EP0519191B1 - Vorrichtung zur Zerstäubung elektrisch leitender Flüssigkeiten sowie mikrostaubförmiger Pulver - Google Patents
Vorrichtung zur Zerstäubung elektrisch leitender Flüssigkeiten sowie mikrostaubförmiger Pulver Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to a device for atomizing and for electrostatic particle transport of electrically conductive liquids or micro-dust-like powders, for coating surfaces (see EP-A-0 120 648).
- the surface tension of the fluid forms drop-shaped particles which are thrown off vertically.
- An axially parallel air flow which is arranged in a ring, bends the particle flow.
- the disadvantage here is that the centrifugal forces required for tearing require the highest number of revolutions, which place great demands on the concentricity and balance. Likewise, the enormous need for compressed air to bend the particle stream is to be regarded as disadvantageous.
- the object of the invention is to provide a device which makes it possible to manage with low electrostatic fields and thereby to lower the operating voltage.
- the device according to the invention is designed in such a way that the high voltage cannot penetrate through the liquid lever or the liquid to be atomized.
- the device for atomizing electrically conductive liquids and for electrostatic particle transport is - as shown in the embodiment - a compact device that can be installed directly in an existing painting system, as is generally used for painting or powder coating components.
- the existing liquid or powder cycle can remain unchanged.
- These media are preferably conveyed from storage containers that supply the painting system via pipelines, but are not shown in the drawing. Because different media are used in series production must be used for this purpose storage containers in which different media are available, which can be promoted by requesting, for example, computer-aided electronics.
- the device is thus supplied with the desired medium via a cascade valve.
- the medium under pressure enters the device through a line (10) and is passed through a bore (11 ') into the annular gap which is formed by the contact carrier (7) and the tubular sleeve (9). At the front end of this component, the medium emerges in a ring and wets the rotating body (1).
- the medium is finely distributed by the rotation. So that the finest particles are not only thrown off radially, they are deflected by air jets (6) and introduced into the ionization space, which is formed by the spherical electrode (2) and the ring electrode (3). High voltage alternating high voltage is applied between the electrodes (2) and (3) and thus the mist consisting of particles is electrostatically charged. As is known in the prior art, these particles are then attracted to the parts lying on the ground.
- the air jets for deflecting the mist are designed in such a way that their direction can be adjusted continuously.
- the outlet tubes which are made of glass ceramic and are arranged axially parallel, can be brought out of the axial direction by means of an adjusting ring (14) provided with cams.
- the air is supplied via the central bore (12) and a cross bore (13).
- an insulating gas preferably sulfur hexafluoride (SF6), is mixed into the transverse bore (13).
- this insulating gas can of course also be physically dissolved in the liquid to be atomized. This also achieves the highest insulating gas density in the ionization space, which prevents striking in the strongest electrostatic fields. This is of the greatest importance for media filled with metal particles.
- all parts that are in the vicinity or in the electrostatic field are made of a non-conductive material.
- the center electrode (8) which consists of a metallic material, preferably copper (Cu)
- the body and the associated ball bearings (18) are made of non-conductive, ceramic materials, for example silicon nitride (SiN). The advantage of these materials lies not only in the extremely high dielectric strength, but also in the low specific density.
- the spherical electrode (2) and the ring electrode (3) are made of carbon ceramic.
- the advantages of this material are its good electrical conductivity and low hysteresis in an alternating field. As a result, there is only slight heating, which therefore does not interfere with the paint mist.
Landscapes
- Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerstäuben und zum elektrostatischen Partikeltransport elektrisch leitender Flüssigkeiten oder mikrostaubförmiger Pulver, zum Beschichten von Oberflächen (siehe die Druckschrift EP-A-0 120 648).
- Aufgrund des ozonschichtschädigenden Potentials chlorhaltiger Lösungsmittel in Lacken wurden diese teilweise durch Wasser und Alkohole ersetzt.
- Beim Vernebeln der wasserhaltigen Lacke in den bestehenden Lackieranlagen mit elektrostatischem Partikeltransport kommt es durch die gute elektische Leitfähigkeit des Farbnebels im elektrostatischen Feld zu Überschlägen, die die gesamte Anlage unter Hochspannung setzen.
Dies verlangt einen aufwendigen Umbau der bestehenden Anlagen, wie es aus der EP-A-0 303 541 sowie der US-A-4,884,745 zu erkennen ist.
Die Durchschlagsfestigkeit von trockener Luft beträgt 20.000 - 30.000 V/cm, wobei dieser Wert noch stark abhängig ist von verschiedenen Einflußgrößen, wie z.B. Temperatur, Feuchtigkeit, usw.
Je nach Elektrodenform bilden sich vor einem Durchschlag in der Luft noch Übergangsformen aus, die man als GLIMM- oder BUSCHELENTLADUNG bezeichnet. Sie führen den vernebelten Lack zu größeren Tropfen zusammen und verschlechtern die Qualität der Lackierung beträchtlich.
