Die Erfindung betrifft das Gebiet der Beschichtung von Werkstücken mittels elektrostatisch unterstützter Zerstäubung, insbesondere mittels elektrostatischer Rotationszerstäubung.
Zur Beschichtung von Werkstücken wie beispielsweise Fahrzeugkarosserien können elektrostatische Zerstäuber, insbesondere elektrostatische Rotationszerstäuber, mit sogenannter Außenaufladung eingesetzt werden, bei welcher ein Absprühstrahl einem durch Außenelektroden erzeugten elektrostatischen Feld ausgesetzt wird. Die Lacktröpfchen werden so durch Ionenanlagerung aufgeladen und zum beispielsweise geerdeten Werkstück transportiert, wie es beispielsweise in den Druckschriften
Die Druckschriften
Ein Nachteil der bekannten Außenaufladungskonzepte besteht darin, dass die zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes benötigten Außenelektroden die Beschichtung von schmalen Flächen und engen Räumen wie z. B. im Innenbereich von Werkstücken oder in den Innenbereichen einer Fahrzeugtür oder in den Einstiegsbereichen der Fahrzeugkarosserie, oder die Beschichtung von eng zusammenhängenden Einzelteilen auf einem Warenträger, insbesondere Anbauteilen mit wenig Abstand, beispielsweise Stoßfängern, aufgrund ihrer Baugröße erschweren.
Darüber hinaus ist eine teure und aufwändige, in der Regel komplexe, Potentialtrennung insbesondere bei der Verwendung von leitfähigen Lacken z. B. Wasserbasislacken oder niederohmigen Lösemittellacken insbesondere mit hohem Festkörperanteil aufgrund kompakter Bauweise notwendig. Ferner sind derartige elektrostatische Zerstäuber schwer zu reinigen, da die üblicherweise verwendeten sechs bis acht Außenelektrodenfinger, welche die Außenelektroden formen, einzeln gereinigt oder ausgetauscht werden müssen. Darüber hinaus ist bei einer Direktaufladungsapplikation in kompakter Bauweise, bei der noch nicht zerstäubter Lack direkt auf Hochspannungspotential gelegt wird, eine teure und aufwändige, in der Regel komplexe, Potentialtrennung, insbesondere bei der Verwendung von leitfähigen Lacken z. B. Wasserbasislacken, notwendig.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Außenaufladungskonzept für einen elektrostatischen Zerstäuber zu schaffen, das sowohl die Innenbeschichtung als auch die Außenbeschichtung von Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugkarosserien und Anbauteilen, wie beispielsweise Stoßfängern sowie eine einfache Reinigung des elektrostatischen Zerstäubers ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein effizientes Außenaufladungskonzept, das sowohl die Innen-/Detailbeschichtung (d.h. eine Innenbeschichtung und/oder Detailbeschichtung) als auch die Außenbeschichtung von Werkstücken ermöglicht, durch eine Elektrodenanordnung mit beispielsweise einem Elektrodenring realisiert werden kann. Die Elektroden der Elektrodenanordnung sind zur Erzeugung eines elektrostatischen Feldes vorgesehen, welches zur Entstehung von zumindest über eine Gehäuseoberfläche fließenden Entladungsströmen beiträgt. Bevorzugt wird eine sich in Richtung der Symmetrieachse, d.h. zur Symmetrieachse hin, beispielsweise in Richtung einer Symmetrieachse der Elektrodenanordnung oder des Elektrodenringes oder in Richtung eines um die Symmetrieachse angeordneten Absprühelementes, beispielsweise eines Glockentellers, oder einer Absprühstrahlachse, oder in Richtung einer Roboterhandachse erstreckende Entladungsstromkomponente eines Entladungsstroms gezielt dielektrisch beeinflusst, insbesondere gedämpft. Insbesondere können dabei beide Richtungen der jeweiligen Achse berücksichtigt werden.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere eine Minimierung oder Vermeidung von unerwünschten bzw. parasitären Entladungen, wodurch vorteilhaft eine vergrößerte Aufladung des Beschichtungsmittels bzw. des Sprühstrahls erzielt werden kann. Dadurch können die Abmessungen der elektrostatischen Zerstäuber reduziert werden, was die Erreichbarkeit von schwer zugänglichen Karosserieinnenteilen vereinfacht. Gleichzeitig können die Elektroden derart angeordnet werden, dass derselbe elektrostatische Zerstäuber sowohl für die Innenlackierung als auch für die Außenlackierung verwendet werden kann. Darüber hinaus kann bei einer modularen Ausbildung des elektrostatischen Zerstäubers beispielsweise eine jeweils zu verwendende, modular mit dem elektrostatischen Zerstäuber (vorzugsweise lösbar z.B. mittels eines Gewindes) verbindbare Elektrodenanordnung dem jeweiligen Zweck angepasst werden, so dass beispielsweise für die Innenlackierung eine Elektrodenanordnung mit geringeren Dimensionen und für die Außenlackierung eine Elektrodenanordnung mit größeren Dimensionen verwendet werden kann. Weiterhin können beispielsweise teleskopartig verschiebbare Elektroden vorgesehen sein, welche für die Außenlackierung beispielsweise mittels Druckluft herausgeschoben werden können. Darüber hinaus kann die Elektrodenanordnung Elektroden mit unterschiedlichen Längen und/oder Neigungswinkeln bezüglich der Symmetrieachse aufweisen.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Anordnung für eine oder mehrere Elektroden bzw. eine Elektrodenanordnung für einen elektrostatischen Zerstäuber, beispielsweise für einen elektrostatischen Rotationszerstäuber, mit einer Elektrodenhalterungseinrichtung zur Halterung zumindest einer ein elektrostatisches Feld erzeugenden Elektrode um eine Symmetrieachse, wobei beispielsweise ein dielektrisches Material vorgesehen werden kann, vorzugsweise zur Beeinflussung einer sich in Richtung der Symmetrieachse erstreckenden Entladungsstromkomponente eines Entladungsstroms. Insbesondere ist die Elektrodenanordnung vorgesehen zur Außenaufladung von Beschichtungsmittel und besonders geeignet zur Außenaufladung von Beschichtungsmittel bei der Innen-/Detailbeschichtung und/oder der Außenbeschichtung. Die Elektrodenanordnung kann eine oder mehrere Elektroden aufweisen bzw. ausgebildet sein, um eine oder mehrere Elektroden aufzunehmen.
Vorzugsweise hat die Elektrodenanordnung und/oder die Elektrodenhalterungseinrichtung und/oder das dielektrische Material eine Mittelachse. Vorzugsweise entspricht die Symmetrieachse der Mittelachse der Elektrodenanordnung und/oder der Elektrodenhalterungseinrichtung und/oder des dielektrischen Materials.
Die Symmetrieachse kann beispielsweise eine Symmetrieachse, insbesondere eine Rotationsachse, der Elektrodenhalterungseinrichtung sein, welche beispielsweise rotationssymmetrisch, insbesondere ringförmig, ausgebildet sein kann. Die Symmetrieachse kann jedoch eine Symmetrieachse eines beispielsweise rotationssymmetrischen elektrostatischen Feldes sein. Darüber hinaus kann die Symmetrieachse im Falle der elektrostatischen Rotationszerstäubung durch eine Absprührichtung eines durch ein Absprühelement abgesprühten Strahls, oder durch eine Achse einer Turbinenwelle, welche das Absprühelement, beispielweise einen Glockenteller, antreibt, festgelegt sein. Die vorgenannten Symmetrieachsen können insbesondere bei Rotationszerstäubern auch zu einer gemeinsamen Symmetrieachse zusammenfallen.
Die sich zur Symmetrieachse hin erstreckende Entladungsstromkomponente kann sich insbesondere unter einem beliebigen Winkel zur Symmetrieachse hin ausbreiten und beispielsweise direkt in Richtung der Symmetrieachse, beispielsweise senkrecht hierzu, oder unter einem Winkel, welcher geringer als 90° ist, oder entlang einer Gehäuseoberfläche oder entlang eines durch die elektrischen Feldlinien vorgegebenen Weges oder auf einem beliebigen Wege zur Symmetrieachse hin ausbreiten bzw. erstrecken.
Das dielektrische Material kann beispielsweise ein isolierendes Material mit einer Dielektrizitätskonstanten, welche sich von derjenigen der Luft unterscheidet bzw. diese übersteigt, sein. Bevorzugt ist das dielektrische Material vorgesehen, die sich in Richtung der Symmetrieachse erstreckende Entladungsstromkomponente zu beeinflussen, und ist insbesondere angeordnet, um die geerdeten oder auf niedrigem Potential liegenden Bauteile (z.B. Absprühelement (Glockenteller), Antriebsturbine, Lagerungseinrichtung, Handachse, etc.) zu isolieren, wodurch der Stromfluss gezielt verändert und/oder minimiert und/oder unterbrochen werden kann. Durch die Isolation der beispielsweise geerdeten Bauteile wird der Stromfluss geändert bzw. verhindert, wodurch auch der Verschleiß reduziert, der Stromfluss über den zerstäubten Lack jedoch positiv beeinflusst werden. Aufgrund des dielektrischen Materials wird beispielsweise ein Ausbreitungspfad des Entladestroms zur Symmetrieachse hin verlängert, wodurch eine Verlängerung einer Entladungsstrecke bewirkt wird, so dass die Elektrodenanordnung auch zur Innenlackierung verwendet werden kann. Insbesondere ist das dielektrische Material so an der zumindest einen Elektrode vorgesehen, dass im Betrieb des Zerstäubers eine Isolation nach hinten (z.B. in Richtung Handachse bzw. handachsenseitig bzw. in die relativ zum Absprühelement abgewandte Richtung bzw. zu der relativ zum Absprühelement abgewandten Seite) und/oder nach (radial) innen (z.B. in Richtung Antriebsturbine oder anderer interner Zerstäubertechnik) und/oder nach vorne (z.B. absprühelementseitig bzw. in Richtung Absprühelement) und/oder nach (radial) außen (z.B. in die relativ zur Antriebsturbine abgewandte Richtung) erzielt wird. Somit ist es möglich, unerwünschte (parasitäre) Entladungen zu reduzieren oder zu vermeiden, wodurch vorzugsweise die Aufladung des Beschichtungsmittels vergrößert werden kann. Das erfindungsgemäße Konzept eignet sich ferner besonders vorteilhaft zur Verwendung in einer Lackierkabine, beispielsweise in einer Universalkabine oder in einer Lackierbox. Insbesondere kann das Erfindungskonzept in einem Boxenkonzept zur Anwendung kommen, welches in der Druckschrift
Gemäß einer Ausführungsform ist das dielektrische Material beispielsweise bezüglich einer durch die Elektrodenhalterungseinrichtung halterbaren oder gehalterten Elektrode asymmetrisch angeordnet oder ausgebildet, so dass die sich in Richtung der Symmetrieachse erstreckende Entladungsstromkomponente gezielt beeinflusst werden kann. Das dielektrische Material kann beispielsweise zur Symmetrieachse hin vorgewölbt sein, wodurch vorteilhaft eine richtungsabhängige Beeinflussung der Entladungsstromkomponente bewirkt wird. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Elektrodenanordnung zumindest eine Elektrode, welche mit der Elektrodenhalterungseinrichtung zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes insbesondere mechanisch und/oder elektrisch koppelbar ist. Die zumindest eine Elektrode kann in die Elektrodenhalterungseinrichtung zumindest teilweise oder vollständig oder bis auf ein Elektrodenende, das zwischen ungefähr 1 mm bis 5 mm lang sein kann, oder vollständig oder größtenteils vollständig eingebettet oder eingehaust oder eingesteckt werden. Die zumindest eine Elektrode kann ferner in der Elektrodenhalterungseinrichtung bzw. in zumindest einem Elektroden-Aufnahmeraum vollständig oder nahezu vollständig versenkt sein. In derartigen Fällen kann das dielektrische Material beispielsweise ein integraler Bestandteil der Elektrodenhalterungseinrichtung sein, welche aus einem dielektrischen Material bestehen kann oder besteht.
Vorzugsweise ist zumindest eine Elektrode und/oder zumindest ein Elektroden-Aufnahmeraum in der Elektrodenhalterungseinrichtung untergebracht.
Gemäß einer Ausführungsform können in der Elektrodenhalterungseinrichtung oder in einem isolierenden Material der Elektrodenhalterungseinrichtung oder in dem dielektrischen Material Widerstände mit einer Länge von ungefähr 30 mm oder zwischen ungefähr 30 mm bis 100 mm, und/oder einem Durchmesser von ungefähr 8 mm oder zwischen ungefähr 6 mm und 12 mm in ein Isoliermedium eingebettet werden. Dadurch können in vorteilhafter Weise Spannungsüberschläge verhindert werden. Es kann ein Widerstand oder eine Vielzahl von Widerständen vorgesehen werden.
Der Widerstand kann z.B. ein Widerstandselement sein, das aus teilleitfähigem Kunststoff oder einem Halbleiter realisiert wird, welcher vorzugsweise dauerhaft den im Wesentlichen gleichen Widerstandswert liefert wie ein handelsüblicher Dickschichtwiderstand.
Die Elektrodenanordnung kann ein oder eine Vielzahl von vorzugsweise zylindrischen bzw. hülsenförmigen Widerstands-Aufnahmemitteln zur Aufnahme zumindest eines Widerstands aufweisen. Das zumindest eine Widerstands-Aufnahmemittel kann mit einem Isoliermedium versehen, z.B. beschichtet oder befüllt sein. Insbesondere kann der zumindest eine Widerstand von einem Isoliermedium beschichtet oder ummantelt oder in ein Isoliermedium eingebettet werden. Das Widerstands-Aufnahmemittel, insbesondere dessen Aufnahmeraum, kann mit einem vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten Verschlussmittel, z.B. einer Kappe, verschließbar ausgebildet sein, wodurch verhindert werden kann, dass z.B. flüssiges Isoliermedium austritt. Der zumindest eine Widerstand und/oder das zumindest eine Widerstands-Aufnahmemittel können im Wesentlichen parallel zur Symmetrieachse angeordnet werden.
Bei dem Isoliermedium bzw. Isolierfluid kann es sich z.B. um Lipide (Öle, Fette, etc.) handeln. Das Isoliermedium kann gasförmig (z.B. SF6), fest, flüssig oder fluidförmig sein. Es ist auch möglich, als Isoliermedium Vergussmasse oder geeignete Klebstoffe zu verwenden. Das Isoliermedium sollte sehr gute Isoliereigenschaften umfassen. Es ist auch möglich, die zu isolierenden Teile (z.B. die Elektroden, die Widerstände, etc.) direkt in isolierendem bzw. dielelektrischem Material anzuordnen bzw. einzubetten.
