DD276038A5

DD276038A5 - Vorrichtung zum elektrostatischen beschichten von werkstuecken

Info

Publication number: DD276038A5
Application number: DD32266288A
Authority: DD
Inventors: Hans Behr; Kurt Vetter; Rolf Schneider; Manfred Luderer
Original assignee: Behr Industrieanlagen Gmbh U. Co.,De
Priority date: 1987-03-23
Filing date: 1988-03-22
Publication date: 1990-02-14
Also published as: DE3709508A1; DD268174A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Werkstuecken. In der fuer die Verwendung von Wasserlack oder eines anderen, aehnlich leitfaehigen Beschichtungsmaterials geeigneten Vorrichtung werden die Farbpartikel von der geerdeten Abspruehkante eines Glockenzerstaeubers (2) abgesprueht und im Koronaentladungsbereich von Aussenelektroden (10) aufgeladen, die in eine Elektrodenhalteranordnung (11, 12, 15) aus Isoliermaterial eingesetzt sind. Gemaess der Erfindung besteht der Isolierstoff wenigstens eines Teils (4, 11, 15) der Vorrichtung aus einem Fluorkohlen-Werkstoff wie PTFE. In weiterer Ausbildung der Erfindung kann wenigstens ein Teil des Aussengehaeuses (4) und/oder die Elektrodenhalteranordnung (11, 12, 15) wenigstens zum Teil aus Fluorkohlenstoff-Werkstoff (PTFE) bestehen. Zweckmaessigerweise bestehen auch die radial verlaufenden Stuetzen (15) der Elektrodenhalteranordnung (11, 12, 15) wenigstens an ihrer Oberflaeche aus dem Fluorkohlenstoff-Werkstoff (PTFE). Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

DO Erfindung betrifft eln6 Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Werkstücken mit einem elektrisch leitfähigen Material, mit einer Sprüheinrichtung, Insbesondere einem Rotatlonszerstauber, deren Sprühkopf an einem innerhalb eines Außengehäuses aus Isolierstoff befindlichen Innengehäuse angeordnet ist. Die Vorrichtung ist mit einer das Beschichtungsmaterial von einem Vorratssystem einer Absprühkante am Sprühkopf zuführenden Leitung, die mit dem Material bis In den Sprühkopf auf Erdpotential gelegt wird, und mit radial um den Sprühkopf verteilten nadeiförmigen Aufladeelektroden, die zum Aufladen des Beschichtungsmaterials und zum Erzeugen eines elektrischen Feldes an einen Hochspannungserzeuger angeschlossen werden, sowie mit einer Elektrodenhalteranordnung aus Isolierwerkstoff, in welche die Aufladeelekttoden mit Ausnahme Ihrer vorderen Enden eingeschlossen sind, insbusondere mit einer oder mehr radial von dem Außengehäuse abstehenden Stützen aus Isoliorwerkstoff, versehen.

Charaktei !.".'.χ des bekannten Standes der Technik

Eine derartige, beispielsweise zum Beschichten von Fahrzeugrohkarossen dienende Vorrichtung, bei der im Gegensatz zu konventionellen Systemen statt des Sprühkopfes nur eine Anordnung von Außenelektroden auf Hochspannungspotential gelegt wird, hat bekanntlich wesentliche Vorteile bei Verwendung leitfähiger Sprühstoffo wie der sogenannte Wasserlacke (vgl.

