DE3634443A1 - Vorrichtung zum elektrostatischen aufbringen von fliessfaehigen medien - Google Patents

Vorrichtung zum elektrostatischen aufbringen von fliessfaehigen medien

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektro­ statischen Aufbringen von fließfähigen Medien auf Werkstücke, insbesondere von Lackfarben, Lacken usw. mit Hilfe eines Rotationszerstäubers, der einen rotieren­ den Sprühkopf, Antriebsmittel, Zuführleitungen sowie Steuereinrichtungen für das bzw. die fließfähigen Medien und für Spülmittel zur Selbstreinigung aufweist.
Vorrichtungen der genannten Art sind in den verschieden­ sten Ausführunsformen bekannt. Weitgehend Überein­ stimmung besteht insofern, als der rotierende Sprühkopf in der Regel rotationssymmetrisch, d. h. glockenförmig oder kegelstumpfförmig ist. Das fließfähige Medium wird dem Sprühkopf in einer hohlen Welle oder parallel zur Drehachse zugeführt. Durch die Drehung wird das fließ­ fähige Medium an eine umfangsseitig gelegene Zerstäuber­ kante befördert, hierbei stark beschleunigt und sodann weggeschleudert und somit durch mechanische und elek­ trische Kräfte möglichst fein zerstäubt. Technische Problembereiche sind die Zonen, in denen die Farben bzw. Lacke in den sich drehenden Sprühkopf gelangen und von ihm auf die Geschwindigkeit seiner Oberfläche beschleunigt werden müssen. Ferner ist eine extrem feine Zerstäubung nach wie vor technisch nicht zu­ friedenstellend gelöst, wobei sich unterschiedliche Probleme auch durch die speziellen Materialeigen­ schaften der verschiedenartigen Farben und Lacke er­ geben. Schließlich muß der Sprühkopf automatisch von Farb- und Lackrückständen gereinigt werden können, wobei dies sowohl für das Innere des Sprühkopfes als auch für seine Vorderseite gilt, weil sich auf dieser Farb- oder Lackrückstände durch die besonderen Druck­ verhältnisse in seinem Umfeld niederschlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der genannten Art so zu gestalten, daß sich Farben und Lacke usw. in fein verteilter Weise zer­ stäuben lassen und daß sich auch alle relevanten Be­ reiche und Flächen einschließlich der besonders problematischen Vorderseite des Sprühkopfes nach Be­ endigung des Sprühvorganges oder für einen Farbwechsel automatisch mit Hilfe eines Spülmittels reinigen lassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Sprühkopf zumindest bereichsweise fein(st)löchrige, flüssigkeitsdurchlässige Flächen für jeweils durch­ tretende Farben bzw. Lacke oder Spülmittel usw. auf­ weist.
Das fließfähige Medium tritt von der Rückseite her nahe am Zentrum in den Sprühkopf ein und wird dort durch viele kleine Bohrungen, Öffnungen usw. auf Abstand zur Rotationsachse verteilt. Durch die Drehung des Sprühkopfes unterliegt das Medium sodann der Fliehkraft und bewegt sich radial nach außen, wobei es beschleunigt wird. Hierbei gelangt es schließlich über eine im wesentlichen radial gerichtete, leicht geneigte Gleitfläche in den Umfangsbereich des Sprüh­ kopfes und wird dort von einem feinlöchrigen Zer­ stäuberring aufgenommen und schließlich radial aus­ wärts abgegeben. Um eine feinstmögliche Zerstäubung zu erreichen, ist die Oberfläche des Sprühkopfes im Bereich der Zerstäuberkante feinlöchrig, so daß sich das ausströmende Medium nicht als Film, sondern in feinst verteilter Tröpfchenform vom Sprühkopf löst.
