DE3609240A1 - Vorrichtung zum elektrostatischen beschichten von gegenstaenden - Google Patents
Vorrichtung zum elektrostatischen beschichten von gegenstaendenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige, beispielsweise zum Beschichten von
Fahrzeugrohkarossen dienende Vorrichtung, bei der im
Gegensatz zu konventionellen Systemen statt des Sprühkopfes
nur eine Anordnung von Außenelektroden auf
Hochspannungspotential gelegt wird, hat bekanntlich
wesentliche Vorteile bei Verwendung hochleitfähiger
Sprühstoffe wie namentlich der sog. Wasserlacke (vgl.
DE-OS 34 29 075). Insbesondere werden erhebliche
Isolationsprobleme vermieden, da das gesamte
Lackleitungssystem bis zum Sprühkopf geerdet werden kann.
Bei einer derartigen Vorrichtung mit Außenelektroden ist es
jedoch äußerst schwierig, im Betrieb bei gutem
Auftragungswirkungsgrad, der von einer guten Aufladung des
abgesprühten Beschichtungsmaterials abhängt, eine
Verschmutzung der Sprüheinrichtung, der Elektroden und des
Elektrodenhalters durch das Beschichtungsmaterial zu
vermeiden. Die aus der DE-OS 34 29 075 bekannte Vorrichtung
soll aus diesem Grund nur zwei, drei oder allenfalls vier
Aufladeelektroden haben, die in je einem radial vom
Außengehäuse des Sprühkopfes abstehenden und axial in
Richtung zum zu beschichtenden Gegenstand vorspringenden
Halter aus Kunststoff eingebettet sind. Jeder dieser Halter
enthält ein zu seiner jeweiligen Elektrode führendes
Hochspannungskabel und ist am hinteren Ende fest mit einem
auf das Außengehäuse aufgesetzten, ebenfalls aus Kunststoff
bestehenden Ringkörper verbunden. Obwohl sich diese
Konstruktion in der Praxis bereits bewährt hat, konnten bei
gewissen Betriebsbedingungen noch nicht alle
Schwierigkeiten hinsichtlich der erwähnten
Verschmutzungsgefahr vermieden werden. Außerdem besteht bei
der verlangten Beschränkung auf höchstens vier
Außenelektroden die Gefahr ungleichmäßiger "Sprühbilder"
infolge einer Beschichtungskonzentration im Bereich
der Elektroden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Beschichtungsvorrichtung mit Außenelektroden zu schaffen,
die bei gutem Auftragungswirkungsgrad eine Verschmutzung
der Sprühvorrichtung und der Elektrodenhalteranordnung
soweit wie möglich vermeidet und bei dem zu beschichtenden
Gegenstand ein gleichmäßiges Sprühbild gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete
Vorrichtung gelöst.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß
sich die aus der Verwendung hochleitfähiger
Beschichtungsmaterialien ergebenden Probleme (wie sie in
der erwähnten DE-OS 34 29 075 geschildert sind) auch durch
Verteilung einer relativ großen Anzahl von
Aufladeelektroden um den Sprühkopf lösen lassen, falls für
eine ausreichende gegenseitige Isolierung der
Elektrodenspitzen an der Außenseite des Elektrodenhalters
gesorgt ist. Die Isolierung würde durch einen wesentlichen
Niederschlag des leitfähigen Beschichtungsmaterials auf der
Stirnfläche des den Elektrodenhalter bildenden Ringkörpers
herabgesetzt, was ein sprunghaftes Absinken der Feldstärke
an den Elektrodenspitzen und damit noch weiter zunehmende
Verschmutzung zur Folge hätte. Es wurde festgestellt, daß
bei elektrisch leitender Verschmutzung des ringförmigen
Elektrodenhalters zwischen den Elektrodenspitzen das
Beschichtungsmaterial kaum noch oder wenigstens
unregelmäßig zu dem zu beschichtenden Gegenstand wandern,
sondern vorwiegend die Vorrichtung selbst beschichten
würde; dasselbe würde für die Verwendung eines metallischen
Halteringkörpers für die Elektroden gelten. Andererseits
sinkt aber die Gefahr einer Verschmutzung des Ringkörpers
nicht etwa mit dem gegenseitigen Abstand der
Aufladeelektroden, sondern es ist im Gegenteil eine vom
Durchmesser des Ringkörpers abhängige Mindestanzahl von
Elektroden erforderlich (was möglicherweise mit dem
Erfordernis eines ausreichenden elektrischen Feldes
zusammenhängt). Beispielsweise sollen im Falle eines
Durchmessers des die Elektrodenenden enthaltenden Kreises
von etwa 400 mm mindestens achtzehn Elektroden vorhanden
sein, was in diesem Fall einem gegenseitigen Abstand von
höchstens 70 mm entspricht, falls keine besonderen
zusätzlichen Maßnahmen zur Verhinderung einer Verschmutzung
vorgesehen sind.
An einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung in
verkleinerter, aber maßstabgetreuer Darstellung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß
Fig. 1, vom zu beschichtenden Gegenstand her
gesehen; und
Fig. 3 zwei verschiedene Abwandlungen am Ringkörper der
Vorrichtung.
Gemäß Fig. 1 enthält die dargestellte Vorrichtung eine
Sprühvorrichtung in Form eines Rotationszerstäubers 1
des bekannten Glockentyps, dessen den Sprühkopf bildender
Glockenteller 2 vorzugsweise von einer Luftturbine mit
hoher Drehzahl angetrieben werden kann. Längs der Achse
der Sprühvorrichtung verläuft eine das Lack- oder sonstige
Beschichtungsmaterial von einem Vorratssystem dem
Glockenteller 2 zuführende Leitung (nicht dargestellt).
Mit dieser beispielsweise durch ein geerdetes Metallrohr
gebildeten Leitung Liegt das gesamte leitende
Beschichtungsmaterial wie Wasserlack oder dgl. bis zur
Absprühkante 6 des Glockentellers 2 auf Erdpotential.
Ebenfalls auf Erdpotential liegt der zu beschichtende
Gegenstand (nicht dargestellt), wie beispielsweise ein Teil
einer Fahrzeugkarosse, der in einem axialen Abstand vor dem
Glockenteller 2 angeordnet wird.
Die Sprüheinrichtung kann ein Außengehäuse 7 aus einem
isolierenden Kunststoff, wie z.B. Polyacetat-Kunststoff
(insbesondere weißes POM) oder dgl. aufweisen.
Zum Aufladen des von der Absprühkante 6 weitgehend radial
abgesprühten Beschichtungsmaterials sind bei dem
dargestellten Beispiel auf einem zur Achse der
Sprüheinrichtung konzentrischen Kreis mit einem Durchmesser
von etwa 400 mm in gleichmäßigen Winkelabständen 30
nadelförmige Aufladeelektroden 10 vorgesehen. Die
Aufladeelektroden 10 sind achsparallel liegend mit ihrem
mittleren Hauptteil in einem kreisförmigen Rinkörper 20
eingebettet, wie in dem mit A bezeichneten Kreis in Fig. 1
erkennbar ist. Das vordere Ende (Spitze) der Elektroden
befindet sich freiliegend in einer Einsenkung 22 in der dem
zu beschichtenden Gegenstand zugewandten Stirnfläche 21 des
Ringkörpers 20. Die Einsenkung 22 öffnet sich nach außen
mit einem Winkel, der mehr als 90° (beispielsweise etwa
120°) betragen soll, wodurch u.a. eine ggf. erforderliche
Reinigung der Elektrodenspitzen erleichtert wird. Die
hinteren Enden der Aufladeelektroden 10 sind elektrisch
leitend an einen ringförmig alle Elektroden miteinander
verbindenden Leiter 12 aus Draht oder Drahtgeflecht
angeschlossen, der zur elektrischen Isolierung vollständig
im Inneren des Ringkörpers 20 eingeschlossen sein soll.
Sowohl das Material des Außengehäuses 7 als auch
insbesondere der isolierende Werkstoff des Ringkörpers 20
haben einen gewissen Einfluß auf die Feldverteilung und die
damit zusammenhängende Verschmutzungsgefahr. Der Ringkörper
20 kann z.B. aus Polypropylen (insbesondere PPH) bestehen.
