DE2731601A1 - Elektrostatische spruehbeschichtungspistole - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrostatische Sprühbeschichtungspistole mit einem Rohr, in dem sich ein zu einer Sprühmündung führender Sprühmittelkanal und ein Kabelkanal befindet, und mit einer Elektrode zum elektrischen Aufladen des versprühten Sprüh- bzw. Beschichtungsmediums.

Bei der elektrostatischen Sprühbeschichtung werden die versprühten Partikel des Beschichtungsmittels vor, während oder nach ihrer Zerstäubung mit einer hohen elektrischen Spannung aufgeladen, um den Beschichtungsvorgang zu fördern. Die zu beschichtenden Objekte werden auf oder annähernd auf Erdpotential gehalten.

Im Sprühmittelkanal der Pistole befindet sich im allgemeinen ein entweder als Nadel- oder Kugelventil ausgebildetes Ventil, welches mit einer Zugstange geöffnet und geschlossen wird. Als Dichtung für die Zugstange hat man bisher entweder Packungsdichtungen oder packungslose Dichtungen verwendet. Packungsdichtungen sind dynamische Dichtungen, d.h. die Zugstange gleitet innerhalb des gegen den Umfang der öffnung des Kanals gepreßten Packungsmaterials. Diese Dichtungen sind für manche Systeme geeignet, insbesondere aber für elektrostatische Sprtihsysteme ungeeignet. Von Natur aus sind Packungsdichtungen keine elektrischen Dichtungen. Die Packungsdichtung kann einen unerwünschten elektrischen Abfluß für die Hochspannung zur Erde bilden oder das Bedienungspersonal gefährden. Außerdem wird das Packungsmaterial bei der Gleitbewegung abgenutzt, insbesondere dann, wenn das Beschichtungsmaterial abrieberzeugende

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Elemente enthält.

Es gibt auch bereits sogenannte "statische" Dichtungen in Form von Membranen o. dgl., bei denen keine Gleitbewegung der Zugstange gegenüber der Dichtung auftritt.

Die bekannten membranartigen statischen Dichtungen haben zwar die Probleme bezüglich der Abnutzung und elektrischen Isolierung gelöst, dafür jedoch andere Probleme aufgeworfen. Man hat für die Dichtung vorzugsweise Teflon benutzt, weil es gute elektrische isolierende und chemische Eigenschaften aufweist. Außerdem ist Teflon gegenüber den meisten Beschichtungsmaterialien undurchlässig. Die bekannten Teflondichtungen hatten dickwandige mechanische Anschlußenden, s. beispielsweise US-PS 3 747 850. Ferner waren bei den bekannten Dichtungen die Enden maschinell bearbeitet. Die dicken Wandungen ließen sich nicht gut verformen, wenn sie gegen eine andere Oberfläche gedrückt wurden. Aus diesem Grunde sind an den Dichtoberflächen enge Herstelltoleranzen oder Extradichtungen erforderlich. Enge Maschinentoleranzen sind teuer, und Zusatzdichtungen wie O-Ringe haben nicht die gewünschten WerkstoffCharakteristiken wie Teflon. Darum waren die verwendeten Extradichtungen entweder teuer oder Schwachstellen der Konstruktion.

Bei den bekannten Sprühbeschichtungspistolen gibt es verschiedene Ausführungen für die Elektroden zum Aufladen des Beschichtungsmediums bzw. der Farbe. Einige Pistolen haben eine steife nadeiförmige Elektrode in der Nähe der Sprühdüse, wobei die Stromzuführung vorzugsweise durch das Rohr erfolgt. War das Rohr aus Isolierstoff, dann wurde auf diese Weise das Bedienungspersonal gegenüber der Spannung geschützt. Hatte die Pistole eine drehbare Düse, dann.war die Position der Elektrode bei einigen bekannten Pistolen ebenfalls um das Rohr verdrehbar. Die Stromübertragung wurde in diesem Fall über einen Schleifring in jeder Stellung der Elektrode auf-

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rechterhalten.

Die Anordnung der Elektrode nahe der Düse bewährte sich, wenn das versprühte Material einen hohen elektrischen Widerstand aufwies, mindestens oberhalb 200 000 Ohm/cm. Wurde jedoch ein Material mit mäßiger oder hoher elektrischer Leitfähigkeit versprüht, dann konnte die Farbsäule im Rohr die Hochspannungsversorgung kurzschließen, falls der Farbvorrat geerdet war. Deshalb hat man die Elektrode weit vor die Düse verlegt, um die Farbe dort aufzuladen, wo sie bereits in isolierte Tröpfchen aufgetrennt war. Dabei mußte die Elektrode jedoch außerhalb des Sprühfächers bleiben, um nicht selbst mit Farbe überzogen zu werden, was die Aufladungscharakteristik verschlechtern würde.

