Vorrichtung und Verfahren zum elektrostatischen Überziehen von Gegenständen mit Fluiden

Abstract

 Die Erfindung schlägt eine Hochrotationsglocke zur Applikation von Fluiden mit schnellem Abdunstverhalten vor, bei welcher die Impaktabscheidung von weitgehend abgedunsteten Lackpartikelchen an der Hochrotationsglokke dadurch vermieden wird, daß die Flugbahn der im Bereich des Toruswirbels zur Hochrotationsglocke zurückfliegenden Lackpartikelchen durch elektrische oder magnetische oder aerodynamische Kräfte oder Kombinationen dieser Kräfte beeinflußt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum elektrostatischen überziehen von Gegenständen mit FLuiden gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches und ein Verfahren zum elektrostatischen überziehen von Gegenständen mit FLuiden gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 13, des Anspruches 14 und des Anspruches 15.

[0002] Zum AppLizieren von Fluiden, z.B. Lacken, werden schnellaufende, sogenannte Glockenzerstäuber eingesetzt, die im inneren Teil aufgrund ihrer Ausbildung wie eine Turbomaschine wirken, d.h. sie saugen aus der umgebenden Atmosphäre Gas an, Lenken dieses um und transportieren es wieder nach außen, so daß innerhalb und vor dem Glockenhohlraum ein Toruswirbel entsteht.

[0003] Bei der AppLikation von FLuiden mit schnellem Abdunstverhalten, z.B. den heute in großem Umfang Einsatz findenden sogenannten Metallic-Basislacken, enthält das Gas Partikelchen, z.B. Lackpartikelchen, die an der NabenpLatte des Glockenzerstäubers abgeschieden werden und zu einer Verschmutzung dieser Nabenplatte führen. Da die abgeschiedenen PartikeLchen nicht oder nur noch schlecht fließfähig sind, wachsen auf der NabenpLatte feststoffreiche Grate, die nach einer kurzen Zeit - abhängig von ihrer Größe - von der Nabenplatte abgeschleudert werden, in den von dem GLockenzerstäuber geführten Lackfilm geraten und auf das zu beschichtende bzw. zu Lackierende Objekt geraten und hier erhebliche Oberflächenstörungen hervorrufen. Dieser Vorgang der Verschmutzung der Nabenplatte und das Abreißen dieser abgeschiedenen Grate erfolgt sehr schnell, so daß ein Lackiervorgang üblicherweise nicht beendet werden kann, ohne daß es zu den vorerwähnten OberfLächenstörungen kommt.

[0004] Bei FLuiden, z.B. Lacken, die ein Langsames Abdunstverhalten haben, sind diese PartikeLchen beim Auftreffen auf die Nabenplatte noch so feucht, daß ein Anhaften nicht erfolgt und die auf der Nabenplatte abgeschiedenen LackpartikeLchen unmittelbar auf der NabenpLatte radial beschleunigt werden und in den frisch dosierten Lackstrom hineingelangen, ohne daß es zu Materialansammlungen und damit zu Oberflächenstörungen auf dem zu Lackierenden Gegenstand kommt.

[0005] Bei hochviskosen oder niedrigviskosen Lacken oder FLuiden geben die Einrichtungen gemäß der DE-PS 3o o5 677 bzw. der DE-OS 3o 47 67o eine ausreichende Lösung. Für Lacke mit schnellem Abdunstverhalten, z.B. Metallic-Basislacken, geben diese bekannten Einrichtungen keine Anregung zur Vermeidung der vorstehend erläuterten Schwierigkeiten.

[0006] Es ist in der Praxis auch bekanntgeworden, die Nabenplatte mit FrischLack über eine Bypaßströmung zu benetzen. Diese Lösung neigt zu Verschmutzungen in der engen Bohrung, da ein solcher kleiner Durchmesser der Bohrung notwendig ist, um den Bypaßstrom beim Durchtritt in Rotation zu versetzen. Um die Funktion des Bypasses sicherzusteLLen, benötigen diese Systeme eine zentrale Materialzufuhr und so ist es nicht mögLich, für unverträgLiche FLuide sowie für Lösungsmittel getrennte ZuführungskanäLe anzubringen, so daß ein schneller Farbwechsel bei diesen bekannten Einrichtungen nur sehr beschränkt durchführbar ist. Auch treten bei der bekannten Lösung häufig sogenannte Farbverschleppungseffekte auf. Durch nicht ausreichende SpüLung kann es zudem zu Verstopfungen in der Bohrung und damit zu Benetzungsstörungen der NabenpLatte kommen.

