-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft einen Düsenkopf für einen Rotationszerstäuber zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand, mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Glockenteller mit einer Abgabeöffnung, einer Prallfläche mit einer Prallflächenkante, einer Abströmfläche sowie einer Abrisskante, wobei über die Abgabeöffnung der Abströmfläche ein Beschichtungsmaterial derart zuführbar ist, dass das Beschichtungsmaterial nach dem Verlassen der Abgabeöffnung auf die Prallfläche trifft, über die Prallflächenkante der Abströmfläche zugeführt und von der Abrisskante des Glockentellers abgeschleudert wird. Der Düsenkopf weist weiterhin eine Vorrichtung zum Aufprägen einer Lenkkraft auf das abgeschleuderte Beschichtungsmaterial derart auf, dass ein gerichteter Strom aus Beschichtungsmaterial ausprägbar ist, der in einer Beschichtungsrichtung von dem Glockenteller weg entlang der Rotationsachse verläuft, sowie einen Strömungsweg, über welchen ein Beschichtungsmaterial der Abströmfläche über die Abgabeöffnung zuführbar ist,
-
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Rotationszerstäuber mit einem solchen Düsenkopf, eine Lackieranlage mit einem solchen Rotationszerstäuber sowie die Verwendung eines Düsenkopfs zum Lackieren von Fahrzeugkarosserien oder/und Fahrzeugbauteilen.
-
Beschreibung des Standes der Technik
-
Rotationszerstäuber, die mit einem Düsenkopf der eingangs genannten Art ausgestattet sind, werden beispielsweise in der Automobilindustrie verwendet, um Gegenstände, wie beispielsweise Teile von Fahrzeugkarosserien, zu lackieren oder mit einem Schutzmaterial zu beschichten. Es wird im Folgenden die Begriffe „Lack“ und „Beschichtungsmaterial“ synonym verwendet. Wenn also beispielsweise von einer Lackschicht die Rede ist, kann es sich auch um eine Beschichtungsmaterialschicht oder umgekehrt handeln.
-
Der Glockenteller dient dabei zum Zerstäuben des Beschichtungsmaterials, wozu er im Betrieb mit sehr hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten von 10.000-100.000 Umdrehungen/min mittels eines pneumatischen und elektrischen Antriebs um seine Rotationsachse gedreht wird.
-
Während des Beschichtungsvorgangs wird dem rotierenden Glockenteller das gewählte Beschichtungsmaterial zugeführt. Nach dem Austreten aus der Abgabeöffnung trifft das Beschichtungsmaterial auf eine Prallfläche, welche das Beschichtungsmaterial radial nach außen in Richtung der Innenseite des Glockentellers leitet. Aufgrund von Zentrifugalkräften, die auf das Beschichtungsmaterial wirken, wird es auf dem Glockenteller als Film nach außen getrieben, bis es zu einer radial außen liegenden Abrisskante des Glockentellers gelangt. Dort wirken derart hohe Zentrifugalkräfte auf das Beschichtungsmaterial, dass es in Form feiner Beschichtungsmaterial-Tröpfchen tangential weggeschleudert wird.
-
Hierbei entstehen Tröpfchen mit unterschiedlichen Größen, die sich über einen verhältnismäßig großen Größenbereich erstrecken. Größere Tröpfchen werden dabei radial weiter nach außen geschleudert als kleinere Tröpfchen. Mit einem Düsenkopf und einem Rotationszerstäuber der eingangs genannten Art wird so ein relativ breiter Sprühstrahl erzeugt, der im Idealfall kegelförmig ist und einen verhältnismäßig großen Konuswinkel aufweist.
-
Dabei ist es wünschenswert, dass die Größe der Tröpfchen verhältnismäßig einheitlich ist und dass das sich auf die Größe bezogene Tröpfchenspektrum nur über einen möglichst kleinen Bereich erstreckt. Außerdem sollen die Tröpfchen möglichst klein sein, da sich mit kleineren Tröpfchen ein homogeneres Beschichtungsergebnis erzielen lässt. Die Zerstäubung des Beschichtungsmaterials in Tröpfchen dient der Erzeugung eines sogenannten Farbnebels. Als Nebel wird hierbei generell ein Gemisch aus Luft und fein verteilten festen oder flüssigen Teilchen bezeichnet. Um die Applikation von Beschichtungsmaterial auf den zu beschichtenden Gegenstand zu gewährleisten, ist ein sogenannter nässender Nebel mit minimaler Tröpfchengröße im Bereich von 20-40 µm notwendig.
