EP0695582A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen und / oder pneumatischen Applizieren von flüssigen Überzugsmitteln auf leitfähige Substrate - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen und / oder pneumatischen Applizieren von flüssigen Überzugsmitteln auf leitfähige Substrate Download PDF

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EP0695582A1
EP0695582A1 EP94109125A EP94109125A EP0695582A1 EP 0695582 A1 EP0695582 A1 EP 0695582A1 EP 94109125 A EP94109125 A EP 94109125A EP 94109125 A EP94109125 A EP 94109125A EP 0695582 A1 EP0695582 A1 EP 0695582A1
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EP
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air
spray cone
directed
spray
paint
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Friedrich-Wilhelmdr. Behrens
Christian Voye
Uwe Hornig
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Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
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    • B05D3/042—Directing or stopping the fluid to be coated with air

Definitions

  • the invention relates to a method for the electrostatic and / or pneumatic application of liquid coating media to conductive substrates, in particular metallic basecoats on motor vehicle components, in which the liquid paint is sprayed onto the substrate electrostatically and / or pneumatically and parallel to the substrate to produce a spray cone
  • Directional air flows are generated on the surface of the spray cone.
  • the invention further relates to a device for the electrostatic application of liquid coating compositions to conductive substrates, in particular metallic basecoats on motor vehicle components, with a high-speed rotary atomizer bell connected as an electrode, from which a bell-like paint spray cone directed towards the substrate can be produced, with additional electrodes or as an electrode switched high-speed rotary atomizer bell and with compressed-air nozzles arranged on the high-speed rotary atomizer bell to generate directed air flows (steering air) parallel to the surface of the spray cone, the high-speed rotary atomizer bell and the substrate being movable relative to one another.
  • the invention further relates to a device for the pneumatic application of liquid coating compositions to conductive substrates, in particular metallic basecoats on motor vehicle components, with a pneumatic atomizer having an electrostatic device, from whose horn air a paint spray cone directed towards the substrate can be generated, and with compressed air nozzles arranged on the pneumatic atomizer for generating directed air flows parallel to the surface of the spray cone, the pneumatic atomizer and the substrate relative to one another are movable.
  • Liquid coating media can be applied to substrates in various ways.
  • the application of generally low-viscosity coating agents, such as liquid lacquers, by means of spraying onto a substrate to be coated is well known. This is done pneumatically, e.g. with compressed air, the liquid paint is atomized through a nozzle directed towards the object to be painted and sprayed on the object. This process results in a directed flow of the paint particles onto the substrate surface, the larger paint particles being deposited on the surface and forming a paint film.
  • the air used for spraying has to flow off the side of the substrate and leads very finely divided paint particles past the substrate into the surrounding air space. This paint mist is called overspray. Depending on the choice of process parameters, it can comprise considerable amounts of the sprayed coating material, for example between 40 and 90%. This overspray portion has to be collected and disposed of in a complex manner.
  • Methods for applying coating agents by means of electrostatically assisted rotary atomizers are also known, which have so-called rotary bells into which the coating agent is fed into the interior at high rotational speeds. Due to the centrifugal force, the coating agent is transported outside to the edge of the rotary bell and atomized there into fine droplets.
  • the rotary bell can be connected as an electrode, which charges the resulting paint mist electrostatically by means of electrical voltage.
  • the substrate to be coated acts as the counter electrode. It is also common to direct additional air flows onto the paint mist parallel to the surface of the rotary bell, which reduce distribution of the paint mist outwards into the spray booth and thus produce a spray cone of the paint mist which is directed onto the substrate to be painted.
  • This spray cone is rotationally symmetrical and often bell-shaped, consists of paint mist on the jacket, but is practically lack of paint on the inside. If necessary, air can be directed into the interior of the spray cone in order to avoid a negative pressure there.
  • a device is described in DE-A 32 14 314.
  • the paint particles are directed onto the substrate by the electric field lines. A high degree of separation of the paint can be achieved by this process.
  • the overspray content is only up to 40%. However, this portion still has to be collected and disposed of.
  • the nozzles of the air supply around the rotary bell for enveloping the spray cone are generally ring-shaped.
  • a nozzle attached as a ring around the atomizer device With air supply, this nozzle is intended to swirl cleaning fluid when changing the paint.
  • the nozzle completely envelops the spray element.
  • the invention is based on the object of providing a method and a device for electrostatic and / or pneumatic application of coating liquids according to the type mentioned at the outset, with which the number or the number of oversprays produced is reduced compared to the prior art the layers of the same coating agent to be applied successively to the substrate can be reduced.
  • the effect should be well developed, e.g. of the metallic effect can be achieved.
  • the coating agent to be applied is atomized by means of the electrostatically assisted high-speed rotary atomizer bell and brought onto the substrate to be painted, the one or more nozzles arranged essentially semicircularly around the high-speed rotary atomizer bell each directing and deflecting an air stream against the paint spray cone generated, and thereby deflecting the substrate to be coated from the side of the high-speed rotary atomizer bell, which is opposite to the semicircular nozzles, is moved to the latter corresponding side of the high-speed rotary atomizer bell.
  • Compressed air can preferably be introduced into the interior of the spray cone directed towards the substrate by means of an air supply led between the high-speed rotary atomizer bell and the substrate, so that no negative pressure arises in the interior of the spray cone in relation to the air pressure prevailing outside.
  • turbulent clouds of finely divided paint mist droplets are avoided, which do not get onto the substrate, but are distributed as overspray in the coating room.
