DE10236017B3

DE10236017B3 - Rotationszerstäuberturbine und Rotationszerstäuber

Info

Publication number: DE10236017B3
Application number: DE10236017A
Authority: DE
Inventors: Frank Herre; Michael Baumann; Hans-Jürgen Dr. Nolte; Harry Krumma; Stefano Giuliano; Björn Lind
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-08-07
Also published as: ATE281888T1; ES2231751T3; EP1388372B1; US7131601B2; US20050258270A1; DE50300146D1; EP1388372A1

Abstract

Rotationszerstäuberturbine zum Antrieb eines Glockentellers in einem Rotationszerstäuber für eine Beschichtungsanlage, mit einem drehbar gelagerten Turbinenrad mit mehreren Turbinenschaufeln, mehreren Düsen zum Anblasen der Turbinenschaufeln mit einem Antriebsgas, einer mit den Düsen verbundenen Zwischenkammer zur Aufnahme des Antriebsgases, wobei die Zwischenkammer einen ersten Einlass zur Zuführung des Antriebsgases aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass die Zwischenkammer mindestens einen zweiten Einlass zur Zuführung des Antriebsgases aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationszerstäuberturbine zum Antrieb eines Glockentellers in einem Rotationszerstäuber für eine Beschichtungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Rotationszerstäuber gemäß Anspruch 12 mit einer derartigen Rotationszerstäuberturbine.
In modernen Lackieranlagen werden bekanntermaßen Rotationszerstäuber eingesetzt, bei denen ein sogenannter Glockenteller von einer Druckluftturbine mit hohen Drehzahlen angetrieben wird. Der Glockenteller ist hierbei in der Regel kegelstumpfförmig und erweitert sich in Sprührichtung, wobei das aufzutragende Beschichtungsmittel in dem kegelstumpfförmigen Glockenteller aufgrund der Zentrifugalkräfte axial und insbesondere radial beschleunigt wird, so dass an der Glockentellerabrisskante ein kegelförmiger Sprühstrahl entsteht.
Die Drehzahl der Druckluftturbine liegt hierbei im Bereich von 15.000 bis 80.000 U/Min. Bei hohen Drehzahlen der Druckluftturbine kann es jedoch vorkommen, dass die Antriebsleistung beim Öffnen der Hauptnadel und einer darauffolgenden Zuführung von Beschichtungsmittel nicht ausreicht, um die Drehzahl der Druckluftturbine auf dem gewünschten Wert konstant zu halten. Auf diese Weise könnte die Drehzahl der Druckluftturbine beim Öffnen der Hauptnadel des Rotationszerstäubers um bis zu 20%. einbrechen, wodurch die Lackierqualität beeinträchtigt würde.

Aus US 4 896 834 , US 5 803 372 , US 5 922 131 , DE 100 53 295 A1 sowie aus US 5 662 278 sind derartige Druckluftturbinen bekannt, die jedoch die vorstehend beschriebenen Nachteile aufweisen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die bekannten Druckluftturbinen zum Antrieb eines Glockentellers in einem Rotationszerstäuber dahingehend zu verbessern, dass ein Drehzahleinbruch beim Öffnen der Hauptnadel weitgehend vermieden wird.

Die Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Rotationszerstäuberturbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich eines Rotationszerstäubers mit einer derartigen Rotationszerstäuberturbine durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst.

Die erfindungsgemäße Rotationszerstäuberturbine weist ein drehbar gelagertes Turbinenrad mit mehreren Turbinenschaufeln auf, wobei die Turbinenschaufeln von mehreren Düsen mit einem Antriebsgas angeblasen werden.

Hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung des Turbinenrades und der Turbinenschaufeln bestehen vielfältige Möglichkeiten, die im Folgenden ohne Anspruch auf Vollständigkeit kurz beschrieben werden.

So kann das Turbinenrad eine kreisförmige Scheibe aufweisen, von der die einzelnen Turbinenschaufeln axial abstehen.

