EP1560663A1 - Ultrasonic standing wave spraying arrangement - Google Patents

Ultrasonic standing wave spraying arrangement

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Publication number
EP1560663A1
EP1560663A1 EP03811742A EP03811742A EP1560663A1 EP 1560663 A1 EP1560663 A1 EP 1560663A1 EP 03811742 A EP03811742 A EP 03811742A EP 03811742 A EP03811742 A EP 03811742A EP 1560663 A1 EP1560663 A1 EP 1560663A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ultrasonic
paint
standing wave
sonotrode
sound
Prior art date
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Granted
Application number
EP03811742A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1560663B1 (en
Inventor
Uwe GÖRGES
Gert Stauch
Björn MATTHIAS
Gunter BÖRNER
Hidetoshi Yamabe
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.)
ABB Patent GmbH
Original Assignee
ABB Patent GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Patent GmbH filed Critical ABB Patent GmbH
Publication of EP1560663A1 publication Critical patent/EP1560663A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1560663B1 publication Critical patent/EP1560663B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0623Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers coupled with a vibrating horn

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic standing wave atomizer arrangement for generating a paint spray for painting a workpiece with a sonotrode, with a component arranged opposite the sonotrode, a standing ultrasonic field being formed in the operating space between the sonotrode and component, and with a paint supply device , by means of which lacquer can be fed into the close range of a maximum of the sound velocity of the ultrasonic field.
  • the generally known high-speed atomizers are currently preferably used for painting workpieces, in particular in the case of mass painting, as is often the case in the automotive industry.
  • the paint is passed through the inside of a metal bell and thus reaches the front side facing the workpiece.
  • the metal bell is usually driven by a compressed air turbine and rotates at up to 80,000 revolutions per minute. Due to the centrifugal forces, the paint then reaches the edge of the bell on the front side to tear off there in fine droplets. In this way it is achieved that the droplet size of the paint spray mist required for a sufficient quality of a paint layer is in the range from 10 ⁇ m to 60 ⁇ m.
  • lacquer can in principle also be atomized by means of ultrasonic standing wave atomization. Following these fundamental considerations, however, average droplet sizes were measured during atomization between 100 ⁇ m and 200 ⁇ m, with larger droplets occurring in individual cases. Such large drops, however, have such a negative impact on the quality of the paint layer that use in painting technology is unattractive. It has been proposed how an ultrasonic standing wave atomizer arrangement for generating a paint spray for painting a workpiece can be designed in order to achieve smaller droplet sizes. For example, certain configurations of the sonotrode and the component, blocking elements or lamellar rings have become known which improve the quality of the paint spray produced and thus comparatively small droplet sizes can be achieved. The disadvantage here is that only comparatively small delivery rates of paint can be atomized by the arrangement that has become known.
  • the inventive ultrasonic standing wave atomizer arrangement of the type mentioned at the outset has a paint supply device which has at least two pipe sections for applying paint in the area of the standing ultrasonic field.
  • at least two of the pipe sections are arranged in the region of a selected maximum of the sound velocity of the standing ultrasound field. According to the invention, it is therefore provided that a selected maximum of the sound velocity of a standing ultrasonic wave is used to atomize a comparatively large amount of paint into paint droplets.
  • a selected maximum of the sound velocity is often particularly well developed in the standing ultrasound field, for example in the case of standing ultrasound fields with an odd number of sound velocity bellies, the middle sound velocity antinode. This means that this maximum is particularly stable with a comparatively high sound speed.
  • This particularly good atomization properties of the selected maximum is used according to the invention to increase the amount of paint to be atomized or of the paint flow through the paint supply device, and it is provided that at least two pipe pieces for applying paint are arranged in the region of the selected maximum. The amount of lacquer to be atomized can thus advantageously be increased.
  • An advantageous embodiment of the ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to the invention is achieved if the component is a further sonotrode. In this way, the ability to atomize the standing ultrasonic field can be increased. In addition, a more stable ultrasonic field can be formed in this way.