-
Mit steigender Drehzahl des Glockentellers reduziert sich die Tröpfchengröße. Aus diesem Grund wird der Glockenteller in der Regel mit hohen Drehzahlen betrieben. Um bei diesen hohen Drehzahlen den Beschichtungsmaterialstrom nach dem Verlassen der Abgabeöffnung auf die Innenfläche des Glockentellers zu leiten, muss der Materialstrom in eine radiale Richtung umgelenkt werden. Dafür ist eine Prallfläche vorgesehen, welche üblicherweise mit Stiften als Verbindungsstrukturen mit dem Glockenteller verbunden ist.
-
Aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit ist die Strömung innerhalb des Glockentellers radial nach außen gerichtet. Zwar wird durch die hohe Rotationsgeschwindigkeit eine große Verwirbelung des Beschichtungsmaterials bereits innerhalb des Glockentellers erreicht, gleichzeitig wurde aber eine zeitlich und räumlich ungleichmäßige Abgabe von Beschichtungsmaterial an der Abrisskante festgestellt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Düsenkopf und einen Rotationszerstäuber der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchen die genannten Nachteile vermieden werden und insbesondere ein möglichst homogener Sprühstrahl mit einem möglichst homogenen Tropfengrößenspektrum ermöglicht wird.
-
Die Aufgabe wird durch einen Düsenkopf für einen Rotationszerstäuber zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand gelöst, wobei der Düsenkopf einen um eine Rotationsachse drehbaren Glockenteller mit einer Abgabeöffnung für das Beschichtungsmaterial, einer Prallfläche mit einer Prallflächenkante, einer Abströmfläche sowie einer Abrisskante aufweist, wobei über die Abgabeöffnung der Abströmfläche ein Beschichtungsmaterial derart zuführbar ist, dass das Beschichtungsmaterial nach dem Verlassen der Abgabeöffnung auf die Prallfläche trifft, über die Prallflächenkante der Abströmfläche zugeführt und von der Abrisskante des Glockentellers abgeschleudert wird. Der Düsenkopf umfasst ferner eine Vorrichtung zum Aufprägen einer Lenkkraft auf das abgeschleuderte Beschichtungsmaterial derart, dass ein gerichteter Strom aus Beschichtungsmaterial ausprägbar ist, der in einer Beschichtungsrichtung von dem Glockenteller weg entlang der Rotationsachse verläuft, sowie einen Strömungsweg, über welchen ein Beschichtungsmaterial der Abströmfläche über die Abgabeöffnung zuführbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Abströmfläche des Glockentellers entlang der Abströmrichtung einen Abschnitt aufweist, der mit der Rotationsachse einen Winkel von 80° oder mehr einschließt.
-
Die Erfinder haben erkannt, dass der Lackfilm im Inneren des Glockentellers auf der Abströmfläche sowohl durch seine eigene Fließgeschwindigkeit (angetrieben durch die nachströmende Lackmenge aus der Abgabeöffnung) als auch durch die Zentrifugalkraft (hervorgerufen durch die Rotationsbewegung des Glockentellers) auf die Abrisskante zu bewegt wird. Dabei wirken beide Kräfte zum Teil in unterschiedlichen Richtungen. Insbesondere wirken die durch die Rotationsbewegung hervorgerufenen hohen Zentrifugalkräfte mit einer nicht zu vernachlässigenden Komponente senkrecht auf die Oberfläche des sich auf der Abströmfläche ausbildenden Lackfilms. Bei einer schrägen Abströmfläche - bei welcher der Winkel zwischen der Abströmoberfläche und der Rotationsachse üblicherweise im Bereich von 45° bis 60° liegt - wird so die Lackfilmoberfläche gestaucht und es bilden sich in Folge Wellen auf der Lackfilmoberfläche aus. Diese Wellen führen dazu, dass die Dicke des Lackfilms zeitlich und örtlich variiert und sich somit insbesondere an dem Umfang der Abrisskante eine ungleichmäßige Lackdicke ausbildet. Dies führt dazu, dass eine ungleichmäßige Zerstäubung stattfindet und sich das Tropfengrößenspektrum in unerwünschter Weise verbreitert.