DE19602802A1

DE19602802A1 - Elektrostatisches Ionisierungssystem

Info

Publication number: DE19602802A1
Application number: DE1996102802
Authority: DE
Inventors: Yamin Ma
Original assignee: Graco Inc
Current assignee: Graco Minnesota Inc
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 1996-08-01
Also published as: FR2729870B1; US5647543A; GB2297504B; FR2729870A1; JPH08229447A; GB9601938D0; GB2297504A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrostatisches La dungssystem für Zerstäuber und Beschichtungsauftragvorrich tungen; insbesondere betrifft die Erfindung ein Ionisierungs system, das zur Verwendung in Verbindung mit einer elektro statischen Farbauftragvorrichtung ausgelegt ist. Die elektro statische Farbauftragvorrichtung kann entweder eine handge haltene Spritzpistole oder eine automatische Spritzpistole sein, die durch Fernsteuerverbindungen betätigbar ist, oder eine Farbpulverauftragvorrichtung. Die Erfindung ist insbe sondere zum Auftragen von nicht leitenden Flüssigkeiten und Pulvern nutzbar, obgleich die Prinzipien der Erfindung auch in Verbindung mit dem Spritzen von leitenden Flüssigkeiten Verwendung finden.

Auf dem Gebiet des elektrostatischen Spritzens ist es wün schenswert, ein elektrostatisches Feld in der Umgebung zwi schen der Spritzpistole und dem zu bespritzenden Ziel oder Gegenstand zu schaffen. Die gespritzten Partikel werden durch dieses Feld weitergeleitet und die jeweiligen Partikel nehmen Spannungsladungen auf, während sie das Feld durchlaufen. Die geladenen Partikel werden dadurch an den zu bespritzenden Ge genstand angezogen, der typischerweise auf Erd- oder Null spannungspotential gehalten wird, um so eine Anziehungskraft zwischen dem geerdeten Gegenstand und den geladenen Partikeln zu schaffen. Durch diesen Prozeß ist es möglich, einen we sentlich höheren Prozentsatz der gespritzten Partikel auf den eigentlich zu bespritzenden Artikel zu leiten, und dadurch wird die Effizienz des Spritzens gegenüber herkömmlichen Ver fahren stark verbessert.

In einem typischen elektrostatischen Spritzsystem wird eine Ionisierungselektrode in der Nähe der Spritzpistolenspritz öffnung angeordnet, der zu lackierende Artikel wird auf Erd potential gehalten und ein elektrostatisches Feld wird zwi schen der Ionisierungselektrode und dem Gegenstand geschaf fen. Die Distanz zwischen den beiden Elektroden kann in der Größenordnung von etwa 30 cm liegen; daher muß die an die Spritzpistolenelektrode angelegte Spannung notwendigerweise recht hoch sein, um ein elektrostatisches Feld ausreichender Intensität zu erzeugen, um eine hohe Anzahl von Io nen/Partikelwechselwirkungen zu schaffen, um so eine ausrei chende Anziehungskraft zwischen den Farbpartikeln und dem Ziel zu entwickeln. Das Anlegen von elektrostatischen Span nungen in der Größenordnung von 60.000 bis 100.000 Volt (60 bis 10 kV) an die Spritzpistolenelektrode, um einen entspre chenden Wirkungsgrad beim Spritzvorgang zu erzielen, ist nicht ungewöhnlich. Ein Ionisierungsstrom in der Größenord nung von 50 Mikroampere fließt typischerweise zwischen dem geerdeten Gegenstand und der Spritzpistolenelektrode.

Elektrostatische Systeme des vorstehend beschriebenen Typs werden oft als Koronaladungssysteme bezeichnet, da die Feldintensität einen Koronastrom von der Elektrode schafft, welcher die Luft in der Umgebung-ionisiert, und die zerstäub ten Farbpartikel, die durch den Bereich der ionisierten Luft treten, nehmen die ionisierten Ladungen auf und werden leich ter an einen zu beschichtenden, geerdeten oder neutralen Ge genstand angezogen. Die Effizienz dieses Prozesses kann durch die Anzahl der Ionen n bestimmt werden, die an ein typisches Partikel angelegt werden, während es zwischen der Spritzpi stole und dem Ziel läuft, und zwar gemäß der Beziehung
n = k_*E_*I;
wobei
n = Anzahl der Ionenladungen pro Tröpfchen;
k = Konstante;
E = elektrische Feldstärke in der Ladungszone;
t = Zeit, welche das Tröpfchen in der Ladungszone ist;
I = Ionenkonzentration in der Ladungszone.

