DE2804633A1

DE2804633A1 - Verfahren zum elektrostatischen beschichten und rotierende farben-zerstaeubereinrichtung zum durchfuehren des verfahrens

Info

Publication number: DE2804633A1
Application number: DE19782804633
Authority: DE
Inventors: Michio Mitsui; Yoshinori Tada
Original assignee: Ransburg Japan Ltd
Current assignee: Carlisle Fluid Technologies Ransburg Japan KK
Priority date: 1977-02-07
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1978-08-10
Also published as: GB1581192A; DE2804633C2; CA1121664A; IT7867187A0; AU3231778A; FR2384552A1; IT1111441B; FR2384552B1; SE7801354L; AU517923B2; US4148932A; USRE31590E; CH621495A5; SE441898B

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE Postfach 860245 · 8000 München 86

Anwaltsakte 28 774 3. Februar 1978

RANSBÜRG JAPAN Ltd., Tokyo, Japan

Verfahren zum elektrostatischen Beschichten und rotierende Farben-Zerstäubereinrichtung zuifr Durchführen des Verfahrens

- Ansprüche -

r (00)911272 Tefcfnmme: Bankkonten: Hypo-Bink München 4410122850

911273 BERGSTAFFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

91*274 TELEX: 809832/0820 ⁸^" Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270)

983310 052456OBERGd ^{W W} Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrostatischen Zerstäuben einer flüssigen Farbe und zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit Hilfe einer mit hoher Drehzahl rotierenden Zerstäubereinrichtung unter Verhinderung einer Schaumbildung in der auf die Gegenstände aufgebrachten Farbschicht und damit zur Erzielung einer hochwertigen Beschichtung. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine glocken- und/oder scheibenförmige rotierende Zerstäubereinrichtung zum elektrostatischen Aufbringen von Beschichtungen.

Seit einiger Zeit besteht das Bestreben, flüssige Farbe mit einem geringen Gehalt an Lösungsmitteln und damit von relativ hoher Viskosität zu verwenden, um auf diese Weise die Umweltverschmutzung zu vermindern. Um bei Verwendung einer rotierenden Zerstäubereinrichtung eine relativ zähflüssige Farbe befriedigend zu zerstäuben, sind jedoch sehr hohe Drehzahlen der Zerstäubereinrichtung notwendig.

Beim Zerstäuben einer flüssigen Farbe mittels einer rotierenden Zerstäubereinrichtung ist der Grad der Zerstäubung gewöhnlich umgekehrt proportional der Dicke der über die Oberfläche der Zerstäubereinrichtung dem kreisförmigen Austrittsrand derselben zufließenden dünnen Farbschicht. Die Dicke der Farbschicht ist ihrerseits proportional der Menge der zugeführten Farbe und umgekehrt proportional dem Produkt aus der Drehzahl der Zerstäubereinrichtung und dem Radius des kreisförmigen Austrittsrands.

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Wird der Radius der Zerstäubereinrichtung oder ihres kreisförmigen Austrittsrands verringert, um auf diese Weise die Abmessungen und das Gewicht der Zerstäubereinrichtung zu verringern, so muß daher die Drehzahl der Einrichtung selbst zum Zerstäuben von relativ dünnflüssigen Farben beträchtlich erhöht werden, um eine befriedigende Zerstäubung der Farbe zu erreichen, oder die Dicke der dem Austrittsrand zufließenden flüssigen Farbschicht muß verringert werden.

Bei einer Drehzahl der Zerstäubereinrichtung von mehr als 4000 TJ/min während des elektrostatischen Beschichtens besteht je nach der Art der flüssigen Farbe, nach der pro Zeiteinheit zugeführten Farbmenge usw. die Gefahr, daß sich an der Oberfläche der auf einen Gegenstand aufgebrachten Farbschicht eine große Anzahl von Bläschen bildet. Die Bläschen beeinträchtigen die Qualität der Beschichtung, und bei übermäßiger Schaumbildung kann der Gegenstand selbst verdorben werden.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit Hilfe einer rotierenden Zerstäubereinrichtung, bei welchem in der auf einen Gegenstand aufgebrachten Farbschicht keine Schaumbildung oder sonstige Fehler auftreten, so daß unabhängig von der Drehzahl der Zerstäubereinrichtung, der Art der verwendeten Farbe, der pro Zeiteinheit zugeführten Farbmenge usw. eine hochwertige Beschichtung erzielbar ist. Ferner

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schafft die Erfindung eine glockenförmige und eine scheibenförmige rotierende Zerstäubereinrichtung, bei deren Verwendung auf der Farbschicht keine Schaumbildung auftritt und mittels welcher eine befriedigende elektrostatische Beschichtung erzielbar ist.