  • a further advantageous embodiment of the subject matter of the invention provides that the distance between the pipe sections in the region of the selected maximum is so great that varnished lamellae are formed for each pipe section.
  • a lacquer lamella forms on the pipe sections from the lacquer exit point for reasons of vibration physics. If the distance between the pipe sections is chosen so large that the lacquered lamellae can form separately from one another without any interference, an area is avoided in any case where droplets from different lacquered lamellae meet and can thus recombine to form larger droplets. The quality of the paint spray is improved with the proposed arrangement.
  • a standing ultrasonic wave is arranged in a straight line in the region of the selected maximum of the sound velocity, and if the straight line is perpendicular to an imaginary center line, which is defined by the surface centers of the opposing sound surfaces the sonotrode and the component goes.
  • the distance between the paint exit points on the pipe sections and the sonotrode or the component will each be approximately the same size.
  • the above-mentioned advantage can also be achieved if three pipe sections are arranged in the region of a selected maximum of the sound velocity of a standing ultrasound wave, and if these pipe sections or their paint outlet openings are arranged in a triangle.
  • a further improvement is when the surface that is defined by the triangle is perpendicular to an imaginary center line that passes through the surface centers of the opposing sound surfaces of the sonotrode and the component. In this case, too, it is again achieved that the paint outlet openings are located in the area of the maximum of the sound velocity, viewed in the X direction.
  • the sputtering process or the sputtering rate can be improved by selecting the determined maximum in such a way that it is closer to the sonotrode than to the component. Then there is the possibility that the so-called capillary wave sputtering effect, that is the effect that keeps the paint droplets away from the vibrations of the sonotrode and thus supports the atomization process.
  • Fig. 5 shows a fifth ultrasonic standing wave atomizer arrangement
  • Fig. 6 shows a sixth ultrasonic standing wave atomizer arrangement.
  • FIG. 1 shows a first ultrasonic standing wave atomizer arrangement 10 according to the invention in an isometric representation.
  • the coordinates are indicated by the direction arrows for the X, Y and Z directions in a Cartesian coordinate system.
  • the representation should only have a sketchy character, so that the actual proportions of this figure cannot be seen.
  • a first sonotrode 12 is arranged opposite a first reflection body 14.
  • the sonotrode 12 is sketched by a cylindrical " base body 16 and a sound body 18 which protrudes from the end face of the cylindrical base body 16 facing the first reflection body 14.
  • the sound body 18 and the base body 16 have an approximately cylindrical shape Opposing end faces of the sound body 18 and the first reflection body 14 are to be referred to as the first sound surface 20 for the front surface on the sound body 18 and as the second sound surface 22 for the front side on the first reflection body 14.
  • the first 20 and the second sound surface 22 are configured to be concave, This means that their shape corresponds approximately to a section of the surface of an imaginary hollow sphere.
  • a first dotted line 24 and a second dotted line 26 were drawn on the first sound surface 20.
  • the intersection between de r The first 24 and the second line 26 lie exactly in the middle on the first sound surface 20.
  • Lines corresponding to the first 24 and the second line 26 are also shown on the second sound surface 22, but without being provided with reference numerals.
  • a central axis 28 is shown through the intersection of the first 24 with the second line 26 and the corresponding lines of the second sound surface 22, which runs exactly in the X coordinate direction.
  • a first 30, a second 31 and a third pipe piece 32 are shown, the free ends of which are arranged exactly in the middle between the sound surfaces 20, 22.
  • the pipe sections 30, 31, 32 are arranged next to one another, the free ends all lying in a plane which is defined by the central axis 28 and the second line 26.
  • all free ends can be connected with an imaginary straight line.
  • the longitudinal axes of the pipe sections 30, 31, 32 are arranged parallel to the Y direction and are connected at their ends opposite ends to a paint feed device 29 (not shown in more detail in this figure) which contains the paint to be atomized by the first ultrasonic standing wave atomizer arrangement 10 the required amount. But it is also within the The inventive concept if each of the pipe sections 30, 31, 32 is connected to a separate paint feed device 29. In any case, this should also be meant by the lacquer feed device 29 described here.
