EP0292679A1 - Sprüheinheit zum Sprühbeschichten von Gegenständen - Google Patents

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EP0292679A1
EP0292679A1 EP88105620A EP88105620A EP0292679A1 EP 0292679 A1 EP0292679 A1 EP 0292679A1 EP 88105620 A EP88105620 A EP 88105620A EP 88105620 A EP88105620 A EP 88105620A EP 0292679 A1 EP0292679 A1 EP 0292679A1
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spray
protective tube
gas
unit according
carrier
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EP88105620A
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Guido Rutz
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Gema Switzerland GmbH
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Gema Switzerland GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/001—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means incorporating means for heating or cooling, e.g. the material to be sprayed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/04—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/04—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces
    • B05B5/0426—Means for supplying shaping gas

Definitions

  • the invention relates to a spray unit for spray coating objects, with a spray device, of which at least a part made of electrically conductive material serves as an electrode for electrostatically charging coating material and can be connected to a high-voltage generator, with an elongate carrier made of electrically insulating material, on the front Carrier end of the spray device is attached, and with a protective tube made of electrically insulating material, which surrounds the spray device and the front support end, with a rear support portion of the carrier protruding from the rear end of the protective tube, and a spray head of the spray device is located at the front end of the protective tube .
  • Such a spray unit is known from FR Patent Application Publication No. 2 543 853. It does not contain a high-voltage generator, but must be connected to an external high-voltage generator, to which other spray units can also be connected at the same time.
  • a roation spray head at the front end of the spray unit sprays liquid coating material by radial centrifugation.
  • a gun-shaped spray unit for liquid coating material with a stationary spray head forming a spray nozzle is known from US Pat. No. 3,731,145. It contains a high-voltage generator built into a gun housing, which is connected to an external DC voltage source with low electrical voltage. As a result, the high voltage for the electrode or electrodes of each spray unit can be set individually when using multiple spray units.
  • a spray unit for liquid coating material with a rotary spray head which is driven by an air motor driven by compressed air is known from US Pat. No. 3,281,076.
  • the rotary spray head can be in the form of a bell, cup, disc or the like.
  • the rotary spray head also serves as an electrode in that it consists of electrically conductive material and is connected to an external high-voltage generator.
  • a spray coating installation normally contains several such spray units, the rotary spray heads of which are all connected to the same external high-voltage generator. This has the disadvantage that the high voltage generator must be very large and powerful, that the high voltages for the spray units cannot be controlled individually, and that the electrical connections from the external high voltage generator to the spray units must be expensive high voltage cables. There is a risk of fatal injury if voltage flashovers from the high-voltage cable onto people occur.
  • a high-voltage generator consists of at least one voltage multiplier circuit, which can be a cascade circuit formed from capacitors and rectifiers or a voltage divider circuit with ohmic resistors. It transforms a low alternating voltage from, for example, 4000 V to, for example, 140,000 V.
  • the high-voltage generator additionally consists of a transformer, which transforms an even lower alternating voltage from, for example, 10 V to the aforementioned 4000 V. This allows an even thinner and cheaper electrical supply cable to be used.
  • the high-voltage generator contains a DC-AC converter, usually an oscillator, which generates the aforementioned 10 V AC voltage from a DC voltage, so that the supply line can be a simple DC cable which is electrically harmless.
  • a high voltage generator can also be used in the present invention.
  • the object of the invention is to design the spray unit in such a way that the high-voltage generator is a component of the spray unit, but without the risk that the high voltage of the high-voltage generator is undesirably transmitted to other voltage potentials, in particular to earth potential.
  • a ground potential is connected on the input side of the high voltage generator and also the device which carries the spray unit is normally made of electrically conductive material and is also connected to ground potential.
  • a flashover of high voltage would not only lead to operational disturbances, but also to fatal accidents for operators.
  • the spray unit should be designed in such a way that its outer surfaces can be easily and quickly cleaned of undesirable accumulations of coating material.
  • the high voltage generator is arranged behind the spray device in a gas pressure chamber which is formed by a space between the protective tube and the section of the carrier located therein, and in that at least one gas inlet leads into the gas pressure chamber in order to to generate a gas pressure in the gas pressure chamber which is higher than the atmospheric pressure outside the protective tube and to replace gas escaping from the gas pressure chamber with newly supplied gas.
  • the spray unit according to the invention shown in FIG. 1 contains a tube 2 serving as a support made of electrically insulating material.
  • a compressed air motor 6 or a gas turbine is attached to its front tube end 4 and drives a rotatable rotary spray head 8 arranged axially in front of it. This can have the shape of a bell, a cup, a disk or the like.
  • the rotary spray head 8 is rotatably mounted in a fluid connector 10.
  • the connector 10 is provided with at least one line 12 for the supply of liquid coating material, in particular electrically conductive paint, with at least one line 14 for solvents and with at least one line 16 for supplying air for cleaning to the rotary spray head 8, and with at least one line 18 provided for the supply of air which, when emerging from an annular nozzle arrangement 17 of the fluid connection piece 10 forms an air curtain 20 which is annular in cross section.
  • the air curtain 20 serves to limit and shape the spray jet of the coating material atomized by the rotary spray head 8.
  • the rotary spray head 8, the connector 10 and the air motor 6 are made of metal and, since they are connected to one another, all have the same electrical potential. Together they form a spray device 21.
  • the compressed air motor 6 is driven by the compressed gas of a compressed gas line 22.
  • the compressed air flows from line 22 through compressed air motor 6 and then out of compressed air motor 6 via lines 24.
  • two high-voltage generators 30 and 32 are arranged in the circumferential direction at a distance from one another, directly in front of its front tube end 4.
  • the outputs 34 of the two high-voltage generators 30 and 32 are connected to the rotary spray head 8 via electrical lines 36, so that the rotary spray head 8 is charged with a voltage of, for example, 140,000 V and serves as an electrode.