Es wurden verschiedene Gründe für die Schaumbildung auf Farbschichten genannt. Ein wichtiger Faktor ist nach Ansicht der Anmelderin der physikalische Zustand der flüssigen Farbe während deren Strömung über die Oberfläche der Zerstäubereinrichtung zum kreisförmigen Austrittsrand derselben und bei ihrem Austritt am Austrittsrand. Aufgrund dieser Annahme und in der Absicht, die zur Schaumbildung führenden Faktoren klarzustellen, wurde eine Anzahl von stroboskopischen Aufnahmen der flüssigen Farbschicht auf der Oberfläche der rotierenden Zerstäubereinrichtung und der Bedingungen, unter denen die Farbe letztlich zerstäubt wird, angefertigt.

Dabei stellte sich heraus, daß die flüssige Farbe bei einer herkömmlichen elektrostatischen rotierenden Zerstäubereinrichtung sofern diese glockenförmig ist in Axialrichtung und, sofern sie scheibenförmig ist, in Radialrichtung dem in einer scharfen Kante auslaufenden kreisförmigen Austrittsrand zuströmt und dort eine Vielzahl von Tropfnasen bildet. Unter der Wirkung des zwischen dem Austrittsrand und dem zu beschichtenden Gegenstand erzeugten elektrostatischen Gleichspannungsfelds wird dann die flüssige Farbe zerstäubt, indem an den Spitzen

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der einzelnen Tropfnasen kleinste Mengen der flüssigen Farbe abgerissen und zu feinen Tröpfchen geformt werden.

Bei einer sehr hohen Drehzahl der Zerstäubereinrichtung ist eine Zerstäubung der Farbe durch Abreißen von kleinsten Mengen derselben an den Spitzen der zahlreichen entlang dem gesamten Umfangsrand gebildeten Tropfnasen jedoch nicht erzielbar, so daß sich in der auf einen Gegenstand aufgebrachten Farbschicht viele Bläschen bilden. Unter den genannten Bedingungen bildet die flüssige Farbschicht 3* wie in Fig. 1 dargestellt, eine Anzahl von unregelmäßig geformten Dreiecken von beträchtlicher Breite, welche über den gesamten Umfang über den kreisförmigen Austrittsrand 2 der Zerstäubereinrichtung 1 hervorstehen. Die äußere Umfangsfläche 4- der Farbschicht ist äußerst instabil und wird aufgrund der hohen Drehzahl der Zerstäubereinrichtung übermäßig stark von der umgebenden Luft beeinflußt.

Dadurch wird die Schicht 3 unter Aufnahme von Luft eingerollt und in sich verzogen, während die Flüssigkeit an der Umfangsfläche 4 unter Einwirkung des elektrostatischen Feldes abgerissen wird und sich kugelförmig zusammenzieht, wobei eine Anzahl von Farbtröpfchen 5 mit darin eingeschlossenen kleinen Luftmengen entsteht. Derartige Lufteinschlüsse aufweisende Tröpfchen 5 werden vermischt «it normalen Farbtröpfchen 6 freigesetzt.

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Die Schaumbildung in der Farbschicht auf der Oberfläche eines unter Verwendung einer mit hoher Drehzahl rotierenden Zerstäubereinrichtung elektrostatisch beschichteten Gegenstands beruht daher wahrscheinlich in erster Linie darauf, daß eine Anzahl von Lufteinschlüsse aufweisenden Tröpfchen 5 unter Einwirkung des elektrostatischen Felds von dem zu beschichtenden Gegenstand angezogen werden und an seiner Oberfläche haften bleiben, so daß eine Lufteinschlüsse aufweisende Farbschicht entsteht.

Um die Bildung von Lüfteinschlüsse aufweisenden Farbtröpfchen durch Abreißen am Umfang der solche unregelmäßigen Dreiecke bildenden Flüssigkeitsschicht zu vermeiden, führte die Anmelderin Versuche mit einer in der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung 1266/61 beschriebenen, glockenförmigen Zerstäubereinrichtung durch, welche entlang dem Umfang des kreisförmigen Austrittsrands eine Anzahl dreieckiger VorSprünge aufwies. Dabei stellte es sich heraus, daß eine in kleinen Mengen zugeführte, relativ dünnflüssige Farbe auf jedem der dreieckigen VorSprünge einen Flüssigkeitsfilm von im wesentlichen dreieckiger Form bildet. An den Spitzen der dreieckigen Vorsprünge oder an den beiden Flanken derselben bildet die jeweilige Flüssigkeitsschicht eine Tropfnase, an deren Spitze die Farbe zerstäubt wird.