  • the rotationally symmetrically generated paint mist bell is influenced on one side by one or more directed air jets and the shape of the paint mist bell is changed asymmetrically.
  • the air nozzles are arranged on one side around the rotary bell, in particular they can be arranged in a part-circle around the rotary bell, for example semicircular. It is preferably possible to provide several rows of nozzles.
  • the rows of nozzles In contrast to the enveloping air jacket of the rotary bell, they are not aligned parallel to the surface of the rotary bell, but rather they point inclined towards the interior of the spray bell.
  • the additional air streams generated make it possible to deform the spray bell asymmetrically, for example in the shape of an egg.
  • the finer paint mist particles are deflected to a greater extent than the coarser particles, so that the spray pattern is deformed such that finer paint droplets are preferably deposited on the side opposite the air nozzles, while coarser droplets are preferably deposited on the side of the additional air supply.
  • the additional air flow increases the speed component of the drops towards the workpiece.
  • the strength of the air flow of a nozzle may depend on the location of the air nozzle. In particular, the air flow should be strongest in the middle of the semi-circular arrangement. It is also possible to adjust the direction of the air nozzle depending on the position of the nozzle on the semicircular ring. It is preferred that the angle of the additional air nozzle on the paint spray bell is more inclined in the middle of the semicircle than at the edges. With these two measures, a targeted alignment of the spray cone can be achieved.
  • At least two different partial circles of additional air nozzles can also be arranged around the high-speed rotary atomizer bell.
  • the orientation of the individual air nozzles and the air speed at the different nozzle rows can be selected differently. It is also possible to combine an air supply in the spray cone with external air nozzles. This creates a constant, asymmetrical, non-pulsating spray mist bell, which is also asymmetrical with regard to the distribution of larger and smaller paint droplets can.
  • the substrate to be painted and the high-speed rotary atomizer are moved relative to one another.
  • the direction of movement must be such that when the external air nozzles are put into operation, the finer droplets first reach the substrate and then the coarser paint droplets.
  • the movement should be as even as possible. It can be generated by known methods.
  • the substrate can be guided past solid spray organs; on the other hand, it is also possible to use the spray organs e.g. computer-controlled to pass the substrate to be coated. Methods for this are well known in the art.
  • the coating agents to be applied in the manner according to the invention are known in principle. These are the usual coating compositions based on solvent-based, but especially aqueous coating compositions.
  • the viscosity of the coating agent is adapted to the spraying element. This can be done by known measures, e.g. Dilute with water or solvent or by changing the temperature.
  • the coating agents can be so-called fillers, basecoats or clearcoats.
  • the method according to the invention is suitable for applying effect lacquers, in particular metallic basecoats.
  • Suitable substrates to be coated are all conductive objects which either have an intrinsic conductivity or which have been provided with a conductive coating.
  • Examples of such substrates are conductive plastics, metals, especially iron, aluminum or magnesium. If necessary, a mixed construction of the substrate.
  • the method according to the invention is suitable for spraying various coating agents.
  • it is used in multi-layer painting in the automotive or automotive supply industry. It is advantageous that a constant application pattern of the coating agent to be applied is obtained with the method according to the invention, since only slight air vortices arise and only a reduced amount of overspray content of the paint is obtained.
  • the proportion of overspray can be reduced to below 30% of the paint material used by the process according to the invention. Due to the increased amount applied, it may be possible to reduce the number of coats of a coat of paint. The reduced overspray content is less likely to contaminate the paint booth or the substrate.
  • the method according to the invention enables the use of effect paints, in particular metallic effect paints, to achieve excellent effect formation, e.g. excellent metallic effects training.
  • effect paints in particular metallic effect paints
  • This excellent metallic effect can only be obtained with conventional procedures with a considerably higher proportion of overspray.
  • a supply of air into the interior of the paint mist bell is additionally provided in the center, said device having a device for controlling the corresponding air flow. This device ensures that the air flow is only so strong that no negative pressure is created in the middle of the paint mist bell and a pulsation of the bell shape is avoided.
  • the device has at least one, preferably a plurality of additional nozzles, which are arranged on one side of the device, preferably in the form of a part circle, around the rotary bell.
  • the included angle can also be selected to be greater than 180 ° in order to achieve the half-sided complete enveloping and deflection of the spray cone.
  • the nozzles are aligned with the spray cone and deflect it.
  • Several semi-circular sets of air nozzles can also be provided. The air nozzles are firmly attached to the device, they do not rotate with the rotating bell.
  • nozzles can be used, e.g. point-shaped nozzles, slot-shaped nozzles or semi-circular nozzles.
  • a control device is to be provided on the air supply for the nozzles with which the air speed and the amount of air can be influenced. These parameters depend on the shape of the paint mist bell. The skilled worker can determine them in a few experiments using the spray pattern.
  • the internal and external air supply are combined, i.e. the air supply of the air nozzles arranged outside of the high-speed rotary atomizer bell on one side and the air supply into the interior of the high-speed rotary atomizer bell are combined and can be carried out simultaneously without problems.
  • the device for the electrostatic application of coating liquids to a conductive substrate 1 has a high-speed rotary atomizer bell 2, which is connected as an electrode and has a suspension in which a paint supply 4 is provided.
  • An annular nozzle 3 is also provided on the jacket of the high-speed rotary atomizer bell 2 for generating directed air flows parallel to the surface of the spray cone 8.
  • Additional electrodes can also be provided in the area of the high-speed rotary atomizer bell 2.
  • a channel 4 is provided, through which is controlled by a device not shown Air can be supplied within the spray cone 8.
