DE1027113B - Method and device for the electrostatic atomization and deposition of coating material - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

In der Technik wird vielfach die Aufgabe gestellt, Flüssigkeiten oder auch feinpulvrige Stoffe in Form eines Überzuges auf die Oberfläche von Gegenständen niederzuschlagen. Als Beispiel sei die Aufbringung von Färb- oder Isolierlacken genannt.In technology, the task is often set, liquids or finely powdered substances in the form deposit a coating on the surface of objects. An example is the application of colored or insulating varnishes.

Man verwendet heute zum Zerstäuben noch weitgehend mit Preßluft betriebene Spritzpistolen der verschiedensten Bauarten. Die mechanisch beschleunigten Nebeltröpfchen, die von einer solchen Spritzpistole erzeugt werden, treffen aber nur zum Teil auf die Werkstücke auf, und ein großer Teil geht verloren. Um die Lackverluste herabzusetzen, bedient man sich seit einiger Zeit sogenannter elektrostatischer Spritzverfahren, bei denen das zerstäubte Überzugsmaterial mit Unterstützung elektrischer Anziehungskräfte auf die zu überziehende Oberfläche niedergeschlagen wird. Man hat sich auch schon der Zerstäubungswirkung eines stark inhomogenen, kräftigen elektrischen Feldes auf feste Körper, Pulver und Flüssigkeiten bedient. Der Vorteil der rein elektrischen Zerstäubung besteht unter anderem darin, daß keine Trägergasströmung das Niederschlagen der Partikel auf die Oberflächen behindert.Today, spray guns operated largely with compressed air are still used for atomization various types. The mechanically accelerated mist droplets produced by such a spray gun are generated, but only partially hit the workpieces, and a large part is lost. In order to reduce paint losses, so-called electrostatic systems have been used for some time Spraying processes in which the atomized coating material is supported by electrical forces of attraction is deposited on the surface to be coated. You also have the atomizing effect of a strongly inhomogeneous, powerful electric field on solids, powders and liquids served. The advantage of purely electrical atomization is, among other things, that none Carrier gas flow prevents the particles from depositing on the surfaces.

Die Erfindung besteht in einem A^erfahren zum elektrostatischen Zerstäuben und Niederschlagen von Überzugsmaterial, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zerstäubung mittels hoher elektrischer Wechsel- bzw. Hochfrequenzspannung oder pulsierender Gleichspannung erfolgt und daß der erzeugte Nebel oder Staub durch ein gegebenenfalls pulsierendes elektrisches Gleichspannungsfeld niedergeschlagen wird. Durch die Verwendung dieser verschiedenen elektrischen Felder, die in weiterer Ausbildung der Erfindung in einfacher Weise von ein und demselben Generator erzeugt werden können, wird eine besonders wirksame Zerstäubung und Niederschlagung ermöglicht. The invention consists in an A ^ experience for electrostatic atomization and deposition of coating material, which is characterized is that the atomization by means of high electrical alternating or high frequency voltage or pulsating DC voltage takes place and that the mist or dust generated by a possibly pulsating electric direct voltage field is deposited. By using these different electric fields, which in a further embodiment of the invention in a simple manner from one and the same Generator can be generated, a particularly effective atomization and suppression is made possible.

Dadurch, daß die Niederschlagung nicht durch das gleiche Feld herbeigeführt wird, welches die Zerstäubung der Teilchen bewirkt, wird ferner noch erreicht, daß die Verteilung des niedergeschlagenen Materials aitf der zu überziehenden Oberfläche gleichmäßiger wird. Die Gestalt der Sprühkante, Sprühspitze oder Sprühdüse zeichnet sich-nicht mehr so scharf auf der Oberfläche des Gegenstandes ab, wie es bei Verfahren der Fall ist, die nur ein-einziges elektrisches Feld verwenden. Because the suppression is not brought about by the same field as the atomization of the particles is also achieved that the distribution of the precipitated material aitf the surface to be coated becomes more uniform. The shape of the spray edge, spray tip or The spray nozzle is no longer so sharp on the Surface of the object, as is the case with methods that use only a single electric field.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sei an Hand der Fig. 1 und 2 beschrieben, In der Fig. 1 stellt 1 einen Austrittskanal beispielsweise für flüssiges Überzugsmaterial, wie etwa Lack, dar, welches über die Leitungen-2und 3 zugeführt wird. Der Querschnitt der Leitungen bzw. der Druck, unter dem die Flüssigkeit steht, sind z. B. so zu bemessen, daß Verfahren und VorrichtungA preferred embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2, In the Fig. 1 shows 1 an outlet channel, for example, for liquid coating material, such as paint, which is supplied via lines-2 and 3. The cross-section of the lines or the pressure under which the liquid is, are z. B. to be dimensioned so that the method and device

