DE10245326A1

DE10245326A1 - A method for atomizing paint coating materials has an ultrasonic generator and reflector setting up standing waves maximized at the center

Info

Publication number: DE10245326A1
Application number: DE2002145326
Authority: DE
Inventors: Gert Dr.-Ing. Stauch; Björn Dr. Matthias Ph.D.; Peter Dipl.-Ing. Schreckenberg; Uwe Dipl.-Phys. Görges; Gunter Dr.-Ing. Börner; Humberto Dr.rer.nat. Chaves; Hidetoshi Dr.rer.nat. Yamabe; Jörg Dr.rer.nat. Gebhardt; Horst Dörlich
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-08
Also published as: JP2004114042A

Abstract

The ultrasonic generator (14) has a hollow shaped output dish (21) positioned precisely opposite a similar reflector (16) with a center axis (24) at the center of which the peak of a standing wave is generated which atomizes the coating material delivered through a tube (26).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung zur Erzeugung eines Lack-Sprühnebels zum Lackieren eines Werkstücks.The invention relates to an ultrasonic standing wave atomizer arrangement to generate a paint spray for painting a workpiece.

Zum Lackieren von Werkstücken, insbesondere bei Massenlackierung wie sie in der Automobilindustrie häufig vorkommen, werden derzeit vorzugsweise die allgemein bekannten Hochrotationszerstäuber eingesetzt. Bei der Hochrotationszerstäubung wird der Lack durch das Innere einer Metallglocke geleitet und gelangt derart auf deren zum Werkstück weisenden Frontseite. Die Metallglocke wird üblicherweise von einer Druckluftturbine angetrieben und rotiert mit bis zu 80.000 Umdrehungen pro Minute. Durch die dabei wirkenden Fliehkräfte gelangt der Lack dann an die Glockenkante der Frontseite, um dort in feinen Tröpfchen abzureisen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die für eine ausreichende Qualität einer Lackschicht geforderte Tröpfchengröße des Lacksprüh-nebels im Bereich von 10 μm bis 60 μm.For painting workpieces, in particular for mass painting, as is often the case in the automotive industry, the generally known high-speed rotary atomizers are currently preferably used. During high-speed atomization the paint is passed through the inside of a metal bell and reaches so on their to the workpiece pointing front. The metal bell is usually powered by an air turbine driven and rotated at up to 80,000 revolutions per minute. The paint then arrives due to the centrifugal forces the bell edge of the front to leave there in fine droplets. In this way it is achieved that a sufficient quality Paint layer required droplet size of the paint spray mist in the range of 10 μm up to 60 μm.

Allgemein bekannt gewordene grundsätzliche Überlegungen zeigen, daß Lack auch mittels einer Ultraschall-Stehwellen-Zerstäubung prinzipiell zerstäubt werden kann.General considerations that have become generally known show that paint can also be atomized in principle by means of ultrasonic standing wave atomization can.

Diesen prinzipiellen Erwägungen folgend, wurden jedoch durchschnittliche Tropfengrößen bei der Zerstäubung zwischen 100 μm und 200 μm gemessen, wobei im Einzelfall noch größerer Tropfen vorkommen. Derartig große Tropfen beeinflussen jedoch die Qualität der Lackschicht derartig negativ, daß ein Einsatz in der Lackiertechnik unattraktiv ist.Following these fundamental considerations, however average droplet sizes when atomizing between 100 μm and Measured 200 μm, in individual cases even larger drops occur. Such big However, drops influence the quality of the lacquer layer in this way negative that a Use in painting technology is unattractive.

Ausgehend von diesem Stand der Technik, ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung anzugeben, mittels derer ein Lacksprühnebel erzeugbar ist, dessen Qualität für den Einsatz in der Lackiertechnik ausreichend ist.Based on this state of the art, is it is the object of the invention to provide an ultrasonic standing wave atomizer arrangement specify by means of which a paint spray can be generated, the quality for the Use in painting technology is sufficient.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch eine Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung zur Erzeugung eines Lacksprühnebels zum Lackieren eines Werkstücks mit einer Sonotrode, mit einem der Sonotrode gegenüberliegend angeordneten Bauelement, wobei im Betriebsfall im Zwischenraum zwischen Sonotrode und Bauelement ein stehendes Ultraschallfeld ausgebildet ist. Zudem ist die Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung mit wenigstens einer Lackzuführvorrichtung ausgestaltet, mittels derer Lack in den Nahbereich eines Maximums der Schallschnelle des Ultraschallfeldes zuführbar ist. Dabei ist die Lackzuführvorrichtung im Bereich des stehenden Ultraschallfeldes im wesentlichen als Rohrstück ausgebildet. Schließlich ist durch die Formgebung der sich gegenüberliegenden Oberflächenteile der Sonotrode und des Bauelements die Schallschnelle entlang des Rohrstücks im wesentlichen gleich.The object is achieved according to the invention by an ultrasonic standing wave atomizer arrangement for generation a paint spray for painting a workpiece with a sonotrode, with one opposite the sonotrode arranged component, in the case of operation in the space between Sonotrode and component formed a standing ultrasonic field is. In addition, the ultrasonic standing wave atomizer arrangement is at least a paint feeder designed by means of which lacquer in the close range of a maximum of Sonic speed of the ultrasonic field can be fed. Here is the paint feeder in the area of the standing ultrasound field essentially formed as a piece of pipe. Finally is due to the shape of the opposite surface parts the sonotrode and the component the sound velocity along the pipe section essentially the same.

