DE1280101B

DE1280101B - Vorrichtung zum Farbspritzen mittels Ultraschall

Info

Publication number: DE1280101B
Application number: DEK46153A
Authority: DE
Inventors: Toshio Onishi
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 1961-03-11
Filing date: 1962-03-10
Publication date: 1968-10-10
Also published as: US3198170A; CH390107A; GB947828A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

B 05 b

Deutsche KL: 75 a - 22

Nummer: 1280101

Aktenzeichen: P 12 80 101.3-14 (K 46153)

Anmeldetag: 10. März 1962

Auslegetag: 10. Oktober 1968

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Farbspritzen, bei welcher die Farbe von einem Ultraschallschwingungen unterworfenen, flächenhaften Zerstäuber abgesprüht wird, der vorzugsweise zugleich als elektrische Hochspannungselektrode dient.

Bei den bekannten Vorrichtungen zum Farbspritzen mittels Ultraschall wird eine schwingfähige Platte an einem magnetostriktiven oder elektrostrik^ tiven Ultraschallschwinger befestigt, der durch einen Ultraschallsender erregt wird. Auf die Oberfläche dieser Schwingplatte in Form einer dünnen Schicht aufgebrachte Farbflüssigkeit wird durch die Vibration dieser Platte in kleine Farbteilchen zerlegt, und diese Teilchen werden dann in Richtung der Schallwellenausstrahlung weggeschleudert. Demgemäß wird die Farbe in feinverteiltem Zustand auf die gewünschten Stellen des zu besprühenden Werkstücks aufgebracht. Da die Fluggeschwindigkeit der Farbpartikeln relativ hoch ist, können auch schnell trocknende Farben verwendet werden.

Wird zur Unterstützung des Spritzvorganges zusätzlich eine hohe Gleichspannung angelegt, so kann, wie bei den rein elektrostatischen Farbspritzvorrichtungen, auch ein Farbumgriff am Werkstück erreicht werden. Dabei ist es jedoch nicht erforderlich, eine so hohe Gleichstrom-Hochspannung, etwa 70 bis 120 kV, wie im Fall der rein elektrostatischen Farbspritzvorrichtungen mit sich drehender Sprühglocke anzulegen, da die Farbe bereits durch die Ultraschallenergie in einen Sprühnebel übergeführt ist und die Farbpartikeln bereits eine beträchtliche Anfangsgeschwindigkeit aufweisen. Bei den Ultraschall-Spritzvorrichtungen ist somit lediglich eine Gleichspannung erforderlich, etwa 35 kV, welche sicherstellt, daß die Sprühteilchen elektrostatisch aufgeladen werden. Demgemäß sind die Ultraschall-Spritzvorrichtungen von beträchtlicher industrieller Bedeutung, da ihre Herstellungskosten weit niedriger sind als diejenigen der rein elektrostatischen Farbspritzgeräte, sichere Arbeitsbedingungen für das Bedienungspersonal gewährleistet sind und die Entzündungsgefahr beträchtlich vermindert ist.

Trotz dieser Vorteile konnten sich bisher die Ultraschall-Farbspritzvorrichtungen bisher in der Praxis nicht durchsetzen. Der Grund dafür besteht vor allem darin, daß bei der Ultraschallzerstäubung des der Schwingplatte zugeführten Flüssigkeitsfilmes Schwierigkeiten auftreten, und zwar infolge der besonderen Dichteverteilung der Ultraschallenergie auf der Schwingplatte. Da die Frequenz der den Schwinger erregenden Ultraschallwellen konstant ist, sind die Maxima und Minima der Ultraschall-Energie-

Vorrichtung zum Farbspritzen mittels Ultraschall

Anmelder:

Kabushiki Kaisha Koparu, Tokio

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,

8000 München 22, Widenmayerstr. 5

Als Erfinder benannt:

Toshio Onishi, Niikura, Saitama-Ken (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 11. März 1961 (8083),
vom 8. Juli 1961 (24 590),
vom 27. April 1961 (14 980),
vom 22. September 1961 (34 290)