DE-OS 3429075 und 3609240). Insbesondere werden erhebliche Isolationsprobleme vermieden, da das gesamte Lackleitungssystem bis zum Sprühkopf geerdet werden karv . Bei einer derartigen Vorrichtung mit Außenelektroden ist es Jedoch äußerst schwierig, im Betrieb bei gutem Auftragungswirkungsgrad, der von einer guten Aufladung des abgesprühten Beschichtungsmaterials abhängt, eine Verschmutzung der Sprüheinrichtung vor allem im Bereich der Elektroden sowie deren Halteranordnung und des Zerstäubergehäuses durch das Beschichtungsmaterial zu vermeiden. Eine Verschmutzung des Elektrodenbereiches hat einen Leistungsabfall, d.h. geringeren Wirkungsgrad zur Folge, was wiederum die Neigung zu noch stärkerer Verschmutzung durch dos abgesprühte Material weiter verstärkt. Die aus der DE-OS 3429075 bekannte Vorrichtung soll aus diesem Grund nur zwei, drei oder allenfalls vier Aufladeelektroden haben, die in je einem radial vom Außengehäuae des Sprühkopfes abstehenden und axial in Richtung zum zu beschichtenden Werkstück vorspringenden Halter aus Kunststoff eingebettet sind. Jeder dieser Halter ist am hinteren Ende fest mit einem auf das Außengehäuse aufgesetzten, ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Ringkörper verbunden. Die in der DE-OS 3609240 beschriebene Vorrichtung soll stattdessen einen das Außengehäuse des Sprühkopfes mit Abstand umgebenden Ringkörper aus Isoliermaterial aufweisen, von dem eine Vielzahl von nadeiförmigen Elektroden gegebenenfalls in fingerartigen Ansätzen vorspringen, und in dem ein die Elektroden ringartig angeschlossener elektrischer Leitor isoliert angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere ein gleichmäßigeres Sprühbild erzielt werden als bei nur drei oder vier Einzelelektroden. Obwohl sich diese Konstruktionen in der Praxis bereite bewährt haben, konnten bei gewissen Betriebsbedingungen die Schwierigkeiten hinsichtlich der erwähnten Verschmutzungsgefahr nicht vermieden werden. Nicht nur auf den IsolierT'ächen an den Elektroden selbst, sondern insbesondere auch an den radial von dem Außengehäuse des Zerstäubers abstehenden, die Elektrodenanordnung tragenden Stützen sowie auf dem Zerstäubergehäusti kann sich ein mehr oder weniger großer Anteil der abgesprühten Farbpartikel niederschlagen, statt zu 'cm zu beschichtenden Werkstück zu wandern.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den durch die Eigenverschmutzung im Elektrodenbereich bedingten Abfall der Leistung und des Wirkungsgrades der elektrostatischen Beschichtung zu reduzieren.

Darlegung des Wesens de. Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die im Bereich zwischen dem Zerstäubergehäuse und den Aufladeelektroden weniger zur Verschmutzung durch das abgesprühte Beschichtungsmaterial neigt als bisher. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der fcolierwerkstoff wenigstens einesteils der Vorrichtung aus einem Fluorkohlenstoff besteht. Zweckmäßigerwelse kann dabei der Isolierwerkstoff aus PTFE bestehen. In weiterer Ausbildung der Erfindung können wenigstens ein Teil des Außengehäuses und/oder die Elektrodenhaltaranordnung wenigstens zum Teil aus dem Fluorkohlenstoff-Werkstoff (PTFE) bestehen. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bestehen auch die radial verlaufenden Stützen der Elektrodenhalterung wenigstens an ihrer Oberfläche aus dem Fluorkohlenstoff-Werkstoff (PTFE). Vorzugsweise können die nadeiförmigen Aufladeelektroden In fingerartige Vorsprünge aus Fluorkohlenstoff-Werkstoff (PTFE) eingebettet sein.

Die Erfindung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß das Außengehäuse wenigstens im Bereich der Gefahr einer Verschmutzung durch das abgesprühte Beschichtungsmaterial eine durchgehend glatte Außenfläche hat und in diesem Bereich frei von Ausnehmungen, öffnungen und Bohrungen ist.