Hierbei ist es zunächst vorteilhaft, daß der Lack in den Nahbereich eines Maximums der Schallschnelle des Ultraschallfeldes zuführbar ist. Der Nahbereich des Maximums ist nämlich im Ultraschallfeld die günstigste Stelle eine Zerstäubung des Lacks herbeizuführen. Zudem ist es ein Erfindungsgedanke, daß die sich gegenüberliegenden Oberflächenteile der Sonotrode und des Bauelements so gestaltet sind, daß die Schallschnelle entlang des Rohrstückes im wesentlichen gleich ist. Auch dieser Teil des Erfindungsgedanken zielt auf die möglichst gute, daß heißt möglichst gleichmäßige Zerstäubung des Lackes in möglichst feine Tröpfchen ab. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Sonotrode und des Bauelements werden auch diejenigen Lackanteile, die zwar durch das Rohrstück im Bereich der maximalen Schallschnelle gefördert werden, jedoch am Lackaustritt des Rohrstücks haften bleiben oder gar auf der Außenseite des Rohrstücks entlangfließen, ebenfalls durch das dort herrschende Maximum an Schallschnelle in feine Lacktröpfchen zerstäubt. Würde das Maximum der Schallschnelle, wie seither üblich, nur im Nahbereich des Lackaustrittes vorkommen, dann würden sich bei einem Entlangfließen von Lack auf der Außenseite des Rohrstücks irgendwann vergleichsweise große Lacktropfen vom Rohrstück ablösen, und zu Mängeln bei der Lackierung führen. Derartig große und für den Lackiervorgang unzulässige Tropfenbildung ist durch die erfindungsgemäße Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung vermieden. Günstigerweise ist derart ein Lacksprühnebel ausgebildet, dessen Qualität für den Einsatz in der Lackiertechnik sehr gut geeignet ist.It is initially advantageous here that the paint in the near range of a maximum of the sound velocity of the ultrasonic field supplied is. The near range of the maximum is namely in the ultrasonic field best Make an atomization of the lacquer. It is also an idea of the invention that the opposite surface parts the sonotrode and the component are designed so that the sound velocity along the pipe section is essentially the same. This part of the inventive idea too aims at that if possible good, that is, if possible even atomization of the Varnish in as possible fine droplets from. Through the configuration according to the invention the sonotrode and the component are also those paint components that through the pipe section be promoted in the area of the maximum sound speed, but at the paint outlet of the pipe section stick or even flow along the outside of the pipe section, likewise atomized into fine droplets of paint by the maximum speed of sound prevailing there. Would Maximum of the sound velocity, as usual since then, only in the vicinity of the Paint leakage would occur flowing along of paint on the outside of the pipe section comparatively large at some point Detach paint drops from the pipe section, and to defects lead in painting. Such size and for the painting process is not permitted Drop formation is due to the ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to the invention avoided. conveniently, is such a paint spray trained whose quality for the Use in painting technology is very suitable.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung ist das Bauelement eine zweite Sonotrode. Auf diese Weise läßt sich das erforderliche stehende Ultraschallfeld in besonders vorteilhafter Weise ausbilden und regeln.In an advantageous embodiment the ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to the invention the component is a second sonotrode. In this way the required standing ultrasound field in a particularly advantageous Train and regulate wise.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sind die sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Sonotrode und des Bauelements hohlzylinderförmig ausgestaltet und die entsprechenden Zylinderachsen parallel zur Längsachse des Rohrstücks angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung ist sichergestellt, daß das stehende Ultraschallfeld, und damit auch die entsprechenden Maxima der Schallschnelle, entsprechend der Form des Rohrstücks ausgestaltet ist. Oder anders ausgedrückt, ist es mit einer derartigen erfindungsgemäßen Anordnung ermöglicht, Lack nicht nur unmittelbar am Lackaustrittspunkt zu zerstäuben, sondern die Zerstäubung auch entlang des Rohrstückes, also einen vergleichsweisen großen Bereich zu erreichen.In a further advantageous embodiment of the Subject of the invention are the opposite end faces of the Sonotrode and the component designed hollow cylindrical and the corresponding Cylinder axes parallel to the longitudinal axis of the pipe section arranged. This configuration ensures that the standing Ultrasound field, and thus also the corresponding maxima of the sound velocity, according to the shape of the pipe section is designed. In other words, it is with one arrangement according to the invention allows Not only to atomize the paint directly at the paint exit point, but the atomization also along the pipe section, a comparatively large one To reach the area.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist um den Zwischenraum zwischen der Sonotrode und dem Bauelement ein Hüllelement angeordnet, welches in Richtung des Lacksprühens eine Ausnehmung aufweist, sowie die Abstrahlung des Ultraschalls in die anderen Richtungen im wesentlichen verhindert. Hierbei ist es insbesondere vorgesehen, daß das Hüllelement U-förmig ausgestaltet ist. Derart wird vorteilhafterweise erreicht, daß ein vergleichsweise hoher Anteil des erzeugten Ultraschalls zur Zerstäubung führt und die ungenutzte Abstrahlung des Ultraschalls nur in einem möglichst geringen Umfang erfolgen kann.In a further advantageous embodiment of the subject matter of the invention, an enveloping element is arranged around the space between the sonotrode and the component, which has a recess in the direction of spraying paint, and essentially prevents the radiation of the ultrasound in the other directions. It is particularly provided that the envelope element is U-shaped. In this way it will be advantageous it is sufficient that a comparatively high proportion of the ultrasound generated leads to atomization and the unused radiation of the ultrasound can only take place to the smallest possible extent.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes zielt auf die gleichen Vorteile ab, die mit dem Hüllelement erreicht werden. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß um die Lackaustrittsöffnung am Rohrstück ein Ring oder ein Ringsegment angeordnet ist, wobei die Lackaustrittsöffnung des Rohrstückes innerhalb des von der inneren Ringaußenfläche definierten Zylinders bzw. innerhalb des von der radial inneren Außenfläche des Ringsegments definierten Zylindersegments gelegen ist.Another advantageous embodiment of the subject of the invention aims at the same advantages that with the envelope element can be achieved. It is according to the invention provided that um the paint outlet opening on the pipe section a ring or a ring segment is arranged, the lacquer outlet opening of the pipe section within the cylinder defined by the inner ring outer surface or within that defined by the radially inner outer surface of the ring segment Cylinder segment is located.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Zerstäuberanordnung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.Further advantageous configurations the atomizer arrangement according to the invention are the dependent claims refer to.