  • additional air nozzles 5 with feed lines 6 are arranged on one side of which are inclined.
  • outside air nozzles 5 are arranged stationary relative to the high-speed rotary atomizer bell 2, ie they do not rotate with the latter.
  • the additional air nozzles 5 are directed against the spray cone 8, which is given the asymmetrical shape 7 by the directed air streams emerging from the air nozzles 5.
  • Fig. 2 shows a plan view of an embodiment of the device, in which a circular ring nozzle 5 is provided outside of the high-speed rotary atomizer bell 2 on one side.
  • FIG 3 shows a further embodiment of the device with two different sets of air nozzles 5a, 5b provided outside the high-speed rotary atomizer bell 2 on one side thereof.
  • These air nozzles 5a, 5b can be inclined differently depending on their position relative to the rotary bell and can emit different amounts of air.
  • slot and round nozzles can be provided.
  • FIG. 4 shows the spray pattern of the asymmetrically deformed spray cone, the high-speed rotary atomizer bell 2, the additional air nozzles 5 and the spray pattern 7 being shown schematically.
  • the larger paint droplets essentially separate out.
  • the smaller paint droplets of the paint mist cloud separate.
  • the relative movement of the substrate 1 to be painted and the high-speed rotary atomizer bell 2 is shown by the arrow along the main axis of the elliptical spray pattern 7.
  • FIGS. 1 to 4 The respectively required common supply, control and fastening devices are shown in FIGS. 1 to 4 not shown.
  • FIG. 5 shows an alternative device according to the invention with a pneumatic atomizer 9 having a housing 12, which produces a spray cone 11 directed onto the substrate 1.
  • Air nozzles 13 provided on the pneumatic atomizer 9 emerge from the surface of the spray cone 11, parallel, directed air streams to limit the spray mist.
  • the paint feed 16 and the feed for the atomizing air 17 of the pneumatic atomizer 9 are provided in the center of the housing 12, as shown in FIG. 6.
  • the substrate 1 and the pneumatic atomizer 9 can be moved relative to one another.

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen und/oder pneumatischen Applizieren von flüssigen Überzugsmitteln auf leitfähige Substrate (1), insbesondere von Metallic-Basislacken auf Kfz-Bauteile, bei dem der flüssige Lack unter Erzeugung eines Spritzkegels (8) auf das Substrat (1) elektrostatisch und/oder pneumatisch verspritzt wird. Ziel der Erfindung ist es, für einen verminderten Anteil an erzeugtem Overspray und für eine Verringerung der Anzahl der nacheinander auf das Substrat aufzutragenden Schichten gleichen Überzugsmittels zu sorgen und bei der Applikation von Überzugsmitteln auf der Basis von Effektlacken für eine gute Ausbildung z.B. des Metallic-Effekts zu sorgen. Zu diesem Zweck wird einseitig von außerhalb des Spritzkegels (8) mindestens ein zusätzlicher gerichteter Luftstrom auf den Spritzkegel (8) aufgebracht und eine unsymmetrische Form (7) des letzteren unter einer derartigen Verformung des Sprühbildes erzeugt, daß auf der zu dem zusätzlichen gerichteten Luftstrom entgegengesetzten Seite des Sprühbildes und auf der benachbarten Seite des Sprühbildes im wesentlichen feinere bzw. gröbere Lacktröpfchen auf dem Substrat abgeschieden werden, und daß das zu lackierende Substrat relativ zu dem unsymmetrisch verformten Spritzkegel (7) so bewegt wird, daß zunächst die feineren Lacktröpfchen auf dem Substrat (1) und auf letzteren dann die gröberen Tröpfchen abgeschieden werden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen und/oder pneumatischen Applizieren von flüssigen Überzugsmitteln auf leitfähige Substrate, insbesondere von Metallic-Basislacken auf Kfz-Bauteile, bei dem der flüssige Lack unter Erzeugung eines Spritzkegels auf das Substrat elektrostatisch und/oder pneumatisch verspritzt und parallel zur Oberfläche des Spritzkegels gerichtete Luftströme erzeugt werden.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur elektrostatischen Applikation von flüssigen Überzugsmitteln auf leitfähige Substrate, insbesondere von Metallic-Basislacken auf Kfz-Bauteile, mit einer als Elektrode geschalteten Hochrotationszerstäuberglocke, von der ein zum Substrat gerichteter glockenartiger Lackspritzkegel erzeugbar ist, mit zusätzlichen Elektroden oder als Elektrode geschaltete Hochrotationszerstäuberglocke und mit an der Hochrotationszerstäuberglocke angeordneten Druckluftdüsen zur Erzeugung von zur Oberfläche des Spritzkegels parallelen, gerichteten Luftströmen (Lenkluft), wobei die Hochrotationszerstäuberglocke und das Substrat relativ zueinander bewegbar sind.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur pneumatischen Applikation von flüssigen Überzugsmitteln auf leitfähige Substrate, insbesondere von Metallic-Basislacken auf Kfz-Bauteile, mit einem eine elektrostatische Einrichtung aufweisenden Pneumatikzerstäuber, von dessen Hornluft ein zum Substrat gerichteter Lackspritzkegel erzeugbar ist, und mit am Pneumatikzerstäuber angeordneten Druckluftdüsen zur Erzeugung von zur Oberfläche des Spritzkegels parallelen, gerichteten Luftströmen, wobei der Pneumatikzerstäuber und das Substrat relativ zueinander bewegbar sind.