Überschreiten jedoch die Viskosität der Farbe und die Zufuhrmenge bestimmte kritische Werte (beispielsweise

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eine Viskosität von 30 sec (nach Zahn, Nr. 2) bei einer Zufuhrmenge von ca. 200 cnr/min oder eine Viskosität von 25 see (nach Zahn, Nr. 2) bei einer Zufuhrmenge von ca. 300 cnr/min) so dehnen sich die Flüssigkeitsschichten über die Zwischenräume zwischen einander benachbarten Vorsprüngen aus, und ihre äußeren Ränder werden unter dem Einfluß des elektrostatischen Felds eingerollt oder in sich verzogen, so daß dann Lufteinschlüsse aufweisende Farbtröpfchen entstehen und sich in der Farbschicht des beschichteten Gegenstands Luftbläschen oder Schaum bilden.

Die vorstehend beschriebene glockenförmige Zerstäubereinrichtung mit den entlang dem gesamten Austrittsrand geformten dreieckigen Vorsprüngen weist eine entsprechende Anzahl von Spitzen auf, an denen eine hohe Konzentration des elektrostatischen Felds auftritt, so daß der Potentialgradient in einem gefährlichen Maße ansteigt, wodurch eine sichere Verwendung der Zerstäubereinrichtung nicht möglich ist.

Die Anmelderin führte ausgedehnte Untersuchungen aus, um ein Verfahren zu finden, welches die Bildung der vorstehend beschriebenen unregelmäßigen Flüssigkeitsschichten am kreisförmigen Austrittsrand einer mit hoher Drehzahlen rotierenden Zerstäubereinrichtung und damit die Schaumbildung in der aufgetragenen Farbschicht zu verhindern vermag. Dabei entwickelte die Anmelderin ein Verfahren zum Zerstäuben einer flüssigen Farbe mittels einer

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elektrostatisch geladenen, rotierenden Zerstäubereinrichtung, bei welchem die flüssige Farbe in einer dünnen Schicht über eine Oberfläche der Zerstäubereinrichtung, beispielsweise die Innenfläche einer glockenförmigen Zerstäubereinrichtung oder eine Oberfläche einer scheibenförmigen Zerstäubereinrichtung, strömt und in eine Vielzahl von in ümfangsrichtung der rotierenden Zerstäubereinrichtung 1 voneinander getrennte schmale Einzelströme unterteilt wird, wie schematisch in Fig. 2 dargestellt.

Die auf diese Weise in Form einer Vielzahl von schmalen Einzelströmen dem Austrittsrand 2 zugeführte flüssige Farbe bildet dabei keine sich über den Austrittsrand hinaus erstreckende Flüssigkeitsschicht, wie sie in Fig. dargestellt ist, sondern jeder der Teilströme bildet eine feine Tropfnase oder einen Flüssigkeitsfaden 7* welche bzw. welcher über den Austrittsrand 2 hervorsteht. An der Spitze der Tropfnasen 7 wird die Farbe zerstäubt, so daß von Lufteinschlüssen freie kleine Tröpfchen 6 entstehen. Die Tröpfchen werden dann elektrostatisch von dem zu beschichtenden Gegenstand angezogen. Auf diese Weise läßt sich die Schaumbildung in der auf den Gegenstand aufgetragenen Farbschicht sicher vermeiden.

Die über eine Oberfläche der rotierenden Zerstäubereinrichtung strömende, geschlossene dünne Farbschicht kann gemäß der Erfindung auf verschiedene Weise in eine Anzahl von schmalen Einzelströmen unterteilt werden. In einer

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Ausführungsform sind in der Oberfläche, über welche die flüssige Farbe in Form eines geschlossenen dünnen Films hinwegströmt, also beispielsweise in der Innenfläche einer glockenförmigen Zerstäubereinrichtung oder in einer Oberfläche einer scheibenförmigen Zerstäubereinrichtung, zahlreiche kleine Rillen von beispielsweise dreieckiger Form gebildet, welche sich im wesentlichen in der Strömungsrichtung der Farbe, d.h. also bei einem glockenförmigen Zerstäuber in Axialrichtung und bei einem scheibenförmigen Zerstäuber in Radialrichtung, zum Austritt srand erstrecken.

Bei einer mit Drehzahlen zwischen 4000 und 16000 U/min rotierenden Zerstäubereinrichtung ist die Schicht der über die eine Oberfläche strömenden Farbe bei Zufuhrmengen zwischen etwa 50 und 500 cmvmin gewöhnlich etwa einige hundertstel Millimeter dick, jedoch nicht dicker als etwa ein Zehntel Millimeter. Bei einer Tiefe der Rillen 8 von etwa 0,2 bis 0,4 mm wird die Strömungsschicht der flüssigen Farbe durch die Rillen in eine entsprechende Anzahl von in gegenseitigen TJmfangsabständen fließenden Einzelströmen unterteilt. Die Länge der einzelnen Rillen 8 kann dabei etwa 1,5 bis ca. 4- mm betragen.

