HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
[0001] Die Erfindung betrifft einen Düsenkopf für einen Rotationszerstäuber zum Aufbringen
eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand mit:
- a) einem um eine Rotationsachse drehbaren Glockenteller mit einer Abrisskante und
einer Abströmfläche, welcher das Beschichtungsmaterial derart zuführbar ist, dass
das Beschichtungsmaterial von der Abrisskante des Glockentellers weggeschleudert wird,
und
- b) einem Strömungsweg, über welchen das Beschichtungsmaterial der Abströmfläche zuführbar
ist.
[0002] Außerdem betrifft die Erfindung einen Rotationszerstäuber zum Aufbringen eine Beschichtungsmaterials
auf einen Gegenstand mit einem Düsenkopf.
2. Beschreibung des Standes der Technik
[0003] Rotationszerstäuber, die mit einem Düsenkopf der eingangs genannten Art ausgestattet
sind, werden zum Beispiel in der Automobilindustrie verwendet, um Gegenstände, wie
beispielsweise Teile von Fahrzeugkarosserien, zu lackieren oder mit einem Schutzmaterial
zu beschichten.
[0004] Der Glockenteller dient dabei zum Zerstäuben des Beschichtungsmaterials, wozu er
im Betrieb mit sehr hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten von 10.000 bis 100.000 U min
-1 mittels eines pneumatischen oder elektrischen Antriebs um seine Rotationsachse gedreht
wird.
[0005] Dem rotierenden Glockenteller wird das ausgewählte Beschichtungsmaterial zugeführt.
Auf Grund von Zentrifugalkräften, die auf das Beschichtungsmaterial wirken, wird es
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 Beschichtungsmaterial-Tröpfchen
tangential weggeschleudert wird.
[0006] Hierbei entstehen Tröpfchen mit unterschiedlichen Größen, die sich über einen verhältnismäßig
großen Größenbereich erstrecken. Größere Tröpfchen werden dabei radial weiter nach
außen geschleudert als kleinere Tröpfchen. Mit Düsenköpfen und Rotationszerstäubern
der eingangs genannten Art wird so ein relativ breiter Sprühstrahl erzeugt, der im
Idealfall kegelförmig ist und einen verhältnismäßig großen Konuswinkel aufweist.
[0007] Dabei ist es wünschenswert, dass die Größe der Tröpfchen verhältnismäßig einheitlich
ist und dass auf die Größe bezogene Tröpfchenspektrum sich nur über einen möglichst
kleinen Bereich erstreckt. Außerdem sollten die Tröpfchen möglichst klein sein, da
bei kleineren Tröpfchen ein homogeneres Beschichtungsergebnis erzielt wird. Ziel ist
es, einen so genannten Farbnebel zu erzeugen. Als Nebel wird generell ein Gemisch
aus Luft und fein verteilten festen oder flüssigen Teilchen bezeichnet. Um die Applikation
des Beschichtungsmaterials auf den zu beschichtenden Gegenstand zu gewährleisten,
ist ein nässender Nebel mit minimaler Tröpfchengröße im Bereich 20 bis 40 µm notwendig.
Gute Ergebnisse lassen sich bei einem Tröpfchengrößenmittelwert von 100 µm erzielen,
wobei die Abweichung idealerweise ±50 µm beträgt.
[0008] Je langsamer der Glockenteller gedreht wird, desto größer sind im Mittel die Tröpfchen,
welche von der Abrisskante weggeschleudert werden. Entsprechend werden bei höheren
Drehzahlen des Glockentellers im Mittel kleinere Tröpfchen an der Abrisskante des
Glockentellers erzeugt. Aus diesem Grund wird der Glockenteller in der Regel mit hohen
Drehzahlen betrieben, was mit einem entsprechenden hohen Energieverbrauch verknüpft
ist. Zugleich ist die radiale Ausbreitung des Sprühstrahls bei höheren Drehzahlen
wiederum größer als bei kleineren Drehzahlen, so dass Maßnahmen ergriffen werden müssen,
um diesen Sprühstrahl auf die zu beschichtende Gegenstände zu fokussieren.
[0009] Hierzu arbeiten bekannte Rotationszerstäuber beispielsweise 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. Dies funktioniert jedoch nur bei elektrisch leitfähigen
Gegenständen.
[0010] Alternativ oder auch ergänzend zum elektrostatischen Betrieb haben sich bei bekannten
Rotationszerstäubern Lenklufteinrichtungen etabliert. Mit diesen wird ein meist ringförmiger
Lenkluftstrom so auf den Sprühstrahl geleitet, dass dieser gebündelt wird und die
Tröpfchen unterschiedlicher Größe auf den zu beschichtenden Gegenstand gelenkt werden.
Teilweise sind hierzu jedoch starke Lenkluftströme notwendig, deren Erzeugung relativ
aufwendig ist.
