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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung statischer Elektrizität
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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung statischer Elektrizität Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung statischer
Elektrizität.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese Aufgabe wird gelöst bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff
des Hauptanspruches durch die in seinem kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale.
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Die anschließenden Verfahrensansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen
des Hauptanspruches dar.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In der Bohrung des Elektrodenkörpers 4 ist ein Innengewinde 4a angeordnet,
in das ein Außengewinde 3b der Düse 3 eingreift.
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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.
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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.
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Ein Teil der Kappe 5 ist mit dem Elektrodenkörper 4 verschraubbar
und ermöglicht die Einstellung der aus dem Ringspalt 8 austretenden Sprühluft.
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Fig. 6 zeigt den Speisekreis zur Aufgabe der Hochspannung auf die
elektrostatische Elektrode.
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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.
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Ein Saugtransformator 13 dient zur Erhöhung der hochfrequenten von
dem Oszillator 12 erzeugten Spannung auf einen gewünschten Spannungswert.
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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.
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Wie die Fig. 1 zeigt, besitzt die Sprühpistole 1 ein Hochspannungskabel
15, einen Schlauch 16 für das Beschichtungsmittel und einen Luftschlauch 17.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese Wirkung hat ihre Ursache in dem wiederholten plötzlichen Wechsel
des elektrischen Feldes aufgrund der hochfrequenten Komponente des Gleichstroms
hoher Spannung.
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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%.
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2. Wenn ein Gleichstrom hoher Spannung mit Überlagerung einer hohen
Frequenz verwendet wird, beträgt die Menge des niedergeschlagenen Beschichtungsmittels
90%.
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3. Wenn die Resonanzwirkung der R-C-Komponente des Films verwendet
wird, werden 95% des Niederschlagsmittels zur Beschichtung verbraucht.
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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.
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