Glockentellerkonstruktion für Pulverzerstäuber

Abstract

 Die den Ringspalt (14) im Glockenteller eines Rotationszerstäubers für Pulverlack begrenzenden Bestandteile (16, 18, 28) des Glockentellers bestehen aus elektrisch leitendem PTFE-Werkstoff, während wesentliche sonstige Bestandteile einschließlich eines mit dem hinteren Spaltbegrenzungsteil verbundenen Gehäusekörpers (20) aus formstabilem Metall bestehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Glockentellerkonstruktion für Pulverzerstäuber gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere handelt es sich um elektrostatische Hochrotationszerstäuber für die Serienbeschichtung von Werkstücken wie Fahrzeugkarossen.

[0002] Die Glockenteller bekannter Pulverlackzerstäuber (Dürr/Behr Typ N 34040001; DE 101 11 209) werden aus Aluminium hergestellt, weil dieses Metall sowohl gute mechanische Eigenschaften wie Formstabilität und relativ geringes Gewicht als auch gute elektrostatische Eigenschaften insbesondere hinsichtlich des für die Aufladung des Pulverlacks wichtigen Ionisierungsvermögens an scharfen Kanten hat.

[0003] In der Praxis tritt jedoch das Problem auf, dass sich auf den Aluminiumflächen Ablagerungen des Beschichtungspulvers bilden können. Insbesondere Pulverablagerungen auf den Begrenzungsflächen des den axialen Pulvereingangskanal mit der Absprühkante verbindenden Ringspaltes können den Ringspalt mehr oder weniger verstopfen und dadurch den Beschichtungswirkungsgrad bis zur Unterbrechung des Betriebes reduzieren. Störungen und Unterbrechungen des Beschichtungsbetriebes und die entsprechenden Produktionsausfälle sind beispielsweise in der Fahrzeugindustrie äußerst unerwünscht. Davon abgesehen wird durch die Pulverablagerungen auch erheblicher Zeit- und Arbeitsaufwand für häufiges Reinigen der Glockenteller erforderlich.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer für die Praxis geeigneten Glockentellerkonstruktion, die Ablagerungen des Beschichtungsmaterials im Glockenteller weitgehend vermeidet.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen gekennzeichnete Erfindung gelöst.

[0006] Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass der Glockenteller weit weniger zum Verstopfen neigt als bisher, wenn für die mit dem Beschichtungspulver in Berührung kommenden Flächen zumindest im Bereich des Ringspaltes nicht wie bisher Aluminium verwendet wird, sondern ein geeigneter Kunststoff, wobei sich PTFE als ganz besonders gut geeignet erweist. Der Kunststoff ist bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise elektrisch leitfähig (z.B. Rußpartikel enthaltend), kann in anderen Fällen aber auch nichtleitend sein.

[0007] Wenn man den Glockenteller allerdings ganz oder sehr weitgehend aus PTFE herstellt, können sich im Vergleich mit den bisher üblichen Aluminium-Glockentellern nicht unerhebliche Nachteile hinsichtlich geringer Formstabilität und hohem Gewicht ergeben, wodurch das Dynamikverhalten beeinträchtigt und auch die Lebensdauer der Antriebsturbine des Zerstäubers herabgesetzt wird. Diese Nachteile werden in Weiterbildung der Erfindung weitgehend dadurch vermieden, dass PTFE nur als Werkstoff für die hinsichtlich der Verstopfungsgefahr kritischen Flächen des Pulverweges verwendet wird, die wesentlichen übrigen Bauteile des Glockentellers dagegen aus formstabilem Metall wie z.B. Aluminium gefertigt werden. Die Metallteile können mit den Kunststoffteilen zu einer kompakten und stabilen Verbundkonstruktion zusammengefügt werden, die aufgrund eines trotz der Kunststoffteile relativ geringen Gewichtes problemlos Drehzahlen bis 20.000/min ermöglicht. Zugleich lassen sich mit einer solchen Verbundkonstruktion Glockenteller mit ebenso guten elektrostatischen Eigenschaften hinsichtlich des Aufladungsvermögens realisieren wie bei einem reinen Aluminium-Glockenteller.

[0008] Gemäß einem anderen Merkmal des Glockentellers kann in dessen seinem Nabenteil abgewandter Stirnfläche eine im Betrieb auf Hochspannung gelegte Elektrode oder Elektrodenanordnung mit nach außen freiliegenden Ionisierungsenden eingesetzt sein. Dadurch wird bei einer Glockentellerkonstruktion der eingangs genannten Gattung eine zu der Kontakt- und Reibungsaufladung des Beschichtungspulvers im Inneren der Glockentellerkonstruktion zusätzliche und damit verbesserte Aufladung der Pulverpartikel erreicht. Dieses Merkmal kann auch bei anderen an sich bekannten Glockentellerkonstruktionen ohne die hier beschriebenen Kunststoffflächen von Vorteil sein.

