EP1331037A2 - Verfahren und Zerstäuber für die Serienbeschichtung von Werkstücken - Google Patents

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EP1331037A2
EP1331037A2 EP03001129A EP03001129A EP1331037A2 EP 1331037 A2 EP1331037 A2 EP 1331037A2 EP 03001129 A EP03001129 A EP 03001129A EP 03001129 A EP03001129 A EP 03001129A EP 1331037 A2 EP1331037 A2 EP 1331037A2
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EP
European Patent Office
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atomizer
spray cone
spray
gas flow
workpiece
Prior art date
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Granted
Application number
EP03001129A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP1331037B1 (de
EP1331037A3 (de
Inventor
Hans-Jürgen Dr. Nolte
Harry Krumma
Peter Marquardt
Thomas Dürr
Rainer Laufer
Siegfried Lüdtke
Roland Felka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
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Publication date
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Priority to EP09013580.7A priority patent/EP2143500B1/de
Publication of EP1331037A2 publication Critical patent/EP1331037A2/de
Publication of EP1331037A3 publication Critical patent/EP1331037A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/04—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces
    • B05B5/0426—Means for supplying shaping gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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    • B05B5/04—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B5/04—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces
    • B05B5/0403—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces characterised by the rotating member
    • B05B5/0407—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces characterised by the rotating member with a spraying edge, e.g. like a cup or a bell

Definitions

  • the invention relates to a method for coating a Workpiece and an atomizer for the series coating of Workpieces with outlet openings for an area that limits the spray cone Gas flow according to the preamble of the independent Claims.
  • it is the control the steering air of electrostatic rotary atomizers, such as for the series coating of workpieces such as vehicle bodies are common.
  • the invention is suitable for any Coating material including wet paint and powder paint.
  • annular-gap-shaped outlet opening arrangements can also be used be provided for the steering air.
  • annular-gap-shaped outlet opening arrangements can also be used be provided for the steering air.
  • one from the EP 0092043 known rotary atomizer is in addition to a radially inner annular gap for the actual steering air outer annular gap provided by the same compressed air source is fed like the inner ring gap.
  • the gap width of one or both ring gaps are adjustable.
  • the one from the additional The outer air jacket supplied in the annular gap has the task that of the color cloud in interaction with the inner air jacket compensate for emerging turbulence and erupting Color particles traced back to the cloud.
  • Rotary atomizers are also known, in which additional to radially inner air openings, radially outer auxiliary outlet openings are intended for air that has a backward movement the paint particles in the atomizer should prevent.
  • EP 1114677 describes atomizers with interchangeable bells known, which is in terms of diameter, spray direction and Differentiate the amount of steering air and depending on the shape of the coating Item and the color used, etc. can be selected should, for example with a large diameter for external surfaces and with a small diameter for the interior surfaces of vehicle bodies.
  • the inside surfaces of vehicle bodies are like e.g. Door entry areas, door rebates, trunk, engine compartment and
  • the inside of the lid or hood etc. has not been included so far Rotary atomizers coated, but usually with Spray guns that rotate the paint, not with it Atomize compressed air.
  • These spray guns create an elongated, relatively sharply concentrated spray pattern, which for the Coating of the narrow surfaces better indoors than the usual large-area round spray patterns the rotary atomizer.
  • Especially with the interior painting Powder can spray guns but coating defects caused by powder sintering (so-called spitters) that need to be reworked. Except for the paint quality is also the application efficiency of the spray guns worse than with rotary atomizers.
  • the invention is based, so far the task To avoid disadvantages and a process or an atomizer specify the setting of the spray jet width without mechanical control of the exhaust port arrangement in one essential wider width range than before and yet possible optimal coating operation with good order efficiency and ensure good painting quality.
  • this is done even without changing the spray head and without mechanical changes of the outlet opening arrangement.
  • it may be appropriate, depending on the areas to be coated, the atomizer bell and / or the Exchanging the outlet opening arrangement for the steering air flows.
  • the at least two regulated in the closed control loop Steering air flows are in the first embodiment in Normally not generated at the same time, but optionally depending of the workpieces or workpiece areas to be coated used. But it is also the simultaneous one Combined use of both regulated separately from the other Air currents possible.
  • the invention enables the painting of complex workpiece geometries and especially of complete bodies including interior, Exterior and detail painting with the same rotary atomizer at maximum achievable paint application efficiency specifically set spray jet widths in the total required Area.
  • spray jet widths can optimally match the one to be coated Object can be adjusted.
  • the optimally adapted spray jet creates a total less overspray than before, resulting in higher application efficiency and lower paint consumption. Through this Optimization also improves the painting quality.
  • Spray steel can the electrostatic shown in Fig. 1
  • High-speed rotary atomizers correspond to the prior art, for example according to the already mentioned DE 4306800.
  • the bell plate 1 facing Front end of the atomizer housing 2 coaxial to the atomizer axis 3 a steering air ring 4.
  • the bell cup 1 and thus the one formed by the sprayed coating material Spray cone facing lead to those described below Bores 12, 13 for setting the spray jet width escaping steering air.
