DE3113526A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung statischer elektrizitaet - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung statischer elektrizitaet

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/053Arrangements for supplying power, e.g. charging power

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  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)
  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung statischer Elektrizität
  • Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung statischer Elektrizität Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung statischer Elektrizität.
  • Bei derartigen bekannten Vorrichtungen ist die statische Elektrizität verwendende Elektrode, beispielsweise für eine elektrostatische Ausfällvorrichtung, eine elektrostatische Beschichtungsvorrichtuny und dergleichen, üblicherweise in der Vorrichtung freistehend angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung der Elektrode ergeben sich Probleme, die beispielsweise in einer Berührungsgefahr, in einem Verschleiß und einer Korrosion der Elektrode aufgrund von Glimmentladungen bestehen.
  • Die elektrostatische Elektrode besitzt außerdem einen nachteiligen Effekt, da sich auf der Elektrode eine Aufladung,wie bei einem Kondensator sammeln kann, und hieraus ergibt sich die Schwierigkeit, daß ihre Oberfläche aufgrund dieses Effektes hinsichtlich der elektrostatischen Funktion begrenzt ist Jede auf einer Elektrode angesallmelte Aufladung kann zu einer unerwünschten Entladung führen, sogar nachdem die hohe auf die Elektrode gegebene Spannung unterbrochen ist. Je größer außerdem der Oberflächenbereich der Elektrode ist, desto stärker ist die Entladung, da die Höhe der angesammelten Aufladung auf der Elektrode proportional zu ihrem Oberflächenbereich ist.
  • Aus diesem Grunde besteht beispielsweise bei einer elektrostatischen Beschichtungsvorrichtung das Problem einer zufälligen Zündung aufgrund einer elektrischen Entladung gegenüber dem Verdünner oder einem anderen am Arbeitsplatz vorhandenen Material.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung statischer Elektrizität zu schaffen, bei denen die Elektrode in der Vorrichtung zuverlässig gegen die vorerwähnten Nachteile gesichert ist, die Korrosionsbeständigkeit der Elektrode außergewöhnlich hoch ist, die Elektrode keinen Verschleiß aufgrund von Glimmentladungen unterworfen ist, die Vorrichtung einen höheren elektrostatischen Effekt besitzt als bisher erreichbar war, bei denen beispielsweise bei einer elektrostatischen Beschichtungsvorrichtung eine wirtschaftliche Ausnutzung des Beschichtungsmittels und bei einer elektrostatischen Ausfällvorrichtung oder eine statische Elektrizität aufnehmenden Vorrichtung eine wirtschaftliche Ausnutzung der elektrisciien Energie gewährleistet sind.
  • Diese Aufgabe wird gelöst bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches durch die in seinem kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale.
  • Die anschließenden Verfahrensansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen des Hauptanspruches dar.
  • Bei der der Durchführung des Verfahrens dienenden Vorrichtung wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 4 gelöst durch die in seinem kennzeichnenden Teil unter Schutz gestellten Merkmale. Die anschließenden Ansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung dar.
  • Die beiliegenden Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsform der Vorrichtung,und es bedeutet: Fig. 1 eine Seitenansicht der Sprühpistole; Fig. 2 Seitenansicht im Schnitt der Elektrode für eine elektrostatische Beschichtungsvorrichtung; Fig. 3 Seitenansicht des Elektrodenkörpers; Fig. 4 Schnitt gemäß Linie IV-IV der Fig. 2; Fig. 5 Schnitt gemäß Linie V-V der Fig. 2; Fig. 6 schematische Darstellung des elektrischen Stromkreises zur Speisung der Elektrode; Fig. 7 schematische Darstellung zur Erläuterung der Anordnung des R-C-Kreises in dem auf dem Aluminiummaterial aufgebrachten Film hohen elektrischen Widerstandes.
  • Wie insbesondere Fig. 1 zeigt, besitzt die Spritzpistole 1 eine der elektrostatischen Beschichtung dienende Elektrode 2, die an dem einen Ende der Spritzpistole 1 angeordnet ist.
  • Gemäß Fig. 2 besteht die Elektrode 2 aus einem Elektrodenkörper 4, einer in eine axiale Bohrung des Elektrodenkörpers 4 eingesetzte Düse zur Regulierung der Menge des Beschichtungsmittels und aus einer den Körper 4 umschließenden Kappe 5 zur Regulierung der Sprühluft. Jeder der vorerwähnten Teile besteht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und besitzt einen harten anodischoxidierten Film zur Isolierung.