Die Elektrodenhalterungseinrichtung umfasst vorzugsweise zumindest einen beispielsweise zylindrischen bzw. hülsenförmigen Aufnahmeraum zur Aufnahme einer Elektrode. Bevorzugt umfasst die Elektrodenanordnung zumindest eine Elektrode und/oder zumindest einen Elektroden-Aufnahmeraum, die/der bezüglich der Symmetrieachse abgewinkelt angeordnet ist und/oder sich schräg nach außen und/oder nach vorne erstreckt. Somit sind die Elektrode und/oder der Elektroden-Aufnahmeraum vorzugsweise nicht-parallel zur Symmetrieachse angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Elektrodenanordnung zumindest eine Elektrode (bzw. zumindest einen Elektroden-Aufnahmeraum), welche mit der Elektrodenhalterungseinrichtung zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes beispielsweise mechanisch und/oder elektrisch koppelbar ist, wobei ein Winkel zwischen der zumindest einen Elektrode und der Symmetrieachse größer als 0° und nicht größer, bevorzugt kleiner, als 90° oder 180° ist, beispielsweise größer als ungefähr 40°, 45° oder 50° und/oder kleiner als ungefähr 60°, 65° oder 70°, insbesondere ungefähr 55°. Es ist auch möglich, dass der Winkel negative Werte bis zu ungefähr -90° aufweist.
Die Elektroden bzw. die Elektroden-Aufnahmeräume können somit insbesondere schräg bzw. abgewinkelt zur Symmetrieachse angeordnet werden, beispielweise sich nach vorne und/oder nach außen erstreckend, aber auch nach vorne und/oder nach innen erstreckend. Selbst eine Erstreckung nach außen und/oder nach hinten ist möglich.
Ferner können die Elektroden bzw. Elektroden-Aufnahmeräume im Wesentlichen parallel oder nicht-parallel oder windschief zur Symmetrieachse angeordnet werden. Bei der zur Symmetrieachse nicht-parallelen Anordnung sind Winkel zwischen 0° und +/- 180° möglich.
Es ist auch möglich, dass sich die Symmetrieachse und zumindest ein Elektroden-Aufnahmeraum und/oder zumindest eine Elektrode in einer fiktiven gemeinsamen Ebene erstrecken.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die Elektrodenanordnung mit der darin derart angeordneten Elektrode sowohl für die Innenbeschichtung als auch für die Außenbeschichtung verwendet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Elektrodenanordnung zumindest eine Elektrode, welche mit der Elektrodenhalterungseinrichtung zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes mechanisch und/oder elektrisch koppelbar ist, wobei das dielektrische Material z.B. zwischen der zumindest einen Elektrode und der Symmetrieachse angeordnet ist oder die zumindest eine Elektrode asymmetrisch umschließt oder nicht umschließt oder nur teilweise umschließt. Das dielektrische Material kann beispielsweise in der Gestalt eines dielektrischen Wulstes oder eines dielektrischen Vorsprungs, insbesondere eines kragenförmigen Vorsprungs, geformt sein. Dadurch wird eine vorteilhafte Beeinflussung der zur Symmetrieachse hin weisenden Entladungsstromkomponente des Entladungsstromes durch eine Verlängerung eines Ausbreitungspfades zur Symmetrieachse hin entlang des Dielektrikums ermöglicht und/oder (im Betrieb des Zerstäubers) eine Isolation nach hinten (z.B. handachsenseitig bzw. in Richtung Handachse bzw. in die relativ zum Absprühelement abgewandte Richtung). Es ist möglich, dass das dielektrische Material, insbesondere der dielektrische Wulst oder der dielektrische Vorsprung z.B. schräg oder gekrümmt nach außen und/oder nach vorne vorragt, sich z.B. konusförmig aufweitet und/oder koaxial zur Symmetrieachse angeordnet ist, insbesondere sich ringförmig um die Symmetrieachse herum erstreckend. Das dielektrische bzw. isolierende Material kann im Wesentlichen ringförmig mit oder ohne Unterbrechungen vorgesehen werden. Es ist auch möglich, dass sich die zumindest eine Elektrode in den Wust oder den Vorsprung erstreckt und sogar aus dem Wulst oder dem Vorsprung herausragt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das dielektrische Material vorgesehen, eine weitere Entladungsstromkomponente, welche bezüglich der vorgenannten Entladungsstromkomponente entgegengesetzt gerichtet ist, weniger als die Entladungsstromkomponente, die in Richtung der bzw. zur Symmetrieachse hin weist, zu beeinflussen oder nicht zu beeinflussen oder weniger zu dämpfen oder nicht zu dämpfen. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine Stromentladungsstrecke zur Symmetrieachse hin verlängert, so dass die Elektrodenanordnung insgesamt kompaktere Abmessungen, welche für die Innenbeschichtung vorteilhaft sind, aufweisen kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Elektrodenhalterungseinrichtung beispielsweise ringförmig um die Symmetrieachse geformt, so dass die Symmetrieachse mit einer Rotationsachse der Elektrodenhalterungseinrichtung zusammenfällt. Die Symmetrieachse kann diejenige Achse sein, um die sich das elektrostatische Feld, das durch eine Mehrzahl von um die Symmetrieachse angeordneten und mit der Elektrodenhalterungseinrichtung elektrisch und/oder mechanisch gekoppelten Elektroden erzeugt werden kann, z.B. koronar erstrecken kann. Insbesondere ist das elektrostatische Feld in Richtung der Symmetrieachse erstreckbar. Bei einer symmetrischen Elektrodenanordnung fallen beide Symmetrieachsen bevorzugt zusammen, so dass das dielektrische Material nur bezüglich einer Symmetrieachse geformt werden kann. Fallen die vorstehend genannten Symmetrieachsen nicht zusammen, so kann das dielektrische Material vorgesehen sein, nur eine der Symmetrieachsen zu berücksichtigen. Ferner kann das dielektrische Material bezüglich beider Symmetrieachsen wie vorstehend beschrieben angeordnet sein.
Vorzugsweise fällt im zusammengebauten Zustand des Zerstäubers bzw. bei montierter Elektrodenanordnung die Symmetrieachse mit der Mittelachse eines Absprühelements und/oder einer Mittelachse des Zerstäubers (z.B. einer Mittelachse eines Zerstäubergehäuseelements oder eines Gehäuseelements) und/oder einer Rotationsachse des Zerstäubers zusammen (koaxial). Bevorzugt gehen die vorigen Mittelachsen zumindest ineinander über oder schneiden sich. Insbesondere ist im zusammengebauten Zustand des Zerstäubers bzw. bei montierter Elektrodenanordnung ein Innenumfang der Elektrodenanordnung in Anlage mit einem Außenumfang eines Gehäuseelements des Zerstäubers, um einen kompakten Zerstäuberaufbau zu gewährleisten.
Die Elektrodenanordnung und/oder die Elektrodenhalterungseinrichtung und/oder das dielektrische Material kann vorzugsweise stirnseitig befestigt werden, insbesondere an einer Stirnseite des Zerstäubers (vorzugsweise eines Zerstäubergehäuseelements), vorzugsweise in ringförmiger Anlage und/oder gewindeartiger oder anderweitiger Befestigung.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Elektrodenanordnung eine Mehrzahl von Elektroden-Aufnahmeräumen und/oder eine Mehrzahl von Elektroden, welche um die Symmetrieachse angeordnet und mit der Elektrodenhalterungseinrichtung insbesondere elektrisch und/oder mechanisch gekoppelt ist, wobei die der Elektrodenhalterungseinrichtung abgewandten Enden der Mehrzahl von Elektroden entlang einer Kreisbahn angeordnet sind. Bevorzugt ist ein Verhältnis eines Radius der Kreisbahn zu einem Radius eines Querschnitts eines Absprühelements des elektrostatischen Zerstäubers, insbesondere eines Glockentellers eines Rotationszerstäubers, oder zu einem Radius eines Querschnitts der Elektrodenhalterungseinrichtung, vorbestimmt. Beispielsweise ist das Verhältnis innerhalb eines Toleranzbereichs, beispielsweise ± π/4, gleich n. Das Verhältnis kann jedoch innerhalb eines Verhältnisbereichs, insbesondere ± 1% oder ± 2%, zwischen 2 und 4 oder zwischen 2,5 und 3,5 oder zwischen 3 und 3,2 liegen. Alternativ oder darüber hinaus kann ein Verhältnis eines Produktes eines Radius der Kreisbahn und eines Abstands der Kreisbahn zu einem Absprühelement des elektrostatischen Zerstäubers, beispielsweise zu einem Glockenteller oder zu einer Glockentellerkante, zu einem quadrierten Durchmesser dieses Absprühelements in einem Bereich zwischen 2 n und 4 n liegen. Durch diese Konstruktionsregel wird ein vorteilhafter Abstand der Elektrodenenden bezüglich des Absprühelementes festgelegt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Elektrodenanordnung zumindest eine Elektrode, welche mit der Elektrodenhalterungseinrichtung zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes mechanisch und/oder elektrisch gekoppelt ist. Die zumindest eine Elektrode umfasst bevorzugt eine veränderbare Elektrodenlänge oder zumindest einen bewegbaren Elektrodenabschnitt, welcher teleskopartig auf einen weiteren Elektrodenabschnitt aufschiebbar oder in diesen einschiebbar ist. Die veränderbare Elektrodenlänge kann beispielsweise mittels Druckluft eingestellt werden, so dass in vorteilhafter Weise beispielsweise eine Ringelektrodenanordnung für die Außen- und für die Innenlackierung angepasst werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Elektrodenanordnung zumindest eine Elektrode, welche mit der Elektrodenhalterungseinrichtung zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes elektrisch und/oder mechanisch gekoppelt ist. Die zumindest eine Elektrode ist bevorzugt mit einem dielektrischen Material, symmetrisch oder asymmetrisch, ummantelt, das beispielsweise Polytetrafluorethylen sein kann. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine Isolierung der Elektrodenfinger realisiert.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Elektrodenanordnung ein Gewinde, das vorzugsweise koaxial zur Mittelachse und/oder Symmetrieachse vorgesehen werden kann.
Das Gewinde kann beispielsweise mit Isoliermedium (z.B. Isolierfett wie Vaseline) versehen werden, wodurch die Isolation verbessert wird, was zu einer gerichteten Aufnahme bzw. Abfuhr oder Verhinderung oder einer Minimierung des Entladungsstroms beiträgt. Das Gewinde kann ferner vorgesehen sein, die Elektrodenhalterungseinrichtung mit einem Gehäuse eines elektrostatischen Zerstäubers mittels eines Gewindeeingriffs vorzugsweise lösbar zu verbinden. Das Gewinde kann ferner aus einem isolierenden bzw. dielektrischen Material geformt sein, wodurch die Isolationseigenschaften weiter verbessert werden können. Das Gewinde kann konisch ausgeführt sein, um eine Selbsthemmung zu erzeugen. Vorzugsweise ist das Gewinde koaxial zur Symmetrieachse angeordnet. Es ist möglich, dass sich das Gewinde um die Elektrodenanordnung und/oder die Elektrodenhalterungseinrichtung und/oder die Symmetrieachse herum erstreckt. Das Gewinde kann mit Isoliermedium versehen werden oder versehen sein, vorzugsweise zur Verhinderung oder Minimierung eines Entladungsstroms oder einer Entladungsstromkomponente. Ferner kann das Gewinde vorgesehen sein, um eine vorzugsweise vergrößerte Entladungsstrecke und/oder ein Labyrinth für Entladungsstrom zu erzielen (z.B. von einem auf Hochspannung liegenden Teil wie z.B. einer Elektrodenspitze zu einem auf niedrigerer Spannung liegenden bzw. einem geerdetem Teil wie z.B. einem Glockenteller oder einer Antriebsturbine), und insbesondere um eine Isolation nach innen und/oder hinten zu gewährleisten bzw. um unerwünschte Entladungen zu reduzieren oder zu vermeiden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Elektrodenhalterungseinrichtung einen ersten elektrischen Anschluss oder einen Anschlussring zum Kontaktieren zumindest einer Elektrode. Der erste elektrische Anschluss kann ferner einen Widerstand aufweisen oder weist einen Widerstand auf, um eine elektrische Widerstandsanpassung der Elektrode zu bewirken. Der erste elektrische Anschluss kann ferner vorgesehen sein, eine Mehrzahl von Elektroden zu kontaktieren, wobei hierfür ein oder mehrere Widerstände vorgesehen sein können. Die Elektrodenanordnung oder die Elektrodenhalterungseinrichtung umfasst einen hierzu korrespondierenden zweiten elektrischen Anschluss oder einen Anschlussring zum Kontaktieren des ersten elektrischen Anschlusses, wobei der zweite elektrische Anschluss nach außen geführt bzw. von außen zugänglich ist.
Vorzugsweise ist die Elektrodenanordnung und/oder die Elektrodenhalterungseinrichtung und/oder das dielektrische Material im Wesentlichen ringförmig um die Symmetrieachse geformt bzw. koaxial zur Symmetrieachse angeordnet. Die Elektrodenanordnung und/oder die Elektrodenhalterungseinrichtung und/oder das dielektrische Material und/oder die nachstehend erwähnte erste und/oder zweite Blende können eine zentrale Öffnung definieren zur Aufnahme eines Teils des Zerstäubers (z.B. eines Gehäuseelements des Zerstäubers, welches z.B. eine Lagerungseinheit oder eine Antriebsturbine beherbergt) und/oder für den Durchtritt eines Beschichtungsmittels oder anderer interner Zerstäubertechnik (z.B. Lack-/Luftzuführungen, etc).
Vorzugsweise ist ein oder mehrere Elektroden-Aufnahmeräume mit einem oder mehreren Widerstands-Aufnahmemitteln verbunden. Ähnlich kann eine oder mehrere Elektroden mit einem oder mehreren Widerständen verbunden sein. Der oder die Widerstände können vorgesehen sein, um mit einem in einem Zerstäubergehäuseelement vorgesehenen Aufladeteil, vorzugsweise einem Aufladering verbunden zu werden. Insbesondere können eine oder mehrere Elektroden-Aufnahmeräume und/oder Elektroden und/oder Widerstands-Aufnahmemittel und/oder Widerstände beabstandet zur Mittelachse und/oder zur Symmetrieachse angeordnet werden. Vorzugsweise sind mehrere Elektroden-Aufnahmeräume und/oder Elektroden und/oder Widerstands-Aufnahmemittel und/oder Widerstände um die Mittelachse und/oder die Symmetrieachse herum vorzugsweise in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet vorgesehen.