Bei Sprühpistolen mit drehbaren Düsen wurde die Elektrode mit der Düse verdreht, damit sie immer die gleiche Relativposition zum Sprühfächer hat. Siehe US-PS 3 937 401. Die hieraus bekannte Ausführung hat einen Schleifring für die Stromversorgung der Elektrode. Sämtliche Schleifring-Lösungen haben jedoch Nachteile. Um eine genügend wirksame Isolierung und einen ausreichenden Abstand des Schleifringes zu erreichen, entweder unförmige Gehäuse, ein äthrisch isolierendes Fett oder beides in Kauf nehmen.

Steife nadeiförmige Elektroden sind gefährlich für das Bedienungs- oder Wartungspersonal, weil sie leicht durch die Haut gehen. Außerdem lassen sich steife Elektroden leicht verbiegen, und das führt zu einer verminderten oder völlig unwirksamen Farbaufladung.

Außer diesen angeführten Nachteilen gab es bisher noch keine zufriedenstellende Sprühpistole zum Auftragen von Glasuren in breiiger Form auf elektrostatischem Wege auf ein Substrat. Bekannte Auftragvorrichtungen dieser Art

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waren innen verschleißanfällig, außerdem mußte man das ganze Auftragungssystem elektrisch mit Hochspannung aufladen. D.h., das gesamte Gerätesystem mußte körperlich und elektrisch gegenüber Erde und vom Personal isoliert werden. Diese Maßnahmen gestalten die Arbeit mühsam, zeitraubend und nicht ganz ungefährlich.

Aufgabe der' Erfindung ist es, eine die erwähnten Nachteile vermeidende neuartige und verbesserte elektrostatische Sprühbeschichtungspistole zu schaffen, mit der sich eine größere Anzahl von verschiedenen Beschichtungsmaterialien versprühen läßt als bisher möglich.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Elektrode an einem innerhalb eines Winkelbereiches um das Rohr verschwenkbaren, innerlich einen elektrischen Verbindungskanal aufweisenden Elektrodenansatz befestigt ist und elektrisch mit einem ersten Ende eines flexiblen Verbindungskabels verbunden ist, dessen erstes Ende durch den Verbindungskanal verläuft und das ein zweites Ende aufweist, welches durch den Kabelkanal des Rohres verläuft und mit einer Hochspannungsquelle verbindbar ist.

Auf diese Weise wird mit relativ einfachen Mitteln eine betriebssicher arbeitende Sprühpistole der eingangs genannten Art geschaffen. Schleifringe oder andere Hilfsmittel sind nicht mehr erforderlich.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Elektrode und ihrer Stromversorgungseinrichtungen sind den anliegenden Ansprüchen 2 bis 14 zu entnehmen.

Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung gehört zu dem im Sprühmittelkanal befindlichen zweiteiligen Ventil eine flexible Teflondichtung, die mit einem Ende statisch

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mit der Zugstange des Ventils und mit ihrem anderen Ende statisch im Sprühmittelkanal abgedichtet ist. Die gewählte Ausführung der flexiblen Dichtung als dünnwandiger und billig hergestellter Schlauch erspart eine teure Bearbeitung des Dichtungselementes und ermöglicht den Verzicht auf zusätzliche Dichtungselemente. Die Einzelheiten dieser Abdichtung sind ausführlich in der nachfolgenden Figurenbeschreibung und in den Ansprüchen 15 bis 28 erläutert.

Die Elektrode der vorliegenden Sprühpistole ist aus Gründen der Arbeits- und Betriebssicherheit als elastische Metallspirale mit einem abgebogenen nadeiförmigen Ende ausgebildet. Auf diese Weise kann sich weder das Personal verletzen noch kann die Elektrode im Betrieb dauerhaft verbogen werden.

Besonderes Augenmerk wurde bei der erfindungsgemäßen Sprühpistole darauf gerichtet, daß auch breiförmige Glasuren sowie verschiedene andere Beschichtungsmittel damit versprüht werden können. Breiförmige Glasuren sind fast immer eine Glasur-Suspension in Wasser. Wer sich über Glasuren näher informieren möchte, lese nach in einem Aufsatz mit dem Titel "Ceramic Glazes" von C. W. Parmelee (1973).

Die Glasurpartikel sind extrem verschleißerzeugend. Es können entweder rohe Silikate oder Glaspartikel sein. Bei der vorliegenden Sprühpistole sind die feststehenden Teile des Ventils und die Abgabeöffnung bzw. der Düse aus einem verschleißfesten Material hergestellt, dem auch die scharfen Silikat-Partikel von Glasuren nichts anhaben können.

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Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein bevorzugtes AusführungsLcispiel einer elektrostatischen Luftzerstäuber-Sprühpistole,

Fig. 2 einen maßstäblich vergrößerten Teilschnitt mit Einzelheiten einer Dichtungsanordnung im Rohrbereich der Sprühpistole von Fig. 1, und

Fig. 3 einen Querschnitt im Verlauf einer Linie 3-3 von Fig. 1.

