-
Bezugnehmend
auf DE-A-19721615, die für die
Nennung von Deutschland nach Abschnitt 3(2)(1) des deutschen Patentgesetzes
einen Teil des Standes der Technik darstellt, hat die Anmelderin
für Deutschland
gesondert Ansprüche
eingereicht.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Drehvorrichtungen zur Übertragung
von Material in Teilchenform zum Auftrag auf eine Oberfläche. Das
zugeführte
Material kann ein Feststoff, eine Flüssigkeit, ein Gel, ein Pulver
oder eine Suspension sein, erhält
jedoch Teilchenform, wenn es durch die Luft strömt.
-
An
dieser Stelle wird auf US-A-2473035 Bezug genommen, die unter Verwendung
von sich gegeneinander drehenden konischen Oberflächen eine Vorrichtung
zur Erzeugung eines getrockneten Pulvers offenbart, jedoch erzeugt
diese Vorrichtung keinen gesteuerten Strahl, der zum Auftrag eines
Materials auf einer Oberfläche
verwendet werden könnte.
-
Drehvorrichtungen,
z.B. elektrostatisch gesteuerte Sprühvorrichtungen zur Zerstäubung von Farbe,
sind bekannt, bei denen das aufzubringende Material durch einen
glockenförmigen
Hochgeschwindigkeits-Auslaß gepreßt wird,
der das Material zu einem konischen Strahl zerstäubt und auf eine Oberfläche richtet,
wobei er von einer elektrischen Hochspannungs-Ladung zwischen der
Oberfläche und
den Teilchen unterstützt
wird.
-
Ein
Beispiel einer solchen Drehvorrichtung ist in EP-A-0780159 angegeben,
die eine elektrostatisch gesteuerte Vorrichtung zur Übertragung
eines Materiestrahls in Teilchenform auf eine zu beschichtende Oberfläche offenbart,
wobei diese Vorrichtung ein einziges glockenförmiges Element umfaßt, das um
eine Hauptachse drehbar und derart angeordnet ist, dass es einen
konischen Vorhang kleiner Teilchen ausstößt, die allgemein in Richtung
auf eine solche Zieloberfläche
strömen,
und eine Versorgungseinrichtung zur Zufuhr des Materials aus einer
Reservoir-Quelle umfaßt.
Die Versorgungseinrichtung ist als Schlauch vorhanden, der sich
an seinem stromab liegenden Ende in das glockenförmige Element öffnet.
-
Im
allgemeinen ist das aufzubringende Material, beispielsweise Farbe,
eine Flüssigkeit
oder eine Suspension, es kann aber auch anderes Material, Feststoffe
und Pulver, auf diese Weise in Abhängigkeit von der Anwendung
verwendet werden, vorausgesetzt, das es in Teilchenform vorliegen
kann, wenn es durch die Luft strömt.
-
Mit
dem Vorsehen einer effizienten Auftrags-Drehvorrichtung sind verschiedene
Design-Probleme verbunden.
-
Es
ist wünschenswert,
dass ein präziser Strahl
zerstäubten
Materials mit minimalem Energieaufwand erhalten wird, und bei bestimmten
Anwendungen ist es wünschenswert,
dass die Einheit klein, leicht und steuerbar ist, insbesondere,
wenn sie am Ende eines Roboterarms angebracht werden soll.
-
Zu
diesem Zweck kann ein konischer oder zylindrischer Vorhang von Luft
bei hoher Geschwindigkeit zugeführt
werden, um den hervortretenden konischen Strahl oder Nebel zerstäubter Teilchen einzuschließen. Das
schränkt
den Strahl ein und formt ihn zu einem noch enger eingeschlossenen
und präzisen
Strahl um.
-
Es
tritt jedoch das Problem auf, dass die Geschwindigkeit, die für das Formen
des Luftvorhangs erforderlich ist, auf die Teilchengeschwindigkeit
bezogen sein muß,
die für
die adäquate
Zerstäubung benötigt wird,
da sonst die Gefahr der Zerstörung
der Nebelform und einer Koagulation der Nebelteilchen besteht.