  • Flüssige Überzugsmittel können auf verschiedene Art und Weise auf Substrate appliziert werden. So ist das Applizieren im allgemeinen dünnflüssiger Überzugsmittel, wie flüssiger Lacke mittels Spritzen auf ein zu beschichtendes Substrat hinlänglich bekannt. Hierbei wird auf pneumatische Weise, z.B. mit Druckluft, der flüssige Lack durch eine auf das zu lackierende Objekt gerichtete Düse fein zerstäubt und auf dem Objekt versprüht. Bei diesem Verfahren ergibt sich eine gerichtete Strömung der Lackpartikel auf die Substratoberfläche, wobei sich die größeren Lackpartikel auf der Oberfläche niederschlagen und einen Lackfilm ergeben. Die zum Versprühen verwendete Luft muß seitlich von dem Substrat abfließen und führt sehr feinverteilte Lackpartikel am Substrat vorbei in den umgebenden Luftraum. Dieser Lacknebel wird als Overspray bezeichnet. Er kann je nach Wahl der Verfahrensparameter erhebliche Mengen des versprühten Lackmaterials umfassen, beispielsweise zwischen 40 und 90 %. Dieser Oversprayanteil muß aufwendig aufgefangen und entsorgt werden.
  • Ein derartiges Lackierverfahren hat jedoch den Vorteil, daß speziell bei Effektlacken, wie Metallic-Lacken, die als Grundlage zur Ausbildung des Effekts eine Ausrichtung der Pigmentteilchen im Lackfilm erfordern, ein hervorragender Effekt erreicht wird. Diesem positiven Effekt stehen jedoch die erheblichen Nachteile des hohen Oversprayanteils, der aus ökonomischen und Umweltschutzgründen möglichst vermieden werden sollte, entgegen.
  • Es sind auch Verfahren zur Applikation von Überzugsmittel mittels elektrostatisch unterstützter Rotationszerstäuber bekannt, die sogenannte Rotationsglocken aufweisen, in die bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten in das Innere das Überzugsmittel zugeführt wird. Durch die Zentrifugalkraft wird das Überzugsmittel nach außen an den Rand der Rotationsglocke transportiert und dort in feine Tröpfchen zerstäubt. Die Rotationsglocke kann als Elektrode geschaltet sein, die mittels elektrischer Spannung den entstehenden Lacknebel elektrostatisch auflädt. Als Gegenelektrode wirkt dabei das zu beschichtende Substrat. Ebenfalls ist es üblich, parallel zu der Oberfläche der Rotationsglocke zusätzliche Luftströmungen auf den Lacknebel zu richten, die eine Verteilung des Lacknebels nach außen in die Spritzkabine vermindern und so einen Spritzkegel des Lacknebels erzeugen, der auf das zu lackierende Substrat gerichtet ist. Dieser Spritzkegel ist rotationssymmetrisch und häufig glockenförmig, besteht am Mantel aus Lacknebel, ist im Inneren aber praktisch lackarm. Dabei kann gegebenenfalls Luft in das Innere des Spritzkegels geleitet werden, um dort einen Unterdruck zu vermeiden. Eine solche Vorrichtung ist in der DE-A 32 14 314 beschrieben. Die Lackteilchen werden in diesem Falle durch die elektrischen Feldlinien auf das Substrat gerichtet. Durch dieses Verfahren kann ein hoher Abscheidegrad des Lacks erreicht werden. Der Oversprayanteil beträgt nur bis zu 40 %. Dieser Anteil ist jedoch noch aufzufangen und zu entsorgen.
  • Ein weiterer Nachteil dieses Lackierverfahrens mit erhöhter Ausbeute besteht jedoch darin, daß bei Metallic-Lacken die Ausrichtung der Metallic-Teilchen zur Oberfläche des Substrats nur im geringen Maße gewährleistet wird. Der gewünschte Effekt des Metallic-Flops wird also nur zum geringen Teil erreicht. Aus diesem Grunde ist es nicht möglich, mit diesem Lackierverfahren, optisch hervorragende Effektlackfilme zu erhalten.
  • Die Düsen der Luftzuführung um die Rotationsglocke zum Umhüllen des Spritzkegels sind im allgemeinen ringförmig. Nach der DE-A 37 20 200 wird z.B. eine Düse als Ring um die Zerstäubervorrichtung angebracht. Diese Düse soll bei Luftzuführung für eine Verwirbelung von Reinigungsflüssigkeit bei einem Lackwechsel dienen. Die Düse umhüllt das Sprühorgan vollständig.
  • In der Praxis werden Verfahren eingesetzt, den Lack, im speziellen den Metallic-Basislack, in mehreren Schichten zu applizieren. Zuerst wird eine erste Schicht mit einer elektrostatisch unterstützten Rotationsglocke aufgetragen (ESTA-Lackierung), und nach einer gewissen Abdunstphase werden weitere Lackschichten mittels pneumatischer Zerstäubung aufgetragen. Auf diese Weise wird ein homogen beschichtetes Substrat erhalten, das auch einen guten Metallic-Effekt aufweist. Der Oversprayanteil bei diesem kombinierten Auftragsverfahren liegt aber immer noch bis zu 45 Gew.-% und erfordert technische Maßnahmen zur Luftreinigung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen und/oder pneumatischen Applizieren von Beschichtungsflüssigkeiten gemäß der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem bzw. der bei einem gegenüber dem Stand der Technik verminderten Anteil an erzeugtem Overspray die Anzahl der nacheinander auf das Substrat aufzutragenden Schichten des gleichen Überzugsmittels verringert werden kann. Insbesondere soll bei der Applikation eines Überzugsmittels auf der Basis von Effektlacken bei Erzeugung eines nur geringen Oversprayanteils eine gute Ausbildung des Effekts, z.B. des Metallic-Effekts erzielt werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die technische Lehre des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 10 oder 11 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 9 bzw. 12 bis 18.
