СПОСОБ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ПРЕДМЕТЫ, А ТАКЖЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
METHOD FOR ELECTROSTATIC APPLICATION OF COATING ON OBJECTS, AS WELL AS DEVICE FOR APPLICATION OF COATING

Изобретение относится к способу электростатического нанесения покрытия на предметы, в котором между устройством для нанесения покрытия и подлежащим покрытию предметом создают электрическое поле.
Кроме того, изобретение относится к устройству для электростатического нанесения покрытия на предметы с:
а) устройством для нанесения покрытия для материала покрытия,
б) электрическим полевым устройством с источником высокого напряжения, посредством которого между устройством для нанесения покрытия и подлежащим покрытию предметом является создаваемым электрическое поле.
С помощью подобного известного на рынке способа и устройства для нанесения покрытия на предметы наносится, например, лак.
Для этого к подлежащему покрытию предмету прикладывается потенциал "земли". В качестве противоположного полюса либо к устройству для нанесения покрытия, например к дисковому распылителю, прикладывается отрицательный потенциал высокого напряжения, или устройству для нанесения покрытия предназначается ионизирующее устройство, посредством которого капли лака или частицы лака ионизируются.
Заряженные таким образом частицы лака из-за образованного между устройством для нанесения покрытия и предметом электрического поля притягиваются предметом, осаждаются на нем и при этом разряжаются. Во всяком случае, лишь часть выделенного устройством для нанесения покрытия лака попадает к предмету. Частичный поток лака, который в общем случае содержит как твердые тела и/или связующие, так и растворитель, не наносится на предмет. Это частичный поток специалисты называют "перераспыл".
Обычно, не принимая во внимание устройство для нанесения покрытия, также и к другим узлам устройства, например кабинным стенкам окрасочной камеры, прикладывается потенциал "земли". По этой причине другие узлы устройства также притягивают частицы лака, так что с течением времени все больше и больше перераспыла оседает на этих узлах.
Обычно пытаются удержать осаждение перераспыла на других узлах по сравнению с подлежащим покрытию предметом в приемлемых рамках, для чего узлы на потенциале "земли" пространственно находятся максимально удаленно от устройства для нанесения покрытия и предмета. Альтернативно, находят применение ограждения в форме пленок или разделительных средств, которыми покрыты подлежащие защите узлы. Также посредством воздушного хозяйства и, прежде всего, направления воздуха сквозь область кабины перераспыл отводится из кабины и осаждение на кабинных стенках и прочих узлах уменьшается. Однако такое решение достаточно затратно.
Задачей изобретения является создание способа и устройства названного в начале типа, которые отвечают данной идее.
Данная задача в способе названного в начале типа решена посредством того, что:
по меньшей мере к одному соотнесенному с устройством для нанесения покрытия коронирующему электроду прикладывается потенциал "земли", а по меньшей мере к одному соотнесенному с предметом противоположному электроду, по меньшей мере, периодически прикладывается положительный потенциал.
В основе изобретения лежит осознание того, что направленное электростатическое нанесение материала покрытия может пока еще надежно производится также и в том случае, если между устройством для нанесения покрытия и предметом создано электрическое поле, которое в направлении от устройства для нанесения покрытия к предмету имеет градиент напряженности поля от потенциала "земли" к положительному потенциалу высокого напряжения.
Соотношение потенциалов и направление электрического поля при этом пока еще всегда такое же, как это имеет место в известных устройствах названного в начале типа. Тот факт, что только соотнесенный с устройством для нанесения покрытия коронирующий электрод находится на потенциале "земли", ведет к эффекту, что между всеми другими, находящимися на потенциале "земли" узлами устройствами и противоположным электродом также образуется соответствующее электрическое поле, и частицы лака отталкиваются от этих узлов. За счет этого доля перераспыла, которая оседает на этих узлах, эффективно уменьшается. К тому же оттолкнувшиеся от находящихся на потенциале "земли" узлов устройства частицы лака отклоняются по направлению к противоположному электроду и, тем самым, к предмету, благодаря чему доля лака, которая достигает предмета и покрывает его, может быть увеличена.
