Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Aufsprühen von Pulverteilchen auf eine zu beschichtende Oberfläche

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufsprühen von Pulverteilchen auf eine zu beschichtende Oberfläche. Das aus einer Düse (19) axial austretende Fördergas-Pulvergemisch wird von einem radial austretenden Steuerluftstrom aufgeweitet und damit die gewünschte Sprühwolke gebildet. Die elektrostatische Aufladung des Pulvers erfolgt durch einen ionisierten Gasstrom, der getrennt von dem Steuerluftstrom in das Fördergas-Pulvergemisch eingeleitet wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen Aufsprühen von in einem Fördergasstrom zugeführten Pulverteilchen auf eine zu beschichtende Oberfläche mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

[0002] Bei einer derartigen Sprühvorrichtung (DE-OS 23 12 363) wird das Fördergas-Pulvergemisch an einer Ablenkeinrichtung vorbeigeführt, aus der ein Luftstrom radial austritt. Durch Regulieren des radialen Luftstroms läßt sich die Pulverwolke Formen. Zum Ionisieren des Pulvers ist eine innerhalb des Rohres im Wege des Fördergas-Pulvergemisches angeordnete Elektrode vorgesehen.

[0003] Es ist auch bekannt (DE-OS 24 46.022), von dem zur Zerstäubung dienenden Luftstrom einen Teilluftstrom abzuzwei_- gen und den Teilstrom beim Vorüberführen^-an mindestens einer Nadelelektrode zu ionisieren und außen auf den austretenden Sprühlstrahl zu richten. Dabei ragt die Nadelelektrode frei nach außen und ist der zu beschichtenden Oberfläche zugekehrt.

[0004] Bei einer Sprühvorrichtung für Naßlack ist es bekannt (US-PS 3 049 092), die Zerstäuberluft an einem stirnseitig vorgesehenen Prallkörper radial umzulenken und den austretenden Luftstrom zum Zerstäuben des aus einem Ringspalt axial austretenden Naßlackes zu verwenden. Dabei ist der Zerstäuberluftstrom mit Rücksicht auf eine vollständige Zerstäubung des Lackes nur in engen Grenzen regelbar. Die Ionisierung erfolgt durch eine Korona-Entladung im Bereich der Außenkante des Prallkörpers, wobei die Hochspannung dem gesamten Sprühkopf zugeführt wird.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Sprühwolke besser geformt und die Pulverteilchen in einer Weise ionisiert werden, daß eine gleichmäßigere Beschichtung der Werkstückoberfläche erzielt werden kann.

[0006] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäβ mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

[0007] Erfindungsgemäß erfolgt die Zuführung des ionisierten Gasstroms getrennt von dem Steuerluftstrom, der zum Aufweiten des Fördergas-Pulvergemisches dient. Da der Steuerluftstrom für sich dem Druck und der Menge nach regelbar ist, läßt sich die gewünschte Form der Sprühwolke in einfacher und vorteilhafter Weise einstellen. Die Ionisierung des Fördergas-Pulvergemisches erfolgt durch den ionisierten Gasstrom, der stromab des Steuerluftstroms in das Fördergas-Pulvergemisch eingeleitet wird. Damit wird der ionisierte Gasstrom in das Fördergas-Pulvergemisch in einem Bereich verminderter Strömungsgeschwindigkeit eingeleitet, nämlich stromab des zum Aufweiten und Abbremsen dienenden Steuerluftstroms, so daß die Einwirkungsdauer zur Ionenanlagerung an die Pulverteilchen verlängert wird.

[0008] Durch die Anordnung der Elektrode wird eine direkte Feldeinwirkung auf die zu beschichtende Fläche vermieden. Die Wirkung des von der Elektrode ausgehenden elektrischen Feldes auf die zu beschichtende Fläche wird vermindert. Insbesondere wird die Feldlinienkonzentration von Kanten und Vorsprüngen der zu beschichtenden Oberfläche vermieden, so daß sich eine gleichmäßigere Beschichtung erzielen läßt. Der ionisierte Gasstrom ist außerdem von dem Steuerluftstrom unabhängig und daher für sich optimal einstellbar.

