DE2620399C3 - Vorrichtung zum elektrostatischen Versprühen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Versprühen von Lösungen, Dispersionen und Festkörpermischungen mit einem das Sprühgut aufnehmenden und Hochspannung führenden Transportband mit Abstreiforganen für überschüssiges Sprühgut.

Aus DE-GM 17 17 177 ist eine Vorrichtung zum Einbringen kleiner Teilchen in ein elektrostatisches Feld bekannt. Sie kommt zur Anwendung beispielsweise bei der Beflockung, und sie besteht aus einem umlaufenden Transportband, auf welches die Teilchen zunächst mit Hilfe eines Rakels in einer gleichmäßigen Schichtdicke aufgebracht werden, bevor sie nach dem Einlaufen des Trums in die Streuzone einzeln abgehoben und senkrecht nach oben in Richtung auf das zu beflockende Flächengebilde transportiert werden. Die spezifische Transportleistung liegt jedoch auf einem sehr niedrigen Niveau, und es wird außerdem bemängelt, daß sich über die gesamte Arbeitsbreite kein gleichmäßiges Streubild erzielen läßt.

Es ist bekannt, Flüssigkeiten, z. B. Lacke, Dispersionen oder Festkörper, z. B. pulverförmig Mischungen, elektrodynamisch zu versprühen und auf einem geeigneten Träger abzuscheiden. Die zu versprühende Materie, z. B. Flüssigkeitstropfen oder kleine Festkörper, z. B. Staub oder kurze Fasern, werden dabei in einem starken elektrischen Feld mit Ladungen belegt und durch die elektrischen Feldkräfte transportiert. Bekannte Anwendungen sind das Färb- und Lackspritzen, das Beschichten mit Festkörpern, z. B. die Herstellung von Schmirgelpapier, Elektrofiltermaterialien und das Beflocken mit textlien Fasern.

Die Teilchenaufladung erfolgt zum Beispiel durch lonisationsgitter. Der Teilchentransport wird in einem geeigneten elektrischen Feld unterschiedlicher Geometrie zu den jeweiligen Gegenelektroden durchgeführt.

Es sind Vorrichtungen und Verfahren bekannt, bei denen die Teilchen mechanisch erzeugt und nur elektrisch abgeschieden werden. Man spricht hier von mechanisch-elektrischen Verfahren. Der Nachteil derartiger Auftragsverfahren besteht darin, daß der Materialverlust erheblich ist. Die mechanisch, z. B. durch Sprühpistolen erzeugten Flüssigkeitsnebel müssen mit einer gewissen Geschwindigkeit in den Bereich hoher Ionendichte zur elektrischen Beladung eingeblasen werden, was aufgrund der Trägheit der Teilchen dazu führt, daß sie nicht alle hinreichend beladen bzw. anschließend im elektrischen Feld zu den vorgesehenen Gegenelektroden transportiert werden.

Erzeugt man die zu versprühenden Teilchen nichl mechanisch, sondern elektrisch, dann spricht man vom elektrostatischen oder elektrodynamischen Sprühen. Die Beladung der im elektrischen Feld zu transportierenden Medien erfolgt durch Kontakt an der Sprühelek-

"> trode. Mit Hilfe geeigneter Einrichtungen wird eine hinreichend große elektrische Beladung erwirkt, die zur Abstoßung der gleichnamigen elektrischen Oberflächenladung unter Zerstäubung von Flüssigkeitsfilmen führt, aber auch zum Auflösen und Absprühen von

ίο Faserbündeln und Festkörperkonglomeraten. Alle diese Vorgänge zur Erzeugung von Einzelteilchen an einer Elektrode werden Sprühen genannt Die so erzeugten Teilchen werden dann im elektrischen Feld längs der Kraftlinien zur Gegenelektrode transportiert und dort im allgemeinen vollkommen abgeschieden.

Das elektrostatische Versprühen ist deshalb im Gegensatz zum mechanisch-elektrischen Sprühen kaum mit Materialverlusten verbunden.