  • a first distance 34 between the first sound surface 20 and the pipe sections 30, 31, 32 and a second distance 36 between the pipe sections 30, 31, 32 and the second sound surface 22 are of the same size. It is therefore clear that the relevant free ends of the pipe sections 30, 31, 32 are all located in only one maximum of the sound fast, namely in the middle of the five sound fast bellies.
  • a first 34 or a second distance 36 of 17 mm results for an ultrasound frequency of 24 kH and five acoustic bellies.
  • the atomization process is shown in this figure only symbolically at the respective free ends of the tube pieces 30, 31, 32, in which many small paint particles are shown around an atomization bubble shown in an exaggerated size.
  • FIG. 2 shows a second ultrasonic standing wave atomizer arrangement 40, which essentially has the same components as the first ultrasonic standing wave atomizer. should have arrangement 10, which is why the reference numerals for identical components were chosen the same.
  • An essential difference between the first 10 and the second ultrasonic standing wave atomizer arrangement 40 is that, in contrast to the arrangement shown in FIG. 1, the arrangement of the tube pieces 30, 31, 32 is no longer centered between the sound bodies 18 and the first reflection body takes place, but closer to the sound body 18.
  • the arrangement of the tube pieces 30, 31, 32 is selected such that their lacquer exit openings in turn come to lie in a selected maximum of sound velocity of the standing ultrasonic wave, namely in the second maximum shown, seen from the sound body 18 ,
  • a third distance 38 between the sound body 18 and the pipe sections 30, 31, 32 is smaller than a fourth distance 39, which is determined as the distance between the pipe sections 30, 31, 32 and the first reflection body 14
  • the arrangement shown here proves to be advantageous in that the pipe sections 30, 31, 32 are closer to the first sonotrode 12. It has been found that the vibrations of the sound body 18 of the first sonotrode 12 comparatively well prevent the atomized paint droplets from adhering to the sonotrode due to the vibration of the sound body 18. In other words, the vibrations of the sound body 18 keep the paint droplets away from it.
  • the representation of the pipe sections 30, 31, 32 and the atomization bubbles shown with the atomized paint particles should show that the distance between the pipe sections 30, 31, 32 is selected such that there are at the free ends of the pipe sections 30, 31, 32 in each case form atomization areas which work independently of one another, that is to say that for each tube piece 30, 31, 32, varnish lamellae are formed which are separate from one another.
  • This has the advantage that the areas in which the applied paint is atomized into particles do not interfere with each other. This improves the atomization process and achieves a comparatively high atomization rate.
  • Fig. 3 shows a further advantageous embodiment of the subject matter of the invention with a third ultrasonic standing wave atomizer arrangement 50, which is constructed essentially similar to the first ultrasonic standing wave atomizer arrangement 10.
  • the same reference numerals were therefore used for comparable components.
  • a fourth 42, a fifth 43 and a sixth pipe section 44 are arranged exactly in the middle between the sound body 18 and the first reflection body 14.
  • the corresponding paint outlet openings of the pipe sections 42, 43, 44 are accordingly again arranged in the region of the average maximum of sound speed, but the paint outlet openings no longer lie in the plane spanned by the X, Z direction, but the middle fifth pipe section 43 lies in positive Y direction, above the plane spanned by the X, Z direction, while the fourth 42 and the sixth pipe section 44 lie below the plane spanned by the X, Z direction.
  • FIG. 4 shows a fourth ultrasonic standing wave atomizer arrangement 60 with a second reflection body 46, which is arranged opposite a second sonotrode 48.
  • Three first paint tubes 52 are in turn arranged centrally between the second reflection body 46 and the second sonotrode 48. Similar to FIG. 1, the paint outlet openings of the first paint tubes 52 are aligned along an imaginary line in the Z direction.
  • a special feature of the arrangement shown is that a second sound body 54 on the second sonotrode 48 and the second reflection body 46 have an approximately cuboid shape, the opposing sound surfaces of the second sound body 54 and the second reflection body 46, namely the third sound surface 56 on the second sound body 54 and the fourth sound surface 48 on the second reflection body 46 have a shape which corresponds to a jacket section of a cylindrical body.
