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QUERVERWEIS ZU VERWANDTER ANMELDUNG
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Die Anmeldung beansprucht unter 35 U.S.C §119(a) Priorität der
koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer 10-2014-0025199 , welche am 3. März 2014 beim koreanischen Patentamt eingereicht wurde, wobei deren gesamter Inhalt hierin unter Bezugnahme umfasst ist.
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HINTERGRUND
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(a) Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Formberechnungsverfahren eines Sprühkopfes zum Lackieren, welcher gleichförmig Lack auf die Oberfläche eines Fahrzeugkörpers sprüht und gleichförmig eine lackierte Fläche ausbildet, um die ästhetischen Eigenschaften eines Fahrzeugkörpers bei gleichbleibender Strapazierfähigkeit zu verbessern.
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(b) Stand der Technik
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Eine Technologie zum Zerstäuben einer Flüssigkeit weist verschiedene Vorteile auf, wie beispielsweise, dass die Technologie einer Sprüheinrichtung, welche die Flüssigkeit als sehr kleine Partikel versprüht, in verschiedenen Bauteilen unterschiedlicher Industrien verwendet werden kann.
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Eine Zerstäubungstechnologie der Flüssigkeit wird in einem repräsentativen Beispiel als eine Haupttechnologie eines Kraftstoffeinspritzprozesses und eines Lackierprozesses verwendet. Verglichen mit anderen Technologien ist hier ein Rotationssprühverfahren dahingehend vorteilhaft, dass Kraftstoff durch Zentrifugalkräfte einer Rotationswelle versprüht wird, wodurch diese Einrichtung beständig ist, da die Einrichtung in geringerem Maße einem Einspritzdruck unterliegt, und eine einfache Systemstruktur aufweist, die eine Miniaturisierung erlaubt. Das Rotationskraftstoffeinspritzverfahren stellt die gleichen Vorteile im Fall des Lackierens bereit.
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Ein Zerstäuber bezieht sich auf eine Einrichtung, welche eine Flüssigkeit zerstäubt, um kreisförmig die zerstäubte Flüssigkeit in einem Sprühmuster zu versprühen, wobei dieser mit einer hohen Geschwindigkeit rotiert wird. Der Zerstäuber weist den Vorteil auf, dass dieser mit allen Lackiermaterialien betrieben werden kann und eine derartige Einrichtung für Umgebungen verwendet werden kann, welche Großformatlackierungen erfordern, wie eine durchgehende Fahrzeuglackierung, und kontinuierlich ausgeführt werden.
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In einem Einspritzverfahren wird flüssiger Lack der Mitte einer rotierenden Scheibe zugeführt, um durch die Zentrifugalkraft der Scheibe verteilt und versprüht zu werden. Genauer gesagt kann eine angestrebte Dicke eines flüssigen Films erzielt werden, indem eine Rotationsgeschwindigkeit und eine Flüssigkeitsflussrate gesteuert werden.
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Eine Zerstäuberglocke kann an der Rotationswelle in einer Kegel- oder Scheibenform mit einer Krümmung fixiert werden, wobei der Lack einer Rückfläche der Scheibe zugeführt wird und anschließend nach außerhalb der Scheibe als ein dünner Film durch die Zentrifugalkraft der Scheibe verteilt wird, welche mit hoher Geschwindigkeit rotiert.
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Dabei wird zum Zeitpunkt, bei dem die Flüssigkeit von der Scheibe abweicht, die Flüssigkeit an einer Kante der Scheibe durch komprimierte Luft einer Düse zerstäubt. Die Ausgestaltung der Sprühkopffläche bis die Flüssigkeit abgedüst wird, ist wesentlich für die Leistungsfähigkeit der Zerstäuberglocke.
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In Abhängigkeit der Ausgestaltung wird die Lackierqualität durch die Größe eines Flüssigkeitstropfens bestimmt, wobei die Größe und Gleichförmigkeit des Flüssigkeitstropfens von der Qualität eines dünnen Lackfilms abhängt, welcher auf der Oberfläche der Zerstäuberglocke durch die Zentrifugalkraft ausgebildet wird.
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Die Kante kann eine Planarform, eine einzelne Sägezahnform, oder eine Quer-Sägezahnform in Abhängigkeit einer Sprühkopfform aufweisen. Der Sprühkopf wird für verschiedene Lackierungen verwendet, weshalb verschiedene Modelle und abgewandelte Produkte erforderlich sind, um Anforderungen hinsichtlich der Leistung und Qualität zu erfüllen.
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Wichtige Elemente zum Bestimmen der erforderlichen Modelle oder abgewandelten Produkte sind ein Durchmesser des Sprühkopfs, ein Scheibenmaterial, eine Betriebsdrehzahl und ein Winkel der Sprühkopffläche.
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Die oberen Informationen, welche in diesem Hintergrundabschnitt offenbart werden, dienen lediglich der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können demnach Informationen enthalten, welche nicht Teil des Stands der Technik bilden, welcher in diesem Land einem Fachmann bereits bekannt ist.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Formberechnungsverfahren für einen Sprühkopf zum Lackieren bereit, welcher gleichförmig Lack auf die Oberfläche eines Fahrzeugkörpers sprüht und gleichförmig eine Lackierfläche in verbesserter Form ausbildet, um die ästhetischen Eigenschaften eines Fahrzeugkörpers bei Aufrechterhaltung der Dauerhaftigkeit zu verbessern.