В соответствии с этим особо эффективно, если другие узлы, которые могут быть достигнуты частицами лака, подключаются к потенциалу "земли".
Если должен быть покрыт предмет, который является электропроводящим, то предмет предпочтительно используется как противоположный электрод.
Если должен быть покрыт предмет, который не является электропроводящим, то особо благоприятно, если в качестве противоположного электрода, по меньшей мере, периодически используется вспомогательный противоположный электрод, который располагается на противолежащей устройству для нанесения покрытия стороне предмета.
При этом является преимуществом, если предмет и вспомогательный противоположный электрод образуют систему противоположных электродов выполнены с возможностью независимого друг от друга прикладывания к ним потенциала высокого напряжения, величина которого является регулируемой. Наносимый материал покрытия, прежде всего лак, зачастую является электропроводящим, пока он еще не отвердел. С увеличением толщины слоя на лежащем в основе неэлектропроводящем предмете его электрическая проводимость увеличивается, по крайней мере, на покрытой поверхности. Таким образом, частично покрытый предмет с течением времени может служить как противоположный электрод, как это имеет место в процессе для изначально электропроводящего предмета.
Особо благоприятно, если кабинная стенка окрасочной камеры, в которой расположены устройство для нанесения покрытия, противоположный электрод и предмет, подключается к потенциалу "земли". Тогда окрасочная камера может быть выполнена особо компактно, так что происходит лишь небольшое нанесение покрытия на кабинную стенку, если она, в отличие от известных устройств, расположена относительно близко к предмету. При этом благоприятно, если используется цилиндрическая кабинная стенка.
Вышеуказанная задача в отношении устройства названного в начале типа решена посредством того, что:
в) полевое устройство включает в себя по меньшей мере один соотнесенный с устройством для нанесения покрытия коронирующий электрод и по меньшей мере один соотнесенный с предметом противоположный электрод,
г) при эксплуатации устройства по меньшей мере один коронирующий электрод подключен к потенциалу "земли", а по меньшей мере один противоположный электрод, по меньшей мере, периодически - к положительному потенциалу.
Преимущества этого и далее разъясненных признаков соответствуют разъясненным выше в отношении соответствующих признаков способа преимуществам.
Следовательно, особо эффективно, если другие узлы устройства, которые могут быть достигнуты частицами лака, подключены к потенциалу "земли".
Для нанесения покрытия на электропроводящие предметы противоположный электрод преимущественно может быть образован предметом.
Если должен быть покрыт предмет, который не является электропроводящим, то соответственно благоприятно, если противоположный электрод, по меньшей мере, частично образован вспомогательным противоположным электродом, который расположен на противолежащей устройству для нанесения покрытия стороне предмета.
При этом предмет и вспомогательный противоположный электрод, предпочтительно, образуют систему противоположных электродов и преимущественно независимо друг от друга выполнены с возможностью подключения к потенциалу высокого напряжения, величина которого является регулируемой.
Благоприятно, если кабинная стенка окрасочной камеры, в которой расположены устройство для нанесения покрытия, противоположный электрод и предмет, подключена к потенциалу "земли".
Преимущественно, кабинная стенка является цилиндрической.
Далее примеры выполнения изобретения подробнее разъясняются на основании чертежей. На них показано:
Фиг.1 - схематичное изображение первого примера выполнения окрасочного устройства с полевым устройством,
Фиг.2 - схематичное изображение второго примера выполнения окрасочного устройства с модифицированным полевым устройством,
Фиг.3 - схематичное изображение третьего примера выполнения окрасочного устройства с еще раз модифицированным полевым устройством.
Сначала обратимся к фиг.1. Там общим обозначением 10 обозначено окрасочное устройство, которое включает в себя окрасочную камеру 12. Окрасочная камера 12 цилиндрической кабинной стенкой 14 ограничивает внутреннее пространство 16, которое функционально разделено на расположенную вверху область 18 окрашивания и расположенную под ней область 20 отделения. Через кабинную крышу 22, которая обычно выполнена как нижний ограничитель не показанного здесь собственно пространства для подачи воздуха с фильтрующей крышей, воздух может быть подан в область 18 окрашивания сверху и проходит сквозь нее насквозь вниз, в область 20 отделения.