Verteilung, d. h. die Energieknotenpunkte auf der Schwingplatte, ortsfest. An den Stellen der Ultraschalll-Energieminima tritt keine Zerstäubung auf und die an diesen Stellen nicht abgesprühte Farbe erstarrt und erhärtet, so daß die freie Schwingung der Schwingplatte beeinträchtigt wird. Es besteht außerdem die Gefahr, daß sich die an den Energieminima befindliche Farbe zur benachbarten Stelle eines Ultraschall-Energiemaximas hinbewegt und dort als großer Tropfen abgeschleudert wird. Die Folge ist, daß die Sprühbilder auf den mit Farbe zu beschichtenden Werkstücken sehr ungleichmäßig sind, und zwar selbst dann, wenn zwischen dem Ultraschallzerstäuber und dem Werkstück zusätzlich ein elektrostatisches Hilfs-Hochspannungsfeld angelegt ist. Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß die Absprühung der Farbe im wesentlichen auf die unmittelbare Umgebung der Farbzuführung an der Schwingplatte beschränkt ist, also auch große Schwingplatten nicht zu den oftmals gewünschten großen Absprühflächen führen können.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die bekannten Ultraschall-Farbspritzvorrichtungen derart zu verbessern, daß sie für die Praxis brauchbar werden, d. h. ein gleichmäßiges Besprühen von Werkstücken gewährleisten.

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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zerstäuber in an sich bekannter Weise scheiben- bzw. kalottenförmig ausgebildet und über bekannte akustische Kopplungsglieder mit einem Schwinger verbunden ist, der seinerseits an einem frequenzinstabilen Ultraschallsenderrnit intermittierender Einspeisung liegt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung treten somit am Zerstäuber keine stehenden Wellen mit ortsfesten Maxima und Minima auf, so daßdirZerstäubung der Farbe an jedem Punkt des Zerstäubers auftritt. Da außerdem die Zuführung der Ultraschallenergie periodisch unterbrochen wird, kann sich in den »Schwingungspausen« über die gesamte Oberfläche des Zerstäubers ein Farbfilm ausbilden, so daß große Absprühflächen erreichbar sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet somit mit relativ geringem Aufwand eine äußerst gleichmäßige Beaufschlagung des zu besprühenden Werkstücks.

Nach einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weist der Ultraschallsender als frequenzbestimmendes Glied einen Kippkreis mit motorisch angetriebenem Drehkondensator auf und ist an seine Speisequelle über einen durch Motorantrieb periodisch öffnenden und schließenden Schaltkontakt angeschlossen. Zwischen dem Schwinger und dem Ultraschallsender kann ein als Hochspannungsisolator dienender Transformator eingesetzt sein.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele dargestellt, und zwar zeigt

A b b. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ultraschall-Farbspritzvorrichtung in perspektivischer Ansicht,

Abb. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit scheibenförmigem Zerstäuber, teilweise in perspektivischer Ansicht und teilweise als elektrisches Schaltdiagramm,

Abb. 3 eine perspektivische Ansicht eines nach Abb. 2 abgewandelten kalottenförmigen Zerstäubers und

Abb. 4 eine Seitenansicht eines weiteren abgewandelten scheibenförmigen Zerstäubers.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 1, auf der die Farbspritzvorrichtung im Betrieb dargestellt ist, trägt ein Ständer 1 einen Isolierzylinder 2, der eine vordere Kammer 3 und eine hintere Kammer 4 aufweist. Innerhalb der Vorderkammer 3 ist ein Ultraschallschwinger 7 angeordnet, der an einem Zerstäuber 5 befestigt ist. In der Kammer 4 des Isolierzylinders 2 ist ein Isoliertransformator 11 untergebracht, der an einen Ultraschallsender 8 angeschlossen ist. Der Zerstäubers ist mit einer Einrichtung zum Zuführen von Farbe von einem Farbbehälter 9 auf seine scheibenförmige Fläche versehen, die während des Betriebes dem mit Farbe zu versehenden Werkstück 10 zugekehrt ist. Gemäß A b b. 1 ist zusätzlich eine Gleichstrom-Hochspannungsquelle 12 vorgesehen, die das Sprühen feiner Farbpartikeln auf das Werkstück 10 wirkungsvoll unterstützt.