  • the same voltage is also connected to the connector 10 and the air motor 6, since these parts and the rotary spray head 8 transmit this voltage to one another.
  • a smaller or larger voltage and / or current is required.
  • a single high-voltage generator 30 can be sufficient, or two or more high-voltage generators 30, 32 can optionally be connected in series or in parallel with one another. There is sufficient space for several around the carrier 2 High-voltage generator 30, 32.
  • the high-voltage generator 30, 32 each consist of a transformer 38 and a downstream voltage multiplier circuit 40.
  • a low AC voltage of, for example, 10 V, 16 kHz and a ground potential are connected to the inputs 42 via a low-voltage cable 44.
  • This voltage is transformed by the transformer 38 to a somewhat higher voltage, for example to 4000 V.
  • the voltage multiplier circuit 40 transforms this voltage to the desired voltage of the electrode between approximately 30,000 V and 140,000 V and at the same time converts it into a DC voltage.
  • the voltage multiplier circuit 40 consists of a cascade connection of capacitors and rectifiers.
  • the voltage multiplier circuit also includes a DC-AC converter.
  • a low DC voltage of, for example, 10 V can be supplied via the low-voltage line 44, which is first converted into an AC voltage of 10 V by the converter, before it is then transformed by the transformer 38 to a higher voltage, for example to the above-mentioned 4000 V as the input voltage for the voltage multiplier circuit 40.
  • the high voltage required for the rotary spray head 8 is a direct voltage
  • a rotary spray head and an air motor for this purpose are known from US Pat. No. 3,281,076.
  • a substantially cylindrical protective tube 50 made of electrically insulating material surrounds the front tube section 52 with the front tube end 4 of the tubular support 2 coaxially and at a radial distance, so that they form an annular space 54 between them, which can act as a gas pressure chamber.
  • the protective tube 50 extends axially from the input 42 of the transformers of the high-voltage generators 30, 32 to the connection piece 10, the front end portion 56 of the protective tube 50 facing the connection piece 10 being narrowed in the shape of a truncated cone and having an opening 60 at its narrowed front end 58 through which the connector 10 extends.
  • the opening edge 62 of the opening 60 forms, together with the connection piece 10, an annular gap 63, via which air 64 can escape from the intermediate space 54, which serves as a gas overpressure chamber.
  • the opening edge 62 thus forms together with the connector 10 a seal in the form of a flow restrictor.
  • the air 64 exiting through the annular gap 63 prevents sprayed particles of coating material from reaching the protective tube 50 from the front of the rotary spray head 8 to the rear.
  • the intermediate space 54 which is formed by the protective tube 50, are the high voltage generators 30, 32, their electrical output lines 36, the compressed air motor 6 and their supply and discharge lines 22, 24, the rear section of the connecting piece 10 and its lines 12, 14 , 16 and 18 housed.
  • the high voltage generators 30 and 32 are in the Gap between the tubular support 2 and the protective tube 50 next to each other in the circumferential direction, but axially behind the spray device 21. They are held by flanges 66 and 68 made of electrically insulating material, with which the protective tube 50 is also fastened to the support 2.
  • the compressed air motor 6 is located spatially between the high voltage generators 30, 32 and the rotary spray head 8, the compressed air motor 6 and the rotary spray head 8 being fastened axially on the end face to the carrier 2.
  • Flanges 66 and 68 are in the form of rings. In the rear flange 66 there are openings 67 and in the front flange 68 there are openings 69 in which the high-voltage generators 30, 32 are held and through which lines are passed and air can flow through.
  • the rear flange 66 is located at the rear end 70 of the protective tube 50.
  • the openings 67 of the rear flange 66 form an outlet through which air can escape from the space 54, in addition to the annular gap 63 at the front end 58, which also forms an outlet , through which air can escape into the atmosphere in the manner mentioned.
  • the air flows past the high-voltage generators 30, 32 and cools them.
  • the air flowing in the intermediate space 54 via the compressed air motor 6 and the connecting piece 10 to the annular gap 63 cools these two parts and the bearings of the compressed air motor 6 and the housed therein Rotary spray head 8.
  • Air can be fed into the intermediate space 54, which acts as a gas overpressure chamber, via a separate line.
  • the exhaust air of the compressed air motor 6 is conducted into the intermediate space 54 via its exhaust air lines 24.
  • a tube as support 2 has the advantage that it requires little radial space, since a tube can absorb large forces in all radial directions even with a small outside diameter.
  • Fluid lines and electrical lines can extend through the pipe channel 72 and bores 74 of the carrier 2.
  • an electric motor can be used instead of a compressed air motor 6, an electric motor can be used.
  • the high voltage generators 30 and 32 are arranged behind the spray device 21 around the carrier 2.
  • the spray unit has a small overall diameter and a long length.
  • the protective tube 50 extends approximately over this length of the spray device and high-voltage generator and protects the parts accommodated therein, the spray device 21, high-voltage generator 30, 32, front section 52 of the carrier 2, fluid lines 12, 14, 16, 18, 22, 24 and electrical lines 34, 36 from contamination by coating material from the surrounding atmosphere. Nevertheless, the spray unit is light in weight.
  • the aforementioned long length and the protective tube 50 prevent particles of the coating material on the outer surfaces of the spray unit from forming an electrically conductive bridge from the rotary spray head 8 to the electrical inputs 42 of the high voltage generators 30, 32.
  • the outer diameter of the protective tube 50 at its rear End 70 is substantially, preferably two to three times, larger than the outer diameter of the carrier 2 arranged concentrically thereto.
  • the diameter of the spray unit falls radially, that is to say suddenly from the value of the outer diameter at the rear end 70 of the protective tube 50 to the value of the outer diameter of the carrier 2.
  • the rear end 70 forms a flow separation edge and it is prevented that coating material from the atmosphere falls onto the end face 71, formed by the rear flange 66, and collects there.