  • the imaginary central axis of the cylindrical body runs parallel to the line 62 that runs through the paint outlet openings of the first paint tube 52.
  • the projections 64 of the central axis of the imaginary cylinder on the third 56 and on the fourth sound surface 58 are shown as dotted lines.
  • a fifth ultrasonic standing wave atomizer assembly 70 is shown in FIG. 5.
  • the arrangement shown is similar to that of FIG. 4, so that the second paint tubes 52 are again arranged centrally between a fifth sound surface 66 and a sixth sound surface 68.
  • the fifth 66 and the sixth sound surface 68 are composed of flat partial surfaces, the shape of which, however, is modeled on that of a jacket section of a cylindrical body. In this way, too, a broadening of the range of the maximum sound velocity in the standing ultrasound field is achieved.
  • FIG. 6 shows a sixth ultrasonic standing wave atomizer arrangement, which is based on the arrangement of the first sonotrode 12 with the first reflection body 14, as shown in FIG. 1.
  • the reference numerals have been taken from FIG. 1 accordingly.
  • three second paint tubes 72 are arranged corresponding to the tube pieces 30, 31, 32, as shown in FIG. 1, and are therefore at the same distance from the sonotrode 12 and from the first reflection body 14, which is shown here by the second distance 36 is shown.
  • three third paint tubes 74 are shown in this figure, which are shown in the position that corresponds to the position of the tube pieces 30, 31, 32 in FIG. 2. This means that their distance between the third paint tubes 74 and the sound body 18 corresponds to the third distance 38 according to FIG. 2.
  • cleaning air can be used in the generally known manner to substantially prevent atomized paint from adhering to the sonotrode or to the reflection body.
  • steering air can be used so that the atomized paint particles preferably fly in the desired direction of the paint job.
  • the process of directional painting can also be supported by electrostatically charging the paint particles. This charging can be achieved in a generally known manner internally, that is to say with the paint supplied at high voltage potential, or by means of the so-called external charge, which usually charge the atomized paint by means of high-voltage needles, which are arranged in the vicinity of the atomization point.
  • the workpiece to be painted is then usually grounded so that the electrically charged paint particles preferably fly to the workpiece.
  • a combination of internal and external charging is also easily possible.
  • the reflection body is a further sonotrode, with the particular advantage that the standing ultrasound field can be made particularly strong.
  • the controllability of the ultrasound field is improved with such a measure.
  • first ultrasonic standing wave atomizer arrangement first sonotrode first reflection body base body first sound body first sound surface second sound surface first line second line center axis first pipe section second pipe section third pipe section first distance second distance third distance fourth distance second ultrasound standing wave atomizer arrangement fourth pipe section fifth pipe section sixth pipe section second reflection body second sonotrode third ultrasonic standing wave atomizer arrangement first lacquer tube second sound body third sound surface fourth sound surface fourth ultrasonic standing wave atomizer application Line projections fifth sound surface sixth sound surface fifth ultrasonic standing wave atomizer arrangement second lacquer tube third lacquer tube sixth ultrasonic standing wave atomiser arrangement

Landscapes

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Abstract

The invention relates to an ultrasonic standing wave spraying arrangement (10, 40, 50, 60, 70, 80) for producing a paint spray mist serving to paint a workpiece and comprises a sonotrode (12, 48) and a component (14, 46) that is placed opposite the sonotrode (12, 48). During operation, a standing ultrasonic field is formed in the space between the sonotrode (12, 48) and the component. A paint supply device (29) is provided by means of which paint can be supplied in the vicinity of a maximum of the sound particle velocity of the ultrasonic field. The paint supply device, in the area of the standing ultrasonic field, has at least two tube pieces (30, 31, 32; 42, 43, 44) for discharging paint, whereby at least two of the tube pieces (30, 31, 32; 42, 43, 44) are placed in the vicinity of a selected maximum of the sound particle velocity of the ultrasonic field.