[0011] Aus der
DE 43 30 602 A1 ist ein Rotationszerstäuber zum elektrostatischen Beschichten mit einer statischen
Düsenbaugruppe bekannt, die eine Mehrzahl von Beschichtungsmaterialdüsen aufweist,
die mit entsprechenden Beschichtungsmaterialquellen über verschiedene Kanäle kommunizieren.
Jede Düse und der daran angeschlossene Kanal werden zur Zufuhr nur eines bestimmten
Beschichtungsmaterials verwendet.
[0012] Dies bedingt einen sehr aufwendigen Innenaufbau des Rotationszerstäubers und somit
gesteigerte Produktionskosten. Ferner besteht die Gefahr, dass Beschichtungsmaterial,
welches über eine längere Zeitspanne in dem einzelnen Kanal steht, Ablagerungen an
den Kanalwänden bildet. Bei erneuter Benutzung des Kanals können sich diese Ablagerungen
lösen und zu einem unbrauchbaren Beschichtungsergebnis führen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[0013] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Düsenkopf und einen Rotationszerstäuber der eingangs
genannten Art bereitzustellen, mit welchen ein energieeffizienter Betrieb bei einem
möglichst homogenen und fokussierten Sprühstrahl ermöglicht wird.
[0014] Diese Aufgabe wird bei dem Düsenkopf der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
c) der Strömungsweg sich in einem Abgabebereich in Teilwege mit jeweils einer zur
Rotationsachse des Glockentellers exzentrisch angeordneten Abgabeöffnung aufteilt,
aus welcher das Beschichtungsmaterial abgebbar ist, das von dort zur Abströmfläche
gelangt.
[0015] Bei einer zentralen Zuführung des Beschichtungsmaterials zu dem Umlenkkörper über
einen koaxial angeordneten Kanal kann dieses je nach Viskosität des Beschichtungsmaterials
eine zu geringe Geschwindigkeit in radialer und in Umfangsrichtung aufweisen, um den
gewünschten Materialfilm an der Abströmfläche auszubilden.
[0016] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass dann, wenn das Beschichtungsmaterial
über mehrere Teilwege durch einen Abgabebereich mit in Bezug auf die Rotationsachse
radial versetzten Abgabeöffnungen geleitet wird, eine gleichmäßigere Abgabe an die
Abströmfläche möglich ist als bei einem einzigen zentralen Zuführkanal.
[0017] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Abgabeöffnungen um die Rotationsachse
verdrehbar gelagert sind. In diesem Fall erfährt das Beschichtungsmaterial durch eine
Drehbewegung der Abgabeöffnungen um die Rotationsachse eine zusätzliche Beschleunigung
in radialer und in Umfangsrichtung, so dass es mit den entsprechenden zusätzlichen
Geschwindigkeitskomponenten auf den Umlenkkörper auftrifft und zur Abströmfläche gelangt.
Diese zusätzliche kinetische Energie steht dem Beschichtungsmaterial auch beim Fließen
entlang der Abströmfläche in Richtung zur Abrisskante zur Verfügung. Dadurch kann
sich das Beschichtungsmaterial mit einer größeren Geschwindigkeit von der Abrisskante
ablösen, ohne dass die Betriebsdrehzahl des Rotationszerstäubers erhöht werden muss.
[0018] Dadurch, dass der Strömungsweg in Teilwege aufgeteilt wird, wird in jedem Teilweg
ein geringerer Querschnitt wirksam. Ist der Gesamtquerschnitt der Teilwege geringer
als der Querschnitt des Strömungswegs, so steigt aufgrund der Massenerhaltung bei
einem inkompressiblen Beschichtungsmaterial die Strömungsgeschwindigkeit proportional
an. Dadurch kann die absolute Geschwindigkeit des Beschichtungsmaterials noch weiter
erhöht werden.
[0019] Derart lässt sich die erzeugte Tröpfchengröße wirksam reduzieren, ohne dass die Drehzahl
des Rotationszerstäubers erhöht werden muss.
[0020] Vorzugsweise weist der Abgabebereich mindestens zwei Abgabeöffnungen auf, die auf
einem zu der Rotationsachse koaxialen Kreis angeordnet sind. Um zu verhindern, dass
eine Periodizität in dem Beschichtungsergebnis sichtbar wird, die mit der Betriebsdrehzahl
gekoppelt ist, ist es zweckmäßig, die Teilwege mit den Abgabeöffnungen am Umfang gleichmäßig
zu verteilen. Dadurch kann erreicht werden, dass sich bei der Rotation des Glockentellers
auf der Abströmfläche ein in Umfangsrichtung zusammenhängender Beschichtungsmaterialfilm
ausbilden kann, so dass pro Zeiteinheit von einem möglichst großen Umfangsbereich
Tröpfchen weggeschleudert werden können.
[0021] Bei einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Strömungsweg einen koaxialen Zentralkanal
umfasst, welcher in Strömungsrichtung des Beschichtungsmaterials vor dem Abgabebereich
angeordnet ist.