Ein weiteres Problem betrifft die elektrischen Anlagen wie Steuerung und Regelung, die durch die hohe Spannung beeinflußt und/oder zerstört werden und somit zum Ausfall der Gesamtanlage führen. - Die Gefahr für das Bedienungspersonal ist beträchtlich, wenn es sich im Bereich der Anlage befindet, da aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des Lackes die Gesamtanlage unter Hochspannung steht.
Wegen des sehr hohen Austrages von Farbnebel in solchen Lackieranlagen ist auch die benötigte elektrische Energie sehr groß.
Bisher erfolgte die Zerstäubung von Farben und anderen Flüssigkeiten über rotierende Scheiben oder becherförmige Körper mit hoher Umfangsgeschwindigkeit, die in ihrer axialen Mitte eine Farbaustrittsbohrung aufweisen, durch die das zu Zerstäubende Fluid austritt.
Nach dem Austritt aus der Bohrung bildet sich an der Austrittsfläche des rotierenden Körpers ein Flüssigkeitsfilm aus, der durch die Fliehkraft auf der Fläche des rotierenden Körpers verteilt wird. Kann die Fliehkraft durch die Adhäsionskraft nicht mehr kompensiert werden, zerreißt der Flüssigkeitsfilm.
Durch die Oberflächenspannung des Fluides bilden sich tropfenförmige Partikel, welche vertikal abgeschleudert werden.
Ein achsparalleler Luftstrom, der ringförmig angeordnet ist, beugt den Partikelstrom.
Nachteilig dabei ist, daß die zum Zerreißen erforderlichen Fliehkräfte höchste Umdrehungszahlen benötigen, die große Ansprüche an die Rundlaufgenauigkeit und Wuchtigkeit stellen.
Ebenso ist der enorme Druckluftbedarf zum Beugen des Partikelstromes als nachteilig anzusehen. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, mit geringen elektrostatischen Feldern auszukommen und dadurch die Betriebsspannung zu senken. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, die zum Vernebeln benötigten Bauteile so auszubilden, daß sie aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften ein Weiterleiten der Hochspannung in die Flüssigkeit verhindern, sowie über Einbringen von Isoliergasen in die Nebelatmosphäre die elektrische Leitfähigkeit so zu verändern, daß ein Durchschlagen vermieden werden kann.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Die Vorrichtung nach der Erfindung ist so ausgebildet, daß ein Durchschlagen der Hochspannung durch den Flüssigkeitshebel oder die zu vernebelnde Flüssigkeit ausgeschlossen ist.
- In der Ausgestaltung der Erfindung nach den Ansprüchen 1-11 wird die Erfindung im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
- Die Vorrichtung zum Zerstäuben elektrisch leitender Flüssigkeiten und zum elektrostatischen Partikeltransport ist - wie in der Ausführungsform gezeigt - ein kompaktes Gerät, das direkt in eine bestehende Lackieranlage eingebaut werden kann, wie sie im allgemeinen zum Lackieren oder Pulverbeschichten von Bauteilen Verwendung findet. Dabei kann der bestehende Flüssigkeits- oder Pulverkreislauf unverändert bleiben. Diese Medien werden vorzugsweise aus Vorratsbehältern, die über Rohrleitungen die Lackieranlage versorgen, aber nicht in der Zeichnung dargestellt sind, gefördert. Da in einer Serienfertigung unterschiedliche Medien eingesetzt werden müssen, benutzt man dazu Vorratsbehälter in denen unterschiedliche Medien bereitstehen, die durch Anforderung z.B. einer rechnergestützten Elektronik gefördert werden können. Über ein Kaskadenventil wird somit die Vorrichtung mit dem gewünschten Medium versorgt. Durch eine Leitung (10) tritt das unter Druck stehende Medium in die Vorrichtung ein und wird über eine Bohrung (11') in den Ringspalt geleitet, der durch den Kontaktträger (7) und die Rohrhülse (9) gebildet wird. Am vorderen Ende dieses Bauteiles tritt das Medium ringförmig aus und benetzt den rotierenden Körper (1). Dabei wird das Medium durch die Rotation feinst verteilt. Damit die feinsten Partikel nicht nur radial abgeschleudert werden, lenkt man sie durch Luftstrahlen (6) ab und leitet sie in den Ionisationsraum, der durch die kugelförmige Elektrode (2) und die Ringelektrode (3) gebildet wird, ein. Zwischen den Elektroden (2) und (3) wird hochfrequent wechselnd Hochspannung angelegt und somit der aus Partikeln bestehende Nebel elektrostatisch geladen. Wie im Stand der Technik bekannt, werden diese Partikel danach von den an Masse liegenden Teilen angezogen.