Am Außengehäuse 7 der Sprühvorrichtung ist der Ringkörper
20 durch zwei ebenfalls aus isolierendem Kunststoff
bestehende Speichen 24 befestigt, die von einem auf das
Außengehäuse 7 aufgesetzten Kunststoffring 26 radial,
vorzugsweise jedoch in Richtung zum zu beschichtenden
Gegenstand schräg vorgeneigt abstehen. Es können auch
anders geformte und angeordnete Speichen vorgesehen sein.
Der Ringkörper 20, die Speichen 24 und der Ring 26
können einstückig geformt oder miteinander verbunden sein.
Zur Befestigung am Außengehäuse 7 kann eine Klemmschraube
29 dienen.
Durch ein äußeres Anschlußteil 28, den Kunststoffring 26
und eine der rohrförmigen Speichen 24 führt ein
Hochspannungskabel 14, das über eine am (in Fig. 1 oberen)
Ende der Speiche 24 vorgesehene Kontaktanordnung 16 an den
die Aufladeelektroden 10 verbindenden Leiter 12
angeschlossen ist. Das damit an die Elektroden angelegte
Hochspannungspotential kann beispielsweise 60 bis 80 kV
oder mehr betragen. Darstellungsgemäß kann die
Kontaktanordnung 16 z.B. eine Druckfeder 17 und einen
gegen den Leiter 12 geschraubten Kontaktbolzen 18
enthalten. Ein Vorteil der hier beschriebenen Vorrichtung
besteht also darin, daß zum elektrischen Anschluß der
Außenelektroden nur ein einziges Hochspannungskabel
erforderlich ist, während bei der bekannten Vorrichtung
mit in jeweils eigenen Haltern befindlichen Elektroden
zu jeder von ihnen ein gesondertes Kabel führt, das
außerhalb der Halter mit den jeweils anderen Kabeln
an einer Verbindungsstelle zusammengekoppelt werden muß.
Die Anzahl der Aufladeelektroden 10 ist selbstverständlich
nicht auf das hier gewählte Beispiel beschränkt, soll aber
so gewählt werden, daß sich ein zur Vermeidung einer
Verschmutzungsgefahr durch das Beschichtungsmaterial auf
der vorderen Stirnfläche des Ringkörpers 20 ausreichend
geringer Abstand zwischen den Elektroden ergibt. Bei einem
Teilkreisdurchmesser der Elektroden von 400 mm sollen
zwischen etwa 18 und 30 Elektroden verwendet werden.
Bei wesentlich weniger Aufladeelektroden würde man
eine wesentliche, d.h. die Elektroden außerhalb des
isolierenden Ringkörpers 20 leitend verbindende
Beschichtung der Stirnfläche 21 mit der eingangs
erläuterten Folge sprunghaft zunehmender weiterer
Verschmutzung der Beschichtungsvorrichtung feststellen,
während mehr als 30 Elektroden bei diesem Beispiel ohne
nennenswerte weitere Verbesserung des elektrischen
Feldes nur noch den baulichen Aufwand erhöhen würden. Wenn
man einen kleineren oder größeren Teilkreisdurchmesser für
die Elektroden wählt, ist deren mögliche Mindestanzahl in
entsprechendem Maße zu verkleinern bzw. zu vergrößern. In
einem relativ großen Bereich von Teilkreisdurchmessern um
den Wert von 400 mm des hier beschriebenen Beispiels soll
dementsprechend der Abstand zwischen den Elektrodenspitzen
zwischen etwa 40 und 70 mm betragen.
Der radial gemessene Abstand der Elektrodenspitzen von der
Absprühkante 6 soll, wie bei der bekannten Vorrichtung,
größer sein als das Doppelte des Durchmessers (hier
ungefähr 70 mm) der Absprühkante. Ein derzeit bevorzugter
Bereich möglicher Teilkreisdurchmesser der Elektroden 10
beträgt etwa 350 bis 450 mm.
Von Bedeutung für die Verschmutzungsgefahr ist auch die
axiale Position der Elektrodenspitzen bezüglich der Ebene
der Absprühkante 6. Wie bei der bekannten Vorrichtung
sollen bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform die
Elektrodenspitzen in Axialrichtung um einen gewissen
Abstand hinter die Absprühkante 6 zurückgesetzt sein.