Anhand den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sollen die Erfindung, Vorteile der Erfindung sowie weitere Verbesserungen der Erfindung angegeben und erläutert werden.Using those shown in the drawings embodiments the invention, advantages of the invention and further improvements of the Invention specified and explained become.

Es zeigen:Show it:

1a eine erste Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung, 1a a first ultrasonic standing wave atomizer arrangement,

1b eine zweite Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung, 1b a second ultrasonic standing wave atomizer arrangement,

1c eine dritte Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung, 1c a third ultrasonic standing wave atomizer arrangement,

2 die zweite Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung mit einer Halbschale, 2 the second ultrasonic standing wave atomizer arrangement with a half-shell,

3 eine erste Lackzuführvorrichtung und 3 a first paint supply device and

4 eine zweite Lackzuführvorrichtung. 4 a second paint feeder.

Die 1a zeigt eine erste erfindungsgemäße Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 10 in einer isometrischen Darstellung. Die kartesischen Koordinaten sind durch Richtungspfeile für die X-, Y- und Z-Richung in einem Koordinatensystem 12 angedeutet. Die Darstellung soll nur skizzenhaften Charakter haben, so daß die tatsächlichen Größenverhältnisse dieser Figur nicht entnehmbar sind.The 1a shows a first ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to the invention 10 in an isometric representation. The Cartesian coordinates are indicated by direction arrows for the X, Y and Z directions in a coordinate system 12 indicated. The illustration is only intended to be sketchy, so that the actual proportions of this figure cannot be deduced.

Eine erste Sonotrode 14 ist einem ersten Reflektionskörper 16 gegenüberliegend angeordnet. Dabei ist die Sonotrode 14 in dieser Figur symbolisch durch einen zylinder förmigen Grundkörper sowie einem Schallkörper 21 dargestellt, der aus der zum ersten Reflektionskörper 16 weisenden Stirnseite des zylindrischen Grundkörpers herausragt. Der Schallkörper 21 ist in etwa quaderförmig, wobei diejenige Seitenfläche, die zum ersten Reflektionskörper 16 weist, die Gestalt eines Abschnittes der Mantelfläche eines gedachten Hohlzylinders hat. Um diese Gestalt zu verdeutlichen, wurde auf die erste Schallfläche 18 eine erste Linie 17 sowie eine punktierte zweite Linie 19 eingezeichnet. Die erste Linie 17 ist parallel zu einer gedachten Mittelachse des Hohlzylinders und zudem sind die Berührpunkte zwischen den betreffenden Kantenlinien der ersten Schallfläche 18 und der ersten Linie 17 genau mittig auf den betreffenden Kantenlinien gelegen. Die zweite Linie 19 entspricht einem Segment eines Kreisbogens wobei sich die erste Linie 17 und die zweite Linie 19 in ihren jeweiligen Mittelpunkten schneiden und in diesem Punkt senkrecht aufeinander stehen. Hieraus ist auch ersichtlich, daß die Endpunkte der zweiten Linie 19 wiederum genau mit dem Mittelpunkt der betreffenden Kantenlinie der ersten Schallfläche 18 zusammenfallen. Auf die erste Schallfläche 18 im Schnittpunkt der ersten Linie 17 sowie der zweiten Linie 19 senkrecht stehend, ist eine erste Mittellinie 24 gezeigt.A first sonotrode 14 is a first reflection body 16 arranged opposite each other. Here is the sonotrode 14 symbolically in this figure by a cylindrical body and a sound body 21 shown that from the first reflection body 16 facing end of the cylindrical body protrudes. The sound body 21 is approximately cuboid, the side surface facing the first reflection body 16 points, has the shape of a portion of the lateral surface of an imaginary hollow cylinder. In order to clarify this shape, the first record was made 18 a first line 17 as well as a dotted second line 19 located. The first line 17 is parallel to an imaginary central axis of the hollow cylinder and also the points of contact between the relevant edge lines of the first sound surface 18 and the first line 17 exactly centered on the relevant edge lines. The second line 19 corresponds to a segment of an arc with the first line 17 and the second line 19 cut at their respective centers and stand perpendicular to each other at this point. From this it can also be seen that the end points of the second line 19 again exactly with the center of the relevant edge line of the first sound surface 18 coincide. On the first record 18 at the intersection of the first line 17 as well as the second line 19 standing vertically is a first center line 24 shown.

Der erste Reflektionskörper 16 ähnelt in seiner Gestalt sehr stark derjenigen des Schallkörpers 21. Dementsprechend ist eine zweite Schallfläche 22 vorhanden, die in ähnlicher Weise wie die erste Schallfläche 18 dargestellt ist und dementsprechend ebenfalls eine der ersten 17 und der zweiten Linie 19 entsprechende Linien aufweist. Zudem ist der er-ste Reflektionskörper 16 so angeordnet, daß die erste Linie 17 sowie die dieser entsprechenden Linie des ersten Reflektionskörpers 16 parallel zueinander sind und der Schnittpunkt der der ersten und der zweiten Linie entsprechenden Linien des Reflektionskörpers 16 auf der ersten Mittellinie 24 liegt. Die erste Schallfläche 18 sowie die zweite Schallfläche 22 sind also genau gegenüberliegend angeordnet.The first reflection body 16 its shape is very similar to that of the sound body 21 , Accordingly is a second record 22 present that is similar to the first record 18 is shown and accordingly also one of the first 17 and the second line 19 has corresponding lines. In addition, the first reflection body 16 arranged so that the first line 17 and the line of the first reflection body corresponding to this 16 are parallel to each other and the intersection of the lines of the reflection body corresponding to the first and second lines 16 on the first center line 24 lies. The first record 18 as well as the second record 22 are arranged exactly opposite.