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Eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Bestimmen einer Form eines Lackiersprühkopfes bereit, welcher flüssigen Lack in einer Radialrichtung während des Rotierens abgibt, welcher der Mitte zugeführt wird, umfassend: Eingeben einer Materialeigenschaft der abzugebenden Lackierflüssigkeit; Auswählen eines Startpunktes auf einer Vorderfläche des Lackiersprühkopfes, wo eine Kurve beginnt; Berechnen der Dicke eines Flüssigkeitsfilms, welcher von dem Lackiersprühkopf abgegeben wird, durch einen numerischen Eingabewert; Korrigieren des Startpunktes, wo die Kurve beginnt, in Abhängigkeit eines Differenzwertes zwischen der berechneten Dicke des Flüssigkeitsfilms und einer erforderlichen Dicke des Flüssigkeitsfilms; und Berechnen einer Kurvenform des Lackiersprühkopfes unter Verwendung des korrigierten Startpunkts.
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Das Verfahren kann ferner das Eingeben einer Drehgeschwindigkeit des Lackiersprühkopfs umfassen.
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Die Materialeigenschaft kann die Dichte und Viskosität umfassen.
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Das Verfahren kann ferner das Auswählen einer Abgabeflussrate der Lackierflüssigkeit umfassen.
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Der Startpunkt kann ein linearer Abstand sein, welcher in Richtung einer Kante von der Mitte des Lackiersprühkopfs gemessen wird.
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Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt einen Lackiersprühkopf bereit, welcher durch das Verfahren zum Berechnen einer Form eines Lackiersprühkopfs hergestellt wird; mit einer Lackierflüssigkeitszuführeinheit, welche Lackierflüssigkeit dem Sprühkopf zuführt; einer Druckluftzuführeinheit, welche komprimierte Luft dem Sprühkopf zuführt, um die Lackierflüssigkeit zusammen mit der komprimierten Luft abzugeben; und einer Bewegungseinheit, welche den Lackiersprühkopf entlang einer festlegten Trajektorie in einem festgelegten Raum bewegt.
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Ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium mit Programmbefehlen, die durch einen Prozessor in einer Steuerung ausgeführt werden, kann umfassen: Programmbefehle, welche eine Materialeigenschaft von abzugebender Lackierflüssigkeit eingeben; Programmbefehle, welche einen Startpunkt auf einer Vorderfläche eines Lackiersprühkopfs auswählen, wo eine Kurve beginnt; Programmbefehle, welche die Dicke eines Flüssigkeitsfilms durch einen numerischen Eingabewert berechnen, welcher von dem Lackiersprühkopf abgegeben wird; Programmbefehle, welche den Startpunkt, wo die Kurve beginnt, in Abhängigkeit eines Differenzwerts zwischen der berechneten Dicke des Flüssigkeitsfilms und einer erforderlichen Dicke des Flüssigkeitsfilms korrigieren; und Programmbefehle, welche eine Kurvenform des Lackiersprühkopfs unter Verwendung des korrigierten Starpunkts berechnen.
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Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Lack gleichförmig auf die Oberfläche eines Fahrzeugkörpers gesprüht und eine lackierte Fläche gleichförmig in einer verbesserten Form ausgebildet, um ästhetische Eigenschaften eines Fahrzeugkörpers bei Aufrechterhaltung einer verbesserten Beständigkeit zu verbessern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt eine Kraftbeziehung in einem Sprühkopfes zum Lackieren gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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2 stellt eine Flüssigkeitsanalyse einer Ausbildungshöhe eines Flüssigkeitsfilms in dem Sprühkopf gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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3(a) stellt eine Kraft, wenn es in dem Sprühkopf keine Kurve gibt, (b) die Kraft, wenn eine Kurve bei x0 = 1,5 cm, (c) ein Tangentenanstiegswinkel bei x0 = 1,5 cm, und (d) ein eigentliches Profil (1:1) bei x0 = 1,5 cm ausgebildet ist, gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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4 zeigt (a) eine Höhenverteilung eines Flüssigkeitsfilms auf eine Kurvenfläche bei 1,5 cm, (b) eine Höhenverteilung, wenn eine Flussrate einer nichtdimensionalen Geschwindigkeitsverteilung 440 cm3 und 25000 UPM beträgt, wenn die Flüssigkeit eine konstante Zentrifugalkraft auf der Oberfläche in dem Sprühkopf gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfährt.
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5 zeigt (a) bis (b) ein dünnes Filmdickendiagramm (1,0 bis 3,5 cm) in Abhängigkeit einer sich verändernden konstanten Kraft und (c) ein Diagramm eines Radius eines annäherungsweisen Kreises in Abhängigkeit einer konstanten Kraft (1,0 bis 2,0 cm) in dem Sprühkopf gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt einen Prozess zum Glätten einer Kurve in dem Sprühkopf gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt eine Kraft, welche für jeden Radius eines annäherungsweisen Kreises in dem Sprühkopf gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erneut berechnet wird, wobei (a) den Fall darstellt, wenn keine Kurve vorhanden ist, (b) wenn eine Kurve bei 1,0 cm, (c) wenn die Kurve bei 1,5 cm, und (d) wenn die Kurve bei 2,0 cm beginnt.