Die Elektrodenanordnung und/oder die Elektrodenhalterungseinrichtung kann eine erste Blende und/oder eine zweite Blende umfassen. Die erste Blende und/oder die zweite Blende können im Wesentlichen ringförmig vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die erste Blende und/oder die zweite Blende im Wesentlichen koaxial und/oder parallel zur Symmetrieachse angeordnet. Bevorzugt hat die erste Blende einen größeren Durchmesser als die zweite Blende. Es ist möglich, dass das zumindest eine Widerstands-Aufnahmemittel und/oder der zumindest eine Widerstand zwischen der ersten Blende und der zweiten Blende angeordnet ist. Vorzugsweise kann die Blende das Gewinde aufweisen. Das Gewinde ist vorzugsweise am Außenumfang der ersten Blende vorgesehen. Bevorzugt ist die zweite Blende stärker bzw. dicker ausgebildet als die erste Blende. Die erste und/oder zweite Blende ist vorzugsweise aus dielektrischem bzw. isolierendem Material ausgebildet. Die erste und/oder zweite Blende kann vorgesehen werden, um eine sandwichartige Anordnung auszubilden, insbesondere mit einem Zerstäubergehäuseelement, das mit zumindest einer entsprechenden Blende bereitgestellt ist.
Die Elektrodenanordnung, die Elektrodenhalterungseinrichtung und/oder das dielektrische Material können einen im Wesentlichen kreisringförmigen Abschnitt und/oder zumindest einen sich (vorzugsweise schräg, gekrümmt oder anderweitig nach außen und/oder nach vorne, insbesondere im Wesentlichen konusförmig) aufweitenden und/oder vorragenden Abschnitt umfassen. Bevorzugt ist der zumindest eine sich aufweitende Abschnitt als die Elektrodenhalterungseinrichtung vorgesehen, in der vorzugsweise zumindest eine Elektrode und/oder zumindest ein Elektroden-Aufnahmeraum aufgenommen sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Elektrodenanordnung aus dem kreisringförmigen Abschnitt und dem sich aufweitenden Abschnitt bestehen. Der sich aufweitende Abschnitt kann vorzugsweise im Wesentlichen konusförmig (z.B. mit geradlinig ausgebildeter Mantellinie oder gekrümmt ausgebildeter Mantellinie), trichterförmig, tellerrandförmig bzw. rotationshyperboloid(ring)förmig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist ein einziger sich aufweitender Abschnitt vorgesehen, der ringförmig um die Symmetrieachse geformt ist und/oder koaxial zur Symmetrieachse angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass der sich aufweitende Abschnitt eine Vielzahl von Unterbrechungen aufweist und somit folglich mehrere Abschnitte umfasst bzw. aus mehreren Abschnitten besteht, die z.B. ebenfalls nach außen und/oder nach vorne vorragen können , insbesondere in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sein können und darüber hinaus im Wesentlichen parallel oder nicht parallel oder windschief zur Symmetrieachse ausgerichtet sein können. Insbesondere kann sich der aufweitende Abschnitt von dem im Wesentlichen kreisringförmigen Abschnitt erstrecken. Der sich aufweitende Abschnitt ist (relativ zum kreisringförmigen Abschnitt und/oder relativ zum Zerstäuber) vorzugsweise nach (radial) außen und/oder nach (axial) vorne vorragend und/oder sich aufweitend. Bevorzugt umfasst der im Wesentlichen kreisringförmige Abschnitt das Gewinde und/oder zumindest einen Widerstand und/oder zumindest einen Widerstands-Aufnahmeraum und/oder die erste und/oder die zweite Blende, wobei der sich aufweitende Abschnitt bevorzugt eine oder mehrere Elektroden und/oder einen oder mehrere Elektroden-Aufnahmeräume aufnimmt. Vorzugsweise ragt im zusammengebauten Zustand des Zerstäubers der sich aufweitende Abschnitt insbesondere schräg nach vorne (in Richtung des Absprühelements bzw. zu der Seite des Absprühelements) und (radial) nach außen vor, wobei der kreisringförmige Abschnitt zumindest abschnittsweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, durch ein Zerstäubergehäuseelement bedeckt wird. Der sich aufweitende Abschnitt und/oder einer oder mehrere des vom kreisringförmigen Abschnitts umfassten Teile können vorzugsweise aus dielektrischem bzw. isolierendem Material ausgebildet sein. Insbesondere entspricht der zumindest eine sich aufweitende Abschnitt der Elektrodenhalterungseinrichtung.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Zerstäubergehäuseelement, insbesondere zur Halterung einer Elektrodenanordnung, wie sie beispielsweise vorstehend beschrieben ist, für einen elektrostatischen Zerstäuber, insbesondere für einen Rotationszerstäuber, welcher ein Zerstäubergehäuse mit einem Gehäuseelement mit einem ersten Durchmesser zur unmittelbaren oder mittelbaren Halterung eines Lenkluftrings und/oder zur Aufnahme oder Abdeckung einer Lagerungseinrichtung für ein Absprühelement, insbesondere für einen Glockenteller, umfasst. Die Lagerungseinrichtung kann beispielsweise eine Turbine oder eine Turbinenwelle zum Antreiben des Absprühelementes umfassen oder sein. Die Turbine oder die Turbinenwelle können gemäß einer Ausführungsform beispielsweise durch das Gehäuseelement mittelbar oder unmittelbar gehaltert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform dient das Gehäuseelement im Wesentlichen zur Abdeckung der Turbine und/oder der Turbinenwelle, welche beispielsweise mittels eines Flansches handachsenseitig gehaltert werden können. Das Zerstäubergehäuseelement kann beispielsweise dem Gehäuseelement unmittelbar vorgelagert und/oder mit dem Gehäuseelement verbindbar sein. Das Zerstäubergehäuseelement ist vorzugsweise als Tubus vorgesehen, der geradlinig oder abgewinkelt ausgebildet werden kann.
Das Gehäuseelement des Zerstäubergehäuses des Zerstäubers ist gemäß einer Ausführungsform kein Merkmal des Zerstäubergehäuseelementes. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Zerstäubergehäuseelement die Funktion des Gehäuseelementes übernehmen oder mit diesem eine integrale bzw. einstückige Einheit bilden.
Das Zerstäubergehäuseelement umfasst bevorzugt einen zweiten Durchmesser, welcher sich von dem ersten Durchmesser unterscheidet, wobei ein Durchmesserunterschied zwischen dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser einen Elektrodenhalterungsbereich zur Halterung der Elektrodenanordnung festlegt. Der Elektrodenhalterungsbereich kann beispielsweise durch eine umlaufende Fläche gebildet sein, deren Breite durch den Durchmesserunterschied festgelegt ist. Diese Fläche kann beispielsweise senkrecht zu einer Oberfläche, insbesondere zu einer Außenoberfläche, des Zerstäubergehäuseelementes angeordnet sein, so dass der Elektrodenhalterungsbereich durch einen direkten, sprunghaften Übergang, welcher durch den Durchmesserunterschied bestimmt ist, festgelegt ist. Der Elektrodenhalterungsbereich kann jedoch durch einen stetigen bzw. geneigten Übergang gebildet sein, welcher sich nicht senkrecht, sondern unter einem flacheren Winkel bezüglich der Außenoberfläche des Zerstäubergehäuseelementes erstreckt. Der Elektrodenhalterungsbereich kann ferner durch den Durchmesserunterschied an einer Trenngrenze zwischen dem Zerstäubergehäuseelement und dem Gehäuseelement gebildet sein.
Das Zerstäubergehäuseelement kann ein erstes Gewinde und/oder ein zweites Gewinde an einem ersten (axialen) Ende des Zerstäubergehäuseelements umfassen. Ferner kann ein drittes Gewinde an einem zweiten (axialen) Ende des Zerstäubergehäuseelements vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist das erste Gewinde zum Verbinden des Zerstäubergehäuseelementes mit der Elektrodenanordnung vorgesehen, das zweite Gewinde zum Verbinden des Zerstäubergehäuseelements mit dem Gehäuseelement und das dritte Gewinde zum Verbinden des Zerstäubergehäuseelementes mit einer Isolierhülse. Ferner kann sich der Elektrodenhalterungsbereich zwischen einer Oberfläche des Zerstäubergehäuseelementes und dem zweiten Gewinde erstrecken.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Zerstäubergehäuseelement, das beispielweise zum isolierten Hausen mindestens eines Ventils eines Zerstäubers vorgesehen sein kann, einen Verbindungsbereich, welcher beispielsweise das erste und/oder zweite Gewinde umfassen kann, zum Verbinden des Zerstäubergehäuseelementes mit dem Gehäuseelement und/oder der Elektrodenanordnung, wobei der Elektrodenhalterungsbereich sich zwischen einer Oberfläche, insbesondere einer Außenoberfläche, des Zerstäubergehäuseelementes und dem Verbindungsbereich erstreckt. Der Elektrodenhalterungsbereich wird somit durch einen Abschnitt des Zerstäubergehäuseelementes gebildet, welcher durch den Durchmesserunterschied festgelegt und bei einer Verbindung mit dem Gehäuseelement durch dieses nicht bedeckt ist. Das oder die Gewinde des Verbindungsbereichs können darüber hinaus eine weitere Verlängerung einer Entladungsstrecke bewirken und mit Isoliermedium (z.B. Isolierfett, vorzugsweise Vaseline) versehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist der zweite Durchmesser bevorzugt größer als der erste Durchmesser, so dass der Elektrodenhalterungsbereich bzw. dessen Normale beispielsweise in eine Absprührichtung weist. Der zweite Durchmesser kann jedoch kleiner als der erste Durchmesser sein, was eine unmittelbare Anordnung bzw. Ausrichtung der Elektroden an einer Oberfläche des Zerstäubergehäuses ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform legt der Durchmesserunterschied eine zumindest teilweise in Absprührichtung weisende Fläche oder einen zumindest teilweise in Absprührichtung weisenden Vorsprung fest, insbesondere umlaufend, zur Halterung der Elektrodenanordnung.
Das Zerstäubergehäuseelement kann eine Mittelachse umfassen, die sich durch das Zerstäubergehäuseelement erstreckt. Im zusammengebauten Zustand des Zerstäubers, insbesondere im montierten Zustand von Elektrodenanordnung und Zerstäubergehäuseelement können die Symmetrieachse der Elektrodenanordnung und die Mittelachse des Zerstäubergehäuseelements zusammenfallen (koaxial). Bevorzugt gehen die Symmetrieachse und die Mittelachse zumindest ineinander über oder schneiden sich.
Das Zerstäubergehäuseelement kann eine erste Blende und/oder eine zweite Blende umfassen, die vorzugsweise im Wesentlichen ringförmig vorgesehen sind und insbesondere koaxial und/oder sich parallel zur Mittelachse erstreckend angeordnet sein können. Vorzugsweise hat die erste Blende einen größeren Durchmesser als die zweite Blende. Es ist möglich, dass zumindest ein Aufnahmeraum für ein Widerstands-Aufnahmemittel und/oder einen Widerstand zwischen der ersten Blende und der zweiten Blende ausgebildet ist. Die zweite Blende kann stärker ausgebildet sein als die erste Blende. Insbesondere ist die erste Blende und/oder die zweite Blende vorgesehen, um eine Isolation und/oder ein Labyrinth nach innen zu erzielen bzw. um unerwünschte Entladungen zu reduzieren oder zu vermeiden. Ferner können die Blenden vorgesehen sein, um eine sandwichartige Anordnung auszubilden, insbesondere mit der Elektrodenanordnung, die mit zumindest einer zusammenpassenden Blende bereitgestellt ist. Die erste und/oder zweite Blende ist vorzugsweise aus dielektrischem bzw. isolierendem Material ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Zerstäubergehäuseelement gerade oder beispielsweise in einem Winkelbereich um ungefähr 60° abgewinkelt, was für eine Innenbeschichtung vorteilhaft ist. Vorzugsweise ist das Zerstäubergehäuseelement weniger als ungefähr 70° oder 65° und/oder mehr als ungefähr 50° oder 55° abgewinkelt. Das Zerstäubergehäuseelement kann ferner zumindest eine lösbare Isolierhülse oder einen einstückig bzw. einheitlich mit dem Zerstäubergehäuseelement ausgebildeten Verlängerungsabschnitt umfassen, um eine Aufnahmevorrichtung (z.B. eine Bohrung) für ein Befestigungsmittel (z.B. ein zentraler Spannzapfen) zur Montage bzw. Demontage eines Zerstäubers und/oder eine Roboter-Handachse isolierend abzudecken.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Elektrodenhalterungsbereich zumindest einen elektrischen Anschluss oder einen Aufladering zum elektrischen Kontaktieren zumindest eines elektrischen Anschlusses der Elektrodenanordnung. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine Elektrodenanregung oder Elektrodenkontaktierung über das Zerstäubergehäuseelement sichergestellt.
Das erste Gewinde und/oder das zweite Gewinde und/oder das dritte Gewinde können koaxial zur Mittelachse des Zerstäubergehäuseelements angeordnet werden, sich vorzugsweise um das Zerstäubergehäuseelement und/oder dessen Mittelachse herum erstrecken, und insbesondere mit Isoliermedium versehen werden oder versehen sein, wodurch eine Verhinderung oder Minimierung eines Entladungsstroms oder einer Entladungsstromkomponente erzielbar ist. Vorige Gewinde können ferner konisch ausgeführt sein, um eine Selbsthemmung zu erzeugen. Darüber können das erste, das zweite und/oder das dritte Gewinde eine vergrößerte bzw. verlängerte Entladungsstrecke und/oder ein Labyrinth für Entladungsstrom erzeugen, insbesondere, um eine Isolation nach innen und/oder hinten zu gewährleisten bzw. um unerwünschte Entladungen zu reduzieren oder zu vermeiden, wodurch vorteilhaft die Aufladung des Beschichtungsmittels erhöht werden kann.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Zerstäubergehäuse für einen elektrostatischen Zerstäuber, insbesondere für einen Rotationszerstäuber, mit einem Gehäuseelement mit einem ersten Durchmesser, wobei das Gehäuseelement zur Aufnahme oder Abdeckung einer Antriebsturbine und/oder einer Lagerungseinrichtung für ein Absprühelement, insbesondere für einen Glockenteller, geeignet oder vorgesehen ist, und vorzugsweise dem Zerstäubergehäuseelement zur Halterung der Elektrodenanordnung. Das Zerstäubergehäuse kann bei einer bevorzugten Ausführungsform aus nur dem Gehäuseelement bestehen, bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ferner insbesondere das Zerstäubergehäuseelement umfassen. Das Gehäuseelement ist vorzugsweise als Tubus vorgesehen, der insbesondere geradlinig ausgebildet werden kann. Es ist möglich, dass sich eine Mittelachse durch das Gehäuseelement bzw. das Zerstäubergehäuse erstreckt.