  • Erfindungsgemäß wird das zu applizierende Überzugsmittel mittels der elektrostatischen unterstützten Hochrotationszerstäuberglocke zerstäubt und auf das zu lackierende Substrat gebracht, wobei die eine oder mehrere im wesentlichen halbkreisförmig um die Hochrotationszerstäuberglocke angeordneten Düsen jeweils einen Luftstrom gegen den erzeugten Lackspritzkegel richten und diesen ablenken und wobei das zu beschichtende Substrat von der Seite der Hochrotationszerstäuberglocke, die entgegengesetzt zu den halbkreisförmig angeordneten Düsen ist zu der letzteren entsprechenden Seite der Hochrotationszerstäuberglocke bewegt wird.
  • Vorzugsweise kann in das Innere des zum Substrat gerichteten Spritzkegels Druckluft mittels einer zwischen die Hochrotationszerstäuberglocke und das Substrat geführten Luftzuführung eingebracht werden, damit im Inneren des Spritzkegels kein Unterdruck gegenüber dem außen herrschenden Luftdruck entsteht. Hierbei werden turbulente Wolken von feinverteilten Lacknebeltröpfchen vermieden, die nicht auf das Substrat gelangen, sondern sich im Beschichtungsraum als Overspray verteilen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die rotationssymmetrisch erzeugte Lacknebelglocke einseitig von einem oder mehreren gerichteten Luftstrahlen beeinflußt und die Form der Lacknebelglocke unsymmetrisch verändert. Die Luftdüsen sind einseitig um die Rotationsglocke angeordnet, insbesondere können sie teilkreisförmig um die Rotationsglocke angeordnet sein, z.B. halbkreisförmig. Bevorzugt ist es möglich, mehrere Düsenreihen vorzusehen. Die Düsenreihen sind im Gegensatz zu dem umhüllenden Luftmantel der Rotationsglocke nicht parallel zu der Oberfläche der Rotationsglocke ausgerichtet, sondern sie zeigen geneigt auf das Innere der Sprühnebelglocke hin. Durch die erzeugten zusätzlichen Luftströme ist es möglich, die Sprühnebelglocke unsymmetrisch z.B. eiförmig zu verformen. Dabei werden die feineren Lacknebelteilchen stärker abgelenkt als die gröberen Teilchen, so daß eine Verformung des Sprühbildes so erfolgt, daß auf der entgegengesetzt zu den Luftdüsen liegenden Seite bevorzugt feinere Lacktröpfchen abgeschieden werden, während auf der Seite der zusätzlichen Luftzuführung bevorzugt gröbere Tröpfchen abgeschieden werden. Insbesondere erhöht die zusätzliche Luftströmung die Geschwindigkeitskomponente der Tropfen auf das Werkstück hin.
  • Gegebenenfalls kann die Stärke des Luftstroms einer Düse von dem Ort der Luftdüse abhängig sein. Insbesondere sollte der Luftstrom in der Mitte der halbkreisförmigen Anordnung am stärksten sein. Weiterhin ist es möglich, die Richtung der Luftdüse in Abhängigkeit von der Position der Düse auf dem halbkreisförmigen Ring abzustimmen. Es ist bevorzugt, daß der Winkel der zusätzlichen Luftdüse auf die Lacksprühglocke in der Mitte des Halbkreises stärker geneigt ist als an den Rändern. Mit diesen beiden Maßnahmen kann eine gezielte Ausrichtung des Sprühnebelkegels erreicht werden.
  • Es können auch mindestens zwei verschiedene Teilkreise von zusätzlichen Luftdüsen um die Hochrotationszerstäuberglocke angeordnet sein. Dabei kann die Ausrichtung der einzelnen Luftdüsen sowie die Luftgeschwindigkeit an den verschiedenen Düsenreihen unterschiedlich gewählt werden. Es ist auch möglich, eine Luftzuführung in den Spritzkegel mit äußeren Luftdüsen zu kombinieren. Damit wird eine konstante, unsymmetrische nicht pulsierende Sprühnebelglocke erzeugt, die auch in bezug auf die Verteilung von größeren und kleineren Lacktröpfchen unsymmetrisch sein kann.
  • Um ein homogenes Beschichtungsbild des Substrats zu erhalten, werden das zu lackierende Substrat und der Hochrotationszerstäuber relativ gegeneinander bewegt. Erfindungsgemäß hat die Bewegungsrichtung so zu sein, daß in Betriebsetzung der außen liegenden Luftdüsen zuerst die feineren Tröpfchen auf das Substrat gelangen und danach die gröberen Lacktröpfchen.
  • Die Bewegung soll möglichst gleichmäßig erfolgen. Sie kann durch bekannte Verfahren erzeugt werden. Beispielsweise kann das Substrat an festen Sprühorganen vorbeigeführt werden, auf der anderen Seite ist es auch möglich, die Sprühorgane z.B. computergesteuert an dem zu beschichtenden Substrat vorbeizuführen. Verfahren hierzu sind in der Technik allgemein bekannt.