zum elektrostatischen Zerstäubenfor electrostatic atomization

und Niederschlagen von Überzugsmaterialand depositing coating material

Anmelder:Applicant:

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

Dr. Berthold H. Daimler, Kassel-Bettenhausen,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Berthold H. Daimler, Kassel-Bettenhausen,
has been named as the inventor

ohne Hilfe der elektrischen Kräfte die Flüssigkeit nicht aus der Austrittsöffnung 4 des Austrittskanals 1 herausfließt. Bei größerem Lackverbrauch pro Spritzdüse kann die Dimensionierung aber auch so^ vorgenommen werden, daß der Lack von selber austropft oder ausfließt. Er wird dann "bei Anlegen der Spannungen ebenfalls zerstäubt. Eine der Austrittsstelle 4 zugeordnete, in diesem Beispiel ringförmige Hilfselektrode 5 wird durch eine Spannungsquelle 6 auf eine hohe Wechselspannung, etwa zwischen 10 und 100 Kilovolt, aufgeladen. Der andere Pol der Spannungsquelle 6 steht mit der in dem Leitungssystem 1, 2, 3 befindlichen Flüssigkeit in leitender Verbindung. Zweckmäßig ist es, die Wandungen des Leitungssystems aus Isolationsmaterial, beispielsweise aus Glas, herzustellen. In das Innere des Austrittskanals 1 wird eine Elektrode 7 eingeführt, welche mit dem genannten Pol der Spannungsquelle verbunden ist. Die Elektrode 7 weist nahe der Austrittsstelle 4 eine stark gekrümmte Oberfläche — beispielsweise eine Spitze oder Kante 8 — auf, die aber noch von der in dem Austrittskanal 1 anstehenden Flüssigkeit bedeckt 'ist. Diese Elektrode 7 kann auch in Wegfall kommen. Dann dient die Flüssigkeit selber als Elektrode. Without the aid of the electrical forces, the liquid cannot escape from the outlet opening 4 of the outlet channel 1 flows out. If the paint consumption per spray nozzle is greater, the dimensioning can also be done in this way that the paint drips or flows out by itself. He will then "when the voltages are applied also atomized. A ring-shaped auxiliary electrode assigned to the exit point 4 in this example 5 is by a voltage source 6 to a high alternating voltage, approximately between 10 and 100 kilovolts, charged. The other pole of the voltage source 6 corresponds to that in the line system 1, 2, 3 located liquid in conductive connection. It is useful to have the walls of the Line system made of insulation material, for example made of glass. In the interior of the outlet channel 1, an electrode 7 is introduced, which with is connected to said pole of the voltage source. The electrode 7 has close to the exit point 4 a strongly curved surface - for example a point or edge 8 -, but still from the in the outlet channel 1 pending liquid is covered '. This electrode 7 can also be omitted come. Then the liquid itself serves as an electrode.

Durch das zwischen den Elektroden 5 und 7 aufgebaute hochgespannte AVechselfeld wird die an der Austrittsstelle 4 befindliche Flüssigkeit zerstäubt, weil die Kraftlinien an der Spitze 8 der Elektrode 7 sehr stark konzentriert sind. Da die Polarität des Feldes ständig wechselt, werden die entstehenden Tröpfchen praktisch nicht in einer bevorzugten Richtung durch elektrostatische Anziehungskräfte bewegt, Erst durch Anlegen der Pole einer Gleichspannungsquelle 9 an das Werkstück 10 einerseits und an die Flüssigkeit bzw. an die darin befindliche Elektrode 7 oder an die Hilfselektrode 5 andererseits bekommen die TeilchenDue to the high voltage alternating field built up between the electrodes 5 and 7, the alternating field at the Exit point 4 located liquid atomized because the lines of force at the tip 8 of the electrode 7 very are highly concentrated. Since the polarity of the field changes constantly, the resulting droplets are practically not moved in a preferred direction by electrostatic attraction, first through Applying the poles of a DC voltage source 9 to the workpiece 10 on the one hand and to the liquid or to the electrode 7 located therein or to the auxiliary electrode 5 on the other hand, the particles get