  • which are conical as shown circumferential surface 7 of the ring body 4 that widens towards the rear is continuously aligned with the adjacent peripheral surface 8 of the housing 2. Due to the uninterrupted, continuous outer shape of the air swirls around the entire atomizer circumference Atomizers and undesirable influence on the spraying process on the bell plate 1 and dirt on the atomizer housing avoided.
  • the end face 5 of the steering air ring 4 can be like that illustrated embodiment axially behind the bell cup 1 are located, as shown radially after inside up to close to the hollow shaft of the bell cup Air turbine can extend.
  • the steering air ring could also fully inserted into the open front end of the atomizer housing his. In other embodiments, the steering air ring but also axially with its outlet opening arrangement extend further to the bell plate.
  • the bores 12 and 13 each open axially parallel in the end face, but are also other arrangements possible.
  • the radially inner bores 13 are fed by an annular channel 14 within the steering air ring 4, the to a (not shown) compressed air line of the Atomizer is connected while the outer bores 12th the steering air ring 4 from the end face 5 initially axially and then as shown with a rear part 16 approximately parallel to the peripheral surface 7 radially outwards up to an annular channel 17 run, the between when the steering air ring is installed its back and the neighboring parts of the atomizer is formed and from another compressed air line of the atomizer is fed.
  • the two compressed air lines mentioned can, for example with one compressed air connection of the atomizer for external Lines are connected, each to its own air control system being able to lead.
  • the compressed air lines also depending on the one to be coated Workpiece area controlled changeover valve on one of the holes 12 and 13 common air control system can be connected.
  • the switching valve does not have to be outside the atomizer but can also be built into the atomizer, for example in the valve unit 18, so that then only one only external steering air connection is required.
  • the steering air could also be regulated within the atomizer.
  • the two steering vents can be used separately and regulated, i.e. during the atomizer with the one steering air works, the other steering air can be switched off his.
  • the first to emerge behind the bell plate 1 Steering air from the inner bores 13 hits relatively far behind on the peripheral surface that tapers conically backwards of the bell plate 1, with an air cushion around the bell plate generated and thereby advantageous during atomization uniform air distribution is effected.
  • the second steering air from the outer holes 12, however, can be directed be a small radial distance (e.g.
  • FIG front part of a robot's wrist for example mounted electrostatic rotary atomizer for powder coating or other powdery coating material in the Longitudinal section shown.
  • electrostatic rotary atomizer for powder coating or other powdery coating material in the Longitudinal section shown.
  • the electrostatic wet paint sprayer 1 contains the atomizer, for example with compressed air powered drive turbine 30 for the front End of the hollow shaft 31 attached rotating atomizer bell 33.
  • Coaxial extends through the hollow shaft 31 as a powder channel of the atomizer serving cylindrical tube 32 to in the hub portion 35 of the bell 33 into where it is shown opens axially outside the atomizer housing 36.
  • the powder tube 32 is in the atomizer to one of an external air and Powder supply coming powder hose (not shown) connected.
  • the atomizer bell 33 is known Way (EP 1238710; US 5353995) essentially from one on the hub part 35 attached outer part 38, the one has inner conical surface 40 of the shape shown, and one in the space in front of the surface 40 seated inner part 42, the one opposite surface 40 to form a gap channel 44 Has inner surface 46 and with the outer part 38 is rigidly connected.
  • the gap channel 44 is therefore of the two conical surfaces 40 and 46 limited.
  • the main part of the atomizer-facing bell part 38 runs as shown (and in contrast to the known ones mentioned Powder bells) are only slightly conical, so that it makes an acute angle with the axis of rotation preferably forms less than 20 ° in the example shown about 5 °.
  • the coating powder On its way through the pipe 32 and through the Split channel 44 can be the coating powder in the usual way be charged to high voltage.
  • the spray cone adjustable steering air flow surrounding or acting in a ring 50 (or other gas flow), which is approximately axially parallel can be directed.
  • Radially outside the flow 50 occurs another air or gas flow 51, the direction of its exit also axially, but as shown against Axial direction is inclined inwards by an acute angle, so that it intersects the direction of the internal flow 50.
  • the directions indicated by the arrows shown so that they do not cut the outer surface of the bell 33, but walk past the bell. Appropriately can the radially outer gas flow 51 approximately to the powder exit point the atomizer bell 33 be directed.
  • the radially outer flow 51 is not circular here like the flow 50, but consists of separate, e.g. flat top and bottom parts when hitting on the inner flow 50 and on the spray cone this into one Flatten oval cross-sectional shape (ovalize).
  • the outlet openings provided for this purpose are in the schematic representation of Fig. 4 recognizable. While the annular steering air flow 50 from which the axis of rotation concentrically surrounding ring of a plurality of openings 52 emerges, can for the two flat parts of the flow 51st two straight slots 53 and 53 'may be provided facing each other tangential to the circular ring formed by the openings 52 on opposite sides of the axis of rotation in parallel.