Die elektrische Feldstärke in der Ladungszone muß ausreichend stark sein, um die Luft in der Umgebung der Elektrode (in der Ladungszone) zu ionisieren, um den vorstehend beschriebenen Koronastrom zu schaffen.

Elektrostatische Spannungsladungssysteme können in Verbindung mit Spritzpistolen verwendet werden, ungeachtet dessen, ob die primären Zerstäubungskräfte durch Druckluft, Hydraulik kräfte oder Zentrifugalkräfte geschaffen werden. In jedem Fall ist es bevorzugt, daß die Ionisierungselektrode an oder nahe dem Punkt angeordnet ist, wo die Zerstäubung auftritt, so daß veranlaßt wird, daß eine größtmögliche Anzahl von zer stäubten Partikeln durch das Ionisierungsfeld tritt. Elektro statische Ionisierungssysteme können ferner mit leitender oder nichtleitender Farbe verwendet werden. Im Fall von lei tender Farbe muß jedoch die Positionierung der elektrostati schen Ionisierungselektrode sorgfältiger erfolgen, um die Entwicklung eines Leitungsweges durch die flüssige Farbsäule vor dem Punkt der Zerstäubung zu vermeiden. Nach dem Stand der Technik ist die am meisten für eine befriedigende Lei stung verwendete Konfiguration der elektrostatischen Elek trode eine Nadelkonfiguration, die die Entwicklung eines Fel des hoher Intensität an der Nadelspitze erlaubt, wobei die Nadel an oder nahe der Zerstäubungszone positioniert ist. Nach dem Stand der Technik sind diese Nadeln typischerweise aus gehärtetem Stahlmaterial, häufig rostfreiem Stahl, herge stellt, haben typischerweise einen Durchmesser von etwa 0,5 mm und ragen in einem Abstand von etwa 2 bis 6 mm vor die Düse. Diese Nadeln werden typischerweise aus Drahtmaterial gebildet, welches abgelängt wird, und es wird kein Versuch unternommen, eine Spitze an der Nadel auszubilden. In einigen Fällen wird das Nadelende abgerundet. Die an diese Nadeln an gelegte Spannung liegt gewöhnlich im Bereich von 40 bis 100 kV, was ein elektrostatisches Feld mit relativ hoher Intensi tät in der Umgebung der Nadel erzeugt, in dem die elektrosta tischen Feldlinien zwischen der Nadel und gewöhnlich einem geerdeten, zu bespritzenden Gegenstand ausgebildet sind. Der Feldgradient in Volt pro Zentimeter (V/cm) wird durch Teilen der an die Nadel angelegten Spannung durch die Distanz in Zentimetern zu der zweiten Elektrode, gewöhnlich dem Gegen stand, mit dem das Feld aufgebaut wird, bestimmt.

Es wäre ein bedeutender Vorteil auf dem Gebiet des elektro statischen Spritzens, eine Konstruktion zu schaffen, die eine sehr hohe elektrostatische Feldintensität bei einer deutlich niedrigeren angelegten Spannung hat, als sie nach dem Stand der Technik verwendet wird. Beispielsweise vereinfacht die Reduzierung der angelegten Spannung von 60 kV auf 15 kV die technische Konstruktion der spannungserzeugenden Schaltungen sehr stark, verringert die Komplexität der Abschirmung des elektrostatischen Feldes gegen nachteilige äußere Einflüsse und steigert die allgemeine Sicherheit beim Betrieb des Sy stems. Zu den Faktoren, die die Konstruktion eines geeigneten elektrostatischen Systems beeinflussen können, zählen die Distanz zwischen den jeweiligen Elektroden, die Geometrie der Elektroden, die Position der Elektroden relativ zu dem zer stäubten Spritznebel und die Art des von dem System gespritz ten Materials.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein elektrostatisches System für Spritzpistolen zu schaffen, welches ein elektrostatisches ionisierendes Feld mit einer deutlich niedrigeren angelegten Spannung erzeugt, als es nach dem Stand der Technik bekannt ist. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrostatisches System zu schaffen, in welchem ein Feld ho her Intensität über eine relativ kurze Distanz und in der Zerstäubungszone der Spritzpistole aufgebaut wird. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gesteuertes elektrostatisches Feld hoher Intensität mit einer Nadelelek trode zu erzeugen, die einen Durchmesser von weniger als etwa 250 Mikrometer und eine zugespitzte Nadelspitze hat.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Patentansprüchen.