In dem Zwischenraum zwischen der ersten Schallfläche 18 sowie der zweiten Schallfläche 22 ist ein Rohrstück 26 gezeigt, dessen erstes freies Ende genau mittig zwischen der ersten Schallfläche 18 sowie der zweiten Schallfläche 22 angeordnet ist und zudem unmittelbar an der ersten Mittellinie 24 endet. Das Rohrstück 26 ist in seiner Längsausdehnung gerade ausgestaltet und parallel zur ersten Linie 17 angeordnet. Außerdem ist das Rohrstück 26 Teil einer nicht weiter dargestellten Lackzuführeinrichtung, die den durch diese erste Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 10 zu zerstäubenden Lack in einer erforderlichen Menge zur Verfügung stellt. Das zweite Ende des Rohrstücks 26 endet dementspechend sozusagen im „freien Raum", ohne daß die Verbindung mit der Lackzuführeinrichtung dargestellt wäre. Typische Werte für Lackförderraten sind 200 ml/min bis 400 ml/min. Zudem ist es ohne weiteres denkbar und innerhalb des Erfindungsgedankens, wenn mehrere Rohrstücke 26 von der Lackzuführungsvorrichtung mit Lack versorgt werden. Dann sind die betreffenden freien Rohrenden jeweils in verschiedenen Maxima der Schallschnelle im Ultraschallfeld anzuordnen.In the space between the first record 18 and the second record 22 is a piece of pipe 26 shown, the first free end exactly in the middle between the first record 18 and the second record 22 is arranged and also directly on the first center line 24 ends. The pipe piece 26 is straight in its longitudinal extent and parallel to the first line 17 arranged. In addition, the pipe section 26 Part of a paint feed device, not shown, which the by this first ultrasonic standing wave atomizer arrangement 10 paint to be atomized in a required amount. The second end of the pipe section 26 Accordingly, it ends, so to speak, in "free space" without the connection to the paint supply device being shown. Typical values for paint delivery rates are 200 ml / min to 400 ml / min. In addition, it is readily conceivable and within the inventive concept if several pipe sections 26 are supplied with paint by the paint supply device. Then the respective free pipe ends are to be arranged in different maxima of the sound velocity in the ultrasonic field.

Um eine vorteilhafte Positionierung des ersten Endes des Rohrstücks 26 darzustellen, ist in diesem Bereich ein Diagramm über den Schallschnellenverlauf des Ultraschallfeldes gezeigt, wobei die X-Achse des Diagramms auf der ersten Mittellinie 24 liegt und die Y-Achse des Diagramms in paralleler Richtung zur Längsachse des Rohrstücks 26 liegt. In das Diagramm sind zwei in Y-Richung gegeneinander versetzt angeordnete, sinusförmige Halbwellen der Schallschnelle eingezeichnet, wobei die Halbwellen jeweils an der Y-Achse ihren Nulldurchgang haben und das Maximum jeweils mit der Längsachse des Rohrstücks 26 zusammen fällt.For an advantageous positioning of the first end of the pipe section 26 In this area, a diagram of the speed of sound of the ultrasound field is shown, with the X axis of the diagram on the first center line 24 lies and the Y-axis of the diagram in a direction parallel to the longitudinal axis of the pipe section 26 lies. The diagram shows two sinusoidal half-waves of the sound velocity, which are offset with respect to one another in the Y direction, the half-wave len have their zero crossing on the Y axis and the maximum with the longitudinal axis of the pipe section 26 falls together.

Das Diagramm mit den darin gezeigten Schallschnellewellen soll zeigen, daß im Zwischenraum zwischen der ersten Sonotrode 14 und dem ersten Reflektionskörper 16 ein stehendes Ultraschallfeld ausgebildet ist. Zudem ist gezeigt, daß das Rohrstück 26 als Teil der Lackzufuhrvorrichtung derartig positioniert ist, daß der Lack in den Nahbereich eines im Ultraschallfeld ausgebildeten Maximums der Schallschnelle zugeführt ist. Von besonderem Vorteil ist, was ebenfalls durch das Diagramm gezeigt ist, daß durch die erfindungsgemäße Formgebung der ersten Sonotrode 14 und des ersten Reflektionskörpers 16 ein Ultraschallfeld ausgebildet ist, das stehende Ultraschallwellen aufweist, die nicht nur wie seither üblich ein Maximum an Schallschnelle in einem bestimmten Punkt erreichen, sondern entlang einer Achse, nämlich wie hier dargestellt, entlang der Y-Richtung und entlang der Mittelachse des Rohrstücks 26, ein Maximum vorhanden ist, das sich über eine durch die Maße der ersten Sonotrode 14 und des ersten Reflektionskörpers 16 vorgebbare Strecke, linienförmig und quasi ohne nennenswerte Abschwächung des Maximus an Schallschnelle erstreckt. Mit anderen Worten bedeutet das, daß durch die erfindungsgemäße Anordnung erreicht ist, daß entlang des Rohrstücks 26 die Schallschnelle im Zwischenraum zwischen der ersten Sonotrode 14 und des ersten Reflektionskörpers 16 quasi gleich groß ist, jedenfalls nur in so geringem Maße abnimmt, daß eine Zerstäubung über die eingangs näher bezeichnete Strecke erfolgt.The diagram with the sonic fast waves shown therein is intended to show that in the space between the first sonotrode 14 and the first reflection body 16 a standing ultrasonic field is formed. It is also shown that the pipe section 26 is positioned as part of the paint supply device in such a way that the paint is fed into the vicinity of a maximum of the sound velocity formed in the ultrasonic field. It is particularly advantageous, which is also shown by the diagram, that the shape of the first sonotrode according to the invention 14 and the first reflection body 16 an ultrasound field is formed which has standing ultrasound waves which not only reach a maximum of sonic speed at a certain point, as has been the norm since then, but also along an axis, namely as shown here, along the Y direction and along the central axis of the pipe section 26 , there is a maximum that is determined by the dimensions of the first sonotrode 14 and the first reflection body 16 Predeterminable route, linear and virtually without any significant weakening of the Maximus at sonic speed. In other words, this means that the arrangement according to the invention achieves that along the pipe section 26 the speed of sound in the space between the first sonotrode 14 and the first reflection body 16 is virtually the same size, in any case only decreases to such a small extent that atomization takes place over the distance specified in the introduction.