Anstelle eines derartigen einseitig geschlossenen und einseitig offenen Turbinenrades ist es jedoch auch möglich, ein axial beidseitig geschlossenes Turbinenrad einzusetzen, bei dem die Turbinenschaufeln in axialer Richtung zwischen zwei kreisförmigen Scheiben angeordnet sind. Die Abführung des eingeblasenen Antriebsgases kann hierbei durch Auslässe in der Nähe der Drehachse des Turbinenrades erfolgen, wobei die Auslässe einseitig, oder beidseitig in den kreisförmigen Scheiben vorgesehen sein können.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, dass das Turbinenrad in axialer Richtung beidseitig offen ist, wobei die Turbinenschaufeln auf der Mantelfläche einer rotierenden Nabe angeordnet sind.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend beispielhaft beschriebenen konstruktiven Gestaltungen des Turbinenrades beschränkt.

Auch hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung der einzelnen Turbinenschaufeln bestehen vielfältige Möglichkeiten, die im Folgenden ohne Anspruch auf Vollständigkeit kurz beschrieben werden.

Beispielsweise können die einzelnen Turbinenschaufeln eine Formgebung aufweisen, die nur in radialer Richtung, nicht aber in axialer Richtung gekrümmt ist. Dies ist fertigungstechnisch günstig, da die einzelnen Turbinenschaufeln dann im Fräsverfahren hergestellt werden können. Insbesondere bei einem in axialer Richtung einseitig geschlossenen und einseitig offenen Turbinenrad ist diese Gestaltung der Turbinenschaufeln vorteilhaft, da die Turbinenschaufeln dabei aus einer kreisförmigen Scheibe an deren Umfangsrand herausgefräst werden können.

Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die einzelnen Turbinenschaufeln sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung gekrümmt sind, um eine optimale Impulsübertragung von dem Antriebsgas auf die Antriebsschaufeln zu erreichen. Eine derartige Formgebung der Turbinenschaufeln bietet sich insbesondere dann an, wenn die Turbinenschaufeln separat gefertigt und erst anschließend an dem Turbinenrad befestigt werden.

Ferner können die einzelnen Turbinenschaufeln jeweils eine Kammer bzw, eine Aufnahmeöffnung aufweisen, jedoch ist es auch möglich, dass die einzelnen Turbinenschaufeln zwei Kammern bzw. Aufnahmevertiefungen aufweisen, die in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind.

Weiterhin weist die erfindungsgemäße Rotationszerstäuberturbine mehrere Düsen zum Anblasen der Turbinenschaufeln mit einem An triebsgas auf, wobei die Düsen vorzugsweise als Lavalle-Düsen oder ähnlich einer Lavalle-Düse ausgebildet sind, was strömungstechnisch günstig ist.

Die einzelnen Düsen zum Anblasen der Turbinenschaufeln werden bei der erfindungsgemäßen Rotationszerstäuberturbine von einer Zwischenkammer mit dem Antriebsgas versorgt, wobei die Zwischenkammer erfindungsgemäß mindestens zwei Einlässe zur Zuführung des Antriebsgases aufweist. Durch die Verwendung mehrerer Einlässe zu der Zwischenkammer zur Zuführung des Antriebsgases wird die Antriebsleistung der Rotationszerstäuberturbine erhöht, so dass es auch beim Öffnen der Hauptnadel nicht oder nur in geringem Maße zu einem Drehzahleinbruch kommt. Die vorliegende Erfindung verlässt also den bisherigen Weg zur Erhöhung der Antriebsleistung, auf dem der Querschnitt des Einlasses zu der Zwischenkammer erhöht wurde, wohingegen die Erfindung anstelle eines einzelnen vergrößerten Einlasses mehrere Einlässe zu der Zwischenkammer vorsieht. Ein weiterer Vorteil mehrerer Einlässe in der Zwischenkammer ist darin zu sehen, dass diese in der Zwischenkammer strömungstechnisch günstig angeordnet werden können.

Die Zwischenkammer bewirkt vorzugsweise auch eine Dämpfung der Gasströmungen, weil die Zwischenkammer eine Speicherfähigkeit aufweist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zweigen von der Zwischenkammer mindestens drei Düsen zum Anblasen der Turbinenschaufeln ab, jedoch ist auch eine größere Anzahl von Düsen möglich, um in Zukunft höhere Drehzahlen des Glockentellers zu erreichen oder den Glockenteller mit einem größeren Drehmoment anzutreiben.