Die Erfindung schafft eine Konstruktion, welche eine ausrei chende Feldintensität E für elektrostatisches Spritzen schafft, indem die Geometrie der Nadel und die Plazierung der Nadelelektrode in Bezug zu der zweiten Elektrode speziell an gepaßt werden. Der Nadeldurchmesser wird so gewählt, daß er weniger als etwa 250 Mikrometer beträgt, die Nadelspitze wird angespitzt, so daß sie einen Krümmungsradius der Spitze von weniger als etwa 50 Mikrometer hat, und die Elektrodenbeab standung wird vorzugsweise auf annähernd etwa 1,5 cm einge stellt. Die Nadel ist so positioniert, daß sie relativ nahe der Mitte der Zerstäubungszone der jeweiligen Spritzpistole, an welcher sie angewendet wird, liegt. Das elektrostatische System entwickelt einen Ionisierungsstrom im Bereich von 20 bis 50 Mikroampere mit einer angelegten Spannung von etwa 15 kV.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnun gen im Detail beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine isometrische Ansicht einer elektrostati schen Spritzpistole, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung aufweist;

Fig. 2 zeigt eine isometrische Ansicht einer elektrostati schen Spritzpistole, die eine zweite bevorzugte Ausführungs form der Erfindung hat;

Fig. 3 zeigt eine Teilschnittansicht der Spritzpistole von Fig. 1;

Fig. 4 zeigt eine Teilschnittansicht der Spritzpistole von Fig. 2;

Fig. 5 zeigt eine Teildraufsicht auf eine elektrostatische Nadel nach dem Stand der Technik;

Fig. 6 zeigt eine Teildraufsicht auf eine elektrostatische Nadel gemäß vorliegender Erfindung;

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Form der An ordnung der Nadel gemäß vorliegender Erfindung;

Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Form der vor liegenden Erfindung;

Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht einer dritten Form der Er findung; und

Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht einer vierten Form der Er findung.

Fig. 1 zeigt eine isometrische Ansicht einer typischen elek trostatischen Spritzpistole in Verbindung mit vorliegender Erfindung. Eine elektrostatische Spritzpistole 10 hat einen von Hand betätigbaren Auslöser 14 zum Spritzen von durch einen Zulieferschlauch 16 zugeführter Flüssigkeit durch eine Spritzdüse 12. Die elektrostatische Hochspannung wird entwe der intern durch eine Hochspannungsversorgung der Spritzpi stole erzeugt oder der Spritzpistole 10 über ein Kabel 15 zu geführt, welches letztendlich eine Hochspannung an einer Na del 20 in der Düse 12 anlegt. Zwei geerdete sphärische Elek troden 18 sind an der Düse 12 befestigt und ein elektrostati sches Spannungsfeld hoher Intensität wird zwischen der Nadel 20 und den sphärischen Elektroden 18 erzeugt. Der Durchmesser jeder der sphärischen Elektroden 18 sollte wenigstens etwa das Zehnfache des Durchmessers der Nadel 20 betragen. Der zerstäubte Spritznebel wird aus einer Öffnung an der Vorder seite der Düse 12 ausgestoßen und zu einem Spritzkegel 24 ge formt. Die den Spritzkegel 24 bildenden Partikel werden je weils durch das elektrostatische Feld ionisiert, das sie nach dem Austreten aus der Öffnung der Spritzdüse 12 durchlaufen.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform des an der Spritzpistole 12 angebrachten elektrostatischen Ionisierungs systems. In diesem Beispiel ist eine geerdete Ringelektrode 22 an der Düse 12 angebracht und umgibt die Zerstäubungsöff nung in der Düse 12. Die Nadel 20 entwickelt eine elektrosta tisches Feld hoher Intensität zu der Ringelektrode und die zerstäubten Spritzpartikel, die den Spritzkegel 24 bilden, durchlaufen das ionisierende Feld, wenn sie von der Spritzpi stole 10 ausgestoßen werden.