Das Gehäuseelement kann ein erstes Gewinde an einem ersten (axialen) Ende und/oder ein zweites Gewinde an einem zweiten (axialen) Ende umfassen.
Das erste Gewinde kann vorgesehen sein zum Verbinden mit dem Zerstäubergehäuseelement, wobei das zweite Gewinde vorgesehen sein kann zum Verbinden mit einem einen Lenkluftring aufweisenden Zerstäuberteil. Es ist auch möglich, dass das Gehäuseelement und das den Lenkluftring aufweisende Zerstäuberteil (integral) einstückig vorgesehen sind bzw. der Lenkluftring in das Gehäuseelement eingearbeitet ist. Vorzugsweise ist der Durchmesser des ersten Gewindes größer als der Durchmesser des zweiten Gewindes. Insbesondere ist das erste Gewinde und/oder das zweite Gewinde koaxial zur Mittelachse des Gehäuseelements angeordnet.
Das erste Gewinde und/oder das zweite Gewinde des Gehäuseelements kann sich um das Gehäuseelement und/oder die Mittelachse des Gehäuseelements herum erstrecken, und vorzugsweise mit Isoliermedium versehen werden oder versehen sein. Ähnlich wie die bereits oben genannten Gewinde ist auch das erste Gewinde und/oder das zweite Gewinde des Gehäuseelements insbesondere zur Verhinderung oder Minimierung eines Entladungsstroms oder einer Entladungsstromkomponente vorgesehen, kann konisch ausgeführt werden, um eine Selbsthemmung zu erzeugen, und bereitgestellt sein, um eine vorzugsweise vergrößerte Entladungsstrecke und/oder ein Labyrinth für Entladungsstrom zu erzielen. Insbesondere soll eine Isolation im Betrieb des Zerstäubers nach vorne und/oder innen gewährleistet werden bzw. unerwünschte Entladungen reduziert oder vermieden werden, wodurch vorteilhaft die Aufladung des Beschichtungsmittels erhöht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Elektrodenhalterungsbereich zwischen einer äußeren Oberfläche des Zerstäubergehäuseelementes und einer äußeren Oberfläche des Gehäuseelementes gebildet. Der Elektrodenhalterungsbereich erstreckt sich somit zwischen den äußeren Oberflächen des Zerstäubergehäuseelementes und des Gehäuseelementes und ist durch den Durchmesserunterschied festgelegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Zerstäubergehäuseelement mit dem Gehäuseelement lösbar, beispielsweise mittels einer Gewindeverbindung verbindbar bzw. verbunden und dem Zerstäubergehäuseelement bezüglich einer Anordnung des Absprühelementes bzw. bezüglich einer Absprührichtung vorgelagert.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Zerstäubergehäuse bzw. das Zerstäubergehäuseelement eine Isolierabdeckung bzw. dielektrische Isolierhülse zur Abdeckung einer handachsenseitigen Wandung bzw. zur Abdeckung einer (Roboter-)Handachse, welche geerdet sein kann und/oder welche beispielsweise eine Ventilanordnung oder Versorgungsschläuche eines Zerstäubers hausen kann. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein rückwärtiger und sich in Richtung der Handachse erstreckender Entladungsstrom beeinflusst bzw. verhindert. Die dielektrische Hülse besteht beispielsweise aus einem dielektrischen Material, insbesondere aus Polytetrafluorethylen, und kann beispielsweise mit dem Zerstäubergehäuse bzw. dem Zerstäubergehäuseelement mittels eines Gewindeeingriffs verbunden werden oder insbesondere mit dem Zerstäubergehäuseelement eine (integrale bzw.) einstückige bzw. einteilige Einheit bilden und z.B. über einen umlaufenden Bund zerstäuberseitig geklemmt werden.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung auch eine Isolierhülse an sich. Insbesondere ist, wie erwähnt, die Isolierhülse vorgesehen zur Isolation von eingebauten Bauteilen wie beispielsweise Lack-/Luftzuführungen oder Zerstäubergehäuseelementen oder zur Isolation einer handachsenseitigen Wandung bzw. einer Handachse des Roboters. Die Isolierhülse kann einen Verbindungsbereich zum lösbaren Verbinden, insbesondere mittels einer Gewindeverbindung oder einer Schnappverbindung, mit dem Zerstäubergehäuseelement aufweisen. Die Isolierhülse ist bevorzugt aus einem isolierenden Material, insbesondere aus Polytetrafluorethylen, geformt.
Die Isolierhülse kann ein erstes Gewinde an einem ersten (axialen) Ende umfassen und/oder ein zweites Gewinde an einem zweiten (axialen) Ende. Die Isolierhülse ist vorzugsweise zylindrisch vorgesehen, welche insbesondere geradlinig ausgebildet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Isolierhülse mit einer weiteren Isolierhülse vorzugsweise lösbar verbunden werden ("Erweiterung Isolierhülse"), um vorteilhaft die Isolationswirkung in Richtung Handachse bzw. nach hinten weiter zu erhöhen und/oder unter der zumindest einen Isolierhülse befindliche geerdete Bauteile abzuschirmen.
Insbesondere kann eine einzige entsprechend lange Isolierhülse oder die weitere Isolierhülse (z.B. durch Aufschrauben) eine Aufnahmevorrichtung (z.B. eine Bohrung) für ein Befestigungsmittel (z.B. ein zentraler Spannzapfen), mit welchem der (vorzugsweise komplette) Zerstäuber in einfacher Weise demontiert werden kann, und/oder eine Roboter-Handachse isolierend abdecken.
Beispielsweise kann an das zweite Gewinde der Isolierhülse (handachsenseitig) die weitere Isolierhülse aufgeschraubt werden. Das erste Gewinde ist vorzugsweise vorgesehen zum Verbinden mit dem Zerstäubergehäuseelement.
Die Isolierhülse ist, wie erwähnt, bevorzugt aus einem isolierenden Material, insbesondere aus Polytetrafluorethylen, geformt, kann sich aber farblich von anderen isolierenden Bauteilen abheben durch eine beispielsweise Beimengung von MoS2.
Vorzugsweise erstreckt sich eine Mittelachse durch die zumindest eine Isolierhülse. Der Durchmesser des ersten Gewindes kann im Wesentlichen gleich groß sein wie der Durchmesser des zweiten Gewindes. Ferner kann das erste Gewinde und/oder das zweite Gewinde koaxial zur Mittelachse der Isolierhülse angeordnet sein.
Es ist möglich, dass sich das erste Gewinde und/oder das zweite Gewinde um die Isolierhülse und/oder deren Mittelachse herum erstreckt. Ähnlich wie die bereits oben genannten Gewinde ist auch das erste Gewinde und/oder das zweite Gewinde der Isolierhülse insbesondere zur Verhinderung oder Minimierung eines Entladungsstroms oder einer Entladungsstromkomponente vorgesehen, kann konisch ausgeführt werden, um eine Selbsthemmung zu erzeugen, und vorgesehen sein, um eine vorzugsweise vergrößerte Entladungsstrecke und/oder ein Labyrinth für Entladungsstrom zu erzielen. Insbesondere soll eine Isolation im Betrieb des Zerstäubers nach hinten gewährleistet werden bzw. unerwünschte Entladungen reduziert oder vermieden werden, wodurch vorteilhaft die Aufladung des Beschichtungsmittels erhöht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Isolierhülse eine Länge in einem Bereich zwischen ungefähr 100 mm und 200 mm oder ungefähr 140 mm oder 160 mm auf. Bevorzugt ist die Isolierhülse ungefähr 150 mm lang.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Oberfläche der Isolierhülse zur Oberflächenvergrößerung nicht eben, sondern beispielsweise wellig oder strukturiert ausgebildet oder mit Erhebungen und Vertiefungen versehen, so dass die Oberfläche der Isolierhülse z.B. einer Golfballoberfläche mit dimpleartigen Vertiefungen gleichen kann. Die Oberfläche des Zerstäubergehäuseelements, des Gehäuseelements oder der Elektrodenanordnung kann ebenfalls eine derartige Oberflächengestaltung aufweisen, um die Entladungsstrecke bzw. Kriechstrecke zu vergrößern, wodurch ein größerer Widerstand für den Strom erzielt werden kann.
Die Isolierhülse kann ferner mit dem vorstehend beschriebenen Zerstäubergehäuseelement beispielsweise mittels des ersten Gewindes, das mit einem Isoliermedium (z.B. Isolierfett, beispielweise Vaseline) versehen sein kann, verbindbar sein.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung einen elektrostatischen Zerstäuber, insbesondere einen Rotationszerstäuber, vorzugsweise mit dem erfindungsgemäßen Zerstäubergehäuse, der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung und/oder der zumindest einen erfindungsgemäßen Isolierhülse, wie oben beschrieben.
Der Zerstäuber ist vorteilhaft geeignet zur Außenaufladung für eine oder bei einer Außenbeschichtung und für eine oder bei einer Innenbeschichtung und/oder Detailbeschichtung.
Insbesondere ist der Zerstäuber geeignet zur Innen-/Detailbeschichtung ohne Potentialtrennung.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der elektrostatische Zerstäuber ein Absprühelement, beispielsweise einen Glockenteller, welches durch eine Lagerungseinrichtung gehaltert werden kann. Die Lagerungseinrichtung kann beispielsweise eine Turbine oder eine Turbinenwelle sein, welche durch das Gehäuseelement gehaltert oder abgedeckt ist. Das Gehäuseelement kann ferner zur Halterung des Lenkluftringes vorgesehen sein. Der elektrostatische Zerstäuber umfasst ferner zumindest eine Elektrode, welche durch die Elektrodenanordnung gehaltert ist. Bevorzugt ist der elektrostatische Zerstäuber mittels eines handachsenseitigen Verbindungselementes, das beispielsweise mit einer oder der vorstehend genannten Isolierhülse abgedeckt sein kann, beispielsweise eines Flansches, beispielsweise an einem Roboterarm halterbar, wobei ein Verhältnis eines Abstandes zwischen einem Elektrodenende der zumindest einen Elektrode, welche mit der Elektrodenanordnung mechanisch und/oder elektrisch gekoppelt sein kann, zu dem Absprühelement, insbesondere zu einer Kante des Absprühelementes, beispielsweise zu einer Glockentellerkante, zu dem handachsenseitigen, beispielsweise geerdeten, Verbindungselement oder zu einer Kunststoffhandachse oder zu einer eingehausten Handachse in einem Bereich zwischen 1.5 und 2 oder 2 und 2.5 liegt. Ferner kann ein Abstand zwischen einem Elektrodenende der zumindest einen Elektrode zu dem Absprühelement, insbesondere zu einer Absprühelementkante, beispielsweise einer Glockentellerkante, in einem Bereich zwischen 80 mm und 200 mm liegen und insbesondere ungefähr 118mm betragen (vorzugsweise größer oder gleich ungefähr 80mm, 120mm, 160mm, 200mm oder 240mm und/oder kleiner ungefähr 100mm, 140mm, 180mm, 220mm oder 260mm). Ferner kann ein Abstand zwischen der zumindest einen Elektrode oder deren Ende zum ersten geerdeten Handachsenelement oder zu einem Verbindungselement, beispielsweise einem geerdeten Verbindungsflansch, des elektrostatischen Zerstäubers in einem Bereich zwischen ungefähr 120 mm und 625 mm liegen oder ungefähr 195 mm bzw. 240 mm (mit "Erweiterung Isolierhülse") betragen. Durch diese Dimensionen wird sichergestellt, dass der elektrostatische Zerstäuber besonders für die Innenlackierung geeignet ist und gute elektrische Isolationseigenschaften aufweist.
Beispielsweise kann das den Lenkluftring aufweisende Zerstäuberteil die dem zu beschichtenden Bauteil abgewandte Mantelfläche des Absprühelements von einer Entladungsstromkomponente bzw. Entladungsstrom, abgegeben von der zumindest einen Elektrode, teilweise oder im Wesentlichen vollständig abschirmen und/oder abschirmen und das Absprühelement so freilegen, dass eine Entladung, insbesondere eine Koronaentladung, vorzugsweise an der Glockentellerkante zünden kann. Jedoch kann das Absprühelement, insbesondere die dem zu beschichtenden Bauteil abgewandte Mantelfläche des Absprühelements auch im Wesentlichen freiliegend angeordnet sein, wodurch eine freie Luftstrecke zwischen der zumindest einen Elektrode und dem Absprühelement, insbesondere der dem zu beschichtenden Bauteil abgewandten Mantelfläche des Absprühelements erzielt wird. Bevorzugt ragt das Absprühelement (z.B. ein Glockenteller) nicht aus dem den Lenkluftring aufweisenden Zerstäuberteil und/oder dem Gehäuseelement vor, wobei bei dieser Ausführungsform die Vorderkante des den Lenkluftring aufweisenden Zerstäuberteils das vordere Ende des Zerstäubers definiert. Bevorzugt ist, dass das Absprühelement teilweise oder vollständig in dem den Lenkluftring aufweisenden Zerstäuberteil und/oder dem Gehäuseelement untergebracht ist, beispielsweise indem der Außenumfang des Absprühelements teilweise oder vollständig von dem den Lenkluftring aufweisenden Zerstäuberteil und/oder dem Gehäuseelement umschlossen wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der elektrostatische Zerstäuber die vorstehend beschriebene(n) Isolierhülse(n), welche eine Wandung des elektrostatischen Zerstäubers oder dessen Gehäuses bedeckt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der elektrostatische Zerstäuber die vorstehend genannte zumindest eine Isolierhülse, wobei der elektrostatische Zerstäuber ferner einen Lenkluftring aufweisen kann, wobei die Elektrodenanordnung zumindest eine Elektrode aufweist, und wobei die Elektrodenanordnung und/oder das Gehäuseelement aus dielektrischem Material zur Beeinflussung einer sich in Richtung der Symmetrieachse und/oder in Richtung des Absprühelementes erstreckenden Stromkomponente zum Aufladen eines zerstäubbaren Lackes oder zerstäubten Lackes und/oder der Entladungsstromkomponente geformt sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Elektrodenanordnung und/oder das Gehäuseelement und/oder die Isolierhülse und/oder der Lenkluftring (bzw. das den Lenkluftring aufweisende Zerstäuberteil) jeweils mittels eines Gewindes, insbesondere eines mit Isoliermedium bzw. Isolierfluid (z.B. Isolierfett wie Vaseline) beschichteten oder umgebenen Gewindes, halterbar, und/oder wobei das Gewinde (an der Elektrodenanordnung) zumindest eine Blende, insbesondere eine mit Isoliermedium beschichtete Blende, aufweist, wobei das Gewinde und/oder die zumindest eine Blende vorgesehen sind, eine Verlängerung, insbesondere durch ein Labyrinth, einer Entladungsstromstrecke zu bewirken.