-
Die
Erfindung gibt eine elektrostatisch gesteuerte Vorrichtung zur Übertragung
eines Materiestrahls in Teilchenform auf eine zu beschichtende Zieloberfläche an,
wobei diese Vorrichtung ein äußeres glockenförmiges Element,
das um eine Hauptachse drehbar und derart angeordnet ist, dass es
einen konischen Vorhang kleiner Teilchen ausstößt, die allgemein in Richtung
auf eine solche Zieloberfläche strömen, und
eine Versorgungseinrichtung zur Zufuhr des Materials aus einer Reservoir-Quelle
umfaßt und
gekennzeichnet ist durch ein inneres glockenförmiges Element, das mit dem äußeren glockenförmigen Element
koaxial angeordnet und so ausgeführt ist,
dass es mit einer anderen Geschwindigkeit als das äußere glockenförmige Element
rotiert, so dass zumindest der Hauptteil des aus der Versorgungseinrichtung
austretenden Materials unterschiedlichen Rotationskräften ausgesetzt
wird, die sowohl durch das innere als auch durch das äußere glockenförmige Element
aufgeprägt
werden, und durch eine zentral positionierte Verteilerscheibe und
ein Leitelement (Ablenkplatte), die mit dem inneren glockenförmigen Element
so verbunden sind, dass sie mit ihnen drehbar sind, wobei das Leitelement
so ausgeführt
ist, dass es ein wenig von dem aus der Versorgungseinrichtung austretenden
Material so ablenkt, dass es mit der Innenfläche des inneren glockenförmigen Elements
in Kontakt kommt, und die Verteilerscheibe mindestens eine Öffnung besitzt,
die so ausgeführt ist,
dass ein wenig von dem aus der Versorgungseinrichtung austretenden
Material durch die oder jede Öffnung
auf einer äußeren Stirnseite
der Verteilerscheibe hindurchtreten kann, wodurch im Betrieb das Material,
das durch die oder durch jede Öffnung hindurchtritt,
nach außen
und zentrifugal in Richtung auf das äußere glockenförmige Element
gelenkt wird.
-
Um
beste Ergebnisse zu erzielen, sollte eine Innenfläche des äußeren glockenförmigen Elements im
Betriebsbereich, wo es austretendes Material zur Zerstäubung erhält, im allgemeinen
aufgerauht sein. Es ist ebenfalls wünschenswert, dass sich das äußere glockenförmige Element
in seinem Betriebsbereich in Bezug auf das innere glockenförmige Element
nach außen
erstreckt.
-
Die
Verwendung von zwei glockenförmigen Elementen
bringt den unmittelbaren Vorteil mit sich, dass die Geschwindigkeiten,
die für
eine adäquate Zerstäubung oder
Nebelerzeugung erforderlich sind, wesentlich verringert werden können, weshalb
sich bessere Ergebnisse erzielen lassen.
-
Im
allgemeinen drehen sich die zwei glockenförmigen Elemente in entgegengesetzte
Richtungen, was aber nicht immer zu bevorzugen ist. In einigen Fällen ist
eine Drehung in die gleiche Richtung, aber mit ganz unterschiedlichen
Geschwindigkeiten effektiv.
-
Andere
Vorteile einer verringerten Geschwindigkeit sind, dass weniger Energie
erforderlich ist und dass sogar beim Fehlen eines externen Luftvorhangs
der konische Strahl weniger einer Streuung ausgesetzt ist, da die
zentrifugale Geschwindigkeitsenergie der Teilchen (in Abhängigkeit
vom Quadrat der Geschwindigkeit) verringert ist.
-
Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die Differenz der Geschwindigkeiten
der zwei glockenförmigen
Elemente, falls erwünscht,
eingestellt werden kann, um die Leistung der Vorrichtung zu optimieren. Falls
erforderlich, kann die Geschwindigkeit der zwei glockenförmigen Elemente
unabhängig
einstellbar sein.