[0007] Der Erfindung Liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen von Fluiden mit schnellem Abdunstverhalten mittels einer Hochrotationsglocke zu erreichen, wobei die Wirkung des ToruswirbeLs und damit das Verschmutzen der Nabenplatte der Hochrotationsglocke ausgeschaltet ist.

[0008] Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch den LösungsvorschLag gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches gelöst, d.h. es wird vorgeschlagen, daß der zum zu beschichtenden Objekt hingerichtete GLockenhohLraum durch einen nach vorne über den Glockenhohlraum vorstehenden Körper ergänzt ist, der drehfest und elektrisch Leitend mit der mit hoher DrehzahL umlaufenden GLocke verbunden ist.

[0009] Weiterhin wird gemäß der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß vor dem Glockenhohlraum der Sprühglocke über einen eLektrisch mit der Sprühglocke verbundenen Körper ein elektrisches FeLd erzeugt wird.

[0010] Ein weiterer VorschLag gemäß der Erfindung sieht vor, daß im Bereich der Außenseite eines vor dem HohLraum der SprühgLocke angeordneten Körpers ein magnetisches Feld erzeugt wird.

[0011] Ein weiterer VorschLag gemäß der Erfindung sieht vor, daß der vorerwähnte Körper als ein aerodynamischer Verdrängerkörper ausgebildet ist, der eine Umströmung durch die im ToruswirbeL zurückfliegenden TeiLchen bewirkt.

[0012] Mit anderen Worten ausgedrückt schlägt die Erfindung vor, die Impactabscheidung schon weitgehend abgedunsteter LackpartikeLchen an der Hochrotationsglocke dadurch zu vermeiden, daß die FLugbahn der im Bereich des ToruswirbeLs zur HochrotationsgLocke zurückfliegenden LackpartikeLchen durch elektrische oder magnetische oder aerodynamische Kräfte bzw. durch die Kombination der vorgenannten Kräfte beeinflußt wird.

[0013] Die Erfindung geht dabei von der überlegung aus, daß

a) ein elektrisch geLadenes TeiLchen im elektrischen FeLd eine Kraft in Richtung der elektrischen FeLdLinien erfährt,

b) ein elektrisch geladenes TeiLchen im magnetischen FeLd eine Kraft senkrecht zu den magnetischen FeLdLinien erfährt und

c) ein MasseteiLchen in einer Gasströmung bei der Umströmung eines aerodynamischen Verdrängerkörpers durch SchLeppkräfte so umgelenkt wird, daß eine Abscheidung auf dem aerodynamischen Verdrängerkörper unterbLeibt.

[0014] Die Anwendung jeder dieser drei vorerwähnten MögLichkeiten oder die Kombination einer oder mehrerer der vorerwähnten MögLichkeiten, führt zu Hochrotationsglocken, mit denen problemlos auch FLuide mit schnellem AbdunstverhaLten, z.B. Basis-MetaLLic-Lacke, appliziert werden können, ohne daß es zu Verschmutzungen der Nabenplatte und damit zu einem Abreißen dieser abgeschiedenen Verschmutzungspartikelchen von der Nabenplatte kommt, die zu Störungen in der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes führen würden.

[0015] Die vorstehend aufgezeigten MögLichkeiten zur Beeinflussung der FLugbahn der LackpartikeLchen wird gemäß der Erfindung wie folgt realisiert:

Die Sprüh- und Hochrotationsglocke liegt bekanntlich an Hochspannung. Diese ist notwendig, um den Lack aufzuladen und die versprühten LackpartikeLchen zum zu beschichtenden Objekt hin zu transportieren. Vor der Hochrotationsglocke wird ein aerodynamischer Körper angebracht, der mit der GLocke elektrischleitend fest verbunden ist und der damit auf gleichem Spannungspotential Liegt wie die Hochrotationsglocke.