799 957/2«0799 957/2 «0

eineBeschleunigung in Richtung auf diezu überziehende Oberfläche des Werkstückes 10. Damit von dem Gleichspannungsfeld auf die Flüssigkeitströpfchen. Kräfte ausgeübt werden, müssen die Tröpfchen elektrisch geladen sein. Die Aufladung erfolgt einmal dadurch, daß die Flüssigkeit innerhalb des Austrittskanals mit der Elektrode 7 in Berührung steht, und zum anderen dadurch, daß an den Elektroden 7 bzw. 5 eine starke Korona-Entladung des Gleichspannungsfeldes stattfindet. an acceleration in the direction of the surface of the workpiece 10 to be coated on the liquid droplets. Forces exerted, the droplets must be electrical be charged. The charging takes place once by the fact that the liquid within the outlet channel with the electrode 7 is in contact, and on the other hand by the fact that at the electrodes 7 and 5, respectively, a strong Corona discharge of the DC voltage field takes place.

In der Fig. 2 ist in größerem Maßstab eine Sprühdüse von vorn gesehen dargestellt. Durch die Austrittsstelle 4, welche in diesem Beispiel einen langgestreckten, etwa rechteckigen Querschnitt aufweist, hindurch ist die scharfe Kante 8 der Sprühelektrode zu sehen, welche aber nicht zu sehen ist, wenn der Austrittskanal mit Flüssigkeit gefüllt ist. Die Flüssigkeitszufuhr erfolgt wieder über eine Leitung 2. Die Hilfselektrode 5 umgibt die Austrittsstelle und ist in ihrer Form dem Austrittsquerschnitt etwa angepaßt. Die Austrittsstelle kann beispielsweise auch einen runden Querschnitt besitzen.In Fig. 2 is a spray nozzle on a larger scale shown from the front. Through the exit point 4, which in this example is an elongated, has approximately rectangular cross-section, the sharp edge 8 of the spray electrode is through it can be seen, but which cannot be seen when the outlet channel is filled with liquid. The hydration takes place again via a line 2. The auxiliary electrode 5 surrounds the exit point and is in their shape adapted approximately to the exit cross-section. The exit point can, for example, also have a have a round cross-section.

In Fig. 1 ist der Fall dargestellt, daß die Gleichspannung von einer anderen Spannungsquelle geliefert wird als die Wechselspannung. \^orteilhafter ist es vielfach, die Gleichspannung durch Gleichrichtung der meist einem Transformator entnommenen Wechselspannung zu erzeugen.In Fig. 1 the case is shown in which the DC voltage is supplied by another voltage source is called the alternating voltage. It is often more advantageous to increase the direct voltage by rectifying the usually to generate AC voltage taken from a transformer.