Fig. 3 zeigt eine Teilschnittansicht der in Fig. 1 darge stellten Spritzpistole. Die Nadel 20 ragt von einem Flüssig keitsventil 19 nach vorne, das in den Flüssigkeitsströmungs weg der Spritzpistole eingesetzt ist. Die Nadel 20 hat einen verschieblichen elektrischen Kontakt 20A, der innerhalb eines rohrförmigen Widerstandes 23 beweglich ist. Der rohrförmige Widerstand 23 ist elektrisch über einen Leiter 17 mit einem Hochspannungsanschluß 15 verbunden. Der Hochspannungsanschluß 15 ist mit einer Hochspannungsquelle verbunden. Daher wird die Hochspannung zur Nadel 20 über die Hochspannungsleitung 15, den Leiter 17, den rohrförmigen Widerstand 23 und einen verschieblichen Abgriff 20A zugeliefert. Der Flüssigkeits strömungsweg durch die Spritzpistole 10 verläuft vom Flüssig keitszulieferschlauch 16 in die Düsenkammer 25 und durch die Spritzöffnung 27. Druckluft wird durch Kanäle einer Kappen luftkammer 37 und weiter nach außen zugeliefert, wo sie auf die aus der Öffnung 27 austretende Flüssigkeit auftrifft, um so das Zerstäuben der Flüssigkeit zu bewirken. Ferner wird Druckluft durch Kanäle 33 einer Luftkappe 35 zugeführt, um auf die zerstäubten Partikel aufzutreffen und dadurch die zerstäubten Partikel zu einem verengten Spritzkegel "abzuflachen" oder zu formen. Das an der Spitze der Nadel 20 erzeugte elektrostatische Hochspannungsfeld wird zwischen der Nadel 20 und den geerdeten sphärischen Elektroden 18 erzeugt. Daher findet sich in der Nähe der zugespitzten Spitze der Na del 20 ein elektrostatisches Feld sehr hoher Elektrizität, um die Flüssigkeitspartikel zu ionisieren, die allgemein an der Nadel 20 auf ihrem Weg nach vorne vorbeitreten.

Fig. 4 zeigt eine Teilschnittansicht der Spritzpistole aus Fig. 2, wobei gleiche Bestandteile mit den in Fig. 3 gezeig ten Bestandteilen identisch numeriert sind. Die Spritzpistole 10 von Fig. 4 arbeitet in jeder Hinsicht identisch mit der Spritzpistole 10 von Fig. 3. Der einzige Unterschied ist die Anordnung des elektrostatischen Ionisierungssystems von Fig. 4 gegenüber Fig. 3. In Fig. 4 erzeugt die elektrostatische Nadel 20 ein Feld mit hoher Intensität mit der geerdeten Ringelektrode 22. Dieses elektrostatische Feld ist gleichför mig um die Achse der aus der Öffnung 27 austretenden zer stäubten Partikel verteilt, wodurch sichergestellt wird, daß die zerstäubten Partikel vollständig ionisiert werden, wäh rend sie an der Nadel 20 vorbei ausgestoßen werden. Die Ring elektrode 22, die in Fig. 4 gezeigt ist, ist elektrisch mit Erdpotential verbunden, ebenso wie die sphärischen Leiter 18, die in Fig. 3 gezeigt sind, entsprechend den nach dem Stand der Technik bekannten Techniken.

