CH509106A - Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit zerstäubten Feststoffpartikeln - Google Patents

Description

  
 



  Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit zerstäubten Feststoffpartikeln
Das Hauptpatent betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit zerstäubten Feststoffpartikeln, bestehend aus einem Rohr aus elektrisch isolierendem Material, dessen eines Ende einen Zerstäuber für das Beschichtungsmaterial trägt und dessen anderes Ende mit einer Fördereinrichtung zur Zuführung eines Treibgas-Beschichungsmaterialstromes verbunden ist, und aus einem Hochspannungsgenerator mit angeschlossenen Elektroden zum elektrischen Aufladen des Beschichtungsmaterials und Aufrechterhalten eines Hochspannungsfeldes zwischen der Vorrichtung und dem zu beschichtenden Gegenstand, die sich dadurch auszeichnet, dass auf der Innenwand des Isolationsrohres mehrere Auflade-Elektroden angeordnet sind,

   welche zur Erzeugung von Koronaentladungen innerhalb des Isolationsrohres an entsprechend verschieden hohen Potentialen liegen.



   Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Aufladeelektroden von der Innenwand des Isolationsrohres abstehende Spitzen, die auf mindestens einer Schraubenlinie angeordnet sind, wobei jede Elektrode an einer Stufe einer Spannungsteiler- oder Spannungsvervielfacher-Schaltanordnung angeschlossen ist. Vorzugsweise sind hierbei die Stufen-Schaltelemente der Spannungsteiler- oder Spannungsvervielfacher-Schaltanordnung am Isolationsrohr angeordnet.



   Zweck der Erfindung ist, die genannte Vorrichtung so zu verbessern, dass mit ihr mehr Beschichtungsmaterial je Zeiteinheit auf den Gegenstand aufgesprüht werden kann, d. h. eine Vorrichtung anzugeben, deren Abscheideleistung besser ist als bei der im Hauptpatent beschriebenen Vorrichtung, wobei gleichzeitig die Verhinderung schädlicher Funkenentladungen nicht beeinträchtigt wird.



   Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden am vorderen, den Zerstäuber tragenden Ende des Isolationsrohres angeordnet sind und von der Rohraustrittsöffnung einen Abstand haben, der jeweils nicht grösser als der Öffnungsdurchmesser ist.



   Vorzugsweise können die Elektroden elektrisch in zwei Gruppen zusammengefasst sein, von welchen die erste Elektrodengruppe an den Ausgang des Hochspannungsgenerators angeschlossen ist und die zweite Elektrodengruppe an einem niedrigeren Potential liegt. Die Elektroden können von der Innenwand des Isolationsrohres abstehende Spitzen, insbesondere aus Wolfram, sein, welche in einer zur Rohrachse senkrechten Ebene angeordnet und elektrisch untereinander derart verbunden sind, dass die in der Reihenfolge geradzahligen die eine Elektrodengruppe und die ungeradzahligen die andere Elektrodengruppe bilden.



   Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden Zeichnung ausführlicher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 im Schnitt eine erfindungsgemässe Vorrichtung in Pistolenform,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den vorderen Teil der   pistolenförmigenvVorrichtung    der Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt durch den mittleren Teil der pistolenförmigen Vorrichtung der Fig. 1,
Fig. 4 schematisch die Schaltungsanordnung einer Vervielfacherkaskade mit an ihr angeschlossenen Elektroden, und
Fig. 5 schematisch eine andere Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung der Elektroden.



   Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist in einer rohrförmigen Hülse 20', die vorzugsweise aus Kunststoff besteht, koaxial ein aus elektrisch isolierendem Material bestehendes Rohr 7 angeordnet, welches am rückwärtigen Ende einen schräg abwärts und nach hinten gerichteten Rohransatz 48 zur Zuführung von Beschichtungsmaterial mittels eines Treibgasstromes aufweist. Das rückwärtige Ende des Isolationsrohres 7 ist durch eine Führung 26 mit axialer Bohrung abgeschlossen, in der eine Schubstange 24 verschiebbar gelagert ist. Die Führung 26 ist in einem auf die rohr  förmige Hülse 20' aufgeschraubten Verschlussdeckel 46 gehalten. In der Hülse 20' ist zwischen dem Ende des Isolationsrohres 7 und dem Verschlussdeckel 46 Platz zum Einsetzen eines in Ringform ausgebildeten   Über-    tragers 11 eines Hochspannungsgenerators 38 (Fig. 4).



