[0001] Die Erfindung betrifft einen Zerstäuber, insbesondere einen Rotationszerstäuber,
sowie ein zugehöriges Betriebsverfahren.
[0002] Bei der Lackierung von Bauteilen (z.B. Kraftfahrzeugkarosserieteilen) wird das jeweilige
Beschichtungsmittel (z.B. Füller, Basislack, Klarlack) in der Regel durch Zerstäuber
(z.B. Hochrotations- Luft- oder Ultraschallzerstäuber) zerstäubt und mittels Lenkluft
und elektrostatischer Aufladung des Beschichtungsmittels auf das zu beschichtende
Bauteil aufgetragen. Bei einer Lackierung mit Nasslack verliert der Nasslack bei der
Zerstäubung und während der Applikation vor allem leicht flüchtige Bestandteile, wie
Lösemittel bei lösemittelbasierten Lacken oder Wasser bei Wasserlacken, die in die
Umgebungsluft abdunsten. Dadurch verändert sich der prozentuale Festkörperanteil des
applizierten Nasslacks gegenüber dem prozentualen Festkörperanteil des Nasslacks vor
der Zerstäubung.
[0003] Zum einen wird diese Zunahme des Festkörperanteils bei der Applikation von den Applikationsparametern
bestimmt, wie beispielsweise Drehzahl des Rotationszerstäubers, Ausflussmenge, Lenkluftmenge
und Lackierabstand.
[0004] Zum anderen wird die Zunahme des Festkörperanteils bei der Applikation von den Umgebungsbedingungen
beeinflusst, wie beispielsweise Luftfeuchtigkeit, Luftsinkgeschwindigkeit und Lufttemperatur
in der Lackierkabine, da diese Umgebungsbedingungen die Abdunstung des Lösemittelanteils
bzw. des Wasseranteils beeinflussen.
[0005] Bei den bekannten Lackieranlagen zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosserieteilen
wird deshalb ein großer Aufwand betrieben, um den Lufthaushalt in der Lackierkabine
konstant zu halten, damit die Abdunstbedingungen und damit die Zunahme des Festkörperanteils
bei der Applikation möglichst konstant bleiben. Nachteilig an den bekannten Lackieranlagen
ist also der große apparative Aufwand für die Klimatisierung der Lackierkabine.
[0006] In der am häufigsten verwendeten Variante zur Klimatisierung der Lackierkabinen erfolgt
ein Heizen und Befeuchten mittels Heizregister und Wäscher. Hierbei ist die Abhängigkeit
von der Wetterlage nachteilig, aufgrund nicht zu korrigierender Wetterlagen (z.B.
Sommer mit feuchter Luft). Bei ungeeigneten Umgebungsbedingungen können deshalb Lackierfehler
auftreten, wie z.B. Läufer und stark schwankende Lackierergebnisse. Darüber hinaus
erfordert diese Variante der Klimatisierung einen großen Energieeinsatz.
[0007] In einer anderen Variante der Klimatisierung erfolgt dagegen eine Vollklimatisierung
analog üblichen Klimaanlagen mit einer kombinierten Kühlung und Entfeuchtung, wodurch
der Energieaufwand allerdings nochmals steigt.
[0008] Aus
US 2005/0181142 A1 ist es bekannt, den Beschichtungsmittelstrahl eines Rotationszerstäubers mit einem
Hüllstrom von klimatisierter Luft zu umgeben, wobei der Hüllstrom an der Außenseite
des Beschichtungsmittelstrahls definierte Abdunstbedingungen herstellt, so dass der
Aufwand für die Klimatisierung der gesamten Lackierkabine verringert werden kann.
Der Hüllstrom wird hierbei von einem separaten Adapter abgegeben, der ringförmig ausgebildet
ist und im Betrieb außen auf dem Zerstäubergehäuse sitzt. Diese bekannte Art der Hüllstromerzeugung
weist jedoch zahlreiche Nachteile auf.
[0009] Zum einen stört der zusätzliche Adapter die ansonsten glatte Außenkontur des Rotationszerstäubers,
wodurch die Verschmutzungsneigung erhöht und die Reinigung des Rotationszerstäubers
erschwert wird.
[0010] Zum anderen muss die Zuleitung der klimatisierten Luft zu dem Adapter über zusätzliche
Schläuche erfolgen, die bei häufigen und schnellen Bewegungen des Lackierroboters
durch Materialermüdung belastet werden und schließlich abreißen können.
[0011] Darüber hinaus behindert der zusätzliche Adapter die Handhabung des Rotationszerstäubers,
da die Außenabmessungen und die Massenträgheit des Rotationszerstäubers durch den
zusätzlichen Adapter zunehmen. Beispielsweise kann der Rotationszerstäuber mit dem
zusätzlichen Adapter aufgrund der größeren Außenabmessungen nicht mehr in kleine Öffnungen
eingeführt werden, um dort befindliche Oberflächen zu beschichten.
