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Die Erfindung betrifft einen Hochrotationszerstäuber zur Aufbringung von Beschichtungen, insbesondere von Lackierungen, auf Werkstücke mit
- a) einem Gehäuse
- b) mindestens einem in dem Gehäuse angeordneten Turbinenrad, das in entgegengesetzten Drehrichtungen antreibbar ist;
- c) einer von dem Turbinenrad in Rotation versetzbaren Glocke;
- d) mindestens einem in dem Gehäuse verlaufenden Luftkanal, über den Antriebs-Druckluft dem Turbinenrad zuführbar ist;
- e) mindestens einem in dem Gehäuse verlaufenden Luftkanal, über den Brems-Druckluft dem Turbinenrad zuführbar ist.
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Ein Hochrotationszerstäuber dieser Art ist in der
DE 44 25 229 A1 beschrieben. Der Grund für die Antreibbarkeit der Glocke des Hochrotationszerstäubers in unterschiedlichen Drehrichtungen wird in dieser Druckschrift in Folgendem gesehen: Bei üblichen Anlagen, bei denen das Werkstück durch eine Fördereinrichtung durch eine Lackierkabine befördert und dabei von beiden Seiten lackiert wird, ergeben sich unterschiedliche Lackverbräuche auf gegenüberliegenden Seitenflächen des Werkstückes, wenn auf den gegenüberliegenden Seiten identisch gebaute Hochrotationszerstäuber eingesetzt werden. Dies wird darauf zurückgeführt, dass die Relativbewegungsverhältnisse zwischen Werkstückoberfläche und den Glocken der gegenüberliegenden Hochrotationszerstäuber wegen der Eigenbewegung des Werkstückes unterschiedlich sind. Die
DE 44 25 229 A1 versucht, die Lackverbräuche auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstückes einander anzugleichen, indem die Glocken von auf beiden Seiten des Werkstückes angeordneten Hochrotationszerstäubern ”gleichläufig” gedreht werden. Zu diesem Zweck wird unter anderem vorgeschlagen, dass das Turbinenrad auf zwei unterschiedliche Weisen mit Antriebs- bzw. Bremsluft angeströmt werden kann, so dass die Drehrichtung umkehrbar ist. Die Flügel bzw. Schaufeln des Turbinenrades werden hierzu strömungstechnisch ”neutral” ausgebildet, so dass sie von unterschiedlichen Richtungen aus angeblasen werden können. Dies hat jedoch einen erheblichen Wirkungsgrad-Verlust zur Folge.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hochrotationszerstäuber der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass der Wirkungsgrad erhöht ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
- f) das Turbinenrad mit Flügeln ausgebildet ist, die strömungstechnisch für eine Drehrichtung optimiert sind, und so ausgebildet ist, dass es in zwei Positionen montierbar ist, in denen die Flügel die für unterschiedliche Drehrichtungen richtige Orientierung haben;
oder
- g) zwei drehfest miteinander verbundenen Turbinenräder vorgesehen sind, deren Flügel für entgegengesetzte Drehrichtungen optimiert sind, wobei zwischen den Lufträumen, in denen sich die beiden Turbinenräder drehen, eine Luftraum-Trennungseinrichtung vorgesehen ist.
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Der entscheidende Schritt, den die vorliegende Erfindung gegenüber dem Stand der Technik macht, ist also der, dass die Flügel des Turbinenrades strömungstechnisch für eine Drehrichtung optimiert werden, wie dies an und für sich bei herkömmlichen Hochrotationszerstäubern, bei denen die Drehrichtung nicht umdrehbar ist, bekannt ist. Diese strömungstechnische Optimierung der Flügel gelingt aber bei Hochrotationszerstäubern, deren Turbinenrad in entgegengesetzte Richtungen verdrehbar sein soll, nicht ohne Weiteres. Hier müssen innere Strömungswege vorgesehen werden, über welche das Turbinenrad entweder in der einen oder in der anderen Drehrichtung mit Antriebs- bzw. Bremsluft beaufschlagt werden kann.
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Bei einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird dasselbe Turbinenrad für beide Drehrichtungen verwendet. Dies ist mit bekannten Turbinenrädern nicht möglich, da diese nur in einer einzigen Orientierung im Hochrotationszerstäuber montierbar sind. Das erfindungsgemäße Turbinenrad dagegen ist ”auf Umschlag” montierbar, so dass es wahlweise mit der einen Seitenfläche in eine bestimmte Richtung oder mit der anderen Seitenfläche in diese Richtung weisen und so montiert werden kann. Die Drehrichtung eines solchen Hochrotationszerstäubers kann also dadurch geändert werden, dass das Turbinenrad ”gewendet” wird, wodurch die strömungstechnisch optimierten Flügel für die andere Drehrichtung die geeignete Orientierung erhalten.
