[0001] Rotationszerstäuber zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand
mit
- a) einem um eine Rotationsachse drehbaren Glockenteller;
- b) wenigstens einer Antriebseinheit für den Glockenteller;
- c) einer Antriebs-Koppeleinrichtung, welche die Antriebseinheit mit dem Glockenteller
verbindet.
[0002] Derartige Rotationszerstäuber werden zum Beispiel in der Automobilindustrie verwendet,
um insbesondere Fahrzeugkarosserien oder deren Anbauteile zu lackieren oder mit einem
Schutzmaterial zu beschichten. Der Glockenteller dient dabei zum Zerstäuben des Beschichtungsmaterials,
wozu er im Betrieb mit sehr hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten von 5.000 bis 100.000
U min
-1 um seine Rotationsachse gedreht wird. Dem rotierenden Glockenteller wird Beschichtungsmaterial
zugeführt und auf Grund von Zentrifugalkräften, die auf das Beschichtungsmaterial
wirken, auf dem Glockenteller als Film nach außen getrieben, bis es zu einer radial
außen liegenden Abrisskante des Glockentellers gelangt. Dort wirken derart hohe Zentrifugalkräfte
auf das Beschichtungsmaterial, dass es in Form von feinen Tröpfchen tangential weggeschleudert
wird
[0003] Bekannte Rotationszerstäuber arbeiten insbesondere elektrostatisch. Hierbei wird
das zu applizierende Beschichtungsmaterial aufgeladen, wogegen der zu beschichtende
Gegenstand geerdet ist. Dabei bildet sich ein elektrisches Feld zwischen dem Rotationszerstäuber
und dem Gegenstand aus, durch welches das aufgeladene Beschichtungsmaterial gerichtet
auf den Gegenstand appliziert wird. Zu diesem Zweck steht der Rotationszerstäuber
unter Hochspannung.
[0004] Auf Grund der an dem Rotationszerstäuber anliegenden Hochspannung erfolgt der Antrieb
des Glockentellers bei vom Markt her bekannten elektrostatisch arbeitenden Rotationszerstäubern
pneumatisch. Der Glockenteller ist in diesem Fall über die Antriebs-Koppeleinrichtung
mit einer luftgelagerten Turbine gekoppelt, welche durch Druckluft angetrieben wird.
[0005] Als Druckluft für den Antrieb des Glockentellers wird in der Regel dieselbe Druckluft
verwendet, die bei einem Rotationszerstäuber auch in bekannter Weise als Lenk- und
Formluft genutzt wird, um die Geometrie des Sprühstrahls einzustellen. Diese Druckluft
muss entsprechend rein und konditioniert sein, damit die aufgetragene Beschichtung
eine ausreichende Qualität hat. Diese Reinheit muss auch für die Druckluft gewährleistet
sein, die für den Antrieb des Glockentellers verwendet wird, da diese Druckluft nach
dem Antrieb der Turbine auch in die unmittelbare Umgebung des Rotationszerstäubers
gelangt und von dort zu der frisch aufgetragenen Beschichtung gelangen kann. Der Aufwand
für eine entsprechende Konditionierung ist verhältnismäßig groß, so dass die konditionierte
Druckluft eine teurere Energieform für den Antrieb des Glockentellers ist als beispielsweise
elektrische Energie. Darüber hinaus ist das Ansprechverhalten bei der Ansteuerung
des Glockentellers mittels einer Turbine und Druckluft in höherem Maße träge als bei
einem elektrischen Antrieb.
[0006] Ein elektrischer Antrieb für den Glockenteller kann jedoch bei elektrostatisch arbeitenden
Rotationszerstäubern nicht eingesetzt werden, da es zu beträchtlichen Schwierigkeiten
mit der elektromagnetischen Verträglichkeit der umgebenden Komponenten kommen kann.
Darüber hinaus ist es bautechnisch aufwendig, die elektrischen Komponenten zu erden.
[0007] Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotationszerstäuber der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei welchem eine Alternative zu kostenintensiven pneumatischen
Antrieben ermöglicht ist.
[0008] Diese Aufgabe wird bei einem Rotationszerstäuber der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass
d) die Koppeleinrichtung eine elektrische Isolationseinrichtung umfasst, durch welche
eine elektrische Isolierung zwischen der Antriebseinheit und dem Glockenteller bereitgestellt
ist.