Während des Betriebes der Farbspritzvorrichtung gemäß der beschriebenen Anordnung wird der Ultraschallschwinger 7 durch den Schwingungsausgang (bei der beschriebenen Ausführungsform mit einer Frequenz von etwa 40 kHz) des Ultraschallsenders 8 erregt. Auf Grund der durch den erregten Schwinger 7 fortgepflanzten Ultraschallenergie bzw. dei Auslenkung des Zerstäubers 5 erfolgt eine Zerstäubung der vom Farbbehälter 9 zugeführten Farbe und ein Spritzen der Farbpartikeln auf das Werkstück 10. Mit Hilfe eines durch geeignete Treibräder DW bewegten endlosen Bandes EB kann eine Vielzahl von Werkstücken 10 zugeführt werden.

Wenn zusätzlich .die Hochspannungsgleichstromquelle 12 zur Erzielung eines wirkungsvollen Aufsprühens der zerstäubten Farbe auf das Werkstück 10 verwendet wird, so wirkt der Isoliertransformator

ίο 11 als Isolierung zwischen dem Ultraschallsender 8 und den Schwingungen bzw. Vibrationen ausführenden Teilen.

Die Vorrichtung zum Zerstäuben der Farbe wird nun im einzelnen an Hand A b b. 2 beschrieben. Gemaß A b b. 2 ist zwischen dem Zerstäuber 5 und dem Schwinger 7 eine dünne Metallplatte 13 eingeschaltet. Die dünne Metallplatte 13 weist eine Flächenerstreckung auf, die etwas größer als diejenige der schwingenden Oberfläche des Schwingers 7 ist, und

ao besitzt eine Dicke, die geringfügig größer ist als die-

- jenige des Zerstäubers 5 (bei der dargestellten Ausführungsform beträgt die Dicke des Zerstäubers 0,3 mm und diejenige der dünnen Metallplatte 1 mm). Die Metallplatte 13 muß eine relativ hohe

as Wärmekapazität aufweisen und dünn sein, damit keine große Veränderung der Resonanzfrequenz (etwa 40 kHz) des Schwingers 7 hervorgerufen wird, wenn lediglich diese Metallplatte 13 am Schwinger 7 befestigt ist. Die dünne Metallplatte 13 erleichtert die akustische Kopplung zwischen diesen beiden Teilen. Ein Beispiel eines Ultraschallsenders 8 zur Erregung des Schwingers 7 ist im Schaltdiagramm gemäß A b b. 2 dargestellt. Der Ultraschallsender 8 weist zusätzlich zu einer Hochfrequenz-Senderöhre 14 einen Schwingungsunterbrecher 15 auf, der bewirkt, daß die zugeführte Farbe auf der gesamten Oberfläche des Zerstäubers 5 die Gesalt einer gleichmäßigen Schicht annimmt. Dieser Unterbrecher 15 öffnet und schließt auf geeignete Weise, gemäß Abb. 2 beispielsweise mittels eines exzentrischen Nockens EC, der durch einen MOtOrM₁ mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben wird, periodisch einen Schalter SW, wodurch dem Bremsgitter G₃ der Senderöhre 14 von einem Akkumulator B₁ periodisch

ein negatives Potential aufgeprägt wird, so daß dem Schwinger 7 intermittierend Schwingungen zugeführt werden. Beispielsweise kann die Drehperiode des Exzenternockens EC oder das Verhältnis zwischen der Erregungszeit des Zerstäubers während einer Periode

und der erregungslosen Zeit verändert werden. Damit verteilt sich die ständig auf den Zerstäuber 5 fließende Farbmenge gleichmäßig in Form einer dünnen Schicht über einen großen Oberflächenbereich, und Fehlerquellen, wie etwa eine Zerstäubung nur in der Nähe des Ausflusses oder ungleichmäßige Teilchengrößen infolge unterschiedlicher Zerstäubungsstellen, treten nicht auf.