-
Es
ist im allgemeinen bevorzugt, einen äußeren zylindrischen oder konischen
Luftvorhang vorzusehen, der den Teilchenstrahl umgibt. Da zu diesem Zweck
Luft unter einem erhöhten
Druck benötigt
wird, bietet es sich an, für
andere Funktionen innerhalb der Vorrichtung die gleiche Luftdruckquelle
zu verwenden.
-
Die
zwei glockenförmigen
Elemente können durch
ein geeignetes angetriebenes Rotorsystem gedreht werden, jedoch
ist die Verwendung von Luftdruck besonders zweckmäßig. Die
zwei glockenförmigen
Elemente können
daher in jedem Fall Teil einer Gasturbine sein. Ebenfalls können, falls
erwünscht,
Luftlager, die Luftdruck verwenden, zur Unterhaltung der Rotation
der Drehteile der Vorrichtung verwendet werden. Es ist jedoch ein
wichtiges bevorzugtes Merkmal der Erfindung, dass diese Lager, zur Verhinderung
unerwünschter
Wechselwirkungen, getrennt von den Gasturbinen mit Luft versorgt
werden, das heißt,
dass für
die Gasturbinen und für
die Lager getrennte Leitungen vorgesehen sind.
-
Die
Vorrichtung arbeitet höchst
effektiv, wenn sich zwischen den Teilchen und ihrem Ziel eine elektrostatische
Hochspannungsladung befindet. Das kann, falls erwünscht, erzielt
werden, indem das Ziel geerdet wird und an die austretenden Teilchen
oder an das Material, bevor es als Teilchen auftritt, eine hohe
Spannung angelegt wird.
-
In
einer zweckmäßigen Ausführungsform
der Erfindung können
die benötigten
Spannungen intern in der Vorrichtung erzeugt werden. Wenn ein Drehelement
Leiter oder Magneten trägt
und ein statisches Teil der Vorrichtung das Gegenstück dazu
trägt,
entsteht ein elektrischer Generator und die daraus erzeugte elektrische
Spannung kann für
die Ladung der Teilchen verwendet werden.
-
Die
Vorrichtung ist besonderes vorteilhaft, wenn sie in einem Farbauftrags-(Beschichtungs-)Werkzeug
verwendet wird, wobei zwei Turbinen die glockenförmigen Elemente enthalten und
von Druckluft angetrieben sind und ein zentrales Rohr einschließen, das
das Auftragsmaterial enthält,
das dann nach außen
in Richtung zu den Turbinen getragen wird. Die beiden glockenförmigen Elemente
erzeugen eine Form von Zentrifugalbeschleunigung der Farbteilchen,
die mindestens teilweise zerstäubt sind,
wenn sie gegen die Innenflächen
der glockenförmigen
Elemente stoßen.
Die zerstäubten
Farbteilchen werden dann in die allgemeine Richtung zum zu färbenden
(zu beschichtenden) Objekt getrieben. Die sich ergebende Beschichtung
hat kennzeichnenderweise ein sehr ausgeglichenes und ebenes Obenflächenprofil.
-
Beide
Turbinen sind bevorzugt auf Luftlagern gelagert. Die Druckluft kann
jeder Turbine durch einen Einlaß oder
durch Einlässe
im Kasten zugeführt werden,
diese tritt dann in die Atmosphäre
aus; und sie kann in jedem Fall in einem Parallelbetrieb einem Hohlzylinderlager
stromab vom Turbinenantrieb getrennt und parallel zugeführt werden
und tritt ebenfalls in die Atmosphäre aus.