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Düsenkopf weist die Abströmfläche des Glockentellers - in einem Querschnitt entlang der Rotationsachse gesehen - einen Abschnitt auf, der mit der Rotationsachse einen Winkel von 80° oder mehr einschließt. Auf diesem Abschnitt ist die senkrecht auf die Lackfilmoberfläche wirkende Kraftkomponente der Zentrifugalkraft klein oder nicht vorhanden. Der Lackfilm fließt im Wesentlichen in Richtung der Zentrifugalkraft. Entsprechend kann sich auf diesem geraden Abschnitt der Lackfilm beruhigen und es bildet sich eine homogene Lackschicht aus. Die Lackschicht bildet an der Abrisskante eine in Umfangsrichtung konstante Dicke aus. Die Zerstäubung findet mit einem engen Tropfengrößenspektrum statt und die Beschichtung kann mit hoher Gleichmäßigkeit erfolgen.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abschnitt gerade, insbesondere in Richtung der Zentrifugalkraft, ausgebildet. Der Begriff „gerade“ ist so zu verstehen, dass sich die Abströmoberfläche bei einem Schnitt entlang der Rotationsachse in dem geraden Abschnitt als Gerade darstellt. Der gerade Abschnitt erstreckt sich vorzugsweise entlang des gesamten Umfangs. Somit kann das Beschichtungsmaterial ohne senkrechte Komponente auf die Beschichtungsmaterialoberfläche abströmen.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Winkel, den die Rotationachse und der Abschnitt der Abströmfläche miteinander einschließen, zwischen 80° und 100°, bevorzugt zwischen 85° und 95°, besonders bevorzugt bei 90° liegt. Je näher der Winkel bei 90° liegt, umso geringer ist der Einfluss der Zentrifugalkraft auf die Lackschichtdicke und umso gleichmäßiger bildet sich die Schichtdicke an der Abrisskante in Umfangsrichtung aus.
-
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Abschnitt mindestens 50% der radialen Erstreckung der Abströmfläche ausmacht. Es ist wünschenswert, dass der Abschnitt einen möglichst großen Anteil der Abströmfläche einnimmt, um die Beschichtungsmaterialschicht möglichst gleichmäßig hinsichtlich ihrer Stärke auszubilden.
-
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass der Abschnitt nicht als zusammenhängender Streckenabschnitt ausgebildet ist, sondern in mehrere Teilabschnitte entlang der Abströmfläche von der Prallflächenkante bis zu der Abrisskante aufgeteilt ist. Die Länge der einzelnen Teilabschnitte richtet sich nach der Fließfähigkeit und der Drehgeschwindigkeit des Glockentellers.
-
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Anteil der Abströmfläche stromabwärts des geraden Abschnitts kleiner ist als der Anteil der Abströmfläche stromaufwärts des geraden Abschnitts ist. Es ist also vorteilhaft, den geraden Abschnitt so weit außen im Bereich der Abrisskante wie möglich anzuordnen, damit die Vergleichmäßigung der Schichtdicke direkt an der Abrisskante bei der Abgabe des Beschichtungsmaterials zum Tragen kommt.
-
Eine bevorzugte Weiterentwicklung sieht vor, dass die Prallflächenkante entlang der Rotationsachse in Beschichtungsrichtung gesehen auf Höhe der Abströmfläche oder vor der Abströmfläche, insbesondere auf Höhe des geraden Abschnitts oder vor dem geraden Abschnitt, liegt. Nach dem Ausströmen des Beschichtungsmaterials aus der Abgabeöffnung trifft das Beschichtungsmaterial zunächst auf die Prallfläche und wird dort in eine radiale Abströmungsrichtung umgelenkt. Bevor es auf die Abströmfläche des Glockentellers trifft, erreicht es die Prallflächenkante. Liegt die Prallflächenkante auf Höhe der an der Prallflächenkante beginnenden Abströmfläche - bezogen auf die Rotationsachse in Beschichtungsrichtung gesehen - oder vor dieser, bilden die Prallflächenkante und die Abströmfläche eine genau definierte Ausströmungsöffnung, welche den auf die Abströmfläche gelangende Lackstrom festlegt und gleichzeitig für eine Beruhigung des Strömungsverhaltens aus der Abströmfläche sorgt. Das Beschichtungsmaterial erfährt an dieser Stelle eine Umlenkung von seiner radialen Abströmungsrichtung in Richtung der Beschichtungsrichtung, um nach dem Verlassen der Prallflächenkante wieder radial abzuströmen. Je nach Ausgestaltung dieser Stelle kann sich ein Beschichtungsmaterialstau bzw. -vorrat bilden, an dessen Oberfläche das Beschichtungsmaterial nach außen abströmt. Wenn die Abströmfläche an die Prallflächenkante direkt mit einem geraden Abschnitt anschließt, kann sich die Lackschichtdicke besonders gleichmäßig ausbilden.