Vorteilhaft ist e*. wenn die elektrische Durchschlagfestigkeit des Außengehäuses im gesamten Bereich der Gefahr einer Verschmutzung durch das abgesprühte Beschichtungsmaterial mindestens 6kV beträgt und auf der Innenseite oder auf der Außenseite des Außengehäuses eine gesonderte Abdeckung aus einem dreidimensional luftdurchlässigen Material angeordnet lot.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn sich zwischen dem Außengehäuse und der porösen Abdeckung ein ringförmig umlaufender Luftspalt befindet, in dem eine Leitung zum Einblasen von Luft einmündet.

Bei einer Vorrichtung der hier beschriebenen Art mit in der Regel konzentrisch um die Absprühkante verteilton, vorzugsweise geringfügig hinter deren Ebene zurückgesetzten Elektrodenspitzen (oder -schneie n) wird das Boschlchtungsmaterial in bekannterWeise zerstäubt und mit Oberwiegend radialer Bewegungskomponente abgesprüht. Im Gegensatz zu der konventionellen Kontaktaufladung des Materials in oder an einem auf Hochspannungspotential liegender Zerstäuber sind die abgesprühten Partikel zunächst nicht geladen, sondern sie erhalten ihre Ladung erst in mehr oder weniger großer radialer Entfernung von der Absprühkante <m lonlslerungsberelch der Elektroden, die die Luft in ihrer Umgebung durch Koronaentladung aufladen. Nach dieser mittelbarer. Aufladung durch Luftionenanlagerung können die Farbpartikel aufgrund des von den Elektroden erzeugten elektrostatischen Feldes zu dem geerdeten Werkstück wandern. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Gefahr einer Eigenbeschichtung der Vorrichtung im Bereich bis zu den Elektroden durch zweckmäßig» Ausbildung der Vorrichtung, Insbesondere durch Verwendung geeigneter Isolierwerkstoffe oder einer Kombination verschiedener Isolierwerkstoffe wesentlich herabgesetzt werden kann.

Hiervon ausgehend wurde überraschend gefunden, daß bei Verwendung von Fluorkohlenstoffen, vor allem aber Polytetrafluorethylen (PTFE) aus Isoliermaterial die Eigenverschmutzung Im Betrieb auf ein Minimum herabgesetzt werden kann. SIa ist erheblich geringer als bnl allen für das Außengehäuse und die Elektrodenhalteranordnung In der Praxis bisher verwendeten Kunststoffen wie z. B. Polypropylen (PP) oder Polyacetal (POM).

AusfChrungsbelsplel

Am bevorzugten Beispiel sines zur Beschichtung von Fahrzeugkarossen verwendeten Rotationszerstäubers mit Außenelektroden wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1: eine erste Ausführungsform der *rfindungsgemäßen Verrichtung und Fig. 2: eine zweite, hinsichtlich des Zerstäubergehäuses abgewandelten Ausführungsform.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält e'ne Sprüheinrichtung in Form eines Rotationszerstäubers 1 des bekannten Glockentype.. Ί*<ββη den Sprühkopf bildender Glockenteller 2 vorzugsweise vor·, einer Luftturbine mit hoher Drehzahl angetrieben werden kann. Längs der Achse der Sprüheinrichtung verläuft ein Wasserlack oder sonstiges leitfähiges Beschichtungsmaterial von einem Vorratssystem dem Glockenteller 2 zuführendes Metallrohr 3, mit dem das gesamte Beschichtung8mat6rial bis zur Absprühkante des Glockenteilers 2 auf Erapotential gelegt wird. Ebenfalls auf Erdpotential liegt das zu beschichtende Werkstück (nicht dargestellt), beim hier beschrieDenen Beispiel also ein Teil einer Fahrzeugkarosse, der in einem axialen Abstand voi dem Glockenteller 2 angeordnet wird.

Die Sprüheinrichtung hat ein Außengohäuse 4 aus Isolierendem Kunststoff, in dem sich ein metallisches Innengehäsue 6 befinden kann. Zwischen dem Glockenteller 2 und der Stirnfläche des Außengehäuses 4 erstreckt sich eine mit dem Glockenteller 2 rotierende Abdeckung 5, die wie der geerdete Glockenteller 2 aus Metall bestehen kann. Die Abdeckung 5 könnte auch als gesondertes Bauteil neben dem G'ockenteller angeordnet sein.