  • In der Bohrung des Elektrodenkörpers 4 ist ein Innengewinde 4a angeordnet, in das ein Außengewinde 3b der Düse 3 eingreift.
  • Auf dem Umfang des Elektrodenkörpers 4 ist eine Mehrzahl von Kanälen 6 angeordnet für die Sprühluft, wie aus dem rechten Teil der Fig. 3 ersichtlich ist.
  • Die Düse 3 besteht aus einem zylindrischen Körper, der an dem linken Ende gemäß Fig. 2 eine Bohrung besitzt, die an dem rechten Ende geschlossen ist. Die Düse 3 weist an dem rechten Ende eine Mehrzahl, beispielsweise vier, radial gerichtete Austrittsbohrungen 3a für das Beschichtungsmittel auf, wie Fig. 4 zeigt. Da das Außengewinde 3b mit dem Innengewinde 4a des Elektrodenkörpers 4, wie vorstehend gesagt, in Eingriff steht, kann die Menge des aus dem Ringspalt 8 ausgegebenen Beschichtungsmittels durch Drehbewegung der Düse 9 mittels eines in den Schlitz 7 eingesetzten Schraubenziehers geregelt werden, wie Fig. 2 zeigt.
  • Ein Teil der Kappe 5 ist mit dem Elektrodenkörper 4 verschraubbar und ermöglicht die Einstellung der aus dem Ringspalt 8 austretenden Sprühluft.
  • Fig. 6 zeigt den Speisekreis zur Aufgabe der Hochspannung auf die elektrostatische Elektrode.
  • Der Speisekreis besitzt einen Eingangstransformator 10 und einen Spannungsteiler 11 zur Regelung der auf einen Oszillator 12 zu gebenden elektrischen Spannung. Der Spannungsteiler 11 gestattet eine Anderung der Frequenz durch den Oszillator 12.
  • Ein Saugtransformator 13 dient zur Erhöhung der hochfrequenten von dem Oszillator 12 erzeugten Spannung auf einen gewünschten Spannungswert.
  • Ein mehrstufiger Cockcroft-Spannungsverstärker ermöglicht eine stufenweise Verstärkung der hochfrequenten von dem Transformator 13 gelieferten Spannung, und der Spannungsverstärker 14 wandelt die verstärkte Spannung in einen Gleichstrom mit hoher Spannung mit einer hochfrequenten Pulsation um.
  • Wie die Fig. 1 zeigt, besitzt die Sprühpistole 1 ein Hochspannungskabel 15, einen Schlauch 16 für das Beschichtungsmittel und einen Luftschlauch 17.
  • In Fig. 7 sind der Widerstand R und die Kapazität C gezeigt, die von dem einen hohen elektrischen Widerstand besitzenden Film getragen werden, mit dem die Oberfläche jedes die Elektrode 2 bildenden Elementes beschichtet ist.
  • Ein Paar von Widerständen R und Kapazitäten C gemäß Fig. 7 stellt einen nachgebildeten Aufriß dar zur Erläuterung in bezug auf den mikroskopischen Teil des Filmes, und die Summierung der Paare ergibt den gesamten Wert von R und C, der in der Elektrode 2 eingesetzt ist. Erfindungsgemß dienen die R-C-Glieder als paralleler Resonanzkreis, der mit der Pulsationskomponente des Gleichstromes hoher Spannung in Resonanz ist und die Amplitude der Pulsationskomponente erhöht und damit eine erhöhte elektrostatische Wirkung sicherstellt.
  • Während des Betriebes wird die Spannung der Spannungsquelle gesteuert durch den Spannungsteiler 11 und auf den Oszillator 12 gegeben, der eine gewünschte hohe Frequenz erzeugt. Die hohe Frequenz wird dann verstärkt durch den Transformator 13, dem der mehrstufige Cockcroft-Verstärker nachgeschaltet ist zur Umwandlung in einen Gleichstrom hoher Spannung mit hochfrequenter Pulsation.
  • Wenn dieser Gleichstrom mit hochfrequenter Pulsation auf die an die Sprühpistole 1 angeschlossene Elektrode 2 gegeben wird über das Hochspannungskabel 15, tritt die vorerwähnte Pulsation in Resonanz mit dem R-C-Kreis, wobei sie in eine spitze Wellenform mit höherer Amplitude geformt wird und dadurch eine erhöhte elektrostatische Wirkung bedingt.