-
Es
ist festgestellt worden, dass ein Gegendrehen der zwei Turbinen
die erforderliche Geschwindigkeit wesentlich verringert und die
Qualität der
Beschichtung verbessert. Herkömmliche,
turbinengetriebene Farbauftragswerkzeuge drehen sich mit einer Geschwindigkeit
im Bereich von 16.000 min1 und 70.000 min1, während
es das Gegendrehen möglich
macht, daß die
Geschwindigkeit jeder Turbine auf etwa 10.000 min1 oder,
in einigen Fällen,
sogar auf 5.000 min1 reduziert wird. Infolgedessen
lassen sich Größe und Gewicht
der Turbinen reduzieren. Die bewegte Druckluft kann einen niedrigeren
kinetischen Energieinhalt haben, was letztenendes bedeutet, dass
das Volumen des die Druckluft erzeugenden Gebläses oder Ventilators verringert
werden kann. All diese Faktoren spielen eine entscheidende Rolle, wenn
der Ausgang des Farbauftrags-(Beschichtungs-) Werkzeugs sehr genau
auf das zu beschichtende Objekt gerichtet werden muß, wie das
beispielsweise bei Farbauftrags-Sprühsystemen für Fahrzeugkarosserien der Fall
ist.
-
Ein
wünschenswertes
Ziel ist es in vielen Fällen,
das Gewicht zu senken, und zu diesem Zweck ist es bevorzugt, dass,
wenn gelochte Hohlzylinder als Luftlager verwendet werden, die Zylinder
aus Kunststoff oder Keramikmaterial sind. Für einen raschen und wirtschaftlichen
Wechsel des Beschichtungsmediums, z.B. der Farbe eines Autolacks,
können
die Komponenten, die das Beschichtungsmedium tragen, als Keramik-,
Metall- oder Verbundwerkstoff-Außengehäuse vorliegen, die geeignete
ausgewählte Oberflächeneigenschaften
haben.
-
Im
folgenden ist eine Ausführungsform
der Erfindung als Beispiel unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben.
-
Die
Figur zeigt einen Längsschnitt
durch ein Beschichtungswerkzeug. Die mit einem Farbauftrag zu versehende
Oberfläche
ist mit einer Kennzeichnung 1 versehen und befindet sich
in einem Abstand vom Werkzeug, der von den zu verwendenden Anwendungsparametern
abhängt.
Im wesentlichen enthält
das Werkzeug ein Zentralrohr 2, welches ein Beschichtungsmedium
enthält,
das von einer äußeren Versorgungsquelle
zugeführt
wurde, eine Innenturbine 3, eine Außenturbine 4 zusammen
mit Stützlagern (in
vorliegenden Fall Luftlager) 10 und 11 und einen festgelegten
Kasten 5.
-
Beide
Turbinen werden durch Druckluft angetrieben, die von der Rückseite
des Kastens durch Leitungen zu den Turbinenschaufeln 8 und 9 durch getrennte
Zufuhrlöcher
geführt
wird. Für
eine Umkehr- oder
Bremsbewegung der Turbinen 8A und 9A sind ähnliche
Versorgungsverbindungen und -leitungen vorgesehen. Die Prallflächen der
Turbinenschaufeln 8 und 9 sind so angeordnet,
dass sich die Turbinen 3 und 4 in Bezug aufeinander
im Gegensinne drehen.
-
Im
beschriebenen Fall bieten die Lager sowohl eine axiale als auch
eine radiale Stütze
für die Turbinen
unter Verwendung von Luft, die von einer Verbindung am Gehäuse durch
viele gesteuerte Leitungen oder Kanäle 15 und 13,
die von den Leitungen für
die Turbinen getrennt sind und parallel zu denselben den genau gesteuerten
Hohlräumen
zwischen den statischen und den sich drehenden Oberflächen zugeführt wird.
Die Luft tritt dann durch den Kanal 6 aus. Die Turbinen 3 und 4,
so abgestützt,
sind zentriert und drehen sich frei auf Luftlagern und haben keinen
physischen Kontakt miteinander oder mit ihren Lagern oder mit dem
Kasten 5.