Als Hauptelemente der in Fig. 1 geschnitten dargestellten elektrostatischen Sprühpistole unterscheiden wir einen aus Metall bestehenden und über eine nicht dargestellte geeignete elektrische Verbindung geerdeten Griff 1, ein aus Isoliermaterial wie Delrin hergestelltes und am Griff 1 befestigtes Rohr 2, eine am anderen Rohrende befestigte Mündung 3 sowie einen rund um das Rohr herum verlagerbaren Elektrodenansatz 4.

An einen Luftkanal 5, der sich durch den Griff 1 und das Rohr 2 erstreckt und gegebenenfalls mit einer sich durch das Rohr 2 und die Mündung 3 erstreckenden ersten Luftkammer 6 und zweiten Luftkammer 7 in Verbindung stehenden Luftkanal 5 ist mittels eines geeigneten Verbinders 8 eine Luftleitung 14 angeschlossen. Es sei bemerkt, daß sich der Luftkanal 5 teilweise innerhalb des Griffes 1 und des Rohres 2 in einer von der Zeichnungsebene abweichenden Ebene erstreckt, und deshalb sind in Fig. 1 die Obergänge des Luftkanals 5 in die beiden Luftkanunern 6 und 7 nahe der Mündung 3 mit unterbrochenen Linien angedeutet.

Ein am unteren Ende des Griffes 1 mittels einer Haltemutter 10 befestigtes Elektrokabel 15 besitzt eine Verlängerung 20, die sich in einem Kabelkanal 9 des Griffes

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1 befindet. Der Kern des Elektrokabels 15 ist ein geeigneter elektrischer Leiter, beispielsweise aus Drahtlitze oder aus hintereinander geschalteten Widerständen gemäß US-PS 3 348 186. Ein die Kabelverlängerung 20 umgebender Polyäthylenmantel 21 läßt lediglich einen elektrischen Kontakt 4 5 am Ende der Verlängerung 20 frei, während das andere Ende des Elektrokabels 15 mit einer nicht dargestellten Hochspannungsquelle in Verbindung steht.

Ein körperlich und elektrisch mit dem unteren Ende des Griffes 1 in Verbindung stehendes Anschlußstück 17 aus Metall dient als Anschlußstelle für einen Farbzuführschlauch 16, mit dessen Hilfe Farbe unter einem Druck zugeführt wird. Ein nicht dargestellter Innenkanal des Anschlußstückes 17 ist mittels einer Farbzuführleitung 18 mit einer Farbeinlaßöffnung 23 im Rohr 2 der Pistole verbunden.

Die Farbeinlaßöffnung 2 3 steht über eine Farbleitung im Rohr 2 mit einer Abgabeöffnung 2 4 der Mündung 3 in Verbindung. Strömungsmäßig unmittelbar vor der Abgabeöffnung 24 befindet sich ein Nadelventil, dessen Nadel 25 an einer Zugstange 26 aus Delrin (Markenbezeichnung von DuPont)· befestigt ist, die sich durch eine Öffnung am hinteren Ende der Farbleitung 22 erstreckt. Die Farbleitung 22 ist gegenüber der Zugstange 26 ringsherum eng abgedichtet mittels eines Teflon-Balges 19, der an einem Ende eine statische Dichtung gegenüber der Zugstange und am Umfang der Öffnung am anderen Ende aufweist. Details dieser Dichtungsanordnung werden weiter unten beschrieben.

Die Zugstange 26 ist verbunden mit einem federbelasteten Abzug 27, und wenn dieser nach rückwärts verlagert wird, hebst sich die Nadel 25 von ihrem Sitz hinter der Abgabeöffnung 24 ab, und dann kann die Farbe austreten.

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Wenn man Schleifmittel enthaltende Beschichtungsmaterialien versprühen will, dann sind Nadel und Sitz vorzugsweise aus verschleißfesten Materialien hergestellt wie Keramik oder Karbid.

Die im wesentlichen dem Stand der Technik entsprechende Mündung 3 besteht aus einem Fluid-Mündungsabschnitt 28 mit einer Keramik-Auskleidung 30, einer Luftkappe 29 und einer Haltemutter 35. Alle Einzelteile, mit Ausnahme der Keramik-Auskleidung 30, sind aus Delrin hergestellt. Neuartig gegenüber dem Stand der Technik ist hier nur die Keramik-Auskleidung.

DerFluid-Mündungsabschnitt 28 ist in das Frontende der Farbleitung 22 im Rohr 2 eingeschraubt, und zwar soweit, daß eine rückseitige konische Oberfläche der Keramik-Auskleidung 30 an einer dazu passenden Oberfläche außerhalb der Farbleitung 22 anliegt. Diese beiden passenden Oberflächen bilden eine hydraulische Dichtung, so daß die Farbleitung auf den Innenbereich der Keramik-Auskleidung 30 bis zur Abgabeöffnung 24 begrenzt ist. Die Innenoberfläche der Keramik-Auskleidung bildet unmittelbar hinter der Abgabeöffnung 24 des Fluid-Mündungsabschnitts 28 den Sitz des Nadelventils.