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8 zeigt (a) eine finale Durchschnittskraft (1 bis 2 cm), (b) eine finale Filmdicke, und (c) eine Filmdicke, wenn Wasser als die Flüssigkeit in dem Sprühkopf gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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9 ist eine Querschnittsansicht eines Sprühkopfs gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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10 ist eine Vorderansicht eines Lackiersprühkopfs gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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11 ist eine schematische Ausgestaltungsabbildung, die ein Lackiersystem mit einem Lackiersprühkopf gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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12 ist ein Flussdiagramm, welches eine Sequenz zum Herstellen eines Lackiersprühkopfs gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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13 ist ein schematisches Flussdiagramm, welches einen Prozess eines Programmes zum Herstellen eines Lackiersprühkopfs gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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14 zeigt einen Eingabebildschirm eines Programmes zum Herstellen eines Lackiersprühkopfs gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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15 zeigt ein Ausführergebnis eines Programmes zum Herstellen eines Lackiersprühkopfs gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden im Detail unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung ”fahrzeug” oder ”fahrzeugartig” oder ähnliche Bezeichnungen, die hier verwendet werden, sich auf Motorfahrzeuge im Allgemeinen, wie Personenautomobile, umfassend Sports Utility Vehicles (SUVs), Busse, Lastkraftwagen, verschiede kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge umfassend eine Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen bezieht, und Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, elektrische Plug-in Hybridfahrzeuge, wasserstoffangetriebene Fahrzeuge oder weitere Alternativ-Kraftstofffahrzeuge umfasst (beispielsweise Kraftstoffe, welche von anderen Quellen als Petroleum stammen). Im Rahmen dieser Offenbarung ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehr Energiequellen aufweist, beispielsweise ein benzin- und elektrisch-angetriebenes Fahrzeug.
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Die hier verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen und soll nicht beschränkend für die Erfindung sein. Die hier verwendeten Singularformen ”ein”, ”eine”, ”eines”, ”der”, ”die” und ”das” sollen ebenfalls die Mehrzahlformen umfassen, sofern sich aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes ergibt. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Bezeichnungen ”umfasst” und/oder ”umfassend” in dieser Beschreibung das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Anzahlen, Schritte, Handlungen, Elemente und/oder Komponenten angibt, jedoch nicht das Vorhandensein oder Ergänzen von einem oder mehreren weiteren Merkmalen, Anzahlen, Schritten, Handlungen, Elementen, Komponenten, und/oder Gruppen dieser ausschließt. Die hier verwendete Bezeichnung ”und/oder” umfasst jede und alle Kombinationen von einem oder mehreren der verknüpft aufgelisteten Elemente.
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Ferner kann die Steuerungslogik der vorliegenden Erfindung als nicht-flüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium verkörpert sein, welches ausführbare Programmbefehle aufweist, die durch einen Prozessor, eine Steuerung oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele des computerlesbaren Mediums umfassen ein ROM, ein RAM, CD-ROMs, magnetische Bänder, Disketten, Flash-Laufwerke, Smartkarten, und optische Datenspeichereinrichtungen. Das computerlesbare Medium kann ebenfalls in netzwerkgekoppelten Computersystemen verteilt werden, sodass die computerlesbaren Medien in einer verteilten Art und Weise, zum Beispiel durch einen telematischen Server oder ein Controller-Area-Network (CAN), gespeichert und ausgeführt werden.
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1 stellt die Kraftbeziehung in einem Sprühkopf zum Lackieren gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Zentripetalkraft in Richtung einer Kreismitte in Abhängigkeit eines Rotationsradius r, einer Rotationsgeschwindigkeit w und einer Masse m erzeugt, wenn ein Objekt rotiert.
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Die Zentripetalkraft ist eine Kraft, welche der Spannung entspricht, mit welcher ein Faden an der Mitte gezogen wird, um einen vorbestimmten Radius aufrechtzuhalten, wenn das Objekt an dem Faden angebracht ist. Darüber hinaus wird durch Rotation eine Kraft erzeugt, welche die Objektfederkraft darstellt, wobei diese Kraft Zentrifugalkraft genannt wird.
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Die Zentripetalkraft und die Zentrifugalkraft werden gleichzeitig erzeugt, wobei das Objekt mit einem vorbestimmten Radius rotiert wird, wenn die Zentripetalkraft und die Zentrifugalkraft gleich groß sind. In solch einem Fall kann die Kraft bestimmt werden gemäß
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Genauer gesagt wirkt lediglich die Zentrifugalkraft und das Objekt bewegt sich in eine Radialrichtung mit einer Beschleunigung, wenn kein Medium zum Halten des Objekts vorhanden ist.
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Dabei wird angenommen, dass eine vorbestimmte Kraft von einem Radium x0, dargestellt in 1., auf Basis einer gegebenen Bedingung (m = 0,1 kg, UPM = 25.000 Umdrehungen/min, x > 0 cm) angelegt wird, um die Fläche des Sprühkopfes auszugestalten.
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Die Fläche wird zu einer Kurve von x0 an verändert, um die vorbestimmte Kraft von dem ausgewiesenen Radius x0 an anzulegen. Dabei wird die Komponente der Tangentialkraft für die gesamte Kurve als die vorbestimmte Kraft angenommen, wodurch die Tangentialkraft zu F0 festgelegt wird, wenn die Kraft am Radius x0 F0 beträgt.
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Darüber hinaus kann ein Kurventangentenwinkel a am Punkt x basierend auf einer Horizontalität durch die Beziehung zwischen F0 Fx erlangt werden, wenn die Radialkraft für x über dem Radius x0 basierend auf einer horizontalen Fläche F0 beträgt.
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Mit der Beziehung einer inkrementellen Anstiegshöhe dy für einen inkrementellen Abstand dx in Bezug auf x, welcher ein Gesamtradius ist, können unter Verwendung des Kurventangentenwinkels zwei Flächenfunktionen, die unterhalb dargestellt sind erlangt werden.