Gemäß einer Ausführungsform sind die zumindest eine Isolierhülse und/oder der Lenkluftring (bzw. das den Lenkluftring aufweisende Zerstäuberteil) und/oder die Elektrodenanordnung und/oder das Gehäuseelement und/oder das Zerstäubergehäuseelement und/oder ein Absprühelement, insbesondere ein Glockenteller, modular austauschbar und vorzugsweise an ein jeweiliges Anwendungsszenario, das eine Innenbeschichtung und eine Außenbeschichtung umfasst, anpassbar oder angepasst. Bevorzugt sind der Lenkluftring (bzw. das den Lenkluftring aufweisende Zerstäuberteil), die Elektrodenhalterung (bzw. Elektrodenanordnung) und das Absprühelement, insbesondere ein Glockenteller, modular austauschbar.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Betriebsverfahren, bevorzugt ein elektrostatisch unterstütztes Zerstäubungsverfahren, vorzugsweise mit Außenaufladung des Beschichtungsmittels und insbesondere für die Außenaufladung des Beschichtungsmittels bei der Innen-/Detailbeschichtung, bei dem ein Absprühstrahl mittels einer elektrostatischen Zerstäubung, insbesondere einer Rotationszerstäubung, zerstäubt wird, mit den Schritten des Erzeugens eines elektrostatischen Feldes zur elektrostatischen Aufladung des Absprühstrahls um eine Symmetrieachse, vorzugsweise um eine der vorstehend genannten Symmetrieachsen, und beispielsweise des elektrischen Beeinflussens einer Entladungsstromkomponente des Entladungsstromes, welche sich vorzugsweise in Richtung der Symmetrieachse erstrecken kann, mittels eines dielektrischen Materials. Alternativ oder ergänzend kann das Betriebsverfahren die Durchführung einer Außenaufladung eines Beschichtungsmittels bei der Innen-/Detailbeschichtung und vorzugsweise der Außenbeschichtung umfassen.
Vorteilhaft kann eine Innen-/Detailbeschichtung ohne Potentialtrennung durchgeführt werden.
Bei dem Betriebsverfahren kann mit demselben Zerstäuber und/oder demselben Außenaufladungssystem vorteilhaft eine Innen-/Detailbeschichtung und eine Außenbeschichtung mit vorzugsweise niederohmigen Lacken (z.B. Lösemittellacke) und/oder Wasserlacken durchgeführt werden. Ferner kann mit demselben Zerstäuber und/oder demselben Außenaufladungssystem vorteilhaft eine Außenaufladung des Beschichtungsmittels bei der Innen-/Detailbeschichtung und der Außenbeschichtung durchgeführt werden. Zunächst kann beispielsweise eine Innenbeschichtung durchgeführt werden und danach eine Außenbeschichtung (oder umgekehrt).
Vorzugsweise umfasst das Betriebsverfahren auch eine Außenaufladung eines Wasserbasislacks oder eines Lösemittellacks bei der Innenlackierung und/oder der Detaillackierung.
Gemäß einer Ausführungsform wird die der Entladungsstromkomponente entgegengesetzte Entladungsstromkomponente des Entladungsstromes weniger oder nicht beeinflusst, insbesondere weniger oder nicht gedämpft.
Gemäß einer Ausführungsform wird das elektrostatische Feld durch eine oder mehrere um die Symmetrieachse angeordnete Elektroden erzeugt.
Das Betriebsverfahren kann durchgeführt werden mit einem Lackierabstand zwischen der Vorderkante des Zerstäubers (z.B. die Vorderkante des Absprühelements oder die Vorderkante des den Lenkluftring aufweisenden Zerstäuberteils) und dem zu beschichtenden Bauteil, der größer oder gleich ungefähr 5mm, 10mm, 50mm, 100mm, 150mm oder 200mm ist; und/oder kleiner ist als ungefähr 7,5mm, 25mm, 75mm, 125mm, 175mm oder 225mm.
Weitere Verfahrensschritte ergeben sich unmittelbar aus der Funktionalität des erfindungsgemäßen elektrostatischen Zerstäubers.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen der vorstehend beschriebenen Elektrodenanordnung mit den Schritten des Ausbildens einer Elektrodenhalterungseinrichtung zur Elektrodenhalterung um eine Symmetrieachse und des Ausbildens eines dielektrischen Materials zur Beeinflussung einer sich in Richtung der Symmetrieachse erstreckenden Entladungsstromkomponente des Entladungsstromes.
Weitere Herstellungsschritte ergeben sich unmittelbar aus der Struktur der vorstehend beschriebenen Elektrodenanordnung.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines wie vorstehend beschriebenen Zerstäubergehäuses zur Halterung einer wie vorstehend beschriebenen Elektrodenhalterung für einen elektrostatischen Zerstäuber, insbesondere für einen Rotationszerstäuber, mit dem Schritt des Ausbildens des Zerstäubergehäuseelementes mit dem zweiten Durchmesser, um einen Elektrodenhalterungsbereich zur Halterung der Elektrodenanordnung durch einen Durchmesserunterschied zwischen dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser festzulegen.
Weitere Herstellungsschritte ergeben sich unmittelbar aus der Struktur des vorstehend beschriebenen Zerstäubergehäuseelementes.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines wie vorstehend beschriebenen Zerstäubergehäuses mit den Schritten des Ausbildens des Gehäuseelementes, das zur Aufnahme oder Abdeckung einer Lagerungseinrichtung, beispielsweise einer Turbine und/oder einer Turbinenwelle, für ein Absprühelement, insbesondere für einen Glockenteller, und/oder zur Halterung eines Lenkluftringes geeignet oder vorgesehen ist, mit dem ersten Durchmesser, und des Ausbildens des Zerstäubergehäuseelementes.
Weitere Herstellungsschritte ergeben sich unmittelbar aus der Struktur des vorstehend genannten Zerstäubergehäuses.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines wie vorstehend beschriebenen elektrostatischen Zerstäubers mit den Schritten des Ausbildens des Zerstäubergehäuses, des Ausbildens der Elektrodenanordnung und des Zusammenführens des Zerstäubergehäuses und der Elektrodenanordnung, um den elektrostatischen Zerstäuber zu erhalten. Der Schritt des Zusammenführens kann beispielsweise den Schritt des Verbindens, beispielsweise mittels eines Gewindeeingriffs, umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Ausbildens der Isolierhülse insbesondere zur handachsenseitigen Isolation bzw. Beeinflussung einer handachsenseitigen Entladungsstromkomponente.
Weitere Herstellungsschritte ergeben sich unmittelbar aus der Struktur des vorstehend beschriebenen elektrostatischen Zerstäubers.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer wie vorstehend beschriebenen Isolierhülse, wobei der Verbindungsbereich mit einem Gewinde zur Schaffung einer Entladungsstrecke ausgebildet wird.
Weitere Herstellungsschritte ergeben sich unmittelbar aus der Struktur der vorstehend beschriebenen Isolierhülse.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung vorzugsweise des vorstehend beschriebenen elektrostatischen Zerstäubers für die Innen-/Detailbeschichtung, insbesondere die Innen-/Detaillackierung, von Fahrzeugkarosserien (z.B. Türeinstiege, Fenster, etc.) oder vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten Kleinteilen oder Anbauteilen oder Bumpern bzw. Stoßfängern, insbesondere Stoßstangenelementen oder Stoßstangen oder Stoßleisten. Alternativ oder ergänzend betrifft die Erfindung eine Verwendung eines elektrostatischen Rotationszerstäubers (vorzugsweise wie oben beschrieben) und/oder einer Elektrodenanordnung (vorzugsweise wie oben beschrieben) zur Außenaufladung eines Beschichtungsmittels bei der Innen-/Detailbeschichtung und vorzugsweise auch bei der Außenbeschichtung.
Die erfindungsgemäßen Teile (z.B. die Elektrodenanordnung, der Zerstäuber, das Betriebsverfahren, etc.) sind vorgesehen zur Außenaufladung des Beschichtungsmittels (bei der Innen-/Detailbeschichtung und/oder der Außenbeschichtung). Die erfindungsgemäßen Teile (z.B. die Elektrodenanordnung, der Zerstäuber, das Betriebsverfahren, etc.) eignen sich insbesondere zur Außenbeschichtung von z.B. Kraftfahrzeugkarosserien, Anbauteilen, etc., vorzugsweise aber auch zur Innen-/Detailbeschichtung von z.B. Kraftfahrzeugkarosserien (z.B. Türeinstiege), Anbauteilen, Kleinteilen, Bumpern bzw. Stoßfängern, Stoßstangenelementen, Stoßstangen, Stoßleisten, etc.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann durch Auswertung von Strom (I) und Spannung (U) eine Positionierüberwachung eines zu beschichtenden Objekts erzielt werden. Die Positionierüberwachung umfasst z.B. die Position und/oder die Ausrichtung bzw. Lage eines zu beschichtenden Objekts.
Im zusammengebauten Zustand bzw. im Betrieb des Zerstäubers fallen die Symmetrie- bzw. Mittelachse der Elektrodenanordnung, die Mittelachse des Zerstäubergehäuseelements, die Mittelachse des Gehäuseelements, die Mittelachse des Zerstäubergehäuses und/oder die Mittelachse der Isolierhülse(n) zusammen (koaxial) bzw. gehen zumindest ineinander über oder schneiden sich.
Die Elektrodenanordnung, die Elektrodenhalterungseinrichtung, das Zerstäubergehäuseelement, das Gehäuseelement, die Isolierhülse und/oder das den Lenkluftring aufweisende Zerstäuberteil können abschnittsweise dielektrisches bzw. isolierendes Material aufweisen oder mittels dielektrischem bzw. isolierendem Material beschichtet oder ummantelt sein.
Insbesondere kann die Elektrodenanordnung, die Elektrodenhalterungseinrichtung, das Zerstäubergehäuseelement, das Gehäuseelement, die Isolierhülse und/oder das den Lenkluftring aufweisende Zerstäuberteil aus dielektrischem bzw. isolierendem Material vorzugsweise einstückig ausgebildet sein und/oder im Wesentlichen aus dielektrischem bzw. isolierendem Material bestehen.
Auch einzelne Bauteilgruppen (z.B. die Elektrodenanordnung, die zumindest eine Isolierhülse, das Zerstäubergehäuseelement, das Zerstäubergehäuse, das Gehäuseelement und/oder der Lenkluftring (bzw. das den Lenkluftring aufweisende Zerstäuberteil) können einstückig (integral) bzw. einteilig ausgeführt sein. So kann z.B. das Zerstäubergehäuseelement und die zumindest eine Isolierhülse einstückig bzw. einteilig ausgeführt sein. Ferner kann z.B. das Zerstäubergehäuseelement und die zumindest eine Isolierhülse und die Elektrodenanordnung einstückig bzw. einteilig ausgeführt sein. Ähnlich kann auch die Elektrodenanordnung einstückig bzw. einteilig mit dem Gehäuseelement und/oder dem Zerstäubergehäuseelement ausgeführt werden. Es ist auch möglich, das Gehäuseelement und den Lenkluftring (bzw. das den Lenkluftring aufweisende Zerstäuberteil) einstückig bzw. einteilig auszuführen, so dass vorzugsweise der Lenkluftring in dem Gehäuseelement eingearbeitet sein kann.
Das dielektrische bzw. isolierende Material ist vorzugsweise ein hochspannungsfestes Material, insbesondere aus Fluorkunststoff oder Fluorkunststoffverbindungen, beispielsweise Polytetrafluorethylen. Somit können unerwünschte Entladungen minimiert oder vermieden werden, wodurch vorteilhaft die Aufladung des Beschichtungsmittels erhöht werden kann.
Ferner kann auch das Absprühelement (z.B. ein Glockenteller) zumindest teilweise aus dielektrischem bzw. isolierendem Material hergestellt werden bzw. daraus bestehen, insbesondere dann, wenn eine andere Gegenelektrode / Zündelektrode zur Zündung der notwendigen (Korona-) Entladung vorgesehen wird.
Die oben beschriebenen Gewinde sind lediglich bevorzugte Ausführungsformen für lösbare Verbindungen bzw. Verbindungsmechanismen. Es können auch andere lösbare Verbindungen (z.B. Schnappverbindungen, Rastverbindungen, Klemmverbindungen, Klettverschlüsse, Schraubverbindungen, etc.) vorgesehen werden, um die Elektrodenanordnung, das Gehäuseelement, das den Lenkluftring aufweisende Zerstäuberteil, das Zerstäubergehäuseelement und/oder die zumindest eine Isolierhülse auf vorteilhafte Art und Weise schnell und ohne großen Aufwand montieren, demontieren bzw. austauschen zu können. Vorzugsweise ist die Elektrodenanordnung, das Gehäuseelement, das den Lenkluftring aufweisende Zerstäuberteil, das Zerstäubergehäuseelement und/oder die zumindest eine Isolierhülse lösbar bzw. demontierbar bzw. austauschbar bereitgestellt.
Die oben beschriebenen Gewinde sind jedoch vorteilhaft, da sie Entladungsstrecken bzw. "Kriechstrecken" verlängern (von hohem elektrischen Potential zu niedrigem bzw. Erdpotential). Dabei stellen die Gewinde bzw. die Entladungsstrecken ein Labyrinth für den Entladungsstrom dar. Ferner stellen die Gewinde vorteilhaft eine lösbare Verbindung bereit.
Alle oder einige der aus isolierendem bzw. dielektrischem Material ausgebildeten Teile können abgerundete Kanten aufweisen.
Bevorzugt sind die Verbindungsmechanismen der jeweiligen Bauteile, z.B. einige oder alle vorstehend und nachfolgend beschriebenen Gewinde, mit einem Isoliermedium (z.B. Isolierfett, vorzugsweise Vaseline) eingeschmiert bzw. versehen.
