DE19643621A1 - Luftkappe für pneumatische Applikationsverfahren und pneumatisches Applikationsverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftkappe für pneumati­ sche Applikationsverfahren und ein pneumatisches Ap­ plikationsverfahren zur Applikation von Medien, ins­ besondere Naßlacke, auf Substrate.

Bei der pneumatischen Applikation wird das aus einer Düse ausströmende Applikationsmedium durch ein mit hoher Geschwindigkeit austretendes Zerstäubungsmedi­ um, im Regelfall Luft, mechanisch zerstäubt. Zu die­ sem Zweck sind im Bereich der Düse eine oder mehrere Austrittsöffnungen für das Zerstäubungsmedium ange­ ordnet.

Eine pneumatische Applikationsvorrichtung ist aus der DE 39 22 685 bekannt. Die Vorrichtung wird als Spritzpistole mit einem Pistolenkörper beschrieben, auf welchem eine Düse und im Bereich der Düse eine Luftkappe angeordnet sind. Die Luftkappe weist eine Öffnung für Applikationsmaterial und Zerstäuberluft auf.

Zur Strahlformung besitzt die Luftkappe zwei gegen­ überliegende Luftkappenhörner, welche jeweils eine oder mehrere Austrittsöffnungen aufweisen. Durch die­ se Strahlformungsöffnungen tritt ein Strahlformungs­ medium, zumeist Luft, aus. Dieses hat die Aufgabe, den Strahl in eine vom Volumenstrom des Strahlfor­ mungsmediums abhängige Ellipsenform zu bringen. Auf diese Weise läßt sich eine an das zu beschichtende Werkstück angepaßte Strahlausbildung erzielen.

Bei der beschriebenden Luftkappe sind die Austritts­ öffnungen der Hörner unmittelbar hinter den Aus­ trittsöffnungen für Applikationsmedium und Zerstäu­ berluft angeordnet. Der typische Abstand zwischen einer zur Applikationsrichtung senkrechten, durch die Zerstäubungsöffnung verlaufenden Ebene und den Aus­ trittsöffnungen in den Hörnern beträgt bei derartigen Luftkappen typischerweise 3-10 mm.

Bei diesen Luftkappen treten die Volumenströme von Zerstäuber- und Strahlformungsmedium unmittelbar auf­ einander. Die damit verbundenen Turbulenzen und Un­ terdruckbereiche führen insbesondere bei ungünstigen Parametereinstellungen, beispielsweise zu hohem Volu­ menstrom des Strahlformungsmediums, zu Verschmutzun­ gen an der Luftkappe. Außerdem sind diese Turbulenzen bei der Applikation von Metallic-Lacken maßgeblich an der sogenannten "Wolkenbildung" beteiligt, einer in­ homogenen Ausrichtung der Metallic-Flakes. Diese in­ homogene Ausrichtung macht sich in unerwünschten Hel­ ligkeitsunterschieden auf der Werkstückoberfläche bemerkbar.

Da Metallic-Lacke aus Gründen des Kostenersparnis mit Schichtdicken appliziert werden, die nur knapp ober­ hald der Deckfähigkeitsgrenze liegen, können Wirbel­ bildungen im Spritzstrahl zu nichtdeckenden Teilbe­ reichen in der Beschichtung führen. Nichtdeckende Teilbereiche können auch in wolkigen Bereichen, in denen die Metallic-Flakes nicht untergrundparallel ausgerichtet sein und somit in ihrer Gesamtheit schlechterdeckende Schichten erzeugen, entstehen.

Ausgehend von diesen Nachteilen des Standes der Tech­ nik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Luftkappe für ein pneumatisches Applikationsverfahren sowie ein pneumatisches Applikationsverfahren zu schaffen, welche die ungünstige Wirbelbildung vermei­ den und welche außerdem eine homogene Werkstückbe­ schichtung, insbesondere auch mit Metallic-Lacken, sowie eine geringe Luftkappenverschmutzung gewährlei­ sten.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Luftkappe gelöst durch den Anspruch 1 sowie hinsichtlich eines Appli­ kationsverfahrens durch den Anspruch 5. Die Unteran­ sprüche zeigen jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung auf.