Eine wichtige Erkenntnis der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung des verbesserten Ionisierungssystems, das einen Beschichtungsprozeß mit hoher Effizienz vollziehen kann, ohne daß elektrostatische Spannungspotentiale im Bereich von 40 bis 100 kV erforderlich sind, wie sie bisher für nötig gehal ten wurden. Dies resultiert aus einer Konstruktion, bei wel cher die Spannungselektrode innerhalb eines Abstandes von we niger als etwa 2,54 cm (1 Zoll) von der geerdeten Elektrode angeordnet ist, in Verbindung mit der Konstruktion der Span nungselektrode mit einer sehr spitzen Ionisierungsspitze oder -kante. Dies ergibt sich aus der Erkenntnis, daß die erfor derliche Ionisierungsfeldintensität umgekehrt proportional zur Quadratwurzel des Krümmungsradius der Elektrode ist, von welcher das Feld ausgeht. Das heißt, daß mit demselben zwi schen der Nadel und Erde angelegten Spannungspotential eine scharf zugespitzte Spitze eine wesentlich höhere lokale Feldintensität um die Spitze erzeugen kann, als dies einer eher runderen Konfiguration möglich ist. Ein Feld höherer In tensität verursacht höhere Elektronenemissionen von der Spitze, was wiederum eine erhöhte Anzahl von Ionen durch einen stärkeren Koronastrom erzeugt, um so die Ladungsansamm lung auf Farbtröpfchen zu steigern, die die Ionisierungszone durchlaufen. Die relativ nahe Beabstandung der Spannungselek trode und der geerdeten Elektrode schafft eine äußerst inten sive Ionisierungszone, und wenn diese Ionisierungszone in oder nahe der Zone der Zerstäubung positioniert ist, wird die Anzahl der Tröpfchen, die höhere Ladungen ansammeln, eben falls gesteigert. Die enge Beabstandung der beiden Elektroden verringert die Größe der Ionisierungszone und daher die Zeit, die ein typisches Tröpfchen in der Ionisierungszone ver bleibt, aber dieser Nachteil wird offenbar durch die gestei gerte Ionisierungsdichte in der Ionisierungszone mehr als ausgeglichen. Das Nettoresultat mit etwa 15 kV, die an die Nadelelektrode der vorliegenden Erfindung angelegt werden, erzeugt eine Tröpfchenladungsansammlung, die etwa 100 kV, die an ein herkömmliches elektrostatisches System angelegt wer den, äquivalent ist.

Der durch das verbesserte Ionisierungssystem erzeugte Korona strom kann im Bereich von 50 bis 100 Mikroampere (50 bis 100 µA) liegen und kann einen Erwärmungseffekt am Austrittspunkt von der zugespitzten Spitze oder Kante erzeugen. Daher ist es wichtig, daß zur Konstruktion der Nadel ein Material mit ei nem relativ hohen Schmelzpunkt verwendet wird.

Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Draufsicht einer typischen Na del, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt ist. Eine derartige Nadel ist typischerweise aus einem gehärteten Stahl, wie z. B. rostfreiem Stahl, geformt und der Durchmesser D₁ beträgt gewöhnlich etwa 0,5 mm.

Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Teildraufsicht auf die erfin dungsgemäße Nadel, die bevorzugt aus einer Legierung mit ei nem hohen Schmelzpunkt geformt ist, vorzugsweise über 2300°C. Ein bevorzugtes Material zur Formung der Nadel 20 ist Wolf ram, das einen Schmelzpunkt von 3410°C hat. Die Nadel 20 hat einen Durchmesser D₂, der vorzugsweise weniger als etwa 250 Mikrometer (µm) beträgt. Die Nadel 20 ist zugespitzt zu einer Spitze, die einen Krümmungsradius "R" hat. Der Radius "R" ist weniger als 50 µm und bevorzugt weniger als 25 µm.

Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht einer alternativen Ausfüh rungsform der Erfindung. In der in Fig. 7 dargestellten Aus führungsform haben die Bestandteile eine allgemein zylindri sche Form in einer Ansicht, die entlang einem Durchmesser der zylindrischen Anordnung der Bestandteile dargestellt ist. Eine Luftkappe 28 bildet ein äußeres zylindrisches Element, das eine Flüssigkeitsdüse 30 einschließt. Ein Paar Luftkanäle 29 liegt zwischen der Flüssigkeitsdüse 30 und der Luftkappe 28. Die Flüssigkeitsdüse 30 hat einen ringförmigen Luftkanal 31, der einen entsprechenden ringförmigen Flüssigkeitskanal 32 umgibt. Mittig im Flüssigkeitskanal 32 ist ein geerdeter Stab 34 angeordnet. Eine Nadel 36 ist mit einer Hochspan nungsversorgung 38 verbunden und die Nadel 36 hat eine zuge spitzte Spitze in der Zerstäubungszone der Flüssigkeitsparti kel, die aus dem Flüssigkeitskanal 32 austreten. Die durch den Kanal 32 tretende Flüssigkeit wird unter dem Einfluß der Druckluft durch den Kanal 31 zerstäubt. Die zerstäubten Par tikel werden durch Luft aus den Kanälen 29 "abgeflacht" und bilden so einen geformten, zerstäubten Spritzkegel in der Nähe der Spitze der Nadel 36. Fig. 8 zeigt eine allgemein entsprechende Ausführungsform mit einer unterschiedlichen Form der Hochspannungselektrode. In diesem Fall ist ein na delförmiger Leiter 40 mit einer Hochspannungsversorgung 38 verbunden. Die Enden des nadelförmigen Leiters 40 sind jedoch als eine Vielzahl von Bürstennadelspitzen 42 ausgebildet. Die Bürstennadelspitzen 42 sind jeweils äußerst feine Drähte mit einzelnen zugespitzten Spitzen mit Radien von etwa 15 µm, wo bei die Spitzen der Bürstennadeln 42 nahe der Zerstäubungs zone der Partikel sind, die aus der Spritzdüse 26 austreten.