Dieser Abstand wird so gewählt, daß sich ein brauchbarer
Kompromiß zwischen der mit abnehmendem Abstand besser
werdenden Aufladung des abgesprühten Beschichtungsmaterials
und einer zugleich stärker werdenden Verschmutzung
insbesondere des Glockentellers 2 und des Zerstäubergehäuses
ergibt. Bei dem dargestellten Beispiel haben sich axial
gemessene Abstände zwischen 25 und 60 mm und vorzugsweise
etwa 50 mm als brauchbar erwiesen.
Wie schon erläutert wurde, soll erfindungsgemäß eine
elektrisch leitende Verbindung zwischen den
Aufladeelektroden außerhalb des ihren Halter bildenden
Ringkörpers 20 durch Beschichtung mit leitfähigem Material
(Wasserlack) vermieden werden. Bei der in Fig. 1 im Kreis A
dargestellten einfachen Ausführungsform läßt sich dies
bereits weitgehend durch eine entsprechende Mindestanzahl
von Elektroden bzw. die Begrenzung ihres Abstandes auf
einen Höchstwert erreichen. Es kann jedoch zweckmäßig sein,
zur Vermeidung der unerwünschten Beschichtung noch
zusätzliche Maßnahmen vorzusehen.
Eine erste zusätzliche Maßnahme ist eine Vergrößerung des
"Kriechstrom"- oder Oberflächenweges zwischen den
Elektrodenspitzen. Zu diesem Zweck kann man z.B. gemäß
Fig. 3 B längere nadelförmige Elektroden 10′ in je einen
fingerartig von der Stirnfläche 21′ des Ringkörpers 20′
axial in Richtung zum zu beschichteten Gegenstand
vorspringenden Zapfen 31 aus Isoliermaterial einbetten oder
jedenfalls einschließen. Diese Zapfen 31 können zweckmäßig
mit ihren hinteren Enden in den Ringkörper 20′ eingesetzt
oder auch angeformt sein. Die Elektroden 10′ liegen mit
ihrem vorderen Ende in einer der Einsenkung 22 ähnlichen
Einsenkung im vorderen Zapfenende frei, während sie am
hinteren Ende wie beim Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 1 an einem Verbindungsleiter 12′ angeschlossen sind.
Eine andere zusätzliche Maßnahme besteht darin, gemäß
Fig. 3C im Inneren des Ringkörpers 12′′ einen ringförmigen,
unter Fluiddruck stehenden Fluidkanal 35 auszubilden, aus
dem axial mündende Fluidöffnungen 36 nach außen zu der
Stirnfläche 21′′ des Ringkörpers 12′′ zwischen den
Aufladeelektroden 10′′ führen. Das aus den Öffnungen 36
ausströmende Fluid, vorzugsweise Luft, hält das
Beschichtungsmaterial von der Stirnfläche fern. Der
Anschluß des Fluidkanals 35 an eine durch den Pfeil 37 in
Fig. 1 angedeutete äußere Druckluft- oder sonstige
Fluidquelle kann durch eine der Speichen 24 führen,
zweckmäßig durch diejenige, in der sich nicht das
Hochspannungskabel 14 befindet.
Claims (9)
1. Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von
Gegenständen mit einem elektrisch leitfähigen
Material,
mit einer Sprüheinrichtung, insbesondere einem Rotationszerstäuber;
mit einem den Sprühkopf halternden Außengehäuse;
mit einer das Beschichtungsmaterial von einem Vorratsystem einer Absprühkante am Sprühkopf zuführenden Leitung, die mit dem Material bis in den Sprühkopf auf Erdpotential gelegt wird;
mit radial um den Sprühkopf auf einem zur Sprühkopfachse konzentrischen Kreis mit gleichmäßigen gegenseitigen Winkelabständen verteilten nadelförmigen Aufladeelektroden, die zum Erzeugen eines das Beschichtungsmaterial aufladenden elektrischen Feldes an eine Hochspannungsquelle angeschlossen werden,
wobei der radiale Abstand der dem zu beschichtenden Gegenstand zugewandten vorderen Enden der Aufladeelektroden von der Absprühkante größer ist als der doppelte Durchmesser der Absprühkante;
und mit einer Elektrodenhalteranordnung aus Isoliermaterial, in welche die Aufladeelektroden mit Ausnahme ihrer vorderen Enden eingeschlossen sind, und welche wenigstens eine radial von dem Außengehäuse des Sprühkopfes abstehende Stütze hat, die eine elektrisch mit den Aufladeelektroden verbundene Hochspannungsleitung enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufladeelektroden (10) in einen das Außengehäuse (7) des Sprühkopfes mit Abstand umgebenden Ringkörper (20) aus Isoliermaterial eingesetzt sind,
in dem ein die Aufladeelektroden (10) ringartig miteinander verbindender, an die Hochspannungsleitung (14) angeschlossener elektrischer Leiter (12) gegen die dem zu beschichtenden Gegenstand zugewandte Stirnfläche (21) des Ringkörpers (20) isoliert angeordnet ist,
und daß die Anordnung und der gegenseitige Abstand der Aufladeelektroden (10) so gewählt sind, daß im Betrieb kein wesentlicher Niederschlag von Beschichtungsmaterial auf der Stirnfläche (21) des Ringkörpers (20) erfolgt.