Zum Aufladen des von der Absprühkante des Glockentellers 2 im wesentlichen radial abgesp unten Beschichtungsmaterials sind bei dem dargestellten Beispiel auf einem zur Achse der Sprüheinrichtung konzentrischen Kreis in gleichmäßigen Winkelabständen nadeiförmige Aufladeelektrodon lOvorgesehen. Die Aufladeelektroden lOslnd achsparallel liegend mit ihrem Hauptteil in finge.artigs, aus Isolierwerkstoff bestehende Vorsprünge 11 eines kreisförmigen Ringkörpers 12 ebenfalls aus Isolierwerkstoff eingebettet und mit ihren hinteren Enden elektrisch leitend an einem ringförmig alle Elektroden miteinander verbindenden Leiter 13 aus Draht angeschlossen, der zur elektrischen Isolierung vollständig im Inneren dos Isolierkörpers 12 eingeschlossen sein soll. Die Elektroden 10 und der Leiter 13 sind über ein Hochspannungskabel 14 an einem Hoshspannungserzeuger angeschlossen, dessen Spannung typisch in der Größenordnung zwischen 60 und 10OkV liegen kann. An der Sprühvorrichtung ist dir Ringkörper 12 durch beispielsweise zwei aus isolierendem Werkstoff bestehende speichenartige Stützen 15 befestigt, die z. B. (iη nicht dargestellter Weise) mit einem Spannring an dem Außengohäuse 4 angeklemmt werden können.

' Anzahl dor Aufladeelektroden 10 soll so gewählt werden, daß sich ein zur Vermeidung einer Verschmutzungsgefahr durch das Beschichtungsmaterial auf der vorderen Stirnfläche des Ringkörpers 12 ausreichend geringer Abstand zwischen den Elektroden ergibt. Bei einem Teilkreisdurchmesser der Elektroden von 400mm solion beispielsweise mindestens etwa 18 Elektroden verwendet werden. Wenn man einen kieinei en oder größeren Teilkreisdurchmesser für die Elektroden wähltest deren mögliche Mindestanzahl in entsprechendem Maße zu verkleinern bzw. zu vergrößern. In ehern relativ großen Bereich von Teilkreisdurchmessern um den Wert von 400mm des hier beschriebenen Beispiels soll dementsprechend der Abstand zwischen den Elektrodenspitzen zwischen etwa 40 und 70mm betragen. Der radial gemessene Abstand der Elektrodenspitzen von der Absprühkan'.e des Glockentellers soll wie bei der erwähnten bekannten Vorrichtung größer sein als das Doppelte des Durchmessers (hler ungefähr 70mm) der Absprühkante. Ein derzeit bevorzugter Bereich möglicher Tellkrelsdurchnwer der Elektroden 10 beträgt etwa 350 bis 450mm. Von Bedeutung für die Verschmutzungsgefahr ist auch die axiale Position der Elektrodenspitzen bezüglich der Ebene der Absprühkante. Wie bei der bekannten Vorrichtung sind die Elektrodenspltzen in Axiairichtung um einen gewissen Abstand hinter die Absprühkante zurückgesetzt. Dieser Abstand wird so gewählt, daß sich ein brauchbarer Kompromiß zwischen der mit abnehmendem Abstand besser werdenden Aufladung des abgesprühten Beschichtungsmaterials und einer zugleich wachsenden Verschmutzungsgefahr ergibt. Bei dem dargestellten Beispiel haben sich axial gemessene Abstände zwischen 25 und 60mm und vorzugsweise ungefähr 50mm als brauchbar erwleren. Generell gilt, daß dir/ vorderen Enden der Aufladeelektroden axial um weniger als Va des in radialer Richtung gemessenen Abstand der Elektroderspitzon von der Absprühkante hinter die Ebene der Abtprühkante zurückgeseizt sein sollen. Bei den bieher in der Praxis verwendeten Vorrichtungen der insoweit beschriebenen Gattung wurde im 3eroich ungeachtet einer optimalen Anzahl und Anordnung von Elektroden in oben beschriebener Weise einer Eigenbeschichtung sowohl der Elektodtmhalteranordnung als auch des Außengehäuses des Zerstäubers beobachtet. Dieses Problem kann erfindungsgemäß durch Verwendung von Fluorkohlenstoffharz wie PTFE (Polytetrafluoräthylen), das z.B. unter dem Namen Teflon erhältlich ist, für wenigstens einen Teil der Isolierbestandteile der Vorrichtung, und zwar vorzugsweise für das Außengehäuse 4, die radialen Stützen 15 und die zapfen· oder fingerartigen Vorsprünge 11, weitgehend vermieden werden.