Pig. 3 zeigt eine Axialschnittansicht einer glockenförmigen Zerstäubereinrichtung in einer Ausführungsform der Erfindung. Die Zerstäubereinrichtung sitzt mit einer

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Nabe 12 auf dem freien Ende einer von einem Antrieb, beispielsweise einem pneumatischen Motor, mit einer Drehzahl von etwa 1OOOO bis 16000 U/min antreibbaren Welle 1. Am vorderen Ende trägt die Nabe 12 eine damit koaxiale Scheibe 13» von welcher eine damit koaxiale zylindrische Buchse 14 rückwärts hervorsteht. Der aus den genannten Teilen gebildete Nabenkörper 16 ist mittels einer Haltemutter 15 auf der Welle 11 befestigt. Ein glockenförmiges Zerstäuberteil 20 mit einem einseitig offenen Innenraum 17 von kreisförmigem Querschnitt und einem scharf zulaufenden, kreisförmigen Austrittsrand am vorderen Ende ist koaxial auf die Buchse 14 des Nabenkörpers 16 aufgesetzt und mittels einer Klemmschraube befestigt.

Die flüssige Farbe wird dem Zwischenraum zwischen der Nabe 12 und der Buchse 14 des Nabenkörpers 16 von einer (nicht gezeigten) Zufuhrguelle über ein Röhrchen 21 zugeführt und tritt aufgrund der hohen Drehzahl der Einrichtung durch eine Anzahl von radialen öffnungen 22 im vorderen Teil der Buchse 14 in das hintere Teil des Innenraums 17» von wo aus sie dann in Form einer dünnen, etwa 0,1 mm dicken Schicht entlang der inneren Umfangswand 23 des Innenraums strömt.

Im vorderen Teil des Innenraums 17 hat die Umfangswand eine Anzahl von Rillen 8, welche etwa 1,5 mm lang sind und am Austrittsrand 18 eine größte Tiefe von ca. 0,2

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bis 0,3 mm haben. Die Rillen 8 können mittels eines Rändelwerkzeugs geformt sein.

Die Rillen 8 unterteilen die Farbschicht in der vorstehend beschriebenen Weise, so daß die Farbe am Austrittsrand 18 unter der Wirkung des durch Anlegen einer Gleichspannung von beispielsweise 80 bis 120 kV an den Austrittsrand 18 und einen (nicht gezeigten) zu beschichtenden Gegenstand erzeugten elektrostatischen Felds zerstäubt und elektrostatisch auf der Oberfläche des Gegenstands deponiert wird.

Wird eine Zerstäubereinrichtung der vorstehenden Art, welche am kreisförmigen Austrittsrand einen Durchmesser von 7*3 cm aufweist, mit einer hohen Drehzahl von beispielsweise 16000 TJOmin angetrieben und dabei eine flüssige Farbe mit einer Viskosität von 30 see (nach Zahn, Nr. 2) in einer Menge von etwa 150 bis ca. 500 cnr/min zugeführt, so ist eine Schaumbildung vollständig ausgeschlossen und man erhält eine hochwertige Beschichtung.

Um den Einfluß der Rillen 8 auf den Dunkelstrom zu untersuchen, wurden Versuche zur Messung des DunkelStroms an einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen rotierenden Zerstäubereinrichtung durchgeführt. Die für die Versuche verwendete Einrichtung hatte den in Fig. 3 gezeigten Aufbau mit einer großen Anzahl von Rillen mit einer Länge von ca. 1,5 mm und einer größten Tiefe von ca. 0,2 bis 0,3 mm. Die in den Versuchen verwendete her-

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kömmliche Zerstäubereinrichtung hatte ebenfalls den in Fig. 3 dargestellten Aufbau bei gleichen Abmessungen, war Jedoch nicht mit den Rillen 8 versehen.

Beim Zerstäuben von flüssiger Farbe zu kleinsten Tröpfchen und Aufsprühen derselben auf einen Gegenstand ist die Qualität der auf diesem entstehenden Farbschicht weitgehend abhängig vom größten sowie vom mittleren Durchmesser der Farbtröpfchen. Tröpfchen mit sehr großem Höchstdurchmesser verschlechtern die Qualität der aufgetragenen Farbschicht, wie aus der folgenden, empirisch aufgestellten Beziehung zwischen größtem Tröpfchendurchmesser und Güte der Farbschicht hervorgeht:

Größter Tröpfchendurchmesser Güte der Farbschicht 0,1 bis 0,2 mm Sehr gut

0,2 bis 0,3 mm Gut

0,3 bis 0,45 mm Ziemlich schlecht

über 0,45 mm Schlecht.