Es ist auch ohne weiteres denkbar, daß der erste Reflektionskörper 16 in der erfindungsgemäßen Anordnung durch eine weitere Sanotrode ersetzt wird. Auf diese Weise läßt sich ein stärkeres Ultraschallfeld erzeugen, das zudem in besonders guter Weise regelbar ist. Demgemäß ist die Zerstäubung und somit die Qualität des Lacksprühnebels weiter verbessertIt is also easily conceivable that the first reflection body 16 is replaced by a further sanotrode in the arrangement according to the invention. In this way, a stronger ultrasound field can be generated, which can also be regulated in a particularly good manner. Accordingly, the atomization and thus the quality of the paint spray is further improved

Ein weiterer Vorteil für die Ausbildung eines stehenden Ultraschallfeldes ergibt sich, wenn die Breite des ersten Reflektionskörpers 16 bzw. die Breite 13 der ersten Schallfläche 18 der ersten Sonotrode 14, daß heißt also deren Ausdehnung in die in dieser Fig. angedeutete Z-Richtung, so gewählt wird, daß sie dem Radius 15 desjenigen Hohlzylinders entspricht, durch dessen Mantelfläche die erste 18 bzw. die zweite Schallfläche 22 gebildet ist. Es hat sich gezeigt, daß in diesem Fall eine besonders günstige Anordnung erreicht ist und ein besonders vorteilhaft wirkendes, stehendes Ultraschallfeld ausgebildet ist.Another advantage for the formation of a standing ultrasound field is obtained if the width of the first reflection body 16 or the width 13 the first record 18 the first sonotrode 14 that is to say that its extension in the Z direction indicated in this figure is chosen so that it corresponds to the radius 15 corresponds to that hollow cylinder, through the outer surface of which the first 18 or the second record 22 is formed. It has been shown that in this case a particularly favorable arrangement has been achieved and a standing ultrasound field which has a particularly advantageous effect is formed.

Die 1b zeigt eine zweite Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 20, die einen ähnlichen Aufbau aufweist, wie der in der 1a gezeigte. Daher werden auch die gleichen Bezugszeichen für diejenigen Elemente, die in der 1a bereits eingeführt wurden, benutzt. In dieser Figur ist eine zweite Sonotrode 28 und eine zweiter Reflektionskörper 32 gezeigt, die in ähnlicher Weise wie die erste Sonotrode 14 bzw. der erste Reflektionskörper 16 angeordnet und auch aufgebaut sind, jedoch mit dem Unterschied, daß die betreffenden Schallflächen, nämlich eine dritte Schallfläche 34 sowie eine vierte Schaltfläche 36 aus jeweils drei einzelnen planen Teilflächen, also als Flächenpolygon, ausgebildet sind. Dabei sind die Teilflächen jeder der Schallfläche 34, 36 derart angeordnet, daß sie näherungsweise das hohlzylindrische Profil der entsprechenden Schallflächen 18, 22 aus der 1a nachbilden. Das heißt für das in dem Zwischenraum zwischen der zweiten Sonotrode 28 und dem zweiten Reflektionskörper 32 ausgebildete, stehende Ultraschallstehwellenfeld, daß wiederum entlang der Mittelachse des Rohrstücks 26 das Maxima der Schallschnelle auf einer bestimmten Strecke ausgebildet ist.The 1b shows a second ultrasonic standing wave atomizer arrangement 20 , which has a similar structure to that in the 1a . shown Therefore, the same reference numerals for those elements that are in the 1a have already been used. In this figure is a second sonotrode 28 and a second reflection body 32 shown in a similar way to the first sonotrode 14 or the first reflection body 16 arranged and also constructed, but with the difference that the relevant sound surfaces, namely a third sound surface 34 and a fourth button 36 are formed from three individual planar partial surfaces, that is, as a surface polygon. The partial areas are each of the sound surfaces 34 . 36 arranged such that they approximate the hollow cylindrical profile of the corresponding sound surfaces 18 . 22 from the 1a replicate. That means for that in the space between the second sonotrode 28 and the second reflection body 32 trained, standing ultrasonic standing wave field, that in turn along the central axis of the pipe section 26 the maximum of the sound velocity is formed on a certain route.

