ELECTROSTATIC SPUTTERING OR SPRAYING OF ELECTRICALLY CONDUCTIVE FLUIDS, E.G. PLANT TREATING AGENTS

Abstract: 1. Apparatus for safely applying drops, via a spraying system, such as a spray nozzle, an atomizing nozzle or a rotary atomizer, from a volume of liquid which is charged by means of one or more high-voltage generators, wherein a) the entire volume of liquid under high voltage is contained within a tank (1) and one or more lines (8), both tank and lines being made of a highly electrically insulating material, and b) the tank (1) made of a highly electrically insulating material and the lines (8) are surrounded externally by a conductive or non-chargeable, earthed covering (3) which prevents electrical forces acting on persons or near-by components of the equipment.

Description: Elektrostatisches Verspritzen bzw. Versprühen von elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten, z . B. Pflanzenbehandlungsmitteln Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gefahrlosen Ausbringen von Tropfen über ein Spritzsystem, wie Spritzdüse, Sprühdüse oder Rotationszerstäuber aus einem über mindestens einen Hochspannungsgenerator aufgeladenen Flüssigkeitsvolumen. Das Aufbringen von Pflanzenbehandlungsmitteln erfolgt in der Regel durch Erzeugen eines Tropfenspektruins im Bereich von 150 bis 600 1um und anschliessendes Ablagern dieser Tropfen unter Ausnutzung sowohl der dem Tropfen in der Zerteileinrichtung mitgegebenen kinetischen Energie als auch der Schwerkraft. Die Ablagerung der Tropfen erfolgt auf der Oberseite und bevorzugt auf den der Spritz- und Sprüheinrichtung am nächsten liegenden Blat tflächen. Der aus Gründen der Wirtschaftlichkeit geforderten Verminderung der Flüssigkeitsmenge je Flächeneinheit sind Grenzen gesetzt; einerseits dadurch, dass zur Erhaltung der Wirksamkeit beispielsweise eines Pf lanzenschutz- mittels eine Mindestzahl von Tropfen pro cm2 Pflanzenoberfläche aufgebracht werden muss und andererseits dadurch, dass eine Verkleinerung des Tropfendurchmessers die Verluste durch Abtrift erhöht. Ähnlich der elektrostatischen Pulverlackierung wird daher seit langem versucht, die Anlagerung von Tröpfchen durch Anwendung elektrischer Kräfte zu verbessern. Diese Technik verspricht gegenüber der heute üblichen Praxis die folgenden Vorteile: - durch elektrische Kraftwirkungen wird die Gleichmässigkeit der Vertei lung von Tropfen beispielsweise in einem Pflanzenbewuchs entscheidend verbessert; die Anlagerung erfolgt nicht nur auf den Oberseiten der der Spritz- und Sprüheinrichtung benachbarten Blattoberfläche, son dern auch auf der Oberseite tiefer gelegener Blattberflächen und sogar in geringerem Mass auf der Unterseite von Blättern. - da die elektrischen Kraftwirkungen die Anlagerung besonders der kleinen Tropfen verbessern und damit die Verluste durch Abtrift ver mindern, wird es möglich, Tropfenspektren im Bereich von 30 bis 100 1um gezielt aufzubringen; dies bedeutet eine erhebliche Verminde rung der aufzuwendenden Flüssigkeitsmenge je Flächeneinheit und gleichzeitig wegen der gezielten Aufbringung eine Verminderung der Umweltbelastung. Wirkstoffeinsparungen sind bei den einzelnen Indika tionen im Pflanzenschutz denkbar, vgl. hierzu E. Moser, K. Schmidt u.a. "Besserer Pflanzenschutz mit elektrostatischer Aufladung", DLG-Mitteilungen 811982. Im Gegensatz zur elektrostatischen Pulverbeschichtung in Lackieranlagen muss der Spritz- und Sprühvorgang in der Landwirtschaft unter wechselnden und nicht immer optimalen Spritz- und Sprühbedingungen erfolgen. Ursachen sind der mit dem Wassergehalt der Pflanzen und des Bodens veränderliche Erdableitwiderstand der zu beschichtenden Blätter, die mit der Geometrie der Pflanzen sich ändernde Beeinflussung des elektrischen Feldes in der Umgebung der Spritz- und Sprüheinrichtung und die durch unterschiedliche Wirkstoffe bedingte Änderung der Leitfähigkeit der zu verspritzenden und versprühenden Flüssigkeit. Einer der Hauptgründe für die Schwierigkeiten beim Einsatz der elektrostatischen Spritzung und Versprühung wässriger und damit elektrisch leitfähiger Flüssigkeiten liegt darin, dass die im Spritzsystem und im Behälter gespeicherte elektrische Energie bei entsprechend hoher Spannung und elektrischer Kapazität so gross sein kann, dass das Berühren von unter Spannung stehenden Teilen für den Menschen gefährlich ist. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten sind bisher die folgenden Wege beschritten worden: - Die zu verspritzende bzw. zu versprühende Flüssigkeit ist im Behälter nicht geladen, die Tröpfchen werden am Ort der Erzeugung durch eine geeignete Anordnung von Elektroden durch Anlagern von Ionen geladen. Vorteil des Verfahrens ist seine Anwendbarkeit auch für leitfähige Flüssigkeiten unabhängig von der Grösse des Vorratsbehälters; Nachteil ist die verfahrensbedingte niedrige Aufladespannung und die Art der Aufladung, die zusammen nur eine geringe Verbesserung der Tropfen anlagerung gegenüber dem Spritzen ohne Einsatz elektrischer Kräfte bewirken. - die Auffüllung des mit dem Spritzsystem verbundenen Behälters erfolgt aus einem Vorratsbehälter über ein Zwischenbehältersystem. Dabei liegt der Zwischenbehälter spannungsseitig während seiner Befüllung wie der Vorratsbehälter auf Erdpotential und wird vor der Entleerung in den mit dem Spritzsystem verbundenen Behälter auf dessen Potential gebracht. Vorteil des Verfahrens ist seine Anwendbarkeit auch für leitfähige Flüssigkeiten unabhängig von der Grösse des Behälters; Nach- teil ist der erhebliche finanzielle und räumliche Aufwand für das Zwischenbehältersystetn. - die zu verspritzende und versprühende leitfähige Flüssigkeit liegt an Hochspannung; zur Vermeidung sicherheitstechnischer Probleme wird die elektrische Kapazität des Gesamtsystems und damit das Fassungsvermö gen des Behälters klein gehalten. Vorteil des zuletzt genannten Geräts ist der einfache, sicherheitstechnisch unbedenkliche Aufbau; Nachteil ist die Beschränkung in der Behältergrösse, die den Einsatz in der Erwerbslandwirtschaft auf Bodengeräten verbietet. Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei Beibehaltung der als besonders geeignet erkannten Kontaktaufladung eine Vorrichtung zum gefahrlosen Verspritzen oder Versprühen elektrostatisch aufgeladener Tröpfchen zu konstruieren, wobei die im Behälter verfügbare Flüssigkeitsmenge ausreichend gross ist, um einen wirtschaftlichen Einsatz auf Bodengeräten in der Landwirtschaft oder anderen Spritzeinrichtungen grosser Kapazität zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass a) das gesamte unter Hochspannung stehende Flüssigkeitsvolumen von einem Behälter aus elektrisch hoch isolierendem Material und einer oder mehreren Zuleitungen aus elektrisch hoch isolierendem Material um grenzt ist, b) der aus elektrisch hoch isolierendem Material bestehende Behälter und die Zuleitungen aussen von einer leitfähigen oder nichtaufladbaren, geerdeten Umhüllung umgeben sind, welche elektrische Kraftwirkungen auf Personen oder andere benachbarte Anlagenteile verhindert. Bevorzugt wird das Flüssigkeitsvolumen durch einen oder mehrere im Behälter integrierte Hochspannungsgeneratoren aufgeladen. Verschlüsse, Schlauchanschlüsse und Verbindungselemente sind vorteil haft so beschaffen, dass sie beim Öffnen oder Lösen automatisch zur Abschaltung der Spannungsversorgung führen. Erfindungsgemäss ist das Spritzsystem in einem elektrisch leitfähigen oder nichtaufladbaren, isoliert montierten Schirm integriert. Erforderlichenfalls kann zusätzlich Flüssigkeit aus einem vorzugs weise drucklos zu betreibenden Zusatzbehälter in Spritzpausen in den Behälter geleitet werden. Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung gelingt es, mittels der als besonders geeignet erkannten Kontaktaufladung Flüssigkeitstropfen elektrisch aufzuladen und über ein Spritz- oder Sprühsystem gefahrlos aus einem Behälter zu verspritzen- oder versprühen, ohne dass Beschränkungen in der Grösse des Behälters bestehen, ohne dass räumliche oder finanzielle Aufwendungen für Zwischenbehälter erforderlich sind, oder dass die Funktionsfähigkeit an bestimmte eng begrenzte Leitfähigkeitsbereiche der zu verspritzenden Flüssigkeit gebunden ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird bevorzugt benutzt zur Ausbringung von Pf lanzenbehandlungsmitteln. Der Einsatz der erfindungsgemässen Vorrichtung auf Bodengeräten in der Landwirtschaft bietet als zusätzliche Vorteile: a) keine vorrichtungsbedingte Beschränkung der Anwendung in der Spritz breite oder in der Spritzhöhe, b) keine vorrichtungsbedingte Beschränkung bei besonders dichtem Pflanzenbewuchs, da der Teilchentransport durch Kombination aus Massenkraft und elektrischer Kraft bewirkt wird, c) gegenüber der Ausbringung mit Handgeräten keine Abscheidung von Tropfen auf der mit der Ausbringung gefassten Person. Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann weiterhin zum Beschichten von Papier- und Folienbahnen und zum Lackieren metallischer, oder leitfähiger Gegenstände tit leitfähigen Beschichtungen verwendet werden. Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert: Es zeigen Figur 1 den Querschnitt durch den Behäler mit allen wesentlichen Bauteilen Figur 2 den Querschnitt durch Zuleitung und Düse als Spritzsystem mit allen wesentlichen Bauteilen Figur 3 den Querschnitt durch Zuleitung und Rotationszerstäuber als Spritzsystem mit allen wesentlichen Bauteilen Figur 4 eine schematische Übersicht der Gesamtanlage In den Zeichnungen sind die leitfähigen oder nichtaufladbaren Teile der Vorrichtungsteile von links unten nach rechts oben und die nichtleitfähigen Teile von links oben nach rechts unten schraffiert. Die Flüssigkeit 2 wird über einen Verschluss 5 in den aus elektrisch hochisolierendem Material gefertigten Behälter 1 gefüllt. Dieser Behälter 1 ist auf seiner Aussenseite von einer leitfähigen oder halbleitfähigen, mit der Masse eines Bodengeräts oder mit Erdpotential verbundenen Umhüllung 3 umgeben. Mit einem solchen Aufbau ist es möglich, die zu verspritzende Flüssigkeit 2 unabhängig von ihrer elektrischen Leitfähigkeit elektrostatisch optimal aufzuladen, ohne dass unerwünschte Kraftwirkungen von den Aussenwänden des Behälters 1 aus wirksam werden können. Besonders vorteilhaft ist es, die Aufladung der Flüssigkeit mittels eines oder mehrerer im Behälter 1 integrierter Hochspannungsgeneratoren 4 vorzunehmen, die ihre Versorgungsspannung beispielsweise aus der Batterie des Bodengeräts oder einer anderen Spannungsquelle erhalten. Die Wandstärke des Behälters 1 und die Hochspannungsgeneratoren 4 sind so ausgelegt, dass an der Flüssigkeit 2 Hochspannung vorzugsweise zwischen 20 und 100 kV regelbar erzeugt werden kann, wobei der Maximalstrom einen einstellbaren Grenzwert nicht übersteigt. Dies hat den Vorteil, dass die Aufladung der Tröpfchen und die Anpassung an die optimalen Spritzbedingungen ohne jede Hochspannungsverkabelung erreicht werden kann. Einfach und sicher ist die Massnahme, den Verschluss 5, die Schlauchanschlüsse 6 zu den Spritzeinrichtungen wie z.B. Düse 11 und Rotationszerstäuber 12, und die Verbindungselemente 7 an den Spritzeinrichtungen 11, 12 so zu gestalten, dass Öffnen des Füllstutzens 5 bzw. Lockern der Schlauchanschlüsse 6 und der Verbindungselemente 7 zum automatischen Abschalten der Hochspannung führen. Diese Abschaltung der Hochspannung wird dadurch erreicht, dass beim Lockern der Schlauchanschlüsse 6 oder der Verbindungselemente 7 die Dichtwirkung einer Dichtung 10 aufgehoben wird und