Fig. 9 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform einer Spritzdüse 44, die das hierin beschriebene elektrostatische Ionisierungssystem verwendet. Eine Luftkappe 46 umgibt eine Flüssigkeitsdüse 48, die eine durch die Mitte einer geerdeten Luftkappenfläche 50 vorragende Öffnung 53 hat. Die Luftkap penfläche 50 besteht aus Metall und ist elektrisch mit Erde verbunden (nicht dargestellt). Die Luftkappe 46 hat zwei Luftkanäle 47, die Druckluft zur Formung des Zerstäubungske gels führen. Weitere Luftkanäle 54 umgeben die Flüssigkeits düse 48 und geben Zerstäubungsdruckluft zwischen der äußeren Oberfläche der Flüssigkeitsdüse 48 und der Luftkappenfläche 50 ab, um so die aus der Öffnung 53 austretenden Flüssig keitspartikel zu zerstäuben. Die Flüssigkeitspartikel werden der Flüssigkeitsdüse 48 über einen Flüssigkeitskanal 49 zuge führt. Ein Paar elektrostatische Nadeln 52 ragt von der Luft kappe 46 vor und ist mit einer Hochspannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden. Die Nadelelektroden 52 entsprechen dem allgemein in Verbindung mit dieser Erfindung beschriebe nen Typ und haben einen sehr kleinen Durchmesser und eine spitz zulaufende Spitze, wobei die jeweiligen Spitzen der Na delelektroden 52 in der Zerstäubungszone der Düse 44 positio niert sind.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Spritzdüse 58, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwendet. In diesem Fall umgibt eine Luftkappe 62 eine Flüssigkeitsdüse 60 und dazwischen sind Luftkanäle 63 ausgebildet. Die durch die Flüssigkeitsdüse 60 laufende Flüssigkeit wird durch eine Öffnung 61 ausgestoßen und die durch die Luftkanäle 63 strö mende Druckluft wird durch die die Flüssigkeitsdüse 60 umge bende ringförmige Öffnung im Bereich zwischen der Luftkappe 62 und der Flüssigkeitsdüse 60 ausgeblasen. Eine Nadelelek trode 64 ist durch die Mitte der Flüssigkeitsdüse 60 einge führt und elektrisch mit Erde verbunden. Ein Metallring 66, der Teil der Spritzdüsenluftkappe sein kann, ist an dem vor deren Umfang der Luftkappe 62 ausgebildet und der Metallring 66 ist mit einer Hochspannungsquelle (nicht dargestellt) ver bunden. In diesem Fall entspricht die Nadelelektrode 64 der in Verbindung mit dieser Erfindung allgemein beschriebenen Bauart und die vordere Spitze der Nadel 64 ist in der Zer stäubungszone der Flüssigkeitspartikel angeordnet, die aus der Düse 58 austreten. Das ionisierende Feld wird zwischen der Spitze der Nadelelektrode 64 und dem umgebenden Ring 66 entwickelt, wodurch ein gleichförmiges ionisierendes Feld ge schaffen wird, durch das alle zerstäubten Partikel treten.

