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.
Device for the electrostatic coating of objects with atomized solid particles
The main patent relates to a device for the electrostatic coating of objects with atomized solid particles, consisting of a tube made of electrically insulating material, one end of which carries an atomizer for the coating material and the other end of which is connected to a conveying device for supplying a propellant gas coating material flow, and of a high-voltage generator with connected electrodes for electrically charging the coating material and maintaining a high-voltage field between the device and the object to be coated, which is characterized in that several charging electrodes are arranged on the inner wall of the insulating tube,
which, in order to generate corona discharges, are at different potentials within the insulation tube.
In a preferred embodiment, the charging electrodes are tips protruding from the inner wall of the insulation tube and arranged on at least one helical line, each electrode being connected to a stage of a voltage divider or voltage multiplier circuit arrangement. In this case, the step switching elements of the voltage divider or voltage multiplier switching arrangement are preferably arranged on the insulation tube.
The purpose of the invention is to improve said device in such a way that it can be used to spray more coating material onto the object per unit of time; H. specify a device whose separation efficiency is better than the device described in the main patent, while at the same time preventing harmful spark discharges is not impaired.
The device according to the invention is characterized in that the electrodes are arranged at the front end of the insulating tube carrying the atomizer and are at a distance from the tube outlet opening which is in each case not greater than the opening diameter.
The electrodes can preferably be electrically combined in two groups, of which the first group of electrodes is connected to the output of the high-voltage generator and the second group of electrodes is at a lower potential. The electrodes can be tips protruding from the inner wall of the insulation tube, in particular made of tungsten, which are arranged in a plane perpendicular to the tube axis and are electrically connected to one another in such a way that the even-numbered ones in the sequence form one electrode group and the odd-numbered the other electrode group.
The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments and the accompanying drawing. In the drawing show:
1 shows in section a device according to the invention in the form of a pistol,
Fig. 2 shows a cross section through the front part of the pistol-shaped device of Fig. 1,
3 shows a cross section through the middle part of the pistol-shaped device of FIG. 1,
4 schematically shows the circuit arrangement of a multiplier cascade with electrodes connected to it, and FIG
5 schematically shows another circuit arrangement for supplying voltage to the electrodes.
In the embodiment shown in Fig. 1, a tube 7 made of electrically insulating material is coaxially arranged in a tubular sleeve 20 ', which is preferably made of plastic, which tube 7 at the rear end has an obliquely downward and rearwardly directed tube extension 48 for supplying coating material having by means of a propellant gas stream. The rear end of the insulating tube 7 is closed by a guide 26 with an axial bore in which a push rod 24 is slidably mounted. The guide 26 is held in a closure cover 46 screwed onto the tubular sleeve 20 '. In the sleeve 20 ', between the end of the insulating tube 7 and the closure cover 46, there is space for inserting a ring-shaped transmitter 11 of a high-voltage generator 38 (FIG. 4).
The secondary winding of the transformer 11 is connected to a voltage multiplier cascade, the capacitors 9 of which, connected in the usual way by diodes 8, are connected in series in two columns.
In each capacitor column 9, a damping resistor 53 or 53a is connected between the penultimate capacitor 9a and the last capacitor 9b.
The damping resistors 53, 53a, together with the associated last capacitors 9a, form RC combinations which dampen any vibrations in the event of arcing. As can be seen in FIGS. 1 and 3, the two capacitor columns 9 with their damping resistors 53, 53a are arranged on the insulating tube 7. The free space between insulation tube 7 and sleeve 20 'also contains the diodes 8 of the voltage multiplier cascade.
The front end of the sleeve 7, which tapers towards the insulation tube 7, has an external thread for screwing on a union nut 41. A tubular atomizer or spray head 35 is attached to the sleeve 20 ′ and to the insulation tube 7 by means of the union nut 41. The atomizer or spray head 35 consists of electrically insulating tube pieces made of plastic, pushed one on top of the other, of which the inner tube piece 7a has the same inner diameter as the insulating tube 7 and carries a guide 25 in the form of a spider for the push rod 24. The front drawn-in end 36a of the outer pipe section 36 forms the outwardly widening outlet opening 21 of the powder channel 7b running in the insulation pipe 7 and in the inner pipe section 7a and an inner shoulder on which the front end of the inner pipe section 7a is supported.