Aufgrund der bekannten Vorteile elektrodynamischer Sprühverfahren sind bereits zahlreiche Vorrichtungen unter Verwendung unterschiedlicher Sprühelektroden entwickelt worden. So ist zum Beispiel eine rotierende Glocke (Ransburg, in »Deutsche Farbenzeitschrift«, 1957, Seite 132) vorgeschlagen worden, oder eine rotierende Scheibe, deren Rotationsachse eine beliebige Neigung zur Gegenelektrode aufweisen kann (Lurgi, »Deutsche Farbenzeitschrift«, 1957, Seite 133), eine Ringelektrode (Bayer AG, DE-OS 20 32 072) bzw. in einfachster Form eine Sprühelektrode mit geradlini-

3» ger Kante (AEG, »Deutsche Farbenzeitschrift«, 1957, Seite 133). Infolge der unterschiedlichen Geometrie der Sprühkante ist jeder Elektrodenform ein bestimmtes Sprühbild zugeordnet, das in einer unterschiedlichen mengenmäßigen Verteilung der Sprühmasse auf der Gegenelektrode besteht. Für ein definiertes Absprühen müssen im allgemeinen mehrere Voraussetzungen erfüllt sein. So ist es erforderlich, daß eine möglichst einfache Symmetrie des elektrischen Feldes vorliegt, wobei sich diese Feldsymmetrie für die gesamte Sprühzone nicht verändern sollte. Die Belegung der Sprühkanten mit dem Sprühgut muß einheitlich und leicht zu kontrollieren sein. Eine Überlagerung von mechanischen und elektrischen Kräften ist unerwünscht. Der Sprühprozeß muß unabhängig von den verwendeten Lösungsmitteln sein und es darf nicht zum Antrocknen von Lösungen an Kanten und Ecken der Sprühvorrichtung kommen.

Die vorstehend genannten Voraufsetzungen werden von den bekannten Elektroden nicht in dem notwendi-

5() gen Maß erfüllt. Rotierende Elektroden sind insbesondere verbesserungsbedürftig hinsichtlich der Feldsymmetrie, der einheitlichen und kontrollierbaren Belegung der Sprühkanten und der unerwünschten Überlagerung von mechanischen und elektrischen Kräften, während Elektroden mit ruhender Kante zum Austrocknen von Lösungen besonders an den Enden der Kanten neigen, was jeweils zu schwerwiegenden Störungen des Sprühprozesses führt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum elektrodynamischen Versprühen zu entwickeln, die eine sich selbst reinigende Sprühelektrode mit einer möglichst hohen Sprühleistung enthält und alle vorstehend aufgeführten Voraussetzungen derart erfüllt, daß ein störungsfreier, einheitlicher Sprühablauf über die Arbeitsbreite und in Produktionsrichtung im Dauergebrauch gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung zum elektrostatischen Versprühen von Lösungen, Dispersio-

nen und Festkörpermischungen mit einem das Sprühgut aufnehmendem und Hochspannung führenden Transportband mit Abstreiforganen für überschüssiges Sprühgut, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Band 1 beiderseits der Sprühzone jeweils von einer Umlenkrolle 2 durch bedarfsweise mit Zu- und Ablauf 5 versehene Behälter 3 für das zu versprühende Medium geführt ist, und daß sowohl das hinlaufende wie das rücklaufende Bandtrum in einer Ebene liegen und daß alle 4 Bandkanten des Bandtrums in der SprJlhzone Sprühk-anten sind.

Im einfachsten Falle besteht somit die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einer einzigen Sprühstation der vorstehend definierten ArL In den meisten Fällen hat es sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, mehrere derartige Sprühstationen in Serie aufzustellen, die dann nebeneinander oder in Linie versetzt hintereinander angeordnet sind.

Derartige Sprühstationen mit endlos umlaufendem Band ermöglichen gegenüber bekannten rotierenden Elektroden eine bisher nicht erreichte Gleichmäßigkeit des Sprühvorganges. Bei rotierenden Elektroden, z. B. der Ringelektrode gemäß DE-OS 20 32 072 ist der sich ausbildende Oberflächenfilm aus Sprühlösung nicht immer einheitlich. Form und Dicke hängen von der Drehgeschwindigkeit des Ringes ab, von der Viskosität der Lösung und auch von der Position des jeweiligen Ringsegmentes, denn beim Durchlaufen des oberen Bogens sammelt sich die Sprühlösung aufgrund der Schwerkraft an der inneren Seite des Ringes bevorzugt an. Dies trifft auch für die auf- und absteigenden Segmente zu. Es kann deshalb auch bei einer guten Dosierung der Sprühlösung, z. B. durch ein Rundrakel nach dem Verlassen des Lösungsbehälters, keine einheitliche Belegung der Sprühzonen des Ringes erreicht werden. Die auf der Oberfläche des Ringes endenden Feldlinien und ihre Dichte sind im allgemeinen nicht gleichmäßig über den mit Lösung belegten Bogen verteilt. Hinzu kommt die abschirmende Wirkung des Lösungsbehälters. Die ungleichmäßige Belegung der Ringoberfläche mit Lösung und auch die elektrische Feldverteilung, die beide durch die Ringgeometrie bedingt sind, bewirken dann ein ungleichmäßiges Absprühen über die Ringoberfläche. Sprüht man auf eine vorbeigeführte Warenbahn, dann ergibt sich eine mehr oder weniger uneinheitliche Mengenverteilung über die Warenbreite. Aus diesem Grunde sind auch die sonst sehr günstigen Ringelektroden nicht allgemein einsetzbar.