  • the slots 53, 53 ' are symmetrical in this way the axis of rotation that is perpendicular to the longitudinal direction of their Mouth opening whose center connecting the line Axis of rotation intersects.
  • parallel rows could also be used be purposeful from a sufficient number of openings.
  • the steering air openings 52 and / or the ovalization slots 53, 53 ' can be located in an annular body 55 which is detachable and quickly and easily against another steering air ring with one other exhaust port arrangement interchangeable on the atomizer is attached.
  • the atomizer bell can also be used with the steering air ring 33 for adaptation to the workpiece area to be coated be exchanged for another bell. The remaining part of the rotary atomizer can remain unchanged stay.
  • the bells and steering air rings can e.g. through control of the robot are changed automatically.
  • a major advantage of the rotary atomizer described here is that the same basic atomizer for example with program-controlled body painting both for the exterior surfaces as well as for the automatic interior painting can be used.
  • the interior painting expediently a round steel bar with a smaller diameter than the Exterior paint created by the at the powder exit point the atomizing bell 33 air flow acting flat is ovalized from the slots 53, 53 '.

Landscapes

  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Spray Control Apparatus (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Abstract

Aus dem Lenkluftring eines Rotationszerstäubers für die Serienbeschichtung von Werkstücken wie z.B. Fahrzeugkarossen werden zwei getrennt voneinander regelbare Luftströmungen (50, 51) auf den Sprühkegel gerichtet, die mit voneinander verschiedenen radialen Abständen von der Zerstäuberachse austreten und zum Einstellen der Sprühstrahlbreite in voneinander verschiedenen Bereichen dienen, so dass der Sprühstrahl desselben Zerstäubers jeweils optimal an den zu beschichtenden Werkstückbereich angepasst werden kann. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks und einen Zerstäuber für die Serienbeschichtung von Werkstücken mit Auslassöffnungen für eine den Sprühkegel eingrenzende Gasströmung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche. Insbesondere handelt es sich um die Steuerung der Lenkluft von elektrostatischen Rotationszerstäubern, wie sie für die Serienbeschichtung von Werkstücken wie z.B. Fahrzeugkarossen üblich sind. Es kann sich aber auch um andere Arten von Zerstäubern handeln. Die Erfindung eignet sich für beliebiges Beschichtungsmaterial einschließlich Nasslack und Pulverlack.
In üblichen Rotationszerstäubern (DE 4306800), die das Beschichtungsmaterial durch die Wirkung einer mit überlicherweise mehr als 40000 U/min rotierenden Glocke zerstäuben, wird bekanntlich aus dem Zerstäuber auf die konische Glockenaußenfläche Lenkluft gerichtet, die nicht nur den an der Glockentellerabrisskante an sich radial abgesprühten Lackpartikeln zusätzlich zu den elektrostatischen Kräften einen Impuls in Richtung zum Werkstück gibt, sondern zur Sprühstrahlformung und teilweise auch zur Unterstützung beim Zerstäuben dient. Die Lenkluft tritt aus einem Kranz von Bohrungen in der Stirnfläche eines am vorderen Ende des Zerstäubergehäuses angeordneten Lenkluftrings aus. Anzahl, Durchmesser, Form und Richtung der Bohrungen können zur Optimierung der Luftgeschwindigkeit, Luftmenge und Sprühstrahlbreite unterschiedlich sein. Die jeweils gewünschte Lenkluftmenge, aus der sich auch die Sprühstrahlbreite ergibt, wird als Parameter des Beschichtungsprozesses vorgegeben und im geschlossenen Regelkreis geregelt.
Statt Bohrungen können auch ringspaltförmige Auslassöffnungsanordnungen für die Lenkluft vorgesehen sein. Bei einem aus der EP 0092043 bekannten Rotationszerstäuber ist zusätzlich zu einem radial inneren Ringspalt für die eigentliche Lenkluft ein äußerer Ringspalt vorgesehen, der von derselben Druckluftquelle gespeist wird wie der innere Ringspalt. Die Spaltbreite eines oder beider Ringspalte ist verstellbar. Der von dem zusätzlichen Ringspalt gelieferte äußere Luftmantel hat die Aufgabe, die von der Farbwolke in Zusammenwirken mit dem inneren Luftmantel entstehenden Randturbulenzen auszugleichen und ausbrechende Farbpartikel in die Wolke zurückzuführen.
Es sind auch Rotationszerstäuber bekannt, bei denen zusätzlich zu radial inneren Luftöffnungen radial äußere Hilfs-Auslassöffnungen für Luft vorgesehen sind, die eine Rückwärtsbewegung der Farbpartikel in den Zerstäuber verhindern soll.