Das vordere Ende des Fluid-Mündungsabschnitts 28 umgibt eine Luftkappe 29 mit einem Zentralloch darin, durch den sich die Abgabeöffnung 24 von Abschnitt 28 erstreckt. Die Haltemutter 35 presst eine rückseitige kegelige Oberfläche der Luftkappe 29 gegen eine dazu passende Oberfläche des Fluid-Mündungsabschnitts 28.

Die erste Luftkammer 6 liegt zwischen Oberflächen der Mündung 3, der Haltemutter 35, der Luftkappe 29 und des Fluid-Mündungsabschnitts 28. Luftkanäle in der Luftkappe stehen in Verbindung mit der ersten Luftkammer 6 und enden mit Luftauslaßöffnungen 34.

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Mehrere Luftkanäle 31 im Fluid-Mündungsabschnitt 28 sind gleichförmig um dessen Achse verteilt und dienen zur Überleitung von Druckluft von der zweiten abgedichteten Luftkammer 7 in den Mündungsbereich einer dritten Luftkammer 32 dicht an der Abgabeöffnung 24. Luft aus dieser dritten Luftkammer 32 tritt durch Löcher 33 in der Luftkappe aus. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, erfolgt durch aus den Löchern 33 und 34 in der Luftkappe 29 austretende Luft die Zerstäubung des aus der Abgabeöffnung 24 austretenden Fluidstromes.

Die Luftkappe 29 läßt sich um die Achse der Abgabeöffnung 24 verdrehen, so daß man den flachen Sprühfächer der Düse beliebig orientieren kann.

Die Farbleitung 22 ist im Querschnitt groß genug, damit im Betrieb niedrige Strömungsgescbwindigkeiten auftreten. Nur im Bereich des Nadelventils und der Abgabeöffnung 24 treten relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten auf, aber diese Bereiche sind in die abriebfeste Keramikauskleidung 30 einbezogen, so daß beim Verarbeiten von starken abrieberzeugenden Materialien diese Bereiche nicht geschädigt werden können.

Es gibt andere Wege für die Konstruktion einer verschleißfesten Fluidmündung. Anstelle des hier benutzten Delrin-Körpers mit verschleißfester Keramik-Auskleidung 30 könnte der Fluid-Mündungsabschnitt 28 vollständig aus einem verschleißfesten Material hergestellt sein, aber der gewählte Auskleidungs-Weg hat bestimmte Vorteile. Einerseits verwendet man gern keramische Materialien als verschleißfeste Oberflächen in Fluiddüsen, aber Keramik ist spröde. Der Delrin-Körper bietet dem Keramikmaterial jedoch eine Isolierung gegenüber starken Belastungen. Wäre die gesamte Düse aus Keramik, dann würde sie leicht zerbrechen.

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Würde man ein stärkeres Material wie beispielsweise Karbid für die verschleißfesten Oberflächen wählen, müßte man andere Probleme in Kauf nehmen. Es ist wünschenswert, die Fluidmündung so wie in Fig. 1 dargestellt auszubilden, denn dann ist die Pistole kompatibel mit anderen Fluiddüsen und Luftkappen, wie sie für Industriezwecke genormt sind. Der Wunsch der Verwendung anderer genormter Fluiddüsen und Luftkappen beruht auf der Notwendigkeit, eine vielseitige Sprühpistole auf den Markt zu bringen, die man mit verschiedenen anderen Düsen und Luftkappen benutzen kann. Man bedenke, daß Fluiddüsen recht komplizierte Gebilde mit Passflächen und schmalen Durchlässen sind. Würde man die gesamte Düse aus einem Stück verschleißfesten Materials herstellen, dann war der Herstellprozeß recht kompliziert. Die Bearbeitung der Oberflächen und die Einhaltung erforderlicher Toleranzen wäre schwierig. Dagegen bietet die beim bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendete Auskleidungs-Lösung den Vorteil einer besonders einfachen Herstellung.

Der die Zugstange 26 umgebende Teflon-Balg 19 ist im wesentlichen zylindrisch und in seinem faltenartigen Bereich dünnwandig, und auch die zylindrischen Enden sind dünnwandig. Das hintere Ende von Balg 19 ist aufgeweitetet, und das vordere Ende umgibt einen Wulst auf der Zugstange 26. Der Wulstdurchmesser ist relativ groß, reicht jedoch nicht aus, um den Balg 19 dauernd zu verformen. Das vordere Ende des Wulstes bildet eine konische Dichtfläche. Eine diesem Wulstkonus angepaßte größere Muffe 40 drückt das Balgende auf den Konus, und das ganze ist mittels einer auf die Zugstange 26 aufgeschraubten Mutter 41 festgehalten.