Für die Ausbildung einer Farbschicht von hervorragender Güte sollen die Farbtröpfchen möglichst kleine Höchst- und Durchschnittsdurchmesser haben. Andererseits ist eine sehr große Anzahl von zerstäubten Farhtröpfchen mit übermäßig kleinem Durchmesser jedoch auch nicht vorteilhaft, da das Lösungsmittel der Farbe aus den sehr kleinen Tröpfchen während deren Bewegung zum zu beschichtenden Gegenstand sehr schnell verdunstet. Der dadurch im wesentlichen verfestigte Anteil der Farbe an Kunstharz und Pigmenten

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beeinträchtigt die Güte der Farbschicht. Es ist daher anzustreben, daß die größten Durchmesser der zerstäubten Farbtröpfchen in dem vorstehend angegebenen Bereich von etwa 0,1 bis 0,2 mm liegen und insbesondere daß ein möglichst großer Anteil der Farbtröpfchen in diesem Bereich liegende Durchmesser hat.

Beim elektrostatischen Beschichten mit einer herkömmlichen rotierenden Zerstäubereinrichtung können die Durchmesser der zerstäubten Farbtröpfchen je nach Art des in der Farbe enthaltenen Harzes, der Art des Lösungsmittels, der Art des Pigments, der Viskosität der Farbe zum Zeitpunkt des Gebrauchs, dem elektrischen Widerstand und der Entladungsgeschwindigkeit der Farbe, dem Durchmesser und der Drehzahl der Zerstäubereinrichtung und der zwischen der Zerstäubereinrichtung und dem zu beschichtenden Gegenstand angelegten Gleichspannung in einem weiten Bereich variieren.

Im Falle von Wasserfarben und den zur Verringerung der Umweltbelastung in zunehmenden Maße verwendeten Farben mit sehr niedrigem Lösungsmittelgehalt ist es häufig schwierig oder unmöglich, Farbtröpfchen mit den wünschenswerten Durchmessern zu erhalten. Selbst bei den verschiedenartigen, für die verschiedensten Zwecke verwendeten gewöhnlichen synthetischen Farben ist es manchmal unmöglich, beim Zerstäuben Farbtröpfchen mit den wünschenswerten Durchmessern zu erhalten.

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Die Tröpfchendurchmesser einer zum elektrostatischen Beschichten mittels einer rotierenden Zerstäubereinrichtung zerstäubten flüssigen Farbe sind bestimmt durch die Anzahl und die Dicke der am Austrittsrand der Zerstäubereinrichtung gebildeten Tropfnasen. Bei einer kleineren Anzahl von relativ dicken Tropfnasen ergibt sich ein großer Tröpfchendurchmesser, während eine große Anzahl von relativ dünnen Tropfnasen Tröpfchen mit kleinem Durchmesser ergibt. Die Dicke der Tropfnasen ist weitgehend abhängig von der Dicke der Farbschicht am Austritt srand, welche sich durch die folgende Beziehung ausdrücken läßt:

Dicke de-p Farbschicht Zufuhrmenge χ Viskosität Dicke der Farbschicht _{Durchmesser des D}„

Rotationskörpers ^{x Drenzal11}

Die Erzielung der erwünschten größten und mittleren Durchmesser der Farbtröpfchen ist gemäß der Erfindung dadurch erleichtert, daß der Austrittsrand der rotierenden Zerstäubereinrichtung nicht wie in herkömmlichen Ausführungsformen in einer Schneide ausläuft oder abgerundet ist, sondern eine schmale Endfläche von gleichmäßiger Breite aufweist, welche lotrecht zu der von der Farbe überströmten Fläche verläuft. Die von der Farbe überströmte Fläche weist nahe dem Umfang vorzugsweise eine Vielzahl von Rillen mit stetig zunehmender Tiefe auf. Bei einer solchen, in verschiedenen Ausführungsformen in Fig. 4 bis 8 dargestellten Anordnung ist die Länge der Umfangsfläche nahe dem Austrittsrand gegenüber herkömmlichen Ausführungen beträchtlich verlängert. Dementsprechend ist

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auch die Umfangslänge der Farbschicht bei Erreichen des Austrittsrands beträchtlich, vergrößert und ihre Dicke dadurch verringert. Daraus ergibt sich eine vergrößerte Anzahl von Tropfnasen mit kleinerem Durchmesser. Dies führt wiederum dazu, daß entlang dem gesamten Umfang des Austrittsrands Färbtröpfchen mit einem kleinen Höchstdurchmesser und mit einer sehr geringen Durchmesserstreuung freigesetzt werden, wodurch sich die Güte der auf einem Gegenstand deponierten Farbschicht wesentlich verbessert.

Zur Messung des Dunkelstroms an den beiden Zerstäubereinrichtungen wurde eine plattenförmige bzw. eine nadeiförmige Gegenelektrode, letztere mit einem Durchmesser von 0,7 mm verwendet und der Abstand D zwischen der Zerstäubereinrichtung und der Gegenelektrode sowie die an die Zerstäubereinrichtung gelegte Gleichspannung V variiert, wobei jedoch keine Farbe zugeführt wurde, da der Dunkelstrom hierbei größer ist als bei Zufuhr von Farbe. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Daraus ist zu erkennen, daß die durch die Rillen bewirkte Zunahme des Dunkelstroms äußerst gering ist, so daß sich daraus keine Gefahr in der Verwendung ergibt.

