Arten von Sprühpistolen

Tribostatische Sprühpistolen

Wenn ein Pulverlack Kontakt mit einer Oberfläche hat und entlang dieser Oberfläche bewegt wird, nehmen die Pulverpartikel eine elektrische Ladung an. Diese Aufladung durch Reibung hängt von vielen Parametern ab, beispielsweise von der chemischen und physikalischen Beschaffenheit des Pulvers und der Kontaktfläche, der relativen Luftfeuchtigkeit und der Partikelgeschwindigkeit.

Die Sprühpistole erhält das Pulver aus einem Wirbelbett-Bunker, von dem es durch den Unterdruck angesaugt wird, den der Luftmengenregler erzeugt.

Der Luftmengenregler regelt die Pulvermenge für die Sprühpistole. Der Druck am Luftmengenregler bestimmt die Pulvergeschwindigkeit, die etwa proportional zur entstehenden Aufladung ist. Elektrische Steuerungen sind nicht erforderlich, sodass der Bediener nur drei Einstellungen vornehmen muss:

  • Druck im Wirbelbett
  • Luftdruck am Luftmengenregler
  • Pulverregler

Vorteile

  1. Niedrige Kosten – kein Hochspannungsgenerator erforderlich
  2. Gute Eindringeigenschaften in vertiefte Bereiche
  3. Funkenfrei
  4. Selbstbegrenzende Schichtdicke in der Regel größer als bei konventionellen elektrostatischen Sprühpistolen

Nachteile

  1. Da die Pulver unterschiedliche Zusammensetzungen im Hinblick auf Polymer, Pigmentart und Pigmentkonzentration haben, ist das Aufladepotenzial sehr unterschiedlich und in manchen Fällen so gering, dass keine oder fast keine Ablagerung des Pulverlacks erfolgt.
  2. Der Aufladewirkungsgrad sinkt mit zunehmender relativer Luftfeuchtigkeit.
  3. Der Aufladewirkungsgrad sinkt mit zunehmender Nutzungsdauer.
  4. Die Pulverablagerung ist niedriger als bei einer konventionellen elektrostatischen Sprühpistole, daher können die Durchsatzraten in der Produktionslinie geringer sein.

Wirksamkeit des elektrostatischen Pulversprühauftrags

Zum Sprühauftrag von Pulverlacken werden die Partikel in der Regel durch eine Koronaentladung oder durch eine Bombardierung mit Ionen aufgeladen. Dies erfolgt an oder in der Nähe des Austrittspunkts des Pulvers; die Entladeelektrode befindet sich am Kopf der Sprühpistole. An der Elektrode liegt eine hohe Spannung an, sodass ein hoher elektrischer Gradient entsteht. Dadurch entsteht eine elektrische Korona (und ein Unterdruck) in der Nähe der Elektrode. Die Gasmoleküle in der Luft werden leitfähig, wenn sie mit Elektronen bombardiert werden, die sich frei am Entladekopf bewegen. Die Partikel, die mit dem umgekehrten Vorzeichen der Elektrode aufgeladen sind, werden dann sofort zur Elektrode gezogen. Die Partikel mit den gleichen Vorzeichen werden in den Raum über der Elektrode abgestoßen. Die Pulverpartikel werden durch diesen Raum geblasen und erhalten durch Kollision oder Ionenbombardierung die Ladung der Luftpartikel, sodass sie ebenfalls aufgeladen sind. Sobald sie aufgeladen sind, lagern sie sich an dem geerdeten Werkstück ab.

Jede Sprühpistole hat unterschiedliche Eigenschaften. Die Eigenschaften hängen von folgenden Parametern ab:

  1. ob die Spannung höher oder niedriger eingestellt ist,
  2. wie hoch der Pulverdurchsatz ist und welche Austrittsgeschwindigkeit eingestellt ist,
  3. wie groß der Abstand zwischen der Mündung der Sprühpistole und dem Werkstück ist.
  4. Die Pulverpartikelgröße schwankt.

Auch Sprühpistolen mit unterschiedlichem Aufbau – beispielsweise Sprühpistolen von zwei verschiedenen Herstellern – haben unterschiedliche Eigenschaften, wenn für sie die gleichen Betriebsbedingungen eingestellt werden.

Die spezifische Dichte des Pulvers, das Volumen, der elektrische Widerstand, die Form der Partikel und die Partikelgrößenverteilung sind signifikante Faktoren, die sich auf den Wirkungsgrad der Pulverablagerung auswirken.

Der Pulverpartikel muss bei seinem Weg durch die Ionenwolke eine maximale Ladung aufnehmen können und dazu möglichst lange in diesem Bereich verweilen. Es werden Pulverpartikel mit hohem Widerstand bevorzugt, da Pulverpartikel mit niedrigem Widerstand sich nicht richtig auf dem Werkstück ablagern. Eine abgeleitete oder abfließende Ladung nach der Ablagerung auf dem Werkstück kann dazu führen, dass Pulverpartikel herunterfallen und damit keine einheitliche Pulverlackschicht ausbilden.

Der „Transferwirkungsgrad“ eines Pulvers kann als Verhältnis zwischen dem Pulvergewicht beschrieben werden, das auf dem Werkstück abgelagert wird, geteilt durch das Gesamtgewicht des Pulvers, das bei diesem Vorgang von der Sprühpistole abgegeben wurde.

Der Wirkungsgrad bei jedem Fertigungsschritt wird nicht nur durch die Pulvereigenschaften und die Sprühanlage beeinflusst, sondern auch durch die Größe, Konfiguration und Verweilzeit des Werkstücks in dem elektrostatischen Pulverstrahl. Bei flachen Teilen ist der Transferwirkungsgrad höher als bei Teilen, die beispielsweise aus gebogenen und geschweißten Stangen oder Rohren bestehen.

Bei einem elektrostatischen Sprühauftrag bewegen sich die aufgeladenen Partikel in Richtung des geerdeten Werkstücks und lagern sich dort an. Es bildet sich daher auf der Oberfläche des Werkstücks eine aufgeladene Pulverschicht aus. Da das aufgeladene Pulver, das sich bereits auf der Oberfläche abgelagert hat, später eintreffende Partikel beim Aufbau einer dicken Pulverlackschicht abstößt, sinkt der Transferwirkungsgrad, je dicker die Lackschicht wird, bis ein Punkt erreicht ist, an dem kein weiterer Pulverlack angelagert werden kann. Zwar galt dieser selbstbegrenzende Faktor als fundamentaler Faktor für die progressive Abstoßung der aufgeladenen Pulverpartikel. Es wurde jedoch auch darauf hingewiesen, dass eine umgekehrte Entladung in der Pulverschicht eintritt, wenn diese abgelagert wird und Ionen aus der abgelagerten Pulverschicht zur Sprühpistole wandern.

Es wurde nachgewiesen, dass diese Entladung von einem konstanten Ausstoß und Austritt von Pulverpartikeln begleitet wird. Wenn eine lokal begrenzte Entladung stattfindet, kann es zur Bildung von „Mondkratern“ bzw. „Nadellöchern“ kommen.