Generell besteht bei Zerstäubern das Problem, dass für unterschiedliche Werkstückbereiche verschieden breite Sprühkegel erforderlich sind. Bekannte Hochgeschwindigkeits-Rotationszerstäubungssysteme beispielsweise für die Lackierung von Fahrzeugkarossen werden vorzugsweise so ausgelegt, dass für Bereiche der Flächenlackierung Glockenteller mit größerem Durchmesser eingesetzt und Sprühstrahlbreiten (definiert als "SB 50%", d.h. als Breite bei 50% der maximalen Schichtdicke des Einzelprofils) von ca. 300 bis 550 mm eingestellt werden. Für die Detail- und Innenraumlackierung sowie für Anbau- und Kleinteile wie Spiegel, Leisten und Stoßfänger sind dagegen kleinere Glockenteller und Strahleinstellungen von 180 - 300 mm zweckmäßiger. Bei kleineren oder schmaleren Sprühbildern ist der als Verhältnis zwischen abgesprühtem Material und sich niederschlagendem Material definierte Lackauftragungswirkungsgrad höher als bei breiteren Sprühbildern, wodurch erhebliche Lack- und Kostenersparnisse erreicht werden.
Aus der EP 1114677 sind Zerstäuber mit auswechselbaren Glocken bekannt, die sich hinsichtlich Durchmesser, Sprührichtung und Lenkluftmenge unterscheiden und je nach Form des zu beschichtenden Gegenstands und der verwendeten Farbe usw. gewählt werden sollen, beispielsweise mit großem Durchmesser für Außenflächen und mit kleinem Durchmesser für Innenflächen von Fahrzeugkarossen.
In der Praxis werden die Innenflächen von Fahrzeugkarossen wie z.B. Türeinsteigbereiche, Türfalze, Kofferraum, Motorraum und Deckel- bzw. Haubeninnenseiten usw. bisher allerdings nicht mit Rotationszerstäubern beschichtet, sondern üblicherweise mit Sprühpistolen, die den Lack nicht durch Rotation, sondern mit Druckluft zerstäuben. Diese Sprühpistolen erzeugen ein längliches, relativ scharf konzentriertes Sprühbild, welches für die Beschichtung der schmaleren Oberflächen im Innenbereich besser ist als die bisher üblichen großflächigen runden Sprühbilder der Rotationszerstäuber. Vor allem bei der Innenlackierung mit Pulver können diese Sprühpistolen aber Beschichtungsfehler durch Pulveransinterungen (sogenannte Spucker) verursachen, die aufwendig nachgearbeitet werden müssen. Außer der Lackierqualität ist auch der Auftragungswirkungsgrad der Sprühpistolen schlechter als bei Rotationszerstäubern.
Wenn bei der Gesamtlackierung eines Werkstücks für hohen Auftragswirkungsgrad und gleichmäßige Gesamtlackschicht sowohl breite als auch schmale Sprühstrahleinstellungen notwendig sind und der Beschichtungsbetrieb nicht durch einen Sprühkopfwechsel unterbrochen werden soll, muss man mangels der Möglichkeit, den Sprühstrahl genügend klein einzustellen, Kompromisse zwischen Glockentellergröße mit entsprechender Lenkluftzuführung und Strahlbreite bezüglich Wirkungsgrad, Lackverbrauch und Farbton eingehen. Durch Drehzahlherabsetzung lässt sich zwar eine bessere Einschnürung des Sprühstrahls erreichen, doch wird damit eine geringere Zerstäubungsfeinheit und eine Verschlechterung der Beschichtungsqualität in Kauf genommen. Da es bisher nicht möglich war, mit der Lenkluft eines gegebenen Zerstäubers den Sprühstrahl sowohl in dem einen wie auch in dem anderen der oben erwähnten Breitenbereiche für optimalen Betrieb einzustellen, ergeben sich in der Praxis erhebliche Nachteile wie unzureichende oder unmögliche Innen- oder Detaillackierung, erhöhter Overspray (der am Objekt vorbeigesprühte Lackanteil), niedriger Auftragungswirkungsgrad, erhöhter Lackverbrauch und unzueichender Lackierqualität.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisherigen Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren bzw. einen Zerstäuber anzugeben, der die Einstellung der Sprühstrahlbreite auch ohne mechanische Steuerung der Auslassöffnungsanordnung in einem wesentlich größeren Breitenbereich ermöglicht als bisher und dennoch optimalen Beschichtungsbetrieb mit guten Auftragswirkungsgrad und guter Lackierqualität gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dies auch ohne Wechsel des Sprühkopfes und ohne mechanische Änderung der Auslassöffnungsanordnung ermöglicht. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel kann es dagegen zweckmäßig sein, je nach den zu beschichtenden Bereichen die Zerstäuberglocke und/oder die Auslassöffnungsanordnung für die Lenkluftströmungen zu wechseln.
Die mindestens zwei im geschlossenen Regelkreis geregelten Lenkluftströmungen (oder sonstigen demselben Zweck dienenden Gasströmungen) werden bei dem ersten Ausführungsbeispiel im Normalfall nicht gleichzeitig erzeugt, sondern wahlweise in Abhängigkeit von den zu beschichtenden Werkstücken oder Werkstückbereichen eingesetzt. Es ist aber auch der gleichzeitige kombinierte Einsatz beider jeweils von dem anderen getrennt geregelter Luftströmungen möglich.
