DE19643621B4

DE19643621B4 - Luftkappe für pneumatische Lackspritzvorrichtungen und pneumatisches Aufbringverfahren

Info

Publication number: DE19643621B4
Application number: DE1996143621
Authority: DE
Inventors: Jörg Asmalsky; Oliver Gross; Stephan Paustian
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2016-10-23
Also published as: DE19643621A1

Abstract

Luftkappe für pneumatische Lackspritzvorrichtungen mit
einer gemeinsamen oder mit getrennten Austrittsöffnungen für ein Applikationsmedium und ein Zerstäubermedium sowie
mindestens zwei Luftkappenhörnern mit jeweils mindestens einer Austrittsöffnung für ein Strahlformungsmedium,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Austrittsöffnungen (16) für das Strahlformungsmedium einen Abstand (12) zwischen 20 und 300 mm von einer zu einer Applikationsrichtung (13) senkrechten, durch die mindestens eine Austrittsöffnung (14) für das Zerstäubermedium verlaufenden Ebene (15) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftkappe für pneumatische Lachspritzvorrichtungen und ein Verfahren zum pneumatischen Aufbringen von Applikationmedien, insbesondere Naßlackem auf Substrate.
Bei der pneumatischen Applikation wird das aus einer Düse ausströmende Applikationsmedium durch ein mit hoher Geschwindigkeit austretendes Zerstäubungsmedium, im Regelfall Luft, mechanisch zerstäubt. Zu diesem Zweck sind im Bereich der Düse eine oder mehrere Austrittsöffnungen für das Zerstäubungsmedium angeordnet.

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 gegenüberliegende Luftkappenhörner, welche jeweils eine oder mehrere Austrittsöffnungen aufweisen. Durch diese Strahlformungsöffnungen tritt ein Strahlformungsmedium, zumeist Luft, aus. Dieses hat die Aufgabe, den Strahl in eine vom Volumenstrom des Strahlformungsmediums abhängige Ellipsenform zu bringen. Auf diese Weise läßt sich eine an das zu beschichtende Werkstück angepaßte Strahlausbildung erzielen.

Bei der beschriebenden Luftkappe sind die Austrittsöffnungen der Hörner unmittelbar hinter den Austrittsöffnungen für Applikationsmedium und Zerstäuberluft angeordnet. Der typische Abstand zwischen einer zur Applikationsrichtung senkrechten, durch die Zerstäubungsöffnung verlaufenden Ebene und den Austrittsöffnungen in den Hörnern beträgt bei derartigen Luftkappen typischerweise 3 – 10 mm.

Bei diesen Luftkappen treten die Volumenströme von Zerstäuber- und Strahlformungsmedium unmittelbar aufeinander. Die damit verbundenen Turbulenzen und Unterdruckbereiche führen insbesondere bei ungünstigen Parametereinstellungen, beispielsweise zu hohem Volumenstrom des Strahlformungsmediums, zu Verschmutzungen an der Luftkappe. Außerdem sind diese Turbulenzen bei der Applikation von Metallic-Lacken maßgeblich an der sogenannten "Wolkenbildung" beteiligt, einer inhomogenen Ausrichtung der Metallic-Flakes. Diese inhomogene 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 oberhalb der Deckfähigkeitsgrenze liegen, können Wirbelbildungen im Spritzstrahl zu nichtdeckenden Teilbereichen 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 Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Luftkappe für pneumatischelachspritzvorrichtungen sowie ein pneumatisches Aufbringverfahren zu schaffen, welche die ungünstige Wirbelbildung vermeiden und welche außerdem eine homogene Werkstückbeschichtung, insbesondere auch mit Metallic-Lacken, sowie eine geringe Luftkappenverschmutzung gewährleisten.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Luftkappe gelöst. durch den Anspruch 1 sowie hinsichtlich eines Aufbringverfahrens durch den Anspruch 4. Die Unteransprüche zeigen jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung auf.

Durch eine Luftkappe, bei welcher die Strahlformungsöffnungen der Luftkappenhörner einen von einer zur Applikationsrichtung senkrechten, durch die mindestens 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 "Langhorn"-Luftkappen ein unmittelbares Aufeinandertreffen von Zerstäubungsmedium und Strahlfomungsmedium vermieden werden kann. Das Applikationsmedium wird zunächst in einer im wesentlichen durch die Düsenöffnung 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 Applikationspartikeln 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 Naßlacke, sowohl auf Lösemittelbasis als auch auf der Basis wasserlöslicher oder wasserverdünnbarer Harze. Aber allen anderen zerstäubbaren Medien können verwendet werden.

Vorteilhafterweise beträgt der Abstand von der zur Applikationsrichtung senkrechten, durch die mindestens eine Zerstäubungsöffnung verlaufenden Ebene und den Strahlformungsöffnungen, also im wesentlichen die Länge der Luftkappenhörner, mindestens 20 mm bis ungefähr 200 mm. Als besonders geeignet hat sich ein Abstand von 50 bis ungefähr 150 mm herausgestellt. Da in der Praxis Werkstücke mit einem typischen Spritzabstand von 200 bis 350 mm beschichtet werden, bleibt der Spritzstrahl bis zum Auftreffen auf das Substrat deutlich länger homogen als bei bisherigen pneumatischen 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 Austrittsöffnungen 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 Zerstäubungsöffnungen definierten Ebene angeordnet sind.