Während des Betriebes beträgt die Hochspannungsversorgung zu der elektrostatischen Nadel der in den verschiedenen Ausfüh rungsformen gezeigten Spritzpistole annähernd 15 kV. Diese Spannung erzeugt einen stabilen Koronastrom mindestens im Be reich von 20 bis 50 Mikroampere, wobei der gesamte Korona strom von der stark zugespitzten Spitze der elektrostatischen Nadel fließt. Dieser relativ hohe Koronastrom in Verbindung mit der zugespitzten Nadelspitze neigt zur Wärmeerzeugung in der Nähe der Nadelspitze und daher ist es wichtig, daß die Nadel aus einem Material hergestellt wird, das einen hohen Schmelzpunkt hat, um die Spitzform der Nadelspitze bei der Erwärmung zu erhalten. Das bevorzugte Material zur Verwendung im Zusammenhang mit dieser Erfindung ist Wolfram, obgleich Kohlenstoff, Osmium und Rhenium ebenfalls Schmelzpunkte über 3000°C haben. Andere Materialien mit hohen Schmelzpunkten, die zur Verwendung im Zusammenhang mit der Erfindung geeignet sein können, schließen Bor, Molybden, Niob, Tantal und Ruthe nium ein, wobei jedoch andere Faktoren, wie etwa die Kosten, die Auswahl der Materialien einschränken können. Im Betrieb wird das intensive elektrostatische Feld, das von der zuge spitzten Nadelspitze ausgeht, in der Weise auf die geerdete Elektrode verteilt, daß das elektrostatische Feld relativ zentriert in dem Strom der aus der Spritzpistole austretenden zerstäubten Partikel ist. Daher wird ein hoher Anteil der zerstäubten Partikel ionisiert und elektrostatisch auf den mit Farbe zu versehenden Gegenstand aufgetragen, der selbst auf Erdpotential gehalten wird.

Die vorliegende Erfindung kann in anderen bestimmten Formen ausgeführt werden, ohne den Gedanken oder wesentliche Merk male derselben zu verlassen. Die vorliegende Ausführungsform soll daher in jeder Hinsicht als erläuternd und nicht als einschränkend verstanden werden, wobei auf die angefügten An sprüche eher als auf die vorstehende Beschreibung Bezug zu nehmen ist, um den Schutzumfang der Erfindung anzugeben. Bei spielsweise könnten die Prinzipien der vorliegenden Erfindung mit einer Elektrode erreicht werden, die unter Anwendung der Lehren der Erfindung eine scharf zulaufende Kante aufweist, auch wenn sie nicht die Form einer Nadel hat.

Claims

1. In einer elektrostatischen Spritzpistole, die eine in Ver bindung mit einer zweiten Elektrode wirkende Nadel mit einem zwischen diesen wirkenden Spannungsgefälle zum Schaffen eines elektrostatischen Feldes und einer Koronaentladung zum Laden von Partikeln, die durch das Feld durch die Spritzpistole ausgestoßen werden, hat, umfaßt die Verbesserung eines Ioni sierungssystems, daß:

(a) die Ionisierungsnadel nahe dem aus der Spritzpistole aus gestoßenen Partikelkegel positioniert ist und die Ionisie rungsnadel eine zugespitzte Spitze mit einem Krümmungsradius hat, der weniger als etwa 50 µm beträgt; und
(b) die zweite Elektrode außerhalb des aus der Spritzpistole ausgestoßenen Partikelkegels und innerhalb von etwa 1,5 cm von der Ionisierungsnadel positioniert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungsnadel (20) weiter einen Durchmesser von weni ger als etwa 250 µm hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Ionisierungsnadel (20) ferner ein Metallelement umfaßt, das einen Schmelzpunkt über 2300°C hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungsnadel (20) aus Wolframmaterial hergestellt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (22) ferner einen um die Achse der Nadel (20) positionierten Metallring umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (18) ferner wenigstens eine Metallkugel umfaßt, die entlang einer durch die und quer zu der Achse der Nadel (20) verlaufenden Achse positioniert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher die wenigstens eine Metallkugel (18) einen Durchmesser hat, der wenigstens das Zehnfache des Durchmessers der Nadel (20) beträgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß die Ionisierungsnadel (20) weiter einen Durchmesser von weniger als 250 µm hat.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß die Ionisierungsnadel (20) weiter ein Metallelement umfaßt, das einen Schmelzpunkt über 2300°C hat.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungsnadel (20) aus Wolframmaterial hergestellt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsdifferenz ferner etwa 15 kV umfaßt.