-
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Prallflächenkante entlang der Rotationsachse in Beschichtungsrichtung gesehen nach der Abströmfläche, insbesondere nach dem geraden Abschnitt, liegt. Dies bewirkt, dass das Beschichtungsmaterial nach dem Verlassen der Abströmöffnung lediglich durch die Prallfläche auf die Abströmfläche hingeführt wird. Der Übergang von der Prallfläche an der Prallflächenkante auf die Abströmfläche stellt dann lediglich -je nach Abstand der Prallfläche von der Abströmfläche bezogen auf die Rotationsachse - eine Verengung dar. Eine Umlenkung des Beschichtungsmaterialstroms in Richtung der Rotationsachse findet nicht mehr statt, so dass eine längere gerade Abströmstrecke in radialer Richtung entsteht. Dies ermöglicht es, den Düsenkopf insgesamt kompakter und leichter zu bauen.
-
Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Strömungsweg von der Abgabeöffnung zu der Prallflächenkante einen in die Abströmfläche übergehenden Zuführabschnitt aufweist, der mit der Rotationsachse einen Winkel zwischen 0° und 90° aufweist. Wie bereits erläutert, sorgt die Geometrie des Zuführabschnitts für das definierte Aufströmen auf die Abströmfläche. Je nach Ausbildung des Zuführabschnitts kann das Beschichtungsmaterial - bei einem Winkel von 90° - ohne weitere Umlenkung in Richtung der Rotationsachse auf die Abströmfläche aufströmen oder - bei einem Winkel von 0° - eine Staufläche bilden, von deren Oberfläche das Beschichtungsmaterial auf die Abströmfläche abströmt. Bei Zwischenwinkeln - beispielsweise 45° - erfolgt eine Umlenkung des Beschichtungsmaterials in Beschichtungsrichtung.
-
Die Aufgabe wird auch durch einen Rotationszerstäuber zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand mit einem wie vorstehend beschriebenen Düsenkopf sowie durch die Verwendung eines wie vorstehend beschriebenen Düsenkopfs zum Lackieren von Fahrzeugkarosserien oder/und Fahrzeugbauteilen gelöst.
-
Herkömmliche Glockenteller besitzen schräge Innenmantelflächen. Ein Lackfilm auf dem Glockenteller wird sowohl durch die eigene Fließgeschwindigkeit als auch durch die Zentrifugalkräfte zur Glockentellerkante bewegt, die zum Teil in unterschiedlichen Richtungen wirken. Es ist ein Ziel der Lackzerstäubung, möglichst gleich feine Tröpfchen zu erzeugen, um Wärme- und Stofftransport zu begünstigen und somit eine optimale Lackschicht zu erzeugen.
-
Es ist ein Gedanke der Erfindung, die Innenfläche eines Glockentellers eines Düsenkopfs gerade auszurichten, um einen „ruhigen“ Lackfilm zu erreichen. Die schräge Innenfläche (um den Prallteller herum) wird so klein wie möglich gehalten, aber groß genug, dass der Lack darauf trifft, wenn er den Prallteller verlässt. Die negative Wirkung der Zentrifugalkraft auf den Lackfilm besteht bei einer schrägen Fläche darin, dass die Lackoberfläche gestaucht wird und sich Wellen bilden. Diese negative Wirkung ist somit aufgehoben und der Lack fließt in dieselbe Richtung wie die Zentrifugalkraft. Die Lackfilmoberfläche ist wellenfrei und es bildet sich eine gleichmäßige Filmdicke über den Umfang der Abrisskante aus. Es erfolgt eine gleichmäßige Zerstäubung an der Glockentellerkante. Je größer die flache Fläche, desto dünner ist der Lackfilm an der Kante auf Grund der Zentrifugalbeschleunigung und es findet wie angestrebt eine feine Zerstäubung statt.
-
Die Lackfilmoberfläche auf dem Glockenteller ist dann wellenfrei. Der Lack kommt an die Glockentellerkante mit einer in Umfangsrichtung konstanter Dicke an. Es bildet sich somit ein enges Tropfengrößenspektrum mit einheitlichen feinen Lacktröpfchen. Es bildet sich eine homogene Lackschicht durch das entstandene Tropfengrößenspektrum.
-
Figurenliste
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
- 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Behandlungsanlage für Fahrzeugkarosserien; und
- 2-7 Axialschnitte von erfindungsgemäßen Ausführungsformen eines Düsenkopfs.