[0022] Hierbei ist es von Vorteil, wenn zumindest der koaxiale Zentralkanal in einer Antriebswelle
aufgenommen ist, mit welcher der Glockenteller gekoppelt ist.
[0023] Das von den Abgabeöffnungen abgegebene Beschichtungsmaterial kann zur Abströmfläche
gelangen, indem es auf einen Umlenkkörper geführt werden kann. Der Umlenkkörper ist
vorzugsweise koaxial zu der Rotationsachse angeordnet und mit dem Glockenteller bewegungsfest
verbunden. Des Weiteren ist der Umlenkkörper rotationssymmetrisch und umfasst eine
Prallfläche, die den Abgabeöffnungen gegenüberliegt, und eine Außenmantelfläche, die
im Wesentlichen parallel zu der Abströmfläche des Glockentellers verläuft.
[0024] Damit der Umlenkkörper möglichst leicht ausgebildet ist, ist er bevorzugt als hohler
Kegelstumpf ausgeführt.
[0025] In dem inneren Bereich des Glockentellers entsteht im Betrieb ein Unterdruck, so
dass die Gefahr besteht, dass Beschichtungsmaterial von der Abrisskante zur Mitte
des Glockentellers angesaugt wird. Dies beeinflusst wiederum die Geometrie des Sprühstrahls.
Um zu verhindern, dass sich dadurch das Beschichtungsergebnis verschlechtert, ist
es vorteilhaft, wenn durch den die Prallfläche definierenden Umlenkkörper durchgehende
Luftdurchlassbohrungen angebracht sind, die für einen Druckausgleich sorgen.
[0026] Der Umlenkkörper ist in dem von der Abströmfläche des Glockentellers begrenzten Raum
aufgenommen, welcher ebenfalls die Form eines Kegelstumpfes aufweist. Hierbei ist
es von Vorteil, wenn der Durchmesser des Umlenkkörpers weniger als 60% des Abrisskantendurchmessers
beträgt. Besonders vorteilhaft ist ein Umlenkkörperdurchmesser, der in etwa ein Drittel
des Abrisskantendurchmessers beträgt. Der Abrisskantendurchmesser kann in einem Bereich
zwischen 20 und 90 mm liegen, wobei bei einer größeren Abrisskante entsprechend mehr
Abströmfläche zur Verfügung steht. Dadurch kann sich ein dünner Beschichtungsmittelfilm
ausbilden, was kleinere und gleichmäßigere Tröpfchen verursacht.
[0027] Um Energie zu sparen ist es zweckmäßig, die rotierenden Komponenten möglichst leicht
auszugestalten. Der Düsenkopf kann aus einem Glockenteil, welches den Glockenteller
und den Abgabebereich umfasst, und aus einer konischen Seitenwand derart ausgebildet
sein, dass zwischen Glockenteil und Seitenwand ein Hohlraum entsteht. Die Seitenwand
und der Glockenteil können beispielsweise mittels Kleben, Schweißen, Schrauben, Nieten
oder Schrumpfen miteinander bewegungsfest verbunden werden.
[0028] Es ist vorteilhaft, wenn als Werkstoff für den Glockenteil, die Seitenwand und den
Umlenkkörper ein Material mit einer geringen Dichte eingesetzt wird, so dass die zu
bewegenden Massen möglichst klein gehalten werden. Geeignete Werkstoffe sind je nach
Beschichtungsmaterial und Abrieb durch Partikel im Beschichtungsmaterial beispielsweise
Titan, Aluminium oder Legierungen wie Ti-6Al-4V, 6Al-4V oder 6Al-25N-4Zr-2Mo.
[0029] Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Abströmfläche in einem Ringbereich Rillen,
insbesondere radiale Rillen, aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die
Rillen in einem radial äußersten Ringbereich der Abströmfläche, der in der Abrisskante
endet, angeordnet sind. Dadurch werden Initialstellen für die Tröpfchenbildung erzeugt.
[0030] Alternativ oder zusätzlich kann in einem Ringbereich ein Winkel zwischen der Abströmfläche
und der Rotationsachse in Richtung auf die Abrisskante zu kleiner werden. Hierbei
ist besonders von Vorteil, wenn der Winkel sich in einem radial äußersten Ringbereich
der Abströmfläche kontinuierlich ändert. Durch die Umlenkung des Beschichtungsmaterials
erfährt ein sich von der Abrisskante ablösendes Tröpfchen eine verringerte Beschleunigung
in radialer Richtung, sodass sich der maximale Radius des Sprühstrahls verringern
lässt.
[0031] Zudem kann vorgesehen sein, dass der Winkel zwischen der Abströmfläche und der Rotationsachse
sich in Richtung zur Abrisskante mehrmals ändert, wobei verschiedene Ringbereiche
der Abströmfläche jeweils unterschiedliche konstante Winkel in einem Bereich von 50°
bis 85° aufweisen. Durch derart entstehende Stufen lassen sich auf der Abströmfläche
Bereiche mit verschiedenen Strömungsverhältnissen erzeugen, in denen das Beschichtungsmaterial
unterschiedliche Beschleunigungsanteile erfährt. Für eine gleichmäßige Tröpfchengrößenverteilung
ist eine laminare Strömung des Beschichtungsmaterials wünschenswert. Um diese zu gewährleisten,
sind die Übergänge zwischen den Ringbereichen möglichst stetig mit sich kontinuierlich
änderndem Winkel auszuführen.