[0012] Ein weiterer Nachteil des zusätzlichen Adapters besteht in dem relativ großen axialen
Abstand zwischen den Hüllstromdüsen in dem Adapter und der Glockentellerzerstäubungskante,
so dass Energie und Menge des Hüllstroms in der Regel nicht ausreichen, um wirklich
definierte Abdunstbedingungen zu erreichen.
[0014] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die bekannten Lackieranlagen zu
verbessern.
[0015] Diese Aufgabe wird durch einen Zerstäuber und ein entsprechendes Betriebsverfahren
gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
[0016] Im Rahmen der Erfindung wird der Hüllstrom jedoch im Gegensatz zu dem vorstehend
diskutierten Stand der Technik nicht durch einen separaten Adapter abgegeben, sondern
durch Hüllstromdüsen, die in den Zerstäuber baulich integriert sind.
[0017] Diese bauliche Integration der Hüllstromdüsen in den Zerstäuber bietet den Vorteil,
dass die glatte Außenkontur des Zerstäubergehäuses durch die Hüllstromtechnik nicht
gestört wird, so dass die Verschmutzungsneigung und die Reinigungsfreundlichkeit des
Zerstäubers nicht beeinträchtigt werden.
[0018] Darüber hinaus ermöglicht es die bauliche Integration der Hüllstromdüsen in den Zerstäuber,
dass die klimatisierte Luft für den Hüllstrom über den normalen Anschlussflansch des
Zerstäubers zugeführt wird. Dadurch können die im Stand der Technik vorgesehenen separaten
Schläuche zur Zuleitung der klimatisierten Luft entfallen, wodurch das Problem der
Schlauchabrisse entfällt.
[0019] Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung vorteilhaft eine Verringerung des axialen
Abstands zwischen den Hüllstromdüsen und der Glockentellerabsprühkante, so dass Energie
und Menge des Hüllstroms ausreichen, um wirklich definierte Abdunstbedingungen herzustellen.
[0020] Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Integration der Hüllstromdüsen in den
Zerstäuber besteht in der besseren Handhabung, da die Außenabmessungen und die Massenträgheit
des erfindungsgemäßen Zerstäubers gegenüber einem herkömmlichen Zerstäuber ohne Hüllstromtechnik
kaum oder gar nicht erhöht sind.
[0021] Die bauliche Integration der Hüllstromdüsen in den Zerstäuber kann im Rahmen der
Erfindung beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Hüllstromdüsen in dem Zerstäubergehäuse
angeordnet sind. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die Hüllstromdüsen
in einem Lenkluftring oder einem sonstigen integralen Bauteil des Zerstäubers angeordnet
sind.
[0022] Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, die Abdunstbedingungen und
damit die Veränderung des Festkörperanteils bei der Applikation dadurch zu beeinflussen,
dass in der Umgebung des Beschichtungsmittelstrahls ein definiertes Mikroklima erzeugt
wird, so dass eine aufwendige Klimatisierung der gesamten Lackierkabine weniger wichtig
ist oder sogar entfallen kann.
[0023] Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Lackieranlagen beschränkt, bei denen auf
eine herkömmliche Klimatisierung der Lackierkabine verzichtet wird, sondern umfasst
auch Lackieranlagen, bei denen zusätzlich zu der Schaffung eines definierten Mikroklimas
in der Umgebung des Beschichtungsmittelstrahls eine Klimatisierung der gesamten Lackierkabine
erfolgt.
[0024] Die Erfindung sieht einen Zerstäuber vor, der zusätzlich zu einem Applikationselement
(z.B. einem Glockenteller) zur Applikation eines Beschichtungsmittelstrahls auf ein
zu beschichtendes Bauteil mindestens eine Hüllstromdüse aufweist, über die ein klimatisierter
Hüllstrom abgegeben wird, der den Beschichtungsmittelstrahl mindestens teilweise umgibt
und dadurch in der Umgebung des Beschichtungsmittelstrahls ein definiertes Mikroklima
erzeugt, was für vorgegebene Abdunstbedingungen sorgt. Vorzugsweise umgibt der klimatisierte
Hüllstrom den Beschichtungsmittelstrahl mantelförmig auf seinem gesamten Umfang und/oder
auf seiner gesamten Länge zwischen dem Applikationselement und dem zu beschichtenden
Bauteil.