Zur Bildung der feinlöchrigen, flüssigkeitsdurch­ lässigen Fläche dienen vorzugsweise poröse Körper z. B. aus Sinterwerkstoffen und/oder Keramikwerkstoffen und/oder Kunststoffen. Ihre körperliche Gestalt wird von der jeweiligen Einsatzstelle bestimmt oder zu­ mindest beeinflußt, was bedeutet, daß der im Zentrum des Sprühkopfes angeordnete Körper mit einer flüssig­ keitsdurchlässigen Fläche im wesentlichen scheiben­ förmig ist, während ein flüssigkeitsdurchlässiger Körper im Bereich der Zerstäuberkante Ringform be­ sitzt.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der Be­ schreibung und den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Aus­ führungsbeispielen, die in der Zeichung dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch wesentliche Teile der Vorrichtung;
Fig. 2 eine Stirn-Teilansicht des Sprüh­ kopfes in kleinerem Maßstab;
Fig. 3 einen Schnitt wie in Fig. 1 von einem abgewandelten Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine Stirnansicht des Sprühkopfes gemäß Fig. 3;
Fig. 5 einen Schnitt wie in Fig. 1 von einem dritten Ausführungsbeispiel und
Fig. 6 einen Schnitt wie in Fig. 1 von einem vierten Ausführungsbeispiel.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 zum elektrostatischen Aufbringen von fließfähigen Medien wie Farben, Lacke usw. auf ein nicht dargestelltes Werkstück umfaßt einen Rotationszerstäuber 2 mit einer Antriebswelle 3 für einen Sprühkopf 4 und einen zylindrischen Maschinenkörper 5 mit einer Bohrung 6 für die Antriebswelle 3. Der zylindrische Maschinen­ körper 5 dreht sich nicht und greift in eine entsprechend zylindrische Ausnehmung 7 des glockenförmigen bzw. gemäß Ausführungsbeispiel eine kegelstumpfförmige Mantelfläche 8 aufweisenden Sprühkopfes 4.
In seinem Zentrum 9 weist der Sprühkopf 4 eine Nabe 10 auf. Sie übergreift gemäß Ausführungsbeispiel ein kegelstumpfförmiges Ende 11 der Antriebswelle 3 und wird z. B. mit Hilfe einer Schraube 11 a axial an der Antriebswelle 3 befestigt.
Zwischen der Nabe 10 und einer freien Stirnfläche 12 des zylindrischen Maschinenkörpers 5 befindet sich eine Ringkammer 13, zu der mindestens eine Bohrung 14 bzw. ein Farbkanal 14 im zylindrischen Maschinenkörper 5 führt. Vorzugsweise sind mehrere derartige Bohrungen oder Farbkanäle 14 vorgesehen und dienen auch je nach Ansteuerung zur Zuführung von Spülmitteln.
Zwischen der sprühkopfseitigen Oberfläche der Aus­ nehmung 7 und der zylindrischen Oberfläche des zylindrischen Maschinenkörpers 5 befinden sich in Fig. 1 nicht dargestellte Dichtungen oder auch Lager­ mittel. Dasselbe gilt für die Bohrung 6, in der sich die Antriebswelle 3 befindet. Die Darstellung der Dichtungen und Lagerkörper würde die Klarheit der Fig. 1 nur unnötig beeinträchtigen.
In der Nabe 10 sind mehrere, sich weitgehend achs­ parallel erstreckende Bohrungen 15 angeordnet. Zur Achse der Antriebswelle 3 sind diese Bohrungen 15 zumindest teilweise leicht geneigt. Die Neigung der Bohrungen 15 führt zu einer divergierenden und/oder konvergierenden Bohrungsanordnung.
Die der Ringkammer 13 zugewandte Oberfläche 16 der Nabe 10 ist vorzugsweise kegelstumpfförmig und läuft in einem außen zylindrischen, innen konischen Ansatz 17 aus, der das Wellenende 11 übergreift.
Die Nabe 10 ist im Zentrum 9 des Sprühkopfes 4 weit­ gehend flüssigkeitsdurchlässig. Hierzu dienen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel feine Poren 18 zu­ sätzlich zu den Bohrungen 15. Zur Bildung der Poren 18 ist ein poröser Körper 19 vorgesehen, der die Stirn­ fläche 20 im Zentrum 9 des Sprühkopfes 4 auf dessen der Antriebswelle 3 abgewandten Seite bildet. Abge­ sehen von einer mittigen Durchtrittsöffnung 21 für die bereits erwähnte, in Fig. 1 darge­ stellte Befestigungsschraube ist der poröse Körper 19 scheiben- oder ringförmig.
Wie aus Fig. 1 ferner hervorgeht, kann der poröse, scheibenförmige Körper 19 in seinem äußeren Rand­ bereich etwas dicker sein als im Bereich der Durch­ trittsöffnung 21 und ferner kann seine Mantelfläche 22 kegelstumpfförmig sein. Sämtliche Bohrungen 15 enden an dem porösen Körper 19, so daß ein durch diese Bohrungen 15 strömendes Medium in den porösen Körper 19 gelangt.