[0032] Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass zur Bündelung des Sprühstrahls eine Lenklufteinrichtung
eingesetzt wird. Diese weist vorzugsweise mehrere Lenklufteinheiten, die als Düsenringe
ausgeführt sind. Diese sind koaxial zu der Rotationsachse am Gehäuse des Rotationszerstäubers
außerhalb des Düsenkopfes angeordnet und können Düsenöffnungen unterschiedlicher Größe
aufweisen. Hierbei hat sich ein Durchfluss von 200 bis 350 L min
-1 als zweckmäßig erwiesen.
[0033] Zur weiteren Fokussierung des Sprühstrahls kann das Beschichtungsmaterial mit Hilfe
eines elektrischen Feldes auf den zu beschichtenden Gegenstand gerichtet werden. Dabei
kann vorgesehen sein, dass das Beschichtungsmaterial selbst direkt mittels eines Hochspannungserzeugers
auf Hochspannung von 20 bis 50 kV, vorzugsweise von 30 kV, innerhalb des Strömungswegs
aufgeladen wird und der zu beschichtende Gegenstand geerdet wird.
[0034] Alternativ kann die elektrostatische Aufladung von außen durch Nadelelektroden erfolgen,
die radial um die Glocke angebracht sind und sich auf negativem Gleichspannungspotential
befinden. Die Spannung liegt im Bereich zwischen -40 kV und -100 kV. Die bei der Ionisierung
der Luft vor den Nadelspitzen entstehenden Elektronen können die Tröpfchen negativ
aufladen, so dass sich diese in Richtung zu dem geerdeten zu beschichtenden Gegenstand
bewegen wodurch der Beschichtungswirkungsgrad gesteigert werden kann.
[0035] Um Verschmutzungen an dem Rotationszerstäuber zu entfernen, die durch nicht zum zu
beschichtenden Gegenstand gelangendes Beschichtungsmaterial entstehen, kann eine Spülmittelsprüheinrichtung
vorgesehen sein. Diese kann an der Seitenwand des Glockenteils angeordnet sein und
diese bei Bedarf reinigen.
[0036] Bei einem Wechsel des Beschichtungsmaterials wird der komplette Strömungsweg mit
Lösungsmittel gespült, um Vermischungen zu vermeiden. Um Reste des Beschichtungsmaterials
aus den Zuführleitungen auszudrücken oder diese von dem Lösungsmittel zu reinigen,
kann ein hin- und herbewegbarer Molch eingesetzt werden, der beim Hindurchbewegen
durch den Leitungsabschnitt dessen innere Oberfläche von dem Fluid befreit.
[0037] Der beschriebene Düsenkopf ist ein Teil einer Farbspritzvorrichtung zum Beschichten
von Gegenständen, die viele Farbquellen mit bis zu 50 verschiedenen Farben haben kann.
Die Farbspritzvorrichtung kann eine Vielzahl an Spritzkabinen umfassen, die mit zugehörigen
Verteilleitungen mit Beschichtungsmaterial versorgt werden. In jeder Spritzkabine
können mehrere Roboter oder Handhabungsmittel vorhanden sein, die Rotationszerstäuber
tragen.
[0038] Ferner gibt es ein oder mehrere Farbwechselventile, so dass sich immer nur eine Farbe
zwischen Farbwechsler und Zerstäuber in den Leitung befindet. Es kann zusätzlich Dosier-
und Speicherbehälter zwischen Farbwechsler und Zerstäuber geben, die genaue Anordnung
der Speicherbehälter und Farbwechsler ist nicht relevant. Die oben angegebene Aufgabe
wird bei einem Rotationszerstäuber der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
ein Düsenkopf mit einigen oder allen der oben dazu genannten Merkmale vorgesehen ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0039] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert. In diesen zeigen:
- Figur 1
- einen Axialschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Düsenkopfes mit einer Vollwelle
als Antriebswelle;
- Figur 2
- einen Radialschnitt eines Abgabebereichs des Düsenkopfes nach Figur 1, in welchem
Teilwege des Strömungswegs verlaufen;
- Figur 3
- einen Axialschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Düsenkopfes mit einer
Hohlwelle als Antriebswelle;
- Figur 4
- einen Radialschnitt des Abgabebereichs des Düsenkopfes nach Figur 3, in welchem Teilwege
des Strömungswegs verlaufen;
- Figur 5
- einen Axialschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines Düsenkopfes mit einer
Hohlwelle als Antriebswelle;
- Figur 6
- einen Radialschnitt des Abgabebereichs des Düsenkopfes nach Figur 5;
- Figur 7
- einen Axialschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels eines Düsenkopfes, bei dem ein
Einsatzteil in einer Zentralbohrung des Abgabebereichs angeordnet ist;
- Figur 8
- einen Radialschnitt des Abgabebereichs des Düsenkopfes nach Figur 7.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1. Grundlegender Aufbau des Rotationszerstäubers.