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Dabei muss ein Partikel außerhalb des Ursprungs angeordnet sein, um eine Zentrifugalkraft zu erfahren, das heißt, genauer gesagt muss x0 > 0 vorliegen. Zusammenfassend bewegt sich in dem Fall des Partikelflusses, der den zwei Flächenfunktionen folgt, der Partikel entlang der Fläche, während dieser die gleiche Kraft wie die Kraft an dem Punkt erfährt, wo die Kurve beginnt, und wird beschleunigt.
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2 zeigt eine Flüssigkeitsanalyse einer Ausbildungshöhe eines Flüssigkeitsfilms in dem Sprühkopf gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 2 kann, wenn angenommen wird, dass der Lack in Form eines dünnen Filmes entlang der Fläche des Sprühkopfes durch die Zentrifugalkraft versprüht wird, ein Querschnitt der Strömung als eine Couette-Strömung mit einer freien Grenzfläche, wie in 2 gezeigt, beschrieben werden, wobei beschrieben werden kann, dass der Lack eine vorbestimmte Beschleunigung aufweist, indem dieser einer vorbestimmten Kraft auf der Kurve unterliegt.
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Da eine Geschwindigkeitskomponente der Strömung lediglich in einer X-Richtung (u-Komponente) vorhanden ist, beträgt der Term δu / δx = 0 in der Kontinuitätsgleichung, wobei u = u(y), wenn die Strömung als eine Normalströmung betrachtet wird. Genauer gesagt gibt es keine Beschleunigung von v und y und eine Beschleunigung von w und z, weshalb es im Ergebnis keine Druckveränderung in einer y-z Ebene gibt, wenn eine Navier-Stockes-Gleichung verwendet wird.
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Da der Druck auf einer Filmoberfläche bei y = h atmosphärischen Druck entspricht und der Druck des gesamten Films ebenfalls atmosphärischen Druck entspricht (Atmosphärenüberdruck von 0), beträgt eine X-Richtung Beschleunigung
Wenn y integriert wird und der Luftwiderstand bei y = h vernachlässigt wird, beträgt die Scherspannung auf der Filmoberfläche
τyx = μ( δu / δy) , wodurch im Ergebnis eine Integralkonstante zu
C1 = ρah / μ bestimmt werden kann.
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Indem y erneut integriert wird und C
1 substituiert wird, ergibt sich eine Geschwindigkeitsverteilung zu
u = – ρa / 2uy2 + ρah / uy , da u = 0, wenn y = 0. Wenn die Geschwindigkeitsverteilung bis h integriert wird und eine Breite b berechnet wird, wird eine Gesamtflussrate berechnet zu
wodurch die Dicke des dünnen Films berechnet wird zu
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Hier stellt h die Dicke des Flüssigkeitsfilms, q eine Flussrate (cm
3) und μ (N·s/M
2) und ρ (km/m
2) eine Materialeigenschaft der Lackflüssigkeit
dar, wobei darüber hinaus, bezugnehmend auf
1, b = 2πx und b sich gemäß x erhöht.
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Dementsprechend beträgt eine durchschnittliche Flussrate q Vhb, wobei hier eine durchschnittliche Geschwindigkeit
beträgt. Eine nichtdimensionale Gleichung für die Geschwindigkeitsverteilung beträgt
wobei ein nichtdimensionaler Koeffizient
ist.
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3 zeigt (a) eine Kraft, wenn in dem Sprühkopf keine Kurve vorliegt, (b) eine Kraft, wenn eine Kurve bei x0 = 1,5 cm beginnt, (c) einen Tangentenanstiegswinkel bei x0 = 1,5 cm und (d) ein eigentliches Profil (1:1) bei x0 = 1,5 cm gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Modellierung der Oberfläche durch eine dynamische Analyse ist durch eine detaillierte Abbildung gezeigt. Ein Material, welches für die Analyse verwendet wird, ist SAE 30-Öl, welches als Fahrzeugschmieröl verwendet wird, wobei eine Rotationsgeschwindigkeit oder eine Flussrate gemäß tabellierten Werten festgelegt sind.
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In dem Fall, bei dem sich ein Rotationsradius von einem Ursprungspunkt erhöht, wenn der Lack mit konstanten 25.000 UPM rotiert, kann festgestellt werden, dass sich die Zentrifugalkraft proportional durch 3(a) erhöht. Wenn die Oberfläche die Ebene ist, ist das Diagramm in 3(a) gezeigt, wobei, wenn die Kurve zusätzlich hinzugefügt wird, um eine vorbestimmte Kraft zu erzielen, eine Form, welche die vorbestimmte Kraft an einem spezifischen Punkt (1,5 cm) aufrechterhält, in der Abbildung 3(b) gezeigt ist.
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Die Kraft erhöht sich proportional mit einem Radius von dem Ursprungspunkt zu dem spezifischen Punkt, wobei die Kraft einen vorbestimmten Aspekt über dem spezifischen Punkt zeigt. Um die Kraft konstant zu halten, wird die Oberfläche gekrümmt, wobei ein Winkel, welcher durch die Tangente der Kurve und die Ebene ausgebildet wird, über dem spezifischen Punkt, wie in 3(c), auftritt.
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Wenn die Kurve an einem Ausgangsabschnitt beginnt, erhöht sich der Winkel rapide, wobei mit sich vergrößerndem Radius kein plötzlicher Wechsel auftritt, sondern der Winkel mit der Oberfläche groß bleibt. In 3(b) wird die konstante Kraft erzielt, wobei der Winkel der Oberfläche zur Aufrechterhaltung der konstanten Kraft in 3(c) gezeigt ist.