Die Stirnfläche 20 des Sprühkopfes 4 ist zumindest radial außerhalb von dem porösen Körper 19 gemäß Ausführungsbeispiel konkav oder kegelstumpfförmig. Vorzugsweise ist die Stirnfläche 23 im Bereich des porösen Körpers 19 ebenfalls leicht kegelstumpfförmig, besitzt allerdings eine etwas geringere Neigung als der sie umgebende, ringförmige Teil 24 der Stirn­ fläche 20.
Der poröse Körper 19 ist in die Stirnfläche 20 in eine Ausnehmung 25 eingesetzt und liegt mit seiner Stirnfläche 23 bündig an der Stirnfläche 20 des Sprühkopfes 4.
Der ringförmige Teil 24 der Stirnfläche 20 wirkt als Gleit-, Beschleunigungs- und Transportfläche für das zu zerstäubende Medium und wird von diesem filmartig radial auswärts überströmt, sobald das Medium den porösen Körper 19 aufgrund der Fliehkraft ebenfalls radial auswärts verlassen hat.
Im Bereich der Zerstäuberkante 32 weist der Sprühkopf 4 ebenfalls eine flüssigkeitsdurchlässige Fläche 27 bzw. Ringfläche 27 auf, die an ihrem Außenumfang nur eine geringe, axiale Breite (B) besitzt. Gebildet wird die Ringfläche 27 mit Hilfe eines porösen, z. B. ringförmigen Körpers 28, der radial außen am Teil 24 der Stirnfläche 20 anliegt. Der ringförmige Körper 28 steht axial über die Stirnfläche 20 vor, so daß über die Stirnfläche 20 radial auswärts strömende Medien aufgrund der Fliehkraft in ihn eindringen. Im Inneren des ringförmigen Körpers 28 verteilt sich die Flüssig­ keit auf verschiedene Poren und wird sodann vom ring­ förmigen Körper über dessen kurze, zylindrische Ring­ fläche 27 axial fein verteilt radial abgegeben.
Gehalten und fixiert wird der ringförmige Körper 28 mit Hilfe eines übergreifenden Randstückes 30 am großen Durchmesser des Grundkörpers 29. Hierzu ist noch eine kleine Vertiefung 31 an der Stirnfläche 20 des Sprühkopfes 4 vorgesehen und nimmt den ringförmigen Körper 28 teilweise auf. Im Querschnitt ist der ring­ förmige Körper 28 beispielsweise rechteckig, wie aus Fig. 1 hervorgeht.
Der ringförmige Körper 28 bildet mit seiner außen liegenden, sich axial erstreckenden Ringfläche 27 die Zerstäuberkante 32 des Sprühkopfes 4. Die axiale Erstreckung der Ringfläche 27 bzw. die Breite der Zerstäuberkante 32 wird in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des zu versprühenden Mediums, der gewählten Drehzahl des Sprühkopfes 4 und weiteren, im Einzelfall wesentlichen Parametern bestimmt.
Als Werkstoff für den bzw. die porösen Körper 19, 28 dient vorzugsweise ein Sinterwerkstoff und/oder ein Keramikwerkstoff bzw. ein Kunststoff. Die einzelnen Körper können auch mehrteilig sein.
Beim Spülen des Sprühkopfes 4 nimmt die Spülflüssig­ keit grundsätzlich denselben Weg wie Farben oder Lacke beim Versprühen. Dies hat zur Folge, daß die Spülflüssigkeit ebenfalls über die Stirnfläche 23 des im Zentrum 9 angeordneten porösen Körpers 19 und von dort radial auswärts über die ringförmige Teilfläche 24 bzw. die gesamte Stirnfläche 20 des Sprühkopfes 4 und sodann durch den porösen, ring­ förmigen Körper 28 nach außen strömt und dabei alle Farb- oder Lackpartikel mitnimmt. Eine vollautoma­ tische Reinigung bzw. Spülung des Sprühkopfes ist daher gewährleistet.
Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbei­ spielen tragen gleiche Teile bzw. Merkmale dieselben Bezugszahlen wie der Rotationszerstäuber 2 gemäß den Fig. 1 und 2 und zusätzlich Buchstaben- Indizes.