  • Durch die Erfindung wird erstmals ein System zur elektrostatischen Beschichtung geschaffen, das einen wirtschaftlichen, praktisch verlustfreien Verbrauch des Beschichtungsmittels aufgrund der starken elektrostatischen Wirkung gewährleistet und einen Verschleiß oder eine Korrosion der Elektrode aufgrund von Glimmentladungen verhindert.
  • Ein Widerstand von 100 Megaohm wird auf den Film der Elektrode übertragen, und aus Sicherheitsgründen wird ein weiterer Widerstand von 200 Megaohm eingefügt zwischen der Hochspannungsquelle und der Elektrode.
  • Auf diese Weise liegt, wenn die Sprühpistole mit 60 000 V betätigt wird, der mögliche durch den menschlichen Körper aufgrund eines elektrischen Schocks fließende Strom bei 200 Mikroampere + 10%. Dieser Wert liegt ausdrücklich in dem Sicherheitsbereich im Vergleich zu einem Strom von 50 Milliampere, der zu Schädigungen des menschlichen Körpers führen kann.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere ausgelegt zum Schutz gegen einen elektrischen Schlag, der von einer auf der Elektrode selbst angesammelten Ladung herrührt, die nicht zu verhinderii ist nur durch Einschaltung eines Widerstandes zwischen der Elektrode und der Hochspannungsquelle. Die auf der Elektrode angesammelte Ladung kann nicht schlagartig zur Entladung gebracht werden, da sie durch den hohen Widerstand von 10 Megaohm blockiert ist, der von dem Film getragen ist.
  • Diese Wirkung hat ihre Ursache in dem wiederholten plötzlichen Wechsel des elektrischen Feldes aufgrund der hochfrequenten Komponente des Gleichstroms hoher Spannung.
  • Nachstehend werden Vergleichsergebnisse aufgezeigt zwischen der erfindungsgemäßen Ausführungsform und einer konventionellen Ausführungsform; diese Vergleichsergebnisse zeigen die Menge des bei einer elektrostatischen Beschichtung niedergeschlagenen Beschichtungsmittels: 1. Wenn ausschließlich ein Gleichstrom hoher Spannung auf die Elektrode gegeben wird, beträgt die Höhe des Niederschlages des Beschichtungsmittels 85%.
  • 2. Wenn ein Gleichstrom hoher Spannung mit Überlagerung einer hohen Frequenz verwendet wird, beträgt die Menge des niedergeschlagenen Beschichtungsmittels 90%.
  • 3. Wenn die Resonanzwirkung der R-C-Komponente des Films verwendet wird, werden 95% des Niederschlagsmittels zur Beschichtung verbraucht.
  • Die obengenannten Ergebnisse wurden erhalten durch günes Melaminharz, mit dem ein Aluminiumblech beschichtet wurde bei Benutzung einer mit 60 000 V betriebenen Sprühpistole, die in 25 cm Abstand von dem Blech gehalten wurde. Leerseite

Claims (6)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Erzeugung starker Elektrizität, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrostatische Elektrode mit einem eine Komponente hoher Frequenz enthaltenden Gleichstrom hoher Spannung beaufschlagt wird, und um die Elektrode schwebenden Partikeln aufgeladen werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente hoher Frequenz eine pulsierende Komponente verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente hoher Frequenz eine spitze Wellenform verwendet wird.
  4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem harten anodisch-oxidierten Film beschichtete Elektrode und ein die Elektrode (4) speisender einen Gleichstrom hoher Spannung abgebender Generator vorgesehen sind, und daß der Gleichstrom eine Pulsations-Frequenz besitzt, die mit einem in dem Film aufgenommenen R-C-Kreis in Resonanz steht.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (4) eine axial gerichtete, mit einer der Zuführung des Beschichtungsmittels dienenden, am vorderen Ende geschlossenen und mit Querbohrungen (3a) versehenen Längsbohrung ausgestattete Düse (3) besitzt, die mit der Elektrode (4) einen durch Drehung der Düse (3) verstellbaren Ringspalt (8) bildet, und daß am Umfang der Elektrode (4) eine auf diese aufschraubbare Kappe 5) angeordnet ist, die mit der Umfangsfläche der Elektrode (4) einen einstellbaren, der Zufuhr der Sprühluft dienenden Ringspalt (9) bildet.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Umfang der Elektrode (4) schräg zur Achse gerichtete, vorspringende Längsnuten (6) angeordnet sind, die mit der Innenwand der Kappe (5) Zuführungskanäle für die Sprühluft bilden.
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