  • Die auf die erfindungsgemäße Art und Weise aufzutragenden Überzugsmittel sind im Prinzip bekannt. Es handelt sich um die üblichen Überzugsmittel auf Basis von lösungsmittelhaltigen, insbesondere jedoch von wäßrigen Überzugsmitteln. Die Viskosität der Überzugsmittel wird dem Spritzorgan angepaßt. Das kann durch bekannte Maßnahmen, z.B. Verdünnen mit Wasser oder Lösungsmittel oder durch Temperaturänderung geschehen. Bei den Überzugsmitteln kann es sich um sogenannte Füller, Basislacke oder Klarlacke handeln. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Auftragen von Effektlacken geeignet, insbesondere von Metallic-Basislacken.
  • Als zu beschichtende Substrate sind alle leitfähigen Objekte geeignet, die entweder eine Eigenleitfähigkeit besitzen oder die mit einer leitfähigen Beschichtung versehen worden sind. Beispiele für solche Substrate sind leitfähige Kunststoffe, Metalle, insbesondere Eisen, Aluminium oder Magnesium. Gegebenenfalls kann auch eine gemischte Bauweise des Substrats vorliegen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Sprühauftrag verschiedener Überzugsmittel. Insbesondere wird es in der Mehrschichtlackierung bei der Automobil- oder Automobilzulieferindustrie eingesetzt. Von Vorteil ist, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein konstantes Auftragsbild des zu applizierenden Überzugsmittels erhalten wird, da nur geringe Luftwirbel entstehen und nur eine verminderte Menge von Oversprayanteil des Lacks anfällt. Überraschenderweise kann der Oversprayanteil durch das erfindungsgemäße Verfahren auf unter 30 % des eingesetzen Lackmaterials vermindert werden. Durch die erhöhte aufgetragene Menge ist es gegebenenfalls möglich, die Anzahl der Spritzgänge einer Lackschicht zu vermindern. Der verminderte Oversprayanteil kann weniger die Lackierkabine oder das Substrat verschmutzen.
  • Gleichzeitig ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren bei der Verwendung von Effektlacken, insbesondere von Metallic-Effektlacken die Erzielung einer hervorragenden Effektausbildung, z.B. einer hervorragenden Metallic-Effektausbildung. Dieser hervorragende Metallic-Effekt ist bei herkömmlichen Verfahrensweisen nur mit einem erheblich höheren Anteil an Overspray zu erhalten.
  • Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum elektrostatischen Applizieren von Überzugsmitteln ist mittig zusätzlich eine Zuführung von Luft in das Innere der Lacknebelglocke vorgesehen, die eine Einrichtung zum Steuern des entsprechenden Luftstroms aufweist. Diese Einrichtung sorgt dafür, daß der Luftstrom nur so stark ist, daß in der Mitte der Lacknebelglocke kein Unterdruck entsteht und ein Pulsieren der Glockenform vermieden wird.
  • Die genaue Luftmenge kann der Fachmann durch wenige Versuche ermitteln. Sie ist abhängig von den Parametern der Rotationsvorrichtung, z.B. Glockendurchmesser, Umdrehungsgeschwindigkeit, Lackviskosität.
  • Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung mindestens eine, bevorzugt mehrere zusätzliche Düsen auf, die auf einer Seite der Vorrichtung, bevorzugt teilkreisförmig um die Rotationsglocke angeordnet sind. Gegebenenfalls kann der eingeschlossene Winkel auch größer als 180° gewählt werden, um ein möglichst halbseitiges vollständiges Einhüllen und Ablenken des Spritzkegels zu erzielen. Die Düsen sind auf den Spritzkegel ausgerichtet und lenken diesen ab. Es können auch mehrere halbkreisförmige Sätze von Luftdüsen vorgesehen werden. Die Luftdüsen sind fest an der Vorrichtung angebracht, sie rotieren nicht mit der Rotationsglocke.
  • Es können übliche bekannte Düsen verwendet werden, z.B. punktförmige Düsen, schlitzförmige Düsen oder halbkreisförmige Düsen. An der Zuführung der Luft für die Düsen ist eine Regeleinrichtung vorzusehen, mit der die Luftgeschwindigkeit und die Menge der Luft beeinflußt werden kann. Diese Parameter sind von der Form der Lacknebelglocke abhängig. Der Fachmann kann sie in wenigen Versuchen anhand des Spritzbildes ermitteln.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die innere und die äußere Luftzufuhr kombiniert, d.h. die Luftzuführung der außerhalb der Hochrotationszerstäuberglocke auf deren einer Seite angeordneten Luftdüsen und die Luftzuführung in das Innere der Hochrotationszerstäuberglocke sind kombiniert und können problemlos gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen sind:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung, wobei die Hochrotationszerstäuberglocke im Schnitt sowie der Spritzkegel in gestrichelter Linie und der verformte, abgelenkte Spritzkegel in durchgezogener Linie dargestellt sind,
    • Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf die Hochrotationszerstäuberglocke und eine äußere kreisförmige Ringdüse einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung,
    • Fig. 3 eine schematische Aufsicht auf die Hochrotationszerstäuberglocke und zwei unterschiedliche Sätze von Luftdüsen einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung,
    • Fig. 4 eine schematische Aufsicht auf die Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 3 mit dem Sprühbild des unsymmetrischen Spritzkegels bei der Relativbewegung von Substrat und Hochrotationszerstäuberglocke,
    • Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Pneumatikzerstäubers der alternativen erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem unsymmetrischen verformten Spritzkegel und
    • Fig. 6 eine schematische Aufsicht auf den Pneumatikzerstäuber.