-
An
den Enden der Turbinen 3 und 4 befinden sich die
glockenförmigen
Elemente 23 und 24. Diese sind so gestaltet, dass
sie sich konzentrisch drehen, wobei sich das Ende des inneren glockenförmigen Elements 23 innerhalb
des äußeren glockenförmigen Elements 24 und
dem äußeren glockenförmigen Element über die
vordere Kante des inneren glockenförmigen Elements 23 hinaus
erstreckt. Im beschriebenen Fall hat das äußere glockenförmige Element
eine Innenfläche
an seinem Ende, welches zur Förderung der
Zerstäubung
eine ausgewählte
Form und Rauhigkeit aufweist, während
das innere glockenförmige Element
ein konisches Leitelement 21 und eine Verteilerscheibe 23A aufweist,
die in das innere glockenförmige
Element integriert sind und sich daher auch gemeinsam mit diesem
drehen. Die aufgerauhte Oberfläche
des äußeren glockenförmigen Elements sollte
sich von einem Bereich gegenüber
der Spitze des inneren glockenförmigen
Elements zum äußersten
Ende oder der Spitze des äußeren glockenförmigen Elements
erstrecken.
-
Am
Ende des Zufuhrrohrs 2 für das Medium befindet sich
eine gesteuerte Ausflußöffnung,
die das Beschichtungsmedium auf das Leitelement 21 sprüht, das
sich als Teil des inneren glockenförmigen Elements 23 dreht.
Dieses lenkt einen Teil des Mediums durch einen gesteuerten Zwischenraum
zwischen dem inneren glockenförmigen
Element 23 und der Verteilerscheibe 23A, während der
Rest durch eine Öffnung
oder Öffnungen
in der Verteilerscheibe zur Vorderseite der Verteilerscheibe 23A strömen kann.
-
Dank
der durch das Drehmoment auf das Beschichtungsmedium ausgeübten Zentrifugalkräfte passiert
das Medium beide Seiten der Verteilerscheibe, da es von der Spitze
eine im allgemeinen radiale Flugbahn 26 beschreibt. Auf
diese Weise trifft der so erzeugte Spray dann auf die aufgerauhte
innere Fläche
des äußeren glockenförmigen Elements 24 auf, was
den Effekt der "Zerstäubung" und der Ausbildung
der Flugbahn der Tröpfchen
hat.
-
Dann
kann der Kegel des Nebels durch den Luftvorhang geformt werden,
der durch den gesteuerten Durchgang der Luft über eine Zufuhrleitung 27A durch
einen formenden Luftring 27 erzeugt wird.
-
Durch
die Aufbringung eines hohen elektrostatischen Potentials zwischen
dem Beschichtungsmedium und dem Ziel 1 wird die Leistung
gesteigert. Diese elektrostatische Ladung kann außerhalb
des Werkzeugs (über
Elektroden, die den Nebel durchdringen) oder innerhalb, über eine
Verbindung zum Farbschlauch von einer extern oder intern erzeugten Quelle
aufgebracht werden und kann auf das Medium vor, während oder
nach der Zerstäubung
aufgebracht werden.
-
Verschiedene
andere Merkmale können
in das Werkzeug eingebaut werden, wie beispielsweise eine Geschwindigkeitsanzeige
(und eine Steuerung über
eine äußere Ausrüstung).
Das wird durch die Rückkopplung
optischer, elektrischer, pneumatischer oder hörbarer Signale an eine geeignete
Ausgangsvorrichtung von den Turbinen erreicht.
-
Das
Loch 19 in der Zeichnung bezeichnet einen Zugang für einen
Stift zur Sperrung der Turbine, um so die Entfernung und den Austausch
der Glocke zu erleichtern.
-
Die
Verwendung einer Hochspannung zwischen dem Werkzeug und der Oberfläche 1,
die eine elektrostatische Beschleunigung der zerstäubten Farbteilchen
erzeugt, ist nicht gezeigt. Sie kann, wie oben angegeben, von einer
externen Quelle zugeführt
werden oder durch die Gegendrehbewegungen der Außen- und der Innenturbine 4 und 5 erzeugt werden,
wobei diese Spannung unter Verwendung des Generatoreffektes erzeugt
werden kann, der aus den relativen Bewegungen dieser Komponenten
entsteht.