Die 1c zeigt eine weitere erfindungsgemäße Anordnung, nämlich eine dritte Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 30 mit einer dritten Sonotrode 38 und einem dritten Reflektionskörper 40. Wie in den zuvor genannten Figuren sind auch in dieser Figur gleiche Elemente mit den bereits eingeführten Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu den Ausgestaltungen der 1a bzw. 1b sind die fünfte Schallfläche 42 der dritten Sonotrode 38 bzw. die sechste Schallfläche 44 des dritten Reflektionskörpers 40 aus im wesentlichen zylinderförmigen Grundkörpern der dritten Sonotrode 38 bzw. des dritten Reflektionskörpers 40 gebildet. Gleichwohl sind die fünfte 42 sowie die sechste Schallfläche 44 entsprechend der Form eines hohlzylindrischen Körpers gestaltet, wobei die gedachte Mittellinie des Hohlzylinders wiederum parallel zur Mittelachse des Rohrstücks 26 gelegen ist. für das sich ausbildende stehende Ultraschallfeld bedeutet dies im Resultat nichts anderes, als daß sich ein Feld ausbildet, ähnlich wie das in den 1a und 1b bereits beschriebene. Das soll wiederum durch die beiden eingezeichneten Schallschnellebäuche symbolisiert werden.The 1c shows a further arrangement according to the invention, namely a third ultrasonic standing wave atomizer arrangement 30 with a third sonotrode 38 and a third reflection body 40 , As in the previously mentioned figures, the same elements are provided with the reference symbols already introduced in this figure. In contrast to the configurations of the 1a respectively. 1b are the fifth record 42 the third sonotrode 38 or the sixth record 44 of the third reflection body 40 from essentially cylindrical base bodies of the third sonotrode 38 or the third reflection body 40 educated. Nevertheless, the fifth 42 and the sixth record are 44 designed according to the shape of a hollow cylindrical body, the imaginary center line of the hollow cylinder in turn parallel to the central axis of the pipe section 26 is located. For the standing ultrasound field that forms, this means nothing else than that a field is formed, similar to that in the 1a and 1b already described. This is symbolized by the two bellies shown.

Allen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausgestaltungen einer Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung ist gemeinsam, daß die Sonotroden 14, 28, 38 sowie die Reflektionskörper 16, 32, 40 derart angeordnet sind, daß die Schallschnelle im Bereich des Lackaustritts, also im Bereich des ersten Endes des Rohrstücks 26, besonders groß ist und entlang des Rohrstücks 26 im wesentlichen gleich bleibt, allenfalls geringfügig abnimmt. Das bedeutet für die sich am Lackaustritt durch das dort herrschende Ultraschallfeld bildende Lacklamelle, daß diese zu den erforderlichen, vergleichsweise kleinen Tropfen zerstäubt wird, auch dann, wenn der Lack entlang der Außenfläche des Rohrstücks 26 entlang fließt. Vorteilhafterweise sind die seither sich bildenden vergleichsweise großen Tropfen, die zu einer inakzeptablen Lackqualität führen, dadurch vermieden. Das Ultraschallfeld entlang des Rohrstücks 26 ist vergleichmäßigt, so daß auch entlang des Rohrstücks 26 eine Zerstäubung in für die Anforderung an die Lackqualität ausreichend, akzeptable kleine Tropfen stattfindet.All of the exemplary embodiments of an ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to the invention have in common that the sonotrodes 14 . 28 . 38 as well as the reflection body 16 . 32 . 40 are arranged such that the sound velocity in the area of the paint outlet, that is in the area of the first end of the pipe section 26 , is particularly large and along the pipe section 26 remains essentially the same, possibly decreasing slightly. For the lacquer lamella forming at the lacquer outlet due to the ultrasound field prevailing there, this is atomized to the required, comparatively small drops, even if the lacquer runs along the outer surface of the pipe section 26 flows along. Advantageously, the comparatively large drops which have formed since then and which lead to an unacceptable paint quality are thereby avoided. The ultrasonic field along the pipe section 26 is evened out, so that along the pipe section 26 atomization takes place in acceptable, small drops sufficient for the paint quality requirements.

Die 2 zeigt eine Anordnung gemäß 1a mit der ersten Sonotrode 14, dem ersten Reflektionskörper 16 sowie dem Rohrstück 26. Zudem ist ein U-förmig ausgebildetes Gehäuse 46 vorhanden, dessen Schenkel bzw. Seiten derartig ausgebildet sind, daß der quaderförmige Schallkörper 21 der ersten Sonotrode 14 sowie der erste Reflektionskörper 16 auf drei Seiten gerade umschlossen ist. Das heißt, daß der Abstand zwischen den Seitenteilen des Gehäuses 46 und den diesen gegenüberliegenden Seiten des Schallkörpers 21 bzw. des ersten Reflektionskörpers 16 möglichst gering ist, jedoch ohne das sich die betreffenden Seitenflächen berühren. Die von den beiden Schenkelseiten gefaßte Basisseite des Gehäuses 46 ist von dem Rohrstück 26 durchdrungen. Die hierfür erforderliche Ausnehmung in der Basisseite ist in dieser Fig. jedoch nur angedeutet und nicht näher technisch ausgeführt. Das Gehäuse 46 verhindert bzw. verringert die Abstrahlung des Ultraschalls in die Raumrichtungen, die nicht der Lackierrichtung entsprechen.The 2 shows an arrangement according to 1a with the first sonotrode 14 , the first reflection body 16 as well as the pipe section 26 , There is also a U-shaped housing 46 available, the legs or sides are formed such that the cuboid sound body 21 the first sonotrode 14 as well as the first reflection body 16 is just enclosed on three sides. That is, the distance between the side parts of the housing 46 and the opposite sides of the sound body 21 or the first reflection body 16 is as small as possible, but without the respective side surfaces touching. The base side of the housing, gripped by the two sides of the leg 46 is from the pipe section 26 penetrated. The recess in the base side required for this is however only hinted at in this figure and is not technically detailed. The housing 46 prevents or reduces the radiation of the ultrasound in the spatial directions that do not correspond to the painting direction.