[0009] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, die oben angesprochenen
Schwierigkeiten bei der elektromagnetischen Verträglichkeit und der Erdung zu beheben,
indem zwischen dem Glockenteller und der Antriebseinheit eine elektrische Isolierung
und eine Isolationsstrecke ausgebildet wird, so dass es zu keinem Spannungsübergang
bei einem unter Hochspannung stehenden Glockenteller bei einem elektrostatisch arbeitenden
Rotationszerstäuber kommen kann. Hierdurch ist es möglich, einen elektrischen Antrieb,
insbesondere einen Elektromotor, zu verwenden, wodurch zugleich ein schnelleres Ansprechverhalten
des Glockentellers auf Steuerbefehle erzielt werden kann, als es bei einem pneumatischen
Antrieb möglich ist. Ebenso kann durch den Einsatz des elektrischen Antriebs das Gewicht
deutlich reduziert werden. Durch diese Maßnahme wird die Roboterkinematik besonders
bei hohen Bahn- oder Umorientierungsgeschwindigkeiten entlastet und so die Lebensdauer
der beteiligten Komponenten wesentlich erhöht.
[0010] Dabei ist es günstig, wenn die elektrische Isolationseinrichtung durch eine Getriebeeinheit
bereitgestellt wird. Dabei muss es nicht zu einer Übersetzung oder Untersetzung kommen,
auch eine 1:1-Übertragung der Drehzahl der Antriebseinheit auf den Glockenteller ist
möglich.
[0011] Vorzugsweise umfasst die Getriebeeinheit hierfür ein oder mehrere Bauteile aus einem
elektrisch isolierenden Material.
[0012] Mit Blick auf einen direkten Antrieb des Glockentellers ohne Über- oder Untersetzung
ist es von Vorteil, wenn die Getriebeeinheit wenigstens ein Drehmoment-Übertragungsorgan
aus einem elektrisch isolierenden Material umfasst.
[0013] Wenn eine Über- oder Untersetzung von der Antriebseinheit auf den Glockenteller erwünscht
ist, ist es günstig, wenn die Getriebeeinheit eine Zahnradanordnung oder eine Riemenscheibenanordnung
aus einem elektrisch isolierenden Material umfasst.
[0014] Alternativ von miteinander kämmenden Bauteilen kann es günstig sein, wenn Zahnrädern
der Zahnradanordnung und/oder Riemenscheiben der Riemenscheibenanordnung durch Koppelmittel,
insbesondere einen Zahnriemen oder einen Keilrippenriemen, miteinander verbunden sind.
[0015] Im Hinblick auf die elektrische Isolierung ist es dann vorteilhaft, wenn die Koppelmittel
aus einem elektrisch isolierenden Material sind.
[0016] Wie bereits angesprochen ist es besonders von Vorteil, wenn die Antriebseinheit eine
elektrische Antriebseinheit, insbesondere ein Elektromotor, ist.
[0017] Vorteilhaft ist die Antriebs-Koppeleinrichtung derart eingerichtet, dass sich die
Drehzahl und/oder die Drehrichtung des Glockentellers von der Drehzahl und/oder der
Drehrichtung der Antriebseinheit unterscheidet.
[0018] Nachfolgend werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren 1 bis
6 näher erläutert, welche jeweils ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Rotationszerstäubers zeigen. Gleiche oder funktionell gleiche Bauteile sind in den
Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
[0019] Zunächst wird auf Figur 1 Bezug genommen, welche einen Kopfabschnitt 10 eines insgesamt
mit 12 bezeichneten Rotationszerstäubers mit einem Gehäuse 14 zeigt. Mittels des Rotationszerstäubers
12 kann Beschichtungsmaterial, insbesondere Lack, auf einen nicht eigens gezeigten
Gegenstand appliziert werden. Der Rotationszerstäuber 12 arbeitet in an und für sich
bekannter Art und Weise elektrostatisch mit Innen- oder Außenaufladung.
[0020] Der Rotationszerstäuber 12 umfasst einen Glockenteller 16, der mit hoher Geschwindigkeit
um eine Rotationsachse 18 drehbar ist. Über eine Materialleitung 20 wird dem Glockenteller
16 ein Beschichtungsmaterial zugeführt. Die Materialleitung 20 ist in der Praxis als
starre Rohrleitung ausgebildet. Das Beschichtungsmaterial strömt an einer in der Figur
nicht zu erkennenden inneren Abströmfläche des Glockentellers 16 ab und wird von einer
Abrisskante 22 des Glockentellers 16 weggeschleudert. Über einen elektrischen Anschluss
24 kann der Rotationszerstäuber 12 aus einer Hochspannungsquelle 26 mit Hochspannung
beaufschlagt werden.