  • Wie Fig. 1 zeigt, weist die Vorrichtung zum elektrostatischen Applizieren von Beschichtungsflüssigkeiten auf ein leitfähiges Substrat 1 eine Hochrotationszerstäuberglocke 2 auf, die als Elektrode geschaltet ist und eine Aufhängung besitzt, in der eine Lackzuführung 4 vorgesehen ist. Am Mantel der Hochrotationszerstäuberglocke 2 ist weiterhin eine Ringdüse 3 zur Erzeugung von zur Oberfläche des Spritzkegels 8 parallelen, gerichteten Luftströmen vorgesehen. Es können auch zusätzliche Elektroden im Bereich der Hochrotationszerstäuberglocke 2 vorgesehen sein. In der Mitte der Rotationsglocke 1 ist ein Kanal 4 vorgesehen, durch den von einer nicht dargestellten Einrichtung gesteuerte Luft innerhalb des Spritzkegels 8 zugeführt werden kann. Außerhalb der Hochrotationszerstäuberglocke 2 sind auf deren einer Seite geneigte zusätzliche Luftdüsen 5 mit Zuleitungen 6 angeordnet. Diese außen liegenden Luftdüsen 5 sind relativ zur Hochrotationszerstäuberglocke 2 stationär angeordnet, d.h. sie rotieren nicht mit letzterer. Die zusätzlichen Luftdüsen 5 sind gegen den Spritzkegel 8 gerichtet, der durch die aus den Luftdüsen 5 austretenden gerichteten Luftströme die unsymmetrische Form 7 erhält.
  • Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf eine Ausführungsform der Vorrichtung, bei der eine kreisförmige Ringdüse 5 außerhalb der Hochrotationszerstäuberglocke 2 auf deren einer Seite vorgesehen ist.
  • Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung mit zwei außerhalb der Hochrotationszerstäuberglocke 2 auf deren einer Seite vorgesehenen unterschiedlichen Sätzen von Luftdüsen 5a, 5b. Diese Luftdüsen 5a, 5b können in Abhängigkeit von ihrer Position zur Rotationsglocke unterschiedlich geneigt sein und unterschiedliche Luftmengen abgeben. Es können beispielsweise Schlitz- und Runddüsen vorgesehen sein.
  • Aus Fig. 4 geht das Sprühbild des unsymmetrisch verformten Spritzkegels hervor, wobei die Hochrotationszerstäuberglocke 2, die zusätzlichen Luftdüsen 5 sowie das Sprühbild 7 schematisch gezeigt sind. Bei 7a scheiden sich im wesentlichen die größeren Lacktröpfchen ab. Bei 7b scheiden sich die kleineren Lacktröpfchen der Lacknebelwolke ab. Die relative Bewegung des zu lackierenden Substrats 1 und der Hochrotationszerstäuberglocke 2 ist durch den Pfeil längs der Hauptachse des ellipsenartigen Sprühbildes 7 wiedergegeben.
  • Die jeweils erforderlichen gängigen Zuführungs-, Steuerungs- und Befestigungseinrichtungen sind in den Fig. 1 bis 4 nicht dargestellt.
  • Aus Fig. 5 geht eine alternative erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem ein Gehäuse 12 aufweisenden Pneumatikzerstäuber 9 hervor, der einen auf das Substrat 1 gerichteten Spritzkegel 11 erzeugt. Aus am Pneumatikzerstäuber 9 vorgesehenen Luftdüsen 13 treten zur Oberfläche des Spritzkegels 11 parallele, gerichtete Luftströme zur Sprühnebelbegrenzung aus. Außerhalb des Pneumatikzerstäubers 9 ist, wie Fig. 6 verdeutlicht, auf dessen einer Seite mindestens eine zusätzliche Luftdüse 10 stationär in bezug auf den Pneumatikzerstäuber 9 angeordnet, die derart zur Spritzkegelachse 14 geneigt ist, daß der Spritzkegel durch den aus der zusätzlichen Luftdüse 10 austretenden Luftstrom 15 zu einem unsymmetrischen Spritzkegel 11 verformbar ist. Die Lackzuführung 16 und die Zuführung für die Zerstäuberluft 17 des Pneumatikzerstäubers 9 sind, wie Fig. 6 zeigt, mittig in dem Gehäuse 12 vorgesehen. Das Substrat 1 und der Pneumatikzerstäuber 9 sind relativ zueinander bewegbar.