Auch am hinteren Ende ist der Balg 19 zylindrisch aufgeweitet, und diese Aufweitung ist von außen eingefaßt durch einen im Querschnitt U-förmigen Teflonring 38, der zwischen seinen in der Mitte vereinigten Schenkeln mit

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Gummi oder einem anderen geeigneten elastomeren Material 39 gefüllt ist. Der eine Schenkel des Teflonringes wird gegen eine Ringfläche 37 des Rohres 2 gepreßt, welche die öffnung in die Farbleitung 22 umgibt. Als Andrückmedium wird benutzt eine Scheibe 42 aus Delrin. Das hintere aufgeweitete Ende des Teflon-Balges 19 wird zwischen dem hinteren Ende der Scheibe 42 und einer Gummischeibe 43 durch eine Packungsmutter 36 zusammengepreßt. Diese Packungsmutter 36 komprimiert auch den Teflonring 38 mit dem elastomeren Material 39.

Bei dieser Dichtungsanordnung an jedem Balgende kommt das verarbeitete Strömungsmedium bzw. Fluid nur mit Delrin oder Teflon in Berührung, und diese beiden Substanzen sind ausgezeichnet chemisch resistent gegenüber den meisten Sprühbeschichtungsmedien. Weder Gummi oberflächen noch andere Packungselemente kommen in Kontakt mit dem versprühten Medium in der Farbleitung 22. Außerdem brauchen diese statischen Dichtungen in der Fertigung nichtmechanisch bearbeitet zu werden.

Das hochspannungsfeste Elektrokabel 15 ist vollständig ν on seinem Polyäthylenmantel 21 umschlossen. Gemäß Fig. 1 stoßen Griff 1 und Rohr 2 an einer Fuge 55 zusammen. Ein Rohr 44 aus Polyäthylen verläuft beiderseits der Trennfuge 55 durch den Kabelkanal 9 in Griff 1 und Rohr 2. Der Kabelkanal 9 verläuft vom Griff 1 über das Rohr 2 zu einem Ansatzgehäuse 51 und dann weiter durch ein Ansatzrohr 52 des Elektrodenansatzes 4. Das verschiebbare Ansatzgehäuse 51 ist durch U-Ringe 58 abgedichtet.

Im Kabelkanal von Rohr 2, Ansatzgehäuse 51 und Ansatzrohr 52 befindet sich ein flexibles Verbindungskabel 50 mit ähnlichen Eigenschaften wie die Kabelverlängerung 20 und mit elektrischen Kontakten 47, 48 an beiden Enden. Der vordere Kontakt 47 ist über eine elektrisch leitende erste Feder 46 mit dem Kontakt 45 am zugekehrten Ende

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des Elektrokabels 15 verbunden, während das andere Ende des Verbindungskabels 50 bzw. dessen Kontakt 48 nur eine zweite Feder 49, die ebenfalls leitfähig ist, eine Elektrode 54 berührt, die in das vordere Ende des Elektrodenansatzes 4 eingebettet ist und in die freie Atmosphäre hinausragt.

Die Elektrode 54 besteht aus einer eng schraubenförmig gewickelten Stahlfeder, deren äußeres Ende nach Art einer Nadel abgespreizt ist und eine Korona-Spitze bildet, welche die elektrostatische Aufladung des versprühten Beschichtungsmaterials bewirkt.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Elektrode 54 über ihre ganze Länge hinweg gleichförmig flexibel, so daß sie bei auftretenden äußeren Belastungen flexibel ausweichen kann.

Das Ansatzgegäuse 51 des Elektrodenansatzes 4 besteht aus Delrin. Die O-Ringe 58 als Dichtung schützen sämtliche Oberflächen innerhalb des elektrischen Kabelkanals 9 vor Verschmutzungen, die sonst die dortigen Oberflächenwiderstände ungünstig beeinflussen könnten, indem sich Kriechwege bilden, welche den Hochspannungspfad kurzschließen oder die Gefahr von Funkenbildungen mit sich bringen.

Aus der durch die Ebene 3-3 von Fig. 1 verlaufenden Schnittdarstellung von Fig. 3 kann man sehen, wie das Ansatzgehäuse 51 um das Rohr 2 herumgelegt ist. Eine in eine Ausnehmung 56 des Rohres 2 eingreifende Mutter 53 fixiert das Ansatzgehäuse 51 in der eingestellten Winkelposition um das Rohr. Eine flache Oberfläche des Rohres 2 bildet eine Kammer 57 zwischen Rohr 2 und An satzgehäuse 51, in welcher das Verbindungskabel 50 verläuft. Wie in Fig. 3 durch eine strichpunktierte Kontur angedeutet ist, läßt sich das Ansatzgehäuse 51 um 90° am Rohr 2 verdrehen. Dieser Schwenkbereich reicht

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für alle kommerziellen Fälle aus, der Sprühfächer läßt sich von horizontal bis vertikal orientieren. Selbstverständlich bringt die Schwenkung des Ansatzgehäuses 51 eine gewisse Längenverschiebung des Verbindungskabels 50 mit sich, aber die Federn 46 und 49 an den Kabelenden gleichen das aus. Die an den genannten Federn anliegenden Kontakte sind drehbar, können also Torsionsbelastungen am Verbindungskabel 50, wie sie beim Verschwenken des Ansatzgehäuses 51 auftreten, ausgleichen. Man könnte auch andere drehbare Kontakte und Längenausgleichsmittel verwenden, aber die hier beschriebenen haben sich bewährt.