Die Erfindung ermöglicht das Lackieren von komplexen Werkstückgeometrien und namentlich von Gesamtkarossen einschließlich Innen-, Außen- und Detaillackierung mit demselben Rotationszerstäuber bei maximal erreichbarem Lackauftragswirkungsgrad durch gezielt eingestellte Sprühstrahlbreiten im gesamten benötigten Bereich. Durch zwei getrennt voneinander regelbare Lenklüfte können die Sprühstrahlbreiten jeweils optimal an das zu beschichtende Objekt angepasst werden.
Durch den optimal angepassten Sprühstrahl entsteht insgesamt weniger Overspray als bisher mit der Folge höheren Auftragungswirkungsgrads und geringeren Lackverbrauchs. Durch diese Optimierung wird zugleich die Lackierqualität verbessert.
An den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen Rotationszerstäuber mit einem erfindungsgemäßen Lenkluftring;
Fig. 2a
einen Schnitt durch den Lenkluftring des Zerstäubers nach Fig. 1;
Fig. 2b
eine Draufsicht auf den in Fig. 2a von links gesehenen Lenkluftring;
Fig. 3
einen Rotationszerstäuber für Pulverlack; und
Fig. 4
eine schematische Frontansicht des Zerstäubers nach Fig. 3.
Abgesehen von der hier beschriebenen Lenkluftsteuerung des Sprühstahls kann der in Fig. 1 dargestellte elektrostatische Hochrotationszerstäuber dem Stand der Technik entsprechen, beispielsweise gemäß der schon erwähnten DE 4306800. In der an sich bekannten Weise sitzt an dem dem Glockenteller 1 zugewandten Stirnende des Zerstäubergehäuses 2 koaxial zu der Zerstäuberachse 3 ein Lenkluftring 4. In der radial verlaufenden Stirnfläche 5 des Lenkluftrings 4, die dem Glockenteller 1 und somit dem durch das abgesprühte Beschichtungsmaterial gebildeten Sprühkegel zugewandt ist, münden die nachfolgend beschriebenen Bohrungen 12, 13 für die zur Einstellung der Sprühstrahlbreite austretende Lenkluft. Die sich darstellungsgemäß konisch nach hinten erweiternde Umfangsfläche 7 des Ringkörpers 4 fluchtet stufenlos mit der angrenzenden Umfangsfläche 8 des Gehäuses 2. Durch die unterbrechungsfrei stetige Außenform des gesamten Zerstäuberumfangs werden Luftverwirbelungen um den Zerstäuber und unerwünschte Beeinflussung des Absprühvorgangs an dem Glockenteller 1 sowie Verschmutzungen des Zerstäubergehäuses vermieden.
Die Stirnfläche 5 des Lenkluftrings 4 kann sich wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel axial hinter dem Glockenteller 1 befinden, wobei sie sich darstellungsgemäß radial nach innen bis nahe an die Hohlwelle der den Glockenteller antreibenden Luftturbine erstrecken kann. Der Lenkluftring könnte auch ganz in das offene Stirnende des Zerstäubergehäuses eingesetzt sein. Bei anderen Ausführungsformen kann sich der Lenkluftring aber mit seiner Auslassöffnungsanordnung auch axial weiter nach vorn bis über den Glockenteller erstrecken.
Fig. 2a und Fig. 2b zeigen den Lenkluftring 4 für sich. In seiner Stirnfläche 5 münden auf zwei zu der Zerstäuberachse 3 (Fig. 1) und somit zu der mit ihr übereinstimmenden Sprühkegelachse konzentrischen Teilkreisen 10 bzw. 11 mit verschiedenen Durchmessern jeweils Kränze von mit gleichmäßigen Winkelabständen verteilten Lenkluftbohrungen 12 bzw. 13.
Bei dem dargestellten Beispiel können die Bohrungen 12 und 13 jeweils achsparallel in der Stirnfläche münden, doch sind auch andere Anordnungen möglich. Die radial inneren Bohrungen 13 werden von einem Ringkanal 14 innerhalb des Lenkluftrings 4 gespeist, der an eine (nicht dargestellte) Druckluftleitung des Zerstäubers angeschlossen ist, während die äußeren Bohrungen 12 des Lenkluftrings 4 von der Stirnfläche 5 aus zunächst axial und dann wie dargestellt mit einem hinteren Teil 16 etwa parallel zu der Umfangsfläche 7 radial nach außen bis zu einem Ringkanal 17 verlaufen, der bei eingebautem Lenkluftring zwischen dessen Rückseite und den benachbarten Teilen des Zerstäubers gebildet ist und von einer anderen Druckluftleitung des Zerstäubers gespeist wird.
Anstelle der beiden Kränze von Bohrungen 12 bzw. 13 könnten auch ringspaltartige Auslassöffnungsanordnungen in einem Lenkluftring oder eventuell auch in voneinander getrennten Bauteilen des Zerstäubers vorgesehen sein.