[0009] An dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1

eine typische Ausführungsform der Glockentellerkonstruktion; und

Fig. 2

eine hinsichtlich einer Frontelektrodenanordnung von Fig. 1 abweichende Ausführungsform.

[0010] Der in Fig. 1 dargestellte Glockenteller kann mit seinem mit einem Außengewinde versehenen metallischen Nabenteil 10 in die (nicht dargestellte) Hohlwelle der Turbine eines Hochrationszerstäubers geschraubt werden und bildet den Eingangskanal 11 für das dem Glockenteller in bekannter Weise zugeführte Gemisch aus Lackpulver und Transportluft. Im Inneren des Glockentellers mündet der Eingangskanal 11 an dem ebenfalls an sich üblichen allgemein trichterförmigen, darstellungsgemäß axial nach vorn geneigten und radial nach außen zu dem Absprührand 12 des Glockentellers verlaufenden Ringspalt 14.

[0011] Der Ringspalt 14 wird auf seiner der Stirnfläche des Glockentellers zugewandten Seite von einem ringförmigen vorderen Begrenzungsteil 16 begrenzt, dessen Oberfläche stufenlos in die Außenfläche eines von dem Begrenzungsteil 16 umschlossenen zentralen Bauteils 17 übergeht, das darstellungsgemäß eine sich verjüngend in den zentralen Eingangskanal 11 ragende, mit der Rotationsachse achsgleiche Spitze bildet. Auf seiner entgegengesetzten, der Stirnfläche des Glockentellers abgewandten Seite wird der Ringspalt 14 von einem ringförmigen hinteren Begrenzungsteil 18 begrenzt, das auf seiner dem Ringspalt 14 abgewandten Rückseite fest mit einem gesonderten Gehäusekörper 20 der dargestellten Form verbunden ist. Die trichterförmige relativ dünne Außenwand des Gehäusekörpers 20 verläuft ausgehend von dem radial äußeren Randbereich des Glockentellers mit einem gegenüber dem ebenfalls relativ dünnwandigen Spaltbegrenzungsteil 18 etwas flacheren Winkel gegen die Rotationsachse, so dass zwischen ihnen ein Hohlraum 22 gebildet ist, der auch radial innen durch die ringförmigen Nabenteile 24 bzw. 25 des Begrenzungsteils 18 bzw. des Gehäusekörpers 20 geschlossen ist und der Gewichtsreduzierung dient. Der Gehäusekörper 20 ist mit einem Innengewinde seines Nabenteils 25 auf das Nabenteil 10 des Glockentellers geschraubt.

[0012] Das hintere Spaltbegrenzungsteil 18 ist form- und kraftschlüssig an dem Gehäusekörper 20 und dem Nabenteil 10 befestigt. Bei dem dargestellten Beispiel ist der Nabenteil 24 des Begrenzungsteils 18 zwischen dem Nabenteil 25 des Gehäusekörpers 20 und dem mit ihm verschraubten Nabenteil 10 eingeklemmt, wobei der Nabenteil 24 darstellungsgemäß mit seiner radial äußeren Ringfläche an der zylindrischen Innenfläche eins hülsenartigen axialen Vorsprungs des Nabenteils 25 und mit seiner axialen Stirnfläche an einer ihr zugewandten Stirnfläche des Nabenteils 25 anliegt und mit einem radial nach innen vorspringenden Rand zwischen der Stirnfläche des Nabenteils 25 und einem radial nach außen vorspringenden Rand des Nabenteils 10 sitzt. Für stufenlosen Flächenübergang zwischen dem Ringspalt 14 und dem Eingangskanal 11 sorgt ein abgewinkelter Kanalbegrenzungsring 28, dessen dem Pulverweg zugewandte gerundete Oberfläche am radial äußeren Ende mit der den Ringspalt 14 begrenzenden Oberfläche des Begrenzungsteils 18 und am anderen Ende mit der zylindrischen Innenwand des Nabenteils 10 fluchtet, und der an seiner Rückseite an dem erwähnten, den Nabenteil 24 festklemmenden Rand des Nabenteils 10 anliegt. In der Nähe des radial äußeren Endes sind das Begrenzungsteil 18 und die Wand des Gehäusekörpers 20 durch eine Rastverbindung 26 aneinander befestigt.