[0009] Gemäß Patentanspruch 2 ist ergänzend zur elektrostatischen Aufladung durch den ionisierten Gasstrom auch eine unmittelbare Aufladung des Fördergas-Pulvergemisches vorgesehen. Erfindungsgemäß kann die elektrostatische Aufladung der Pulverteilchen durch Regelung der direkten Aufladung und durch Regelung des ionisierten Gasstroms verändert und optimal eingestellt werden. Die Regelung der direkten Aufladung kann entweder durch Änderung der an die Elektrode angelegten Spannung oder durch Mittel zum Abschwächen des elektrischen Feldes erfolgen. Die Aufladung durch den ionisierten Gasstrom läßt sich am einfachsten durch Regelung.des Gasvolumens erzielen.

[0010] Die zum Durchführen des Verfahrens bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung ist in den Patentansprüche 3 bis 12 gekennzeichnet.

[0011] Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 einen Schnitt durch das Vorderteil einer Sprühvorrichtung,

Figur 2 einen Schnitt durch das Vorderteil in geänderter Ausführungsform.

[0012] In Figur 1 ist das Gehäuse einer Sprühvorrichtung 10 mit 11 bezeichnet und weist eine Längsbohrung 12 auf, in der ein Rohr 14 angeordnet ist, das über die vordere Stirnfläche 15 des Gehäuses 11 hinaus verlängert ist und aus elektrisch isolierendem Werkstoff besteht.

[0013] Das Fördergas-Pulvergemisch wird auf der nicht dargestellten Rückseite der Sprühvorrichtung in bekannter Weise in den zwischen der Gehäusebohrung 12 und dem Rohr 14 gebildeten ringförmigen Kanal 18 eingeleitet und verläßt den Kanal an der Austrittsdüse 19 in einem im wesentlichen axial gerichteten Strom.

[0014] Am vorderen Ende des Rohres 14 ist ein Einsatzkörper 20 angeordnet, der das Ende eines innerhalb des Rohres 14 angeordneten weiteren Rohres 21 übergreift. In dem Ringspalt 22 zwischen den beiden Rohren 14 und 21 wird ein Gasstrom herangeführt, dem durch eine oder mehrere schraubenförmige Nuten 23 am Außenumfang des Einsatzkörpers 20 ein Drall erteilt wird und anschließend einen Ringkanal 24 zwischen dem Einsatzkörper 20 und dem Rohr 14 durchströmt. Aus dem Ringkanal 24 tritt der Gasstrom durch einen radialen Spalt zwischen der vorderen Stirnfläche 25 des Rohres 14 und einer radialen Schulter 26 am Einsatzkörper radial aus. Der Einsatzkörper 20 fluchtet mit dem äußeren Durchmesser des Rohres 14 und bildet eine vordere stirnseitige Verlängerung des Rohres innerhalb des durch das Rohr 14 vorgegebenen Querschnitts.

[0015] Die aus dem Spalt 25,26 austretende Steuerluft dient zum Abbremsen und Aufweiten des aus der Austrittsdüse 19 austretenden Fördergas-Pulvergemisches. Durch entsprechende Bemessung der Steuerluft kann die gewünschte Form der Pulverwolke sehr genau eingestellt werden. Zur Bemessung der Steuerluft dient ein nicht dargestelltes Ventil in der Zuleitung der Steuerluft.

[0016] Ein weiterer Gasstrom tritt durch eine Längsbohrung 28 des inneren Rohres 21 und durch eine Sackbohrung 29 und mehrere radiale Bohrung 30 in eine Ausnehmung 31 in der Stirnseite des Einsatzkörpers 20. Die Stirnfläche 32 ist hohlkegelförmig. In der so gebildeten Ausnehmung 31 sind eine scheibenförmige Elektrode 34 und eine Isolierstoffscheibe 35 angeordnet. Die Elektrode 34 ist mit einem Sockel 33 versehen, der in dem Einsatzkörper 20 mittels einer Isolierstoffhülse 36 befestigt ist. Vorzugsweise trägt der Sockel 33 ein nicht dargestelltes Außengewinde, das mit einem ebenfalls nicht dargestellten Innengewinde der Hülse 36 verschraubt ist, so daß die Breite des zwischen der Stirnfläche 32 und der Außenkante der Elektrode 34 bzw. der Isolierstoffscheibe 35 gebildeten Ringspalts 38 genau einstellbar ist.Eine Zuleitung 39 für die elektrische Hochspannung ist durch die Längsbohrung 28 des inneren Rohres 21 nach vorne geführt und am Sockel 33 bei 40 in der Bohrung 29 befestigt.