  • the substantially vertical or radial distance 75 between the rear end 70 of the protective tube 50 and the carrier 2 forms an electrical line interruption between these two parts even if there is on the outer surface 80 of the protective tube 50 and on the rear support portion 78 protruding therefrom
  • Carrier 2 accumulates coating material from the atmosphere. Even with such an accumulation of coating material, no current can flow from the outer surface 80 of the protective tube 50 to the electrical inputs 42 or a ground potential on the input side of the high-voltage generators 30, 32 or to the protruding rear carrier section 78. As a result, no electrical voltage can be transmitted from the protruding rear section 78 of the carrier 2 to a system carrying it.
  • the object of the invention is therefore particularly well suited for electrically conductive coating materials, in particular electrically conductive liquid coating materials.
  • electrically conductive coating materials in particular electrically conductive liquid coating materials.
  • powdered coating material there is the advantage that the outer surface 80 of the protective tube 50 is essentially the only outer surface of the spray unit, so that the spray unit can be cleaned quickly, in contrast to an embodiment which would not have a protective tube.
  • FIGS. 2 and 3 are described only insofar as there are differences or more clearly illustrated parts compared to the previously described embodiment. Corresponding parts of the individual embodiments are provided with the same reference numbers.
  • a frustoconical end section 56 of the protective tube 50 is followed by a pipe socket 102, which forms an integral part together with the protective tube 50 and extends up to the front edge 104 of the rotary spray head 8.
  • An annular seal 106 is arranged between the front end of the fluid connector 10 and the pipe socket 102.
  • Only one high-voltage generator 32 is provided, openings 67 and 69 being provided in the flanges 66 and 68 for a further high-voltage generator.
  • One of the openings 67 of the rear flange 66 is closed by a plug 108.
  • the pipe channel 72 is also closed at its rear end by a plug 110.
  • the annular rear flange 66 is displaced into the intermediate space 54 with respect to the rear end 70 of the protective tube 50, so that a distance 111 is formed between the rear flange 66 and the rear end 70. This is at least 2 mm and prevents particles of coating material flying around in the surrounding atmosphere from flying around the rear end 70 of the protective tube 50 onto the rear 112 of the rear flange 66 and being able to collect there.
  • Carrier 2 together with the radial distance 75 between the rear end 70 of the protective tube 50 and the rear end portion 78 of the protruding therefrom Carrier 2 creates an electrically non-conductive path through which an electrical connection between the outer surfaces of the protective tube 50 and the parts 21 and 32 accommodated therein to the rear end portion 78 protruding from the protective tube 50 at the rear is reliably avoided even if the protruding portion rear carrier section 78 and the entire outer surface 80 of the protective tube 50 is undesirably covered with electrically conductive coating material.
  • the spray device 221 does not have a rotary spray head but a stationary spray head 208 made of electrically conductive material with a central spray nozzle 209.
  • the spray head 208 acts as an electrode and can additionally have a needle-like electrode 211 which projects forward.
  • the spray device 221 is provided with a connecting element 116 which is fastened to the front end 4 of the carrier 2 and is connected to the high-voltage output 34 via the electrical line 36.
  • One of the openings 67 in the rear flange 66 forms a gas inlet through which is formed in the gas pressure chamber gas, preferably air, is introduced through the intermediate space 54. This gas generates a gas pressure in the gas pressure chamber 54 which is higher than the air pressure outside the protective tube 50.
  • the spray device 221 is used to spray liquid coating material onto objects to be coated.
  • the spraying device could also be designed such that it is suitable for electrostatically spraying powdered coating material onto objects to be coated.
  • This further embodiment is not shown in the drawings, since the drawings show the spray device 221 only schematically and therefore the essential differences could not be seen.
  • spray devices for liquid coating material and for powder coating material are known, so that they need not be described in detail here.

Abstract

Sie enthält eine Sprühvorrichtung (21), die am vorderen Ende eines Trägers (2) befestigt ist, mindestens einen hinter der Sprühvorrichtung (21) am Umfang des Trägers (2) angeordneten Hochspannungserzeuger (30, 32) und ein koaxial zum Träger angeordnetes Schutzrohr (50), in welchem die Sprühvorrichtung (21), der Hochspannungserzeuger (30, 32) und ein vorderer Abschnitt (52) des Trägers (2) in einer Gasüberdruckkammer (54) untergebracht sind. Dadurch wird eine Verschmutzung der einzelnen Teile vermieden, eine kleine Bauform erzielt, und bei Verwendung von elektrisch leitfähigen Beschichtungsmaterialien wird eine Spannungsübertragung von einer Elektrode zur elektrostatischen Aufladung des Beschichtungsmaterials auf Erdpotential vermieden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sprüheinheit zum Sprühbeschichten von Gegenständen, mit einer Sprühvor­richtung, von welcher mindestens ein Teil aus elektrisch leitendem Material als Elektrode zum elektrostatischen Aufladen von Beschichtungsmaterial dient und mit einem Hochspannungserzeuger verbindbar ist, mit einem länglichen Träger aus elektrisch isolierendem Material, an dessen vorderem Trägerende die Sprühvorrichtung befestigt ist, und mit einem Schutzrohr aus elektrisch isolierendem Material, welches die Sprühvorrichtung und das vordere Trägerende umgibt, wobei ein hinterer Trägerabschnitt des Trägers aus dem hinteren Ende des Schutzrohres hinausragt, und sich ein Sprühkopf der Sprühvorrichtung am vorderen Ende des Schutzrohres befindet.
  • Eine solche Sprüheinheit ist aus der FR-Patentanmelde-­Veröffentlichung Nr. 2 543 853 bekannt. Sie enthält keinen Hochspannungserzeuger, sondern muß an einen externen Hochspannungserzeuger angeschlossen werden, an welchen gleichzeitig auch weitere Sprüheinheiten angeschlossen werden können. Ein Roationssprühkopf am vorderen Ende der Sprüheinheit versprüht flüssiges Beschichtungsmaterial durch radiales Abschleudern.