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Die Oberfläche wird wie in 3(d) abgebildet durch den Winkel der Fläche ausgebildet, wobei eine flache Platte bis zu dem spezifischen Punkt vorgesehen ist und anschließend eine Kurve mit einer kleinen Krümmung und mit sich vergrößerndem Radius eine Kurve mit einer größeren Krümmung ausgebildet wird.
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Dementsprechend kann die Flüssigkeit, welche entlang der Oberfläche auf der gleichen Fläche fließt, wie in der gezeigt, derart fließen, dass diese eine konstante Kraft bis zum Ende der Kurve von dem spezifischen Punkt an erfährt.
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4 zeigt eine Höhenverteilung eines Flüssigkeitsfilms auf einer Kurvenfläche bei 1,5 cm, (b) eine Höhenverteilung, wobei eine Flussrate einer nichtdimensionalen Geschwindigkeitsverteilung 440 cm3 und 25.000 UPM beträgt, wenn die Flüssigkeit eine konstante Zentrifugalkraft auf der Oberfläche in dem Sprühkopf gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegende Erfindung erfährt.
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Die Strömung auf der Oberfläche, welche gemäß einem Ergebnis der dynamischen Analyse bestimmt wird, wird als Couette-Strömung der 2(b) beschrieben, welche entlang der Kurve fließt, während diese die konstante Kraft durch die Flüssigkeitsanalyse erfährt, wobei die Geschwindigkeitsbeschreibung der Materie in 4(a) gemäß der nichtdimensionalen Gleichung gezeigt ist.
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In Höhe der Oberfläche und einer benachbarten Höhe wird eine Geschwindigkeit aufgrund der Oberflächenreibung, welche durch die Viskosität des Materials hervorgerufen wird, als gering gezeigt. Im Gegenteil beeinflusst die Reibung einen Flüssigkeitsfilm bei der Maximalhöhe der Strömung kaum, wodurch diese Geschwindigkeit hier die höchste ist. Die Materie fließt zur Kante der Oberfläche in einer derartigen Geschwindigkeitsverteilung und haftet an dem zu lackierenden Material an, wobei die Qualität der Lackierung von einem Partikelzerstäubungsgrad an diesem Ende abhängt.
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In 2 muss die Flussrate, welche pro zylindrischen Querschnitt senkrecht zu der Oberfläche fließt, konstant gehalten werden, obwohl der Radius sich erhöht. Der Radius wird für die Strömung mit der konstanten Flussrate erhöht, wobei die Höhe eines Zylinders verringert werden muss. 4(b) zeigt die Dicke des Flüssigkeitsfilms entsprechend der Höhe des Zylinders von dem spezifischen Punkt zu dem Ende des Radius und eine Verteilung, bei welcher die Dicke des Flüssigkeitsfilms verringert wird und diese am geringsten am Ende ist (x = 3,5 cm).
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5 zeigt (a)–(b) ein dünnes Filmdickendiagramm (1,0 bis 3,5 cm) basierend auf einer Veränderung einer konstanten Kraft und (c) ein Diagramm eines Radius (1,0 bis 2,0 cm) eines annäherungsweisen Kreises basierend auf einer konstanten Kraft in dem Sprühkopf gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Der Flüssigkeitsfilm muss eine konstante Dicke oder weniger aufweisen, um die angestrebte Lackierqualität zu erzielen. Eine angestrebte Flüssigkeitsfilmhöhe basiert auf einer konstant applizierten Kraft.
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Mit anderen Worten ist die konstant applizierte Kraft für jeden spezifischen Punkt, der von dem Ursprungspunkt getrennt ist, verschieden, wobei das Ende die Dicke des finalen Flüssigkeitsfilms am Ende bestimmt, während die Flüssigkeitsfilmdicke sich graduell gemäß der Kraft verringert, wie in 4(b) gezeigt.
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In 5(a)–(b) ist ein Wert gezeigt, welcher darlegt, wie groß die konstante Kraft ist, die erforderlich ist, um schlussendlich die angestrebte Flüssigkeitsfilmdicke zu erzielen. Hier wird die Beschreibung durch die Kurve getätigt, welche in 3(d) gezeigt ist, indem eine Flächenkurve verwendet wird, um die konstante Kraft zu erzielen.
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In der Ausgestaltung wird eine theoretische Gleichung zum Applizieren der konstanten Kraft an dem spezifischen Punkt verwendet, wobei eine Menge von Problemen in der Implementierung einer komplizierten Gleichung, wie der Oberflächenkurve, auftreten, wenn eine eigentliche technisch designte Gleichung in der Zeichnung vorbereitet wird, und die Kurve mit einer NC-Maschine verarbeitet wird. Dementsprechend wird die Kurve zu einem Kreis mit einem konstanten Radius vereinfacht, um verarbeitet zu werden.
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Ein Verfahren zum Vereinfachen der Kurve wird durch ein Verfahren zum Zeichnen eines Kreises, bei dem Radien von 3 verschiedenen Punkten zur Mitte die gleichen sind, ausgeführt, indem drei verschiedene Punkte des Kreises festgelegt werden, indem ein Querschnitt der Oberfläche der Scheibe zweidimensional ausgeformt wird. Erstens ist ein x Wert eines ersten Punktes ein Punkt, wo die Kurve von dem Ursprungspunkt getrennt ist und beginnt, wobei ein y Wert 0 ist.