Vorzugsweise ist die Zwischenkammer bezüglich der Drehachse des Turbinenrads ringförmig umlaufend angeordnet, wobei sich die Zwischenkammer beispielsweise um einen Winkelbereich von 90° bis 270° bezüglich der Drehachse des Turbinenrads erstrecken kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rotationszerstäuberturbine umgibt die ringförmige Zwischenkammer das Turbinenrad in radialer Richtung außen. Es ist jedoch auch möglich, dass die ringförmige Zwischenkammer in axialer Richtung neben dem Turbinenrad angeordnet ist, wobei das Antriebsgas seitlich in das Turbinenrad eingeblasen wird. Eine derartige Anordnung der ringförmigen Zwischenkammer ist insbesondere dann möglich, wenn das Turbinenrad in axialer Richtung einseitig oder beidseitig offen ist.

In einer Variante der Erfindung weisen die einzelnen Düsen bezüglich der Drehachse des Turbinenrades einen Winkelabstand auf, der ein ungeradzahliges Vielfaches des Winkelabstandes benachbarter Turbinenschaufeln ist. Eine derartige Anordnung der Düsen und der Turbinenschaufeln hat zur Folge, dass die einzelnen Düsen unabhängig von der Stellung des Turbinenrades jeweils unterschiedliche Relativpositionen zu der nächstgelegenen Turbinenschaufel aufweisen. Vorteilhaft daran ist, dass das Antriebsmoment der Rotationszerstäuberturbine nur ein geringes Pulsieren aufweist, da die Antriebsluft an den einzelnen Düsen nicht gleichzeitig auf jeweils eine Antriebsschaufel auftrifft, sondern phasenverschoben.

Vorzugsweise zweigt mindestens eine der Düsen zum Anblasen der Turbinenschaufeln zwischen zwei Einlässen der Zwischenkammer ab, was strömungstechnisch günstig ist.

Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Düsen im Wesentlichen absatzlos in eine hohlzylindrische Turbinenkammer übergehen, wohingegen die bekannten Rotationszerstäuberturbinen Düsen aufweisen, die stromabwärts in Umfangsrichtung auslaufen, wodurch sich an der inneren Mantelfläche der zylindrischen Tur binenkammer ein Absatz in axialer Richtung bildet. In dieser Variante der Erfindung weist die hohlzylindrische Turbinenkammer also vorzugsweise eine glatte, absatzfreie Innenkontur auf, die lediglich im unmittelbaren Bereich der Düsen durch die Düsenöffnung unterbrochen wird.

Weiterhin ist es strömungstechnisch günstig, in der Zwischenkammer auf der stromabwärts gelegenen Seite jedes Einlasses mehr Düsen anzuordnen, als auf der stromaufwärts gelegenen Seite.

Vorzugsweise liegen sogar sämtliche Düsen .in der Zwischenkammer auf der stromabwärts gelegenen Seite der Zuleitungen.

Weiterhin ist es möglich, dass die einzelnen Düsen über den Umfang verteilt unsymmetrisch angeordnet sind. Beispielsweise kann sich die ringförmige Zwischenkammer bezüglich der Drehachse des Turbinenrades über einen Winkelbereich von nur rund 110° erstrecken, wobei sämtliche Düsen innerhalb dieses Winkelbereichs angeordnet sind.

Vorzugsweise münden die einzelnen Einlässe bezüglich der Drehachse des Turbinenrads axial in die Zwischenkammer, was insbesondere bei einer ringförmig umlaufenden Zwischenkammer günstig ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die Einlässe in die Zwischenkammer bereits so angeordnet oder geformt sind, dass die natürliche Strömungsbewegung innerhalb der Zwischenkammer unterstützt wird. Beispielsweise können die Einlässe in die Zwischenkammer in Umfangsrichtung in Strömungsrichtung geneigt sein, so dass das Antriebsgas bereits beim Eintreten in die Zwischenkammer eine Strömungskomponente in Umfangsrichtung aufweist.

Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch einen kompletten Rotationszerstäuber mit der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Rotationszerstäuberturbine.