λ^οη der_ großen Zahl der unter diesem Gesichtspunkt denkbaren Ausführungen ist ein Beispiel in Fig. 2 dargestellt. Die Sekundärwicklung des Transformators 11 ist an einem Ende mit der Sprühelektrode 7 verbunden. Das andere Ende führt über einen Gleichrichter 12 zum Werkstück 10. Zwischen der Elektrode 7 und dem Werkstück 10 entsteht also ein pulsierendes Gleichspafimahgsfeld. Zur Erzeugung der Wechselspannung zwischen der Elektrode 5 und der Elektrode 7 wird bei 13 WechselSpaimuitg abgegriffen. Je nach der Höhe des Abgriffes, der zwischen der zur Zerstäubung nötigen Mindestspamnuing und der Gesamtspannung einschließlich liegen kann, bekommt man eine andere Spannungsverteilung. Diese kann der räumlichen Anordnung der Elektroden zueinander angepaßt werden. Um leichtere Durchführung der Wechselspannung aus dem Generatörgehäuse zu ermöglichen, empfiehlt es sich, eine entweder gegenüber der Elektrode 7 oder gegenüber dem Werkstück 10 nur mäßige Spannung abzugreifen.λ ^ οη the_ large number of those from this point of view Conceivable embodiments, an example is shown in FIG. The secondary winding of the transformer 11 is connected to the spray electrode 7 at one end. The other end goes through you A rectifier 12 to the workpiece 10 is thus created between the electrode 7 and the workpiece 10 pulsating equal-wave field. To generate the AC voltage between the electrode 5 and the electrode 7 is tapped at 13 alternating spasms. Depending on the height of the tap, between the minimum spamnuing required for atomization and the total voltage including lying, you get a different tension distribution. This can be spatial arrangement of the electrodes can be adapted to one another. To facilitate the implementation of the To enable alternating voltage from the generator housing, it is advisable to use either one opposite the electrode 7 or with respect to the workpiece 10 to tap only moderate voltage.

Weitere Beispiele zeigt die Fig. 3. Dei Transformator 11 wird sekundärseitig an eine Gleichrichteranordnung 14, 15, 16, 17 angeschlossen. Ein Pol 18 liegt ebenso wie das Werkstück 1Ö an Erde. Die Elektroden 5 und 7 werden je von einem Gleichrichter gespeist. Es herrscht eine pulsierende Gleichspannung zwischen der Elektrode S und Erde und in den spannungslosen Pausen ein ebensolches Feld hiit gleichen Vorzeichen zwischen der Elektrode 7 und Erde. Die durch das Zusammenwirken von Elektrode 5 und 7 zerstäubten Partikeln werden unter der Wirkung des zwischen Elektrode 7 und Erde liegenden Feldes auf das geerdete Werkstück niedergeschlagen.Further examples are shown in FIG. 3. The transformer 11 is connected to a rectifier arrangement on the secondary side 14, 15, 16, 17 connected. A pole 18, like the workpiece 10, is connected to earth. The electrodes 5 and 7 are each fed by a rectifier. There is a pulsating DC voltage between electrode S and earth and in the voltage-free pauses a field of the same type with the same sign between the electrode 7 and Earth. The particles atomized by the interaction of electrodes 5 and 7 are under the action of the field between electrode 7 and earth is deposited on the earthed workpiece.

Läßt man in Fig. 3 einen öder beide Gleichrichter 16, 17 wegfallen, so entsteht zusätzlich zwischen der Elektrode 5 und der Elektrode 7 feine pulsierende Gleich- bzw. eine Wechselspannung. Auch bei dieser Anordnung ist es zweckmäßig, dem Gleichrichter 17 bzw. der Leitung 17 a eine geringere als die volle Wechselspannung zuzuführen.If one leaves one or both rectifiers in FIG 16, 17 are omitted, it also arises between the Electrode 5 and the electrode 7 fine pulsating direct or alternating voltage. Even with this one Arrangement, it is useful to the rectifier 17 or the line 17 a less than the full Supply alternating voltage.

Fig. 4 zeigt eine weitere Schaltung. Diese Anordnung erzeugt abwechselnd zwischen der Elektrode 5 bzw. der Elektrode 7 und dem Werkstück 10 eine Gleichspannung, was nach Fig. 3 zwar ebenfalls erreichbar ist, jedoch mit Hilfe von vier Gleichrichtern statt der zwei Gleichrichter in Fig. 4.Fig. 4 shows another circuit. This arrangement generates alternately between the electrode 5 or the electrode 7 and the workpiece 10 a DC voltage, which can also be achieved according to FIG. 3 but with the aid of four rectifiers instead of the two rectifiers in FIG. 4.

Zur Erzeugung der Gleichspannung eignet sich auch eine Influenzmaschine, wie sie heute für hohe Spannungen und Ströme bis zu einigen Milliampere gebautAn induction machine such as that used today for high voltages is also suitable for generating the direct voltage and currents built up to a few milliamperes

ίο werden. Will man diesem Generator auch zugleich die Wechselspannung entnehmen, dann ist allerdings eine Wechselrichtung erforderlich.ίο be. If you want this generator at the same time Withdraw alternating voltage, but then an alternation direction is required.

