EP0034277A2 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Pulverbeschichten von Gegenständen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Pulverbeschichten von Gegenständen Download PDF

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    • B05B3/02—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
    • B05B3/10—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member
    • B05B3/1064—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member the liquid or other fluent material to be sprayed being axially supplied to the rotating member through a hollow rotating shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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    • B05B5/0418—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces designed for spraying particulate material

Definitions

  • the invention relates to a process for the electrostatic coating of objects by means of electrostatically charged powder grains by supplying a powder air mixture to a spray bell, fanning out the powder air mixture stream and throwing off the powder particles from the spray head, conveying the powder particles onto the object to be processed by applying an electric field between the spray bell and the object .
  • the powder grain is charged either inside the spray system or outside it.
  • a powder spray disc in which a fluidized powder stream impinges on a rotating, nearly vertical disc with blade-shaped webs at a certain angle and is then centrifugally centrifugally thrown off. Charging and particle transport to the object then takes place in a known manner.
  • the main disadvantage of this method is the limited area of application.
  • the disadvantages of the known methods are the lack of process controllability, the undefined friction charging due to high speeds and the high susceptibility to wear and sintering.
  • the invention has for its object to provide a method for the electrostatic coating of objects with a powder, in which 'undefined friction charging is avoided, wear is kept low, susceptibility to sintering is eliminated and good process controllability is achieved at the same time.
  • This object on which the invention is based is achieved in that a fluidized powder stream, that is to say a flowable powder-air mixture, is fed at a low speed to the spray bell, is minimally accelerated at the transition to the rotating bell, then accelerated to 5,000 to 6,000 rpm, transported to the edge of the bell and is then thrown off.
  • a fluidized powder stream that is to say a flowable powder-air mixture
  • the device for carrying out this method is characterized by a bell rotating about a fixed axis and equipped with a central feed for the powder flow, the central feed having a number of compressed air nozzles.
  • the method according to the invention thus works with a bell serving as a high-voltage electrode with the additional use of compressed air, the mass flow of the fluidized powder being fed to the bell rotating at a speed of preferably 5,000 to 6,000 rpm.
  • This mass flow is sucked in by the bell, which is designed like a compressor, transported to the bell rim in a form-fitting manner and flung off there depending on the geometric and kinematic bell parameters.
  • the mass throughput and the powder cloud geometry can be changed by changing the suction state, for example by introducing compressed air and / or changing the speed.
  • the powder grain passes through an annular air curtain.
  • the position of the swirl axis is not subject to any restrictions.
  • the fluidized powder stream is fed to the bell through the fixed hollow axis in the region of the lowest relative speed and the lowest centrifugal acceleration.
  • nozzle bores are provided on one or more partial circles, one of which is preferably larger than the diameter of the flinging edge.
  • the pitch circle diameter and the bore geometry are in relation to the air flow rate selected so that the air balance around the rotating bell is ensured, and the sprayed powder cone contains a defined axial thrust due to the circular air curtain.
  • the bell provided according to the invention can be driven either pneumatically or electrically. In the case of an electric motor, this is expediently connected to high voltage and is operated via an isolating transformer. An asynchronous motor is advantageously used as the electric motor, the speed of which can be changed by influencing the synchronous frequency.
  • the embodiment shown in longitudinal section in FIG. 1 has the hollow shaft 1, which carries the bearings 1 0 , 1 0 'of the bell 2 with the rotor 5, the stator 11 of the drive motor and the dynamic seal 15.
  • the electrical lead 8 for the stator 11 is guided in a groove 14 on the hollow shaft through the bearing 10.
  • the hollow shaft ends in a diffuser 12, which feeds the fluidized powder directly to the suction edge of the rotor blades 3 of the bell compressor.
  • the disc 4 prevents the bell compressor from flowing in from the half space in front of the bell.
  • the ratio of air to fluidized powder can be influenced by the radial nozzle ring 7 in such a way that the powder feed can be interrupted.
  • the nozzle bores 9 of the nozzle ring 6 produce an annular air curtain which imparts an axial thrust to the powder curtain which is thrown off at the edge 13.
  • FIG. 2 differs from that of FIG. 1 only in that a turbine drive with rotor 16 and nozzle ring 17 is provided instead of an electric drive.