Durch eine Luftkappe, bei welcher die Strahlformungs­ öffnungen der Luftkappenhörner einen von einer zur Applikationsrichtung senkrechten, durch die minde­ stens eine Zerstäubungsöffnung verlaufenden Ebene ausreichend großen Abstand aufweisen, welcher eine räumliche - und zeitliche - Trennung von Zerstäu­ bungs- und Strahlformungsprozeß gewährleistet, läßt sich einer Wirbelbildung nachhaltig entgegenwirken. Dies liegt daran, daß durch erfindungsgemäße "Lang­ horn"-Luftkappen ein unmittelbares Aufeinandertreffen von Zerstäubungsmedium und Strahlformungsmedium ver­ mieden werden kann. Das Applikationsmedium wird zu­ nächst in einer im wesentlichen durch die Düsenöff­ nung definierten Form von der Luftkappe weggetragen und erfährt erst nachfolgend eine Strahlaufweitung und Strahlformung durch das Strahlformungsmedium. Als Zerstäubungs- und Strahlformungsmedium wird bevorzugt Luft eingesetzt, aber der Einsatz anderer Gase ist denkbar.

Eine erfindungsgemäß ausgestaltete Luftkappe weist eine geringere Verschmutzung mit Applikationsparti­ keln auf und führt weiterhin zu einer Verringerung der Wolkenbildung, insbesondere bei Metallic-Lacken, sowie einer gleichmäßigen Lösemittelkonzentration in der frisch applizierten Lackschicht. Außerdem lassen sich damit Schichtdickenschwankungen verringern.

Als Applikationsmedien eignen sich besonders Naß­ lacke, sowohl auf Lösemittelbasis als auch auf der Basis wasserlöslicher oder wasserverdünnbarer Harze. Aber allen anderen zerstäubbaren Medien können ver­ wendet werden.

Vorteilhafterweise beträgt der Abstand von der zur Applikationsrichtung senkrechten, durch die minde­ stens eine Zerstäubungsöffnung verlaufenden Ebene und den Strahlformungsöffnungen, also im wesentlichen die Länge der Luftkappenhörner, mindestens 20 mm bis un­ gefähr 200 mm. Als besonders geeignet hat sich ein Abstand von 50 bis ungefähr 150 mm herausgestellt. Da in der Praxis Werkstücke mit einem typischen Spritz­ abstand von 200 bis 350 mm beschichtet werden, bleibt der Spritzstrahl bis zum Auftreffen auf das Substrat deutlich länger homogen als bei bisherigen pneumati­ schen Applikationsvorrichtungen.

In der Praxis ist der optimale Abstand insbesondere abhängig von der Werkstückgeometrie, so daß auch von den vorherigen Angaben abweichende Abstände denkbar sind. Entscheidend ist, wie oben ausgeführt, eine ausreichende räumliche Trennung zwischen den Aus­ trittsöffnungen für das Zerstäubungsmedium und das Strahlformungsmedium.

Anstelle einer einzigen Strahlformungsöffnung kann jedes Luftkappenhorn auch mit mehreren derartigen Öffnungen versehen sein, die in unterschiedlichen Abständen von der durch Strahlrichtung und Zerstäu­ bungsöffnungen definierten Ebene angeordnet sind.

Typische pneumatische Applikationsvorrichtungen wei­ sen einen Körper, mindestens einen Anschluß für das Applikationsmedium, mindestens einen gemeinsamen oder getrennte Anschlüsse für Zerstäubermedium und Strahl­ formungsmedium, eine Düse, welche mit dem Anschluß für das Applikationsmedium verbunden ist, sowie eine im Bereich der Düse angeordnete Luftkappe auf. Vor­ teilhafterweise können derartige Applikationsvorrich­ tungen auch weiterhin verwendet werden, wenn die her­ kömmlichen Luftkappen gegen erfindungsgemäße Luftkap­ pen ausgetauscht werden. Es müssen daher keine kosten­ intensiven anlagentechnischen Modifikationen vorge­ nommen werden. Entsprechende Neukonstruktionen von Luftkappen sind prinzipiell für sämtliche auf dem Markt befindlichen Applikationsvorrichtungen denkbar.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur pneumati­ schen Applikation eines Applikationsmediums auf ein Substrat werden Zerstäubung und Strahlformung derart getrennt durchgeführt, daß sich zunächst ein durch Düsenform und Zerstäubungsmedium definierter Strahl des zu applizierenden Mediums ausbilden kann und erst nachfolgend dieser Strahl durch das Strahlformungs­ medium beeinflußt wird. Vorteilhafterweise wird der Abstand von einer zum Strahl senkrechten, durch die mindestens eine Zerstäubungsöffnung verlaufende Ebene und der Strahlformung in Abhängigkeit von der Werk­ stückgeometrie manuell oder automatisch variiert. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Applikation von Metallic-Lacken.