[0025] Im Rahmen der Klimatisierung des Hüllstroms besteht die Möglichkeit, dass der Hüllstrom
gegenüber der Umgebungsluft erwärmt, gekühlt, getrocknet oder befeuchtet ist. Weiterhin
besteht die Möglichkeit einer Kombination einer Erwärmung bzw. Kühlung einerseits
und einer Trocknung bzw. Befeuchtung des Hüllstroms andererseits.
[0026] Die Erwärmung des Hüllstroms erfolgt vorzugsweise durch einen Lufterhitzer, der vorzugsweise
von dem Zerstäuber baulich getrennt ist. Alternativ besteht auch die Möglichkeit,
den Hüllstrom durch Heizschläuche oder elektrische Heizelemente aufzuheizen, wobei
die Heizelemente auch austrittsnah im Bereich der Hüllstromdüse angeordnet sein können,
was zu geringen thermischen Verlusten führt. Bei einem elektrostatischen Zerstäuber
erfolgt die Erwärmung des Hüllstroms jedoch aus Gründen des Explosionsschutzes vorzugsweise
nicht durch elektrische Heizelemente in dem Zerstäuber, sondern durch den vorstehend
erwähnten separaten Lufterhitzer.
[0027] Vorzugsweise weist der Hüllstrom unmittelbar an der Hüllstromdüse eine Austrittstemperatur
von mehr als +40°C und/oder weniger als +100°C auf, wobei beliebige Zwischenwerte
innerhalb dieses Wertebereichs möglich sind.
[0028] Die Austrittstemperatur des Hüllstroms kann hierbei in Abhängigkeit von dem verwendeten
Beschichtungsmittel variiert werden. Beispielsweise dunstet Wasser als Lösemittel
weniger ab als organische Lösemittel, so dass die Austrittstemperatur des Hüllstroms
bei der Applikation von Wasserlack gegenüber der Applikation von Lösemittellack angehoben
werden kann.
[0029] Vorzugsweise weist der Hüllstrom einen Volumenstrom von mehr als 500 1/min und/oder
weniger als 2500 1/min auf, wobei beliebige Zwischenwerte innerhalb dieses Intervalls
möglich sind.
[0030] Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Hüllstrom vorzugsweise aus Luft besteht, die
in Lackieranlagen ohnehin in Form von Druckluft zur Verfügung stehen. Im Rahmen der
Erfindung besteht jedoch auch die Möglichkeit, ein anderes Gas als Luft für den Hüllstrom
zu verwenden. Hierzu bieten sich besonders Gase an, die eine größere Wärmekapazität,
ein größeres elektrisches Isolationsvermögen und/oder eine höhere Feuchtigkeitssättigungsgrenze
aufweisen als Luft. Die größere Wärmekapazität bietet hierbei den Vorteil, dass der
Hüllstrom nach dem Austreten aus der Hüllstromdüse nur geringfügig an Temperatur verliert,
was für definierte Abdunstbedingungen sorgt. Ein größeres elektrisches Isolationsvermögen
ist dagegen bei einem elektrostatischen Zerstäuber vorteilhaft, da das Isolationsvermögen
des Hüllstroms eine Endladung der elektrostatisch aufgeladenen Beschichtungsmittelteilchen
verhindert und dadurch für einen hohen Auftragswirkungsgrad sorgt. Eine hohe Feuchtigkeitssättigungsgrenze
des für den Hüllstrom verwendeten Gases ist dagegen vorteilhaft, wenn der Hüllstrom
viel Lösemittel aus dem Beschichtungsmittelstrahl aufnehmen soll. Der Hüllstrom kann
also beispielsweise auch aus Schwefelhexafluorid (SF
6) oder inerten Gasen (z.B. Kohlendioxid (CO
2) und Stickstoff) bestehen.
[0031] Zur Zuführung des Hüllstroms weist der erfindungsgemäße Zerstäuber vorzugsweise ein
Innengehäuse und ein Außengehäuse auf, wobei zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse
eine Hüllstromzuleitung zur Durchleitung des klimatisierten Hüllstroms zu der Hüllstromdüse
verläuft. Dies bietet den Vorteil, dass der Hüllstrom bei der Durchleitung durch den
Zerstäuber nur relativ geringfügig abgekühlt wird und deshalb an der Hüllstromdüse
noch eine ausreichend hohe Temperatur aufweist. Der erfindungsgemäße Zerstäuber ist
deshalb vorzugsweise so ausgelegt, dass der Hüllstrom innerhalb des Zerstäubers in
der Hüllstromzuleitung bis zu der Hüllstromdüse nur um weniger 140°C, 120°C, 100°C,
90°C, 80°C, 70°C, 60°C, 50°C, 40°C, 30°C, 20°, 10°C oder weniger als 5°C abgekühlt
wird.
