DE2652059C2 - Vorrichtung zum elektrostatischen Auftragen elektrisch leitender, insbesondere wasserverdünnter Farbstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum elektrostatischen Auftragen elektrisch leitender, ins. esondere wasserverdünnter Farbstoffe auf einen an Erdpotential liegenden Gegenstand.

Mit der fortschreitenden Entwicklung der elektrostatischen Lackiertechnik finden die mit Wasser verdünnbaren Farbstoffe immer weitere Verbreitung. Sie haben wesentliche Vorteile gegenüber sonstigen Farbstoffen, weil es möglich ist, sie erst kurz vor dem Verbrauch mit Wasser zu verdünnen, und weil sie außerdem umweltfreundlich sind. Die mit Wasser verdünnbaren Farbstoffe können mit reinem entsalzten Wasser, in manchen Fällen auch mit Brunnenwasser, verdünnt werden, so daß beim Trocknen und Einbrennen keine die Umwelt bzw. die Gesundheit der Bedienungspersonen gefährdenden Dämpfe entstehen. Außerdem ist von Vorteil, daß die mit Wasser verdünnbaren Farbstoffe im Gegensatz /u den herkömmlichen Lackier- und Anstrichstoffen niclit feuergefährlich sind.

Wasserverdünnte Farbstoffe haben jedoch einen nur geringen elektrischen spezifischen Widerstand. Wenn derartige elektrisch leitende Farbstoffe vor ihrem Versprühen in der Sprühvorrichtung elektrisch aufgeladen werden, müssen alle farbstofführenden Teile der Sprühvorrkhiung einschließlich des Farbstoff-Vorratsbehälter gegen das F.rdpotential elektrisch isoliert werden.

Dies laßt sich leiloch durch die indirekte elektrische Aufladung des bereits versprühten Farbstoffes vermeiden. Mi'-rbei wird der Farbstoff mechanisch zerstäubt und hat vor der Zerstäubung keinen unmittelbaren Kontakt mit der Hochspannung. Die llochspannungselektrode ionisiert mit Hilfe von Spitzen oder Schneiden die Luft, es entstellt ein elektrischer Wind, die aufgeladenen l.iiflmolekiile vermischen sich mil dem Farbnebel und setzen sich auf der Oberfläche der einzelnen elementaren Farbteilchen fest, wodurch dies·.· eine Ladung erhalten. Da die Aufladung erst nach df.m Zerstäuben des Farbstoffes erfolgt, ist eine elektrische Rückleitung von den Hochspannungselektroden über den elektrisch leitenden Farbstoff zur Sprühvorrichtung verhindert. Bei diesem Verfahren findet somit das Zerstäuben des Farbstoffes bei Erdpoten/ial statt und die Gefahr, daß einzelne Teile der Vorrichtung, z. B. der Farbstoffvorratsbehälter, unter Spannung gesetzt werden, ist wegen der geringen Leitfähigkeit des Sprühstrahles und dem geerdeten Zustand der Sprühvorrichtung und des Farbstoffbehälters vermieden.

Die Hochspannungselektrode, die keinen Kontakt mit dem Farbstoff hat, dient einer doppelten Funktion. Einerseits erzeugt sie das elektrische Kraftfeld in Richtung des geerdeten Gegenstandes, zum anderen stellt sie durch ihre Schneiden oder Spitzen Koronaentladungen her, durch welche die Luft ionisiert wird und so die bereits versprühten Farbteilchen mittelbar aufgeladen werden.

Zur Verwirklichung dieser indirekten Aufladung elektrisch leitender Farbstoffe werden am Sprühkopf der Sprühvorrichtung eine oder mehrere /vtetailnadeln, gegebenenfalls auch ein scharfkantiger Metallring in einem Halter aus Isoliermaterial angebracht und über einen Hochspannurgsanschluß innerhalb der Sprühvorrichtung an eine Hochspannungsstromquelle angeschlossen (DE-GM 74 01584). Die Elektrodenspitzen sind dabei soweit von der Austrittsöffnung der Sprühvorrichtung im Abstand angeordnet, daß eine wesentliche elektrische Rückleitung auch bei elektrisch leitenden Farbstoffen über den Sprühstrahl zum geerdeten Sprühkopf verhindert ist. Bei einer derartigen gegen die Sprühvorrichtung isolierten Hochspannungselektrode kann ein konstantes elektrisches Kraftfeld erzeugt werden, in dem das Sprühen vorgenommen wird. Hierbei sind der eine Pol der Hochspannungsstromquelle und die Sprühvorrichi'.uig geerdet und der andere Pol der Stromquelle ist an die Elektrodenanordnung angeschlossen. Mit Hilfe der Elektrodenspitze wird die umgebende Luft zur indirekten Aufladung der versprühten Farbstoffleilchen ionisiert und wird das elektrische Kraftfeld ausgebildet.