Weitere Ausführungsformen, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs­ beispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Applikationsvorrichtung mit erfin­ dungsgemäßer Luftkappe;

Fig. 2 eine herkömmliche Luftkappe in der Auf­ sicht;

Fig. 3 die Seitenansicht einer herkömmlichen Luft­ kappe.

In Fig. 2 und Fig. 3 ist eine herkömmliche Luftkappe mit einer Austrittsöffnung 1 (Düse) für das zu appli­ zierende Medium, mit Austrittsöffnungen 2 für die Zerstäuberluft, mit Luftkappenhörnern 3 sowie Aus­ trittsöffnungen 4 für das Strahlformungsmedium darge­ stellt. Der Abstand 5 zwischen der zur Applikations­ richtung 6 senkrechten, durch die Zerstäubungsöffnun­ gen 2 verlaufenden Ebene 7 und den Strahlformungsöff­ nungen 4 beträgt typischerweise 3-8 mm.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Zerstäuber mit Zerstäuberkörper 10 und Langhorn-Luftkappe 11 darge­ stellt. Der Abstand 12 zwischen den zur Applikations­ richtung 13 senkrechten, durch die Zerstäubungsöff­ nungen 14 verlaufenden Ebene 15 und den Strahlfor­ mungsöffnungen 16 beträgt hier ungefähr 50 mm.

In dieser Figur ebenfalls dargestellt ist der Sach­ verhalt, daß der emittierte Strahl 17 im Vergleich zu Applikationsvorrichtungen mit herkömmlichen Luftkap­ pen wesentlich länger gebündelt bleibt und erst am Punkt 18 eine Aufweitung und Formung erfährt.

Claims (8)

1. Luftkappe für pneumatische Applikationsvorrich­ tungen mit
einer gemeinsamen oder mit getrennten Austritts­ öffnungen für ein Applikationsmedium und ein Zerstäubermedium sowie
mindestens zwei Luftkappenhörnern mit jeweils mindestens einer Strahlformungsöffnung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlformungsöffnungen (16) einen Ab­ stand (12) von einer zur Applikationsrichtung (13) senkrechten, durch die mindestens eine Zer­ stäubungsöffnung (14) verlaufenden Ebene (15) aufweisen, welcher eine räumliche und zeitliche Trennung von Zerstäubung (17) und Strahlformung (18) gewährleistet.

2. Luftkappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abstand (12) zwischen 20 und 300 mm, be­ vorzugt zwischen 50 und 150 mm, beträgt.

3. Luftkappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Luftkappenhorn mindestens zwei Strahl­ formungsöffnungen (16) in unterschiedlichen Ab­ ständen (12) aufweist.

4. Pneumatische Applikationsvorrichtung mit
einem Körper,
mindestens einem Anschluß für das Applikations­ medium,
einem gemeinsamen oder getrennten Anschlüssen für Zerstäubungsmedium und Strahlformungs­ medium,
einer Düse, die mit dem Anschluß für das Appli­ kationsmedium verbunden ist, und
einer im Bereich der Düse angeordneten Luftkap­ pe,
dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkappe nach mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 3 ausgebildet ist.

5. Verfahren zur pneumatischen Applikation eines Applikationsmediums auf ein Substrat, bei dem das aus einer Düse austretende Applika­ tionsmedium durch ein aus mindestens einer Zer­ stäubungsöffnung austretende Zerstäubungsmedium zerstäubt und von einem Strahlformungsmedium beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß Zerstäubung und Strahlformung derart ge­ trennt durchgeführt werden,
daß sich zunächst ein durch Düsenform und Zer­ stäubungsmedium definierter Strahl (17) des zu applizierenden Mediums ausbildet und dieser definierte Strahl (17) anschließend durch das Strahlformungsmedium beeinflußt wird.

6. Applikationsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlformung in einem mit dem Volumen­ strom des Zerstäubungsmediums und dem Volumen­ strom des Applikationsmediums korrelierten Ab­ stand (12) von einer zur Applikationsrichtung (13) senkrechten, durch die mindestens eine Zer­ stäubungsöffnung (14) verlaufenden Ebene (15) vorgenommen wird.

7. Applikationsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlformung in einem Abstand (12) von mindestens 50 mm vorgenommen wird.

8. Applikationsverfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (12) in Abhängigkeit von der Werkstückgeometrie manuell oder automatisch va­ riiert wird.