В области 20 отделения находится работающее по электростатическому принципу сепарирующее устройство 24, которое включает в себя несколько ровных и расположенных параллельно друг другу сепарирующих пластин 26, только две из которых снабжены ссылочным обозначением. Между соответствующими двумя сепарирующими пластинами 28 расположено по одному электродному узлу 28 с коронирующими проволоками 28а и пластинчатым или решетчатым электродом 28b, лишь один единственный из которых снабжен ссылочным обозначением. Каждый электродный блок 28 соединен с полюсом не показанного собственно источника высокого напряжения. Сепарирующие пластины 24 через другой полюс источника высокого напряжения соединены с потенциалом "земли". Подобный так называемый электроочиститель, в основном, известен из уровня техники и дополнительного разъяснения не требует.
После того, как кабинный воздух пройдет сквозь сепарирующее устройство 24, он выходит через нижнее кабинное отверстие 30 из окрасочной камеры 12 и, при необходимости, после дополнительного кондиционирования, может быть снова подан в упомянутое выше пространство для подачи воздуха. Главное направление потока кабинного воздуха обозначено стрелками 32.
В области 18 окрашивания окрасочной камеры 12 расположено устройство для нанесения покрытия в форме стационарного распылительного сопла 34, которое по питающей линии 36 питается лаком из резервуара с лаком. В предложенном примере выполнения распылительное сопло 34 работает пневматически и создает направленную вниз струю, которая обозначена схематично и имеет ссылочное обозначение 38. В модификации также могут быть предусмотрены устройства для нанесения покрытия, которые функционируют по другим принципам работы. Например, можно было бы назвать так называемые устройства безвоздушного распыления и такие распылители, такие как конусные распылители и пьезораспылители, так как они сами по себе известны.
Распылительное сопло 34 включает в себя втулку 40 рубашки, продольная ось которой проходит вертикально и опирается с возможностью смещения в вертикальном направлении. Нижняя кромка втулки 40 рубашки удерживает несколько равномерно распределенных в направлении периметра и выступающих вниз ионизирующих игл 42. Втулка 40 рубашки посредством линии 44 соединена с полюсом источника 46 высокого напряжения и, таким образом, соединена с потенциалом "земли".
Другой полюс источника 46 высокого напряжения посредством линии 48 соединен с подлежащим окрашиванию предметом 50, который должен быть электропроводящим. Предмет 50 с помощью источника 46 высокого напряжения может быть соединен с положительным потенциалом высокого напряжения.
Предмет 50 посредством многоосевого робота 52 для нанесения покрытия, так как он сам по себе известен, перемещается по заданной траектории перемещения в струе 38 распылительного сопла 34. Робот 52 для нанесения покрытия включает в себя переднюю свободную часть 54 руки, которая удерживает предмет 50 и соединена с его потенциалом, а также изолированную от этого заднюю часть 56, которая соединена с потенциалом "земли". Передняя свободная часть 54 руки робота 52 для нанесения покрытия через отверстие 58 в кабинной стенке 14 может быть введена в область 18 окрашивания окрасочной камеры 12 и перемещаться там.
Наряду с втулкой 40 рубашки с ионизирующими иглами 42 и задней частью 52b робота 52 для нанесения покрытия, цилиндрическая кабинная стенка 14 также соединена с потенциалом "земли".
Описанное выше окрасочное устройство 10 может использоваться для окрашивания электрически проводящих предметов 50 и функционирует следующим образом.
В то время как втулка 40 рубашки распылительного сопла 32 и, тем самым, ионизирующие иглы 42 находятся на потенциале "земли", в предложенном примере выполнения на предмет 50 прикладывается положительный потенциал высокого напряжения величиной около +50 кВ. Величина приложенного потенциала в совокупности зависит от нескольких параметров, среди прочих, например, от геометрии предмета 50 или окрасочной камеры 12 и типа примененного распылительного сопла 34.