Aufgabe der I'ι findung ist es, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Art derart weiterzubilden, daß die mittelbar über die Ionisierung der Luft auf die bereits /erstäubten Farbstoffteilcheri aufgebrachte Ladung noch beträchtlich vergrößert ist, so daß auch der Sprüherfolg verbessert ist. Dies wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs I erreicht.

Durch Versuche hai sich bestätigt, daß durch die erfindungsgemäße Lösung mit in .Sprühstrahlrichtung in unterschiedlichen Abständen von der Sprühvorrichtung angeordneten und auf stufenweise höherem Hochspannungspcienlial liegenden Llcktrodenspit/en eine um iO bis 60° höhere Ladung fiirdie Farbsloffleilchen erreicht werden kann. Die auf unlerschiedlichcm Potential liegenden F.lcktrodcnspilzcn wirken zur F.rzeugiing des elektrischen Kraftfeldes /wischen ihnen und dem /11 überziehenden Gegenstand b/w. dein Sprühkopf und /ur Ionisation der Luft in der I Imgcbung zusammen.

Die Größe der Potentwhmterschiede und/oder der Abslände /wischen den aufeinanderfolgenden Fleklroilen bestimmen sieh aus dem jeweils speziellen Anwendungsfall und lassen sah gegebenenfalls daran anpassen. Die Vorrichtung kann so mil einer entspre

chenden Regeleinrichtung fur die Größe der Elektrodenpotentiale ausgestattet sein. Auch kann es zweckmäßig sein, die Elektrodenspitzen in Sprühstrahlrichtung verstellbar zu machen.

Die Abstände zwischen den aufeinanderfolgenden Elektrodenspitzen können konstant, gegebenenfalls jedoch unterschiedlich sein. Bei einer Versuchsvorrichtung haben sich Abstände /.wischen den aufeinanderfolgenden Elektrodenspitzen im Bereich von etwa 35 bis 60 mm bewährt.

Die Elektrodenspitzen können punktförmig, gegebenenfalls jedoch auch schneidenförmig enden. Vorzugsweise sind sie von der Sprühvorrichtung wegweisend oder wenigstens rechtwinklig zur Sprühstrahlachse angeordnet. Zum zu überziehenden Gegenstand hingerichtete Elektrodenspitzen können parallel zur Sprühstrahlachse angeordnet sein. Es wird jedoch vorgezogen, sie ;m Winkel zur Sprühstranlachse zu dieser hin auszurichten. Wenngleich es möglich erscheint, die Elektrodenspitzen auch im Abstand von der Sprühstrahlachse enden zu lassen, wird es gegenwärtig vorgezogen, die aufeinanderfolgenden Elektrodenspitzen an der Sprühstrahlachse enden zu lassen. Gegebenenfalls kann man die Elektrodenspitzen auch entsprechend lageverstellbar und/oder winkelverstellbar haltern.

Es ist zwar eine Sprühvorrichtung zum elektrostatischen Versprühen flüssiger Farbstoffe bekannt, bei welcher außerhalb der Sprühdüse zwei auf unterschiedlichem Potential liegende Elektroden angeordnet sind (AT-PS 2 34 878). Hierbei dienen die Elektroden jedodi ausschließlich der Zerstäubung des aus der Düse austretenden Flüssigkeitsstrahles in einem von den Elektroden erzeugten elektrischen Feld mii möglichst hohem Feldgradienten.

Ferner ist eine Spitzcnelektrodenanordnung zur Aufladung pulverförmigen Beschichtungsmaterials bekannt, bei welcher mehrere in Strömungsrichtung der Pulverteilchen im Abstand voneinander angeordnete Elektrodensoitzen vorhanden sind, deren Hochspannungspotential sich in Strömungsrichtung stufenweise erhöht (DE-OS 20 65 699). Hierbei handelt es sich jedoch nicht um eine Maßnahme zum Aufladen elektrisch leitender flüssiger Farbstoffe. Außerdem ist diese Elektrodenanordnung im zur Zerstäubungsdüse führenden Pulver-Zuführrohr angordnet, damit die Aufladung dort erfolgt, wo das Treibgas-Pulvergemisch die größte Dichte und infolge des Treibgasdruckes und des verhältnismäßig engen Rohrquerschnittes die größte Geschwindigkeit hat. damit die Wahrscheinlichkeit, daß ein möglichst hoher Pulverantcil durch den Bereich des stärksten Feldes in der unmittelbaren Umgebung der Sprühclcktrodcnspit/cn hindurchge führt wird und durch häufige Zusammenstöße der Pulverteilchen eint Übergabe von Ladungen aufgeladener Pulverteilchen an noch nicht aufgeladenen Pulverteilchen erfolgt, möglichst hoch ist

Die Erfindung wird im lulgcndcn anhand von Ausführungsbeispielen. die si Ik-ma lisch aus der /eiih ming ersichtlich sind, erläutert. In der /en hniing zeigt >

Tig. I ein Anordnung und Sih.iliulium.i einer Elektrodenanordnung am Ueispiel einer Spritzpistole.