Four pointed electrodes 6, 6 ', 6a, 6'a are inserted into the inner pipe section 7a and project radially inward into the powder channel 7b. The four pointed electrodes 6, 6 ', 6a, 6'a are offset from one another by 900 each in a plane perpendicular to the pipe axis, this plane of the electrodes being at a distance from the plane of the outlet opening 21 which is smaller than its largest diameter . The arrangement of the tip-shaped electrodes 6, 6 ', 6a, 6'a can be seen in FIG.
As FIG. 4 shows, the two electrodes 6, 6 'and 6a, 6'a lying opposite one another are electrically connected to one another and are connected to one of the two outputs 55 or 55a of the voltage multiplier cascade connected. In this way it is achieved that when the device is in operation, each electrode is at a potential different from the potential of the two adjacent electrodes and, with a sufficiently high potential difference between the electrodes, corona discharges occur which completely fill the powder channel cross-section. In order to facilitate the onset of corona discharges, the tip-shaped electrodes 6, 6 ', 6a, 6'a are preferably made of tungsten.
In the embodiment shown in Fig. 1, tungsten wires lying in the space between the inner pipe section 7a and the outer pipe section 36 are provided as connecting lines 42, 42a, the front pointed ends of which are provided as electrodes 6, 6 ', 6a, 6'a through the wall of the inner pipe section 7a are passed through and the rear ends of which are connected via an adjusting ring 45 carrying high-voltage contacts to the connections of the capacitor columns, which are not shown in FIG. 1 for better clarity, as set out above. A tubular intermediate layer 43 made of electrically insulating material and possibly a second adjusting ring 44 at the front end of the same serve to isolate and firmly hold the tungsten lead wires 42, 42a on the inner pipe section 7a.
The push rod 24, which is slidably mounted in the two guides 25 and 26 (FIG. 1), carries the impact body 23 upstream of the outlet opening 21, through which the coating material, e.g. B. a plastic powder is atomized in the form of a spray cone, the opening angle of the spray cone can be changed by moving the push rod 24. The push rod 24 consists, for example, of silver steel to ensure block-free sliding in the relatively long rear guide 26, and its front part carries an electrically insulating plastic coating 24a reaching up to the impact body 23.
If the device described above is to be used as a manual spray gun, a gun handle 17 can be screwed onto the tubular sleeve 20 ', as FIG. 1 shows. The pistol grip 17 contains a feed pipe 49 which is connected to the pipe socket 48 of the insulation pipe 7 and whose end protrudes from the bottom of the pistol grip for attaching a hose 33 for the supply of propellant-coating material mixture. Furthermore, the pistol grip 17 contains a switch 19 which can be operated manually via a trigger 18 for switching the high voltage and the coating material supply on and off, a plug 51 via which low voltage is supplied for the operation of the high voltage generator 38 and e.g. Outgoing control lines from the conveyor are connected to the switch 19.
Finally, the pistol grip can also contain switching elements such as transistors and resistors of the high-voltage generator 38. The lines 56 leading from the plug 51 and any switching elements to the switch 19 and to the transformer 11 are laid in an insulating sleeve 50 attached to the handle plate 47 and in a bore 52 in the handle plate 47, so that the assembly and wiring of the device are easy and can be carried out quickly.
In one embodiment, the largest diameter of the outlet opening 21 was about 14 mm, and the tip-shaped electrodes 6, 6 '. 6a, 6'a were about 12 mm away from the plane of the outlet opening. The voltage multiplier cascade was designed such that one output 55a carried a voltage of 50 kV and the other output 55 carried a voltage of 45 kV. With these operating voltages, the strong corona discharges between the electrodes were used to electrically charge the particles of the coating material so well, and the charged particles in the transport field between the electrodes and the earthed object to be coated so well that, with perfect coating and a high degree of separation, a surprising high delivery rate could be set.
5 schematically shows another exemplary embodiment for the high voltage supply of the tip-shaped electrodes 6, 6 ', 6a, 6'a. The electrodes 6a, 6'a lying opposite one another are connected to the output 55a of a high-voltage generator 38 via a line 42a. The two other opposing electrodes 6, 6 'are connected via a line 42 to a high-resistance bleeder resistor 54, the other connection of which is to earth. When this switching arrangement is operated, a differential voltage is established at the electrodes, which causes an increased corona discharge at the electrode tips.
The free space still present after assembly between the tubular sleeve 20 'and the insulating tube 7 is expediently filled with an electrically insulating casting resin. For a gun, several atomizer or spray heads 35 different in length, shape and size of the outlet opening as well as in the number and arrangement of the electrodes can be provided so that the coating process is optimally adapted to the type of coating material and the shape of the object to be coated can be adapted to certain requirements.