[0040] In den Figuren ist mit 10 insgesamt ein Rotationszerstäuber bezeichnet, von dem lediglich
ein Kopfabschnitt mit einem Gehäuse 12 und einem Düsenkopf 14 gezeigt ist. Mittels
des Rotationszerstäubers 10 kann Beschichtungsmaterial, insbesondere Lack, auf einen
nicht eigens gezeigten Gegenstand appliziert werden.
[0041] Der Düsenkopf 14 umfasst ein Glockenteil 24, welches mit hoher Geschwindigkeit um
eine Rotationsachse 16 drehbar und hierzu mit einer Antriebswelle 18 gekoppelt ist.
[0042] Bei dem in Figur 1 gezeigten Düsenkopf 14 ist die Antriebswelle 18 als Vollwelle
ausgeführt. Die Antriebswelle 18 ist in dem Gehäuse 12 über abgedichtete Radiallager
22 gelagert und kann beispielsweise mittels eines Elektromotors oder pneumatisch mittels
einer Druckluftturbine angetrieben werden. Im Betrieb rotiert das Glockenteil 24 mit
Drehzahlen von 10.000 bis 100.000 min
-1 um seine Rotationsachse 16.
[0043] Das Glockenteil 24 umfasst einen Glockenteller 42 und eine an den Glockenteller 42
radial außen anschließende Seitenwand 26, die bewegungsfest miteinander verbunden
sind und zusammen einen Hohlraum umschließen. Durch diese Ausgestaltung des Glockenteils
24 lässt sich dessen Massenträgheit gering halten, so dass Antriebsenergie gespart
werden kann.
[0044] Über einen Strömungsweg 28 wird zu applizierendes Beschichtungsmaterial von der Seite
der Antriebswelle 18 kommend dem Düsenkopf 14 zugeführt. In Figur 1 führt hierzu eine
bezogen auf die Rotationsachse 16 exzentrische Leitung 30 das Beschichtungsmaterial
einem koaxialen Kanal 32 zu, welcher beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ringförmig
ist und in radialer Richtung innen durch die Vollwelle 20 und außen durch das Gehäuse
12 begrenzt wird. In axialer Richtung wird der Kanal 32 auf der einen Seite durch
das Radiallager 22 begrenzt und mündet auf der gegenüberliegenden Seite in einen zur
Rotationsachse 16 koaxial angeordneten zylindrischen Abgabebereich 34 des Glockenteils
24. Hierbei ist ein freies Ende der Antriebswelle 18 über eine Nabe 36 beispielsweise
mittels einer Klebeverbindung oder einer Presspassung bewegungsfest mit dem Abgabebereich
34 des Glockenteils 24 verbunden. Dadurch wird die Drehbewegung der Antriebswelle
18 an das Glockenteil 24 übertragen.
[0045] In dem Abgabebereich 34 teilt sich der Strömungsweg 28 in mehrere Teilwege 38 auf,
die in den Ausführungsbeispielen als Durchgangsbohrungen ausgestaltet sind, welche
parallel zu der Rotationsachse 16 verlaufen. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
münden sechs Teilwege 38 in Abgabeöffnungen 40, die koaxial auf einem Kreis um die
Rotationsachse 16 angeordnet sind. Die Anordnung der Teilwege 38 ist in dem Radialschnitt
A-A in der Figur 2 gezeigt.
[0046] Der Glockenteller 42 ist kegelstumpfförmig und grenzt an den Abgabebereich 34 an,
wobei er ebenfalls koaxial zu der Rotationsachse 16 angeordnet ist. Der Glockenteller
42 kann auch hiervon abweichende Geometrien haben, wie sie an und für sich bei Glockentellern
aus dem Stand der Technik bekannt sind. Der Glockenteller 42 hat eine kegelstumpfförmige
Innenmantelfläche 44, die als Abströmfläche 46 dient. Am von der Antriebswelle 18
abliegenden Außenrand endet die Abströmfläche 46 in einer umlaufenden Abrisskante
48. Die Abströmfläche 46 schließt mit der Rotationsachse 16 einen Winkel α ein. Dieser
beträgt etwa 45°, insbesondere kommen Winkel in einem Bereich von 40° bis 85° in Frage.
Als günstig hat sich ein Glockentellerdurchmesser in einem Bereich von 20 mm bis 90
mm erwiesen, wobei bei größeren Glockentellerdurchmessern generell das Beschichtungsmaterial
als dünnerer Film strömt, wodurch an der Abrisskante kleinere Tröpfchen gebildet werden.