  • Eine pistolenförmige Sprüheinheit für flüssiges Beschichtungsmaterial mit einem stationären, eine Sprühdüse bildenden Sprühkopf ist aus der US-PS 3 731 145 bekannt. Sie enthält einen in ein Pistolengehäuse eingebauten Hochspannungserzeuger, der an eine externe Gleichspannungsquelle mit niedriger elektrischer Spannung angeschlossen ist. Dadurch kann bei Verwendung von mehreren Sprüheinheiten die Hochspannung für die Elektrode oder Elektroden jeder Sprüheinheit einzeln eingestellt werden. Eine ähnliche pistolenförmige Sprüheinheit, jedoch für pulverförmiges Beschichtungsmaterial, ist aus der US-PS 3 608 823 (= DE-PS 20 65 699) bekannt.
  • Eine Sprüheinheit für flüssiges Beschichtungsmaterial mit einem Rotationssprühkopf, welcher von einem durch Druckluft angetriebenen Luftmotor angetrieben wird, ist aus der US-PS 3 281 076 bekannt. Der Rotationssprühkopf kann die Form einer Glocke, Tasse, Scheibe oder dgl. haben. Der Rotationssprühkopf dient gleichzeitig als Elektrode, indem er aus elektrisch leitendem Material besteht und an einen externen Hochspannungserzeuger angeschlossen ist. Eine Sprühbeschichtungsanlage enthält normalerweise mehrere solcher Sprüheinheiten, deren Rotationssprühköpfe alle an den gleichen externen Hochspannungserzeuger angeschlossen sind. Dies hat den Nachteil, daß der Hochspannungserzeuger sehr groß und leistungsfähig sein muß, und daß die Hochspannungen für die Sprüheinheiten nicht einzeln steuerbar sind, und daß die elektrischen Verbindungen von dem externen Hochspannungserzeuger zu den Sprüheinheiten teuere Hochspannungskabel sein müssen. Bei Spannungsüberschlägen vom Hochspannungskabel auf Personen besteht Lebensgefahr.
  • Details von Hochspannungserzeugern sind in den genannten US-PS 3 731 145 und 3 608 823 beschrieben. Demgemäß besteht ein Hochspannungserzeuger mindestens aus einer Spannungsvervielfacherschaltung, welche eine aus Kondensatoren und Gleichrichtern gebildete Kaskadenschaltung oder eine Spannungsteilerschaltung mit ohmschen Widerständen sein kann. Sie transformiert eine niedrige Wechselspannung von beispielsweise 4000 V auf beispielsweise 140 000 V. In vielen Fällen besteht der Hochspannungserzeuger zusätzlich aus einem Transformator, welcher eine noch niedrigere Wechselspannung von beispielsweise 10 V auf die genannten 4000 V transformiert. Dadurch kann ein noch dünneres und billigeres elektrisches Zuleitungskabel verwendet werden. Außerdem gibt es Fälle, bei denen der Hochspannungserzeuger einen Gleichstrom-­Wechselstrom-Umformer, normalerweise einen Oszillator, enthält, welcher aus einer Gleichspannung die genannte 10 V Wechselspannung erzeugt, sodaß die Zuleitung ein einfaches Gleichstromkabel sein kann, welches elektrisch ungefährlich ist. Diese Möglichkeiten der Konstruktion eines Hochspannungserzeugers können auch bei der vorliegenden Erfindung angewendet werden.
  • Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Sprüheinheit so auszubilden, daß der Hochspannungserzeuger ein Bestandteil der Sprüheinheit ist, jedoch ohne die Gefahr, daß die Hochspannung des Hochspannungserzeugers in unerwünschter Weise auf andere Spannungspotentiale, insbesondere auf Erdpotential, übertragen wird. Ein Erdpotential ist auf der Eingangsseite des Hochspannungserzeugers angeschlossen und außerdem ist die Vorrichtung, welche die Sprüheinheit trägt, normalerweise aus elektrisch leitendem Material und ebenfalls an Erdpotential angeschlossen. Ein Überschlag der Hochspannung auf diese Erdpotentiale würde nicht nur zu Betriebsstörungen, sondern auch zu tödlichen Unfällen bei Bedienungspersonen führen. Gleichzeitig soll die Sprüheinheit so ausgebildet werden, daß ihre Außenflächen leicht und schnell von unerwünschten Ansammlungen von Beschichtungsmaterial gereinigt werden können.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Hochspannungserzeuger hinter der Sprühvorrichtung in einer Gasüberdruckkammer angeordnet ist, welche durch einen Zwischenraum zwischen dem Schutzrohr und dem darin befindlichen Abschnitt des Trägers gebildet ist, und daß mindestens ein Gaseinlaß in die Gasüberdruckkammer führt, um in der Gasüberdruckkammer einen Gasdruck zu erzeugen, der höher als der Luftdruck der Atmosphäre außerhalb des Schutzrohres ist, und um aus der Gasüberdruckkammer entweichendes Gas durch neu zugeführtes Gas zu ersetzen.
  • Durch die Erfindung ergeben sich insbesondere folgende Vorteile: Keine unerwünschte Übertragung der Hochspannung auf Teile, die ein anderes elektrisches Spannungspotential haben, auch dann nicht, wenn sich in der Luft herumfliegende Partikel von versprühtem Beschichtungs­material auf Außenflächen der Sprüheinheit ablagern. Elektrische Leitungsbrücken auf der Sprüheinheit durch versprühtes Beschichtungsmaterial werden sicher vermieden. Einfache und kleine Konstruktion. Leichtes Gewicht. Alle Teile leicht auswechselbar. Leicht und schnell zu reinigende glatte Gesamtoberfläche durch das Schutzrohr.
  • Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung als Beispiele dargestellt sind. Die Zeichnungen zeigen
    • Fig. 1 eine Seitenansicht einer Sprüheinheit nach der Erfindung mit im Längsschnitt darge­stelltem Schutzrohr,
    • Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer Sprüh­einheit nach der Erfindung im Längsschnitt, und
    • Fig. 3 eine nochmals weitere Ausführungsform einer Sprüheinheit nach der Erfindung im Längs­schnitt.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Sprüheinheit nach der Erfindung enthält ein als Träger aus elektrisch isolierendem Material dienendes Rohr 2. An seinem vorderen Rohrende 4 ist ein Druckluftmotor 6 oder eine Gasturbine befestigt, welcher einen axial vor ihm angeordneten, drehbaren Rotationssprühkopf 8 antreibt. Dieser kann die Form einer Glocke, einer Tasse, einer Scheibe oder dgl. haben. Der Rotationssprühkopf 8 ist in einem Strömungsmittel-­Anschlußstück 10 drehbar gelagert. Das Anschlußstück 10 ist mit mindestens einer Leitung 12 für die Zufuhr von flüssigem Beschichtungsmaterial, insbesondere elektrisch leitfähigem Lack, mit mindestens einer Leitung 14 für Lösungsmittel und mit mindestens einer Leitung 16 zur Zufuhr von Luft zur Reinigung zum Rotationssprühkopf 8, und mit mindestens einer Leitung 18 zur Zufuhr von Luft versehen, welche beim Austreten aus einer ringförmigen Düsenanordnung 17 des Strömungsmittel-Anschlußstückes 10 einen im Querschnitt ringförmigen Luftvorhang 20 bildet. Der Luftvorhang 20 dient zur Begrenzung und Formung des Sprühstrahles des vom Rotationssprühkopf 8 zerstäubten Beschichtungsmaterials. Der Rotationssprühkopf 8, das Anschlußstück 10 und der Druckluftmotor 6 bestehen aus Metall und haben, da sie miteinander verbunden sind, alle das gleiche elektrische Potential. Sie bilden zusammen eine Sprühvorrichtung 21.
  • Der Druckluftmotor 6 wird vom Druckgas einer Druckgasleitung 22 angetrieben. Die Druckluft strömt von der Leitung 22 durch den Druckluftmotor 6 und dann über Leitungen 24 wieder aus dem Druckluftmotor 6 heraus.
  • Um den rohrförmigen Träger 2 herum sind, umittelbar vor seinem vorderen Rohrende 4, zwei Hochspannungserzeuger 30 und 32 in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordnet. Die Ausgänge 34 der beiden Hochspannungserzeuger 30 und 32 sind über elektrische Leitungen 36 mit dem Rotationssprühkopf 8 verbunden, so daß dieser mit der Spannung von beispielsweise 140 000 V geladen wird und als Elektrode dient. Die gleiche Spannung ist auch an das Anschlußstück 10 und den Druckluftmotor 6 angeschlossen, da diese Teile und der Rotationssprühkopf 8 diese Spannung aufeinander übertragen. Je nach der elektrischen Leitfähigkeit oder Menge je Zeiteinheit des zu beschichtenden Beschichtungsmaterials und der geometrischen Form des zu beschichtenden Gegenstandes wird eine kleinere oder größere Spannung und/oder Stromstärke benötigt. In Abhängigkeit hiervon kann ein einziger Hochspannungs­erzeuger 30 ausreichen, oder es können zwei oder mehr Hochspannungserzeuger 30, 32 wahlweise seriell oder parallel zueinander geschaltet werden. Um den Träger 2 herum ist ausreichend Raum für mehrere Hochspannungserzeuger 30, 32. Die Hochspannungserzeuger 30, 32 bestehen bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils aus einem Transformator 38 und einer nachgeschalteten Spannungsvervielfacherschaltung 40. An den Eingängen 42 ist über ein Niederspannungskabel 44 jeweils eine niedrige Wechselspannung von beispielsweise 10 V, 16 kHz und ein Erdpotential angeschlossen. Diese Spannung wird vom Transformator 38 jeweils auf eine etwas höhere Spannung transformiert beipsielsweise auf 4000 V. Die Spannungsvervielfacherschaltung 40 transformiert diese Spannung auf die gewünschte Spannung der Elektrode zwischen ungefähr 30 000 V und 140 000 V und wandelt sie dabei gleichzeitig in eine Gleichspannung um. Die Spannungsvervielfacherschaltung 40 besteht aus einer Kaskadenschaltung aus Kondensatoren und Gleichrichtern.
  • Eine weitere Ausführungsform kann darin bestehen, daß die Spannungsvervielfacherschaltung auch einen Gleichstrom-­Wechselstrom-Umwandler enthält. In diesem Falle kann über die Niederspannungsleitung 44 eine niedrige Gleichspannung von beispielsweise 10 V zugeführt werden, die zunächst vom Unwandler in eine Wechselspannung von 10 V umgewandelt wird, bevor sie dann von dem Transformator 38 auf eine höhere Spannung transformiert wird, beispielsweise auf die genannten 4000 V als Eingangsspannung für die Spannungsvervielfacherschaltung 40. Da die für den Rotationssprühkopf 8 erforderliche Hochspannung eine Gleichspannung ist, kann es auch zweckmäßig sein, eine am Eingang 42 vorhandene Gleichspannung durch eine Spannungsvervielfacherschaltung stufenweise hochzutransformieren, welche aus einer Vielzahl von ohmschen Spannungsteilern besteht. Beiden Arten von Spannungsvervielfacherschaltungen 40 ist gemeinsam, daß die Spannung in mehreren Stufen erhöht wird. Spannungsvervielfacherschaltungen 40 dieser Art sind aus der US-PS 3 608 823 (= DE-PS 20 65 699) bekannt. Ein Rotationssprühkopf und ein Druckluftmotor dazu sind aus der US-PS 3 281 076 bekannt.