[0013] Das vordere Spaltbegrenzungsteil 16 ist an dem hinteren Begrenzungsteil 18 und an dem mit ihm in der beschriebenen Weise verbundenen Gehäusekörper 20 mit beispielsweise drei gleichmäßig um die Rotationsachse verteilten axialen Verbindungsbolzen 30 befestigt, die die beiden Begrenzungsteile 16, 18 und den zwischen ihnen gebildeten Ringspalt 14 durchsetzen und an ihrem hinteren Ende in den Nabenteil 25 des Gehäusekörpers 20 geschraubt sind.

[0014] Das Spaltbegrenzungsteil 16 enthält in seiner dem Zerstäuber abgewandten Stirnseite gewichtssparende Hohlräume, die durch eine zweiteilige Deckel- oder Abdeckanordnung mit ebener Stirnfläche abgedeckt sind. Die Deckelanordnung verhindert Ablagerungen von Pulver auf der Stirnseite des Glockentellers und enthält eine radial äußere Abdeckscheibe 32 mit einem axial nach innen abgesetzten Mittelteil, der an dem Spaltbegrenzungsteil 16 anliegt und von dem Verbindungsbolzen 30 durchsetzt wird. Eine vordere Befestigungsschraube 30' des Verbindungsbolzens 30 stützt sich an dem radial vorspringenden Flansch eines Halterings 34 ab, dessen zylindrischer Teil 34' koaxial zur Rotationsachse in das vordere Spaltbegrenzungsteil 16 eingesetzt ist. Der Innenteil der Deckelanordnung wird durch das schon erwähnte Bauteil 17 gebildet, das in den zylindrischen Teil 34' eingesetzt ist und mit einem ringförmigen, radial bis zu der Abdeckscheibe 32 vorspringenden Rand 17' die Befestigungsschraube 30' abdeckt.

[0015] In die vordere Stirnfläche des Bauteils 17 kann ein Einsatzkörper 36 mit einer mit der Rotationsachse achsgleichen zentralen Elektrodennadel 37 mit in einer Einsenkung freiliegender Spitze und einem bis in das Bauteil 17 ragenden Schaftteil eingesetzt sein. Der oben erwähnte Haltering 34 hat u.a. den Zweck, eine elektrisch leitende Verbindung von der Elektrodennadel 37 einerseits über eine Kontaktfeder 38 und andererseits über den Verbindungsbolzen 30 und den Gehäusekörper 20 zu dem im Betrieb auf Hochspannung liegenden Nabenteil 10 herzustellen. Ein achsgleich mit der Feder 38 auf der entgegengesetzten Seite in einer radialen Bohrung des Bauteils 17 sitzender Stöpsel 40, der aus Kunststoff bestehen kann, dient zur Zentrierung der Elektrodennadel 37 und zum Massenausgleich.

[0016] Aus den eingangs erläuterten Gründen bestehen die Spaltbegrenzungsteile 16 und 18 und vorzugsweise auch der Kanalbegrenzungsring 28 aus elektrisch leitfähigem PTFE-Werkstoff. Das zentrale Bauteil 17 und die Deckelanordnung mit dem vorderen Rand 17' und der äußeren Abdeckscheibe 32 bestehen bei dem dargestellten Beispiel aus isolierendem Kunststoff wie PTFE, doch könnte der spitze Innenteil des Bauteils 17 auch aus leitfähigem PTFE bestehen und ggf. mit dem Spaltbegrenzungsteil 18 einstückig sein. PTFE wird wegen der besonders günstigen Oberflächeneigenschaften (Oberflächenspannung) des Werkstoffs bevorzugt. Auch der Einsatzkörper 36 für die Elektrodennadel 37 besteht aus isolierendem PTFE. Ferner wird der Verbindungsbolzen 30 innerhalb des Ringspalts 14 von einer rohrförmigen Hülse 42 umschlossen, die sich bis in die Begrenzungsteile 16 und 18 erstreckt und aus leitfähigem oder isolierendem PTFE besteht, so dass sich auch an den Bolzen kein Pulver absetzt.

[0017] Alle übrigen Bestandteile der beschriebenen Glockentellerkonstruktion, insbesondere also der Nabenteil 10, der Gehäusekörper 20, die Verbindungsbolzen 30 sowie der Haltering 34 bestehen dagegen aus formstabilem und elektrisch gut leitfähigem Metall. Zumindest der Gehäusekörper 20 kann insbesondere aus Aluminium bestehen.