-
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Behandlungsanlage 1. Die Behandlungsanlage 1 weist eine Behandlungskabine 2 auf, in der Fahrzeugkarosserien 3 auf eine Förderanlage 4 im kontinuierlichen Betrieb oder im Stop-and-Go-Betrieb hindurchgefördert werden. Behandlungsroboter 5, die beispielsweise als Mehrachs-Roboter ausgebildet sein können, applizieren ein Beschichtungsmaterial über einen Rotationszerstäuber 100 auf die oder in den Fahrzeugkarosserien 3.
-
Über ein Luftplenum 7 wird gereinigte Kabinenluft der Behandlungskabine 2 von oben zugeführt. Die mit Behandlungsmaterial und gegebenenfalls auch mit organischen Verbindungen belastete Kabinenluft wird unterhalb der Fördertechnik 4 über ein Absaugsystem der Behandlungskabine 2 entnommen und einer Filteranlage zugeführt. In der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst die Filteranlage ein Trockenfiltersystem, das vorliegend so genannte E-Cubes 8 umfasst. Über ein Luftleitsystem 9 wird der Kabinenluft-Volumenstrom einem E-Cube 8 zugeführt.
-
Die 2 zeigt in einem Axialschnitt einen Teil eines erfindungsgemäßen Rotationszerstäubers 10, wie er beispielsweise in der Behandlungsanlage der 1 eingesetzt werden könnte. Von dem Rotationszerstäuber 10 ist ein Kopfabschnitt mit einem Teil eines Gehäuses 12 und einem Düsenkopf 14 dargestellt. Mittels des Rotationszerstäubers 10 kann, wie bereits erwähnt, Beschichtungsmaterial wie beispielsweise Lack auf die Fahrzeugkarosserien 3 appliziert werden.
-
Der Düsenkopf 14 umfasst ein Glockenteil 24, das mit hoher Geschwindigkeit um eine Rotationsachse 16 drehbar und hierfür mit einer Antriebswelle 18 gekoppelt ist. Die Antriebswelle 18 ist als Hohlwelle ausgeführt. Beschichtungsmaterial wird durch die Hohlwelle 18 über einen zu der Rotationsachse koaxialen Kanal 32 einem Abgabebereich 34 des Glockentellers 24 zugeführt. Der koaxiale Kanal 32 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine Zentralbohrung in dem Glockenteil 24 ausgebildet und mündet in einer Abgabeöffnung 36.
-
Die Antriebswelle 18 ist in dem Gehäuse 12 gelagert und kann beispielsweise mittels eines Elektromotors oder pneumatisch mittels einer Druckluftturbine angetrieben werden. Im Betrieb rotiert das Glockenteil 24 mit Drehzahlen von 10.000-100.000 Umdrehungen/min um seine Rotationsachse 16.
-
Das Glockenteil 24 umfasst einen Glockenteller 42, der an seiner Oberseite eine Abströmfläche 46 sowie an seiner Außenseite eine Seitenwand 26 aufweist, die bewegungsfest miteinander verbunden sind. Das Glockenteil 24 ist an seinem Boden 25 drehfest mit der Antriebswelle 18 verbunden und wird durch die Drehbewegung der Antriebswelle 18 in Rotation versetzt.
-
Das Glockenteil 24 weist einen Innenbereich 29 auf, in dem die anfängliche Beschleunigung des Beschichtungsmaterials stattfindet. Der Innenbereich 29 ist auf den zu beschichtenden Gegenstand ausgerichtet. Der Innenbereich 29 lässt sich in den bereits erwähnten Abgabebereich 34 im Bodenbereich 25 des Glockenteils 24, in einen Abströmbereich 31 entlang einer Abströmfläche 46 des Glockentellers 42 und einen Abschleuderbereich 37 mit einer Abrisskante 38 am äußeren Ende des Glockenteils 24 gliedern.
-
In dem Abgabebereich 34 verlässt das Beschichtungsmaterial die Abgabeöffnung 36 und strömt von dort radial nach außen in den Abströmbereich 31. Der sich dort ausbildende Beschichtungsmaterialfilm läuft an dem Abströmbereich 31 entlang der Abströmfläche 46 entlang und gelangt schließlich zu dem Abschleuderbereich 37 mit der Abrisskante 38, an welcher das Beschichtungsmaterial das Glockenteil 24 verlässt.