Im zusammengebauten Zustand bzw. bei Betrieb des Zerstäubers kann ein Abstand (d1) zwischen einem Elektrodenende der zumindest einen Elektrode zu dem Absprühelement, insbesondere zu einer Absprühelementkante, oder allgemein zum vordersten Teil des Zerstäubers in einem Bereich liegen zwischen größer als 75mm, 125mm, 175mm, 225mm oder 275mm, und/oder kleiner als 100mm, 150mm, 200mm, 250mm oder 300mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 80mm und 250mm. Ein axialer Abstand (d3) zwischen einem Elektrodenende der zumindest einen Elektrode zu dem Absprühelement, insbesondere zu einer Absprühelementkante, oder allgemein zum vordersten Teil des Zerstäubers kann vorzugsweise in einem Bereich liegen zwischen größer als 60mm, 100mm, 140mm, 180mm oder 220mm, und/oder kleiner als 80mm, 120mm, 160mm, 200mm oder 240mm, vorzugsweise im Bereich bei ungefähr 105mm +/-25mm. Dadurch kann ein äußerst kompakter und flexibler Zerstäuber gewährleistet werden, der z.B. gegenüber herkömmlichen Zerstäubern mit langen Elektrodenfingern näher an oder um das zu beschichtende Bauteil geführt werden kann.
Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen elektrostatischen Rotationszerstäuber;
- Fig. 2
- den elektrostatischen Rotationszerstäuber aus
Fig. 1 ; - Fig. 3
- Ansichten eines um 60° abgewinkelten Zerstäubergehäuseelementes;
- Fig. 4
- Ansichten einer Isolierhülse;
- Fig. 5
- Ansichten einer Elektrodenanordnung;
- Fig. 6
- Ansichten eines Widerstandes;
- Fig. 7
- eine Elektrodenanordnung;
- Fig. 8
- einen Rotationszerstäuber gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- Fig. 9a
- einen Rotationszerstäuber gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- Fig. 9b
- den Rotationszerstäuber aus
Fig. 9a und eine weitere Isolierhülse; - Fig. 10a
- einen Rotationszerstäuber gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- Fig. 10b
- eine Seitenansicht eines Rotationszerstäubers gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- Fig. 10c
- eine perspektivische Ansicht des Rotationszerstäubers aus
Fig. 10b ; - Fig. 10d
- eine Seitenansicht eines Rotationszerstäubers gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- Fig. 11
- Ansichten eines Gehäuseelementes; und
- Fig. 12
- beispielhafte Feldverläufe.
Die Elektroden 108 weisen bevorzugt eine Länge auf, welche der Länge der Ausnehmung 107 entsprechen kann, so dass die Elektroden 108 in der Elektrodenhalterungseinrichtung 101 vollständig bzw. bis auf deren nach außen gerichtete Spitzen, deren freie Länge 1 mm bis 5 mm betragen kann, eingebettet sind.
Die Elektrodenanordnung umfasst einen Verbindungsbereich 111, welcher beispielsweise durch ein Gewinde gebildet und zum Haltern der Elektrodenanordnung an einem Zerstäubergehäuseelement 113, das ein Ventil 114 hausen kann, vorgesehen ist.
Das Zerstäubergehäuseelement 113 umfasst ferner einen Elektrodenhalterungsbereich 115, an welchem die Elektrodenanordnung gehaltert werden kann. Der Elektrodenhalterungsbereich 115 wird durch einen Durchmesserunterschied zwischen einem ersten Durchmesser eines Gehäuseelementes 117 des Rotationszerstäubers und eines zweiten Durchmessers des Zerstäubergehäuseelementes 113 festgelegt. Der Durchmesserunterschied legt somit eine umlaufende Fläche fest, deren Normale sich parallel zu der Symmetrieachse 105 erstreckt. Der Elektrodenhalterungsbereich 115 umfasst beispielsweise ein Gewinde 116, in das das Gewinde des Verbindungsbereichs 111 eingreift.
Das Gehäuseelement 117 ist beispielsweise vorgesehen, eine Lagerungseinrichtung für ein Absprühelement (119), insbesondere für einen Glockenteller, aufzunehmen oder isoliert abzudecken. Die Lagerungseinrichtung kann beispielsweise eine in
Das Zerstäubergehäuseelement 113 ist dem Gehäuseelement 117 vorgelagert und mit diesem beispielsweise mittels einer Gewindeverbindung 123 oder einer Klemmverbindung oder einer Rastverbindung oder einer Klebeverbindung verbunden.
Ferner können in dem Verbindungsbereich 111 gleiche oder unterschiedlich starke Blenden 125, welche konzentrisch sein oder ein Labyrinth formen können, vorgesehen sein, um möglichst große Entladungsstrecken, so genannte Kriechstrecken, zu gewährleisten.
Als Beschichtungsmittel können beispielsweise ein Grundlack, d.h. ein Primer, eine Basisschicht BC 1 (BC: Base Coat), eine Effektschicht BC 2 und eine Klarlackschicht CC (CC: Clear Coat) vorgesehen sein. Es sind noch weitere Schichten möglich, z. B. Mehrfach-Klarlack, um eine besonders vorteilhafte Beschichtungsqualität eines zu lackierenden Objektes zu erreichen.
Der in den
Das Zerstäubergehäuseelement 113 mit dem Aufladering kann aus einem isolierenden und hochspannungsfesten Material, bevorzugt aus Polytetrafluorethylen (PTFE) geformt sein, da das PTFE bzw. andere Fluorkunststoffe für die Innen- bzw. Außenhautlackierung oder die Anbauteilelackierung genügend Isoliereigenschaften bieten, um gute Beschichtungsergebnisse zu erzielen.
In
Die Führung durch das Zerstäubergehäuseelement 301 erfolgt beispielsweise ungerade, wobei die notwendigen Durchführungen für die Lichtleiterkabel oder für die Hochspannungskabel beispielsweise mittels eines Sinterverfahrens im PTFE verborgen ausgeführt werden können. Anstelle des Sinterverfahrens kann beispielsweise auch ein generatives Herstellungsverfahren beim Herstellen des 60°-Zerstäubergehäuseelementes 301 zum Einsatz kommen.
Das Zerstäubergehäuseelement 301 kann beispielsweise durch eine isolierende Hülse gebildet sein, welche ebenfalls um 60° abgewinkelt sein kann oder eine andere Form aufweisen kann und aus PTFE oder aus anderen Fluorkunststoffen oder Fluorkunststoffverbindungen bestehen kann, um eine Hochspannungsabschirmung zu bewirken. Alternativ können Keramikmaterialien und/oder andere Kunststoffe, beispielsweise Vaselinefüllung oder Transformatorölfüllung, eingesetzt werden. Darüber hinaus kann eine Isolierhülse an das Zerstäubergehäuseelement 301 beispielsweise handachsenseitig angestückt bzw. angeschraubt werden oder eine integrale bzw. einstückige Einheit mit dem Zerstäubergehäuseelement darstellen. Das Zerstäubergehäuseelement 301 kann beispielsweise hierzu ein handachsenseitiges Gewinde 309, das zur Verbindung mit der Isolierhülse bestimmt ist, aufweisen. Die Isolierhülse kann ferner ein- oder beidseitig über die inneren Bauteile des Zerstäubers gestülpt bzw. verschweißt sein. Darüber hinaus kann das Zerstäubergehäuseelement 301 eine gerade Bauform aufweisen oder um 90° abgewinkelt sein.
Das Zerstäubergehäuseelement 301 kann zerstäuberseitig ein Gewinde 311 aufweisen, das zur Verbindung mit einem Gehäuseelement des Zerstäubers, beispielsweise mit dem in
Die Gewinde 309, 311 oder 313 können beispielsweise konisch und selbsthemmend ausgeführt sein, um möglichst große Entladungsstrecken, so genannte Kriechstrecken, beispielsweise von einem höheren elektrischen Potential zu einem Erdpotential hin, zu gewährleisten. In dieser Konfiguration stellen diese Entladungs- bzw. Kriechstrecken ein Labyrinth für den Entladungsstrom dar, so dass eine nach innen gerichtete Isolation in vorteilhafter Weise bewirkt werden kann. Zu diesem Zwecke können auch Blenden 315 vorgesehen sein, welche eine weitere Verlängerung der Entladungsstrecke bewirken. Die Blenden 315 können unterschiedlich dick bzw. stark sein, vorzugsweise sollen die nach innen gerichteten Blenden stärker sein als die äußeren, um eine ausreichende Isolation nach innen zu bewirken.
Statt eines Hochspannungskabels von einem Generator aus durch das 60°-Gehäuse 301 zum Verteilerring 307 zu führen, können auch ein Generator oder mehrere Generatoren unmittelbar in dem Zerstäubergehäuseelement 301 integriert sein und beispielsweise alle oder einzelne gruppierte Elektroden bzw. Elektrodenspitzen mit Hochspannung zur Erzeugung eines elektrostatischen Feldes versorgen. Das Hochspannungskabel kann ebenso direkt in dem Zerstäubergehäuseelement 301 fest integriert und eingebettet in z.B. einem Isoliermedium, vorzugsweise Vaseline, vergossen und außerhalb im Bereich eines Roboterarms bzw. in einem Anschlussflanschbereich des Zerstäubers mit einem Hochspannungsversorgungskabel, das mit einem Hochspannungsgenerator verbunden ist, beispielsweise über ein Kupplungsglied gesteckt oder verschraubt, verbunden sein. Des Weiteren kann das Hochspannungskabel auch auf der gegenüberliegenden Seite im Zerstäubergehäuseelement 301 verlegt sein und ein entsprechender Kanal bzw. ineinander verschiebbare Kanäle aus isolierendem Material, vorzugsweise PTFE, zur Führung und Fixierung des Hochspannungskabels vorgesehen sein.
Eine Isolationsstrecke von mindestens 150 mm, welche beispielsweise der Länge der Isolierhülse entspricht, kann ebenso dadurch dargestellt werden, dass die geerdete Handachse des Rotationszerstäubers isolierende Eigenschaften übernimmt. Hierbei kann entweder die gesamte Handachse des Rotationszerstäubers bzw. ein Teil dessen Oberfläche aus isolierendem Material, beispielsweise PTFE, bestehen. Dadurch wird als weiterer Vorteil bei gleichbleibender Isolationsstrecke die Länge des Zerstäubers verringert, so dass beispielsweise bei längeren Zerstäubern größere Isolationsstrecken bis zu 150 bis 500 mm realisiert werden können. Der TCP (TCP: Tool Center Point) könnte dadurch auch näher zur Handachse rücken, wodurch der Zerstäuber kleiner wird. Ebenso kann eine oder mehrere weitere zylindrische Isolierhülsen auf die bereits bestehende Isolierhülse zur Verlängerung der Isolationsstrecke, indem Teilbereiche der geerdeten Handachse verdeckt werden, aufgeschraubt oder auf andere Art und Weise angebracht werden ("Erweiterung Isolierhülse").
Das Gewinde 403 ist beispielsweise ein M125x2-Gewinde mit einer Gewindelänge von 12 mm. Das Gewinde 403 kann bevorzugt mit einem Isoliermedium, z.B. Isolierfett, insbesondere Vaseline, eingeschmiert sein, um unerwünschte Kriechstrecken für mögliche Entladungsströme in Kombination mit dem Gewinde 403, das ein Isolationslabyrinth darstellt, effektiv zu vermeiden. Die Isolierhülse 401 kann eine Oberfläche aufweisen, welche sowohl glatt als auch wellig sein kann, um weitere Kriechstrecken, wie sie bei Standardisolatoren in der Hochspannungstechnik üblich sind, zu bewirken. Je größer die Oberfläche der Isolierhülse 401 ist, desto größer sind die Kriechstrecken für einen Entladungsstrom von auf Hochspannung liegenden Elektrodenspitzen zur geerdeten Handachse, d.h. nach hinten. Durch die Vergrößerung der Oberfläche der Isolierhülse kann ein unerwünschter Entladungsstrom verringert werden, weil durch die längeren Kriechstrecken ein größerer Widerstand für den Strom realisiert wird.
Darüber hinaus kann die Isolation aller geerdeter Bauteile durch eine Oberflächenbeschichtung mittels eines Kunststoffs, der leitfähig oder nicht leitfähig ist, mit einem isolierenden Kunststoff vorgenommen werden. Bei einer Oberflächenbehandlung ist bevorzugt darauf zu achten, dass sich keine oder wenige leitfähige Partikel auf der Oberfläche befinden, um eine Herabsetzung der Isolationswirkung zu vermeiden. Der Einsatz von Antistatika für ein homogenes, flächiges elektrisches Verhalten ist hierbei ebenso möglich. Eine weitere Möglichkeit, den aufgeladenen Sprühstrahl bzw. Lacknebel bevorzugt auf die zu beschichtende Karosserie oder das zu beschichtende Werkstück bzw. Objekt zu bringen, besteht dadurch, die isolierenden Teile des Zerstäubers teilweise bzw. komplett durch z.B. leitfähige oder teilleitfähige Materialien auf das gleiche negative Potential zu bringen, das der Hochspannungsversorgung oder dem Elektrodenpotential entspricht. Vorzugsweise wird die gesamte Isolation jedoch durch PTFE bewerkstelligt.
Die Elektrodenanordnung umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von Elektroden 505, beispielsweise 3 bis 60 Elektroden mit Elektrodenspitzen, deren Durchmesser 1,5 ± 1,2 mm beträgt und welche beispielsweise aus Edelstahl oder aus anderen Metallen oder leitfähigen, kohlenstoffbasierten Materialien wie Diamantschichten bzw. Kohlenstoff-Nanostrukturen bzw. deren Verbindungen, welche eine hohe Feldemission aufweisen, geformt sein können. Die Elektrodenspitzen 505 sind mit dem jeweiligen Widerstand 507 beispielsweise in gleichem Abstand in eine Elektrodenhalterungseinrichtung 509, welche aus einem dielektrischen Material geformt sein kann, einsetzbar oder eingesetzt, wobei der Gesamtdurchmesser des Elektrodenringes vorzugsweise ungefähr 220 mm beträgt.
Die Elektrodenspitzen der Elektroden 505 können beispielsweise um einen Winkel α zwischen 0° und 180° in Bezug auf eine axiale Farbrohrrichtung 511 angeordnet sein. Die Elektroden können jedoch einen Winkel von 25° bis 90° in tangentialer Richtung aufweisen. Bevorzugt werden jedoch axiale Winkel von 55° und tangentiale Winkel von 90° angestrebt.
Die Elektroden 505 können beispielsweise in der Elektrodenhalterungseinrichtung 509, welche der Elektrodenhalterungseinrichtung 501 oder der in
Die Elektrodenenden 505 sind bevorzugt derart angeordnet, dass sie beispielsweise in einem Aufladering jeweils auf die Widerstände 507 stoßen, welche zum Beispiel mit einem Druckpunkt 513 ausgestattet sind. Dabei trifft beispielsweise jede Spitze der jeweiligen Elektrode 505 auf einen Widerstand 507, wobei denkbar ist, dass zwei oder mehrere Elektrodenspitzen auf einen Widerstand 507 treffen, um eine effektive Koronaaufladung des Lackes bei niedrigeren Spannungen zu realisieren. Hierbei kann beispielsweise eine maximale Anzahl von 12 Elektroden bzw. Elektrodenspitzen pro Widerstand vorgesehen sein, was insgesamt maximal 720 Elektrodenspitzen ermöglicht.