Die erwähnten beiden Druckluftleitungen können beispielsweise mit je einem Druckluftanschluss des Zerstäubers für externe Leitungen verbunden sein, die jeweils zu einem eigenen Luftregelsystem führen können. Z.B. wenn der Aufwand für zwei separate Luftregler unerwünscht ist, können die Druckluftleitungen auch über ein in Abhängigkeit von dem jeweils zu beschichtenden Werkstückbereich gesteuertes Umschaltventil an ein den Bohrungen 12 und 13 gemeinsames Luftregelsystem angeschlossen sein. Das Umschaltventil muss sich nicht außerhalb des Zerstäubers befinden, sondern kann auch in den Zerstäuber eingebaut sein, beispielsweise in der Ventileinheit 18, so dass dann nur ein einziger externer Lenkluftanschluss erforderlich ist. Die Lenkluft könnte auch innerhalb des Zerstäubers geregelt werden.
Bei der Beschichtung von Werkstücken wie z.B. Fahrzeugkarossen wird vorzugsweise die erste geregelte Lenkluft aus den radial inneren Bohrungen 13 zum Einstellen breiterer Sprühstrahlen (beispielsweise für SB 50% von 250 bis 300 mm) für die Außenlackierung verwendet, während mit der getrennt von der ersten Lenkluft geregelten zweiten Lenkluft aus den Bohrungen 12 auf dem größeren Teilkreis 10 schmalere Sprühstrahlen (beispielsweise SB 50% von 50 bis ca. 300 mm) zur Detail- und Innenlackierung eingestellt werden, wobei es zweckmäßig sein kann, wenn sich die beiden Bereiche (wie bei dem betrachteten Beispiel) überlappen. Mit ein und demselben Zerstäuber kann also ohne Unterbrechung des Beschichtungsbetriebes und ohne Inkaufnahme wesentlicher Nachteile die Sprühstrahlbreite im gesamten für die Außen-, Innen- und Detaillackierung erforderlichen Bereich (bei dem betrachteten Beispiel 50 bis 550 mm) eingestellt werden. Die beiden Lenklüfte können getrennt voneinander eingesetzt und geregelt werden, d.h. während der Zerstäuber mit der einen Lenkluft arbeitet, kann die jeweils andere Lenkluft abgeschaltet sein. Die hinter dem Glockenteller 1 austretende erste Lenkluft aus den inneren Bohrungen 13 trifft relativ weit hinten auf die sich konisch nach hinten verjüngende Umfangsfläche des Glockentellers 1 auf, wobei um den Glockenteller ein Luftpolster erzeugt und dadurch bei der Zerstäubung vorteilhaft eine gleichmäßige Luftverteilung bewirkt wird. Die zweite Lenkluft aus den äußeren Bohrungen 12 kann dagegen so gerichtet sein, dass sie in einem geringen radialen Abstand (beispielsweise in der Größenordnung von 1 mm) außerhalb der Absprühkante des Glockentellers auf das zu zerstäubende oder schon durch die Rotation teilweise zerstäubte Lackmaterial auftrifft, wodurch eine stärkere Einschnürung des Sprühstrahls bewirkt wird als durch die Lenkluft aus den inneren Bohrungen, so daß maximaler Auftragswirkungsgrad erzielt wird und auch schwer erreichbare oder kleine Werkstückbereiche gut beschichtet werden können.
Als anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 der vordere Teil eines beispielsweise am Handgelenk eines Roboters montierten elektrostatischen Rotationszerstäubers für Pulverlack oder sonstiges pulverförmiges Beschichtungsmaterial im Längsschnitt dargestellt. Wie der elektrostatische Nasslackzerstäuber nach Fig. 1 enthält der Zerstäuber eine beispielsweise mit Druckluft betriebene Antriebsturbine 30 für die im vorderen Ende der Hohlwelle 31 befestigte rotierende Zerstäuberglocke 33. Durch die Hohlwelle 31 erstreckt sich koaxial ein als Pulverkanal des Zerstäubers dienendes zylindrisches Rohr 32 bis in den Nabenteil 35 der Glocke 33 hinein, wo er darstellungsgemäß axial außerhalb des Zerstäubergehäuses 36 mündet. Das Pulverrohr 32 ist in dem Zerstäuber an einen von einer externen Luftund Pulverversorgung kommenden Pulverschlauch (nicht dargestellt) angeschlossen. Die Zerstäuberglocke 33 besteht in bekannter Weise (EP 1238710; US 5353995) im Wesentlichen aus einem an dem Nabenteil 35 angebrachten äußeren Teil 38, das eine innere konische Fläche 40 der dargestellten Form hat, und einem in dem Raum vor der Fläche 40 sitzenden inneren Teil 42, das eine der Fläche 40 unter Bildung eines Spaltkanals 44 gegenüberliegende Innenfläche 46 hat und mit dem äußeren Teil 38 starr verbunden ist. Der Spaltkanal 44 wird also von den beiden konischen Flächen 40 und 46 begrenzt. Die radial äußere Umfangsfläche 49 des äußeren und axial hinteren, d.h. dem Hauptteil des Zerstäubers zugewandten Glockenteils 38 verläuft darstellungsgemäß (und im Gegensatz zu den erwähnten bekannten Pulverglocken) sich nur schwach konisch nach vorne erweiternd, so dass sie mit der Rotationsachse einen spitzen Winkel von vorzugsweise weniger als 20° bildet, bei dem dargestellten Beispiel etwa 5°. Auf seinem Weg durch das Rohr 32 und durch den Spaltkanal 44 kann das Beschichtungspulver in der üblichen Weise auf Hochspannung aufgeladen werden.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 tritt radial außerhalb der Umfangsfläche 49 der Glocke 33 eine den Sprühkegel ringförmig umgebende oder beaufschlagende regelbare Lenkluftströmung 50 (oder andere Gasströmung) aus, die etwa achsparallel gerichtet sein kann. Radial außerhalb der Strömung 50 tritt eine weitere Luft- oder Gasströmung 51 aus, deren Austrittsrichtung ebenfalls axial, aber darstellungsgemäß gegen die Achsrichtung um einen spitzen Winkel nach innen geneigt ist, so dass sie die Richtung der inneren Strömung 50 schneidet. Die durch die dargestellten Pfeile angegebenen Richtungen können so verlaufen, dass sie die Außenfläche der Glocke 33 nicht schneiden, sondern nahe an der Glocke vorbeilaufen. Zweckmäßig kann die radial äußere Gasströmung 51 etwa auf die Pulveraustrittsstelle der Zerstäuberglocke 33 gerichtet sein.