-
Der Rotationszerstäuber 10 weist ferner Lenkmittel 13 auf, die eine Lenkkraft auf das abgeschleuderte und zerstäubte Beschichtungsmaterial ausüben und es in die Beschichtungsrichtung 15 lenken, welche in den dargestellten Ausführungsformen parallel zu der Rotationsachse des Rotationszerstäubers 10 verläuft und von dessen Kopfbereich weg gerichtet ist. Die Lenkmittel sind in der in 2 gezeigten Ausführungsform stark schematisch als Öffnungen 17 für einen Lenkluftstrom ausgebildet. Es ist selbstverständlich auch möglich, anstatt der Lenkluft oder zusätzlich zu der Lenkluft ein mit statischer Hochspannung arbeitendes System zum Aufprägen einer Lenkkraft auf das zerstäubte Beschichtungsmaterial einzusetzen.
-
Da das Beschichtungsmaterial die Abströmöffnung 36 mit einem gewissen Volumenstrom verlässt, ist zur Ausbildung eines Beschichtungsmaterialfilms entlang der Abströmfläche 46 ein Umlenkkörper 50 vorgesehen. Der Umlenkkörper weist eine an die Innengeometrie des Abgabebereichs 34 angepasste Außengeometrie auf und ist in der Ausführungsform der 2 als flacher Zylinder ausgebildet, der an seiner dem Abgabebereich 34 zugewandten Grundfläche eine umlaufende Fase 51 aufweist. Zwischen der Außengeometrie des Umlenkkörpers 50 und dem Abgabebereich 34 bildet sich ein Zuführungsbereich 52 aus, in dem das Beschichtungsmaterial der Abströmfläche 46 zugeführt wird.
-
Der Umlenkkörper 50 weist an seiner der Abgabeöffnung 36 gegenüberliegenden Außenfläche eine Prallfläche 54 auf, auf die das die Abgabeöffnung 36 verlassende Beschichtungsmaterial trifft und durch die Prallfläche 54 radial umgelenkt wird. Das Beschichtungsmaterial strömt nach dem Umlenken an der Prallfläche radial nach außen und trifft auf die radial außen gelegene Prallflächenkante 55. Der an dieser Stelle steil ansteigende Abgabebereich 34 bildet eine Stufe 53 mit einer unteren konkaven Rundung 56 und einer oberen konvexen Rundung 57 aus. Die Stufe 53, bzw. das stromabwärtige Ende der oberen Rundung 57 markiert den Beginn der Abströmfläche 46 und damit auch den Beginn eines geraden bzw. flachen Abschnitts 60.
-
Nach dem Überwinden der Stufe 53 gelangt das Beschichtungsmaterial in den Abströmbereich 31 des Glockenteils 24. Dort wirkt die Zentrifugalkraft frei auf das Beschichtungsmaterial und bewegt dieses bezüglich der Rotationsachse 16 radial nach außen über die Abströmfläche 46 zu dem Abschleuderbereich 37, wo es an der Abrisskante 38 den Düsenkopf 14 verlässt.
-
Die Abströmfläche 46 ist als gerader bzw. flacher Abschnitt 60 ausgebildet. Dies bedeutet, dass der gerade Abschnitt 60 einen Winkel 61 von 90° mit der Rotationsachse 16 einschließt. Der Winkel 61 von 90° ermöglicht es, dass die Zentrifugalkraft vollständig in Fließrichtung des Beschichtungsmaterials wirkt und nicht auf die Oberfläche einwirken kann.
-
Der Umlenkkörper 50 befindet sich als Ganzes in dem Abgabebereich 34 des Innenbereichs 29 eingelassen und ist mit dem Glockenteil 24 über Stifte drehfest verbunden. Es ist bei der Ausführungsform der 2 von Interesse, dass die Prallfläche 54 und insbesondere die Prallflächenkante 55 bezüglich der Rotationsachse 16 in Beschichtungsrichtung 15 gesehen vor der Abströmfläche 46 angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass das Beschichtungsmaterial in dem Zuführbereich 52 eine Geschwindigkeitskomponente in Beschichtungsrichtung 15 (entlang der Rotationsachse 16) aufgeprägt bekommt. Sobald das Beschichtungsmaterial den Zuführbereich 52 verlassen hat, wirken ausschließlich die Zentrifugalkraft sowie Adhäsionskräfte auf das Beschichtungsmaterial, bis es den Abschleuderbereich 37 erreicht.