Die Widerstände 507 können beispielsweise Widerstandswerte R von 30 bis 400 MΩ aufweisen, wobei bevorzugt Widerstandswerte von 100 MΩ bei 5% Toleranz eingesetzt werden können. Die Baugröße der Widerstände beträgt (L x D) 30 bis 100 mm x 6 - 12 mm, vorzugsweise 30 bis 60 mm x 8 mm. Ebenso ist eine Serienschaltung aus zwei oder mehreren Widerständen denkbar.
Die gegenüberliegende Seite des jeweiligen Widerstandes 507 kann ebenfalls mit einem Druckpunkt 515 versehen sein, welcher mit dem leitfähigen, bereits beschriebenen, vorzugsweise metallischen Hochspannungsverteilerring zusammenwirken kann.
Da an den Widerständen 507 relativ hohe Spannungen abfallen können, welche eine Funkenentladung bzw. einen Funkenüberschlag durch Luft entlang einer Widerstandsoberfläche zur Folge haben können, ist bevorzugt sicherzustellen, dass ein Raum 517 durch ein isolierendes Medium befüllt ist und eine Durchschlagsfestigkeit in diesem abgeschlossenen Bereich von mindestens 1,3 kV/mm dauerhaft gewährleistet ist. Hierzu können die Widerstände 507 in einer zylindrischen Widerstandsaufnahme 519 in Isoliermedium, beispielsweise in Isolierfett, vorzugsweise in Vaseline, eingebettet sein, und mit einer Kunststoffkappe 512 verschlossen werden. Als Isoliermaterial kann ebenfalls eine isolierende Vergussmasse oder ein fester bzw. flüssiger Klebstoff oder eine direkte Einbettung des Widerstandes 507 in PTFE möglich sein.
Anstelle eines Widerstandes 507 kann auch ein Widerstandselement aus teilleitfähigem Kunststoff oder einem Halbleiter realisiert werden, welcher dauerhaft den gleichen Widerstandswert liefert wie ein handelsüblicher Dickschichtwiderstand 507.
Zur Verarbeitung des Isoliermediums, z.B. Isolierfett, beispielsweise Vaseline, kann dieses auf über 100°C erhitzt und verflüssigt werden. Mittels einer Dosierspitze wird das Isolierfett langsam und gleichmäßig in den Raum 517 mit dem platzierten Widerstand 507 eingefüllt. Hierbei kann bevorzugt nur ein Dichtring 601 eingesetzt werden. Je nach Umgebungstemperatur liegt das Isoliermedium in fester oder flüssiger Form vor. In Ausnahmesituationen oder Fehlersituationen, welche eine Erwärmung des Widerstandes 507 zur Folge haben können, wird das Isoliermedium flüssig und besitzt somit eine selbstheilende Wirkung, indem es sich ideal verteilt. Das Austreten des Isoliermediums kann durch die Isolierkappe 512 verhindert werden.
Die Elektrodenhalterungseinrichtung 509 kann mittels eines Gewindes, eingeschmiert mit einem Isoliermedium, z.B. Isolierfett, vorzugsweise mit Vaseline, auf das beispielsweise in
Die Elektrode 703 kann unterschiedlich gebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform 709 kann die Elektrode ein freistehendes Ende mit einer Länge von 1 mm bis 5 mm aufweisen, wobei die Elektrode dennoch größtenteils in dem dielektrischen Material der Elektrodenhalterungseinrichtung 701 eingebettet ist. Gemäß einer Ausführungsform 711 ist die Elektrode versenkt oder eingehaust und bevorzugt vollständig durch das dielektrische Material der Elektrodenhalterungseinrichtung 701 umgeben. Gemäß einer weiteren Ausführungsform 713 kann die Elektrode durch ein dielektrisches Material 715, das ein isolierendes Kunststoffteil bildet, abgedeckt sein. Das dielektrische Material 715 kann beispielsweise in der Gestalt eines (z.B. nach vorne und/oder nach außen weisenden) Vorsprungs oder eines Wulsts ausgebildet und vorgesehen sein, eine Entladungsstromkomponente, welche sich in Richtung einer Symmetrieachse 717 bzw. nach hinten (z.B. handachsenseitig bzw. in Richtung Handachse bzw. in die relativ zu einem Absprühelement abgewandte Richtung) erstreckt, zu beeinflussen, beispielsweise zu dämpfen. Ferner können einzelne Merkmale der vorstehend und/oder nachstehend genannten Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu erhalten. Es ist auch möglich, das dielektrische Material 715 so vorzusehen, dass eine Entladungsstromkomponente nach hinten und/oder nach außen und/oder nach vorne und/oder nach innen gezielt beeinflusst, insbesondere gedämpft wird. Zu diesem Zweck kann das dielektrische Material auch, wie z.B. durch die gestrichelten Linien in
Um eine flexible und in der Länge verstellbare Elektrode 801 zu realisieren, kann deren Elektrodenfinger jeweils aus unterschiedlich großen Elementen bestehen, die beispielsweise mit Federn zusammengehalten werden. Mittels Druckluft können diese Elemente jeweils auseinandergeschoben werden, um verschiedene Elektrodenlängen zu erreichen. Hierzu können auch andere Verfahren eingesetzt werden, welche beispielsweise ein Seil oder eine Flüssigkeit in einem Zylinder, welcher beispielsweise mit Spülmittel befüllt ist, oder ein Lösemittel oder ein Transformatoröl verwenden. Hierbei beträgt der in
Darüber hinaus können verschiedene Elektrodenanordnungen mit verschieden langen und in der Länge nicht verstellbaren Elektrodenfingern vorgesehen sein, um beispielsweise möglichst die für die jeweilige Anwendung passende Elektrodenlänge beispielsweise modular auszuwählen. Wie in
Wie aus den
Der elektrostatische Zerstäuber kann beispielsweise ein Hochrotationszerstäuber sein, wobei ein Abstand der Elektroden zu einer Glockenteller(vorder)kante d1 zwischen 80 und 250 mm Luftstrecke, vorzugsweise 140 mm, betragen kann.
Ein Abstand der Elektroden zu einer Handachse oder einem Flansch, l1, kann sich zwischen 120 bis 625 mm erstrecken wobei eine kürzeste Luftstrecke vorzugsweise l1 = 240 mm (mit "Erweiterung Isolierhülse") betragen kann. Ein Verhältnis l1/d1 beträgt bevorzugt ungefähr 2, so dass l1/d1 = 2, 0±0, 5 gilt.
Bevorzugt können mehrere Glockentellervarianten verwendet werden. Ein zu verwendender Glockenteller (GT) kann freistehend ausgeführt sein, d.h. es existiert eine freie Luftstrecke zwischen den Elektroden und nahezu dem gesamten GT. Der Glockenteller kann jedoch auch halb von einem isolierenden oder teilweise isolierenden Lenkluftring bedeckt sein. Ebenso ist eine volle Abdeckung oder eine beliebige teilweise Abdeckung möglich. Vorzugsweise sollte der Glockenteller so gut von einem isolierenden Lenkluftring, welcher bevorzugt aus PEEK oder PTFE mit einer Beimengung von MOS2 (MOS2 (MoS2): Molybdändisulfid) gebildet ist, sodass keine zerstörerischen Entladungen zwischen einem PTFE-Gehäuseelement, beispielweise Tubus, und Lenkluftring entstehen, abgedeckt sein, dass nicht zu viel Strom von den Elektroden über den Glockenteller abfließt, der Glockenteller jedoch nicht so stark verdeckt wird, dass die notwendige Koronaentladung nicht zünden kann. In dieser Konfiguration ist der Glockenteller mit seiner Kante ein wichtiger Faktor, welcher eine Zündung einer Koronaentladung ermöglicht. Dabei kann der Glockenteller bzw. mindestens dessen Kante leitfähig sein, vorzugsweise metallisch aus beispielsweise Titan. Dadurch können Elektronen erzeugt werden, welche sich an Luftmoleküle anlagern und den zerstäubten Lack "aufladen", so dass ein maximaler Auftragswirkungsgrad (AWG) gewährleistet ist. In diesem Sinne stellt die Glockentellerkante eine "Koronazündelektrode" dar.
Bei dieser Konfiguration sind alle weiteren geerdeten oder isolierenden Kanten, insbesondere Kanten an der abgedeckten Lagerungseinrichtung oder am isolierenden Lenkluftring, in der Umgebung der umlaufenden Strecke zwischen Elektroden und geerdetem Glockenteller mit einem größtmöglichen Radius abzurunden.
Alle oder teilweise geerdete Bauteile des Zerstäubers können auch über einen elektrischen Widerstand < 1 MOhm an das Erdungssystem angeschlossen werden.
Um eine größtmögliche Isolation des Zerstäubers zu gewährleisten kann ein Lufterhitzer z.B. in der Steuerluft (Motorluft) oder der Lagerluft der Lagerungseinrichtung zur Anwendung kommen, der neben seiner bestimmungsgemäßen Funktion die Abkühlung der expandierenden Motorluft durch Vorerwärmung zu minimieren, auch die Kondensation der Umgebungs- oder Motorluft, welche eine oder mehrere ungewollte Entladungsstrecken hervorrufen kann, im Bereich des Glockentellers bzw. des Lenkluftringes verhindert.
Bevorzugt können die folgenden Abmessungen gewählt werden, wobei standardmäßig Glockentellerdurchmesser im Bereich zwischen 30 mm und 85 mm verwendet werden können:
- Universal einsetzbarer Glockenteller:
- Glockentellerdurchmesser: dGT_uni = 60 mm +/- 2 mm
- Außenmantelform des Glockentellers: bevorzugt konvex
Die konvexe Form ist vorteilhaft, da sie ein unkritischeres Gegenpotential gegenüber den hinten liegenden Elektroden im Vergleich zu einer schrägen Außenmantelform darstellt, aufgrund einer niedrigeren Feldlinienkonzentration an der teilrunden konvexen Fläche.
Insbesondere der Glockenteller und/oder der Lenkluftring kann beispielsweise ausgeführt werden wie der in der
- Elektrodenringdurchmesser: dEl.ring = 220 mm +/- 10 mm
- Abstand der Elektroden zu GT-Kante (direkt in Luft): d1 = 140 mm
- Abstand GT-Kante zu LLR-Kante (LLR: Lenkluftring): d2 = 6 mm bis 30 mm, bevorzugt 12 mm
- Abstand Elektroden zu GT-Kante (axial): d3 = 105 mm bis 165 mm, bevorzugt 118 mm
Bevorzugt beträgt ein Verhältnis des Elektrodenringdurchmessers zu dem Glockentellerdurchmesser mit den vorstehenden Größen:
Ferner gilt mit den obigen Werten der folgende Zusammenhang:
Bevorzugt ist dabei eine Wanddicke eines Lenkluftrings von mindestens 5 mm einzuhalten.
Es ist möglich, einzelne Komponenten fest miteinander zu verbinden, z.B. zu verschweißen oder als Ganzes (einstückig) zu fertigen, und als ein Bauteil zu betrachten. So kann z.B. der Lenkluftring 121 zusammen mit dem Gehäuseelement 117 bzw. Tubus als "Lagereinheitenisolation" verstanden werden. Die Kombination des Elektrodenringes bzw. der Elektrodenanordnung 101 mit dem 60° Zerstäubergehäuseelement 113 kann hingegen als "Aufladeeinrichtung" bezeichnet werden. Darüber hinaus ist eine Kombination des Zerstäubergehäuseelementes 113 und der Isolierhülse 201 möglich. Zudem ist die Kombination des Elektrodenringes bzw. der Elektrodenanordnung 101 mit dem vorzugsweise 60° Zerstäubergehäuseelement 113 und der Isolierhülse 201 in vorteilhafter Weise als "Aufladehülse" zu fertigen bzw. zu bezeichnen. Insgesamt können auch alle Komponenten insbesondere modular miteinander verbunden werden und als ein "Außenaufladungszerstäuber" betrachtet werden.
Alle Oberflächen des Zerstäubergehäuses und/oder der Isolierhülse können (umseitig) mit einem Gerippe versehen, strukturiert oder wellig ausgeführt sein, um die Kriechstrecken für mögliche Entladungsströme (deutlich) zu erhöhen. Bevorzugt können 3 bis 50 Rippen mit einer jeweiligen Höhe zwischen 1 mm und 20 mm eingesetzt werden. Jedoch ist es auch möglich, vorstehend genannte Flächen glatt auszubilden.
Insgesamt ist eine modulare und/oder mittels Gewinden oder auf andere Art und Weise lösbare bzw. demontierbare Bauweise aller oder zumindest einiger Komponenten angestrebt, die je nach Anwendungsfall den Einsatz von jeweils angepassten Komponenten ermöglicht. Die Aufladeeinrichtung, d.h. der Auflade- und Elektrodenring, kann beispielsweise mit 3 bis 60 kurzen oder langen Elektroden- bzw. Fingern ausgestattet werden. Als universell einsetzbare Anwendung ist eine spezielle Kombination eines Lenkluftringes und Glockentellers vorgesehen, wobei eine Außenaufladung mit flexiblem Sprühstrahl möglich ist, so dass bei einer Innen-/Detaillackierung ein kleiner Sprühstrahl zwischen 50 - 280 mm und bei einer Außenlackierung ein großer Sprühstrahl mit 150 - 550 mm verwendet werden kann. Das gesamte System kann durch leichte Modifikationen auch mit Luftzerstäubersystemen betrieben werden.
Vorzugsweise ist der Lenkluftring bzw. das den Lenkluftring aufweisende Zerstäuberteil aufgrund von Isolationsmaßnahmen aus isolierendem Material zu fertigen. Zum gezielten Ableiten von Entladungsströmen kann der Lenkluftring auch teils isolierend und teils leitend ausgeführt sein. Ebenso kann der Glockenteller isolierend oder teilweise isolierend gefertigt sein, sofern eine andere Gegenelektrode / Zündelektrode zur Zündung der notwendigen Koronaentladung dient, z.B. ein leitfähiger oder teilleitfähiger Lenkluftring. Dadurch ist ein kleinerer Lackierabstand möglich, welcher vorzugsweise 150 mm betragen kann. Der kleinstmögliche Abstand in Luft der Elektroden zu einem Objekt bzw. einer Fahrzeugkarosserie kann bis zu 10 mm betragen.
Der Lackierabstand ist durch den Einsatz des universellen Glockenteller-Lenkluftsystems im Vergleich zum Standardsystem verringerbar auf bis zu 10 mm, vorzugsweise 150 mm. Bei 150 mm Lackierabstand ist keine stärkere Verschmutzungim Vergleich zum Standardsystem bei 200 - 300 mm zu beobachten.