[0047] Die Innenmantelfläche 44 des Glockentellers 42 umgibt ein kegelstumpfförmiges Volumen,
in welchem ein Umlenkkörper 50 angeordnet ist. Dieser ist koaxial zu der Rotationsachse
16 des Düsenkopfes 14 in einem von der Antriebswelle 18 abliegenden Ende des Abgabebereichs
34 aufgenommen. Hierbei ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Stutzen 52 des
Umlenkkörpers 50 bewegungsfest mit dem Abgabebereich 34 des Glockenteils 24 verbunden;
dies kann beispielsweise mittels einer Klebeverbindung oder einer Presspassung erfolgen.
Somit folgt der Umlenkkörper 50 der Drehbewegung des Glockenteils 24.
[0048] Die Außenmantelfläche des Stutzens 52 des Umlenkkörpers 50 mündet in eine ringförmige
Prallfläche 54, welche ihrerseits in eine kegelstumpfförmige Außenmantelfläche 56
übergeht, die in eine umlaufende Endkante 58 endet. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
verläuft die Prallfläche 54 weitgehend in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse
16.
[0049] Beschichtungsmaterial, welches aus den Abgabeöffnungen 40 austritt, trifft auf die
gegenüberliegend angeordnete Prallfläche 54. Auf Grund der Drehung des Glockenteils
24 und des Umlenkkörpers 50 strömt dieses Beschichtungsmaterial auf der Prallfläche
54 als Film nach radial außen und zu der innen liegenden Abströmfläche 46 des Glockentellers
42. Auf dieser strömt das Beschichtungsmaterial weiter nach zu der Abrisskante 48,
wo der Film sich in Form von Strahlen oder Lamellen von dem Glockenteller 42 löst,
aus denen dann Tröpfchen entstehen. Wie eingangs angesprochen, ist es wünschenswert,
kleine Tröpfchen zu erzeugen.
[0050] Abhängig von der Drehzahl des Glockentellers verändert sich bei einem Rotationszerstäuber
die durchschnittliche Größe der Tröpfchen, welche von dem Glockenteller 42 weggeschleudert
werden. Je geringer die Drehzahl des Glockentellers 42 ist, desto größer sind die
erzeugten Tröpfchen. Gleichzeitig ist es jedoch wünschenswert, den Glockenteller 42
mit kleinen Drehzahlen zu rotieren, um Energie zu sparen.
[0051] Durch die Aufteilung des Strömungswegs 28 in Teilwege 38 im Abgabebereich 34 wird
dem unerwünschten Effekt entgegengewirkt, dass bei kleineren Drehzahlen größere Tröpfchen
vom Glockenteller 42 weggeschleudert werden. Durch ihre Exzentrizität wirken die Teilwege
38 wie radial angeordnete Mitnehmer und können zusätzliche Rotationsenergie auf das
Beschichtungsmaterial übertragen. Infolgedessen tritt das gesamte Beschichtungsmittel
mit einer höheren absoluten Geschwindigkeit aus den Abgabeöffnungen 40 heraus, als
wenn es nur zentral zugeführt werden würde. Ein derartig beschleunigtes Beschichtungsmaterial
trifft somit mit höherer kinetischer Energie auf die Prallfläche 54 und anschließend
auf die Abströmfläche 46 auf, um dann in einem dünneren Film zur Abrisskante 48 zu
fließen, was die Bildung kleinerer gleichmäßigerer Tröpfchen zur Folge hat.
[0052] In den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist die Prallfläche 54 im Wesentlichen
senkrecht zur Rotationsachse 16 ausgebildet. Denkbar ist ebenso eine geneigte Prallfläche
54.
[0053] Die Prallfläche 54 geht, wie oben erwähnt, in die kegelstumpfförmige Außenmantelfläche
56 über. Diese schließt mit der Rotationsachse 16 einen Winkel α eins, welcher genauso
groß ist wie der Winkel, den die Abströmfläche 46 des Glockentellers 42 mit der Rotationsachse
16 einschließt. Somit verlaufen die Außenmantelfläche 56 und die Abströmfläche 46
parallel zueinander. Falls bei kleineren Drehzahlen Beschichtungsmaterial auch an
der Außenmantelfläche 56 des Umlenkkörpers 52 entlang fließt, wird dieses spätestens
an dessen Endkante 58 abgegeben und trifft auf die Abströmfläche 46 des Glockentellers
42. Als günstig hat sich ein Durchmesser der Endkante 58 erwiesen, welcher weniger
als 60% des Durchmessers des Glockentellers beträgt.
[0054] Der Umlenkkörper 50 ist als ein hohler Kegelstumpf ausgeführt, um die Massenträgheit
des Düsenkopfes 14 insgesamt zu reduzieren. Um die Saugwirkung des dadurch gebildeten
Hohlraumes zu reduzieren, sind in der Prallfläche 54 Luftdurchlassbohrungen 60 angeordnet.