Typische pneumatische Applikationsvorrichtungen weisen einen Körper, mindestens einen Anschluß für das Applikationsmedium, mindestens einen gemeinsamen oder getrennte Anschlüsse für Zerstäubermedium und Strahlformungsmedium, eine Düse, welche mit dem Anschluß für das Applikationsmedium verbunden ist, sowie eine im Bereich der Düse angeordnete Luftkappe auf. Vorteilhafterweise können derartige Applikationsvorrichtungen auch weiterhin verwendet werden, wenn die herkömmlichen Luftkappen gegen erfindungsgemäße Luftkappen ausgetauscht werden. Es müsen daher keine kostenintensiven anlagentechnischen Modifikationen vorgenommen werden. Entsprechende Neukonstruktionen von Luftkappen sind prinzipiell für sämtliche auf dem Markt befindlichen Applikationsvorrichtungen denkbar.

Bei eine erfindungsgemäßen Verfahren zum pneumatischen Aufbringen 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 Strahlformungsmedium 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 Werkstückgeometrie 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 Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine Applikationsvorrichtung mit erfindungsgemäßer Luftkappe;
2 eine herkömmliche Luftkappe in der Aufsicht;
3 die Seitenansicht einer herkömmlichen Luftkappe.
In 2 und 3 ist eine herkömmliche Luftkappe mit einer Austrittsöffnung 1 (Düse) für das zu applizierende Medium, mit Austrittsöffnungen 2 für die Zerstäuberluft, mit Luftkappenhörnern 3 sowie Aus trittsöffnungen 4 für das Strahlformungsmedium dargestellt. Der Abstand 5 zwischen der zur Applikationsrichtung 6 senkrechten, durch die Zerstäubungsöffnungen 2 verlaufenden Ebene 7 und den Strahlformungsöffnungen 4 beträgt typischerweise 3 – 8 mm.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Zerstäuber mit Zerstäuberkörper 10 und Langhorn-Luftkappe 11 dargestellt. Der Abstand 12 zwischen den zur Applikationsrichtung 13 senkrechten, durch die Zerstäubungsöffnungen 14 verlaufenden Ebene 15 und den Strahlformungsöffnungen 16 beträgt hier ungefähr 50 mm.
In dieser Figur ebenfalls dargestellt ist der Sachverhalt, daß der emittierte Strahl 17 im Vergleich zu Applikationsvorrichtungen mit herkömmlichen Luftkappen wesentlich länger gebündelt bleibt und erst am Punkt 18 eine Aufweitung und Formung erfährt.

Claims

Luftkappe für pneumatische Lackspritzvorrichtungen mit einer gemeinsamen oder mit getrennten Austrittsöffnungen für ein Applikationsmedium und ein Zerstäubermedium sowie mindestens zwei Luftkappenhörnern mit jeweils mindestens einer Austrittsöffnung für ein Strahlformungsmedium, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (16) für das Strahlformungsmedium einen Abstand (12) zwischen 20 und 300 mm von einer zu einer Applikationsrichtung (13) senkrechten, durch die mindestens eine Austrittsöffnung (14) für das Zerstäubermedium verlaufenden Ebene (15) aufweisen.
Luftkappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (12) zwischen 50 und 150 mm beträgt.
Luftkappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Luftkappenhorn mindestens zwei Austrittsöffnungen (16) für das Strahlformungsmedium in unterschiedlichen Abständen (12) von der durch mindestens eine der Austrittsöffnungen (14) für des Zerstäuber medium verlanfenden Ebene (15)aufweist.
Verfahren zum pneumatischen Aufbringen eines Applikationsmediums auf ein Substrat, bei dem das aus einer Düse austretende Applikationsmedium durch ein aus mindestens einer Austrittsöffnung austretendes Zerstäubermedium zerstäubt und zur Strahlformung von einem Strahlformungsmedium beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlformung in einem Abstand (12) zwischen 20 und 300 mm von einer zu einer Applikationsrichtung senkrechten, durch die mindestens eine Austrittsöffnung (14) für das Zerstäubermedium verlaufenden Ebene (15) vorgenommen wird, wobei sich zunächst ein durch Düsenform und Zerstäubermedium definierter Strahl (17) des Applikationsmediums ausbildet und dieser definierte Strahl (17) anschließend durch das Strahlformungsmedium beeinflußt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung und die Strahlformung in einem mit dem Volumenstrom des Zerstäubermediums und dem Volumenstrom des Applikationsmediums korrelierten Abstand (12) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlformung in einem Abstand (12) von mindestens 50 mm durch des Strallformungsmedium vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (12) in Abhängigkeit von der Werkstückgeometrie manuell oder automatisch variiert wird.