- Gemäß der Erfindung werden die Luftstrahlen zum Ablenken des Nebels so ausgebildet, daß die in ihrer Richtung stufenlos einstellbar sind. Dies wird erreicht, da die aus einer Glaskeramik bestehenden, achsparallel angeordneten Austrittsröhrchen über einen mit Nocken versehenen Stellring (14) aus der Achsrichtung gebracht werden können. Die Luftversorgung erfolgt über die Zentralbohrung (12) und eine Querbohrung (13). Bei sehr hohen elektrostatisch geladenen Feldern wird in die Querbohrung (13) ein Isoliergas, vorzugsweise Schwefelhexafluorid (SF₆), eingemischt.
- Erfindungsgemäß kann dieses Isoliergas selbstverständlich auch in der zu vernebelnden Flüssigkeit physikalisch gelöst werden. Man erreicht dadurch auch eine höchste Isoliergasdichte im Ionisationsraum, die bei stärksten elektrostatischen Feldern ein Durchschlagen verhindert. Dies ist in größtem Maße bei metallpartikelgefüllten Medien von entscheidender Notwendigkeit.
Bei der im Schnitt gezeichneten Vorrichtung sind sämtliche Teile, die sich in der Nähe oder im elektrostatischen Feld befinden, aus einem nichtleitenden Werkstoff hergestellt. Außer der Mittelelektrode (8), die aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise Kupfer (Cu) besteht, sind der Körper und die dazugehörigen Kugellager (18) aus nichtleitenden, keramischen Werkstoffen, z.B. Siliziumnitrid (SiN), gefertigt. Der Vorteil dieser Werkstoffe liegt nicht nur in der extrem hohen Durchschlagsfestigkeit, sondern auch in der geringen spezifischen Dichte begründet. Ein weiterer Grund liegt in der polykristallinen Struktur, die Oberflächen mit geringsten Rauhtiefen zuläßt. Durch diese Eigenschaften wird aufgrund der geringen Masse und der Glattheit der Oberflächen der Energiebedarf zum Antreiben beträchtlich gesenkt. Der geringe Ausdehnungskoeffizient dieser Werkstoffe führt dazu, daß Vorrichtungen dieser Art in einem hohen Temperaturbereich eingesetzt werden können. - Erfindungsgemäß sind die kugelförmig ausgebildete Elektrode (2) und die Ringelektrode (3) aus Kohlenstoffkeramik hergestellt. Die Vorzüge dieses Werkstoffes liegen in der guten elektrischen Leitfähigkeit und der geringen Hysterese bei einem wechselnd anliegenden Feld. Dadurch kommt es nur zu geringen Erwärmungen, die sich deshalb nicht störend auf den Farbnebel auswirken.
Claims (11)
- Vorrichtung zum Zerstäuben und zum elektrostatischen Partikeltransport elektrisch leitender Flüssigkeiten oder mikrostaubförmiger Pulver, gekennzeichnet durch einen rotierenden Körper (1) aus Keramik, eine kugelförmige Mittelelektrode (2) und eine ringförmige Außenelektrode (3), wobei zwischen letzteren beiden hochfrequent wechselnde Hochspannung anliegt, sowie einen achsparallel verlaufenden Ringspalt (4) und eine Vorrichtung zur Mengenregulierung (5), mit der der Ringspalt (4) in seinem Querschnitt veränderbar ist.
- Vorrichtung zum Zerstäuben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beugen des Nebels Luftstrahlen (6) verwendet werden, welche in ihrer Richtung stufenlos einstellbar sind.
- Vorrichtung zum Zerstäuben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Luftstrahlen zum Beugen des Nebels Isoliergas, vorzugsweise Schwefelhexafluorid (SF₆), eingemischt ist.
- Vorrichtung zum Zerstäuben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Isoliergas in der zu vernebelnden Flüssigkeit physikalisch gelöst ist.
- Vorrichtung zum Zerstäuben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliergas sonochemisch gelöst ist.
- Vorrichtung zum Zerstäuben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Elektrodenträger (7), der aus einem Dielektrikum, vorzugsweise aus Keramik, besteht, achsmittig ein elektrischer Leiter (8) hindurchführt, mit dem die kugelförmige Metallelektrode (2) kontaktiert wird.
- Vorrichtung zum Zerstäuben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenträger (7) drehbar ist.
- Vorrichtung zum Zerstäuben nach Anspruch 7, daduch gekennzeichnet, daß der Außenmantel mit einem gewindeförmigen Profil ausgebildet ist, welches als Transportschnecke für pulverförmige Partikel einsetzbar ist .
- Vorrichtung zum Zerstäuben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (4) durch eine aus einem Dielektrikum bestehende Rohrhülse (9) gebildet wird, welche durch Verschieben in axialer Richtung den Ringspalt (4) vergrößert oder verkleinert.
- Vorrichtung zum Zerstäuben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrhülse (9) als Lagerkonsole für den rotierenden Körper (1) ausgebildet ist.
- Vorrichtung zum Zerstäuben nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf den rotierenden Körper (1) eine Turbinenschaufel (11) aufgeschrumpft ist, die durch eine Bohrung (12) mit Druckluft versorgt wird, welche über eine Auslaßbohrung (13) abgeführt wird.
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