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Vorrichtung zum elektrostatischen Farbspritzen, insbesondere zur Verwendung
als Handspritzpistole Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum elektrostatischen Farbspritzen, wobei die Zerstäubung des überzugsmaterials
mittels Druckluft erfolgt, bestehend aus . einem Pistolenkörper mit einer zentralen
Farbaustrittsleitung, in der koaxial eine an Hochspannung liegende, nadelförmige
Elektrode geführt ist, die aus der Düsenöffnung herausragt. Derartige Vorrichtungen
sind vor allem als Handspritzpistolen verwendbar.
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Die Aufbringung gleichmäßiger Überzüge im Farbspritzverfahren auf
zu überziehende Werkstücke wird durch die Anwendung elektrostatischer Kräfte erheblich
verbessert. Dies erfolgte ursprünglich in der Weise, daß der Strahl aus einer üblichen
Luftspritzpistole durch ein elektrostatisches Feld geblasen wurde, das zum Ablagern
des überzugsmaterials zwischen dem Werkstück und mehreren Elektrodenspitzen aufgebaut
war, die seitlich von der Spitze der Spritzpistole im Abstand angeordnet waren.
In letzter Zeit hat man dabei Verbesserungen erreicht durch ein Verfahren, welches
auch die Zerstäubung elektrostatisch bewirkt, und zwar durch das gleiche Feld, welches
auch die Ablagerung der zerstäubten Teilchen befördert.
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Das letzterwähnte Verfahren ermöglichte bemerkenswert hohe Wirkungsgrade
in der Ausnutzung des zerstäubten überzugsmaterials. Die Verwendung in gewerblichem
Maßstabe erfordert jedoch eine hochspezialisierte Ausrüstung und bereitet Schwierigkeiten
bei der Zerstäubung gewisser Typen von überzugsmaterialien sowie beim Anlassen und
Abstellen der Zerstäubung. Die meisten dieser Probleme fehlen bei dem Verfahren
mit Spritzpistolen, wobei die Zerstäubung durch Druckluft erfolgt. Bei solchen Spritzpistolen
sind jedoch die Wirkungsgrade der Ablagerung, gemessen als der auf dem Werkstück
abgelagerte Prozentsatz der zerstäubten Farbe, beträchtlich niedriger und belaufen
sich in vielen Fällen nur auf einen kleinen Bruchteil des Prozentsatzes bei der
elektrostatischen Zerstäubung.
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Man hat bereits versucht, die verhältnismäßig großen Verluste an überzugsmaterial,
welche bisher für die Luftspritzpistole kennzeichnend waren, durch bessere Ausnutzung
der elektrostatischen Kräfte zu verringern.
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So ist eine Spritzpistole bekannt, bei welcher eine Elektrode im Mündungsbereich
von einem ebenfalls aus Isoliermaterial bestehenden Hauptkörper getragen ist. Die
Elektrode besteht aus einem Kranz von einzelnen Elektrodenstiften, deren Spitzen
konzentrisch um die Mündung herum im Abstand angeordnet sind. Dies brachte jedoch
keine nennenswerte Verbesserung des Wirkungsgrades. Dementsprechend hat sich auch
diese Konstruktion in der Praxis nicht durchsetzen können. Hierbei wurde im allgemeinen
eine Anzahl hoch aufgeladener Drähte oder Spitzen um den Sprühnebel und/oder um
den zu überziehenden Gegenstand herum angeordnet. Ferner hat man eine Reihe von
Elektrodenspitzen auf jeder Seite der Spritzpistole in zwei oder mehreren Linien
angeordnet, und zwar in einem Abstand gleich dem Ausmaß des zu überziehenden Gegenstandes.
Eine Anzahl von Elektrodendrähten wurde so zurechtgebogen, daß sie sich der Form
des zu überziehenden Gegenstandes anpaßten. Keines dieser Hilfsmittel brachte eine
bedeutende Verbesserung der Wirkungsgrade der Ablagerung nach. der Luftspritzpistolenmethode
mit elektrostatischen Kräften.