Как только ионизирующие иглы 42 и предмет 50 будет соединен с соответствующим полюсом источника 46 высокого напряжения, и он будет активирован, по причине разности потенциалов между ионизирующими иглами 42 и предметом 50 создается электрическое поле. За счет этого предмет 50 работает как противоположный электрод 60 относительно ионизирующих игл 42. В совокупности с помощью ионизирующих игл 42, противоположного электрода 60 и источника 46 высокого напряжения образовано полевое устройство, посредством которого между распылительным соплом 34 и подлежащим покрытию предметом 50 создается электрическое поле.
При этом ионизирующие иглы 42 образуют соотнесенные с распылительным соплом 34 коронирующие электроды, которые на основании имеющейся разности потенциалов выделяют электроны и работают как распылительные электроды. Так как ионизирующие иглы 42 на своем острие имеют более сильный изгиб по сравнению с предметом 50, то полярность ионизирующих игл 42 также задает полярность образующегося коронного разряда.
Теперь активируется распылительное сопло 34 и выделяет частицы лака, благодаря чему создается туман из лака, который включает в себя воздух и частицы лака. Как воздух, так и частицы лака ионизируются на ионизирующих иглах 42 и из-за имеющегося электрического поля перемещаются к предмету 50, на который в результате этого наносится покрытие.
На фиг.1 в области струи 38 показана примерная дугообразная эквипотенциальная линия 76. При разъясненных соотношениях потенциалов напряженность поля там составляет примерно +10 кВ. Частицы лака отталкиваются от находящихся на потенциале "земли" распылительного сопла 34 и втулки 40 рубашки с ионизирующими иглами 42, а также от всех прочих находящихся на потенциале "земли" узлов в окрасочной камере 12. Последние представляют собой упомянутую выше кабинную стенку 14 и заднюю часть 56 робота 52 для нанесения покрытия.
То есть, если частицы лака попадают к иным узлам окрасочной камеры 12, чем подлежащий покрытию предмет 50, которые находятся на потенциале "земли", то они отталкиваются от них.
Таким образом, доля частиц лака, которые выпадают на иных узлах, чем подлежащий покрытию предмет 50, поддерживается очень малой.
Тем не менее, из-за потока кабинного воздуха от потолка 22 кабины к нижнему отверстию 30 кабины доля частиц лака захватывается кабинным воздухом и увлекается им и протекает мимо предмета 50, не прилипая к нему. Для очистки кабинного воздуха от этих частиц лака предусмотрено сепарирующее устройство 24, которое работает самим по себе известным образом.
На фиг.2 в качестве второго примера выполнения показано модифицированное окрасочное устройство 10′. В нем компоненты, которые соответствуют окрасочному устройству 10 согласно фиг.1, снабжены теми же самыми ссылочными обозначениями.
Здесь источник 46 высокого напряжения устроен таким образом, что к предмету 50 может быть приложен положительный потенциал высокого напряжения, величина которого является регулируемой.
В отличие от окрасочного устройства 10 согласно фиг.1, свободная передняя рука 54 робота 52 для нанесения покрытия удерживает вспомогательный противоположный электрод 64. Данный вспомогательный противоположный электрод 64 имеет линзообразную головку 66 электрода и посредством крепежного узла 68 соединен с роботом 52 для нанесения покрытия так, что он всегда стационарно находится на противолежащей распылительному соплу 34 стороне предмета 50. При этом одна из главных поверхностей головки 66 электрода направлена к предмету 50.
Точно также и к вспомогательному противоположному электроду 64 может быть приложен положительный потенциал высокого напряжения, величина которого является регулируемой, для чего он посредством линии 70 соединен с источником 46 высокого напряжения. Линия 70 обозначена пунктирной линией.
В окрасочном устройстве 10′ противоположный электрод 60 в форме предмета 50 и вспомогательный противоположный электрод 64 с головкой 66 электрода образуют систему 72 противоположных электродов и к ним независимо друг от друга может быть приложен положительный потенциал высокого напряжения.