[0021] Der Glockenteller 16 wird mittels einer Antriebseinheit 28 gedreht, welche bei den
vorliegenden Ausführungsbeispielen als elektrische Antriebseinheit 30 ausgebildet
ist. Diese wird in der Praxis durch einen Elektromotor 32 bereitgestellt. Die elektrische
Antriebseinheit wird über eine elektrische Leitung 34 aus einer Spannungsquelle 36
mit elektrischer Energie versorgt. Die elektrische Antriebseinheit 30 treibt eine
Antriebswelle 38 an, die um eine Drehachse 40 verdrehbar ist. Bei den Ausführungsbeispielen
nach den Figuren 1 und 2 sind die Rotationsachse 18 des Glockentellers 16 und die
Drehachse 40 der Antriebswelle 38 koaxial angeordnet.
[0022] Der Glockenteller 16 und die Antriebseinheit 28 sind durch eine Antriebs-Koppeleinrichtung
42 miteinander verbunden, durch welche die Drehung der Antriebswelle 38 der Antriebseinheit
30 auf den Glockenteller 16 übertragen wird, so dass dieser um seine Rotationsachse
18 rotiert. Die Antriebs-Koppleinrichtung 42 umfasst eine Getriebeeinheit 44 mit einer
Abtriebswelle 46, die drehfest mit dem Glockenteller 16 verbunden ist. Wie eingangs
erläutert wurde, bedeuten Getriebeeinheit oder Getriebeanordnung vorliegend nicht,
dass es zu einer Übersetzung oder Untersetzung der Drehzahl der Antriebswelle 38 auf
den Glockenteller 16 kommen muss, auch eine 1:1-Übertragung der Drehzahl der Antriebswelle
38 auf den Glockenteller 16 ist möglich. Die Drehung des Glockentellers 16 kann abhängig
von der Ausbildung der Getriebeeinheit 44 in die Drehrichtung der Antriebswelle 38
der Antriebseinheit 28 oder in die entgegengesetzte Drehrichtung erfolgen. Vorteilhaft
können sich bei gegenläufig rotierenden Bauteilen die rotatorischen Trägheitsmomente
ganz oder zumindest teilweise kompensieren.
[0023] Die Antriebs-Koppeleinrichtung 42 umfasst eine elektrische Isolationseinrichtung
48, durch welche eine elektrische Isolierung 50 in Form einer elektrischen Isolationsstrecke
52 zwischen der Antriebseinheit 28 und dem Glockenteller 16 bereitstellt ist.
[0024] Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist die Getriebeeinheit 44 der Antriebs-Koppeleinrichtung
42 derart eingerichtet, dass sich der Glockenteller 16 mit derselben Drehzahl und
derselben Drehrichtung dreht wie die Antriebswelle 38 der Antriebseinheit 28. Hierzu
umfasst die Getriebeeinheit 44 ein röhrenförmiges Drehmoment-Übertragungsorgan 54,
welches auf einer Antriebsseite drehfest mit der Antriebswelle 38 der Antriebseinheit
28 und auf einer Abtriebsseite drehfest mit der Abtriebswelle 46 verbunden ist. Die
Antriebswelle 38, das Drehmoment-Übertragungsorgan 54 und die Abtriebswelle 46 sind
dabei koaxial angeordnet.
[0025] Die elektrische Isolationseinrichtung 48 wird durch die Getriebeeinheit 44 bereitgestellt.
Allgemein ausgedrückt, umfasst die Getriebeeinheit 44 hierfür Bauteile aus elektrisch
isolierendem Material.
[0026] Die elektrische Isolierung 50 wird beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 dadurch
ausgebildet, dass das Drehmoment-Übertragungsorgan 54 aus einem elektrisch isolierenden
Material gefertigt ist. Das Drehmoment-Übertragungsorgan 54 kann beispielsweise ein
Kunststoffschlauch oder ein Kunststoffrohr oder eine Kunststoffkupplung sein.
[0027] Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 umfasst die Getriebeeinheit 44 eine Zahnradanordnung
56 mit Zahnrädern 58. In Figur 2 und auch in den Figuren 3 bis 6 ist bei den jeweils
gezeigten Zahnradanordnungen 56 exemplarisch immer nur eines der vorhandenen Zahnräder
mit dem Bezugszeichen 58 bezeichnet.