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Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden zwei gewissermaßen ”parallel” geschaltete Turbinenräder vorgesehen, von denen das eine Flügel trägt, die für die eine Drehrichtung strömungstechnisch optimiert sind, und das andere Flügel, die für die andere Drehrichtung strömungstechnisch optimiert sind. Dabei wird durch eine spezielle Luftraum-Trenneinrichtung dafür gesorgt, dass immer nur eines der beiden Turbinenräder mit Luft beaufschlagt wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung nach Merkmal f) verlaufen die dem Turbinenrad benachbarten Abschnitte der Luftkanäle in einem Einsatz, der in zwei unterschiedlichen Positionen montierbar ist, wobei in der einen Position die Luftkanäle so ausgerichtet sind, dass das Turbinenrad in einer ersten Drehrichtung antreibbar ist, und in der zweiten Position die Luftkanäle so ausgerichtet sind, dass das Turbinenrad in einer zweiten Drehrichtung antreibbar ist. Die Umstellung eines derartigen Hochrotationszerstäubers von der einen Drehrichtung auf die andere Drehrichtung setzt also nicht nur das ”Umsetzen” des Turbinenrades sondern auch das Umsetzen dieses Einsatzes voraus, damit das Turbinenrad in der richtigen Weise angeströmt werden kann.
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Alternativ kann ein erster Luftkanal für Antriebsluft und ein erster Luftkanal für Bremsluft vorgesehen sein, die so ausgebildet sind, dass das Turbinenrad in einer ersten Drehrichtung antreibbar ist; wobei ein zweiter Luftkanal für Antriebsluft und ein zweiter Luftkanal für Bremsluft vorgesehen sind, die so ausgerichtet sind, dass das Turbinenrad in einer zweiten Drehrichtung antreibbar ist, und Schaltventile vorgesehen sind, mit denen die Antriebsluft und die Bremsluft wahlweise auf den ersten oder zweiten zugehörigen Luftkanal geleitet werden kann.
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Bei dieser Ausgestaltung genügt zur Umstellung der Drehrichtung des Hochrotationszerstäubers das ”Umsetzen” des Turbinenrades und die Umstellung der entsprechenden Schaltventile.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung nach Merkmal g) des Anspruches 1 ist es günstig, wenn
- a) ein erster Luftkanal für Antriebsluft und ein erster Luftkanal für Bremsluft vorgesehen sind, über welche das erste der beiden Turbinenräder mit Druckluft beaufschlagbar ist;
- b) ein zweiter Luftkanal für Antriebsluft und ein zweiter Luftkanal für Bremsluft vorgesehen sind, über welche das zweite der beiden Turbinenräder mit Druckluft beaufschlagbar ist;
- c) Schaltventile vorgesehen sind, mit denen die Antriebsluft und die Bremsluft wahlweise dem einen der beiden Turbinenräder oder dem anderen der beiden Turbinenräder zuführbar ist.
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Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass keinerlei Montagevorgänge an dem Hochrotationszerstäuber zur Umstellung der Drehrichtung erforderlich sind. Es genügt das einfache Umstellen der Schaltventile, was in sehr kurzer Zeit geschehen kann.