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Ein x Wert eines zweiten Punktes ist ein Endpunkt, welcher einen maximalen Radius aufweist, wobei ein y Wert ein Wert ist, welcher einem Endpunkt in der Flächenkurve entspricht. Als letztes ist ein x Wert eines dritten Punktes ein Zwischenwert eines ersten x Wertes und eines zweiten x Wertes, und ein y Wert ein Wert, welcher durch Einsetzen des Zwischen-x Wertes in den Flächenkurve erlangt wird.
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Ein Flächenradius in der nähe der Flächenkurve ist in 5(c) in Abhängigkeit von jeder konstanten Kraft in einem Intervall mit einem Radius von 1,0 bis 2,0 cm dargestellt. Dementsprechend kann die Größe der Kraft, welche erforderlich ist, um die angestrebte Dicke des Flüssigkeitsfilms zu berechnen, durch 5(a)–(b) berechnet werden, wobei ein Radius der Krümmung, welchen die Kraft erfordert, durch 5(c) erlangt werden kann.
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6 zeigt einen Prozess zum Glätten der Kurve in dem Sprühkopf gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wenn die Kurve zu einem Kreis verändert wird, sind die Ebene und die Kurve nicht glatt um den spezifischen Punkt miteinander verbunden, sondern die Fläche ist abrupt, wie bei Punkt #1 von 6, gebogen.
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In solch einem Fall kann ein Phänomen auftreten, bei welchem Material während des Fließens signifikant getroffen werden kann. Um solch ein Phänomen zu unterdrücken, wird eine kreisförmige Kurve (schwarz) virtuell weiter ausgedehnt, wobei ein unterster Abschnitt eines ausgedehnten Kreises dazu gebracht wird, von dem spezifischen Punkt (Punkt #1) zu beginnen, um glatt mit der Ebene verbunden zu werden.
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Wenn solch eine Fläche erhalten wird, weicht die Kurve von der Verteilung der Kraft von 3(B) ab, während die Kure geringer als ein Flächenprofil von 3(D) und die Flüssigkeitsfilmdicke ebenfalls verschieden ist.
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7 zeigt erneut die Kraft, welche für jeden Radius eines annäherungsweisen Kreises in dem Sprühkopf gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnet wurde, wobei, (a) diesen darstellt, wenn keine Kurve vorliegt, (b) wenn eine Kurve bei 1,0 cm beginnt, (c) wenn die Kurve bei 1,5 cm beginnt und (d) wenn die Kurve bei 2,0 cm beginnt.
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Eine Verteilung der Kraft für jeden Radius der Kurve unter Berücksichtigung der glatten Ebene ist in 7 dargestellt. Die gleiche Steigung wie in dem Fall, bei welchem keine Kurve vorliegt, ist vor dem Start der Kurve dargestellt, wobei der Graph graduell von dem spezifischen Punkt an, wo die Kurve beginnt, abweicht.
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Dabei kann festgestellt werden, dass, wenn sich der Abschnitt, wo die Kurve beginnt, von dem Ursprungspunkt entfernt, die Kurve an dem Ende ausgeprägter und die Kraft an dem Ende graduell verringert wird. Es kann ferner festgestellt werden, dass die Verteilung der Kraft, welche hauptsächlich konstant sein soll, in 7 verschoben wird, während die Fläche geglättet wird.
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8 zeigt (a) eine finale Durchschnittskraft (1 bis 2 cm), (b) eine finale Filmdicke und (c) eine Filmdicke, wenn Wasser als Flüssigkeit in dem Sprühkopf gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Ein Fall, bei dem die Verteilung der Kraft, welche konstant war, zerstreut ist, wodurch es schwierig ist, die Filmdicke, welche der konstanten Beschleunigung unterliegt, durch die Couette-Strömung zu beschreiben, ist in 8(A) durch Erlangen einer Durchschnittskraft von jeder der Kraftverteilungen in 7 gezeigt.
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Dabei kann gesehen werden, dass trotz der Veränderung des Kurvenstartpunkts, während die Durchschnittskraft für das Intervall von 1 bis 2 cm gezeigt wird, die Durchschnittskraft, welche auf die Flüssigkeit wirkt, nicht signifikant verändert wird. Da die Durchschnittskraft ähnlich ist, wird eine finale Filmdicke ebenfalls nicht verändert, wie in 8(B) gezeigt. Die Dicke von Wasser, das einen wässrigen Lack darstellt, zeigt beinahe die gleiche finale Filmdicke, wie in 8(C) gezeigt.
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Dementsprechend wird eine Flächenmodellierung unter Berücksichtigung der Umdrehung pro Minute (UPM), einem Winkel einer Abgabefläche (Abspritzfläche) und einer Oberflächenaffinität des Sprühkopfes durchgeführt.
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Im Falle der Strömung des Partikels, welche der Oberflächengleichung folgt, die durch die dynamische Analyse erlangt wird, strömt der Partikel entlang der Fläche, während dieser die gleiche Kraft erfährt, wie die Kraft an dem Punkt, wo die Kurve beginnt, wodurch dieser beschleunigt wird. Die Strömung, welche auf der Fläche strömt, während diese eine konstante Beschleunigung erfährt, wird durch eine Couette-Strömung beschrieben, um die Geschwindigkeitsverteilung zu beschreiben, wobei die Partikelzerstäubung durch die Dicke des dünnen Films, welcher schlussendlich ausgestoßen wird, bestimmt wird.