-
Des Weiteren ist es ein Merkmal der Ausführungsform des Rotationszerstäubers 10 der 2, dass die Prallflächenkante 55 stromaufwärts des Beginns der Abströmfläche 46 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der Radius, auf dem die Prallflächenkante 55 angeordnet ist, kleiner als der Radius, auf dem der stromaufwärtige Anfang der Abströmfläche 46 bzw. das stromabwärtige Ende der oberen Rundung 57 liegen.
-
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform sind der Abströmbereich 31 und der Abschleuderbereich 37 als einziger gerader Abschnitt 60 ausgebildet. Es ist vorgesehen, den geraden Abschnitt 60 so groß als möglich auszubilden. Es kann jedoch von Vorteil sein, den Abschleuderbereich 37 als leicht oder abrupt ansteigenden Bereich zu gestalten, um dem abgeschleuderten Material eine Bewegungskomponente in Beschichtungsrichtung 15 beim Verlassen der Abrisskante 38 aufzuprägen.
-
3 zeigt ebenfalls in einem schematischen Axialschnitt einen Rotationszerstäuber 100 mit einem erfindungsgemäßen Düsenkopf 114. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden bei dieser Figur und allen folgenden Figuren gleiche oder vergleichbare Merkmale mit Bezugszeichen versehen, auf die von Figur zu 100 aufaddiert werden. Diese Merkmale werden nicht nochmals gesondert erläutert.
-
Der Aufbau des Düsenkopfs 114 entspricht weitgehend dem des zu 2 erläuterten Düsenkopfs 14. Es wurde bei der Ausführungsform der 3 die räumliche Ausgestaltung des Innenbereichs 129 verändert. Im Unterschied zur Ausführungsform der 2 fluchtet die Prallfläche 154 mit der Abströmfläche 146 in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 116. Gleichzeitig wurde der Zuströmbereich 152 flacher gestaltet. Anstatt der steilen Stufe 53 ist nun ein flacherer Übergang 153 vorgesehen, die Rundungen 56, 57 der 2 sind nun durch eine Innenkante 156 und eine Abflachung 157 ersetzt. Diese sind einfacher zu fertigen und ergeben zusammen mit der anderen Anordnung der Prallfläche 154 ebenfalls eine Vergleichmäßigung des Strömungsverhaltens des Beschichtungsmaterials entlang der Abströmfläche 146.
-
Die relative Anordnung von Prallflächenkante 155 und Beginn der Abströmfläche 146, beispielsweise markiert durch das stromabwärtige Ende der Abflachung 157, sind wie bei der Ausführungsform der 2: Die Prallflächenkante 155 befindet sich auf einem kleineren Radius bezogen auf die Rotationsachse 116 als der Beginn der Abströmfläche 146.
-
4 zeigt einen Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Rotationszerstäubers 200 mit einem Düsenkopf 214. Im Unterschied zu der Ausführungsform der 3 wurde die radiale Erstreckung des Umlenkkörpers 250 vergrößert, so dass im Ergebnis die relative Anordnung von Prallflächenkante 255 und Beginn der Abströmfläche 246, beispielsweise markiert durch das obere Ende der Abflachung 257, verändert sind. In der in 4 gezeigten Ausführungsform liegen diese beiden Punkte nun auf dem gleichen Radius, bezogen auf die Rotationsachse 216.
-
5 zeigt in einem schematischen Axialschnitt eine weitere Ausführungsform eines Rotationszerstäubers 300 mit einem Düsenkopf 314. Bei dieser Ausführungsform wurde die räumliche Anordnung des Innenbereichs 329, insbesondere die des Umlenkkörpers 350, des Abgabebereichs 334 und des Abströmbereichs 331 weiter verändert. Der Umlenkkörper 350 befindet sich bezüglich der Beschichtungsrichtung 315 weiter vorne als die Abströmfläche 346. Gleichzeitig wurde der Abgabebereich 334 deutlich flacher gestaltet, so dass der Zuführbereich 352 anstatt einer Stufe 53 wie bei der Ausführungsform der 2 oder der Übergänge 153, 253 der Ausführungsformen der 3 und 4 nun lediglich eine Abflachung 357 aufweist. Die relative radiale Anordnung der Prallflächenkante 355 und des Beginns der Abströmfläche ist derart, dass die Abströmfläche 346 radial weiter außen liegt als die Prallflächenkante 355. In dieser Anordnung weist die Prallflächenkante 355 eine Fase 351 mit einer ersten anströmseitigen Kante 356 und einer zweiten abströmseitigen Kante 358 auf, durch deren Position und Form eine Sekundärzerstäubung stattfindet. Aufgrund der Sekundärzerstäubung können unerwünschte Hohlbereiche innerhalb des Sprühkegels kompensiert werden. Dabei ist die in Abströmrichtung gelegene zweite Kante 358 der Fase 351 von besonderer Bedeutung. Dort löst sich das Beschichtungsmaterial von der Oberfläche des Umlenkkörpers 350 ab.