  • Ein im wesentlichen zylindrisches Schutzrohr 50 aus elektrisch isolierendem Material umgibt den vorderen Rohrabschnitt 52 mit dem vorderen Rohrende 4 des rohrförmigen Trägers 2 koaxial und mit radialem Abstand, so daß sie zwischen sich einen ringförmigen Zwischenraum 54 bilden, der als Gasüberdruckkammer wirken kann. Das Schutzrohr 50 erstreckt sich vom Eingang 42 der Transformatoren der Hochspannungserzeuger 30, 32 axial bis zum Anschlußstück 10, wobei der dem Anschlußstück 10 zugewandte vordere Endabschnitt 56 des Schutzrohres 50 kegelstumpfförmig verengt ist und an seinem verengten vorderen Ende 58 eine Öffnung 60 aufweist, durch welche sich das Anschlußstück 10 erstreckt. Der Öffnungsrand 62 der Öffnung 60 bildet zusammen mit dem Anschlußstück 10 einen Ringspalt 63, über welchen aus dem Zwischenraum 54, der als Gasüberdruckkammer dient, Luft 64 entweichen kann. Der Öffnungsrand 62 bildet somit zusammen mit dem Anschlußstück 10 eine Dichtung in Form einer Strömungsdrossel. Außerdem wird durch die über den Ringspalt 63 austretende Luft 64 verhindert, daß versprühte Partikel von Beschichtungsmaterial von der Vorderseite des Rotationssprühkopfes 8 nach hinten auf das Schutzrohr 50 gelangen. In dem Zwischenraum 54, welcher von dem Schutzrohr 50 gebildet ist, sind die Hochspannungserzeuger 30, 32, deren elektrische Ausgangsleitungen 36, der Druckluftmotor 6 und dessen Zu- und Ableitungen 22, 24, der rückwärtige Abschnitt des Anschlußstückes 10 und dessen Leitungen 12, 14, 16 und 18 untergebracht. Die Hochspannungserzeuger 30 und 32 befinden sich im Zwischenraum zwischen dem rohrförmigen Träger 2 und dem Schutzrohr 50 in Umfangsrichtung nebeneinander, jedoch axial hinter der Sprühvorrichtung 21. Sie werden von Flanschen 66 und 68 aus elektrisch isolierendem Material gehalten, mit welchen auch das Schutzrohr 50 am Träger 2 befestigt ist. Der Druckluftmotor 6 befindet sich räumlich zwischen den Hochspannungserzeugern 30, 32 und dem Rotationssprühkopf 8, wobei der Druckluftmotor 6 und der Rotationssprühkopf 8 axial stirnseitig am Träger 2 befestigt sind. Dadurch wird eine sehr kleine Baueinheit geschaffen, welche auch dann nicht größer ist, wenn anstelle eines einzigen oder anstelle von zwei Hochspannungserzeugern eine Vielzahl von Hochspannungserzeugern 30, 32 um den Umfang des Trägers 2 herum innerhalb des Schutzrohres 50 angeordnet werden.
  • Die Flansche 66 und 68 haben die Form von Ringen. Im hinteren Flansch 66 sind Öffnungen 67 und im vorderen Flansch 68 sind Öffnungen 69, in welchen die Hochspannungserzeuger 30, 32 gehalten werden und durch welche Leitungen hindurchgeführt sind und Luft hindurchströmen kann. Der hintere Flansch 66 befindet sich am hinteren Ende 70 des Schutzrohres 50. Die Öffnungen 67 des hinteren Flansches 66 bilden einen Außlaß, über welchen Luft aus dem Zwischenraum 54 entweichen kann, zusätzlich zu dem Ringspalt 63 am vorderen Ende 58, welcher ebenfalls einen Auslaß bildet, über welchen Luft in der genannten Weise in die Atmosphäre entweichen kann. Die Luft strömt auf ihrem Weg zum hinteren Ende 70 an den Hochspannungserzeugern 30, 32 vorbei und kühlt diese. Außerdem kühlt die in dem Zwischenraum 54 über den Druckluftmotor 6 und das Anschlußstück 10 zum Ringspalt 63 strömende Luft diese beiden Teile und die darin untergebrachten Lager des Druckluftmotors 6 und des Rotationssprühkopfes 8.
  • In den Zwischenraum 54, der als Gasüberdruckkammer wirkt, kann über eine getrennte Leitung Luft zugeführt werden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird jedoch die Abluft des Druckluftmotors 6 über dessen Abluftleitungen 24 in den Zwischenraum 54 geleitet.
  • Die Verwendung eines Rohres als Träger 2 hat den Vorteil, daß es radial wenig Platz benötigt, da ein Rohr auch bei einem kleinen Außendurchmesser in allen radialen Richtungen große Kräfte aufnehmen kann. Durch den Rohrkanal 72 und Bohrungen 74 des Trägers 2 können Strömungsmittelleitungen und elektrische Leitungen sich erstrecken. Anstelle eines Druckluftmotors 6 kann ein Elektromotor verwendet werden.