Mitunter genügt es auch, die Schaltung nach Fig. 4 ohne Gleichrichter 19, 20 zu verwenden. Die Luftstrecke zwischen den scharfkantigen Elektroden 5, 7 einerseits und dem meist flächenhaften Werkstück 10 andererseits wirkt nämlich nach Art des bekannten Kugelgleichrichters so·, daß sich den Wechselfeldern ein Gleichspannungsfeld überlagert, welches den Niederschlag der elektrisch zerstäubten Teilchen bewirkt. Als Hochspannungsgeneratoren werden zweckmäßig solche verwendet, die bei Kurzschluß einen Strom liefern, der möglichst nicht größer als der Arbeitsstrom ist bzw. deren Spannung bei Kurzschluß zu- sammenbricht.Sometimes it is also sufficient to use the circuit according to FIG. 4 without a rectifier 19, 20. The air gap between the sharp-edged electrodes 5, 7 on the one hand and the mostly flat workpiece 10 on the other hand, acts in the manner of the known spherical rectifier in such a way that the alternating fields superimposed a DC voltage field, which causes the precipitation of the electrically atomized particles. The high-voltage generators used are expediently those which generate a current in the event of a short circuit supply, which is as little as possible greater than the working current or whose voltage is added in the event of a short circuit. collapses.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Verfahren zum elektrostatischen Zerstäuben und Niederschlagen von Überzugsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung durch ein elektrisches Feld und das Niederschlagen durch ein anderes elektrisches Feld bewirkt wird.1. Method of electrostatic atomization and deposition of coating material, thereby characterized in that the atomization by an electric field and the deposition by another electric field is created. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der elektrischen Felder drei Elektroden (5, 7, 10) zur Anwendung kommen, von denen eine beiden elektrischen Feldern zugeordnet ist.2. The method according to claim 1, characterized in that for generating the electrical Fields three electrodes (5, 7, 10) are used, one of which has two electric fields assigned. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Niederschlagung von durch Zerstäubung mittels hoher elektrischer Wechsel-, Hochfrequenz- oder pulsierender Gleichspannung erzeugtem Nebel oder Staub mit Hilfe einer hohen elektrischen Gleichspannung.3. The method according to claim 1 or 2, characterized by the suppression of by Atomization by means of high electrical alternating, high-frequency or pulsating direct voltage generated mist or dust with the help of a high DC electrical voltage. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer AüStrittsöffnung (4) für das zu versprühende Gut mindestens eine Hilfselektrode (5) zugeordnet ist, die mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist, und daß die Austrittsöffnüng gleichzeitig eine Elektrode hoher Gleich^- sparmung bildet, die mit einer Gegenelektrode (10), welche gegebenenfalls durch das Werkstück selbst gebildet wird, verbunden ist.4. Device for performing the method according to claim 1 to 3, characterized in that that an outlet opening (4) for the material to be sprayed has at least one auxiliary electrode (5) is associated with an AC voltage source connected, and that the outlet opening at the same time has an electrode of high equal ^ - Forms savings with a counter electrode (10), which may be through the workpiece itself is formed, is connected. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Austrittskanals (1) für das Überzugsmaterial (3) eine Sprühelektrode (7) angeordnet ist. 5. Apparatus according to claim 4, characterized in that within the outlet channel (1) a spray electrode (7) is arranged for the coating material (3). 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (5) als Sprühelektrode zur Aufladung der Nebelteilchen ausgebildet ist.6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the auxiliary electrode (5) as Spray electrode is designed to charge the mist particles. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Hochspannungsgenerator mit vorzugsweise hohem Eigenwiderstand bzw. geringem Kurzschlußstrom.7. Apparatus according to claim 4 to 6, characterized by a common high-voltage generator with preferably high intrinsic resistance or low short-circuit current. In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentsehrift Nr. 1 958406.Considered publications:
USA. Patent Memorandum No. 1 958406. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 3.583.58