Die Einstellparameter können in Anwendungsbereiche aufgeteilt werden, wobei für die Applikation unter Hochspannung die folgenden drei möglichen Betriebsmodi zu nennen sind:
- 1) Spannungskonstant
- 2) Stromkonstant
- 3) Stromkonstant und spannungsbegrenzt
Die Betriebsart 1) wird vorzugsweise bei einer Direktaufladung angewendet, beispielsweise zur Applikation von Lösemittellacken. Die Spannung wird auf einen konstanten Wert zwischen -40 bis -85 kV eingestellt.
Die Betriebsarten 2) und 3) werden vorzugsweise bei einer Außenaufladung angewendet, beispielsweise zur Applikation von Wasserbasislacken. Insbesondere die Betriebsart 3) kann vorzugsweise für die vorstehend beschriebene kompakte Außenaufladung zum Einsatz kommen.
Durch das Lackieren mittels einer Außenaufladung im Stromkonstantbetrieb (Betriebsarten 2 und 3) regelt sich die Spannung ein, je nach den Umgebungsbedingungen, beispielsweise in Abhängigkeit von einem Gegenpotential, die Elektrodenspitzen umgebend. Durch die Widerstände in der Elektrodenhalterungseinrichtung (101) wird die Spannung mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit reguliert, ohne Funkenüberschläge hervorzurufen. Somit kann ideal auf Bewegungsänderungen reagiert werden, z.B. dichtes Vorbeifahren an geerdeten Objektteilen. Dies ist bei einer Direktaufladung (spannungskonstanter Betrieb 1) in dieser Weise nicht möglich.
Da die übertragbare Ladung an einem Elektrodenfinger gering im Bereich der Zündenergiegrenze ist, kann beim Abschalten der Hochspannung auf einen Erdschalter verzichtet werden.
Beispielsweise in der Anwendung der isolierenden Kunststoffteilelackierung kann mittels Betriebsmodus 3 die Spannung auf einen niedrigeren Wert begrenzt bzw. ausgeschaltet werden, wenn ein geerdeter Warenträger, beispielsweise ein Metallgestell hinter den Kantenbereichen des Bumpers, zu Überbeschichtungen führt. In den Bereichen, wo der geerdete Warenträger nicht bzw. weniger wirkt, kann die Spannungsbegrenzung wieder auf höhere Werte angepasst werden.
Um die Verschmutzung oder die Kontamination des Zerstäubers mit zerstäubtem Lack bei z.B. einem Basecoat-Auftrag (ohne Hochspannung) zu minimieren, kann eine gewisse Spannung (Betriebsmodus 1) bzw. ein gewisser Strom (Betriebsmodus 2 oder 3) vorgegeben werden.
Im Falle einer Außenhautlackierung können die folgenden Parameter eingestellt werden: ein konstanter Strom I zwischen 200 µA bis 500 µA, vorzugsweise 400 µA, eine Spannung U maximal auf -85 bis -100 kV begrenzt, vorzugsweise -90 kV. Hierbei verteilt sich ein Gesamtstrom von 400 µA beispielsweise wie folgt: 60 bis 250 µA fließen zum Objekt bzw. zur Karosserie, 340 bis 150 µA fließen zum geerdeten Glockenteller bzw. Zerstäuber.
Bevorzugt ist das Verhältnis
Strom(Glockenteller)/Strom(Objekt) wie folgt:
Im Falle der Innen-/Detaillackierung können ein konstanter Strom I zwischen 200 µA bis 500 µA, vorzugsweise 400 µA, und eine Spannung U von maximal auf -80 bis -100 kV begrenzt, vorzugsweise -85 kV, eingestellt werden. Hierbei verteilt sich ein Gesamtstrom von 400 µA wie folgt: 40 bis 200 µA fließen über den Lacknebel zum Objekt / Karosserie, 360 bis 200 µA fließen zum geerdeten Glockenteller bzw. Zerstäuber.
Bevorzugt ist das Verhältnis
Strom(Glockenteller)/Strom(Objekt) wie folgt:
Durch diese Kombination und insgesamt durch die kompakte Bauweise wird eine gute Erreichbarkeit von kritischen Karosseriepartien, beispielsweise in Türbereichen, bei bestmöglichem Lackierergebnis gewährleistet werden.
Die Elektrodenanordnung bzw. die Elektrodenhalterungseinrichtung 101 ist im Wesentlichen ringförmig um eine Symmetrieachse 105 geformt und im Wesentlichen koaxial zur Symmetrieachse 105 angeordnet.
Die Elektrodenanordnung umfasst einen im Wesentlichen kreisringförmigen Abschnitt und die Elektrodenhalterungseinrichtung 101 (einen sich aufweitenden Abschnitt), die schräg nach (radial) außen und nach (axial) vorne (bzw. in Richtung Absprühelement/Glockenteller 119 bzw. zu der Seite des Absprühelements/Glockentellers 119), insbesondere im Wesentlichen konusförmig aufweitend und/oder vorragend ausgebildet ist. Die Elektroden bzw. Elektroden-Aufnahmeräume 107 sind in der sich aufweitenden Elektrodenhalterungseinrichtung 101 untergebracht und erstrecken sich somit ebenfalls schräg nach außen und nach vorne.
Der im Wesentlichen kreisringförmige Abschnitt umfasst ein Gewinde, das mit einem Gewinde des Zerstäubergehäuseelements 113 verbunden ist. Der kreisringförmige Abschnitt und das Gewinde der Elektrodenanordnung sind in den
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Ferner können die unter Bezugnahme auf die
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Das vorstehend beschriebene Außenaufladungskonzept ermöglicht eine kompakte und modulare Bauweise von Rotationszerstäubern und ist daher insbesondere für die Karosserieinnenlackierung, für die Anbauteilelackierung, für die Außenhautlackierung und/oder für die Innenlackierung geeignet. Ferner wird dadurch ermöglicht, Rotationszerstäuber herzustellen, welche in einem kompakten Zerstäuberreinigungsgerät gereinigt werden können.
Die bereits beschriebene Verwendung eines Lufterhitzers z.B. in der Steuerluft (Motorluft) oder der Lagerluft der Lagerungseinrichtung ermöglicht zudem eine schnellere Trocknung nach Einsatz des Zerstäuberreinigungsgerätes.
Darüber hinaus wird eine Applikation von Wasserbasislacken bei der Innen- oder Detaillackierung ohne eine aufwändige Potentialtrennung mit demselben System wie bei der Außenhautlackierung ermöglicht, was einen einfachen Aufbau und einen geringen Wartungsaufwand nach sich zieht. Ferner können vergleichbare Lackauftragswirkungsgrade bzw. Lackschichtdicken im Vergleich zu Standardsystemen sowohl bei der Innen- bzw. Detaillackierung als auch bei der Außenhautlackierung erreicht werden. Darüber hinaus werden eine geringe Zerstäuberverschmutzung, gute Reinigungsmöglichkeiten, der Einsatz von kompakten Zerstäuberreinigungsgeräten ermöglicht.
Unter Einhaltung bestimmter sicherheitstechnischer Aspekte ist es möglich, nicht nur schwer bzw. nicht entzündbare Lacke (ehemals Kategorie gelb bzw. grün) wie z.B. Wasserbasislacke zu applizieren, sondern auch entzündbare Lacke (ehemals Kategorie rot) wie z.B. niederohmige Lösemittellacke insbesondere mit hohem Festkörperanteil mit vorgenanntem elektrostatischem Zerstäuber unter Hochspannung zu lackieren. Hierbei kann sowohl die Innen- als auch die Außenlackierung von niederohmigen Lacken auf vorteilhafte Weise mit dem gleichen Zerstäuber durchgeführt werden.
Vorteilhaft können ferner Funkenüberschläge beispielsweise zwischen einer Glockentellerkante und der Karosserie bzw. dem Lackobjekt bauartbedingt sowohl bei der Innen- als auch bei der Außenlackierung vermieden werden, so dass eine Beschichtung von Karosseriehohlräumen bzw. engen, scharfen Kanten mit höheren Spannungen als bei Direktaufladung möglich ist. Ferner ist ein Lackieren mit oder ohne Hochspannung möglich, wobei sowohl Karossen- als auch Kleinteilelackierungen in niedrigen und hohen Stückzahlen realisiert werden können, wodurch eine höhere Flexibilität sowie eine höhere Sicherheit erreicht werden können.
Zwischen der Leitfähigkeit eines Lackes und dem Auftragswirkungsgrad gibt es in einem gewissen Bereich einen Zusammenhang derart: je höher die Leitfähigkeit bzw. je niedriger der Widerstand eines Lackes, desto größer ist der Auftragswirkungsgrad.
Im Bereich der Lösemittellacke (einige 100 kOhm Ransburg-Widerstand) ist das größte Steigerungspotential zu verzeichnen. Die Erhöhung der Leitfähigkeit eines Lösemittellackes auf einige kOhm, hat eine Steigerung des Auftragswirkungsgrades zur Folge. Mit konventioneller Direktaufladungstechnik ist ein Betrieb jedoch nicht mehr problem- bzw. kompromisslos möglich. Es müsste auf teure und aufwändige Potentialtrennsysteme ausgewichen werden. Eine Applikation dieser Lacke mit dem vorgenannten Zerstäuber (kompakte Außenaufladung) stellt eine wesentlich günstigere Variante bei vergleichbarem Ergebnis bezüglich Auftragswirkungsgrad dar.
Beispielsweise bei der Kunststoffanbauteilelackierung mit einem extrem niederohmigen Lösemittelklarlack kommt der vorgenannte Zerstäuber besonders vorteilhaft zum Einsatz, ebenso bei der Autokarossenlackierung sowohl bei der Innen- als auch bei der Außenhautlackierung.
Des Weiteren ist bei der Kunststoffanbauteilelackierung die Verwendung z.B. eines extrem niederohmigen Lösemittelklarlacks sogar von Vorteil. Die bereits applizierten Füller- und Basecoatschichten bzw. der Untergrund im Allgemeinen können elektrisch isolieren, so dass die Verwendung eines gut leitfähigen Lösemittelklarlacks wieder eine Verbindung zur Erde und damit einen guten Auftragswirkungsgrad sicherstellt.
Die Erfindung umfasst auch die Erkenntnis, dass durch Auswertung von Strom (I) und/oder Spannung (U) eine Positionier-Überwachung-/Erfassung-/Bestimmung eines zu lackierenden Objekts und/oder des Zerstäubers, insbesondere der Elektrodenanordnung erzielt werden kann. Vorzugsweise kann die relative Position zwischen Zerstäuber und zu lackierendem Objekt überwacht, erfasst und/oder bestimmt werden.
Nähert sich z.B. der Elektrodenring bzw. die Elektrodenanordnung einem geerdeten Objekt an, wird bei einem vorgegebenem Strom im Betriebsmodus 2 bzw. 3 (I-konstant., U begrenzt) die Spannung heruntergeregelt. Dieses Verhalten kann ausgenutzt werden, um den Abstand zwischen Elektrodenring und geerdetem Objekt zu bestimmen und Rückschlüsse auf die Position des zu lackierenden Objektes gegenüber dem Zerstäuber zu ziehen.
Bei einer Karosserieinnenlackierung kann beispielsweise die Position einer zu lackierenden Tür oder Motorhaube etc. bestimmt werden bzw. zumindest die Information: Objekt positioniert ja oder nein.
Eine mögliche Ausführungsform sieht vor, die Werte von Ist-Strom I und Ist-Spannung U zu erfassen bzw. aufzuzeichnen. Die Auswertung kann dabei differentiell dI/dt bzw. dU/dt erfolgen, um sich ändernde Umgebungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchte, etc.) oder die Zerstäuberverschmutzung bzw. bereits lackierte Schichten auf dem Lackierobjekt, welche einen Einfluss auf die Strom- bzw. Spannungswerte haben, herauszurechnen.
Ausführungsvariante 1: Um das System zu kalibrieren, kann für jeden Zerstäuber in sauberem Zustand eine oder mehrere "Masterpositionen" (Protokollierung der Abstände Elektrodenspitzen zum Objekt) definiert werden:
- Protokollierung der Absolutwerte von Strom I und Spannung U bei definierten Abständen x und Bildung von relativen Werten dI(x)/dt bzw. dU(x)/dt.
Beispiel: Der Roboter fährt mit konstanter Geschwindigkeit (200 mm/s) eine Strecke von 200 mm in direkter Richtung zum Objekt, Abstand Elektrodenspitzen zu Objekt x = 250 mm. Alle 20 mm wird U und I aufgenommen. Zeitintervall dt = 100 ms → Berechnung dI(x)/dt bzw. dU(x)/dt).
Während einer Produktion (Lackierzyklus) können zudem die absoluten Werte von Ist-Strom I und Ist-Spannung U bei diesen "Masterpositionen" verglichen werden, um eventuell Abweichungen festzustellen. Beispielsweise kann bei zu großen Abweichungen (hin zu niedrigeren Spannungswerten) der Ist-Strom- und Spannungswerte eine Zerstäuberzwangsreinigung erkannt bzw. eingeleitet werden.
Ausführungsvariante 2: Da die Spannung nicht linear vom Abstand abhängt und zudem die Geometrie des Objektes und die Stellung des Elektrodenringes zum Objekt mit eingeht, kann eine theoretische Näherungskurve mit Parametern hinterlegt werden. Diese Parameter können dann für das jeweilige Objekt individuell softwaretechnisch angepasst werden. Für jedes abgeänderte zu lackierende Objekt (z.B. Tür, Motorhaube, etc.) kann eine andere Näherungskurve mit entsprechenden Parametern hinterlegt werden bzw. einmalig neu erstellt werden. Die Anpassung der theoretischen Näherungskurve an die Realität geschieht z.B. einmalig durch die Messung von U und I bei verschiedenen definierten Abständen x vom zu lackierenden Objekt (siehe Ausführungsvariante 1).
Die Ausführungsvarianten 1 und 2 können für eine redundante Positionsüberwachung kombiniert werden, aber auch jede für sich angewandt werden.
Die Bestimmung der Position eines zu lackierenden Objektes kann über eine definierte Bewegung des Zerstäubers (Elektrodenringes) in Richtung des Objektes (z.B. Tür oder Motorhaube etc.) erfolgen. Mit der Berechnung der Werte dU/dt bzw. dI/dt ist durch den Vergleich mit den Masterpositionen x die Aussage möglich, ob das zu lackierende Objekt innerhalb eines Toleranzbereichs richtig positioniert ist oder nicht.
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.