[0032] Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch alternativ möglich, den Hüllstrom aus
der Lenkluftzuführung zu speisen, so dass der Anschlussflansch des Zerstäubers mit
den dort vorgesehenen Flanschanschlüssen nicht verändert werden muss.
[0033] Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass der erfindungsgemäße
Zerstäuber Lenkluftdüsen zur Abgabe eines Lenkluftstrahls aufweist, wobei der Lenkluftstrahl
den Beschichtungsmittelstrahl formt. In einer Variante der Erfindung wird hierbei
nur ein einziger Lenkluftstrahl abgegeben. In einer anderen Variante der Erfindung
sind dagegen ein innerer Lenkluftstrahl und ein äußerer Lenkluftstrahl vorgesehen,
was bei der Formung des Beschichtungsmittelstrahls eine größere Flexibilität bietet.
Bei der letzteren Variante besteht die Möglichkeit, dass die äußeren Lenkluftdüsen
gleichzeitig die Hüllstromdüsen bilden.
[0034] Vorzugsweise sind die Hüllstromdüsen jedoch zusätzlich zu den Lenkluftdüsen vorgesehen
und von diesen getrennt.
[0035] Bei einer solchen Kombination von Hüllstromdüsen und Lenkluftdüsen sind die Lenkluftdüsen
vorzugsweise innen angebracht, während die Hüllstromdüsen außen angebracht sind. Dies
bedeutet, dass der Hüllstrom nicht nur den Beschichtungsmittelstrahl umhüllt bzw.
ummantelt, sondern auch den Lenkluftstrom, so dass der Lenkluftstrom zwischen dem
Hüllstrom und dem Beschichtungsmittelstrahl verläuft. Diese Anordnung ist vorteilhaft,
weil die mantelförmige Umhüllung des Beschichtungsmittelstrahls durch den Hüllstrom
dadurch erleichtert bzw. ermöglicht wird, dass der Lenkluftstrahl den Beschichtungsmittelstrahl
formt.
[0036] Die Anzahl der Hüllstromdüsen ist vorzugsweise größer als 20 und/oder kleiner als
60, wobei beliebige Zwischenwerte innerhalb dieses Intervalls möglich sind.
[0037] Weiterhin weisen die Hüllstromdüsen vorzugsweise jeweils Düsenöffnungen mit einer
Breite bzw. mit einem Durchmesser von mehr als 1 mm und/oder weniger als 8 mm auf.
Die Hüllstromdüsen weisen also vorzugsweise größere Düsenöffnungen auf als die Lenkluftdüsen.
[0038] In einer Variante der Erfindung ist die Hüllstromdüse als ringförmig umlaufende Spaltdüse
ausgebildet. Die Spaltdüse weist hierbei vorzugsweise eine Spaltbreite im Bereich
von 0,1-1 mm auf, während der Spaltdurchmesser vorzugsweise im Bereich von 50-100
mm liegt. Derartige Spaltdüsen sind als Lenkluftdüsen beispielsweise aus
EP 0 092 043 A2 bekannt. Der Inhalt dieser Druckschrift ist deshalb hinsichtlich der konstruktiven
Gestaltung der Spaltdüse der vorliegenden Beschreibung zuzurechnen.
[0039] Bei dem eingangs erwähnten Applikationselement zur Applikation des Beschichtungsmittelstrahls
kann es sich beispielsweise um eine feststehende Sprühdüse handeln. Der im Rahmen
der Erfindung verwendete Begriff eines Applikationselements ist jedoch allgemein zu
verstehen und umfasst beispielsweise auch Ultraschallzerstäuber, Airless-Geräte und
Airmix-Geräte.
[0040] Vorzugsweise ist das Applikationselement jedoch ein drehbarer Glockenteller, der
eine vorgegebene Glockentellerkante aufweist. Hierbei liegt zwischen der Hüllstromdüse
und der Glockentellerkante vorzugsweise ein axialer Abstand von mehr als 5 mm und/oder
weniger als 100 mm.
[0041] Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Applikationselements hat also
die Bedeutung, dass mittels des Applikationselements ein Beschichtungsmittel (z.B.
Nasslack oder Pulverlack) auf ein zu beschichtendes Bauteil (z.B. ein Kraftfahrzeugkarosserieteil)
appliziert werden kann.
[0042] Weiterhin können die Hüllstromdüsen in Umfangsrichtung des Glockentellers angewinkelt
sein und somit einen vorgegebenen Drallwinkel aufweisen, wobei die Hüllstromdüsen
entweder in Drehrichtung des Glockentellers oder entgegen der Drehrichtung des Glockentellers
angewinkelt sein können. Der Drallwinkel der Hüllstromdüsen kann hierbei im Bereich
von 0-45° liegen, wobei wiederum beliebige Zwischenwerte möglich sind.