Demgegenüber ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung ein sehr einheitliches und gleichmäßiges Versprühen über der gesamten Warenbreite und entsprechend der gewählten geometrischen Figur der Sprühzone.

Diese Geometrie wird dadurch bewerkstelligt, daß die Sprühkanten des umlaufenden Bandes an den gewünschten Stellen durch geeignete Abschirmung verdeckt sind.

Die Sprühkanten können im einfachsten Falle normale, nicht profilierte gerade Kanten sein. Es ist jedoch meist erwünscht -^G die Bandkante einen Krümmungsradius aufwui, lund ist oder auch kantig ausgestaltet bzw. sägezahnartig gezackt ist. Der Einfachheit halber wird die Kante stets als »Sprühkante« bezeichnet, wobei sich der Begriff Sprüh- oder Bandkante nur auf die Begrenzungslinie dci sprühenden Elektrode beziehen soll, nicht aber auf deren geometrische Form, die in der beschriebenen Weise jeweils dem

Verwendungszweck entsprechend gestaltet ist.

Durch die neuartige Anordnung wird erreicht, daß sich nicht wie üblich eins oder zwei Sprühkanten bzw. Sprühlinien ergeben, sondern vier Sprühkanten. Auf beiden Seiten des umlaufenden Bandes ergibt sich jeweils eine Sprühkante. Das Band durchläuft im Hin- und Rücklauf die volle Arbeitsbreite. Dies entspricht beim einfachen Durchgang einer Warenbahn durch die Sprühstation einem vierfachen Auftrag. Während das elektrische Feld das Sprühmedium an den Kanten abzieht, wird es aus der Bandmitte in gleicher Menge nachgeliefert, so daß immer eine Belegung einheitlicher Filmstärke an den Stichkanten unabhängig von der Zeit und der Position im elektrischen Feld vorliegt

Die Figur zeigt eine beispielhafte Ausführung einer .erfindungsgemäßen Sprühstation. Das endlos umlaufende Band 1 wird beidseitig der Sprühzone durch Behälter 3 geführt, die mit Rakeln 4 zum Abstreifen des zu versprühenden Mediums sowie mit Zu- und Ablauf 5 versehen sind. Das endlos umlaufende Band 1 befindet sich in einem mit Hilfe geeigneter Einrichtungen erzeugten elektrischen Feld, unter dessen Einfluß beidseitig senkrecht von den Sprühkanten des Bandes 1 ein geeignetes Medium versprüht wird, das sich in den Zonen 7 auf dem Träger 6 abscheidet.

Die Umlenkrollen 2 sind jeweils an den Umkehrpunkten des endlosen Bandes 1 derart angeordnet, daß das Band in dem gewünschten Abstand hin- und herläuft. Sie tauchen gleichzeitig in den Vorratsbehälter mit dem zu versprühenden Medium ein, so daß sich das Band 1 mit Sprühlösung bzw. Sprühmischung belädt.

Der Überschuß wird beim Austritt aus dem Behälter 3 mit Hilfe von Rakeln 4 beidseitig abgestreift. Durch den Zu- und Ablauf 5 wird das Niveau der Sprühlösung bzw. Dispersion so gehalten, daß das Band an den Umkehrpunkten mindestens in die Sprühlösung eintaucht.