F i g. 2 die Halterung einer Hcktrodi-uanordnung mit drei Elcktrodenspilzen an einer Spritzpistole selbst.

I i g. J eine Ansicht der Elektrodenanordnung aus ι I- ι g. 2 von vorn auf Jie Spi ilzpistole hin und

I" i g. 4 eine alternative Ausbildung der Elektrodenanordnung.

In der Zeichnung .st die Sprühvorrichtung I als Spritzpistole dargestellt. Sie kann aber auch als iViaschineiispritzvorrichtung ausgebildet sein. Die Sprühvorrichtung I arbeitet vorzugsweise mit pneumatischer Zerstäubung. Es können jedoch auch andere gebräuchliche Zerstäubungsarten verwendet werden.

Aus der Sprühvorrichtung I wird in Sprühstrahlrichtung F ein wasserverdünnter Farbstoff auf den zu überziehenden Gegenstand 2 in einem Kraftfeld versprüht. Zur Erzeugung des Kraftfeldes ohne wesentliche elektrische Rückleitung über die Sprühvorrichlung 1 ist diese wie auch der Gegenstand 2 auf Erdpotential gehalten, während zwischen der Sprühvorrichtung I und dem Gegenstand 2 eine insgesamt mit 3 bezeichnete Spitzenelektrodenanordnung mit ihren im gezeichneten Fall drei Elektrodenspitzen 4, 5, 6 im Abstand, gesehen in Sprühstrahlrichiung F von der Sprühvorrichtung 1 aus hinter der Sprühvorrichtung 1 angeordnet sind. Die Elektroden der Spitzenelektrodenanordnun_t» } sind an den Hochspannungspol einer I lochspannungsquelle 7 angeschlosv-.¹., die beispielsweise ein Generator ist und deren anderer PU geerdet ist.

Die drei Elektrodenspitzen 4, 5 und 6 enden m in Fig. I gestrichelt angedeuteten Ebenen 7, 8 und 9, die — gesehen von der Sprühvorrichtung t zum Gegenstand 2 — unterschiedlich große Abstände c, ο und a von der Sprühvorrichtung 1 haben.

Der Mindestabstand a der am nächsten an der Sprühvorrichtung I liegenden Elektrodenspitze 9 ist so groß, daß eine Rückleitung von der Elektrodenspitze 9 zur geerdeten Sprühvorrichtung über den Sprühstrahl im wesentlichen vermieden ist, so daß insbesondere wasserverdünnte Farben oder auch sonstige elektrisch leitende Farben versprüht werden können.

Die im Abstand voneinander und von der Sprühvorrichlung 1 liegenden Elektrodenspitzen 4, 5 und 6 sind an Hochspanni'ngsanschlüsse 13, 12, U unterschiedlichen Hochspannungspotentials angeschlossen. Die Potentiale v.erden mit zunehmendem Abstand der Eleklrodenspitzen von der Sprühvorrichtung 1 zunehmend größer. Die am nächsten an der Sprühvor, ichtung 1 liegende Elektrodenspitze 6 liegt somit auf dem geringsten Potential, die am weitesten von der Sprühvorrichtung 1 weg liegende Elektrodenspitze 4 auf dem höchsten Potential und die dazwischen liegende Elektrodcnspitze 5 auf einem mittleren Hochspannungswert. Um dies einfach zu verwirklichen, sind die Elektrodenspitzen an eine gemeinsame Hochspannungsquelle 7 über eine Zuführleitung 14 angeschlossen, in welche in Reihe mehrere Drosselwiderstände R 1 bis R Ϊ eingeschaltet sind. Der Hochspannungsanschluß 11 der am nächsten an der Sprühvorrichtung 1 liegenden Eleklrodenspitze 6 lieg! in Reihe hinter dem letzten IVo:,,eiwiderstand Ri, während der HochspannungsanschluU 12 der auf mittlerem Potential liegenden I kktrodcfispilze ¹J zwischen den beukn letzten Drossclwidersländen R i und R 2 an der Zuführleitung 14. und der Hochspanuungsanschluß 13 für die auf hoihslem Potential liegende Elektrodenspitze 4 zwischen dem ersten Drossclwiderstand R1 und dem /weilen I)nmelwiderst;ind R 2 liegt.