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Es ist auch eine Sprühvorrichtung für Pflanzenschutzmittel bekannt,
bei welcher eine zentral angeordnete Elektrodennadel vorgesehen ist. Die Elektrodennadel
ist hier von einer Hülse umgeben, welche geerdet ist. Damit erstreckt sich praktisch
das ganze elektrische Feld lediglich zwischen der Nadel und der Hülse, so daß 'die
die Niederschlagung
der Sprühgutpartikelchen auf die zu besprühenden
Pflanzen fördernde Wirkung des elektrostatischen Feldes völlig in Wegfall kommt.
Zum anderen hat die radiale Kraftlinienrichtung des Feldes zur Folge, daß ein Teil
der versprühten Sprühgutteilchen radial nach außen bewegt wird und sich an der geerdeten
Hülse niederschlägt. Ein wesentlicher Mangel dieser Vorrichtung liegt schließlich
noch darin, daß die gesamte zentrale Düseneinrichtung aus Metall besteht, `womit
praktisch dieses ganze Düsenaggregat zur Elektrode gemacht wird, wodurch die Leistungsfähigkeit
der Elektrodennadelspitze noch weiter verschlechtert wird. Praktische Versuche mit
einem dieser Geräte zeigten neben einem großen Farbverlust, der dadurch verursacht
wurde, daß viele Farbpartikelchen einfach an den Werkstücken vorbeiflogen, auch
tatsächlich die obenerwähnte Ansammlung von Sprühgut in der Hülse, welches von Zeit
zu Zeit in größeren Spritzern herausflog. Ein derartiges Gerät ist zum Farbspritzen,
bei dem es auf größte Gleichmäßigkeit des erzeugten Überzuges ankommt, völlig unbrauchbar.
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Weiter ist eine Sprüheinrichtung bekannt, bei welcher ebenfalls zentral
im Sprühstrahl eine Nadel vorhanden ist. Diese Nadel soll allerdings primär dazu
dienen, durch hochfrequente Schwingungen eine einwandfreie Zerstäubung des Sprühgutes
zu ermöglichen. Die Nadel ist ebenfalls mit einer Hochspannungsquelle verbunden.
Eine optimale Rufladung des Sprühstrahles bei optimalem Feldlinienverlauf wird jedoch
nicht erreicht, denn die Elektrodenspitze befindet sich im Bereich der als aus Metall
bestehend dargestellten Sprüheinrichtung. Damit geht das elektrische Feld nicht
von der Elektrodenspitze, sondern von der ganzen Sprüheinrichtung nach allen Seiten
aus. Das Ergebnis ist damit wieder neben einer schlechten Rufladung des Sprühgutes
ein völlig unkontrollierter Feldlinienverlauf. Nimmt man gar an, daß die Sprüheinrichtung
zum Schutz des Bedienungspersonals an Erde liegen soll, so werden überhaupt keine
AufladungsefEekte auftreten, da die Spannung sich zwischen Nadel und Sprüheinrichtung
sofort ausgleichen wird.
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Schließlich ist eine Vorrichtung zum Besprühen von aus der Spinndüse
kommenden Glasfäden mittels einer elektrostatisch aufgeladenen Spritzpistole bekannt.
Letztere besteht aus einem Pistolenkörper mit einer zentralen Farbaustrittsleitung,
in der koaxial eine an Hochspannung liegende nadelförmige Elektrode geführt ist,
die aus der Düsenöffnung herausragt. Die Zerstäubung erfolgt mittels Druckluft.
Auch nach dieser Patentschrift liegt die ganze Pistole an Hochspannung, so daß die
vorliegende Erfindung nicht erreicht wird. Als Handspritzpistole ist diese vorbekannte
Vorrichtung damit ebenfalls nicht verwendbar, da sie durch den Bedienungsmann geerdet
würde.