Окрасочное устройство 10′ также может использоваться для окрашивания электрически непроводящих предметов 50 и функционирует следующим образом.
К началу процесса окрашивания к вспомогательному противоположному электроду 64 сначала прикладывается положительный потенциал высокого напряжения. В предложенном примере выполнения он составляет +50 кВ. Между ионизирующими иглами 42 и вспомогательным противоположным электродом 64 образуется электрическое поле, в котором находится предмет 50. Сначала он не воздействует на электрическое поле, так как не является проводящим.
Теперь активируется распылительное сопло 34 и ионизированные на ионизирующих иглах 42 частицы лака перемещаются по направлению к предмету 50 и второму противоположному электроду 64. Доля этих частиц лака по пути к вспомогательному противоположному электроду 64 оседают на предмете 50.
Благодаря электропроводящему в незатвердевшем состоянии лаку предмет 50, по меньшей мере, на своей поверхности, становится электропроводящим. Контактирование предмета 50 с источником 46 высокого напряжения выполнено таким образом, что на наносимый лак при достаточной толщине слоя подается высокое напряжение. Чем толще слой лака на предмете 50, тем больше может быть приложенный к нему потенциал высокого напряжения, и тем лучше сам предмет 50 действует как противоположный электрод.
За счет этого с ростом толщины слоя лака на предмете 50 величина потенциала высокого напряжения на вспомогательном противоположном электроде уменьшается и на предмете 50, как на противоположном электроде, увеличивается, пока полный потенциал высокого напряжения +50 кВ не будет приложен к предмету 50 или же к его покрытию.
Также и в окрасочном устройстве 10′ частицы лака, которые попадают на иные, также находящиеся на потенциале "земли" узлы, чем подлежащий покрытию предмет 50, отталкиваются от этих иных узлов и к тому же отклоняются в направлении предмета 50, как это было разъяснено выше.
На фиг.3 в качестве третьего примера выполнения показано еще раз модифицированное устройство 10′. В нем компоненты, которые соответствуют окрасочному устройству 10′ согласно фиг.2, снабжены теми же самыми ссылочными обозначениями.
В окрасочном устройстве 10″ вспомогательный противоположный электрод 64 соединен не с роботом 52 для нанесения покрытия, а расположен стационарно в области 12 окрашивания и, глядя в направлении потока кабинного воздуха, почти перед областью 20 отделения окрасочной камеры 12.
Вспомогательный противоположный электрод 64 в окрасочном устройстве 10″ имеет грибовидную головку 74 электрода, которая указывает в направлении на предмет 50. Головка 74 электрода противоположного электрода 64 посредством линии 70 соединена с источником 46 высокого напряжения, так что к ней также может быть приложен имеющий возможность регулирования потенциал высокого напряжения.
В окрасочном устройстве 10″ первый противоположный электрод 60 в форме предмета 50 и вспомогательный противоположный электрод 64 с грибовидной головкой 74 электрода образуют систему 72 противоположных электродов и к ним независимо друг от друга может быть приложен положительный потенциал высокого напряжения.
В принципе, окрасочное устройство 10″ функционирует как и окрасочное устройство 10′, то есть к началу процесса окрашивания к грибовидной головке 74 электрода прикладывается потенциал высокого напряжения в +50 кВ, который в ходе процесса окрашивания постепенно уменьшается, при этом приложенный к предмету 50 потенциал высокого напряжения в зависимости от достигнутой толщины слоя нанесенной лака в противоходе постепенно повышается.
Понимается, что также и в окрасочном устройстве 10″ частицы лака, которые попадают на иные, также находящиеся на потенциале "земли" узлы, чем подлежащий покрытию предмет 50, отталкиваются от этих иных узлов, как это было разъяснено выше.
В общем, окрасочные устройства 10, 10′ и 10″ могут быть построены очень компактно с окрасочной камерой 12, которая, в отличие от традиционных окрасочных камер, имеет уменьшенные размеры и должна превышать размеры подлежащего или подлежащих покрытию предметов на меньшую величину.