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Ergebnisse der Dunkelstrommessung

Spannung V	- 90 kV -120 kV	Abstand D	Gemäß Er- herkömm- findung lieh	Gemäß herk. Er f.
Elektroden strom		20 cm 25 ca 30 cm
	20 cm 25 cm 30 cm	210 uA 20OuA 170 " 160 " 120 " 120 "	440 uA 420 uA 320 ^M 310 ^M 280 " 270 "
Platten elektrode	250 " 230 " 170 " 160 " 120 " 120 "	700 " 700 " 420 " 420 " 320 " 310 ^M
Nadel elektrode

Fig. 4 zeigt eine Axialschnittansicht einer rotierenden Zerstäubereinrichtung in einer Ausführungsform der Erfindung. Ein Nabenkörper 36 sitzt mit einer Innennabe 32 auf dem vorderen Teil einer von einem Antrieb, beispielsweise einem pneumatischen Motor mit einer hohen Drehzahl von beispielsweise 10000 bis 18000 U/min antreibbaren Welle 31» auf welcher er mittels einer Mutter 35 befestigt ist, und hat ferner eine am vorderen Ende der Innennabe 32 koaxial an dieser sitzende Scheibe 33 und eine rückwärts an dieser hervorstehende, daait koaxiale Ifabenbuchse 34. Eine Zerstäuberglocke 39 von kreisförmigem Querschnitt und relativ kleinem Durchmesser hat einen aa

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vorderen Ende offenen Hohlraum 37 mit einem das offene Ende desselben umgebenden, kreisförmigen Austrittsrand und ist mit dem hinteren Ende koaxial auf die Buchse 34 des Nabenkörpers 36 aufgesetzt und mittels einer Klemmschraube 40 daran befestigt. Eine von einem (nicht gezeigten) Vorrat her über ein Röhrchen 41 zugeführte flüssige Farbe gelangt in eine zeichen der Innennabe 32 und der Buchse 34 des Nabenkörpers 36 gebildete, ringförmige Kammer 42 und tritt unter dem Einfluß der hohen Drehzahl der Welle 31 durch eine Anzahl von radialen öffnungen 43 in der Wandung der Buchse 34 in das hintere Teil des Hohlraums 37 der Zerstauberglocke 39» von wo aus sie in Form einer dünnen Schicht, deren Dicke gewöhnlich kleiner als ca. 0,1 mm ist, über die Innenfläche des Hohlraums 37 dem Austrittsrand 38 zuströmt. Die dem Austrittsrand 38 zuströmende Farbschicht wird unter der Einwirkung eines durch Anlegen einer hohen Gleichspannung von beispielsweise 80 bis 120 kV zwischen der Zerstauberglocke 39 und dem zu beschichtenden Gegenstand zwischen diesem und dem Austrittsrand 38 erzeugten elektrischen Felds zerstäubt und elektrostatisch auf der Oberfläche des Gegenstands deponiert.

Der kreisförmige Austrittsrand 38 hat eine schmale Endfläche 45 von gleichmäßiger Breite, welche im wesentlichen lotrecht zum vorderen Teil der Innenfläche 44 des Hohlraums 37 verläuft (Fig. 5). Das vordere Teil der Innenfläche 44 hat eine Vielzahl von sich in der

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Strömungsrichtung der Farbe über die Innenfläche erstrekkenden, im wesentlichen in gleichen Umfangsabständen geformten Rillen 46, welche mit ihren äußeren Enden in der Endfläche 45 des Austrittsrands ausmünden. Die Rillen 46 haben in der Draufsicht eine beliebige, langgestreckte Form, vorzugsweise von in der Strömungsrichtung der Farbe stetig zunehmender Breite und Tiefe, beispielsweise eine gestreckte V-form (Fig. 7a), eine gestreckte U-Form (Fig. 7b) oder eine gestreckte V-Form mit gekrümmter Mittellinie (Fig. 7c). Der Querschnitt der Rillen kann, wie in Fig. 8a bis 8d dargestellt, V-förmig, U-förmig oder auch trapezförmig sein. Die Rillen 46 können durchgehend gleich tief sein, haben Jedoch vorzugesweise eine vom inneren zum äußeren Ende stetig zunehmende Tiefe.

Fig. 6 zeigt eine Radialschnittansicht des Randbereichs einer Zerstäuberscheibe 47 in einer Ausführungsform der Erfindung. Der Austrittsrand der Scheibe hat hier ebenfalls eine rechtwinklig zur von der flüssigen Farbe übertrömten Oberfläche 48 angeordnete, schmale Endfläche 45 von gleichmäßiger Breite. Im Umfangebereich der Oberfläche 48 ist eine Vielzahl von nahe nebeneinander in gleichen Umfangsabständen im wesentlichen in Radialrichtung verlaufenden Rillen 46 geformt, welche mit den äußeren Enden in der Endfläche 45 ausmünden. In den nachstehenden Beispielen sind die Breite b der Endfläche 45 des Austrittsrands, die Tiefe d der Rillen 46 an ihrer

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Ausmündung in der Endfläche 45, der Umfangsabstand P.zwischen den Mittellinien der Rillen 46 und die Länge 1 der Rillen für verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zerstäubereinrichtung angegeben.