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Die Erfindung geht demgegenüber von dem Grundgedanken aus, den Wirkungsgrad
der Ablagerung bei einer elektrostatischen Spritzpistole mit Druckluftzerstäubung
dadurch zu erhöhen, daß man die elektrostatischen Kraftlinien von einer zu überziehenden
Oberfläche aus an einem einzelnen Elek trodenpunkt, welcher- dem Gegenstand gegenübersteht,
konzentriert, um in der ummittelbaren Umgebung dieses Elektrodenpunktes eine hoch
ionisierte Zone zu bekommen, in welcher die Partikeln des zerstäubten Überzugsmaterials
stark aufgeladen werden. Mit »hoch ionisierter Zone« ist eine Zone gemeint, die
durch irgendeine andere danebenliegende Elektrode, welche den Endpunkt einer erheblichen
Anzahl von Kraftlinien bildet, unbeeinflußt bleibt, wobei diese Zone einen Punkt
örtlichen Potentialgefälles umgibt, welches dem an der Spitze eines einzelnen Metalldrahtes
von 0;25 mm Durchmesser bei einer Aufladung von 100 Kilovolt und üblicher Spritzentfernung
von einem geerdeten Werkstück entspricht.
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Demgemäß ist die Vorrichtung gemäß Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß die Nadelelektrode gegenüber dem Pistolenkörper elektrisch isoliert ist und
der Pistolenkörper mindestens an seinem in Spritzrichtung liegenden Vorderteil aus
hochisolierendem Material besteht.
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Dabei ist ein negatives Potential erheblich besser als ein positives.
Die aus einer öffnung hinter der Elektrodenspitze austretende Flüssigkeit zerstäubt
sofort beim Austritt, und die zerstäubten Teilchen durchwandern die hoch ionisierte
Zone um die Elektrodenspitze und erreichen die Werkstücke auf Fahrten, die wenigstens
anfänglich im wesentlichen mit den Kraftlinien von der Elektrodenspitze zu der Oberfläche
des Gegenstandes zusammenfallen. Bei dieser Anordnung erreicht man sehr viel höhere
Wirkungsgrade der Ablagerung, als sie bisher bei Luftspritzpistolen möglich waren.
Dabei sollte das Potential an der Elektrodenspitze in der Größenardnung von 100
Kilovolt liegen und das Potentialgefälle des Auflade- und Ablagerungsfeldes zwischen
der Elektrodenspitze und der Werkstückoberfläche sich auf mindestens etwa 2000 Volt
pro Zentimeter belaufen und größer sein als das Potentialgefälle in jeder anderen
Richtung.
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Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für die Ausführung
einer in der Hand gehaltenen und von Hand zu betätigenden Spritzpistole, welche
völlig bedienungs- und feuersicher gebaut werden kann. Man erhält auf diese Weise
eine elektrostatische Spritzvorrichtung' für das Überziehen von Gegenständen, welche
hohe Wirkungsgrade der Ablagerung kombiniert mit der Sprühstrahlform und der mechanischen
Xegelung der üblichen mechanischen Zerstäubungsvorrichtung und dazu absolut sicher
im Betrieb ist.
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Die nadelförmige Elektrode besteht vorteilhaft aus einem dünnen stumpfen
Draht. Diese Form ist nicht nur einfach in der Herstellung; sie zeichnet sich auch
durch günstige Ionisierungseigenschaften aus.
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Will man dem an sich kreiskegelförmigen Sprühstrahl der Pistole eine
flache Form geben, so kann dies dadurch erfolgen, daß der isolierende Vorderteil
zwei zusätzliche Druckluftdüsen an einander gegenüberliegenden Seiten der Elektrode
aufweist, deren Luftstrahlen gegen die Elektrode gerichtet sind.
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Die konstruktive Ausbildung wird besonders einfach, wenn man die Elektrode
in der Farbaustrittsleitung im Hauptkörper in axialer Verlängerung einer die Hochspannungsleitung
aufnehmenden Bohrung lagert.
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Nachfolgend ist an Hand der Zeichnung ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben.
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F i g.1 zeigt eine erfindungsgemäße Luftspritzpistole für Betätigung
von Hand; F i g. 2 zeigt die Spritzpistole nach F i g.1 beim Farbspritzen von Fahrradrahmen.
Die
Spritzpistole 40 für Handbetrieb ist durch Zuleitungen innerhalb eines Schlauches
41 mit einer Quelle für das flüssige überzugsmaterial42, mit einer Quelle für die
Zerstäubungsluft 43 sowie mit einer Hochspannungsquelle 44 verbunden. Die
Spritzpistole 40 hat einen rohrförmigen Hauptkörper 45
aus einem geeigneten
hoch isolierenden Werkstoff, wie z. B. Polyamid, welcher etwa 300 mm lang ist. Der
Körper 45 ist axial ausgebohrt zwecks Erhalt der Kanäle 45a für das flüssige
überzugsmaterial 45b für die Zerstäubungsluft und eines zentralen Kanals
zum Einziehen eines Isolierrohres 46, welches die Mittel enthält, um dem vorderen
Ende der Spritzpistole Hochspannung zuzuführen.