Sehen wir uns nun in Verbindung mit Fig. 1 die Plazierung der Elektrode 54 an, die sich außen vor der Abgabeöffnung 24 und seitlich gegenüber der Mittelachse der Abgabeöffnung 24 befindet. Dieser seitliche Versatz ist notwendig, weil mit der Sprühpistole hoch leitfähige Materialien versprüht werden. In einem elektrostatischen Sprühsystem möchte man das hoch leitfähige Farbmaterial zunächst geerdet haben. Würde sich die Elektrode 54 ganz in der Nähe der Abgabeöffnung 24 befinden, dann wäre kein ausreichender Luftabstand gegeben, weil die Fluidsäule ein elektrisches Erdpotential an der Abgabeöffnung 24 bildet. Ist die Entfernung zwischen Elektrode 54 und Abgabeöffnung 24 nicht groß genug, dann wird die Elektrodenspannung durch die Farbsäule zur Erde kurzgeschlossen. Daher ist das Ansatzrohr 52 so lang gehalten, daß die Elektrode 54 weit genug außerhalb der Pistolenmündung liegt, um einen Abstand von 2,5 cm Entfernung pro 20 kV zwischen Elektrode und dem nächst liegenden Erdpunkt einzuhalten. Andererseits muß die Elektrode nahe genug sein, um die versprühten Farbpartikel wirksam auf Hochspannungspotential aufzuladen. Die Elektrode 54 liegt soweit außerhalb des Sprühkegels, daß sie nicht mit dem versprühten Material beschichtet wird.

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Bei der Betrachtung der Isolierung bzw. Abstände zwischen Punkten mit Hochspannung und mit Erdpotential beim System muß man zwei verschiedene Abschnitte berücksichtigen: den Abstand über Isoliermaterialien und den Abstand über die Oberfläche einiger Komponenten. Den elektrischen Abstand über ein Dielektrikum kann man durch sorgfältige Verwendung von Materialien einhalten, deren elektrische Konstante und Dicke entsprechend ausgewählt sind. Den Abstand über Oberflächen oder durch die Luft kann man nur durch Verlagerung aufrechterhalten, falls nicht irgendeine elektrische Abschirmung um die Komponenten aufgebaut werden kann. Man kann beispielsweise elektrisch isolierende Dichtungen zwischen Bauelementen anbringen, beispielsweise in Form eines nicht leitenden Klebers. Das ist aber teuer. Kleben geht auch nicht, wenn Teile gegeneinander bewegt werden müssen. Hochspannungsdichtungen zwischen beweglichen Teilen elektrischer Sprühpistolen wurden gemäß US-PS 3 937 401 in Form eines Isolierfettes verwandt. Diese Maßnahme hat jedoch verschiedene Nachteile.

Bei der erfindungsgemäßen elektrostatischen Sprühpistole wird der Hochspannungsabstand über Luftspalte oder Oberflächenteile ohne die Notwendigkeit elektrischer Isolierdichtungen aufrechterhalten. Vielmehr wird der nötige Abstand nur durch räumliche Trennung erreicht, und dennoch ist die Anbringung des Elektrodenansatzes am Rohr in der Weise möglich, daß man die Elektrode in einem Winkel um die Achse des Sprühfächers herumschwenken kann.

Da es keine Unterbrechung der Kabelisolierung des Verbindungskabels 50 an der Schwenklagerstelle des Ansatzgehäuses 51 gibt, braucht man dort auch nicht elektrisch zu isolieren.

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Ferner beachte man, daß die elektrischen Kontakte zwischen der Kabelverlängerung 20 und der ersten Feder 46 und zwischen letzterer und dem Verbindungskabel 5 nicht von dem Schwenklagerpunkt des Ansatzgehäuses 51 entfernt und stattdessen in die Nähe der Verbindung zwischen Griff 1 und Rohr 2 verlegt sind. Und weil sich ferner die Kontakte der ersten Feder 46 innerhalb des Polyäthylenrohres 44 befinden, ist der Abstand über Oberflächen und Luftspalte (d.h. entlang der Unterbrechung an der Verbindung zwischen Rohr 2 und Griff 1 oder zum Griff selbst) innerhalb sehr sicherer Grenzen. In der Praxis sollte der angemessene Abstand oder Isolierweg durch Luft oder entlang nicht verschmutzter Oberflächen mindestens 1 mm pro kV der verwendeten elektrischen Betriebsspannung betragen, und entlang verschmutzter Oberflächen sollte dieser Abstand mindestens 2,5 mm pro kV betragen.