Die 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung einer vierten Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 50, insbesondere eine vorteilhafte Ausgestaltung des ersten Endes 52 des Rohrstücks 26 mit einem Lamellenring 48. Dabei ist der Lamellenring 48 im Nahbereich des ersten Endes 52 an dem Rohrstück 26 befestigt. Die Lackaustrittsöffnung am ersten Ende 52 ragt nur ein vergleichsweise kleines Stück in den vom Lamellenring 48 definierten zylindrischen Raum hinein. Der Lamellenring 48 ist so angeordnet, daß über eine der Stirnflächen des zylindrischen Raums das Besprühen eines, hier nicht dargestellten Werkstücks erfolgen kann. In radialer Richtung des zylindrischen Raums ist eine Abstrahlung von Ultraschall in vorteilhafter Weise vermieden bzw. verringert. Die in diesem Beispiel gezeigten Lackpartikel 54, die durch das dort herrschende Ultraschallfeld zerstäubt wurden, sind in ihrem Größenverhältnis übertrieben dargestellt. Tatsächlich werden hier Lackpartikelgrößen von kleiner als 60 μm sicher, daß heißt in einer statistischen Partikelverteilung erreicht, die eine qualitativ ausreichende Lackierungsqualität ermöglicht.The 3 shows a further embodiment of a fourth ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to the invention 50 , in particular an advantageous embodiment of the first end 52 of the pipe section 26 with a lamellar ring 48 , Here is the slat ring 48 near the first end 52 on the pipe section 26 attached. The paint outlet opening at the first end 52 protrudes only a comparatively small piece into that of the lamellar ring 48 defined cylindrical space into it. The slat ring 48 is arranged so that the spraying of a workpiece, not shown here, can take place over one of the end faces of the cylindrical space. In the radial direction of the cylindrical space, radiation of ultrasound is advantageously avoided or reduced. The paint particles shown in this example 54 , which have been atomized by the prevailing ultrasound field, are exaggerated in their size ratio. In fact, paint particle sizes of less than 60 μm are reliably achieved here, that is, achieved in a statistical particle distribution that enables a qualitatively adequate paint quality.

Die 4 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltungsmöglichkeit des Erfindungsgegenstands. Die Detaildarstellung orientiert sich an der 3, weshalb auch gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Anstatt des in 3 gezeigten Lamellenrings 48, ist in dieser Figur jedoch ein Lamellenringsegment 46 am er sten Ende 52 des Rohrstücks 26 angeordnet. Das Lamellenringsegment 46 überspannt in diesem Beispiel ca. 210 Grad des Kreisbogens, kann jedoch in weiten Winkelbereichen variiert werden. Auch die Breite des Lamellenringsegment 46, beziehungsweise auch des Lamellenrings 48 kann nicht nur schmäler gewählt werden als der Durchmesser des Rohrstücks 26, sondern auch breiter als dieser Durchmesser. Mit der Wahl einer größeren Breite für das Lamellenringsegment 46 bzw. dem Lamellenring 48 erhöht sich auch der Effekt der Verminderung der Abstrahlung des Ultraschalls in die vom Lamellenringsegment 46 bzw. dem Lamellenring 48 überdeckten Richtungen.The 4 shows another example of an embodiment of the subject matter of the invention. The detailed presentation is based on the 3 , which is why the same parts are provided with the same reference numerals. Instead of the in 3 shown lamellar ring 48 , however, is a lamellar ring segment in this figure 46 at the very end 52 of the pipe section 26 arranged. The segment ring segment 46 spans approx. 210 degrees of the circular arc in this example, but can be varied over a wide range of angles. Also the width of the slat ring segment 46 , or also the lamellar ring 48 can not only be chosen narrower than the diameter of the pipe section 26 , but also wider than this diameter. By choosing a larger width for the slat ring segment 46 or the lamellar ring 48 the effect of reducing the radiation of the ultrasound into that of the lamellar ring segment also increases 46 or the lamellar ring 48 covered directions.

Für alle Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes gilt, daß strömende Luft dazu benutzt werden kann, um die Benetzung des Sonotroden oder des Reflektors zu verhindern. Der von der erfindungsgemäßen Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung erzeugte Lacksprühnebel ist dazu mittels sogenannter Reinigungsluft oder Lenkluft lenkbar. Zudem können die Tröpfchen des Lacksprühnebels elektrostatisch aufgeladen werden und zwar mittels einer Aufladevorrichtung, die prinzipiell bereits aus den Lackiervorgängen mittels Hochrotationszerstäubern bekannt ist. Insbesondere ist für eine solche Aufladevorrichtung das Prinzip der internen, der externen oder eine Kombination aus interner und externer Aufladung bekannt. Bei der sogenannten internen Aufladung wird der Lack elektrostatisch bereits in der Lackzuführungsrichtung auf ein entsprechend hohes elektrisches Potential gelegt, beispielsweise 40.000 Volt, während das zu lackierende Werkstück an Masse gelegt ist. Die derart elektrostatisch aufgeladenen Lackpartikelchen bewegen sich bevorzugt auf das zu lackierende Werkstück zu und unterstützen derart den Lackiervorgang. Bei einer externen Aufladung sind üblicherweise eine Anzahl von Hochspannungselektroden um den Lackaustritt der Lackzuführungseinrichtung angeordnet. Das von diesem Elektroden erzeugte elektrostatische Hochspannungsfeld muß von den Lackpartikelchen durchflogen werden, die auf diese Weise elektrostatisch aufgeladen werden. Auch in diesem Fall ist das Werkstück üblicherweise auf Masse gelegt, so daß die elektrostatisch geladenen Lackpartikel wiederum bevorzugt zum Werkstück geführt werden.For all configurations of the subject matter of the invention apply that flowing air can be used to control the wetting of the sonotrode or the To prevent reflector. The from the ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to the invention generated spray paint can be steered by means of so-called cleaning air or steering air. moreover can the droplets of the paint spray mist electrostatically be charged by means of a charging device that in principle already known from the painting processes using high-speed rotary atomizers is. In particular is for such a charging device the principle of internal, external or a combination of internal and external charging known. The paint becomes electrostatic when it is charged internally already in the paint feed direction placed on a correspondingly high electrical potential, for example 40,000 Volts while the workpiece to be painted Mass is laid. The electrostatically charged paint particles prefer to move towards the workpiece to be painted and support such as the painting process. When charging externally are common a number of high voltage electrodes around the paint outlet of the Paint feeder arranged. The electrostatic generated by these electrodes High voltage field must be from the paint particles are flown through, which in this way electrostatic to be charged. In this case too, the workpiece is common grounded so that the electrostatic charged paint particles are in turn preferably led to the workpiece.