Somit vermindert sich an den Drosselwi'leutänden die Spannung entsprechend dem durchfließenden Strom Dieser Strom ergibt sich aus den von den I lektroiknspitzen abfließenden Ladungen und den lonenstromen. Somit bilden sich an den Elekirodenspitzen ihrer jeweiligen t asl entsprechende, sich stufenweise ändernde Potentiale.

Wie bekannt, haben im vorliegenden I all die P.lektrodenspitzcn dir zweifache Aufgabe, ein elektrostatisches Kraftfeld /wischen ihnen und dem zu überziehenden Gegenstand 2 auszubilden und außrv dem die Luft in der Umgebung des Spiiihstiallies zu ionisieren, so daß die Sprühtröpfehen mittelbar eine Ladung erhalten, durch welche sie in dem Kraftfeld zuii Gegenstand 2 befördert werden. Durch das mit zunehmendem Abstand von der Sprühvorrichtung I zunehmend größer werdende Potential der l.lcktrodenspitzen werden die vorbeiwandernden Spriihiropfchcn zunehmend beschleunigt, /war einsteht bei dieser Anordnung auch ein elektrisches leid zwischen den [elektroden und der geerdeten Sprühvorrichtung, jedoch werden die Spruhtröpfchcn über die Sprühvorrichtung selbst bereits hinreichend beschleunigt, dall sie sich über die am nächsten an der Sprühvorrichtung liegende Llektrodenspit/e 6 hinaus bewegen und d.inn unter der Wirkung des zum zu überziehenden Gegenstand hinführenden I'eldes weiter beschleunigt werden I in Vorteil der vorliegenden Anordnung besieht hierbei darm, daß die am nächsten an der Sprühvorrichtung I liegende Llcktrodenspitze das geringste Potential hat. so daß auch das von ihr zur geerdeten Spnilr- omchtung 1 hinführende l'eld nicht übermaßig stark ist.

Die am nächsten an der Sprühvorrichtung I liegende Llektrodenspitze 6 dient hauptsächlich zur schnellen Ionisierung der umgebenden I .lift, um möglichst rasch entsprechende Ladungen aiii die Sprühtröpfchen aufzubringen. Die beiden anderen elektroden dienen einerseits der weiteren Ionisierung der I .lift und anderer'cits hauptsächlich zur I rzeugting des zum Gegenstand 2 hinführenden Kraftfeldes.

Die Potentiale uiul Potentialunlerschiede der jewcili gen Llektrodenspitzen können je nach der gewünschten akiitiiellen Gestaltung des Kraftfeldes ausgewählt werden. In einer oder mehreren der Lbenen 7 bis 4 können anstelle einer l.inzclelektrode auch mehrere l.lektroden enden, die dann fur dieselbe ebene vorzugsweise dasselbe Potential haben. Heispielswcisc können an einem den Sprühstrahl an wenigstens zwei ,.,n,iKi.ri;,.,>,.i,,l,.n V.Ml.-n >,„,„.. hf II,H .... I I I I I . ■ r , I. M₁, ■ M

•iiis Isoliermaterial jeweils ein elektroden! ahmen eingebettet sein, an welchem aus dem Hallerahmen vorstehende l.lektrodenspitzen oder Llektrodenschiiei de'· angeordnet sind. Diese lassen sieh dadurch über die gesamte Breite des Spruhsir.ihles hin verteilen, so daß ein intensiver lonenwind über den gesamten Sprüh strahihereich hin gleichmaßig verteilt erzeugt wird Gegebenenfalls kann eine S₁Il₁ ¹H- elektrodenanordnung "l einer oder mel-.eren der I her.cn 7 bis 9 auch als den "sprühstrahl kreuzendes Gitter ausgebildet sein, dessen G'fi'STabe "iit zum Gegenstand 2 hinweisenden Spitzen oder Schneiden besetzt sind. Die dabei mit dem Güter unmittelbar in Kontakt gelangenden Sprühtröpf-L her erhalten dann über diesen Kontakt unmittelbar eine Ladung. Sich a¹"" Git-er gegebenenfalls bildende I arbstoffablageriingcn sind beim Versprühen elektiiseh leitender Larhstoffzusammensetzungen weitgehend umschädlich, da die Ablagerungen aus diesem Grund weilgehend nicht isolier end wirken.