Zusammenfassung

Es handelt sich um eine elektrostatische Sprühpistole zum Auftragen von Beschichtungsmaterialien mit guter bis mäßiger elektrischer Leitfähigkeit. Die Pistole besitzt ein verbessertes Hochspannungssystem, verbesserte hydraulische Dichtungen und ist für das Auftragen von Porzellan-Emaille-Beschichtungen in breiiger Form geeignet. Die Außenelektrode der Pistole ist als längliche Schraubenfeder ausgebildet, was die Verletzungsgefahr für das Bedienungspersonal vermindert und die Elektrode nach Berührungen wieder in ihre Ausgangslage zurückkehren läßt. Andererseits ermöglicht sie das einwandfreie elektrische Aufladen des Farbmediums beim elektrostatischen Sprühbeschichten. Die Elektrode setzt vorn vor einer mit flachem Sprühfächer sprühenden Düse und ist seitlich gegenüber der Sprühachse versetzt, sie sitzt nämlich an einem Elektrodenansatz, der sich winkelmäßig um die Sprühachse verschieben läßt. Ferner enthält die

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Claims (28)

Nordson Corporation, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Ohio, Jackson Street, Amtierst, Ohio 44001 (V. St. A.) Elektrostatische Sprühbeschichtungspistole Ansprüche

1. Elektrostatische Sprühbeschichtungspistole mit einem Rohr, in dem sich ein zu einer Sprühmündung führender Sprühmittelkanal und ein Kabelkanal befindet, und mit einer Elektrode zum elektrischen Aufladen des versprühten Sprüh- bzw. Beschichtungsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (54) an einem innerhalb eines Winkelbereiches um das Rohr (2) verschwenkbaren, innerlich einen elektrischen Verbindungskanal aufweisenden elektrisch nicht leitenden Elektrodenansatz (4) befestigt ist und elektrisch mit einem ersten Ende eines flexiblen Verbindungskabels (50) verbunden ist, dessen erstes Ende durch den Verbindungskanal verläuft und das ein zweites Ende aufweist, welches durch den Kabelkanal (9)

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des Rohres verläuft und mit einer Hochspannungsquelle verbindbar ist.

2. Sprühpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Verbindungskabel (50) eine flexible dielektrische Hülle gehört.

3. Sprühpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Rohres (2) eine zu dem Kabelkanal (9) im Rohr und zum Verbindungskanal im Elektrodenansatz (4) hin offene Kammer (57) vorhanden ist, die so ausgebildet ist, daß sie je nach dem Schwenkwinkel zwischen Rohr und Elektrodenansatz unterschiedliche Längen des flexiblen Verbindungskabels (50) aufnehmen kann.

4. Sprühpistole nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelkanal (9) im Rohr, der Verbindungskanal im Elektrodenansatz (4) und die Kammer (57) einen zusammenhängenden elektrischen Kanal bilden, der gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist.

5. Sprühpistole nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Kabelhülle mindestens einen Teil.des Leiters in der Kammer (57) bedeckt und soweit in die beiden benachbarten Kanäle (9 .·.) reicht, daß zwischen den Enden der Hülle und dem nächstgelegenen Erdpunkt über Oberflächen oder durch die Luft ein für eine ausreichende Isolation genügend großer Abstand vorhanden ist.

6. Sprühpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühmündung (24) zur Abgabe eines Sprühfächers eingerichtet ist; daß mindestens ein elektrischer Kontakt (47, 48) an den Enden des Verbindungskabels (50) zur Entlastung von Torsionsbelastungen beim Verschwenken des Elektrodenansatzes (4) eingerichtet ist; und daß sich in dem elektrischen Pfad zwischen der Elektrode

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(54) und dem Verbindungskabel eine elektrisch leitende Längenausgleichseinrichtung (40) befindet, die Druck- und Zugbelastungen ausgleichen kann.

7. Sprühpistole nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsentlastungskontakt (48 ...) eine drehbare elektrische Verbindung ist.

8. Sprühpistole nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenausgleichseinrichtung eine elektrisch leitende Druckfeder (49) ist, welche Bestandteil des elektrisch leitenden Pfades zwischen dem Verbindungskabel (50) und der Elektrode (54) ist.

9. Sprühpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Rohr (2) ein Griff (1) abnehmbar verbunden ist, der einen in Verbindung mit dem Verbindungskanal im Rohr stehenden Kabelkanal (9) enthält; daß sich nahe einer Trennfuge (55) zwischen Griff und Rohr eine elektrische Verbindungsstelle (45 ...) zwischen einem Anschlußkabel (15) und dem Verbindungskabel (50) befindet, die mit einer zweiten dielektrischen Hülle (44) umgeben ist; und daß diese zweite dielektrische Hülle die erste Hülle des Verbindungskabels mindestens teilweise und soweit umschließt, daß der innere Hochspannung führende Kabelleiter in Luftstrecke und in Oberflächenstrecke gemessen einen ausreichenden Abstand zu den an Erde gelegten Teilen in seiner Umgebung besitzt.

10. Sprühpistole nach Anspruch 5, 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich innerhalb des elektrisch leitenden Pfades (50) ein Widerstand befindet, der in der Kammer (57) untergebracht ist.

11. Sprühpistole nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode

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(54) zur elektrostatischen Aufladung des versprühten Beschichtungsmaterials vor dessen Ablagerung auf einem Substrat elastisch flexibel ausgebildet ist und sich außerhalb der Pistole befindet.