[0017] Die Elektrode 34 ist eine sogenannte Halbleiterelektrode, weist also einen verhältnismäßig hohen Ohmschen Widerstand auf. Der elektrische Widerstand der Halbleiterelektrode ist so groß, daß an der Außenkante der scheibenförmigen Elektrode eine Stoßentladung, also ein Kurzschluß nicht möglich ist.

[0018] Der Durchmesser der Isolierstoffscheibe 35 ist größer als der der Elektrode 34, aber kleiner als der vordere Durchmesser des Einsatzkörpers 20. Dadurch werden die Feldstärke und die Feldlinienkonzentration, die von der Außenkante der Elektrode 34 ausgehen, stark vermindert und die unerwünschte Feldwirkung zwischen der Elektrode und Kanten oder Vorsprüngen der zu beschich_- tenden Werkstückoberfläche vermieden.

[0019] Beim Durchströmen des Ringspaltes 38 zwischen der Elektrode 34 und der Stirnfläche 32 wird der durch die radialen öffnungen 30 austretende Gasstrom von dem hohen elektrischen Potential der Elektrode ionisiert und trifft auf das durch die aus dem Spalt 25, 26 austretende Steuerluft abgelenkte Fördergas-Pulvergemisch etwa im Bereich der geringsten Strömungsgeschwindigkeit, nämlich nach dessen Abbremsung durch die Steuerluft. Dabei werden die im Fördergasstrom mitgeführten Pulverteilchen mit dem hochionisierten Gasstrom gleichmäßig durchmischt, wobei die Pulverteilchen elektrostatisch aufgeladen werden, was im wesentlichen durch Anlagern von Gasionen erfolgt. Die Aufladung der Pulverteilchen wird durch die Ionenanlagerung aus dem Gasstrom und auch durch die Verweildauer der Pulverteilchen im Bereich hoher Ionenkonzentration begünstigt. Erfindungsgemäß läßt sich auf diese Weise ein sehr gleichmäßiges Sprühmuster der Pulverwolke ausbilden, die zu einer gleichmäßigen Beschichtung der Oberfläche eines geerdeten Werkstücks führt. Auch ist die Elektrode 34 so angeordnet, daß sie mit dem Pulverstrom nicht in Berührung kommt.

[0020] Die Stärke der Aufladung der Pulverteilchen kann durch Regulieren des Gasstromes durch ein nicht dargestelltes Ventil optimiert werden. Erfindungsgemäß läßt sich durch Regulieren der Steuerluft und des ionisierten Gasstroms Form und Aufladung der Sprühwolke optimieren.

[0021] An der Stirnfläche 15 des Gehäuses 11 kann eine Ringelektrode 42 aus halbleitendem Material eingesetzt sein, die auf nicht dargestellte Weise mit Hochspannung verbunden ist. Die Ringelektrode 42 ist dem Kanal 18 zugekehrt. Die Ringelektrode 42 dient zur zusätzlichen elektrischen Aufladung des Fördergas-Pulvergemisches. Auf dem Gehäuse 11 ist ferner eine Hülse 43 aus Isolierstoff axial verschiebbar, durch die die Wirkung des von der Elektrode 42 erzeugten elektrischen Feldes auf die zu beschichtende Werkstückoberfläche vergrößert bzw. verkleinert werden kann. Auch die an die Elektrode 42 angelegte Spannung kann verändert werden. Auf diese Weise läßt sich die Niederschlagswirkung der Feldkräfte, die einerseits von dem ionisierten Gasstrom und andererseits von der zusätzlichen Elektrode 42 herrühren, aufeinander abstimmen.

[0022] In Figur 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform dargestellt, bei der ebenfalls das an der Außenfläche des Rohres 14 axial strömende Fördergas-Pulvergemisch durch die aus dem Spalt zwischen den Flächen 25 und 26 radial austretende Steuerluft aufgeweitet wird. Ein Gasstrom wird durch eine Längsbohrung 28 des inneren Rohres 21 in eine Bohrung 46 in einem Düsenkörper 47 geführt und tritt durch radiale Bohrungen 48 gleichmäßig verteilt aus. Der Gasstrom wird durch die hohlkegelförmige Stirnfläche 32 des Einsatzes 20 etwa radial nach außen gelenkt und auf das Fördergas-Pulvergemisch gerichtet. Die Ionisierung dieses Gasstroms erfolgt durch eine Nadelelektrode 44, welche in die Bohrung 46 des Düsenkörpers 47 reicht.