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  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Photoreceptors In Electrophotography (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum elektrostatischen Überziehen von Gegenständen mit einem Pulver beschrieben, bei dem ein fluidisierter Pulverstrom, d.h. ein fließfähiges Pulverluftgemisch, mit geringer Geschwindigkeit der Sprühglocke zugeführt wird, beim Übergang zur rotierenden Glocke minimal beschleunigt wird und dann mit der Glocke auf 500 bis 600 UpM beschleunigt, zum Glockenrand transportiert und dann abgeschleudert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen Überziehen von Gegenständen mittels elektrostatisch aufgeladener Pulverkörner durch Zuführen eines Pulverluftgemisches zu einer Sprühglocke, Auffächern des Pulverluftgemischstromes und Abschleudern der Pulverteilchen vom Sprühkopf, Fördern der Pulverteilchen auf den zu bearbeitenden Gegenstand hin durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen Sprühglocke und Gegenstand.
  • Verfahren und Vorrichtungen zum elektrostatischen Überziehen von Gegenständen mit einem Pulver sind in großer Zahl bekannt. So gibt es Sprühsysteme, bei denen Pulver mit Hilfe von Druckluft als Pulver-Luftgemisch zugeführt wird. Durch eine Unstetigkeitsstelle (Prallkörper) wird dieses Pulver-Luftgemisch aufgefächert, dann teils durch den vorhandenen Restimpuls des Pulverkorns, teils durch die elektrischen Kräfte, die im elektrischen Feld auf ein geladenes Pulverkorn wirken, zum zu überziehenden Gegenstand transportiert. Die
  • Aufladung des Pulverkorns erfolgt entweder innerhalb des Sprühsystems oder außerhalb desselben.
  • Es sind auch Systeme bekannt, bei denen dem Pulver-Luftgemisch noch im Sprühsystem ein Drall aufgeprägt wird. Nach Verlassen des Sprühsystems fächert dieser Drall dann den Partikelstrom auf.
  • Für Sonderanwendungsfälle ist eine Pulversprühscheibe bekannt, bei der auf eine rotierende, nahezu senkrecht stehende, mit schaufelförmigen Stegen versehene Scheibe ein fluidisierter Pulverstrom unter bestimmten Winkel auftrifft und dann durch die Zentrifugalkraft radial abgeschleudert wird. Aufladung und Partikeltransport zum Gegenstand geschieht dann in bekannter Weise. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht im wesentlichen im begrenzten Einsatzgebiet.
  • Die Nachteile der bekannten Verfahren liegen in der fehlenden Prozeßsteuerbarkeit, in der undefinierten Reibungsaufladung in Folge hoher Geschwindigkeiten und in der hohen Verschleiß- bzw. Ansinteranfälligkeit. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum elektrostatischen Überziehen von Gegenständen mit einem Pulver zu schaffen, bei dem'eine undefinierte Reibungsaufladung vermieden wird, der Verschleiß gering gehalten wird, die Ansinteranfälligkeit aufgehoben und gleichzeitig eine gute Prozeßsteuerbarkeit erreicht wird.
  • Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein fluidisierter Pulverstrom, d.h. fließfähiges Pulver-Luftgemisch mit geringer Geschwindigkeit der Sprühglocke zugeführt, beim Übergang zur rotierenden Glocke minimal beschleunigt, dann mit der Glocke auf 5oo bis 6000 UPM beschleunigt, zum Glockenrand transportiert und dann abgeschleudert wird.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens kennzeichnet sich durch eine um eine feststehende Achse rotierende, mit einer zentrischen Zuführung für den Pulverstrom ausgestattete Glocke, wobei die zentrische Zuführung eine Anzahl von Druckluftdüsen aufweist.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen erläutert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet also mit einer als Hochspannungselektrode dienenden Glocke unter zusätzlicher Anwendung von Druckluft, wobei der Massenstrom des fluidisierten Pulvers, der mit einer Drehzahl von vorzugsweise 5oo bis 6000 UPM rotierenden Glocke zugeführt wird. Dieser Massenstrom wird von der ähnlich einem Verdichter ausgebildeten Glocke angesaugt, formschlüssig zum Glockenrand transportiert und dort je nach den geometrischen und kinematischen Glockenparametern abgeschleudert. Durch Veränderung des Saugzustandes, z.B. durch Einbringen von Druckluft und/oder einer Drehzahländerung, läßt sich der Massendurchsatz und die Pulverwolkengeometrie verändern. Zur Beeinflussung des Axialimpulses durchläuft das Pulverkorn noch einen kreisringförmigen Luftschleier. Die Lage der Drallachse unterliegt dabei keinen Einschränkungen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der fluidisierte Pulverstrom der Glocke durch die feststehende Hohlachse im Bereich der geringsten Relativgeschwindigkeit und der geringsten Zentrifugalbeschleunigung zugeführt. Nach rückwärts versetzt sind Düsenbohrungen auf einem oder mehreren Teilkreisen angebracht, von denen einer vorzugsweise größer ist als der Durchmesser der Abschleuderkante. Die Teilkreisdurchmesser und die Bohrungsgeometrie werden in Relation zum Luftdurchsatz so gewählt, daß einmal der Lufthaushalt um die rotierende Glocke sichergestellt wird, und zum zweiten der abgesprühte Pulverkegel durch den kreisringförmigen Luftschleier einen definierten Axialschub enthält. Die erfindungsgemäß vorgesehene Glocke kann wahlweise pneumatisch oder elektrisch angetrieben werden. Im Falle eines Elektromotors liegt dieser zweckmäßigerweise an Hochspannung und wird über einen Trenntransformator betrieben. Als Elektromotor wird vorteilhaft ein Asynchronmotor verwendet, dessen Drehzahl über eine Beeinflussung der Synchronfrequenz verändert werden kann.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen dabei in
    • Fig. 1 im Längsschnitt die erfindungsgemäße Vorrichtung und in
    • Fig. 2 eine abgeänderte Ausführungsform gemäß Fig. 1.
  • Die in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Ausführungsform weist die Hohlwelle 1 auf, welche die Lagerungen 10, 10' der Glocke 2 mit dem Rotor 5, den Stator 11 des Antriebsmotors und die dynamische Dichtung 15 trägt.
  • Die elektrische Zuleitung 8 für den Stator 11 wird in einer Nut 14 auf der Hohlwelle durch das Lager 10 geführt. Die Hohlwelle endet in einem.Diffusor 12, der das fluidisierte Pulver direkt der Saugkante der Laufschaufeln 3 des Glockenverdichters zuführt. Die Scheibe 4 verhindert ein Anströmen des Glockenverdichters aus dem vor der Glocke liegenden Halbraum. Durch den radialen Düsenring 7 läßt sich das Verhältnis von Luft zu fluidisiertem Pulver so beeinflussen, daß die Pulverförderung unterbrochen werden kann. Die Düsenbohrungen 9 des Düsenkranzes 6 erzeugen einen kreisringförmigen Luftschleier, der den an der Kante 13 abgeschleuderten Pulverschleier einen Axialschub aufprägt.
  • Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der nach Fig. 1 nur dadurch, daß anstelle eines elektrischen Antriebes ein Turbinenantrieb mit Rotor 16 und Düsenring17 vorgesehen ist.