durchfliessende Flüssigkeit einen Kurzschluss zur Umhüllung 3 verursacht. In Verbindung mit den integrierten Hochspannungsgeneratoren 4 und der leitfähigen oder halbleitfähigen, geerdeten Umhüllung 3 wird so sichergestellt, dass auch unsachgemässes Hantieren an dem unter Spannung stehenden System gefahrlos ist. Das Prinzip der leitfähigen oder halbleitfähigen, geerdeten Umhüllung 3 wird auch an den Zuleitungen 8 zwischen Behälter 1 und dem Spritz- oder Sprühsystem angewandt. Berührungsschutz an den Spritz- oder Sprüheinrichtungen wird durch einen leitfähigen oder halbleitfÅaigen, isoliert montierten Schirm 9 erreicht. Der besondere Vorteil dieses Schirms 9 besteht darin, dass er - durch Influenz vom Spritz- oder Sprühsystem aufgeladen - die elektrischen Kraftwirkungen zum Transport der geladenen Tröpfchen zum Zielobjekt verstärkt. Die elektrische Kapazität dieses Berührungsschutzes ist erfindungsgemäss so gering, dass ein Berühren auch im aufgeladenen Zustand völlig ungefährlich ist. Besonders einfach und vorteilhaft kann die Menge der zu verspritzenden Flüssigkeit im System vergrössert werden, wenn aus einem Zusatzbehälter 13 Flüssigkeit dem Behälter 1 zugeführt wird. Dies kann ohne zusätzliche Schutzmassnahme dadurch erreicht werden, dass, von dem Regelgerät 14 automatisch gesteuert, in den Spritzpausen, beispielsweise beim Wechseln der Bearbeitungsreihen oder beim Vorrücken des Werkstücks, elektrisch nicht aufgeladene Flüssigkeit aus dem geerdeten Zusatzbehälter in das Spritzoder Sprühsystem gefördert wird, wobei sich während dieses kurzzeitigen Auf füllens die Hochspannung automatisch abschaltet. Zeichn.

Claims: Patentansprüche 1. Vorrichtung zum gefahrlosen Ausbringen von Tropfen über ein Spritz system, wie Spritzdüse, Sprühdüse oder Rotationszerstäuber, aus einem über mindestens einen Hochspannungsgenerator aufgeladenen Flüssig- keitsvolumen, dadurch gekennzeichnet, dass a) das gesamte unter Hochspannung stehende Flüssigkeitsvolumen von einem Behälter (1) aus elektrisch hoch isolierendem Material und einer oder mehreren Zuleitungen (8) aus elektrisch hoch isolie rendem Material umgrenzt ist, und b) der aus elektrisch hoch isolierendem Material bestehende Behäl ter (1) und die Zuleitungen (8) aussen von einer leitfähigen oder nichtaufladbaren, geerdeten Umhüllung (3) umgeben sind, welche elektrische Kraftwirkungen auf Personen oder andere benachbarte Anlagenteile verhindert. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen oder mehrere im Behälter (1) integrierte Hochspannungsgeneratoren (4). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere Verschlüsse (5), einer oder mehrere Schlauchanschlüsse (6) und ein oder mehrere Verbindungselemente (7) so beschaffen sind, dass sie beim Öffnen oder Lösen automatisch zur Abschaltung der Span nungsversorgung führen. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzsystem (11, 12) in einen elektrisch leitfähigen oder nichtauf ladbaren, isoliert montierten Schirm (9) integriert ist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätz liche Flüssigkeit aus einem vorzugsweise drucklos zu betreibenden Zusatzbehälter (13), von einem Regelgerät (14) automatisch gesteuert, in Spritzpausen in den Behälter (1) geleitet werden kann. 6. Verwendung der Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1 bis 5 zum Ausbrin gen von Pflanzenbehandlungsmitteln in wässriger oder nichtwässriger Spritzbrühe. 7. Verwendung der Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1 bis 5 zum Beschich ten von Papier- oder Folienbahnen. 8. Verwendung der Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1 bis 5 zum Lackieren von Gegenständen mit Wasserlacken oder anderen leitfähigen Flüssig keiten.

Inventors: GROENER, HANS, MAURER, BODO
Applicants: BASF AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: B05B5
IPC codes: B05B5