12. Sprühpistole nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich am äußeren Ende der Elektrode (54) ein kurzer nadelartiger elektrisch leitender Abschnitt befindet.

13. Sprühpistole nach Anspruch 1, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (54) durch eine Schraubenfeder aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist.

14. Sprühpistole nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem Schraubenfederwickel abgebogenes kurzes Endstück den nadelartigen leitenden Abschnitt bildet.

15. Sprühpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Sprühmittelkanal (22) fluiddicht eine die Sprühmündung (24) bildende, zur Abgabe von mäßig bis gut leitenden und stark abrieberzeugenden Sprühmedien geeignete und mit einer verschleißfesten Innenoberfläche versehene Sprühdüse befindet; daß sich in dem Sprühmittelkanal (22) ferner nahe der Sprühdüse ein zweiteiliges Ventil (25) mit verschleißfesten Paßoberflächen befindet, an dessen einem beweglichen Teil (25) eine Zugstange (26) befestigt ist, die sich durch den Sprühmittelkanal erstreckt und durch eine flexible Dichtung (19) die mit einem Ende statisch an der Zugstange und mit dem anderen Ende statisch am Sprühmittelkanal anliegt, abgedichtet ist; und daß der Abstand zwischen der Elektrode (54) und dem nächstgelegenen Erdpotential auf mindestens 20 kV pro 25 mm ausgelegt ist.

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16. Sprühpistole nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Auskleidung der Sprühdüse (24) und des zweiten stationären Ventilteils durch eine einheitliche Schicht innerhalb der Düse bzw. Mündung gebildet ist.

17. Sprühpistole nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schicht ein keramischer Werkstoff ist.

18. Sprühpistole nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Elektrode (54) in Sprührichtung hinter der Sprühdüse (24) in einem Abstand von mindestens 1 mm pro kV der angelegten Hochspannung befindet.

19. Sprühpistole nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das versprühte breiige Medium der Pistole als kontinuierlicher und geerdeter Strom zugeführt ist.

20. Sprühpistole nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Dichtung (19) als dünnwandiger balgartiger Schlauch aus einem zumindest einigermaßen elastischen Material ausgebildet ist, in der Mitte wulstartige ringförmige Rillen und an jedem Ende einen im wesentlichen zylindrischen Ansatz aufweist, und daß der eine Ansatz die Zugstange (26) umgreifend durch Mittel (40) gegenüber dieser, und der andere Ansatz gegenüber dem Sprühmittelkanal (22) abgedichtet ist.

21. Sprühpistole nach Anspruch 15 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der eine zylindrische Ansatz der flexiblen Dichtung (19) auf einem aufgebauchten Abschnitt der Zugstange (26) befestigt ist.

22. Sprühpistole nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgebauchte Zugstangenabschnitt

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einen konisch bis zu einem Maximaldurchmesser, welcher größer als der Innendurchmesser des zugeordneten Ansatzes der Dichtung (19) im entspannten Zustand ist, einen sich erweiternden Anstiegsabschnitt und dahinter einen konischen Abstiegsabschnitt aufweist, und daß das Befestigungsmittel (40) den Dichtungsansatz im Bereich der konischen Abschnitte des aufgebauchten Zugstangenabschnittes umgreift.

23. Sprühpistole nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung in ihrem Mittelbereich nach Art einer Membran gestaltet ist.

24. Sprühpistole nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel eine Buchse (40) ist, welche durch eine auf die Zugstange (26) geschraubte Mutter (41) gegen den aufgebauchten Zugstangenabschnitt drückt.

25. Sprühpistole nach Anspruch 1, 15 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ansatz der dünnwandigen flexiblen Dichtung (19) an seinem Ende flanschartig aufgeweitet und außerhalb des Sprühmittelkanals von einem Ring·(38) mit nach außen hin offenem U-Querschnitt abdichtend umgeben ist; daß der Zwischenraum zwischen den beiden Flanschabschnitten des U-Querschnittes des Ringes mit einem elastomeren Material (39) ausgefüllt ist; daß die Innenoberfläche des zweiten Dichtungsansatzes im Bereich seiner flanschartigen Aufweitung sich im Kontakt mit einer die Zugstange (26) umgebenden elastomeren Scheibe (43) befindet; und daß ein durch die elastomere Scheibe (43) hindurch wirksame Einrichtung (36) alle aneinanderliegenden Oberflächen abdichtend zusammenpreßt.

26. Sprühpistole nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß in abdichtendem Kontakt zwischen dem Ring (38) und

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der elastomeren Scheibe (43) ein starrer Ring (42) angeordnet ist.

27. Sprühpistole nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Ansatz der balgförmigen Dichtung (19) etwa den gleichen AuBendurchmesser hat wie der kleinere Teil des aufgebauchten Zugstangenabschnittes.

28. Sprühpistole nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (38) aus Teflon und die balgförmige Dichtung (19) aus PoIytetrafluoräthylen besteht.

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