Die radialen Stützen 16 können aus einem Rohr bestehen, in dessen offenes Ende der Ringkörper 12 mit passenden radial nach innen vorspringenden Zapfen unter Abdichtung eingesetzt ist, wie bei 16 dargestellt ist. Der Ringkörper 12 kann aus konstruktion·· und fertigungstechnischen Gründen aus einem anderen Kunststoff wie Polyacetal (POM) bestehen. Es hat sich bei dum dargestellten Beispiel als zur Vermeidung einer Eigenverschmutzung wichtig erwiesen, daß die Außenflächen der aus PTFE bestehenden Teile soweit wie möglich kontinuierlich, d. h. frei von Löchern, Spalten, Fugen usw., sind. Insbesondere soll z. B. das Außengehäuse 4 fiel von Ausnehmungen, öffnungen und Bohrungen sein und auch keine Schrauben o. dgl, enthalten. Soweit derartige Befestigungselemente unvermeidbar sind, solion sie ebenfalls aus PTFE bestehen. Ein Grund für die Elgenverschmutzung, die an einer Bohrung oder «onstlgen Ausnehmungen Insbesondere des Außengehäuses 4 zu beobachten wäre, ist möglicherweise die Herabsetzung der elektiischen Durchschlagfestigkeit. Die Durchschlagfestigkeit des Gehäuses 4 soll mindestens im gesamten Bereich der Gefahr einer Verschmutzung durch das abgesprühte Beschichtungsmaterial mindestens 5kV betragen.

Zwischen dem Außongehäuse 4 und dem metallischen innengehäuse K kann sich eine gesonderte Abdeckung 8 befinden, die aus einem dreidimensional luftdurchlässigen Material wie z. B. einem porösen Kunststoffkörper besteht, der als Kondaniwaiierschütz dienen kann. Ein hierfür geeignetes Material Ist z. B. unter dem Namen „Filtroplast" Im Handel erhältlich.

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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte bevorzugte Austfhrungsbeisplel mit einem isolierenden Ringkörper und einer relativ großen Anzahl von Außenelektroden beschränkt, sondern eignet sich beispielsweise auch für die aus der erwähnten DE-OS 34 29075 bekannte Vorrichtung mit einzeln an je einer Stütze angeordneten Elektroden.