[0043] Ferner ist zu erwähnen, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen Zerstäuber wahlweise
um einen Pulverzerstäuber oder einen Nasslackzerstäuber handeln kann.
[0044] Darüber hinaus umfasst die Erfindung nicht nur den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen
Zerstäuber als einzelnes Bauteil, sondern auch eine Lackiereinrichtung (z.B. einen
Lackierroboter oder eine Lackieranlage) mit einem derartigen Zerstäuber.
[0045] Die erfindungsgemäße Lackiereinrichtung weist zusätzlich zu dem Zerstäuber vorzugsweise
eine Klimatisierungseinrichtung zur Klimatisierung des Hüllstroms auf, wobei die Klimatisierungseinrichtung
stromabwärts mit der bzw. den Hüllstromdüsen verbunden ist. Beispielsweise kann die
Klimatisierungseinrichtung einen herkömmlichen Lufterhitzer aufweisen, um den Luftstrom
zu erwärmen. Weiterhin kann die Klimatisierungseinrichtung eine Kühleinrichtung aufweisen,
die den Hüllstrom kühlt. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, dass die Klimatisierungseinrichtung
eine Entfeuchtungseinrichtung aufweist, welche den Hüllstrom entfeuchtet. Die Klimatisierungseinrichtung
kann also wie eine herkömmliche Klimaanlage aufgebaut sein.
[0046] Weiterhin umfasst die Erfindung ein Betriebsverfahren für einen erfindungsgemäßen
Zerstäuber, bei dem zusätzlich zu der Abgabe eines Beschichtungsmittelstrahls ein
klimatisierter Hüllstrom abgegeben wird, der den Beschichtungsmittelstrahl mindestens
teilweise umgibt.
[0047] Im Rahmen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens besteht die Möglichkeit, den Hüllstrom
in Abhängigkeit von der räumlichen Lage der zu beschichtenden Bauteiloberfläche zu
beeinflussen. So kann der applizierte Lack bei der Lackierung von vertikalen Bauteiloberflächen
leichter verlaufen als bei der Lackierung von waagerechten Bauteiloberflächen, so
dass der Festkörperanteil bei der Lackierung von vertikalen Bauteiloberflächen gegenüber
der Lackierung von waagerechten Bauteiloberflächen erhöht werden sollte. Im Rahmen
des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird deshalb vorzugsweise die räumliche Lage
der zu beschichtenden Bauteiloberfläche ermittelt und der Hüllstrom in Abhängigkeit
von der ermittelten räumlichen Lage beeinflusst. Anstelle der räumlichen Lage der
zu beschichtenden Bauteiloberfläche kann auch die räumliche Lage des Zerstäubers ermittelt
werden, da der Zerstäuber in der Regel entsprechend der räumlichen Lage der zu beschichtenden
Bauteiloberfläche geführt wird.
[0048] Bei einer Verwendung eines mehrachsigen Lackierroboters kann die räumliche Lage des
Zerstäubers wiederum aus den Positions-Steuersignalen der Robotersteuerung ermittelt
werden.
[0049] In Abhängigkeit von der räumlichen Lage der zu beschichtenden Bauteiloberfläche und/oder
des Zerstäubers kann dann die Temperatur, der Feuchtigkeitsgehalt und/oder der Volumenstrom
des Hüllstroms beeinflusst werden.
[0050] Vorzugsweise wird hierbei bei einer Beschichtung einer im Wesentlichen vertikalen
Bauteiloberfläche ein Hüllstrom mit einem geringeren Feuchtigkeitsgehalt, einer größeren
Temperatur und/oder einem größeren Volumenstrom abgegeben als bei einer Beschichtung
einer im Wesentlichen waagerechten Bauteiloberfläche.
[0051] Der Hüllstrom kann hierbei so eingestellt werden, dass der Festkörperanteil des Beschichtungsmittelstrahls
zwischen der Abgabe an dem Applikationselement und dem Auftreffen auf der zu beschichtenden
Bauteiloberfläche um mehr als 5%, 10%, 25% oder gar 50% zunimmt.
[0052] Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Rotationszerstäubers mit zahlreichen
Hüllstromdüsen,
- Figuren 2a und 2b
- schematische Darstellungen zur Variation des Hüllstroms bei einer Lackierung von vertikalen
und waagerechten Bauteiloberflächen, sowie
- Figur 3
- ein stark vereinfachtes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Lackiereinrichtung.
[0053] Figur 1 zeigt in vereinfachter Form einen Rotationszerstäuber 1, der weitgehend herkömmlich
aufgebaut ist und beispielsweise zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosserieteilen
eingesetzt werden kann.