Diese sorgen für einen Druckausgleich und verbessern somit die Verteilung des Beschichtungsmaterials,
das von der Abrisskante 48 weggeschleudert wurde. In der Figur 1 sind zwei solche
Luftdurchlassbohrungen 60 gezeigt, wobei diese derart ausgestaltet sind, dass das
ungehinderte Durchtreten von Beschichtungsmaterial verhindert werden kann. Hierzu
weisen diese nur geringen Durchmesser auf und haben zudem eine zur Neigung der Außenmantelfläche
56 entgegengesetzte Neigung.
[0055] Eine weitere Möglichkeit, die Geometrie des von dem Düsenkopf 14 erzeugten Sprühstrahls
zu beeinflussen, ist durch den Einsatz von einer nicht eigens gezeigten Lenklufteinheit.
Beispielsweise kann an einem Gehäusekragen 62, welcher zum Teil den Düsenkopf 14 überdeckt,
eine Ringdüse angeordnet sein. Diese richtet Lenkluft auf den erzeugten Sprühstrahl,
um ihn in radialer Richtung zu begrenzen. Weitere Möglichkeiten zur Ausgestaltung
der Lenklufteinheit sind der
DE 10 2012 010 610 A1 zu entnehmen.
[0056] Um Reste von Beschichtungsmaterial an der Seitenwand des Düsenkopfes 14 zu entfernen,
kann eine nicht eigens gezeigte Spülmittelsprüheinrichtung vorgesehen sein. Diese
kann an der Seitenwand des Glockenteils angeordnet sein und diese bei Bedarf mit einem
Lösungsmittel reinigen.
[0057] Bei Wechsel des Beschichtungsmaterials wird der Strömungsweg 28 vollständig mit Lösungsmittel
gespült, um Vermischungen unterschiedlicher Materialien zu vermeiden. Dazu kann in
den Zuführleitungen zu dem Düsenkopf 14 ein nicht eigens gezeigter, hin- und herbewegbarer
Molch vorgesehen sein, welcher die Wände der Zuführleitungen von Innen von Beschichtungsmaterialreste
befreit.
2. Weitere Ausführungsbeispiele des Düsenkopfes
[0058] Die Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Düsenkopfes 14, bei dem die
Antriebswelle 18 als Hohlwelle 64 ausgeführt ist. Das Beschichtungsmaterial wird durch
die Hohlwelle 64 über den koaxialen Kanal 32 dem Abgabebereich 34 des Glockenteils
24 zugeführt. Der koaxiale Kanal 32 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als
eine Zentralbohrung 66 in dem Glockenteil 24 ausgebildet und befindet sich zwischen
der Nabe 36, welche die Hohlwelle 64 aufnimmt, und dem Abgabebereich 34, in welchem
die Teilwege 38 verlaufen.
[0059] Die Zentralbohrung 66 hat denselben Durchmesser wie der Außenkreis, der durch die
radial äußersten Punkte der exzentrisch angeordneten Teilwege 38 gebildet wird. Dadurch
wird das Einströmen des Beschichtungsmaterials aus dem koaxialen Kanal 32 in die Teilwege
38 erleichtert. In diesem Ausführungsbeispiel münden vier Teilwege 38 in den Abgabeöffnungen
40, die auf einem Kreis um die Rotationsachse 16 angeordnet sind. Die Anordnung der
Teilwege 38 ist in dem Radialschnitt A-A in der Figur 4 gezeigt.
[0060] Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können der Umlenkkörper 50 und der Abgabebereich
34 wieder beispielhaft mittels einer Klebeverbindung oder einer Presspassung oder
alternativ mittels einer nicht eigens gezeigten Schraubverbindung miteinander verbunden
sein. Hierzu kann der Endabschnitt des Stutzens 52 in die Zentralbohrung 66 hineinragen
und ein Gewinde tragen, das in Verbindung mit einer Gewindemutter den Umlenkkörper
50 und den Abgabebereich 34 bewegungsfest miteinander verbinden kann.
[0061] Die Figur 5 veranschaulicht ein drittes Ausführungsbeispiel, das an dem Ausführungsbeispiel
aus der Figur 3 angelehnt ist. Im Unterschied dazu weist hier der Umlenkkörper 50
keinen Stutzen auf, sondern ist über Stifte 68 koaxial zu der Rotationsachse 16 bewegungsfest
an den Abgabebereich 34 angebunden. Wie der Radialschnitt A-A in der Figur 6 zeigt,
sind drei Stifte 68 auf einem Kreis um die Rotationsachse 16 angeordnet. Bei diesem
Ausführungsbeispiel münden drei Teilwege 38 in die drei Abgabeöffnungen 40, die ebenfalls
auf einem Kreis um die Rotationsachse 16 angeordnet sind. Als Luftdurchlassbohrung
60 dient eine in der Prallfläche 54 zentral angeordnete Durchgangsbohrung, wie in
der Figur 5 dargestellt.