  • Die Hochspannungerzeuger 30 und 32 sind hinter der Sprühvorrichtung 21 um den Träger 2 herum angeordnet. Dadurch hat die Sprüheinheit insgesamt einen kleinen Durchmesser und eine große Länge. Das Schutzrohr 50 erstreckt sich ungefähr über diese Länge von Sprühvorrichtung und Hochspannungserzeuger und schützt die in ihm untergebrachten Teile Sprühvorrichtung 21, Hochspannungserzeuger 30, 32, vorderer Abschnitt 52 des Trägers 2, Strömungsmittelleitungen 12, 14, 16, 18, 22, 24 und elektrische Leitungen 34, 36 vor Verschmutzungen durch Beschichtungsmaterial aus der umgebenden Atmosphäre. Trotzdem hat die Sprüheinheit ein leichtes Gewicht. Die genannte große Länge und das Schutzrohr 50 verhindern, daß Teilchen des Beschichtungsmaterials an Außenflächen der Sprüheinheit eine elektrisch leitfähige Brücke vom Rotationssprühkopf 8 bis zu den elektrischen Eingängen 42 der Hochspannungerzeuger 30, 32 bilden können. Der Außendurchmesser des Schutzrohres 50 an seinem hinteren Ende 70 ist wesentlich, vorzugsweise zweimal bis dreimal, größer als der Außendurchmesser des konzentrisch dazu angeordneten Trägers 2. Der Durchmesser der Sprüheinheit fällt radial, also plötzlich vom Wert des Außendurchmessers am hinteren Ende 70 des Schutzrohres 50 auf den Wert des Außendurchmessers des Trägers 2. Dadurch bildet das hintere Ende 70 eine Strömungsabrißkante und es wird verhindert, daß aus der Atmosphäre Beschichtungsmaterial auf die stirnseitige Rückseite 71, gebildet durch den hinteren Flansch 66, fällt und sich dort ansammelt. Die im wesentlichen senkrechte oder radiale Abstandsstrecke 75 zwischen dem hinteren Ende 70 des Schutzrohres 50 und dem Träger 2 bildet eine elektrische Leitungsunterbrechung zwischen diesen beiden Teilen selbst dann, wenn sich auf der Außenfläche 80 des Schutzrohres 50 und auf dem aus ihm herausragenden hinteren Trägerabschnitt 78 des Trägers 2 Beschichtungsmaterial aus der Atmosphäre ansammelt. Auch bei einer solchen Ansammlung von Beschichtungsmaterial kann kein Strom von der Außenfläche 80 des Schutzrohres 50 zu den elektrischen Eingängen 42 oder einem Erdpotential auf der Eingangsseite der Hochspannungserzeuger 30, 32 oder zu dem herausragenden hinteren Trägerabschnitt 78 fließen. Dadurch kann auch keine elektrische Spannung vom herausragenden hinteren Abschnitt 78 des Trägers 2 auf eine ihn tragende Anlage übertragen werden. Der Gegenstand der Erfindung eignet sich deshalb besonders gut für elektrisch leitfähige Beschichtungsmaterialien, insbesondere elekt­risch leitfähige flüssige Beschichtungsmaterialien. Die gleichen Vorteile ergeben sich natürlich auch bei pulver­förmigem Beschichtungsmaterial. Hinzu kommt der Vorteil, daß die Außenfläche 80 des Schutzrohres 50 im wesentlichen die einzige Außenfläche der Sprüheinheit ist, so daß die Sprüheinheit schnell gereinigt werden kann, im Gegensatz zu einer Ausführungsform, welche kein Schutzrohr hätte.
  • Die Ausführungsformen nach der Erfindung, welche in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, werden nur insofern beschrieben, wie Unterschiede oder deutlicher dargestellte Teile gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsform vorhanden sind. Dabei sind einander korrespondierende Teile der einzelnen Ausführungsformen mit gleichen Bezugszahlen versehen.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 schließt sich vorne an den kegelstumpfförmigen Endabschnitt 56 des Schutzrohres 50 ein Rohrstutzen 102 an, welcher zusammen mit dem Schutzrohr 50 ein einstückiges Teil bildet und sich bis nahe zur vorderen Kante 104 des Rotationssprühkopfes 8 erstreckt. Zwischem dem vorderen Ende des Strömungsmittel-­Anschlußstückes 10 und dem Rohrstutzen 102 ist eine ringförmige Dichtung 106 angeordnet. Es ist nur ein Hochspannungserzeuger 32 vorgesehen, wobei in den Flanschen 66 und 68 Öffnungen 67 und 69 für einen weiteren Hochspannungserzeuger vorhanden sind. Eine der Öffnungen 67 des hinteren Flansches 66 ist durch einen Stopfen 108 verschlossen. Der Rohrkanal 72 ist an seinem hinteren Ende ebenfalls durch einen Stopfen 110 verschlossen. Der ringförmige hintere Flansch 66 ist mit Bezug auf das hintere Ende 70 des Schutzrohres 50 in den Zwischenraum 54 hineinversetzt, so daß zwischen dem hinteren Flansch 66 und dem hinteren Ende 70 ein Abstand 111 gebildet ist. Dieser beträgt mindestens 2 mm und verhindert, daß in der umgebenden Atmosphäre herumfliegende Teilchen von Beschichtungsmaterial um das hintere Ende 70 des Schutzrohres 50 herum auf die Rückseite 112 des hinteren Flansches 66 fliegen und sich dort ansammeln können. Durch diese Maßmahme, zusammen mit der radialen Abstandsstrecke 75 zwischen dem hinteren Ende 70 des Schutzrohres 50 und dem aus ihm herausragenden hinteren Endabschnitt 78 des Trägers 2 wird eine elektrisch nicht-leitende Strecke geschaffen, durch welche selbst dann eine elektrische Verbindung zwischen Außenflächen des Schutzrohres 50 und den darin untergebrachten Teilen 21 und 32 zu dem aus dem Schutzrohr 50 hinten herausragenden hinteren Endabschnitt 78 mit Sicherheit vermieden wird, wenn der herausragende hintere Trägerabschnitt 78 und die gesamte Außenfläche 80 des Schutzrohres 50 in unerwünschter Weise mit elektrisch leitfähigem Beschichtungsmaterial bedeckt ist. Wie Fig. 2 zeigt ist es vorteilhaft, den Hochspannungsausgang 34 über die elektrische Leitung 36 nicht direkt an den Rotationssprühkopf 8 anzuschließen, sondern an einen elektrischen Anschluß 114 eines Verbindungselementes 116 aus elektrisch leitendem Material, durch welches die Sprühvorrichtung 21 an dem vorderen Ende 4 des Trägers 2 befestigt ist. Dadurch wird die elektrische Hochspannung von dem elektrischen Anschluß 114 über die elektrisch leitenden Elemente der Sprühvorrichtung 21 auf den Rotationssprühkopf 8 übertragen, ohne daß elektrische Schleifringe erforderlich sind.