Vorzugsweise sind die einzelnen Einlässe der Zwischenkammer jeweils einzeln mit getrennten Zuleitungen für das Antriebsgas verbunden. Die getrennten Zuleitungen ermöglichen zum einen eine getrennte Steuerung bzw. Regelung der Zufuhr des Antriebsgases für die beiden Einlässe. Zum anderen erlauben die getrennten Zuleitungen bei einem ausreichenden Gesamtquerschnitt der Zuleitungen relativ geringe Einzelquerschnitte, so dass die einzelnen Zuleitungen besser innerhalb einer Beschichtungsanlage geführt werden können.

Vorzugsweise bestehen die Zuleitungen deshalb mindestens auf einem Teil ihrer Länge aus Schläuchen, die flexibel sind und auch bei einer Anordnung des Rotationszerstäubers auf einem Lackierroboter der Bewegung des Lackierroboters folgen können.

In einer Variante der Erfindung sind die einzelnen Zuleitungen zu den Einlässen der Zwischenkammer der Rotationszerstäuberturbine stromaufwärts zusammengeführt und werden aus einer gemeinsamen Antriebsgasquelle gespeist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die einzelnen Zuleitungen zu den Einlässen der Zwischenkammer mindestens auf einem Teil ihrer Länge einen Querschnitt zwischen 5 mm² und 80 mm² auf. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Rotationszerstäuberturbine,

2 eine Explosionsdarstellung der Rotationszerstäuberturbine aus 1 sowie

3 einen Düsenring der Rotationszerstäuberturbine aus den 1 und 2.

Die Seitenansicht in 1 zeigt eine Rotationszerstäuberturbine 1, die in einem Rotationszerstäuber einer Lackieranlage eingesetzt werden kann und eine Glockentellerwelle 2 antreibt, wobei auf der Glockentellerwelle 2 ein zur Vereinfachung nicht dargestellter Glockenteller montiert werden kann.
Auf der Glockentellerwelle 2 ist ein Turbinenrad 3 angebracht, das im Wesentlichen aus einer kreisförmigen Scheibe besteht, an deren Umfangsrand glockentellerseitig zahlreiche Turbinenschaufeln 4 angeformt sind.
Weiterhin weist die erfindungsgemäße Rotationszerstäuberturbine 1 mehrere Gehäuseteile 5-8 auf, wie insbesondere aus der Explosionsdarstellung aus 2 ersichtlich ist.
Das Gehäuseteil 6 ist kreisringförmig ausgebildet und umgibt im montierten Zustand das Turbinenrad 3 in radialer Richtung außen, so dass das Innere des Gehäuseteils 6 eine zylindrische Turbinenkammer bildet, in der das Turbinenrad 3 läuft.
Aus der inneren Mantelfläche des ringförmigen Gehäuseteils 6 münden mehrere Lavalle-Düsen 9-11 nach innen in die zylindrische Turbinenkammer, wodurch während des Betriebs die einzelnen Turbinenschaufeln 4 des Turbinenrads 3 angeblasen werden.
Die Lavalle-Düsen 9-11 sind mit einer ringförmigen Zwischenkammer 12 verbunden, die innerhalb des Gehäuseteils 6 angeordnet ist und bezüglich der Drehachse des Turbinenrads 3 in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich von ungefähr 130° umläuft. Die ringförmige Zwischenkammer 12 ist in das Gehäuseteil 6 eingefräst und in axialer Richtung einseitig offen, wobei die ringförmige Zwischenkammer 12 im montierten Zustand auf ihrer offenen Seite durch das Gehäuseteil 7 abgedeckt wird.
In die ringförmige Zwischenkammer 12 münden in axialer Richtung zwei Einlässe 13, 14, die jeweils einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 5 mm aufweisen.
Die beiden Einlässe 13, 14 sind jeweils getrennt mit Zuleitungen verbunden, die in der dem Glockenteller abgewandten Stirnseite der Rotationszerstäuberturbine 1 in entsprechende getrennte Antriebsluftanschlüsse 15 münden, wobei in den Zeichnungen nur der Antriebsanschluss 15 für den Einlass 13 dargestellt ist.
Innerhalb der ringförmig umlaufenden Zwischenkammer 12 sind die Einlässe 13, 14 in der stromaufwärts gelegenen Hälfte der Zwischenkammer 12 angeordnet, wodurch die natürliche Strömungsrichtung innerhalb der Zwischenkammer 12 unterstützt wird. Dem gleichen Zweck dient auch die Anordnung der Lavalle-Düsen 9-11, die mehrheitlich auf der stromabwärts gelegenen Seite der Einlässe 13, 14 angeordnet sind.
Ferner weist die erfindungsgemäße Rotationszerstäuberturbine 1 in dem Gehäuseteil 6 eine weitere Düse 16 auf, um das Turbinenrad 3 abzubremsen, indem die einzelnen Turbinenschaufeln 4 in umgekehrter Richtung mit Bremsluft angeblasen werden.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Claims