1010: erste Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnungfirst Ultrasonic standing-wave atomizer
1212: Richtungspfeiledirectional arrows
1313: Breitewidth
1414: erste Sonotrodefirst sonotrode
1515: Radiusradius
1616: erster Reflektionskörperfirst reflection body
1717: erste Liniefirst line
1818: erste Schallflächefirst sound area
1919: zweite Liniesecond line
2020: zweite Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnungsecond Ultrasonic standing-wave atomizer
2121: Schallkörpersound body
2222: zweite Schallflächesecond sound area
2424: erste Mittelliniefirst center line
2626: Rohrstückpipe section
2828: zweite Sonotrodesecond sonotrode
3030: dritte Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnungthird Ultrasonic standing-wave atomizer
3232: zweiter Reflektionskörpersecond reflection body
3434: dritte Schallflächethird sound area
3636: vierte Schallflächefourth sound area
3838: dritte Sonotrodethird sonotrode
4040: dritter Reflektionskörperthird reflection body
4242: fünfte Schallflächefifth record
4444: sechste Schallflächesixth sound area
4646: Gehäusecasing
4848: Lamellenringlamellar ring
5050: vierte Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnungfourth Ultrasonic standing-wave atomizer
5252: erstes Endefirst The End
5454: Lackpartikelpaint particles
5656: LamellenringsegmentLamellar ring segment

Claims

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement ( 10 . 20 . 30 ) to generate a paint spray for painting a workpiece with a sonotrode ( 16 . 28 . 38 ), with one of the sonotrode ( 16 . 28 . 38 ) component arranged opposite ( 22 . 32 . 40 ), in the case of operation in the space between the sonotrode ( 16 . 28 . 38 ) and component ( 22 . 32 . 40 ) a standing ultrasound field is formed, and with at least one paint supply device, by means of which the paint can be supplied in the vicinity of a maximum of the sound velocity of the ultrasound field, the at least one paint supply device in the area of the standing ultrasound field essentially as a piece of pipe ( 26 ) is designed by the shape of the opposite end face ( 18 . 22 ) the sonotrode ( 16 . 28 . 38 ) and the component ( 22 . 32 . 40 ) the sonic fast along the pipe section ( 26 ) is essentially the same.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to claim 1, characterized in that the component ( 22 . 32 . 40 ) is a second sonotrode.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the opposite end faces of the sonotrode ( 16 . 28 . 38 ) and the component ( 22 . 32 . 40 ) designed as a hollow cylinder and that the corresponding cylinder axes parallel to the longitudinal axis of the pipe section ( 26 ) are arranged.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to claim 3, characterized in that the hollow cylindrical shape of the end faces ( 18 . 22 ) roughly by a number of appropriately arranged individual partial areas ( 36 ) is reproduced.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the end faces ( 18 . 22 ) preferably in a cuboidal sonotrode sound body ( 21 ) or the component ( 16 . 32 . 14 ) are incorporated.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the radius ( 15 ) of the end faces ( 18 . 22 ) roughly forming hollow cylinder ( 13 ) the side length of that side of the outer surface of the sound body ( 21 ) or the component ( 16 . 32 . 40 ) corresponds to which outer surface is perpendicular to the center line of the pipe section ( 26 ) is.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a wrapping element ( 46 ) is arranged, which has a recess in the direction of paint spraying and which essentially prevents the emission of the ultrasound in other directions.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to claim 7, characterized in that the enveloping element ( 46 ) Is U-shaped.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the pipe section ( 26 ) through the envelope element ( 46 ) reaches through.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to one of the Expectations 7 to 9, characterized in that the recess just so is chosen large that the spray can still be applied freely to the workpiece to be painted.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to one of Claims 7 to 10, characterized in that the distance between the enveloping element ( 46 ) and sonotrode ( 16 . 28 . 38 ) or component ( 22 . 32 . 40 ) is so small that contact is just avoided in all regular operating conditions.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that around a paint outlet opening on the pipe section ( 26 ) a ring ( 48 ) is arranged, the lacquer outlet opening of the pipe section ( 26 ) is located within the cylinder defined by the radially inner ring outer surface.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to one of the preceding claims 1 to 11, characterized in that in the vicinity of the paint outlet opening a ring segment ( 56 ) is arranged, the lacquer outlet opening being located within the radially inner outer surface of the ring segment ( 56 ) defined cylinder segment is located.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to one of claims 12 or 13, characterized in that the ring ( 48 ) or the ring segment ( 56 ) is provided with a hydrophobic surface, in particular tetrafluoroethylene.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to one of claims 12 to 14, characterized in that the ring ( 48 ) or the ring segment ( 56 ) can be blown with cleaning air.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to one of the aforementioned claims, characterized in that a Cleaning air flow available by wetting the sonotrode and / or the component is avoided or reduced.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to one of the aforementioned claims, characterized in that a Directing air flow is present, through which the direction of flight of the paint spray impressionable is.

Ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to one of the aforementioned claims, characterized in that the Charging device is present, through which the paint is electrostatic is rechargeable.