Der Ultraschallsender 8 weist außerdem einen Kippkreis 16 auf, der die Schwingungsfrequenz auf geeignete Weise verändert, beispielsweise gemäß Abb. 2 mit Hilfe eines von einem MotorM₂ veränderlicher Geschwindigkeit gedrehten Kondensators VC mit veränderlicher Kapazität. Durch Verwendung dieses Kippkreises 16, der die Ultraschallfrequenz ändert, und zwar in einer geeigneten Zeitspanne innerhalb eines Bereiches, innerhalb dem die Ultraschallaussendung nicht wesentlich absinkt, wird die Farbe von jedem Punkt des Zerstäubers 5 aus

gleichmäßig abgestrahlt, ohne Unregelmäßigkeiten in der Abstrahlungsverteilung und ohne ortsfeste Maximum- und Minimumstellen der Ultraschallenergie, wie es im Gegensatz dazu bei konstanter Frequenz der Fall wäre.

In A b b. 3 ist ein Zerstäuber 17 dargestellt, der eine gegenüber Abb. 2 abgewandelte kalottenförmige, also gewölbte Gestalt zeigt.

Wenn zum wirkungsvollen Aufspritzen eines Überzuges auf ein Werkstück, wobei die Farbe mit Hilfe eines Zerstäubers aufgetragen worden ist, als zusätzliche Maßnahme eine Gleichspannung (etwa 35 kV) angelegt wird, so verdichten sich bei diesem die elektrischen Kraftlinien am Rand der flachen Scheibe, und die leicht durch äußere Einwirkungen beeinflußbare Ausstrahlung des Zerstäubers wird richtungsmäßig unbestimmt. Damit werden aber die Bewegungsrichtungen der zerstäubten Farbpartikeln beträchtlich gestört, und das Aufspritzen erfolgt ungleichmäßig. Bei dem kalottenförmigen Zerstäuber 17 dagegen werden die zerstäubten Farbteilchen, da sich die elektrischen Kraftlinien im Mittelteil der Kalotten konzentrieren, durch äußere Einwirkungen kaum beeinflußt und richtungsstabil auf den mit Farbe zu versehenden Gegenstand gespritzt. Da darüber hinaus die elektrische Ladung der vom Mittelteil der Kalotte abgestoßenen Farbteilchen groß ist, wird auch ihre Fluggeschwindigkeit hoch.

In Abb. 4 ist eine Vorrichtung gezeigt, deren Aufbau sich von derjenigen nach Abb. 2 und 3 unterscheidet. Bei dieser ist zwischen dem Schwinger 7 und dem Zerstäuber 5 ein Trichter 18 angeordnet. Damit wird die Schwingungsenergie des vom Ultraschallsenders 8 erregten Schwingers 7 mit größerem Nutzfaktor auf den Zerstäuber 5 übertragen.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Farbspritzen, bei welcher die Farbe von einem Ultraschallschwingungen unterworfenen, flächenhaften Zerstäuber abgesprüht wird, der vorzugsweise zugleich als elektrische Hochspannungselektrode dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerstäuber (5) in an sich bekannter Weise scheiben- bzw. kalottenförmig ausgebildet und über bekannte akustische Kopplungsglieder (13, 18) mit einem Schwinger (7) verbunden ist, der seinerseits an einem frequenzinstabilen Ultraschallsender (8) mit intermittierender Einspeisung liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsender (8) als frequenzbestimmendes Glied einen Kippkreis (16) mit motorisch angetriebenem Drehkondensatoi (VC) aufweist und an seine Speisequelle (B) über einen durch Motorantrieb periodisch öffnenden und schließenden Schaltkontakt (SW) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem zugleich als elektrische Hochspannungselektrode dienenden Zerstäuber, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schwinger (7) und dem Ultraschallsender (8) ein als Hochspannungsisolator dienender Transformator (11) eingesetzt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung M 9744IV a/75 c (bekanntgemacht am 23. 4.1953);
USA.-Patentschrift Nr. 2 855 244.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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