Der Rotationszerstäuber 2 a gemäß den Fig. 3 und 4 umfaßt ebenfalls einen von einer Antriebswelle 3 a in Drehung versetzbaren Sprühkopf 4 a sowie einen zylindrischen Maschinenkörper 5 a mit Bohrungen bzw. Versorgungskanälen 14 a und unterscheidet sich von dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel durch die Ge­ staltung im Nabenbereich bzw. Zentrum 9 a. Der Sprüh­ kopf 4 a weist im Zentrum 9 a eine Durchtrittsöffnung 33 a auf und die Nabe 10 a ist in der Durchtritts­ öffnung 33 a mit Hilfe von Stegen von 34 a angeordnet. Stirnseitig deckt wiederum ein poröser, scheiben­ förmiger Körper 19 a die Durchtrittsöffnung 33 a ab und ist an der Nabe 10 a sowie an der Welle 3 a mit Hilfe der axial gerichteten Schraube 11 a gehalten.
Der scheibenförmige, poröse Körper 19 a verschließt durch die Stege 34 a gebildete Kanäle 35 a bzw. Ausnehmungen 35 a zwischen der Ringkammer 13 a und der Stirnfläche 20 a des Sprühkopfes 4 a.
Der poröse Körper 19 a übergreift mit seinem äußeren Rand 36 a die Durchtrittsöffnung 33 a nur wenig. Ferner ist der Rand 36 a im Querschnitt vorzugsweise spitz­ winklig, wie aus Fig. 3 hervorgeht.
Die Befestigungsschraube 11 a kann, sofern der Werk­ stoff des im Zentrum 9 a angeordneten, porösen Körpers 19 a fest genug ist, unmittelbar an ihm anliegen.
Damit der Querschnitt der zwischen den Stegen 34 a be­ findlichen Kanäle 35 a möglichst groß ist, ist die Mantelfläche 16 a der Nabe 10 a im Stegbereich nur schwach konisch.
Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit einem Sprühkopf 4 b, der weitgehend mit dem Sprühkopf 4 gemäß Fig. 1 übereinstimmt und wiederum nur im Nabenbereich kleine Unterschiede aufweist. Auch hier ist der dem scheibenförmigen, porösen Körper 19 benachbarte Teil 37 b der Nabe 10 b nur leicht konisch. Ein einzelner Ring von Kanälen oder Bohrungen 38 b mit verhältnis­ mäßig geringem Durchmesser umgibt den Nabenteil 37 b. Der scheibenförmige Körper 19 ist in der Stirnfläche 20 b versenkt angeordnet und übergreift die Kanäle bzw. Bohrungen 38 b verhältnismäßig weit.
Die Fig. 6 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel mit einem Sprühkopf 4 c, der tellerförmig ist bzw. die Gestalt einer flachen Lampenschale besitzt. Der Sprühkopf weist daher nur eine geringe Höhe im Ver­ hältnis zu seinem Durchmesser auf. Auch die Stirn­ fläche 20 c ist flach konisch wie bei den anderen Aus­ führungsbeispielen.
Im Zentrum 9 c weist der Sprühkopf 4 c einen porösen Körper 19 c auf, der apollokapselförmig ist, d. h. an seinem einen Ende 39 c außen zylindrisch ist, sich sodann kegelstumpfförmig verdickt und an seinem dicken Ende 40 c stirnseitig ballig ist. Das ballige Ende 40 c ragt in den von der konischen Stirnfläche 20 c umhüllten Raum.
Der Grundkörper 29 c des Sprühkopfes 4 c weist eine Bohrung 41 c auf, die den porösen Körper 19 c form­ schlüssig aufnimmt.
Der poröse Körper 19 c weist schließlich noch eine vom zylinderseitigen Ende 39 c her offene Kammer 42 c auf, und eine Hohlwelle 43 c mit einer Bohrung 44 c dient als Antrieb für den Sprühkopf 4 c. Eine an der Hohlwelle 43 c gegen axiale Verschiebung gesicherte Überwurfmutter 45 c dient zur Befestigung des Grund­ körpers 29 c des Sprühkopfes 4 auf dem ebenfalls kegel­ stumpfförmigen Ende 11 c der Hohlwelle 43 c.