Claims (11)

1. Verfahren zum elektrostatischen Überziehen von Gegenständen mittels elektrostatisch aufgeladener Pulverkörner durch Zuführen eines Pulverluftgemisches zu einer Sprühglocke, Auffächern des Pulverluftgemischstromes und Abschleudern der Pulverteilchen vom Sprühkopf, Fördern der Pulverteilchen auf den zu bearbeitenden Gegenstand hin durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen Sprühglocke und Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß ein fluidisierter Pulverstrom, d.h. ein fließfähiges Pulver-Luftgemisch, mit geringer Geschwindigkeit der Sprühglocke zugeführt, beim Übergang zur rotierenden Glocke minimal beschleunigt, dann mit der Glocke auf 5oo bis 6000 UPM beschleunigt, zum Glockenrand transportiert und dann abgeschleudert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport der Pulverteilchen in der Glocke formschlüssig mit dieser erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachförderung des fluidisierten Pulvers durch die Saugwirkung der Sprühglocke bewirkt und der von der Glocke erzeugte Unterdruck durch Einblasen von Luft in den Förderweg des Pulverluftgemisches steuerbar ist.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine um eine feststehende Achse rotierende, mit einer zentrischen Zuführung für den Pulverstrom ausgestattete Glocke (2), wobei die zentrische Zuführung eine Anzahl von Druckluftdüsen aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Außenläufermotor (5, 11) für die Glocke,der als Elektromotor ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Außenläufermotor eine Druckluftturbine (16, 17) dient.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch qekennzeichnet, daß die Glockeninnenkontur mit durchgehenden Luftschaufeln versehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftschaufeln nach vorne hin durch eine Scheibe (4) abgedeckt sind.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorlagerraum durch eine dynamische Dichtung vom Pulverraum getrennt ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor an Hochspannung liegt und über einen Trenntransformator betrieben wird.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Motors durch Verändern der Synchronfrequenz verändert wird.
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