[0054] Als Applikationselement weist der Rotationszerstäuber 1 einen herkömmlichen Glockenteller
2 auf, der um eine Glockentellerachse 3 drehbar gelagert ist und von einer Turbine
4 angetrieben wird. An der Glockentellerkante gibt der Glockenteller 2 einen Beschichtungsmittelstrahl
5 ab, wobei der Beschichtungsmittelstrahl 5 hier nur schematisch dargestellt ist.
[0055] Weiterhin weist der Rotationszerstäuber 1 zahlreiche innere Lenkluftdüsen 6 auf,
die konzentrisch um die Glockentellerachse 3 angeordnet sind und einen inneren Lenkluftstrahl
7 auf die äußere Mantelfläche des Glockentellers 2 abgeben, wobei der innere Lenkluftstrahl
7 den Beschichtungsmittelstrahl 5 formt.
[0056] Darüber hinaus weist der Rotationszerstäuber 1 mehrere äußere Lenkluftdüsen 8 auf,
über die ein äußerer Lenkluftstrahl 9 abgegeben wird, der den Beschichtungsmittelstrahl
5 zusätzlich formt.
[0057] Weiterhin weist der Rotationszerstäuber 1 zahlreiche Hüllstromdüsen 10 auf, die ebenfalls
konzentrisch um die Glockentellerachse 3 angeordnet sind und einen klimatisierten
Hüllstrom 11 abgeben, der den Beschichtungsmittelstrahl 5 mantelförmig umgibt und
dadurch für definierte Abdunstbedingungen sorgt.
[0058] Beim Austreten aus den Hüllstromdüsen 10 reißt der austretenden Hüllstrom 11 einen
Nebenstrom 12 von Umgebungsluft mit, wobei der mitgerissene Nebenstrom 12 0-50% des
aus den Hüllstromdüsen 10 austretenden Hüllstroms 11 ausmacht.
[0059] Die Zuführung des Hüllstroms 11, des Beschichtungsmittels und der Lenkluft erfolgt
durch einen Anschlussflansch 13, an den zwei getrennte Lenkluftleitungen 14, 15 angeschlossen
werden können. Darüber hinaus können an den Anschlussflansch 13 Hüllstromleitungen
16, 17, 18 und eine optionale Hüllstromleitung 19 angeschlossen werden, um den klimatisierten
Hüllstrom 11 dem Rotationszerstäuber 1 zuzuführen. Die Hüllstromleitungen 16-19 sind
hierzu mit einem Lufterhitzer 20 und einem Luftmengenregler 21 verbunden, so dass
der Volumenstrom und die Temperatur des Hüllstroms 11 variiert werden kann.
[0060] Die Zuführung des Hüllstroms 11 von dem Anschlussflansch 13 zu den Hüllstromdüsen
10 erfolgt durch eine Hüllstromdurchleitung zwischen einem Innengehäuse 22 und einem
Außengehäuse 23 des Rotationszerstäubers 1.
[0061] In diesem Ausführungsbeispiel kann die Anzahl der Hüllstromdüsen 10 im Bereich von
20 bis 60 liegen, wobei die einzelnen Hüllstromdüsen 10 jeweils Düsenöffnungen mit
einer Breite von 1-8 mm aufweisen.
[0062] Weiterhin ist zu erwähnen, dass der axiale Abstand zwischen den Hüllstromdüsen 10
und der Glockentellerkante des Glockentellers 2 zwischen 5 und 100 mm liegen kann.
[0063] Figur 2a zeigt schematisch die Lackierung einer vertikalen Bauteiloberfläche 24 durch
den Rotationszerstäuber 1. Aufgrund der vertikalen Ausrichtung der Bauteiloberfläche
24 besteht aufgrund der auf die aufgebrachten Lackteilchen wirkenden Schwerkraft g
die Gefahr von Läufern. Zur Vermeidung derartiger Läufer wird der Festkörperanteil
des auf die vertikale Bauteiloberfläche 24 auftreffenden Beschichtungsmittelstrahls
5 gezielt erhöht, in dem die Temperatur T1 des Hüllstroms 11 von dem Lufterhitzer
20 (vgl. Fig. 1) gezielt erhöht wird. Dadurch enthält der auf die vertikale Bauteiloberfläche
24 auftreffende Beschichtungsmittelstrahl 5 weniger flüssige Lösemittelanteile und
neigt deshalb weniger zum Verlaufen. Die stärkere Abdunstung der Lösemittelanteile
aus dem Beschichtungsmittelstrahl 5 in den umgebenden Hüllstrom 11 ist hierbei durch
Blockpfeile dargestellt.
