ist.

9- Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladelektrode (120) an ihrem freien Ende mindestens mit einer eine Koronaentladung induzierenden Spitze (250) ; versehen ist. '

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10. Einrichtung nach. Anspruch 8 oder 95 dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmelektrode (240) durch, eine Hülse aus leitendem Werkstoff gebildet ist, welche die Ladeelektrode (120, 130) in einigem Abstand umgibt und mit ihrem vorderen Rand über das freie Ende der Ladelektrode hinausragt.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeelektrode durch das nadeiförmig verlängerte Auslassende (120) des den Überzugsstoff zuführenden Düsenkörpers (I30) der Zerstäuberdüse (I36) gebildet ist.

12. Einrichtung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrogasdynamisch^ Energieerzeuger (50) als auswechselbare Patrone ausgebildet ist·

13· Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzpistole (28) als von Hand bedienbare Spritzpistole mit einem Handgriff (32) aus leitendem Werkstoff ausgebildet ist, der beim Betrieb des elektrogasdynamischen Energieerzeugers (50) geerdet ist.

14·. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13» dadurch gekennzeichnet, dass der elektrogasdynamische Energiebzw. Spannungserzeuger (50) rohrförmig ausgebildet und in einer mit einem Zuführungskahal (90) für die Zuführung der Druckluft verbundenen Längsbohrung (156) des Laufes (34) der Spritzpistole (28) angeordnet ist, an derem hinteren Ende zur Bildung einer Koronaentladung eine mit Erregerspannung gespeiste Ionisierelektrode (124) sowie in einigem Abstand von dieser eine Anziehungselektrode (194) angeordnet sind und die in ihrem vorderen Ende eine Sammelelektrode (198) enthält, die durch einen Leiter . (200) mit der Zerstäuberdüse (I36) verbunden ist. '

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15· Einrichtung nach. Anspruch. 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionisierelektrode (124) als Nadelelektrode ausgebildet ist, die gleichachsig zu einer von der Druckluft durchströmten mittleren Längsbohrung (158) des elektrogasdynamischen Energie- bzw. Spannungserzeugers (50) angeordnet ist und mit ihrer Spitze in das freie Innere der als Ringelektrode ausgebildeten Anziehungselektrode (194) hineinragt .

16.· Einrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, dasr die Ionisierelektrode (124) gleichachsig durch einen sich nach vorn konisch verjüngenden, zwischen dem hinteren f Ende des Laufes (34) und dem Handgriff (32) der Spritzpistole (28) angeordneten übergangaabschnitt (192) hindurchgeht, der durch eine aus Isolierstoff bestehende Hülse mit konischem Innenraum gebildet ist und an seinem vorderen Ende, an dem die Anziehungselektrode (194) angeordnet ist, mit der Längsbohrung (158) des elektrοgasdynamischen Energie- bzw. Spannungserzeugers (50) und an seinem hinteren Ende mit einer den Zuführungskanal (90) für die Druckluft bildenden LänrrsDoIrrung des Handgriffes (32) in Verbindung steht.

Verfahren nun elektrostatischen Überziehen eines Gegenstandes,bei der; der tJberzugsstoff. z. B. Farbe, in For::: eines zerstäubten Spritzstrahles aus feinen FlüssirJieitströpfohen durch nit hoher Geschwindigkeit strömende Druckluft unter· Bildung eines elektrostatisch induzierten ionisierten Atmosphäre auf ein elektrostatisches Ablagerur-£sfeld getragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bildung und Aufrechterhaltung der ionisierten Atmosphäre und des Ablagerungsfeldes notwendige Spannung auf elektrogasdynamischem Wege unter Verwendung von wenigstens einem Teil der strömenden Druckluft in der Weise erzeugt wird, dass die durchschnittliche Feldstärke des elektrostatischen Ablagerungsfeldes proportional zu der Strömungsgeschwindig-

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keit der auf den Überzugsstoff zu seiner Zerstäubung einwirkenden Druckluft ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17? dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft vor der Zerstäubung des flüssigen Überzugs· stoffes geimpft wird.

Der Patentanwalt

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