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Die Ausgestaltung der Erfindung nach Merkmal f lässt sich dadurch weiter vereinfachen, dass
- a) ein erster Luftkanal vorgesehen ist, der wahlweise mit Antriebsluft oder Bremsluft beaufschlagbar und so angeordnet ist, dass er bei Beschickung mit Antriebsluft das Turbinenrad in einer ersten Drehrichtung antreibt und bei Beschickung mit Bremsluft das sich in einer zweiten Drehrichtung drehende Turbinenrad abbremst;
- b) ein zweiter Luftkanal vorgesehen ist, der wahlweise mit Antriebsluft oder Bremsluft beaufschlagbar und so angeordnet ist, dass er bei Beschickung mit Antriebsluft das Turbinenrad in der zweiten Drehrichtung antreibt und bei Beschickung mit Bremsluft das sich in der ersten Drehrichtung drehende Turbinenrad abbremst;
- c) Schaltventile vorgesehen sind, mit denen in der ersten Drehrichtung des Turbinenrads dem ersten Luftkanal Antriebsluft und dem zweiten Luftkanal Bremsluft und in der zweiten Drehrichtung des Turbinenrades dem ersten Luftkanal Bremsluft und dem zweiten Luftkanal Antriebsluft zuführbar ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
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1 schematisch in Draufsicht die im vorliegenden Zusammenhang wichtigsten Komponenten einer Lackieranlage nach dem Stande der Technik;
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2 eine Draufsicht, ähnlich der 1 auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer Lackieranlage mit erfindungsgemäßen Hochrotationszerstäubern;
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3 eine Draufsicht, ähnlich der 2, auf eine Lackieranlage mit einem zweiten Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Hochrotationszzerstäuber;
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4 in größerem Maßstab und teilweise im Schnitt und mit schematischer pneumatischer Beschaltung einen Hochrotationszerstäuber, wie er in der Lackieranlage der 3 Verwendung findet;
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5 einen Schnitt, ähnlich der 4, durch ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Hochrotationszerstäubers.
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Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, welche den Stand der Technik darstellt und anhand derer die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Problematik erläutert werden soll. Dargestellt sind die Hauptkomponenten der Lackieranlage, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist. Selbstverständlich besitzt die Lackierkabine 1 über das Dargestellte hinaus all diejenigen Komponenten, die üblicher Weise vorhanden und zum Zwecke des Lackierens erforderlich sind, so beispielsweise ein Spritzkabinengehäuse, ein Belüftungssystem, eine Reinigungsanlage für die durch die Spritzkabine geführte Luft usw.
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Dargestellt in 1 ist schematisch ein Fördersystem 2, mit welchem der zu lackierende Gegenstand 3, im angenommenen Beispiel eine Fahrzeugkarosserie, durch die Spritzkabine befördert wird, während sie lackiert wird. Die Förderrichtung ist dabei durch einen Pfeil 4 angedeutet.
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Die Lackierung geschieht mit Hilfe zweier Hochrotationszerstäuber 6, die auf den gegenüberliegenden Seiten des Fördersystems 2 und damit der Fahrzeugkarosserie 3 angeordnet sind und jeweils mit ihren Glocken 8 nach innen gerichtet sind. Die Glocken 8 werden jeweils von einem zugeordneten Turbinenrad 10 angetrieben, das über einen ersten Luftkanal 12 im Gehäuse 30 des Hochrotationszerstäubers 6 mit Antriebsluft und über einen zweiten Luftkanal 14 mit Bremsluft beaufschlagt werden kann. Die Luftkanäle 12, 14 stehen über Ventile, die von einer Steuerung in bekannter Weise betätigt werden, mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle in Verbindung.
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Die Turbinenräder 10 besitzen jeweils Flügel 16, die in aerodynamisch günstiger Weise so geformt sind, dass sie bei einer Anströmung über die Luftkanäle 12 mit optimalem Wirkungsgrad in Drehung versetzt werden können.
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Die beiden Hochrotationszerstäuber 6 sind bei Lackieranlagen bei dem Stande der Technik regelmäßig identisch aufgebaut. Dies hat zur Folge, dass die Rotationsrichtungen der Turbinenräder 10 und damit auch der Glocken 8 auf beiden Seiten der Fahrzeugkarosserie 3 entgegengesetzt sind. Betrachtet man nun die Kurve eines Lackpartikelchens, welches sich am obersten Punkt der in 1 linken Glocke 8 löst, wie sie durch das Bezugszeichen 17 gekennzeichnet ist, so erkennt man, dass das fragliche Lackpartikelchen sich zunächst auf die Fahrzeugkarosserie 3 zubewegt und so dann eine Bewegungsrichtungskomponente erhält, die parallel zur Förderrichtung 4 ist. Dies bedeutet, dass die Relativgeschwindigkeit, mit der dieses Lackpartikelchen auf der Oberfläche der Fahrzeugkarosserie 3 auftritt, die Differenz der Geschwindigkeit des Fördersystemes 2 und der parallel hierzu gerichteten Geschwindigkeitskomponente des Lackpartikelchens ist.