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Es ist schwierig, eine theoretische Ausgestaltungsgleichung, wie die Oberflächengleichung in einer Designzeichnung vorzubereiten und diese tatsächlich in einer NC-Maschine zu verarbeiten, wodurch im Ergebnis die Kurve als ein Kreis, welcher der Kurve, die zu verarbeiten ist, ähnelt, angenähert wird. Anschließend wird ein Punkt, wo eine Grenze auf der Ebene erzeugt wird, mit der Kurve geglättet und danach die Kraftverteilung in Bezug auf die Fläche erneut berechnet.
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Während die Dicke des Films durch die sich ergebende Durchschnittskraft berechnet wird, wird das finale Design des Sprühkopfs vervollständigt. Im Ergebnis wird an jedem beliebigen Punkt, welcher von dem Ursprungspunkt getrennt ist, eine Filmdicke, welche mit der Partikelzerstäubung assoziiert wird, um die Leistung des Sprühkopfs zu bestimmen, sehr ähnlich, wobei die Viskosität und Dichte der Flüssigkeit erheblich variieren, wenn eine geeignete Kurve betrachtet wird.
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9 ist eine Querschnittsansicht eines Sprühkopfes gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend auf 9 weist der Sprühkopf 900 ein Zuführloch zum Zuführen von flüssigem Lack an der Mitte davon auf. Darüber hinaus weist der Sprühkopf 900 eine Struktur auf, bei welcher der Sprühkopf 900 mit einer bestimmten Geschwindigkeit um eine Rotationsmittelachse des Zentrums davon rotieren kann. Der Flüssiglack wird dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssiglack in eine Radialrichtung abgegeben (abgespritzt) wird, während sich dieser von der Mitte in der Richtung der Kante einer Vorderfläche des Sprühkopfs 900 durch die Rotation des Sprühkopfes 900 bewegt.
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In der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Effekt zum Verbessern der gesamten Beständigkeit und zum gleichförmigen Abgeben des Flüssiglackes erzielt, indem die Form der Vorderfläche des Sprühkopfs 900 optimiert wird.
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In der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfordert ein Produkt des Lackiersprühkopfes 900 eine Abgabegüte mit einer Tropfenzerstäubung eines vorbestimmten Grades oder geringer.
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Dabei wirken sich eine Flüssigkeitsfilmdicke oberhalb einer Vorderfläche 905, eine Form eines Sägezahns (902 in 10) an der Kante, und Ausformluft 910 komplex auf die Zerstäubungsleistung des Kopfes 900 aus. In der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Sprühkopf 900 einen Zerstäubungsgrad auf, bei dem die Tropfengröße 1/2 oder 1/3 mal so groß wie die Flüssigkeitsfilmdicke aufgrund der Einwirkung der Form des Sägezahns 920 und der Ausformluft 910 ist, wobei die Höhe h der Lackierflüssigkeit auf der Vorderfläche 905 erlangt werden kann, wenn der Zerstäubungsgrad proportional gewandelt wird.
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10 ist eine Vorderansicht eines Lackiersprühkopfs gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wenn sich beispielsweise unter Bezugnahme auf 10 der Sägezahn 920 und die Ausformluft 910 auf den Zerstäubungsgrad 0,5 Mal auswirken und 30 μm als Tropfengröße, welche auf einer Lackierfläche aufgenommen wird, erforderlich ist, kann die Höhe h der Lackierflüssigkeit, welche entlang der Vorderfläche des Kopfes fließt, 60 μm erfüllen müssen.
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Dementsprechend wird ein F-Wert, welcher zu der Höhe h der Lackierflüssigkeit führt, auf Basis von 5(A) berechnet, und anschließend ein Radius R gemäß dem F-Wert unter zu Hilfenahme von 5(B) festgelegt, wobei y, x0 ein Punkt darstellt, wo die Kurve beginnt, unter zu Hilfenahme von 5(C) bestimmt wird, da der Radius R durch eine Flächenfunktion ausgebildet wird.
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Ein Verfahren zum Berechnen der Form des Lackiersprühkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher Flüssiglack in einer Radialrichtung abgibt, die der Mitte beim Rotieren zugeführt wird, kann das Auswählen eines Radialabstandes x von der Mitte des Sprühkopfes, das Auswählen eines Abstandes x0, wo eine Steigungsfläche an dem radialen Abstand von der Mitte des Sprühkopfes beginnt, und das Festlegen einer vorderen Form des Sprühkopfes durch eine vorbestimmte Gleichung, welche im Folgenden beschrieben ist, aufweisen.
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Das Verfahren kann das Auswählen der Dicke h eines Flüssigkeitsfilms auf der Oberfläche des Sprühkopfes, ein Auswählen einer Flussrate q der Lackierflüssigkeit, das Auswählen von Materialeigenschaften (μ(N·s/M2) und ρ (km/m2)) der Lackierflüssigkeit und das Berechnen einer Position eines Biegungspunktes umfassen, wo die Neigungsfläche beginnt, wobei eine Gleichung, die im Folgenden beschrieben ist, unter Verwendung der ausgewählten Eigenschaften verwendet wird.
und b = 2πx sind.
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Ein Lackiersystem gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Steuereinheit, welche das Verfahren zum Berechnen der Form des Lackiersprühkopfes ausführt, und den Lackiersprühkopf umfassen.
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Die Steuereinheit kann durch einen oder mehre Mikroprozessoren implementiert werden, welche durch ein Programm betrieben werden, wobei das Programm eine Serie von Befehlen zum Ausführen des Verfahrens gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweisen kann.