12. Elektrostatisches Ionisierungssystem zum Anbringen an ei ner Spritzpistole nahe der Zerstäubungsdüse, welche einen Ke gel von zerstäubten Partikeln abgibt, umfassend:

(a) eine Nadelelektrode (20), die so positioniert ist, daß eine Spitze der Nadel nahe dem Kegel zerstäubter Partikel po sitioniert ist, welche Nadel einen Durchmesser von weniger als 250 µm und eine zugespitzte Spitze mit einem Krümmungsradius von weniger als 50 µm hat;
(b) eine zweite Elektrode (18; 22), die nahe dem Kegel von zerstäubten Partikeln und innerhalb etwa 1,5 cm von der zugespitzten Spitze positioniert ist, wobei sich der Kegel zwischen der Nadelelektrode (20) und der zweiten Elektrode (18;22) befindet; und
(c) eine Einrichtung zum Anlegen einer Spannungspotentialdif ferenz zwischen der Nadelelektrode (20) und der zweiten Elek trode (18; 22).

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungsnadel aus einem Material hergestellt ist, das einen Schmelzpunkt von wenigstens 2300°C hat.

14. System nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (22) ferner einen Metallring umfaßt, der konzentrisch um die Nadel (20) angeordnet ist.

15. System nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode ferner wenigstens zwei Metallkugeln (18) umfaßt, die jeweils einander gegenüberliegend entlang einer durch die Ionisierungsnadel (20) verlaufenden Achse angeordnet sind.

16. System nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungspotentialdifferenz etwa 15 kV beträgt.

17. Elektrostatisches Ionisierungssystem zum Anbringen an ei ner Spritzpistole nahe einer Düse zum Ausstoßen eines Kegels von zerstäubten Partikeln, umfassend:

(a) eine Vielzahl von Ionisierungsdrähten (42), die nahe dem Kegel zerstäubter Partikel angeordnet sind, wobei jeder Draht der Vielzahl von Drähten einen Durchmesser von weniger als 50 µm hat;
(b) eine zweite Elektrode (34), die nahe dem Kegel zerstäub ter Partikel und etwa innerhalb eines Zentimeters von der Vielzahl der Ionisierungsdrähte (42) angeordnet ist und
(c) eine Einrichtung zum Anlegen einer Spannungspotentialdif ferenz zwischen der Vielzahl der Ionisierungsdrähte (42) und der zweiten Elektrode (34).

18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrfach vorgesehenen Ionisierungsdrähte (42) jeweils aus einem Material hergestellt sind, das einen Schmelzpunkt von wenigstens 1500°C hat.

19. In einer elektrostatischen Zerstäubungseinrichtung, die eine Ionisierungselektrode aufweist, die in Verbindung mit einer zweiten Elektrode mit einer zwischen diesen entwickel ten Spannungsdifferenz arbeitet, um ein elektrostatisches Feld und eine Koronaentladung zum Laden von durch das Feld aus der Spritzpistole ausgestoßenen Partikeln zu schaffen, umfaßt die Verbesserung eines Ionisierungssystems, daß:

(a) die Ionisierungselektrode nahe dem aus dem Zerstäuber ausgestoßenen Partikelkegel positioniert ist und die Ionisie rungselektrode eine zugespitzte Kante mit einem Krümmungsra dius hat, der weniger als etwa 50 µm beträgt; und
(b) die zweite Elektrode außerhalb des von dem Zerstäuber ausgestoßenen Partikelkegels und innerhalb von etwa 1,5 cm von der Ionisierungselektrode positioniert ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungselektrode ferner ein Metallelement umfaßt, das einen Schmelzpunkt über 2300°C hat.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungselektrode aus Wolframmaterial hergestellt ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die die zweite Elektrode ferner einen Metallring umfaßt, der um die Ionisierungselektrode positioniert ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode ferner wenigstens eine Metallkugel um faßt, die entlang einer durch die und quer zu der Achse der Ionisierungselektrode verlaufenden Achse positioniert ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Metallkugel einen Durchmesser hat, der wenigstens das Zehnfache des Krümmungsradius der Kante beträgt.