Die radial äußere Strömung 51 ist hier nicht kreisringförmig wie die Strömung 50, sondern besteht aus voneinander getrennten, z.B. ebenen oberen und unteren Teilen, die beim Auftreffen auf die innere Strömung 50 und auf den Sprühkegel diesen in eine ovale Querschnittsform flachdrücken (ovalisieren) sollen. Die zu diesem Zweck vorgesehenen Austrittsöffnungen sind in der schematischen Darstellung der Fig. 4 erkennbar. Während die kreisringförmige Lenkluftströmung 50 aus dem die Rotationsachse konzentrisch umgebenden Kranz einer Vielzahl von Öffnungen 52 austritt, können für die beiden ebenen Teile der Strömung 51 zwei gerade Schlitze 53 bzw. 53' vorgesehen sein, die einander tangential zu dem durch die Öffnungen 52 gebildeten Kreisring auf entgegengesetzten Seiten der Rotationsachse parallel gegenüberliegen. Die Schlitze 53, 53' liegen derart symmetrisch zu der Rotationsachse, dass die senkrecht zu der Längsrichtung ihrer Mündungsöffnung deren Mittelpunkte verbindende Linie die Rotationsachse schneidet. Die Schlitze 53, 53' werden an ihrer zerstäuberseitigen Innenseite von Druckluftleitungen 54 gespeist. Statt der beiden Schlitze könnten auch parallele Reihen von jeweils ausreichend vielen Öffnungen zielführend sein.
Die Lenkluftöffnungen 52 und/oder die Ovalisierungsschlitze 53, 53' können sich in einem Ringkörper 55 befinden, der lösbar und schnell und einfach gegen einen anderen Lenkluftring mit einer anderen Auslassöffnungsanordnung austauschbar an dem Zerstäuber befestigt ist. Mit dem Lenkluftring kann auch die Zerstäuberglocke 33 zur Anpassung an den jeweils zu beschichtenden Werkstückbereich gegen eine andere Glocke ausgewechselt werden. Der übrige Teil des Rotationszerstäubers kann hierbei unverändert bleiben. Die Glocken und Lenkluftringe können z.B. durch Steuerung des Roboters automatisch gewechselt werden.
Ein wesentlicher Vorteil des hier beschriebenen Rotationszerstäubers besteht darin, dass der selbe Basiszerstäuber beispielsweise bei der programmgesteuerten Karossenlackierung sowohl für die Außenflächen als auch für die automatische Innenlackierung verwendet werden kann. Für die Innenlackierung wird zweckmäßig ein Rundstahl mit kleinerem Durchmesser als bei der Außenlackierung erzeugt, der durch die an der Pulveraustrittsstelle der Zerstäuberglocke 33 ebenflächig wirkenden Luftströmung aus den Schlitzen 53, 53' ovalisiert wird.
Durch die Verwendung eines Rotationszerstäubers für alle Außenund Innenbereiche des Werkstückes kann nicht nur der automatisch gesteuerte Beschichtungsablauf vereinfacht, sondern auch die Lackierqualität gegenüber den bisher üblichen Sprühpistolen verbessert und der Beschichtungswirkungsgrad erhöht werden. Außerdem ist es einfacher als bisher möglich, bei Ausfall eines Roboters dessen Arbeiten mit einem anderen Roboter durchzuführen.
In anderen Fällen kann aber auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 der Rotationszerstäuber alle oder zumindest unterschiedliche Werkstückflächen mit derselben Glocke und derselben Auslassöffnungsanordnung beschichten, wobei zur Anpassung an die jeweiligen Werkstückbereiche lediglich die Gasströmungen 50, 51 mittels der Regelkreise verändert werden.