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11 ist ein schematisches Ausgestaltungsdiagramm zum Darstellen eines Lackiersystems mit einem Lackiersprühkopf gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend auf 11 umfasst das Lackiersystem ein Fahrzeug 111, einen Lackiersprühkopf 900, eine Bewegungseinheit 113, eine Druckluftzuführeinheit 115, und eine Lackierflüssigkeitszuführeinheit 117.
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Die Lackierflüssigkeitszuführeinheit 117 führt Lackierflüssigkeit einer vorbestimmten Menge dem Sprühkopf 900 zu, die Druckluftzuführeinheit 115 führt Druckluft mit einem vorbestimmten Druck dem Sprühkopf 900 zu, und der Sprühkopf 900 gibt die Lackierflüssigkeit auf die Fläche eines Fahrzeugkörpers durch die zugführte Lackierflüssigkeit und Druckluft ab, während dieser mit einer vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit rotiert.
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Darüber hinaus bewegt die Bewegungseinheit 113 den Sprühkopf 900 entlang einer vorbestimmten Trajektorie entlang der Oberfläche des Fahrzeugkörpers des Fahrzeugs 111, um die Oberfläche des Fahrzeugkörpers mit der abgegebenen Lackierflüssigkeit gleichförmig zu beschichten. Eine nicht gezeigte Steuereinheit steuert die Elemente gemäß einem Programm.
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12 ist ein Ablaufdiagramm zum Zeigen einer Sequenz zum Herstellen eines Lackiersprühkopfes gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend auf 12 umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Lackiersprühkopfs das Auswählen der Dichte einer Lackierflüssigkeit (S120), das Auswählen der Viskosität der Lackierflüssigkeit (S122), das Auswählen einer Abgabeflussrate der Lackierflüssigkeit (S124), das Auswählen eines Kurvenstartpunkts auf einer Kurve eines Sprühkopfes 900 (S126), das Auswählen einer Drehgeschwindigkeit des Sprühkopfes 900 (S128), das Berechnen einer Dicke eines Flüssigkeitsfilms, welcher von dem Sprühkopf 900 abgegeben wird (S130), das Vergleichen der berechneten Flüssigkeitsfilmdicke und einer angestrebten Flüssigkeitsfilmdicke (S132), das Korrigieren des Kurvenstartpunkts gemäß einer Differenz zwischen diesen (134), das Berechnen einer Kurvenform des Sprühkopfes 900 unter Verwendung des korrigierten Kurvenstartpunkts (S136), und das eigentliche Herstellen des Sprühkopfes 900 gemäß der berechneten Form (S138).
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Ein Verfahren zum Herstellen eines Lackiersprühkopfes kann durch ein vorbestimmtes Programm ausgeführt werden, wobei das Programm durch ein System mit einer Verarbeitungsmöglichkeit, wie einem Computer, ausgeführt werden kann. Darüber hinaus kann ein Schneidwerkzeug oder eine separate Ausformeinheit in Abhängigkeit einer Form des Sprühkopfes verwendet werden, welche durch das Programm oder das System berechnet wurde.
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In der exemplarischen Ausführungsform werden die Dichte und Viskosität als eine Eigenschaft von der Lackierflüssigkeit in S120 und S122 berücksichtigt, wobei hier eine weitere oder alternative Größe ebenfalls verwendet werden kann.
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13 ist ein schematisches Ablaufdiagramm zum Zeigen eines Prozesses eines Programms zum Herstellen eines Lackiersprühkopfs gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend auf 13 wird ein virtueller Kurvenstartpunkt in Schritt S1300 eingegeben, ein Größenwert, wie eine Dichte oder ein Viskositätskoeffizient, der Lackierflüssigkeit (Lack) in Schritt S1310 eingegeben und eine Flussrate und eine Drehgeschwindigkeit als Betriebsparameter des Sprühkopfes (Scheibe) 900 in Schritt 1320 eingegeben.
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Eine Höhe des Lacks, welcher abgegeben wird, wird auf Basis des Kurvenstartpunkts, des Lackgrößenwerts und der Betriebsbedingung der Scheibe, welche virtuell durch Gleichungen 5 und 6 eingegeben werden, berechnet.
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Dabei werden hier die berechnete Höhe des Lacks und eine Höhe, welche durch einen Designer angestrebt wird, verglichen, um den Kurvenstartpunkt zu berichtigen.
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Die Form der Kurve des Sprühkopfes 900 wird durch den korrigierten Kurvenstartpunkt unter Verwendung der Gleichungen 1, 2, 3 und 4 und einen Wert eines Radius R auf Basis der Position der Kurve und der vorhergesagten Zerstäubung festgelegt, was bedeutet, dass die Höhe des abgegebenen Lacks als Ausgabeparameter in Schritt S1330 berechnet wird.
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14 zeigt einen Eingabebildschirm eines Programms zum Herstellen eines Lackiersprühkopfs gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 15 zeigt ein Ausführungsergebnis eines Programms zum Herstellen eines Lackiersprühkopfs gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein numerischer Eingabewert wird durch den Bildschirm von 14 ausgedrückt und ein berechnetes Ergebnis durch einen Bildschirm von 15 dargestellt.
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Während die Erfindung in Verbindung mit einer als derzeit praktischen betrachteten exemplarischen Ausführungsform beschrieben wurde, wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und Äquivalente Anordnungen, welche in der Lehre und dem Umfang der beigefügten Ansprüche umfasst sind, umfassen soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2014-0025199 [0001]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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