Man erhält so eine Bandbelegung, die weitgehend unabhängig von der Umlaufgeschwindigkeit des Bandes ist. Das Absprühen erfolgt dann von der entsprechend gestalteten Sprühkante, die nach einer bevorzugten Ausführung rund ausgeführt ist. Der Nachtransport der Sprühlösung an die Sprühkante erfolgt durch Nachfließen vom Bandrücken aus. Durch das Eintauchen in die Lösung bzw. Mischung des zu versprühenden Mediums reinigt sich das umlaufende Band jeweils selbst und belegt sich an den Umkehrpunkten wieder mit dem Medium. Bei großen Sprühbreiten kann es zweckmäßig sein, das Band zusätzlich durch eine entsprechende Unterstützung zu halten. Durch geeignete Variation der Elektrodenabstände bei der Erzeugung des notwendigen elektrischen Feldes können jeweils richtungsabhängig unterschiedliche Mengen von der Sprühkante abgesprüht werden. Bei parallel laufenden Gegenelektroden ist das elektrische Feld längs der sich bewegenden Sprühkante jeweils konstant. Mit Hilfe geeigneter Einrichtungen, z. B. Schwingungserzeuger. Vibratoren oder dgl., kann das Band in transversale Schwingungen versetzt werden.

Das rücklaufende Band SDrüht grundsätzlich nach dem gleichen Prinzip wie das hinlaufende Band und es erfolgt ein Absprühen an beiden Sprühkanten.

Die Bandeinheit einer Sprühstation verfügt somit jeweils über vier mögliche Sprühkanten. Sprüht man mit einer einzigen Sprühstation auf eine kontinuierlich vorbeigeführte Warenbahn senkrecht zur Oberfläche des Bandes auf der Seite der Sprühkanten, dann erzeugt man eine rechteckige Sprühfigur, die durch einen

gleichen Mengenauftrag über die Breite und die Produktionsrichtung charakterisiert ist. Der Auftrag wird hinsichtlich seiner Menge bei konstantem elektrischem Feld durch die Stellung des Abstreifrakels bzw. die dadurch resultierende Bandbelegung, die Bandgeschwindigkeit bzw. die dadurch im Feld angebotene Sprühmenge bei konstanter Bandbelegung oder durch die Abzugsgeschwindigkeit von Warenbahnen und Einzelteilen gesteuert.

Es kann in manchen Fällen erwünscht sein, durch entsprechende Abschirmung der Feldlinien des Bandes zur Gegenelektrode die Sprühfigur dem jeweiligen Verwendungszweck anzupassen. Dies kann bei schmaleren Warenbahnen oder Einzelteilen und auch in den Randzoncn von Bedeutung sein. Die Abschirmung des Sprühbandes wirkt auf Sprühzonen, die sich bewegen und kontinuierlich aus dem abgeschirmten Bereich in die Feldzone oder in entgegengesetzte Richtung laufen. Es gibt also keinen Bandbereich, der kontinuierlich über die Zeit ganz oder teilweise abgeschirmt wird, wie es am Ende von feststehenden Sprühkanten der Fall ist, ohne sich kontinuierlich selbst zu reinigen.

Es besteht keine Gefahr, daß sich Sprühlösungsreste an den Kanten oder Ecken der Sprühstation absetzen können, unabhängig davon, ob diese in Betrieb ist oder nicht. Alle Teile laufen naß bzw. durch das zu versprühende Medium und reinigen sich dabei selbständig. Dies ist besonders bei hochflüchtigen Lösungsmitteln von Bedeutung, nach deren Abdampfen sich ausgefallene Lösungsrückstände an feststehenden Kanten aufbauen.

Die Polarität des elektrischen Feldes ist grundsätzlich beliebig. Als Sprühmedien können an sich bekannte

zur Herstellung von Folien, Fasern, zur punkt- oder musterförmigen Oberflächenbeschichtung bzw. Oberflächenveredelung oder Dispersionen bzw. Festkörpermischungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum elektrostatischen Versprühen von Lösungen, Dispersionen und Festkörpermischungen mit einem das Sprühgut aufnehmendem und Hochspannung führenden Transportband mit Abstreiforganen für überschüssiges Sprühgut, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (1) beiderseits der Sprühzone jeweils von einer Umlenkrolle (2) durch bedarfsweise mit Zu- und Ablauf (5) versehene Behälter (3) für das zu versprühende Medium geführt ist, und daß sowohl das hinlaufende wie das rücklaufende Bandtrum in einer Ebene liegen und daß alle vier Bandkanten des Bandtrums in der Sprühzone Sprühkanten sind.