[0016] Die im Toruswirbel zurückfliegenden PartikeLchen haben entweder Ladung gleicher PoLarität wie die Hochrotationsglocke oder sie haben eine entgegengesetzte PoLarität oder sie sind ungeladen. Alle drei MögLichkeiten können in der zurückströmenden PartikeLchenwoLke auftreten.

[0017] Der vor der Hochrotationsglocke und an dieser drehfest angeordnete Körper wird so ausgebildet, daß er an einer Stelle,durch die die Lackpartikelchen, die bevorzugt abgeschieden werden, zurückfliegen, die örtliche FeLdstärke die Durchbruchsfeldstärke im umgebenden Gas erreicht bzw. überschritten wird, so daß Ladungen emittiert werden. Dadurch entsteht an dieser SteLLe eine Ladungswolke. Die zurückfliegenden PartikeLchen werden in dieser LadungswoLke weiter aufgeladen oder - bei ursprünglich vorhandener entgegengesetzter PoLarität - umgeLaden. Anfliegende ungeladene PartikeLchen werden erneut aufgeladen.

[0018] Da die Richtung der FLugbahn der anfliegenden Partikelchen nicht mit der Richtung der FeLdLinien im Bereich des aerodynamischen Körpers übereinstimmt, werden die PartikeLchen vom aerodynamischen Körper weggedrängt (Einfluß der elektrischen Abstoßkraft P_el

Eine ähnliche Wirkung haben die magnetischen Kräfte. Diese Lenken die geladenen PartikeLchen in Richtung der Rotationsbewegung der SprühgLocke um. Durch die dabei auftretende FLiehkraft wird den PartikeLchen ebenfaLLs eine Kraft aufgeprägt, die die FLugbahn der TeiLchen vom aerodynamischen Körper wegdrängt

[0019] Die geometrische Kontur des aerodynamischen Verdrängerkörpers wird so ausgebildet, daß das Gas diesen Körper so umströmt, daß die anfliegenden Lackpartikelchen nicht die MögLichkeit haben, die ^{Strömungsgrenzschicht} zu durchdringen (P_ae = K x w²·D²)

[0020] In den vorstehenden GLeichungen bedeutet:

Q Ladung der Tröpfchen

D Durchmesser der PartikeLchen

v Anfluggeschwindigkeit

w ReLativgeschwindigkeit zwischen Gas und Tröpfchen

K Geometriekonstante.

[0021] Eine BeeinfLussung der BahnLinien der LackpartikeLchen kann gemäß der Erfindung aber auch dadurch erfolgen, daß gegen die Richtung der anfliegenden LackpartikeLchen eine HiLfsgasströmung an den aerodynamischen Körper angelegt wird, die eine AbLenkung der Toruswirbelströmung von der Kontur wegbewirkt.

[0022] Durch einen axial erzeugten Gasfreistrahl kann an der gesamten Kontur des aerodynamischen Körpers eine angelegte Gasströmung erreicht werden. Durch die dadurch auftretenden SchLeppkräfte werden die PartikeLchen vom aerodynamischen Körper weggedrängt.

[0023] Die EinzeLkräfte oder die resultierende Kraft aus den Kombinationen dieser Einzelkräfte bewirkt, daß anfliegende LackpartikeLchen die Oberfläche des Körpers nicht treffen und damit eine Verschmutzung des Körpers nicht auftritt und so die bisher zu befürchtenden OberfLächenstörungen im Lackierobjekt mit Sicherheit vermieden werden.

[0024] AusführungsbeispieLe der erfindungsgemäßen Anordnung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen dabei in

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einem aerodynamischen Verdrängerkörper mit einer parabelförmigen Kontur, in

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit einem aerodynamischen Verdrängerkörper mit der Kontur einer invertierten ParabeL, in

Fig. 3 den Verdrängerkörper gemäß Fig. 1 mit Zuführung eines GasfreistrahLes, in

Fig. 4 schematisch das Zusammenwirken der verschiedenen erfindungsgemäß mögLichen Beeinflussungen der zurückfliegenden PartikeLchen, in

Fig. 5 die zum Stand der Technik gehörende Hochrotationsglocke mit eingezeichnetem Toruswirbel und GratbiLdung auf der Nabenplatte und in

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Hochrotationsglocke.