-
Dementsprechend kann bei einer alternativen Ausführungsform die erste Kante auch als Rundung ausgebildet sein. Dies ist beispielhaft in der rechten Seite der Rotationsachse 316 der 5 als weitere Ausführungsform eingezeichnet. Die dort gezeigte erste Kante 356' ist konvex abgerundet.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform - die in der 5 auf der rechten Seite der Rotationsachse 316 eingezeichnet ist - kann die zweite Kante 358' auch als Abrissschneide ausgebildet sein, d.h. die an der Kante 358' zusammenlaufenden Oberflächen sind so geformt, dass sich in Beschichtungsrichtung 315 gesehen eine Hinterschneidung ausbildet. Die genannten Oberflächen können dabei wie gezeigt als gerade Oberflächen oder alternativ jeweils einzeln oder zusammen auch als konkav gekrümmte Oberflächen ausgebildet sein.
-
Diese Ausführungsformen können wie in der 5 gezeigt gleichzeitig oder jeweils alternativ verwirklicht werden.
-
6 veranschaulicht in einer schematischen Axialschnittansicht eine weitere Ausführungsform eines Rotationszerstäubers 400 mit einem Düsenkopf 414. Bei dieser Ausführungsform befindet sich der Umlenkkörper 450 wiederum weiter vorne in Beschichtungsrichtung 415 verglichen mit der Abströmfläche 446. Diese Ausführungsform weist im Unterschied zu der Ausführungsform der 5 keinen Abgabebereich 334 im eigentlichen Sinne auf. Die Abgabeöffnung 436 liegt bezüglich der Beschichtungsrichtung 416 auf der gleichen Höhe wie die Abströmfläche 446, so dass sich im Prinzip ein gerader Bereich 460 von der Abrisskante 438 zu der Abgabeöffnung 436 ausbildet. Es wurde in der 6 der gerade Bereich 460 lediglich von der Abrisskante 438 zu der Prallflächenkante 455 eingezeichnet, da erst mit dem Verlassen der Prallfläche 454 an der Prallflächenkante 455 die Zentrifugalkraft frei auf den sich dann bildenden Beschichtungsmaterialfilm einwirken kann.
-
7 zeigt in einer schematischen Axialschnittansicht zwei weitere Ausführungsform eines Rotationszerstäubers 500 mit einem Düsenkopf 514. Bezüglich der Ausführungsform der 6 wurde bei beiden Ausführungsformen - links und rechts der Rotationsachse 516 - die Ausrichtung der Abströmfläche 546 verändert. Während bei der Ausführungsform der 2-6 die Abströmfläche einen 90°-Winkel mit der Rotationsachse bildet, wurde bei den Ausführungsformen der 7 der Winkel 561 vergrößert, er beträgt nun ca. 92°. Die Größe dieses Winkels kann anwendungsspezifisch gewählt werden. Je nach Beschichtungsmaterial, Glockentellergeometrie und Rotationsgeschwindigkeit können sich auch andere Winkel zwischen 0,5° und 10° ergeben.
-
Gleichzeitig wurde bei dieser Ausführungsform die radiale Erstreckung des Umlenkkörpers 550 beträchtlich vergrößert, sodass dieser nun mindestens 30 % der radialen Erstreckung der Abströmfläche überdeckt.
-
Bei der Ausführungsform, die in 7 auf der rechten Seite der Rotationsachse 516 gezeigt ist, erstreckt sich der Umlenkkörper 550 wie bei den vorausgehenden Ausführungsformen im Wesentlichen senkrecht zu der Rotationsachse 516. Somit vergrößert sich der zwischen der Abströmfläche 546 und der Prallfläche 554 befindliche Abströmkanal mit zunehmender Entfernung zu der Rotationsachse 516.
-
Bei der Ausführungsform, die in 7 auf der linken Seite der Rotationsachse 516 gezeigt ist, ist der Umlenkkörper 550'hingegen so ausgerichtet, dass ein konstanter Abstand zwischen der Prallfläche 554' und der Abströmfläche 546 entsteht. Dementsprechend ist der Winkel 516', den die Prallfläche 554' mit der Rotationsachse einschließt, in der gezeigten Ausführungsform ebenfalls 92°.