  • Der Unterschied von Fig. 3 zu Fig. 2 besteht darin, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 3 die Sprühvorrichtung 221 keinen Rotationssprühkopf, sondern einen stationären Sprühkopf 208 aus elektrisch leitendem Material mit einer zentralen Sprühdüse 209 hat. Der Sprühkopf 208 wirkt als Elektrode und kann zusätzlich noch eine nach vorne ragende nadelartige Elektrode 211 haben. Auch hier ist die Sprühvorrichtung 221 mit einem Verbindungselement 116 versehen, welches an dem vorderen Ende 4 des Trägers 2 befestigt ist und über die elektrische Leitung 36 an den Hochspannungsausgang 34 angeschlossen ist. Eine der Öffnungen 67 im hinteren Flansch 66 bildet einen Gaseinlaß, über welchen in die Gasüberdruckkammer, gebildet durch den Zwischenraum 54, Gas eingeleitet wird, vorzugsweise Luft. Dieses Gas erzeugt in der Gasüberdruckkammer 54 einen Gasdruck, der höher ist als der Luftdruck außerhalb des Schutzrohres 50.
  • Die Sprühvorrichtung 221 dient zum Sprühen von flüssigem Beschichtungsmaterial auf zu beschichtende Gegenstände. Gemäß einer weiteren Ausführungsform könnte die Sprühvorrichtung auch so ausgebildet sein, daß sie zum elektrostatischen Sprühen von pulverförmigem Beschichtungsmaterial auf zu beschichtende Gegenstände geeignet ist. Diese weitere Ausführungsform ist nicht in den Zeichnungen dargestellt, da die Zeichnungen die Sprühvorrichtung 221 nur schematisch zeigen und deshalb die wesentlichen Unterschiede nicht zu sehen wären. Solche Sprühvorrichtungen für flüssiges Beschichtungsmaterial und für pulverförmiges Beschichtungsmaterial sind jedoch bekannt, so daß sie hier nicht im einzelnen beschrieben werden brauchen.

Claims (10)

1. Sprüheinheit zum Sprühbeschichten von Gegenständen, mit einer Sprühvorrichtung (21; 221), von welcher mindestens ein Teil (8; 208, 211) aus elektrisch leitendem Material als Elektrode zum elektrostatischen Aufladen von Beschichtungsmaterial dient und mit einem Hochspannungserzeuger (30, 32) verbindbar ist, mit einem länglichen Träger (2) aus elektrisch isolierendem Material, an dessen vorderem Trägerende (4) die Sprühvorrichtung (21; 221) befestigt ist, und mit einem Schutzrohr (50) aus elektrisch isolierendem Material, welches die Sprühvorrichtung (21; 221) und das vordere Trägerende (4) umgibt, wobei ein hinterer Trägerabschnitt (78) des Trägers (2) aus dem hinteren Ende (70) des Schutzrohres (50) hinausragt, und sich ein Sprühkopf (8; 208) der Sprühvorrichting (21; 221) am vorderen Ende des Schutzrohres (50) befindet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hochspannungserzeuger (30, 32) hinter der Sprühvorrichtung (21; 221) in einer Gasüberdruckkammer (54) angeordnet ist, welche durch einen Zwischenraum zwischen dem Schutzrohr (50) und dem darin befindlichen Abschnitt des Trägers (2) gebildet ist, und daß mindestens ein Gaseinlaß (24) in die Gasüberdruckkammer (54) führt, um in der Gasüberdruckkammer (54) einen Gasdruck zu erzeugen, der höher als der Luftdruck der Atmosphäre außerhalb des Schutzrohres (50) ist, und um aus der Gasüberdruckkammer (54) entweichendes Gas durch neu zugeführtes Gas zu ersetzen.
2. Sprüheinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Nähe des vorderen Endes (58; 102) des Schutzrohres (50) eine die Sprühvorrichtung (21; 221) ringförmig umgebende Gasauslaßanordnung (60) gebildet ist, über welche Gas aus der Gasüberdruckkammer (54) nach vorne ausströmt.
3. Sprüheinheit nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schutzrohr (50) einen in Richtung zum vorderen Ende hin trichterförmig enger werdenden Rohrabschnitt (56) aufweist, der sich bis in die Nähe des vorderen Endes der Sprühvorrichtung (21; 221) erstreckt.
4. Sprüheinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gasüberdruckkammer (54) an ihrem hinteren Ende mindestens eine Öffnung (67) aufweist, die in der Nähe des hinteren Endes (70) des Schutzrohres (50) liegt.
5. Sprüheinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein ringförmiger Flansch (66, 68) aus elektrisch isolierendem Material zwischen dem Träger (2) und dem Schutzrohr (50) angeordnet ist und den Träger mit dem Schutzrohr verbindet und daß der Hochspannungserzeuger (30, 32) von mindestens einem der Flansche (66, 68) in seiner Position gehalten wird.
6. Sprüheinheit nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer der Flansche (66) nahe am hinteren Ende (70) des Schutzrohres (50) angeordnet ist, und von diesem Ende einen axialen Abstand in das Schutzrohr hinein zwischen 2 mm und 30 mm hat.
7. Sprüheinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sprühkopf (208) eine stationäre Sprühdüse (209) bildet.
8. Sprüheinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sprühkopf ein Rotationssprühkopf (8) ist.
9. Sprüheinheit nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sprühvorrichtung (21) zum Antrieb des Rotationssprühkopfes (8) einen Druckluftmotor oder eine Gasturbine (6) aufweist, und daß ein Abgaskanal (24) dieses Druckluftmotors oder dieser Gasturbine den Gaseinlaß (24) in die Gasüberdruckkammer (54) bildet.
10. Sprüheinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei Hochspannungserzeuger (30, 32) um den Träger (2) herum verteilt in der Gasüberdruckkammer (54) angeordnet sind.
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