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Auf der gegenüberliegenden Seite der Fahrzeugkarosserie 3, also in 1 rechts, durchläuft ein Lackpartikelchen, welches sich von der obersten Stelle der Glocke 8 löst, eine gegenläufige Bewegungskurve, bei der sich das Lackpartikelchen nach einer anfänglichen Bewegung auf die Fahrzeugkarosserie 3 zu zunehmend auch in einer Richtung bewegt, die der Bewegungsrichtung 4 des Fördersystems 2 entgegengesetzt ist. Dies ist durch die Bewegungskurve 18 angedeutet. Die Relativgeschwindigkeit, mit welcher das entsprechende Lackpartikelchen auf die Oberfläche der Fahrzeugkarosserie 3 auftrifft, setzt sich, also additiv aus der Geschwindigkeit des Fördersystemes 2 und der parallel hierzu gerichteten Geschwindigkeitskomponente des Lackpartikelchens zusammen.
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Folge der geschilderten Verhältnisse ist, dass das Lackierbild auf gegenüberliegenden Seiten der Fahrzeugkarosserie 3 nicht identisch ist, was bei sehr hohen Anforderungen an die Qualität der Lackoberfläche unerwünscht ist.
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In 2 ist nun ein Beispiel einer Lackieranlage dargestellt, mit der die geschilderte Problematik vermieden werden kann. Teile in 2, die solchen des Ausführungsbeispieles der 1 entsprechen, sind mit demselben Bezugszeichen zuzüglich 100 gekennzeichnet.
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In 2 sind wieder eine zu lackierende Fahrzeugkarosserie 103, ein diese Fahrzeugkarosserie 103 in Richtung des Pfeils 104 transportierendes Fördersystem 102 und zwei Hochrotationszerstäuber 106 dargestellt. Den Hochrotationszerstäubern 106 ist jeweils eine Glocke 108 und ein Turbinenrad 110 zugeordnet.
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Der Hochrotationszerstäuber 106, der in 2 auf der linken Seite der Fahrzeugkarosserie 103 angeordnet ist, ist in derselben Weise aufgebaut wie die Hochrotationszerstäuber 6 im Ausführungsbeispiel der 1. Daher stimmt auch die Bewegungskurve 117 eines Lackpartikelchens, welches sich an der obersten Stelle von der entsprechenden Glocke 108 löst, identisch wie in 1.
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Bei dem Hochrotationszerstäuber 106 der 2, der auf der rechten Seite von der Fahrzeugkarosserie 103 angeordnet ist, wurde jedoch eine Änderung vorgenommen: Das Turbinenrad 110 wurde um 180° gewendet, wie dies an der Richtung der pfeilartigen Flügel 116 zu erkennen ist, die nunmehr entgegengesetzt zu den Flügeln 16 in 1 ausgerichtet sind. Außerdem wurde ein Einsatz 119, der zwischen dem Turbinenrad 110 und den gehäuseseitigen Luftkanälen des Hochrotationszerstäubers 106 liegt, um 180° verdreht, so dass die Positionen des Luftkanales 112, welcher die Antriebsluft führt, und des Luftkanales 114, welches die Bremsluft führt, gegenüber dem Hochrotationszerstäuber 106 auf der linken Seite getauscht wurden. Dies hat zur Folge, dass das Turbinenrad 110 des rechten Hochrotationszerstäubers 106 sich nunmehr in der entgegengesetzten Richtung wie beim Ausführungsbeispiel der 1, damit aber in der gleichen Richtung wie das Turbinenrad 110 auf der linken Seite der 2 dreht. Als Folge ergeben sich Bewegungsbahnen 117, 118 für die Lackpartikelchen, die sich von der obersten Stelle der Glocken 108 lösen, die bezüglich einer Mittelebene zwischen den Hochrotationszerstäubern 106 symmetrisch sind. Es ist ersichtlich, dass in diesem Falle auf gegenüberliegenden Seiten der Fahrzeugkarosserie 103 ein identisches Sprühbild erzeugt wird, was zu einer hohen Anforderungen genügenden Verbesserung der Qualität der Lackoberfläche führt.
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Die oben geschilderte Funktionsweise setzt selbstverständlich voraus, dass die Luftkanäle 112, 114 im Einsatz 119 in beiden Postionen des Einsatzes 119 am vom Turbinenrad 110 abgewandten Ende mit dem entsprechenden Abschnitt des im Gehäuse 130 weiterführenden Luftkanals kommuniziert.
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Das geschilderte Umsetzen des Turbinenrads 110 zur Drehrichtungsumkehr setzt voraus, dass es auf gegenüberliegenden Seitenflächen dieselben Befestigungselemente aufweist, so dass es bei Bedarf ”auf Umschlag um 180°” im Hochrotationszerstäuber 106 montiert werden kann.