  Die Sekundärwicklung des Übertragers 11 ist an eine Spannungsvervielfacherkaskade angeschlossen, deren auf übliche Weise durch Dioden 8 verbundene Kondensatoren 9 in zwei Säulen hintereinander geschaltet sind.



  In jeder Kondensatorsäule 9 ist zwischen den vorletzten Kondensator 9a und den letzten Kondensator 9b ein Dämpfungswiderstand 53 bzw. 53a geschaltet.



  Die Dämpfungswiderstände 53, 53a bilden mit den zugehörigen letzten Kondensatoren 9a   RC-Kombinatio-    nen, welche die eventuellen Schwingungen bei Funkenüberschlägen dämpfen. Wie in Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, sind die beiden Kondensatorensäulen 9 mit ihren Dämpfungswiderständen 53, 53a auf dem Isolationsrohr 7 angeordnet. Der freie Raum zwischen Isolationsrohr 7 und Hülse 20' enthält auch die Dioden 8 der Spannungsvervielfacherkaskade.



   Das vordere, sich zum Isolationsrohr 7 hin verjüngende Ende der Hülse 7 trägt ein Aussengewinde zum Aufschrauben einer Überwurfmutter 41. Mittels der Überwurfmutter 41 ist an der Hülse 20' und am Isolationsrohr 7 ein rohrförmiger Zerstäuber- oder Sprühkopf 35 befestigt. Der Zerstäuber- oder Sprühkopf 35 besteht aus übereinandergeschobenen, elektrisch isolierenden Rohrstücken aus Kunststoff, von welchen das innere Rohrstück 7a den gleichen Innendurchmesser hat, wie das Isolationsrohr 7 und eine, in Form einer Spinne ausgebildete Führung 25 für die Schubstange 24 trägt. Das vordere eingezogene Ende 36a des äusseren Rohrstückes 36 bildet die sich nach aussen erweiternde Austrittsöffnung 21 des im Isolationsrohr 7 und im inneren Rohrstück 7a verlaufenden Pulverkanals 7b und eine innenliegende Schulter, an die sich das vordere Ende des inneren Rohrstückes 7a abstützt.



   In das innere Rohrstück 7a sind vier spitzenförmige Elektroden 6, 6', 6a, 6'a eingesetzt, die radial nach innen weisend in den Pulverkanal 7b hineinragen. Die vier spitzenförmigen Elektroden 6, 6', 6a, 6'a sind gegeneinander um je 900 versetzt in einer zur Rohrachse senkrechten Ebene angeordnet, wobei diese Ebene der Elektroden von der Ebene der Austrittsöffnung 21 einen Abstand hat, der kleiner als deren grösster Durchmesser ist. Die Anordnung der spitzenförmigen Elektroden 6, 6', 6a, 6'a ist in Fig. 2 ersichtlich.



   Wie Fig. 4 zeigt, sind jeweils die beiden einander gegenüberliegenden Elektroden 6, 6' und 6a, 6'a miteinander elektrisch verbunden und durch je eine Leitung 42 und 42a an einen der beiden, an den Enden der zwei Kondensatorsäulen liegenden Ausgänge 55 bzw. 55a der Spannungsvervielfacherkaskade angeschlossen. Auf diese Weise wird erreicht, dass im Betrieb der Vorrichtung jede Elektrode auf einem vom Potential der beiden benachbarten Elektroden verschiedenen Potential liegt und bei einem ausreichend hohen Potentialunterschied zwischen den Elektroden Koronaentladungen auftreten, die den Pulverkanalquerschnitt völlig ausfüllen. Um das Einsetzen von Koronaentladungen zu erleichtern, werden die spitzenförmigen Elektroden 6, 6', 6a, 6'a vorzugsweise aus Wolfram hergestellt.



   Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind als Anschlussleitungen 42, 42a im Zwischenraum zwischen dem inneren Rohrstück 7a und dem äusseren Rohrstück 36 liegende Wolframdrähte vorgesehen, deren vordere spitze Enden als Elektroden 6, 6', 6a, 6'a durch die Wandung des inneren Rohrstückes 7a hindurchgeführt sind und deren rückwärtige Enden über einen Hochspannungskontakte tragenden Stellring 45 mit den, in Fig. 1 der besseren Übersicht wegen nicht eingezeichneten Anschlüssen der Kondensatorsäulen, wie vorstehend dargelegt, verbunden sind. Zur Isolation und festen unverrückbaren Halterung der Wolfram-Leitungsdrähte 42, 42a auf dem inneren Rohrstück 7a dient eine rohrförmige Zwischenlage 43 aus elektrisch isolierendem Material und eventuell ein zweiter Stellring 44 am vorderen Ende derselben.



   Die in den beiden Führungen 25 und 26 (Fig. 1) verschiebbar gelagerte Schubstange 24 trägt den der Austrittsöffnung 21 vorgelagerten Prallkörper 23, durch den das Beschichtungsmaterial, z. B. ein Kunststoffpulver, in Form eines Sprühkegels zerstäubt wird, wobei der Öffnungswinkel des Sprühkegels durch Verschieben der Schubstange 24 verändert werden kann. Die Schubstange 24 besteht beispielsweise aus Silberstahl, um ein blockierungsfreies Gleiten in der verhältnismä ssig langen rückwärtigen Führung 26 zu gewährleisten, und ihr vorderer Teil trägt einen bis zum Prallkörper 23 reichenden elektrisch isolierenden Kunststoffüberzug 24a.



   Soll die vorstehend beschriebene Vorrichtung als Handspritzpistole verwendet werden, so kann an die rohrförmige Hülse 20', wie Fig. 1 zeigt, ein Pistolengriff 17 angeschraubt werden. Der Pistolengriff 17 enthält ein mit dem Rohransatz 48 des Isolationsrohres 7 in Verbindung stehendes Zuführungsrohr 49, dessen Ende zur Befestigung eines Schlauches 33 für die Zufuhr von   Treibgas-Beschichtungsmaterial-Gemisch    aus dem Boden des Pistolengriffs herausragt. Ferner enthält der Pistolengriff 17 einen über einen Abzugshebel 18 von Hand betätigbaren Schalter 19 zum Einund Ausschalten der Hochspannung und der Beschichtungsmaterial-Zufuhr, einen Stecker 51, über den Niederspannung für den Betrieb des Hochspannungsgenerators 38 zugeführt wird und z.B. von der Fördereinrichtung abgehende Steuerleitungen an den Schalter 19 angeschlossen werden.

  Schliesslich kann der Pistolengriff auch noch Schaltelemente, wie Transistoren und Widerstände des Hochspannungsgenerators 38 enthalten. Die vom Stecker 51 und von eventuell vorhandenen Schaltelementen zum Schalter 19 und zum Übertrager 11 führenden Leitungen 56 sind in einer an der Griffplatte 47 befestigten Isolierhülse 50 und in einer in der Griffplatte 47 vorhandenen Bohrung 52 verlegt, so dass die Montage und Verdrahtung der Vorrichtung leicht und schnell durchzuführen ist.

 

   Bei einem Ausführungsmodell betrug der grösste Durchmesser der Austrittsöffnung 21 etwa 14 mm, und die spitzenförmigen Elektroden 6,   6'.    6a, 6'a waren von der Ebene der Austrittsöffnung rund 12 mm weit entfernt. Die Spannungsvervielfacherkaskade war so ausgelegt, dass der eine Ausgang 55a eine Spannung von 50 kV und der andere Ausgang 55 eine Spannung von 45 kV führte. Mit diesen Betriebsspannungen wurden durch die kräftigen Koronaentladungen zwischen den Elektroden untereinander die Partikel des Beschichtungsmaterials derart gut elektrisch aufgeladen, und die aufgeladenen Partikel im Transportfeld zwischen den Elektroden und den geerdeten zu beschichtenden Gegenstand so gut geführt, dass bei einwand  freier Beschichtung und hohem Abscheidegrad eine überraschend hohe Förderleistung eingestellt werden konnte.