[0028] Beim in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Zahnradanordnung 56 so ausgebildet,
dass die Getriebeeinheit 44 insgesamt als n-stufiges Getriebe arbeitet, wobei n eine
gerade Zahl ist. Die Zahnradanordnung 56 ist derart eingerichtet, dass es bei gleicher
Drehrichtung von Antriebswelle 38 und Glockenteller 16 zu einer fest vorgegebenen
Über- oder Untersetzung der Drehzahl der Antriebswelle 38 auf den Glockenteller 16
kommt. Bei einer Abwandlung kann auch ein n-stufiges Getriebe mit n als ungerade Zahl
ausgebildet sein, wenn die Antriebswelle 38, das Drehmoment-Übertragungsorgan 54 und
die Abtriebswelle 46 koaxial angeordnet sind. Die elektrische Isolierung 50 wird beim
Ausführungsbeispiel nach Figur 2 dadurch bereitgestellt, dass die Zahnradanordnung
56 zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt ist. Hierfür
können beispielsweise die Zahnräder 58 der Zahnradanordnung 56 aus Kunststoff sein.
Auch die strukturellen Achsen der Zahnräder 58 sind vorzugsweise aus einem elektrisch
isolierenden Material.
[0029] Bei dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des Rotationszerstäubers 12 ist
die Antriebseinheit 28 so angeordnet, dass die Antriebswelle 38 nicht koaxial, sondern
parallel zur Rotationsachse 18 des Glockentellers 16 verläuft. Die dortige Zahnradanordnung
56 ist derart eingerichtet, dass die Getriebeeinheit 44 insgesamt als n-stufiges Getriebe
arbeitet, wobei n eine ungerade Zahl ist. Hierdurch dreht sich der Glockenteller 16
entgegen der Drehrichtung der Antriebswelle 38. Auch bei dieser Getriebeeinheit 44
gibt es eine fest vorgegebene Über- oder Untersetzung der Drehzahl der Antriebswelle
38 auf den Glockenteller 16.
[0030] Die elektrische Isolierung 50 wird wieder dadurch bereitgestellt, dass die Zahnradanordnung
56 zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt ist; insbesondere
sind die Zahnräder 58 der Zahnradanordnung 56 aus Kunststoff.
[0031] Bei dem in Figur 4 gezeigten Rotationszerstäuber 12 sind im Unterschied zu Figur
3 mehrere, beim konkreten Ausführungsbeispiel zwei Antriebseinheiten 28, d.h. zwei
elektrische Antriebseinheiten 30 bzw. Elektromotoren 32 vorgesehen. Die dortige Zahnradanordnung
56 ist so konzipiert, dass die Drehmomente von beiden Antriebswellen 38 der Elektromotoren
32 auf die Abtriebswelle 46 bzw. den Glockenteller 16 übertragen werden. Auf diese
Weise kann das zu erzielende Gesamt-Drehmoment auf den Glockenteller 16 durch mehrere
Antriebseinheiten 28 erreicht werden, die leistungsschwächer als nur eine einzige
Antriebseinheit 28 sein können.
[0032] Wieder wird die elektrische Isolierung 50 dadurch bereitgestellt, dass die Zahnradanordnung
56 zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt ist und
insbesondere die Zahnräder 58 der Zahnradanordnung 56 aus Kunststoff sind.
[0033] Figur 5 zeigt einen abgewandelten Rotationszerstäuber 12, der weitgehend dem Rotationszerstäuber
nach Figur 3 entspricht. Im Unterschied dazu greifen die Zahnräder der Zahnradanordnung
56 nicht ineinander, sondern sind durch Koppelmittel 60 bewegungstechnisch miteinander
verbunden. Beim in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Koppelmittel 60
durch einen Zahnriemen 62 gebildet. Hierdurch ist eine feste Über- oder Untersetzung
vorgegeben.
[0034] Für die elektrische Isolierung 50 sind hier neben den Zahnrädern 58 ergänzend auch
die Koppelmittel 60 aus einem elektrisch isolierendem Material gefertigt; im Falle
des Zahnriemens 62 kann ein im Handel erhältlicher Zahnriemen verwendet werden, welche
in der Regel aus elektrisch isolierendem Material sind.