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In 3 ist eine geringfügige Modifikation der Lackieranlage der 2 gezeigt. Entsprechende Teile sind wieder mit demselben Bezugszeichen, jedoch erneut um 100 erhöht, gekennzeichnet. Der einzige Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen der 3 und 2 liegt darin, dass der Einsatz 219 jeweils zwei symmetrisch angeordnete Luftkanäle 212', 212'' für die Antriebsluft und zwei symmetrisch angeordnete Luftkanäle 214', 214'' für die Bremsluft besitzt. Wie insbesondere der 4 zu entnehmen ist, die eine durch ein pneumatisches Schaltschema ergänzte Vergrößerung aus 3 darstellt, wird mit Hilfe von Schaltventilen 220, 221 bestimmt, welcher der beiden Kanäle 212', 212'' mit Antriebsluft und welcher der beiden Kanäle 214', 214'' mit Bremsluft versorgt wird. Beim Ausführungsbeispiel der 4 muss der Einsatz 219 zur Umkehr der Drehrichtung des Turbinenrades 210 nicht ummontiert werden. Die Luftkanäle 211, 212, 213, 214 könnten also auch direkt im Gehäuse des Hochrotationszerstäubers 206 ausgebildet sein. Selbstverständlich muss aber auch beim Ausführungsbeispiel der 4 das Turbinenrad 210 um 180° gewendet werden, wenn die Drehrichtung umgekehrt werden soll.
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Das Ausführungsbeispiel der 3 kann dadurch modifiziert werden, dass in dem Einsatz 219 nur zwei Luftkanäle, z. B. die beiden Luftkanäle 212', 212'', vorgesehen sind. In einer Drehrichtung des Turbinenrades 210 dient dann der eine dieser beiden Lufkanäle, z. B. der Luftkanal 212', der Zufuhr von Antriebsluft und der andere der beiden Luftkanäle, im Beispiel der Luftkanal 212'', der Zufuhr von Bremsluft. In der enetgegengestzten Drehrichtung des Turbinenrades 210 tauschen die beiden Luftkanäle 212' und 212' ihr Funktion, was entsprechende Schaltventile für die Luftführung voraussetzt.
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In 5 schließlich ist in einer Ansicht, die derjenigen der 4 ähnelt, ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hochrotationszerstäubers dargestellt. Wieder sind entsprechende Teile der 5 mit denselben Bezugszeichen wie in 4, jedoch erneut um 100 erhöht, dargestellt.
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Der Hochrotationszerstäuber 306 weist anders als die Hochrotationszerstäuber 106 der 3 und 206 der 4 zwei Turbinenräder 310' und 310'' auf. Die beiden Turbinenräder 310' und 310'' weisen Flügel 316', 316'' auf, die in entgegengesetzte Richtungen weisen, also für unterschiedliche Drehrichtungen optimiert sind. Beide Turbinenräder 310' und 310'' sitzen auf einer gemeinsamen Achse mit der Glocke 308 und sind auf diese Weise mit dieser und untereinander drehschlüssig verbunden. Zwischen den Lufträumen, in denen sich die beiden Turbinenräder 310', 310'' bewegen, ist eine Luftraum-Trennungseinrichtung 322 vorgesehen, welche in 5 nur sehr schematisch als Doppellinie dargestellt ist.
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Das in 5 linke Turbinenrad 310' kann über einen Luftkanal 312' mit Antriebsluft und einen Luftkanal 314' mit Bremsluft versorgt werden, während das in 5 rechte Turbinenrad 310'' über einen Luftkanal 312'' mit Antriebsluft und einen Luftkanal 314'' mit Bremsluft versorgt werden kann. Wie 5 deutlich macht, sind die einander entsprechenden, dieselben Funktion besitzenden Luftkanäle 312', 312'' und 314', 314'' unterschiedlich angeordnet und ausgerichtet, so dass die jeweils zugeordneten Turbinenräder 310' bzw. 310'' in unterschiedliche Drehrichtungen verdreht werden können.
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Welches der beiden Turbinenräder 310' bzw. 310'' jeweils in Funktion tritt, wird mit Hilfe der beiden Schaltventile 320, 321 bestimmt. Die Drehrichtung des Hochrotationszerstäubers 306 der 5 kann also durch bloßes Umstellen der Schaltventile 320, 321 geändert werden, ohne dass es irgendwelcher Montagevorgänge im Inneren bedürfte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4425229 A1 [0002, 0002]