[0025] In den Zeichnungen ist mit 1 der Glockenkörper einer Hochrotationsglocke bezeichnet, wobei dieser GLockenkörper 1 aus elektrisch Leitfähigem Werkstoff, z.B. ALuminium, besteht. Die Nabenplatte dieses GLockenkörpers 1 ist mit 1o bezeichnet. Die Lackzufuhr erfolgt über eine ZufuhrLeitung 11 an die Rückseite der Nabenplatte 1₀. Der LackfiLm wird durch entsprechende Durchtrittsöffnungen 12 in der NabenpLatte an die Innenseite der RotationsgLocke geführt und vom äußeren Rand der Rotationsglocke, wie dies besonders deutlich Fig. 5 zeigt, abgeschleudert.

[0026] Eine Elektrodennadel 6 (Fig. 6) oder ein aerodynamisch geformter Verdrängerkörper 3 wird über eine Aufnahmevorrichtung 2 an der Nabenplatte 1o festgelegt und dadurch elektrisch Leitend mit der Hochrotationsglocke verbunden. Die Aufnahmevorrichtung 2 zur Verbindung der Elektrodennadel 6 oder des Verdrängerkörpers 3 mit der Nabenplatte 1o muß aus elektrisch Leitfähigem Werkstoff bestehen.

[0027] Der Verdrängerkörper 3 kann hohl ausgebildet sein, wobei der so geschaffene HohLraum durch Zwischenstücke 4 aus magnetischem Werkstoff ausgefüllt sein kann. An der Spitze des Verdrängerkörpers 3 ist eine aus elektrisch Leitfähigem Werkstoff bestehende Elektrodennadel 6 angeordnet oder der Verdrängerkörper ist, wie dies Fig. 2 zeigt, an seiner Spitze so ausgebildet, daß durch Formgebung die ELektrodennadel 6 geschaffen wird.

[0028] Im Inneren des Verdrängerkörpers ist ein Magnet 8 aLs Permanentmagnet eingebaut.

[0029] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist der Verdrängerkörper so ausgebildet, daß eine HiLfsgasströmung A an der Außenseite des Verdrängerkörpers 3 mit Unterstützung des GasfreistrahLes angelegt wird, der in Richtung auf das zu beschichtende Objekt hingerichtet ist und der zu einer AbLenkung der Toruswirbelströmung führt, die bei 9 in Fig. 3 eingezeichnet ist.

[0030] Gemäß Fig. 1 weist die Außenseite des Verdrängerkörpers 3 die Kontur einer ParabeL auf, während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 der Verdrängerkörper 3 die Außenkontur einer invertierten ParabeL besitzt.

[0031] In Fig. 4 sind die auftretenden magnetischen FeLdLinien, die aerodynamischen StromLinien und die elektrischen FeLdLinien eingezeichnet.

[0032] Die aerodynamischen StromLinien tragen dabei das Bezugszeichen X, die magnetischen FeLdLinien das Bezugszeichen Y und die elektrischen FeLdLinien das Bezugszeichen Z.