[0035] In Abwandlung dazu zeigt Figur 6 noch eine Variante, bei welcher die Koppelmittel
60 nicht durch einen Zahnriemen, sondern durch einen Keilrippenriemen 64 ist, wobei
die Getriebeeinheit 44 keine Zahnradanordnung 56 mit Zahnrädern 58, sondern eine Riemenscheibenanordnung
66 mit Riemenscheiben 68 umfasst. Hierdurch kann die resultierende Über- oder Untersetzung
auf den Glockenteller 16 eingestellt werden. Durch die Verwendung eines Keilrippenriemens
anstatt eines Keilriemens lassen sich geringere Umschlingungswinkel bei gleichzeitig
höherer Kraftübertragung realisieren. Dadurch ist es möglich, sehr kompakte Getriebeeinheiten
zu fertigen.
[0036] Auch hier sind für die elektrische Isolierung 50 neben den Zahnrädern 58 die Koppelmittel
60 aus einem elektrisch isolierendem Material gefertigt; es können im Handel erhältliche
Keilrippenriemen verwendet werden, welche ebenfalls in der Regel aus elektrisch isolierendem
Material sind.
[0037] Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verläuft die Materialleitung 20
koaxial zu der Rotationsachse 18 des Glockentellers 16. Alle Komponenten, welche überlappend
mit der Materialleitung 20 bzw. koaxial dazu angeordnet sind, weisen einen entsprechenden
axialen Durchgang auf, durch welchen hindurch sich die Materialleitung 20 erstrecken
kann. So weisen zum Beispiel die Elektromotoren 32 bei den Ausführungsbeispielen nach
den Figuren 1 und 2 jeweils einen solchen Durchgang auf. Die Antriebswelle 38 und
die Abtriebswelle 46 sind dort entsprechend als Hohlwellen ausgebildet. Zahnräder
58 oder Riemenscheiben 68 am Ort der Materialleitung 20 haben ebenfalls entsprechende
Durchgänge. In den Figuren sind die entsprechenden Durchgänge jeweils nicht eigens
mit einem Bezugszeichen versehen.
[0038] Bei weiteren, nicht eigens gezeigten Abwandlungen kann die Drehachse 40 der Antriebswelle
38 der Antriebseinheit 28 auch in einem Winkel zur Rotationsachse 18 des Glockentellers
16 verlaufen. Die Getriebeeinheit 44 arbeitet in diesem Fall mit Gelenkkupplungen
oder Kegelrädern oder dergleichen, wie es an und für sich bekannt ist.
1. Rotationszerstäuber zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand
mit
a) einem um eine Rotationsachse (18) drehbaren Glockenteller (16);
b) einer Antriebseinheit (28) für den Glockenteller (16);
c) einer Antriebs-Koppeleinrichtung (42), welche die Antriebseinheit (28) mit dem
Glockenteller (16) verbindet,
dadurch gekennzeichnet, dass
d) die Antriebs-Koppeleinrichtung (42) eine elektrische Isolationseinrichtung (48)
umfasst, durch welche eine elektrische Isolierung (50) zwischen der Antriebseinheit
(28) und dem Glockenteller (16) bereitgestellt ist.
2. Rotationszerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationseinrichtung (48) durch eine Getriebeeinheit (44) bereitgestellt
wird.
3. Rotationszerstäuber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (44) ein oder mehrere Bauteile aus einem elektrisch isolierenden
Material umfasst.
4. Rotationszerstäuber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (44) wenigstens ein Drehmoment-Übertragungsorgan (54) aus einem
elektrisch isolierenden Material umfasst.
5. Rotationszerstäuber nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (44) eine Zahnradanordnung (56) oder eine Riemenscheibenanordnung
(66) aus einem elektrisch isolierenden Material umfasst.
6. Rotationszerstäuber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Zahnräder (58) der Zahnradanordnung (56) und/oder Riemenscheiben (68) der Riemenscheibenanordnung
(66) durch Koppelmittel (60), insbesondere einen Zahnriemen (62) oder einen Keilrippenriemen
(64), miteinander verbunden sind.
7. Rotationszerstäuber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelmittel (60) aus einem elektrisch isolierenden Material sind.
8. Rotationszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (28) eine elektrische Antriebseinheit (30), insbesondere ein
Elektromotor (32), ist.
9. Rotationszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs-Koppeleinrichtung (42) derart eingerichtet ist, dass sich die Drehzahl
und/oder die Drehrichtung des Glockentellers (16) von der Drehzahl und/oder der Drehrichtung
der Antriebseinheit (28) unterscheidet.