Ansprüche

1. Verfahren zum elektrostatischen Aufsprühen von in einem Fördergasstrom zugeführten Pulverteilchen auf eine zu beschichtende Oberfläche, mit einer Sprühvorrichtung, insbesondere Sprühpistole, bei der das Pulver von einem Fördergas zerstäubt und das in axialer Richtung aus einer Austrittsdüse austretende Fördergas-Pulvergemisch von einer Steuerluft aufgeweitet wird, die durch einen radialen Spalt in das Fördergas-Pulvergemisch etwa radial eingeleitet wird, und bei der das Fördergas-Pulvergemisch ionisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein unabhängig von dem Fördergas und/oder der Steuerluft regelbarer Gasstrom in einem getrennten Kanal herangeführt, vor dem Austritt ionisiert und in etwa radialer Richtung im Bereich der verminderten Strömungsgeschwindigkeit des aufgeweiteten Fördergas-Pulvergemischs in dieses eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördergas-Pulvergemisch vor dem Einleiten des ionisierten Gasstroms elektrostatisch aufgeladen wird, wobei die Stärke der elektrostatischen Aufladung und die Ionisation des Fördergas-Pulvergemischs durch Regelung des ionisierten Gasstroms aufeinander abgestimmt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einem nach vorne über eine Austrittsdüse zum Austritt des Fördergas-Pulvergemisches hinaus verlängerten Rohr, in dem ein Ringkanal zum Zuführen einer Steuerluft vorgesehen ist, mit einem zwischen dem vorderen Ende des Rohres und einem das Rohrende verschließenden Einsatzkörper vorgesehenen radialen Spalt, aus dem die Steuerluft zum Aufweiten des Fördergas-Pulvergemisches austritt, und mit einer Elektrode zum Ionisieren des Fördergas-Pulvergemisches, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode zum Ionisieren des getrennt herangeführten Gasstroms gegenüber der zu beschichtenden Oberfläche verdeckt angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrode eine Nadelelektrode (44) in einem innerhalb des Ringkanals (24) für die Steuerluft vorgesehenen Kanals (28) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Stirnende des den Ringkanal (24) für die Steuerluft und den Kanal (28) für den Ionisiergasstrom aufweisenden Rohres eine scheibenförmige Elektrode (34) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnfläche (32) des Einsatzkörpers (20) die scheibenförmige Elektrode (34) angeordnet ist, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Stirnfläche ist und deren Vorderseite von einer _Isolierstoffscheibe (35) abgedeckt ist, und daß aus einer Längsbohrung (29) innerhalb des Einsatzkörpers (20) zum Heranführen eines Gasstroms mehrere radiale Öffnungen (30) in einen ringförmigen, sich radial erstreckenden Spalt (31) ausmünden, der zwischen dem Einsatzkörper (20) und der Elektrode (34) vorgesehen ist, wobei der an der Elektrode ionisierte Gasstrom in etwa radialer Richtung im Bereich der durch die Steuerluft erfolgenden Aufweitung in das Fördergas-Pulvergemisch eingeleitet wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß von hohlkegelförmigen Stirnflächen (32) des Einsatzkörpers (20) eine Ausnehmung gebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vor dem Ende des Rohres (14) liegende Teil des Einsatzkörpers (20) und das Rohr gleiche Querschnitte aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzkörper (20) im Bereich des Ringkanals (22,24) für die Steuerluft mit schraubenförmigen Nuten (23) versehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Mündung des Gehäuses (11) eine Ringelektrode (42) zum Ionisieren des aus der Austrittsdüse (19) austretenden Fördergas-Pulvergemisches vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringelektrode (42) am Innenumfang der Gehäusemündung angeordnet ist und am Außenumfang eine Hülse (43) aus Isolierstoff verschiebbar vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (34) und die Isolierstoffscheibe (35) in der ringförmigen Ausnehmung an der Stirnfläche (32) des Einsatzkörpers (20) angeordnet sind.

Zeichnung