[0033] Die Hochrotationsglocke kann beispielsweise an 9o KVO Hochgleichspannung Liegen und der Radius der Etektrodennadel 6 1mm betragen. Dann entsteht eine FeLdstärke von 9o KV/mm. Da die Durchbruchsfeldstärke in Luft nur 3 KV/mm beträgt, entsteht die hohe FeLdstärke von 9o KV/mm nicht, sondern es entsteht ein Ladungsstrom der zum GegenpotentiaL, d.h. beispielsweise eine zu beschichtende Fahrzeugkarosserie,gerichtet ist und dadurch die Ladungswolke erzeugt.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum elektrostatischen überziehen von Gegenständen mit Fluiden, insbesondere flüssiger Farbe mit schnellem Abdunstverhalten, mit einer um eine feststehende Achse mit hoher Drehzahl rotierenden GLocke, einer Farbzuführungsvorrichtung zum Zuführen der Farbe zum Inneren der GLocke und einer Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspannung an der GLocke, dadurch gekennzeichnet, daß an dem zum zu beschichtenden Objekt hingerichteten GLockenhohLraum ein Körper angeordnet ist, der drehfest und elektrisch Leitend mit der mit hoher DrehzahL umlaufenden GLocke (1) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aLs Elektrodennadel (6) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aLs aerodynamischer Verdrängerkörper (3) ausgebiLdet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (3) eine Außenkontur entsprechend einer invertierten ParabeL aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (3) eine Außenkontur entsprechend einer ParabeL aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränaerkörper (3) die Außenkontur einer HaLbkugeL aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (3) die Außenkontur einer HyperbeL aufweist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dem zu beschichtenden Objekt zugewandte Ende des Verdrängerkörpers (3), d.h. an dem ScheiteL des Verdrängerkörpers (3), eine Spitze ausgeformt und/oder angebracht ist, deren Radius möglichst nahe Null ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Verdrängerkörpers (3) ein Magnet (8) zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Bereich außerhalb des Verdrängerkörpers (3) angeordnet ist.

1₀. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper aus einem elektrisch Leitfähigen Werkstoff besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des Verdrängerkörpers (3) aus elektrisch leitfähigem Werkstoff besteht.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (3) eine oder mehrere Austrittsöffnungen für einen Gasfreistrahl aufweist (Fig. 3).

13. Verfahren zum elektrostatischen überziehen von Gegenständen mit FLuiden, insbesondere flüssiger Farbe mit schnellem Abdunstverhalten, durch Zuführen der FLüssigkeit zu einer unter Hochspannung stehenden, mit hoher Drehzahl umlaufenden Sprühalocke - Hochrotationsglocke - und AbschLeudern der FLüssigkeit von der Sprühkante der GLocke auf den zu beschichtenden Gegenstand hin, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem HohLraum der Sprühglocke über einen elektrisch mit der Sprühglocke verbundenen Körper ein elektrisches FeLd erzeugt wird, das an mindestens einer SteLLe die DurchbruchsfeLdstärke in Luft überschreitet.

14. Verfahren zum elektrostatischen überziehen von Gegenständen mit FLuiden, insbesondere fLüssiger Farbe mit schneLLem Abdunstverhalten, durch Zuführen der FLüssigkeit zu einer unter Hochspannung stehenden, mit hoher Drehzahl umLaufenden Sprühglocke - HochrotationsgLocke - und AbschLeudern der FLüssigkeit von der Sprühkante der GLocke auf den zu beschichtenden Gegenstand hin, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Außenseite eines vor dem HohLraum der Sprühglocke angeordneten Körpers ein magnetisches FeLd erzeugt wird.

15. Verfahren zum elektrostatischen überziehen von Gegenständen mit FLuiden, insbesondere flüssiger Farbe mit schnellem Abdunstverhalten, durch Zuführen der FLüssigkeit zu einer unter Hochspannung stehenden, mit hoher Drehzahl umlaufenden Sprühglocke - Hochrotationsglocke - und AbschLeudern der FLüssigkeit von der Sprühkante der GLocke auf den zu beschichtenden Gegenstand hin, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Hohlraum der Sprühlglocke, diesen abdeckend, über einen aerodynamischen Verdrängerkörper eine AbLenkung der im Toruswirbel zur Hochrotationsglocke zurüekfliegenden Lackpartikelchen durch aerodynamische Kräfte erzielt t wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Feld zusätzlich zu dem eLektrischen Feld erzeugt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 13 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische FeLd zusätzlich zu der aerodynamischen UmLenkung erzeugt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 13, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches FeLd und/oder ein magnetisches FeLd und/oder eine aerodynamische UmLenkung erfolgt.

19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum des Verdrängerkörpers ein auf das mit flüssiger Farbe zu beschichtende Objekt hingerichteter Gasstrahl erzeugt wird.

2₀. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß an der gesamten Außenkontur des Verdrängerkörpers eine HiLfsgasströmung erzeugt wird, die auf das zu beschichtende Objekt hingerichtet ist.

Zeichnung