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Das hintere Ende des Rohres 46 enthält einen mit Polyäthylen überzogenen
Draht 48, der von einer Hochspannungsquelle 44 kommt.
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Dem vorderen Ende der Spritzpistole 40 wird die überzugsfiüssigkeit
aus einem Vorratsbehälter 42 zugeführt, und zwar über eine Flüssigkeitsleitung
50,
ein handbetätigtes Nadelventil 52 und schließlich den Kanal 45
a. Die Zerstäubungsluft strömt zu dem vorderen Ende der Spritzpistole von einer
Quelle 43 für Druckluft, eine Zuleitung 54, durch das Ventil 56 und schließlich
durch den Kanal 45 b. Das Flüssigkeitsventil 52 und das Luftventil
56 werden gleichzeitig durch einen Drücker 58 gesteuert, welcher neben einem
Handgriff 60 an einem Drehzapfen angelenkt ist. Die Spritzpistole 40 kann mittels
des Handgriffes 60 von einem Arbeiter in der Hand gehalten werden, wobei der Arbeiter
durch die Betätigung des Drückers 58 den Zustrom von Flüssigkeit und Druckluft
zu dem vorderen Ende der Spritzpistole regelt.
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Zu dem vorderen Ende der Spritzpistole 40 gehören eine Flüssigkeitskappe
61 mit einem axialen Flüssigkeitskanal 61a sowie eine Luftkappe 62 mit einem oder
mehreren Zerstäubungsluftlöchern 62a, die dicht neben dem Flüssigkeitskanal 61a
angeordnet sind. Die Kappen 61 und 62 bestehen aus einem hoch isolierenden
Werkstoff, wie z. B. Polyamid.
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Die Zerstäubungsluftlöcher in der Luftkappe 62 sind im wesentlichen
parallel zum Flüssigkeitskanal um diesen herum angeordnet. Die Luftkappe 62 enthält
auch ein Paar den Zerstäubungsstrahl formender Lufthörner 62b, deren Luftlöcher
so angeordnet sind, daß die Luftströme schräg auf die Achse des Strahles aus zerstäubten
Teilchen geblasen werden, so daß der Sprühnebel die erwünschte Fächerform bekommt.
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Eine dünne Metallnadelelektrode 64 steht axial aus dem Flüssigkeitskanal
61 a hervor, bis zu einem Punkt, der etwas vor der weitesten Ausladung der Lufthörner
62 b liegt. Die Elektrode 64 ist in dem vorderen Ende des Spritzpistolenkörpers
45 untergebracht. In der F i g. 2 ist eine Spritzpistole 40 dargestellt beim Spritzen
einer Reihe metallener Fahrradrahmen 66, die an dem die Spritzpistole handhabenden
Arbeiter vorbeigeführt werden, wobei dieselben mittels der Hänger 67 von einer geerdeten
Laufschiene 68 herabhängen. Fahrradrahmen müssen mit einem hochwertigen Lack überzogen
werden; das erreicht man durch Farbspritzen, jedoch waren diese früheren Arbeitsverfahren
mit mechanischen Zerstäubern außerordentlich verlustreich wegen der unregelmäßigen
Form der Fahrradrahmen und der weiten offenen Räume innerhalb der Fahrradrahmen.
Mit der vorliegenden Erfindung wird es jedoch möglich, die Vorteile des Zerstäubens
von überzugsmaterial, das mit anderen Mitteln schwer zu zerstäuben ist, durch Druckluft,
des sofortigen Anlassens und Abstellens des Spritzvorganges und der Bildung erwünschter
Muster zu kombinieren mit den hohen Wirkungsgraden der Ablagerung bei dem elektrostatischen
überziehen und dabei doch über ein Gerät zu verfügen, das völlig feuer- und unfallsicher
ist.