Claims (18)

  1. Verfahren zum elektrostatischen und/oder pneumatischen Applizieren von flüssigen Überzugsmitteln auf leitfähige Substrate, insbesondere von Metallic-Basislacken auf Kfz-Bauteile, bei dem der flüssige Lack unter Erzeugung eines Spritzkegels auf das Substrat elektrostatisch und/oder pneumatisch verspritzt und parallel zur Oberfläche des Spritzkegels gerichtete Luftströme erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß einseitig von außerhalb des Spritzkegels mindestens ein zusätzlicher gerichteter Luftstrom auf den Spritzkegel aufgebracht und eine unsymmetrische Form des letzteren unter einer derartigen Verformung des Sprühbildes erzeugt wird, daß auf der zu dem zusätzlichen gerichteten Luftstrom entgegengesetzten Seite des Sprühbildes und auf der benachbarten Seite des Sprühbildes im wesentlichen feinere bzw. gröbere Lacktröpfchen auf dem Substrat abgeschieden werden, und daß das zu beschichtende (lackierende) Substrat relativ zu dem unsymmetrisch verformten Spritzkegel so bewegt wird, daß zunächst die feineren Lacktröpfchen auf dem Substrat und auf letzteren dann die gröberen Tröpfchen abgeschieden werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzkegel eiförmig verformt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der einen Seite des Spritzkegels von außerhalb mehrere zur Spritzkegelachse geneigt ausgerichtete zusätzliche Luftströme auf den Spritzkegel zur unsymmetrischen Verformung des letzteren aufgebracht werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangspunkte der gerichteten Luftströme einseitig des Spritzkegels halbkreisförmig angeordnet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangspunkte der gerichteten Luftströme einseitig des Spritzkegels in mehreren Ebenen angeordnet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangspunkte der gerichteten Luftströme radial zueinander in verschiedenem Abstand angeordnet werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die winkelmäßige Ausrichtung jedes gerichteten zusätzlichen Luftstroms bezogen auf die Achse des Spritzkegels in Abhängigkeit von der Position des Ausgangspunktes dieses gerichteten Luftstroms in der halbkreisförmigen Anordnung der Ausgangspunkte der Vielzahl der gerichteten Luftströme gewählt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gerichtete Luftstrom, dessen Ausgangspunkt in der Mitte der halbkreisförmigen Anordnung der Ausgangspunkte der Vielzahl der gerichteten Luftströme liegt, auf den Spritzkegel stärker geneigt ist als die gerichteten Luftströme, deren Ausgangspunkt sich jeweils an dem Rand der halbkreisförmigen Anordnung der Ausgangspunkte der Vielzahl der gerichteten Luftströme befindet.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Innere des Spritzkegels ein gesteuerter Luftstrom eingeführt wird.
  10. Vorrichtung zur elektrostatischen Applikation von flüssigen Überzugsmitteln auf leitfähige Substrate, insbesondere von Metallic-Basislacken auf Kfz-Bauteile, mit einer als Elektrode geschalteten Hochrotationszerstäuberglocke, von der ein zum Substrat gerichteter glockenartiger Lackspritzkegel erzeugbar ist, mit zusätzlichen Elektroden oder als Elektrode geschaltete Hochrotationszerstäuberglocke und mit an der Hochrotationszerstäuberglocke angeordneten Druckluftdüsen zur Erzeugung von zur Oberfläche des Spritzkegels parallelen, gerichteten Luftströmen (Lenkluft), wobei die Hochrotationszerstäuberglocke und das Substrat relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Hochrotationszerstäuberglocke (2) auf deren einer Seite mindestens eine, an eine Druckluftzuführung (6) angeschlossene Luftdüse (5) stationär zur Hochrotationszerstäuberglocke (2) angeordnet und gegen den von dieser erzeugten glockenartigen Lacknebelkegel (8) geneigt derart ausgerichtet ist, daß der Lackspritzkegel (8) von einem aus der Luftdüse (5) austretenden Druckluftstrom unsymmetrisch verformbar ist.
  11. Vorrichtung zur pneumatischen Applikation von flüssigen Überzugsmitteln auf leitfähige Substrate, insbesondere von Metallic-Basislacken auf Kfz-Bauteile, mit einem eine elektrostatische Einrichtung aufweisenden Pneumatikzerstäuber, von dessen Hornluft ein zum Substrat gerichteter Lackspritzkegel erzeugbar ist, und mit am Pneumatikzerstäuber angeordneten Druckluftdüsen zur Erzeugung von zur Oberfläche des Spritzkegels parallelen, gerichteten Luftströmen, wobei der Pneumatikzerstäuber und das Substrat relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Pneumatikzerstäubers (9) auf dessen einer Seite mindestens eine, an eine Druckluftzuführung (10) angeschlossene Luftdüse (10) stationär zum Pneumatikzerstäuber (9) angeordnet und gegen den von diesem erzeugten Lacknebelkegel (11) geneigt derart ausgerichtet ist, daß der Lackspritzkegel (11) von einem aus der Luftdüse (10) austretenden Druckluftstrom unsymmetrisch verformbar ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl Luftdüsen (5 bzw. 10) auf der einen Seite des Spritzkegels (8 bzw. 11) außerhalb der Hochrotationszerstäuberglocke (2) bzw. des Pneumatikzerstäubers (9) stationär in bezug auf diese bzw. diesen angeordnet und zur Spritzkegelachse derart geneigt ist, daß der Spritzkegel (8 bzw. 11) durch die aus den Luftdüsen (8 bzw. 11) austretenden Luftströme unsymmetrisch verformbar ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Luftdüsen (5 bzw. 10) einseitig des Spritzkegels (8 bzw. 11) halbkreisförmig angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Luftdüsen (5 bzw. 10) einseitig des Spritzkegels (8 bzw. 11) in mehreren Ebenen angeordnet sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Luftdüsen (5 bzw. 10) radial zueinander in verschiedenem Abstand angeordnet sind.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die winkelmäßige Ausrichtung jeder Luftdüse (5 bzw. 6) bezogen auf die Achse des Spritzkegels (8 bzw. 11) abhängig von der Position dieser Luftdüse (5 bzw. 6) in der halbkreisförmigen Anordnung der Luftdüsen (5 bzw. 10) ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Mitte der halbkreisförmigen Anordnung der Luftdüsen (5 bzw. 10) angeordnete Luftdüse auf den Spritzkegel (8 bzw. 11) stärker geneigt ist als die Luftdüsen (5 bzw. 10), die sich am Rand der halbkreisförmigen Anordnung befinden.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in das Innere der Hochrotationszerstäuberglocke (2) eine Zuführung für Druckluft vorgesehen ist.
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