Rotationszerstäuberturbine (1) zum Antrieb eines Glockentellers in einem Rotationszerstäuber für eine Beschichtungsanlage, mit einem drehbar gelagerten Turbinenrad (3) mit mehreren Turbinenschaufeln (4), mehreren Düsen (9-11) zum Anblasen der Turbinenschaufeln (4) mit einem Antriebsgas, einer mit den Düsen (9-11) verbundenen Zwischenkammer (12) zur Aufnahme des Antriebsgases, wobei die Zwischenkammer (12) bezüglich der Drehachse des Turbinenrads (3) ringförmig umlaufend angeordnet ist und einen ersten Einlass (13) zur Zuführung des Antriebsgases aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkammer (12) mindestens einen zweiten Einlass (14) zur Zuführung des Antriebsgases aufweist.
Rotationszerstäuberturbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Zwischenkammer (12) mindestens drei Düsen (9-11) zum Anblasen der Turbinenschaufeln (4) abgehen.
Rotationszerstäuberturbine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Zwischenkammer (12) das Turbinenrad (3) in radialer Richtung aussen umgibt.
Rotationszerstäuberturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (9-11) bezüglich der Drehachse des Turbinenrades (3) einen Winkelabstand aufweisen, der ein ungeradzahliges Vielfaches des Winkelabstands benachbarter Turbinenschaufeln (4) ist.
Rotationszerstäuberturbine (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Düsen (9-11) zwischen dem ersten Einlass (13) und dem zweiten Einlass (14) von der Zwischenkammer (12) abzweigt.
Rotationszerstäuberturbine (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (9-11) absatzlos in eine hohlzylindrische Turbinenkammer übergehen.
Rotationszerstäuberturbine (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der stromabwärts gelegenen Seite jedes Einlasses (13, 14) mehr Düsen (9-11) aus der Zwischenkammer (12) abzweigen als auf der stromaufwärts gelegenen Seite.
Rotationszerstäuberturbine (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Düsen (9-11) auf der stromabwärts gelegenen Seite des ersten Einlasses (13) und/oder des zweiten Einlasses (14) aus der Zwischenkammer (12) abzweigen.
Rotationszerstäuberturbine (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (9-11) über den Umfang verteilt unsymmetrisch angeordnet sind.
Rotationszerstäuberturbine (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein lässe (13, 14) bezüglich der Drehachse des Turbinenrads (3) axial in die Zwischenkammer (12) münden.
Rotationszerstäuberturbine (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (9-11) Lavalle-Düsen sind.
Rotationszerstäuber für eine Beschichtungsanlage mit einer Rotationszerstäuberturbine (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Rotationszerstäuber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlässe (13, 14) der Zwischenkammer (12) jeweils einzeln mit getrennten Zuleitungen (15) für das Antriebsgas verbunden sind.
Rotationszerstäuber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (15) für das Antriebsgas stromaufwärts zusammengeführt sind und aus einer gemeinsamen Antriebsgasquelle gespeist werden.
Rotationszerstäuber nach Anspruch 13 und/oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (15) mindestens auf einem Teil ihrer Länge Schläuche sind.
Rotationszerstäuber nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen mindestens auf einem Teil ihrer Länge einen Querschnitt zwischen 5 mm² und 80 mm² aufweisen.