Beispiel 1

Kleine Zerstäuberglocke mit einem Durchmesser von 4 bis 10 cm:

Breite b der Endfläche 45 0,2 - 1,0 mm

Tiefe d der Rillen an der Mündung 0,1 - 0,4 mtt

Abstand P der Rillen 0,2 - 1,0 mm

Länge 1 der Rillen 1,0 - 10 mm

Beispiel 2

Glocken- oder scheibenförmige Zerstäubereinrichtung mit einem Durchmesser von 10 bis 64 cm:

Breite b der Endfläche 0,2 - 4 mm

Tiefe d der Rillen an der Mündung 0,1 - 3 mm

Abstand P der Rillen 0,2 - 3 mm

Länge 1 der Rillen 1,0-15 mm

In den vorstehenden Beispielen ist die entlang der Innenbzw. Oberfläche der Zerstäubereinrichtung dem Austrittsrand derselben zuströmende Farbschicht gewöhnlich einige hundertstel Millimeter dick, Jedoch nicht dicker als ein zehntel Millimeter.

I¹Ur Versuche wurde eine rotierende Zerstäuberglocke der in Fig. 4 gezeigten Ausführung mit einem Durch-

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messer von ca. 7*3 cm (2 7/8 Zoll) und einer 0,1 mm breiten Endfläche 45 verwendet. Die RiI,en 46 hatten die in Fig. ?a und 8a in Draufsicht und Schnittansicht gezeigte Form mit einer Tiefe d von 0,1 bis 0,4 mm, einem gegenseitigen Abstand P von 1,0 mm und einer Länge von 1 bis 5 inzwischen den Austrittsrand 38 und den zu beschichtenden Gegenstand wurde eine Spannung von 90 kV gelegt und die Glocke 39 wurde mit veränderlicher Drehzahl zwischen 7000 und 18000 U/min angetrieben. In Mengen von 50 bis 700 CBr/min zugeführte, verschiedenartige Farben mit Viskositäten von 15 bis 50 see (nach Zahn, Kr. 2) bei 20 ⁰C wurden zu feinen Tröpfchen zerstäubt, deren größter Durchmesser kleiner als 0,2 mm war und welche eine sehr geringe Durchmesserstreuung hatten, d.h. also im wesentlichen gleiche Durchmesser aufwiesen.

Die Kurve I in,' Fig. 9 zeigt die Verteilung der Tröpfchengrößen beim Zerstäuben einer in einer Menge von 450 cnr/min zugeführten Farbe mit einer Viskosität von 25 see (nach Zahn, Nr. 2) bei 20 ⁰C mittels der vorstehend beschriebenen, mit einer Drehzahl von 16000 TJ/min angetriebenen Zerstäuberglocke 39. Die Kurve I zeigt einen mittleren Tröpfchendurchmesser von ca. 0,1 mm mit einer Streuung der Tröpfchengröße von etwa 0,02 mm.

Die Kurve II zeigt einen mittleren Tröpfchendurchmesser von ca. 0,15 mn mit einer Streuung der Tröpfchengröße von etwa 0,06 mm. Eine solche Verteilung der Tropfchen-

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größen ergibt sich beim Zerstäuben einer 3?arbe unter den vorstehend genannten Bedingungen mittels einer herkömmlichen rotierenden Zerstäuberglocke gleichen Durchmessers, welche einen scharf zulaufenden ringförmigen Austrittsrand und an der Innenfläche keine Rillen aufweist. Ein Vergleich der beiden Kurben I und II läßt erkennen, daß die Erfindung eine wesentliche Verbesserung gegenüber einer herkömmlichen rotierenden Zerstäubereinrichtung erbringt.