Claims (20)

  1. Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks mit einem Zerstäuber,
    wobei zum Steuern der Sprühstrahlform des Zerstäubers der Sprühkegel des abgesprühten Beschichtungsmaterials durch eine ihn ringförmig umgebende regelbare Gasströmung eingegrenzt wird, die konzentrisch zu der Sprühkegelachse (3) aus dem Zerstäuber austritt,
    und wobei unterschiedliche Bereiche des Werkstücks mit jeweils anderer Sprühstrahlform beschichtet werden,
    insbesondere zur Serienlackierung von Fahrzeugkarossen mit einem Lackierroboter,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei unabhängig voneinander regelbare Gasströmungen erzeugt werden, die in unterschiedlichen radialen Abständen von der Sprühkegelachse (3) austreten und in Abhängigkeit von den zu beschichtenden Werkstückbereichen eingesetzt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der einen Sprühstrahlform Außenbereiche einer Fahrzeugkarosse oder des Werkstücks und unter Verwendung desselben Zerstäubers oder wesentlicher Teile desselben Zerstäubers mit der anderen Sprühstrahlform Innenbereiche dieser Karosse oder des Werkstücks beschichtet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochrotationszerstäuber verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotationszerstäuber verwendet wird, dessen auf die ringförmige Gasströmung (50) gerichtete radial äußere Gasströmung (51) den Sprühkegel bei der Beschichtung der Innenbereiche in eine ovale oder abgeflachte Form bringt.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gasströmung in einem eigenen geschlossenen Regelkreis geregelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine geregelte Gasströmung über ein in Abhängigkeit von den zu beschichtenden Werkstückbereichen gesteuertes Umschaltventil den radial äußeren oder den radial inneren Austrittsöffnungen (12,13) zugeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschichtung mit breiterem Sprühkegel nur die eine Gasströmung und zur Beschichtung mit schmalerem Sprühkegel nur die andere Gasströmung eingesetzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bereiche, in denen die Sprühkegelbreite jeweils einstellbar ist, einander überlappen.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück mit pulverförmigen Lack beschichtet wird.
  10. Zerstäuber für die Serienbeschichtung von Werkstücken mit mindestens einer ersten, seine Sprühkegelachse (3) konzentrisch umgebenden ringförmigen Anordnung von dem Sprühkegel zugewandten Auslassöffnungen (13,52) für eine den Sprühkegel eingrenzende Gasströmung,
    mit mindestens einer weiteren Anordnung von dem Sprühkegel zugewandten Auslassöffnungen (12, 53), die einen anderen, insbesondere größeren radialen Abstand von der Sprühkegelachse haben als die erste Anordnung,
    und mit einer zu den Auslassöffnungen (12,13,52,53) führenden Gasleitungsanordnung, die an mindestens einen Regelkreis für die Gasströmung angeschlossen oder anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innere und die radial äußere Gasströmung voneinander getrennt regelbar sind.
  11. Zerstäuber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innere Auslassöffnungsanordnung (13) und die radial äußere Auslassöffnungsanordnung (12) jeweils an einen eigenen geschlossenen Regelkreis angeschlossen oder anschließbar sind.
  12. Zerstäuber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Auslassöffnungsanordnungen (12,13) führende Leitungsanordnung über ein Umschaltventil an einen gemeinsamen Regelkreis angeschlossen oder anschließbar sind.
  13. Zerstäuber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Umschaltventil in dem Zerstäuber befindet.
  14. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Auslassöffnungsanordnungen (12,13) mit einem Gasanschluss des Zerstäubers für je eine externe Gaszufuhrleitung verbunden ist.
  15. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Auslassöffnungsanordnungen (12,13) in der dem Sprühkegel zugewandten Stirnfläche (5) eines Ringkörpers (4) an dem dem Sprühkegel zugewandten Stirnende des den Sprühkopf (1) des Zerstäubers halternden Gehäuses (2) befinden.
  16. Zerstäuber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (7) des Ringkörpers (4) stufenlos mit der angrenzenden Umfangsfläche (8) des Gehäuses (2) fluchtet.
  17. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 10 bis 16 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei radial äußere Auslassöffnungsanordnungen (53, 53') vorgesehen sind, die einander wenigstens annähernd parallel auf entgegengesetzten Seiten der Sprühkegelachse gegenüberliegen und sich wenigstens annähernd tangential zu der ringförmigen Auslassöffnungsanordnung (52) erstrecken.
  18. Zerstäuber nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußeren Auslassöffnungsanordnungen aus langgestreckten Schlitzen (53, 53') bestehen.
  19. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Auslassöffnungen (52, 53) in einem lösbar und auswechselbar an dem Zerstäuber montierten Körper (55) befinden, und dass für den Zerstäuber mindestens zwei auswechselbare Körper (55) mit unterschiedlichen Auslassöffnungsanordnungen vorgesehen sind.
  20. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsrichtung der radial äußeren Gasströmung (51) nahe an der Absprühkante (47) der Zerstäuberglocke (33) verläuft, ohne die Außenfläche der Zerstäuberglocke (33) zu schneiden.
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