Die Versorgung des Sprühkopfes 4 c mit fließfähigen Medien erfolgt unmittelbar durch die Hohlwelle 43 c mit ihrer Bohrung 44 c, an die die Kammer 42 c im porösen Körper 19 c unmittelbar anschließt. Die Kammer 42 c erstreckt sich axial weiter bis fast in den Bereich des balligen Endes 40 c des porösen Körpers 19 c. Der Flüssigkeitsaustritt erfolgt ausschließlich im Bereich der Oberfläche des balligen Endes 40 c.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Aufbringen von fließfähigen Medien auf Werkstoffe, insbesondere von Farben, Lacken usw. mit Hilfe eines Rotations­ zerstäubers, der einen rotierenden Sprühkopf, An­ triebsmittel, Zuführleitungen sowie Steuerein­ richtungen für das bzw. die fließfähigen Medien und für Spülmittel zur Selbstreinigung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühkopf (4) zumindest bereichsweise fein(st)löchrige, flüssigkeitsdurch­ lässige Flächen (23, 27) für jeweils durchtretende Farben bzw. Lacke, Spülmittel usw. aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigkeitsdurchlässigen Flächen (23, 27) im Sprühkopfzentrum (9) und/oder im Bereich der Zerstäuberkante (32) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein poröser Körper (19, 28) zur Bildung der flüssigkeitsdurchlässigen Flächen (23, 27) vorge­ sehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der im Zentrum (9) des Sprühkopfes (4) angeordnete poröse Körper (19) scheibenförmig ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der die Zerstäuberkante (32) bildende poröse Körper (28) ringförmig ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1-5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der poröse Körper (19, 28) aus Sinterwerkstoff und/oder Keramikwerkstoff und/oder Kunststoff besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sprühkopf (4) eine nabenbegrenzen­ de Ringkammer (13) aufweist und daß Bohrungen (15) bzw. Ausnehmungen (35 a) bzw. Kanäle (35 a) von der Ringkammer (13, 13 a) zu dem stirnseitig im Zentrum (9) des Sprühkopfes (4) angeordneten, porösen Körpers (19) führen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1-7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sprühkopf (4 a) im Zentrum (9 a) eine Durchtrittsöffnung (33 a) aufweist, daß eine Nabe (10 a) in der Durchtrittsöffnung (33 a) mit Hilfe von Stegen (34 a) angeordnet ist und daß ein poröser, scheibenförmiger Körper (19 a) stirnseitig die Durchtrittsöffnung (33 a) abdeckt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1-8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine im Zentrum axial gerichtete Schraube (11 a) am scheibenförmigen, porösen Körper (19 a) anliegt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (10) eine zumindest teilweise konische Oberfläche (16) bzw. Mantelfläche (16 a) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühkopf (4 c) teller- bzw. lampenschalen­ förmig ist, eine geringe Höhe im Verhältnis zum Durchmesser besitzt und eine flach konische Stirnfläche (20 c) aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sprühkopf (4 a) in seinem Zentrum (9 c) einen porösen Körper (19 c) aufweist, der apollokapselförmig ist, d. h. an seinem einen Ende (39 c) außen zylindrisch, sodann sich ver­ dickend kegelstumpfförmig und an seinem dicken Ende (40 c) stirnseitig ballig ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der im Zentrum (9 c) angeordnete, poröse Körper (19 c) eine zum zylinderseitigen Ende (39 c) hin offene Kammer (42 c) aufweist, daß eine den Sprühkopf (40) antreibende Hohlwelle (43 c) vorgesehen ist und daß die Versorgung mit fließ­ fähigen Medien durch die Hohlwelle (43 c) erfolgt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentral angeordnete, poröse Körper (19, 19 a) einen im Querschnitt spitzwinklig auslaufenden Rand (36, 36 a) besitzt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (20) ein flach konisch ge­ neigtes Teil (24) zwischen dem im Zentrum (9) ange­ ordneten porösen Körper (19) und dem die Zer­ stäuberkante (32) bildenden porösen Körper (28) aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der poröse Körper (19, 19 a, 19 c) zumindest teilweise kegelförmig ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der im Zentrum (9 a, 9 c) angeordnete poröse Körper (19 a, 19 c) zumindest teilweise über den Teil (24 a , 24 c) der Stirnfläche (20 a, 20 c) axial vorsteht.
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