Die in I ig I nur schematisch angegebc'ie Anordnung der I lekttodenspilzen um\ ihrer Schaltung kann wie aus Cig. 2 i\\u\ i ersichtlich, verwirklicht werden, liier sitzt aul dem Sprührohr der Sprühvorrichtung 2 ein llalterahmcn 15 aus Isolie; material, von welchem zum Gegenstand hin unterschiedlich weit abragcndc Isolierrohre lh bis IK für die L.lektroden gehalten werden, die nach ihrem Austreten aus dem zugehörigen Isolierrohr zur Sprühstrahlachse hin abgebogen verlaufen und mit ihren i'.lektrodenspilzen 4 bis β im Bereich der Sprühslrahlachse enden. Wie besser aus I ig 3 ersichtlich, sind die Isolierrohre lh bis 18 am kreisringförmigen llalterahmen 15 jeweils um 90 gegeneinander versetzt angesetzt.

Werden die aus I ι y. I ersichtlichen Drosseiwider stände R I bis R ] in Reihenschaltung verwendet, so können die Drossel« idei stände entsprechend im llalterahmen 15 untergebracht sein. Hei Parallelschal lung unterschiedlich starker Widerstände können diese auch in den Isolierrohren 16 bis 18 selbst untergebracht sein Heim Ausführungsbeispiel nach 1 i g. 2 lauft die /uleii'ing 14 von der I lochspannungsqucllc 7 durch ein Isolierrohr innerhalb der Sprühvorrichtung 2 selbst. Sie kann h.vi auch in einei anderen Ausführungsform unmittelbar zum I lalteiahmeti 15 laufen, der lösbar auf dem Sprührohr der Sprühvorrichtung 2 angebracht sein kann.

Aus I ig 4 ist schematised eine andere geeignete Ausbildung einer Aufladungsbaugruppc ersichtlich. Hier sitzen die Drosselwiderstände R I bis R 3 entsprechend der Schaltung aus Γ ig. I m Reihe geschaltet in einem Isolierrohr 19. in dessen hinteres I.rule die Zuführleitung 14 von der I loi 'hspanmingsquelle 7 einläuft und an dessen vorderem Lnde die am nächsten an der Sprühvorrichtung I hegende llektrodenspilze 6 abgestützt ist leweils in Hohe det Verbindungen zwischen aufeinanderfolgenden DrossclwVerständen Ri bis R 3 /uiMul ν f in iii'in Isf lln'fi < ihr IQ ein 'Afilprps Isoliprrohr 20. 21 ab das zu den beiden anderen Llcktrodenspit/en 5 bzw. 4 führt, so daß deren I lochspannungsanschlüsse 12. Π entsprechend der Schaltung aus fig. I jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Widersländen R I. R 2 bzw. Rl. Ri vorgenommen werden können. [ ntsprechend den Abstanden, die die Llcktrodenspitzen 4 und 5 von der Llektrodenspit/c 6 bzw. der Sprühvorrichtung I haben sollen, sind die Rohre 20 und 21 unterschiedlich lang.

Die aus L ι g. 4 im Prinzip ersichtliche Aufladungsbaugruppe kann unmittelbar an der Sprühvorrichtung 1 gegebenenfalls losbar und oder verstellbar angebracht sein. Sie kann jedoch auch an einer entsprechenden Halterung unabhängig von der Sprühvorrichtung 1 gehalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Vorrichtung zum elektrostatischen Auftragen elektrisch leitender, insbesondere wasserverdünnter Farbstoffe, mit einer an Erdpotential liegenden, ein zu einer Sprühdüse führendes Farbstoff-Zuführrohr aufweisenden Sprühvorrichtung zum Versprühen des Farbstoffes, und einer von einem Halter aus Isoliermaterial getragenen, an Hochspannung angeschlossenen Spitzenelektrodenanordnung, deren Elektrodenspitzen außerhalb des Zuführrohrs und der Sprühdüse in einem eine elektrische Rückleitung von den Elektrodenspitzen über den Farbstoff-Sprühstrahl zu der geerdeten Sprühvorrichtung verhindernden Abstand von dieser angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenelektrodenanordnung (3) in unterschiedlichen Abständen von der Sprühdüse in Sprühstrahlrichtung im Bereich der Sprühstrahlachse angeordnete Elektroderspitzen (4, 5, 6) aufweist, die an Hochspannungsanschlüsse (11, 12, 13) mit in Sprühstrahlrichtung stufenweise zunehmendem Potential angeschlossen sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenspitzen (4, 5, 6) gegenüber der Sprühvorrichtung lageverstellbar und/oder gegenüber der Sprühstrahlachse winkelverstPÜbarsind.