   Fig. 5 zeigt schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel für die Hochspannungsversorgung der spitzenförmigen Elektroden 6, 6', 6a, 6'a. An den Ausgang 55a eines Hochspannungsgenerators 38 sind über eine Leitung 42a die einen einander gegenüberliegenden Elektroden 6a, 6'a angeschlossen. Die beiden anderen einander gegenüberliegenden Elektroden 6, 6' sind über eine Leitung 42 an einen hochohmigen Ableitwiderstand 54 angeschlossen, dessen anderer Anschluss an Erde liegt. Beim Betrieb dieser Schaltanordnung stellt sich an den Elektroden eine Differenzspannung ein, die eine erhöhte Koronaentladung an den Elektrodenspitzen bewirkt.

 

   Der nach der Montage zwischen der rohrförmigen Hülse 20' und dem Isolationsrohr 7 noch vorhandene freie Raum wird zweckmässig mit einem elektrisch isolierenden Giessharz ausgegossen. Für eine Pistole können mehrere, in der Länge, der Form und Grösse der Austrittsöffnung sowie in der Anzahl und Anordnung der Elektroden unterschiedliche Zerstäuber- oder Sprühköpfe 35 vorgesehen werden, so dass der Beschichtungsvorgang jeweils optimal an die durch die Art des Beschichtungsmaterials und die Form des zu beschichtenden Gegenstandes bestimmten Erfordernissen angepasst werden kann. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen mit zerstäubten Feststoffpartikeln, nach dem Patentanspruch des Hauptpatentes, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (6, 6', 6a, 6'a) am vorderen, den Zerstäuber tragenden Ende des Isolationsrohres (7, 7a) angeordnet sind und von der Rohraustrittsöffnung (21) einen Abstand haben, der jeweils nicht grösser als der Öffnungsdurchmesser ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (6a, 6'a, 6, 6') elektrisch in zwei Gruppen zusammengefasst sind, von welchen die erste Elektrodengruppe (6a, 6'a) an den Ausgang (55a) des Hochspannungsgenerators (38) angeschlossen ist und die zweite Elektrodengruppe (6, 6') an einem niedrigeren Potential liegt.

   2. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrodengruppe (6, 6') über einen Widerstand (54) mit Erde verbunden ist.

   3. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, mit einem eine Spannungsteiler- oder Spannungsvervielfacher Schaltanordnung aufweisenden Hochspannungsgenerator (38), dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Elektrodengruppen (6a, 6'a bzw. 6, 6') an einer Stufe der Spannungsteiler- oder Spannungsvervielfacher Schaltanordnung angeschlossen ist.

   4. Vorrichtung nach Unteranspruch 3, mit einer aus in zwei Säulen hintereinander geschalteten Kondensatoren (9) und Gleichrichtern (8) bestehenden Spannungsvervielfacher-Schaltanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Elektrodengruppen (6a, 6'a bzw. 6, 6') an eine Kondensatorsäule (9) angeschlossen ist und jede Kondensatorsäule (9) einen Dämpfungswiderstand (53a, 53) enthält.

   5. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (6a, 6'a, 6, 6') von der Innenwand des Isolationsrohres (7a) abstehende Spitzen sind, welche in einer zur Rohrachse senkrechten Ebene angeordnet und elektrisch untereinander derart verbunden sind, dass die in der Reihenfolge geradzahligen eine Elektrodengruppe und die ungeradzahligen die andere Elektrodengruppe bilden.

   6. Vorrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die spitzenförmigen Elektroden (6a, 6'a, 6, 6') aus Wolfram bestehen.