mit einer Sprüheinrichtung, insbesondere einem Rotationszerstäuber;
mit einem den Sprühkopf halternden Außengehäuse;
mit einer das Beschichtungsmaterial von einem Vorratsystem einer Absprühkante am Sprühkopf zuführenden Leitung, die mit dem Material bis in den Sprühkopf auf Erdpotential gelegt wird;
mit radial um den Sprühkopf auf einem zur Sprühkopfachse konzentrischen Kreis mit gleichmäßigen gegenseitigen Winkelabständen verteilten nadelförmigen Aufladeelektroden, die zum Erzeugen eines das Beschichtungsmaterial aufladenden elektrischen Feldes an eine Hochspannungsquelle angeschlossen werden,
wobei der radiale Abstand der dem zu beschichtenden Gegenstand zugewandten vorderen Enden der Aufladeelektroden von der Absprühkante größer ist als der doppelte Durchmesser der Absprühkante;
und mit einer Elektrodenhalteranordnung aus Isoliermaterial, in welche die Aufladeelektroden mit Ausnahme ihrer vorderen Enden eingeschlossen sind, und welche wenigstens eine radial von dem Außengehäuse des Sprühkopfes abstehende Stütze hat, die eine elektrisch mit den Aufladeelektroden verbundene Hochspannungsleitung enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufladeelektroden (10) in einen das Außengehäuse (7) des Sprühkopfes mit Abstand umgebenden Ringkörper (20) aus Isoliermaterial eingesetzt sind,
in dem ein die Aufladeelektroden (10) ringartig miteinander verbindender, an die Hochspannungsleitung (14) angeschlossener elektrischer Leiter (12) gegen die dem zu beschichtenden Gegenstand zugewandte Stirnfläche (21) des Ringkörpers (20) isoliert angeordnet ist,
und daß die Anordnung und der gegenseitige Abstand der Aufladeelektroden (10) so gewählt sind, daß im Betrieb kein wesentlicher Niederschlag von Beschichtungsmaterial auf der Stirnfläche (21) des Ringkörpers (20) erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem Durchmesser des Kreises, auf dem die
Elektrodenenden liegen, von mehr als 200 mm mindestens
neun Aufladeelektroden (10) vorhanden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem Kreisdurchmesser von etwa 400 mm oder mehr
mindestens achtzehn Aufladeelektroden (10) vorhanden
sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Ringkörper
(20) aus Polypropylen (PP) besteht.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Elektrodenenden
sich freiliegend in einer Einsenkung (22) befinden, deren
Öffnungswinkel mehr als 90° beträgt.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnfläche (21′) des
Ringkörpers (20′) Mittel (31) für eine wesentliche
Vergrößerung des Oberflächenweges zwischen den
freiliegenden vorderen Enden der Aufladeelektroden (10′)
vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektroden (10′) in fingerartig axial von der
Stirnfläche (21′) des Ringkörpers (20′) vorspringenden
Zapfen (31) aus Isoliermaterial angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (12′′) Mittel
(36) zum Verhindern eines Niederschlages von
Beschichtungsmaterial auf seiner Stirnfläche (21′′)
aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ringkörper (12′′) einen unter Fluiddruck stehenden
Fluidkanal (35) enthält, aus dem Öffnungen axial in der
Stirnfläche (21′′) zwischen den Elektroden (10′′)
münden.
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