Warum PTFE als Werkstoff hinsichtlich der Eigenverschmutzung wesentlich günstiger ist als andere Werkstoffe, konnte noch nicht geklärt werden. Möglicherweiso spielen hierbei verschiedene Eigenschaften eine Rolle, durch die sich PTFE von anderen Kunststoffen wie PP, POM und PVC oder sonstigon Isolierstoffen, wie Hartpappe oder Keramik, unterscheidet. Hierzu gehören v. a. extrem hoher Oberflächenwiderstand (gemessen nach OiN 63482), relativ geringe elektrostatische Aufladbarkeit aufgrund kleiner Dielektrizitätszahl urd sehr langsame Entladung, d. h. zeitliche Änderung der Ladungsv«rteilung aufgrund des Ladungsausgieichs längs der Oberfläche. Ferner hat PTFE praktisch kein Wasseraufnahmevermögen, seine Eigenschaften sind also kaum von Änderungen der Luftfeuchtigkeit abhängig.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung liegt die erwBhnte dreidimensional poröue ringförmige Abdeckung 8 auf der Innenseite des Außengehäuses 4 zwischen diesem und dem metallischen Innengehäuse 6. Fig. 2 zeigt eine in dieser Hinsicht abgewandelte Ausführungsform, bei der eine entsprechende Abdeckung 8' haubenartig die gesamte Außenseite des Außengehäuses 4' aus PTFE umschließt. Zwischen der Außenseite des Außengehäuses 4' und der Innenseite der gesamten Abdeckung 8' ist mit Ausnahme der axial vorderen und hinteren Ränder ein Luftspalt 20 freigelassen, in den eine Leitung 21 zum Einblasen von Luft in diesen ringförmigen Spalt führt. Die Luft gelangt durch das poröse Material der Abdeckung 8' nach außen. Dir Abdeckung 8' kann eine Öffnung zum Durchführen der i-tütze 15 haben.

Claims

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Werkstücken mit einem elektrisch leitfähigen Material, mit einer Sprüheinrichtung, insbesondere einem Rotationszerstäuber, deren Sprühkopf an einem innerhalb eitles Außengehäuses aus Isolierwerkstoff befindlichen Innengehäuse angeordnet ist; mit einer das Beschichtungsmaterial von einem Vorratssystem einer Absprühkante am Sprühkopf zuführenden Leitung, die mit dem Material bis in den Sprühkopf auf Erdpotential gelegt wird; mit radial um den Sprühkopf verteilten nadelfömigen Aufladeelektroden, die zum Aufladen des Saschichtungsmaterials und zum Erzeugen eines elektrischen Feldes an einen Hochspa'.nungserzeuger angeschlossen werden, und mit einer Elektrodenhalteranordnung aus Isolierwerkstoff, in weiche die Aufladeelektruden mit Ausnahme ihrer vorderen Enden eingeschlossen sind, insbesondere mit einer oder mehr radial von dem Außengehäuse abstehenden Stützen aus Isolierwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Iscüerwerkstoff wenigstens eines Teils der Vorrichtung aus oinem Fluorkohlenstoff besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierwerkstoff aus PTFE besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Außengehäuses (4) aus dem Fluorkohlenstoff-Werkstoff (PTFE) besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenhalteranordnung (11,12,15) wenigstens zum Teil (11,15) aus dem Fluorkohlenstoff-Werkstoff (PTFE) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufenden Stützen (15) der Elektrodenhalteranordnung (11,1215) wenigstens an ihrer Oberfläche aus dem Fluorkohlenstoff-Werkstoff (PTFE) l· stehen.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nadeiförmigen Aufladeelektroden (10) in fingerartige Vorsprünge (11) aus Fluorkohlenstoff-Werkstoff (PTFE) eingebettet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (4) wenigstens im Bereich der Gefahr einer Verschmutzung durch das abgesprühte Beschichtungsmaterial eina durchgehend glatte Außenfläche hat und in diesem Bereich frei von Ausnehmungen, Öffnungen und Bohrungen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Durchschlagfestigkeit des Außengehäuses (4) im gesamten Bereich der Gefahr einer Verschmutzung durch das abgesprühte Beschichtungsmaterial mindestens 5 kV beträgt.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite oder auf der Außenseite des Außengehäuses (4,4') eine gesonderte Abdeckung (8,8') aus einem dreidimensional luftdurchlässigen Material angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Außongehäuse (8') und der porösen Abdeckung (8') ein ringförmig umlaufender Luftspalt (20) befindet, in dem eine Leitung (21) zum Einblasen von Luft mündet.