[0062] Um die Geometrie des von dem Düsenkopf 14 erzeugten Sprühstrahls zu beeinflussen,
verändert sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Winkel α zwischen der
Rotationsachse 16 und der Abströmfläche 46. Insbesondere wird der Winkel α in Richtung
zur Abrisskante 48 hin kleiner. Dadurch, dass der Beschichtungsmaterialfilm umgelenkt
wird, wird dessen Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung auf Kosten der Geschwindigkeitskomponente
in radialer Richtung vergrößert. An der Abrisskante 48 erfährt das Beschichtungsmaterial
somit eine verringerte Beschleunigung in radiale Richtung, sodass sich der maximale
Radius des Sprühstrahls verringern lässt.
[0063] Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der Figur 7 dargestellt. Hierbei ist die
Antriebswelle 18 ebenfalls als Hohlwelle 64 ausgeführt, allerdings ist die axiale
Bohrung, die einen Teil des Strömungsweges 28 bildet, exzentrisch zu der Rotationsachse
16. Das aus der Hohlwelle 64 kommende Beschichtungsmaterial gelangt über den koaxialen
Kanal 32 zu dem Abgabebereich 34. Der koaxiale Kanal 32 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel
ebenfalls in einer Zentralbohrung 66 des Glockenteils 24, wobei hier eine in die Zentralbohrung
66 eingesetzte Buchse 70 die Wand des koaxialen Kanals 32 bildet. Damit wird der Durchmesser
des koaxialen Kanals 32 dem Durchmesser angeglichen, bei dem die exzentrische axiale
Bohrung in der Hohlwelle ihren radial äußersten Punkt hat, was zur Reduktion von Totraum
im Strömungsweg 28 beiträgt.
[0064] Aus dem koaxialen Kanal 32 gelangt das Beschichtungsmaterial in die Teilwege 38 des
Abgabebereichs 34. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Teilwege 38 dadurch gebildet,
dass ein Einsatzteil 74 in einer durch den Abgabebereich 34 durchgehende zentrale
Abgabebohrung 72 eingesetzt ist. Das Einsatzteil 74 hat eine zylindrische Grundform
und trägt an seiner Umfangsfläche drei axiale Rillen 76, die zusammen mit der Wand
der zentralen Abgabebohrung 72 die Teilwege 38 für das Beschichtungsmaterial bilden.
Die Anordnung der Teilwege 38 ist in dem Radialschnitt A-A in der Figur 8 gezeigt.
Die drei Teilwege 38 münden in drei Abgabeöffnungen 40.
1. Düsenkopf für einen Rotationszerstäuber zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials
auf einen Gegenstand mit:
a) einem um eine Rotationsachse (16) drehbaren Glockenteller (42) mit einer Abrisskante
(48) und einer Abströmfläche (46), welcher das Beschichtungsmaterial derart zuführbar
ist, dass das Beschichtungsmaterial von der Abrisskante (48) des Glockentellers (42)
weggeschleudert wird, und
b) einem Strömungsweg (28), über welchen das Beschichtungsmaterial der Abströmfläche
(46) zuführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
c) der Strömungsweg (28) sich in einem Abgabebereich (34) in Teilwege (38) mit jeweils
einer zur Rotationsachse (16) des Glockentellers (42) exzentrisch angeordneten Abgabeöffnung
(40) aufteilt, aus welcher das Beschichtungsmaterial abgebbar ist, das von dort zur
Abströmfläche (46) gelangt.
2. Düsenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabeöffnungen (40) um die Rotationsachse (16) des Glockentellers (42) verdrehbar
gelagert sind.
3. Düsenkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abgabebereich (34) mindestens zwei Abgabeöffnungen (40) aufweist, die auf einem
zu der Rotationsachse (16) koaxialen Kreis angeordnet sind.
4. Düsenkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg (28) einen koaxialen Zentralkanal (32) umfasst, welcher in Strömungsrichtung
des Beschichtungsmaterials vor dem Abgabebereich (34) angeordnet ist.
5. Düsenkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgabebereich (34) in einer Verlängerung des Zentralkanals (32) ausgebildet ist,
in welcher ein Einsatzteil (74) derart eingesetzt ist, dass sich der Strömungsweg
(28) aufteilt.
6. Düsenkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der koaxiale Zentralkanal (32) in einer Antriebswelle (18) aufgenommen
ist, mit welcher der Glockenteller (42) gekoppelt ist.
7. Düsenkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das von den Abgabeöffnungen (40)abgegebene Beschichtungsmaterial zur Abströmfläche
gelangt, indem es auf einen Umlenkkörper (50) führbar ist.
8. Düsenkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmfläche (46) in einem Ringbereich Rillen (76), insbesondere radiale Rillen,
aufweist.
9. Düsenkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in einem Ringbereich ein Winkel zwischen der Abströmfläche (46) und der Rotationsachse
(16) in Richtung auf die Abrisskante (48) zu kleiner wird.
10. Rotationszerstäuber zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand
mit einem Düsenkopf (14), dadurch gekennzeichnet, dass ein Düsenkopf (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 vorgesehen ist.