[0018] Die erforderliche elektrostatische Aufladung des Beschichtungspulvers erfolgt zunächst im Inneren des Glockentellers, also im Eingangskanal 11 des auf Hochspannung liegenden Nabenteils 10 und in den mit ihm elektrisch leitend verbundenen Spaltbegrenzungsteilen 16 und 18 aus leitendem PTFE. Außerhalb des Glockentellers wird das am Absprührand 16 austretende Beschichtungspulver vor allem durch den bekannten Ionisierungseffekt der scharfen metallischen Kante 42 aufgeladen, die bei dem dargestellten Beispiel an dem radial äußersten Ende des Gehäusekörpers 20 zwischen dessen Außenfläche, die mit der benachbarten konischen Außenfläche des Spaltbegrenzungsteils 18 stufenlos fluchten kann, und der angrenzenden radial verlaufenden Stirnfläche des Gehäusekörpers 20 gebildet ist. Für zusätzliche Ionisierung sorgt die zentrale Frontelektrodennadel 37. Insbesondere bei ausreichender Außenaufladung muss der verwendete PTFE-Werkstoff auch am Ringspalt 14 nicht unbedingt leitend sein.

[0019] In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt, deren auf der hinteren Seite des Ringspalts 114 befindliche Bestandteile mit Fig. 1 übereinstimmen können und daher keiner Beschreibung bedürfen. Das vordere Begrenzungsteil 116 des Ringspalts ist dagegen bei dieser Ausführungsform einstückig mit dem zugespitzten zentralen Teil 117 geformt und bildet darstellungsgemäß den zentralen Teil 136 der Stirnfläche des Glockentellers ohne den Einsatzkörper 36 der Ausführungsform nach Fig. 1. Statt der zentralen Elektrodennadel 37 sind bei dieser Ausführungsform beispielsweise zwei, drei oder mehr Elektrodennadeln 137 mit axial nach außen freiliegenden Spitzen auf einem zu der Glockentellerachse koaxialen Teilkreis mit gleichmäßigen Winkelabständen verteilt in die Stirnfläche des Glockentellers eingesetzt. Sie sind darstellungsgemäß zwischen dem zentralen Teil 136 und der auch hier vorgesehenen Abdeckscheibe 132 angeordnet und ähnlich der Ausführungsform nach Fig. 1 über den metallischen Haltering 134 und die die Glockentellerkonstruktion zusammenhaltenden axialen Verbindungsbolzen 130 elektrisch leitend mit dem Nabenteil 110 verbunden.

[0020] Anstelle nadelförmiger Elektroden könnten für die erwünschte Ionisierung auch andersartige Elektroden oder ein Elektrodenring z.B. mit nach außen freiliegenden scharfen Kanten vorgesehen sein. Eine exzentrische Elektrodenanordnung soll vor allem bei hohen Drehzahlen des Glockentellers vorzugsweise gleichmäßige Massenverteilung bezüglich der Achse haben, so dass sich die Radialkräfte aufheben und Unwucht vermieden wird. Bei zwei oder mehr Elektroden kann das beispielsweise durch die oben erwähnte Anordnung mit gleichmäßigen Winkelabständen erreicht werden. Exzentrische Elektroden können auch zusätzlich zu der zentralen Elektrodennadel 37 sinnvoll sein.

[0021] Eine mit dem Glockenteller rotierende exzentrische Elektrodenanordnung hat gegenüber der zentralen Nadelelektrode 37 in Fig. 1 den Vorteil, dass sie u.a. aufgrund der Zentrifugalkräfte weniger zum Verschmutzen neigt. Darüber hinaus kann sich gegenüber der Feldkonzentration an einer zentralen Nadelelektrode eine bessere und gleichmäßigere Feldverteilung und damit ein verbesserter Sprühkegel ergeben.

Ansprüche

1. Glockentellerkonstruktion für Pulverzerstäuber zur Serienbeschichtung von Werkstücken mit pulverförmigem Beschichtungsmaterial
mit einem Nabenteil (10), das einen das Beschichtungsmaterial axial in den Glockenteller leitenden zentralen Eingangskanal (11) enthält,
und mit zwei Spaltbegrenzungsteilen (16, 18), die einen von dem zentralen Eingangskanal (11) radial nach außen zu dem Absprührand (12) des Glockentellers führenden Ringspalt (14) für das Beschichtungsmaterial begrenzen,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die den Ringspalt (14) begrenzenden Flächen der beiden Spaltbegrenzungsteile (16, 18) aus Kunststoff bestehen.

2. Glockentellerkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbegrenzungsteile (16, 18) aus elektrisch leitfähigem Kunststoff bestehen.

3. Glockentelleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbegrenzungsteile (16, 18) aus isolierendem Kunststoff bestehen.

4. Glockentellerkonstruktion nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff PTFE ist.

5. Glockentellerkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Kunststoff bestehende hintere Spaltbegrenzungsteil (18), das sich auf der der Stirnfläche des Glockentellers abgewandten Seite des Ringspaltes (14) befindet, auf seiner dem Ringspalt abgewandten Rückseite fest mit einem Gehäusekörper (20) verbunden ist, der aus Metall besteht und sich bis in die Nähe des radial äußeren Endes des Spaltbegrenzungsteils (18) erstreckt.

6. Glockentellerkonstruktion nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das der Stirnfläche des Glockentellers zugewandte vordere Spaltbegrenzungsteil (16) mit den Ringspalt (14) axial durchsetzenden metallischen Bolzen (30) an einem mit dem Nabenteil (10) verbundenen Teil (25) des metallischen Gehäusekörpers (20) befestigt ist, und dass die in dem Ringspalt (14) befindlichen Teile der Bolzen (30) jeweils von einer aus dem Kunststoff bestehenden Hülse (42) umschlossen sind.

7. Glockentellerkonstruktion nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Gehäusekörper (20) und das Nabenteil (10) miteinander verschraubt sind und zwischen sich das hintere Spaltbegrenzungsteil (18) festhalten.

8. Glockentellerkonstruktion nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Spaltbegrenzungsteil (18) in der Nähe seines radial äußeren Endes durch eine Rastverbindung (26) an dem metallischen Gehäusekörper (20) befestigt ist.

9. Glockentellerkonstruktion nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Gehäusekörper (20) in der Nähe des Absprührandes (12) eine an seiner mit der Außenfläche des hinteren Spaltbegrenzungsteils (18) fluchtenden konischen Außenfläche eine Ionisierungskante (42) bildet.

10. Glockentellerkonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Mittelteil der Stirnfläche des Glockentellers durch eine in das der Stirnfläche zugewandte Spaltbegrenzungsteil (16) eingesetzte Abdeckanordnung (17', 32) aus Isolierwerkstoff gebildet ist.

11. Glockentellerkonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Spaltbegrenzungsteil (16), das sich auf der der Stirnfläche des Glockentellers zugewandten Spaltseite befindet, auf seiner dem Ringspalt (14) zugewandten Seite eine mit der Rotationsachse achsgleiche, sich verjüngend in den zentralen Eingangskanal (11) ragende Spitze bildet oder ein diese Spitze bildendes, aus dem Kunststoff bestehendes Bauteil (17) umschließt.

12. Glockentellerkonstruktion nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem hinteren Spaltbegrenzungsteil (18) und dem metallischen Gehäusekörper (20) unter dem größten Teil der konischen Außenfläche des Gehäusekörpers (20) ein geschlossener Hohlraum (22) gebildet ist.

13. Glockentellerkonstruktion nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus zwei durch axiale Verbindungsbolzen (30) miteinander verbundenen Hälften besteht, von denen die hintere Hälfte das aus dem Kunststoff bestehende hintere Spaltbegrenzungsteil (18), den metallischen Gehäusekörper (20) und den zur Montage in dem Zerstäuber dienenden metallischen Nabenteil (10) enthält, während die vordere Hälfte das aus dem Kunststoff bestehende vordere Spaltbegrenzungsteil (16, 17) und eine die Stirnfläche des Glockentellers bildende Abdeckanordnung (17', 32) enthält.

14. Glockentellerkonstruktion mit einer einem Nabenteil (10, 110) abgewandten Stirnfläche, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die dem Nabenteil (10, 110) abgewandte Stirnfläche des Glockentellers mindestens eine Elektrode (37, 137) mit einem nach außen freiliegenden Ionisierungsende eingesetzt ist.

15. Glockentellerkonstruktion nach den Ansprüchen 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (37, 137) über mindestens einen der axialen Verbindungsbolzen (30, 130) elektrisch mit dem Nabenteil (10, 110) verbunden ist.

16. Glockentellerkonstruktion nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Elektrodennadel (37) mit nach außen freiliegender Spitze in die Abdeckanordnung (17') eingesetzt ist.

17. Glockentellerkonstruktion nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehr Elektroden (137) auf einem zu der Glockentellerachse koaxialen Kreis oder Teilkreis ggf. verteilt angeordnet sind.

Zeichnung