Somit schafft die Erfindung ein Verfahren zum Zerstäuben einer flüssigen Farbe mittels einer rotierenden Zerstäubereinrichtung und zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit einer homogenen, glatten, von Schaumbildung und anderen Unregelmäßigkeiten der Oberfläche freien Farbschicht, bei welchem zwischen dem Umfangsrand der rotierenden Zerstäubereinrichtung und dem zu beschichtenden Gegenstand ein elektrostatisches Feld erzeugt wird und die flüssige Farbe dem Rand der Zerstäubereinrichtung in Form einer geschlossenen dünnen Schicht zufließt, welche in eine Anzahl von dem Umfang der Zerstäubereinrichtung zufließenden, schmalen Einzelströmen unterteilt wird, wobei die Farbe beim Übertritt der Einzelströme über den Rand der Zerstäubereinrichtung hinweg zerstäubt wird. Die rotierende Zerstäubereinrichtung kann glocken- oder scheibenförmig sein und hat nahe ihrem Umfang eine Vielzahl von vorzugsweise in Radialrichtung verlaufenden, flachen Rillen, welche eine in

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der Strömungsrichtung der Farbe zunehmende Tiefe aufweisen und am Austrittsrand ausmünden.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Claims

Patentansprüche;

1y Verfahren zum Zerstäuben einer flüssigen Farbe unter Verwendung einer rotierenden Zerstäubereinrichtung und zum elektrostatischen Beschichten eines Gegenstands mit einer glatten, homogenen Schicht der flüssigen Farbe, bei welchem zwischen dem Umfangsrand der rotierenden Zerstäubereinrichtung und dem zu beschichtenden Gegenstand ein elektrostatisches Feld erzeugt wird und die flüssige Farbe dem Eand der Zerstäubereinrichtung in Form einer geschlossenen dünnen Schicht zufließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Farbschicht bei Erreichen des Umfangsrands wesentlich verringert wird, indem die Schicht über eine Reihe von in gegenseitigen Radialabständen im wesentlichen in der Strömungsrichtung der Farbe verlaufenden und am Austrittsrand ausmündenden Rillen geleitet wird, und daß die flüssige Farbschicht beim Abschleudern vom Umfangsrand zerstäubt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Umfangsrand erreichende Farbschicht nicht dicker ist als 100 um.
3« Verfahren zum Zerstäuben einer flüssigen Farbe unter Verwendung einer rotierenden Zerstäubereinrichtung und zum elektrostatischen Beschichten eines Gegenstands mit einer glatten, homogenen Schicht der flüssigen Farbe,

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bei welchem zwischen dem Umfangsrand der rotierenden Zerstäubereinriclitung und dem zu beschichtenden Gegenstand ein elektrostatisches Feld erzeugt wird und die flüssige Farbe dem Rand der Zerstäubereinrichtung «in Form einer geschlossenen dünnen Schicht zufließt, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Strömungsschicht der flüssigen Farbe in eine Reihe von schmalen Einzelströmen unterteilt wird, welche in Umfangsrichtung des Rands der Zerstäubereinrichtung fließen, und daß die die Einzelströme bildende flüssige Farbe beim Hervorschleudern derselben über den Rand der Zerstäubereinrichtung zerstäubt wird.
4-, Verfahren nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die den Umfangsrand erreichenden Einzelströme nicht dicker als 100 um sind.
5. Elektrostatisch geladene rotierende Zerstäubereinrichtung zum Beschichten von Gegenständen, welche einen kreisförmigen Austrittsrand aufweist und an einer mit hoher Drehzahl rotierenden Welle anbringbar ist, so daß der Einrichtung von innen her zugeführte flüssige Farbe aufgrund der Rotation der Einrichtung dem Rand derselben in einer geschlossenen dünnen Schicht zuströmt, dadurch gekennzeichnet, daß im ümfangsbereich der von der flüssigen Farbe übertrömten Fläche (44) der Zerstäubereinrichtung eine Reihe von radialen Rillen (4-6) von in der Strömungsrichtung der Farbe zunehmender Tiefe gebildet ist, welche am Austrittsrand (38)

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der Zerstäubereinrichtung ausmünden.
6. Zerstäubereinrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form einer Glocke hat.
7. Zerstäubereinrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennz eich net, daß sie die Form einer. Scheibe hat.
8. elektrostatisch geladene rotierende Zerstäubereinrichtung zum Beschichten von Gegenständen mit einer flüssigen Farbe, welche einen kreisförmigen Austrittsrand aufweist und an einer rotierenden Welle anbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisförmige Austrittsrand (38) eine im wesentlichen lotrecht zu der von der flüssigen Farbe überströmten Oberfläche (44) der Zerstäubereinrichtung verlaufende, schmale ebene Endfläche (45) hat und daß die von der flüssigen Farbe übertrömte Oberfläche eine Vielzahl von flachen Rillen (46) aufweist, welche sich im wesentlichen in der Strömungsrichtung der Farbe bis an den Kreisförmigen Austrittsrand erstrecken -und in der zu diesem lotrechten Endfläche ausmünden.
9. Zerstäubereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form einer Glocke hat und daß die Rillen (46) jeweils im wesentlichen parallel zu ihrer Achse verlaufen.

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10.''; Zerstäubereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form einer im wesentlichen ebenen Scheibe hat und daß die Rillen jeweils im wesentlichen in Radialrichtung verlaufen.
11. Zerstäubereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite und Tiefe der Rillen in Richtung auf den kreisförmigen Austrittsrand stetig zunehmen.

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