[0064] In Figur 2b ist dagegen die Lackierung einer waagerechten Bauteiloberfläche 25 durch
den Rotationszerstäuber 1 dargestellt. Aufgrund der waagerechten Ausrichtung der Bauteiloberfläche
25 ist die Gefahr eines Verlaufens des Beschichtungsmittels auf der Bauteiloberfläche
25 geringer, so dass weniger flüssige Lösemittelanteile aus dem Beschichtungsmittelstrahl
5 in den Hüllstrom 11 abdunsten müssen. Der Hüllstrom 11 weist deshalb bei der Lackierung
der waagerechten Bauteiloberfläche 25 eine kleinere Temperatur T2<T1 als bei der Lackierung
der vertikalen Bauteiloberfläche 24 auf.
[0065] Figur 3 zeigt in stark vereinfachter Form ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Lackiereinrichtung mit einer Robotersteuerung 26, die einen mehrachsigen Lackierroboter
27 mit Positions-Steuerdaten ansteuert, wobei der Lackierroboter 27 den Rotationszerstäuber
1 führt.
[0066] Die Positions-Steuerdaten werden von der Robotersteuerung 26 auch an eine Recheneinheit
28 weiter gegeben, die daraus die Neigung α der zu beschichtenden Bauteiloberfläche
ermittelt.
[0067] Die Neigung α der Bauteiloberfläche wird dann an eine Hüllstromsteuerung 29 weiter
gegeben, die den Hüllstrom 11 in Abhängigkeit von der Neigung α der Bauteiloberfläche
beeinflusst. Hierzu steuert die Hüllstromsteuerung 29 einen Hüllstromtrockner 30,
einen Hüllstromerhitzer 31 und ein Hüllstromventil 32 an. Der Hüllstrom 11 wird hierbei
in Abhängigkeit von der Neigung α der zu beschichtenden Bauteiloberfläche so beeinflusst,
dass ein Verlaufen des Beschichtungsmittels auf der Bauteiloberfläche verhindert wird.
Hierzu wird der Hüllstrom bei einer Beschichtung von vertikal ausgerichteten Bauteiloberflächen
stärker erwärmt und getrocknet als bei einer Beschichtung von waagerecht ausgerichteten
Bauteiloberflächen.
[0068] Hierbei ist zu erwähnen, dass die Robotersteuerung 26, die Recheneinheit 28 und die
Hüllstromsteuerung 29 in eine gemeinsame elektronische Steuereinheit 33 integriert
sein können. Hierbei besteht auch die Möglichkeit, dass die Robotersteuerung 26, die
Recheneinheit 28 und/oder die Hüllstromsteuerung 29 als Software-Module implementiert
sind.
[0069] Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die
ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich
fallen.
Bezugszeichenliste:
[0070]
- 1
- Rotationszerstäuber
- 2
- Glockenteller
- 3
- Glockentellerachse
- 4
- Turbine
- 5
- Beschichtungsmittelstrahl
- 6
- Innere Lenkluftdüsen
- 7
- Innerer Lenkluftstrahl
- 8
- Äußere Lenkluftdüsen
- 9
- Äußerer Lenkluftstrahl
- 10
- Hüllstromdüsen
- 11
- Hüllstrom
- 12
- Nebenstrom
- 13
- Anschlussflansch
- 14
- Lenkluftleitung
- 15
- Lenkluftleitung
- 16-19
- Hüllstromleitungen
- 20
- Lufterhitzer
- 21
- Luftmengenregler
- 22
- Innengehäuse
- 23
- Außengehäuse
- 24
- Vertikale Bauteiloberfläche
- 25
- Waagerechte Bauteilober
- 26
- Robotersteuerung
- 27
- Lackierroboter
- 28
- Recheneinheit
- 29
- Hüllstromsteuerung
- 30
- Hüllstromtrockner
- 31
- Hüllstromerhitzer
- 32
- Hüllstromventil
- 33
- Steuereinheit
1. Zerstäuber (1), insbesondere Rotationszerstäuber, mit
a) einem Applikationselement (2) zur Applikation eines Beschichtungsmittelstrahls
(5) auf ein zu beschichtendes Bauteil (24, 25), und
b) einem Zerstäubergehäuse (23),
gekennzeichnet durch
c) mindestens eine in dem Zerstäubergehäuse (23) angeordnete Hüllstromdüse (10) zur
Abgabe eines klimatisierten Hüllstroms (11), der den Beschichtungsmittelstrahl (5)
mindestens teilweise umgibt.
2. Zerstäuber (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllstrom (11) relativ zu der Umgebungsluft
a) erwärmt,
b) gekühlt,
c) getrocknet oder
d) befeuchtet
ist.
3. Zerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Innengehäuse (22) und ein Außengehäuse (23) und eine zwischen dem Innengehäuse
(22) und dem Außengehäuse (23) verlaufende Hüllstromdurchführung zur Durchleitung
des klimatisierten Hüllstroms (11) zu der Hüllstromdüse (10).
4. Zerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
a) innere Lenkluftdüsen (6) zur Abgabe eines inneren Lenkluftstrahls (7) zur Formung
des Beschichtungsmittelstrahls (5) und/oder
b) äußere Lenkluftdüsen (8) zur Abgabe eines äußeren Lenkluftstrahls (9) zur Formung
des Beschichtungsmittelstrahls (5).
5. Zerstäuber (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Lenkluftdüsen die Hüllstromdüsen bilden.
6. Zerstäuber (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllstromdüsen (10) zusätzlich zu den inneren Lenkluftdüsen (6) und/oder den
äußeren Lenkluftdüsen (8) vorgesehen sind.
7. Zerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationselement
a) eine feststehende Sprühdüse,
b) ein Ultraschallzerstäuber,
c) ein Airless-Gerät oder
d) ein Airmix-Gerät ist.
8. Zerstäuber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationselement (2) ein drehbarer Glockenteller ist, der eine vorgegebene
Glockentellerkante aufweist.
9. Zerstäuber (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hüllstromdüse (10) und der Glockentellerkante ein axialer Abstand von
- mehr als 2, 5, 10, 15 mm und/oder
- weniger als 150, 100, 75 oder 50 mm liegt.
10. Zerstäuber (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllstromdüsen (10) in Umfangsrichtung angewinkelt sind und einen vorgegebenen
Drallwinkel aufweisen.
11. Zerstäuber (1) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllstromdüsen (10) entweder
a) in Drehrichtung des Glockentellers (2) oder
b) entgegen der Drehrichtung des Glockentellers (2) angewinkelt sind.
12. Zerstäuber (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallwinkel der Hüllstromdüsen (10) im Bereich von 0-45° liegt.
13. Zerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllstromdüsen (10) jeweils eine Düsenöffnung mit einer Breite von
- mehr als 1, 2 oder 5 mm und/oder
- weniger als 15, 10, 8 oder 6 mm aufweisen.
14. Zerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Hüllstromdüsen (10)
- größer als 5, 10, 20, 30 und/oder
- kleiner als 100, 60, 50 oder 40 ist.
15. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllstromdüse eine ringförmig umlaufende Spaltdüse ist.
16. Zerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllstrom (11) mindestens teilweise aus einem der folgenden Gase besteht:
a) Luft,
b) einem anderen Gas als Luft mit einer größeren Wärmekapazität als Luft,
c) einem anderen Gas als Luft mit einem größeren elektrischen Isolationsvermögen als
Luft,
d) einem anderen Gas als Luft mit einer höheren Feuchtigkeitssättigungsgrenze als
Luft.
17. Zerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllstrom (11) unmittelbar an der Hüllstromdüse (10) eine Austrittstemperatur
von
- mehr als +30°C, +40°C oder +60°C und/oder
- weniger als +200°C, +150°C, +100°C oder +75°C aufweist.
18. Zerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllstrom (11) einen Volumenstrom von
- mehr als 250 l/min, 500 l/min, 750 1/min und/oder
- weniger als 2500 l/min, 2000 l/min, 1500 1/min oder 1000 1/min aufweist.
19. Zerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Anschlussflansch (13) zur Montage des Zerstäubers (1) an einem Roboter, wobei
der Anschlussflansch mehrere Anschlüsse aufweist, über die dem Zerstäuber (1) unter
anderem der Hüllstrom zugeführt wird.
20. Zerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllstromdüsen (10) von einer Hüllstromzuleitung gespeist werden, die mindestens
teilweise innerhalb des Zerstäubergehäuses (23) verläuft.
21. Zerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerstäubergehäuse (23) eine glatte Außenkontur aufweist.
22. Lackiereinrichtung mit einem Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
23. Lackiereinrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Klimatisierungseinrichtung (20, 21, 30-32) zur Klimatisierung des Hüllstroms
(11), wobei die Klimatisierungseinrichtung (20, 21, 30-32) stromabwärts mit der Hüllstromdüse
(10) verbunden ist.
24. Lackiereinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimatisierungseinrichtung (20, 21, 30-32) einen Lufterhitzer (20) aufweist.
25. Betriebsverfahren für einen Zerstäuber (1), insbesondere für einen Rotationszerstäuber,
mit den folgenden Schritten:
a) Abgabe eines Beschichtungsmittelstrahls (5) auf ein zu beschichtendes Bauteil (24,
25),
gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
b) Gleichzeitige Abgabe eines klimatisierten Hüllstroms (11), der den Beschichtungsmittelstrahl
(5) mindestens teilweise umgibt.