Description

Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnunα Ultrasonic standing wave Zerstäuberanordnunα
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung zur Erzeugung eines Lack-Sprühnebels zum Lackieren eines Werkstücks mit einer Sonotrode, mit einem der Sonotrode gegenüberliegend angeordneten Bauelement, wobei im Betriebsfall im Zwischenraum zwischen Sonotrode und Bauelement ein stehendes Ultraschallfeld ausgebildet ist, und mit einer Lackzufuhrvorrichtung, mittels der Lack in den Nahbereich eines Maximums der Schallschnelle des Ultraschallfeldes zuführbar ist.The invention relates to an ultrasonic standing wave atomizer arrangement for generating a paint spray for painting a workpiece with a sonotrode, with a component arranged opposite the sonotrode, a standing ultrasonic field being formed in the operating space between the sonotrode and component, and with a paint supply device , by means of which lacquer can be fed into the close range of a maximum of the sound velocity of the ultrasonic field.
Zum Lackieren von Werkstücken, insbesondere bei Massenlackierungen wie sie in der Automobilindustrie häufig vorkommen, werden derzeit vorzugsweise die allgemein bekannten Hochrotationszerstäuber eingesetzt. Bei der Hochrotationszerstäubung wird der Lack durch das Innere einer Metallglocke geleitet und gelangt derart auf deren zum Werkstück weisende Frontseite. Die Metallglocke wird üblicherweise von einer Druckluftturbine angetrieben und rotiert mit bis zu 80.000 Umdrehungen pro Minute. Durch die dabei wirkenden Fliehkräfte gelangt der Lack dann an die Glockenkante der Frontseite, um dort in feinen Tröpfchen abzureißen. Auf diese Weise wird erreicht, dass die für eine ausreichende Qualität einer Lackschicht geforderte Tröpfchengröße des Lacksprühnebels im Bereich von 10 μm bis 60 μm liegt.The generally known high-speed atomizers are currently preferably used for painting workpieces, in particular in the case of mass painting, as is often the case in the automotive industry. During high-speed atomization, the paint is passed through the inside of a metal bell and thus reaches the front side facing the workpiece. The metal bell is usually driven by a compressed air turbine and rotates at up to 80,000 revolutions per minute. Due to the centrifugal forces, the paint then reaches the edge of the bell on the front side to tear off there in fine droplets. In this way it is achieved that the droplet size of the paint spray mist required for a sufficient quality of a paint layer is in the range from 10 μm to 60 μm.
Allgemein bekannt gewordene, grundsätzliche Überlegungen zeigen, dass Lack auch mittels einer Ultraschall-Stehwellen-Zerstäubung prinzipiell zerstäubt werden kann. Diesen prinzipiellen Erwägungen folgend, wurden jedoch durchschnittliche Tropfengrößen bei der Zerstäubung zwischen 100 μm und 200 μm gemessen, wobei im Einzelfall noch größere Tropfen vorkommen. Derartig große Tropfen beeinflussen jedoch die Qualität der Lackschicht derartig negativ, dass ein Einsatz in der Lackiertechnik unattraktiv ist. Es ist vorgeschlagen worden, wie eine Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung zur Erzeugung eines Lacksprühnebels zum Lackieren eines Werkstückes ausgestaltet sein kann, um kleinere Tröpfchengrößen zur erreichen. So sind zum Beispiel bestimmte Ausgestaltungen der Sonotrode und des Bauelements, Sperrelemente oder auch Lamellenringe bekannt geworden, welche die Qualität des erzeugten Lacksprühnebels verbessern und somit vergleichsweise kleine Tröpfchengrößen erreicht werden können. Nachteilig dabei ist es, dass nur vergleichsweise kleine Förderraten an Lack durch die bekannt gewordene Anordnung zerstäubt werden können.General considerations that have become generally known show that lacquer can in principle also be atomized by means of ultrasonic standing wave atomization. Following these fundamental considerations, however, average droplet sizes were measured during atomization between 100 μm and 200 μm, with larger droplets occurring in individual cases. Such large drops, however, have such a negative impact on the quality of the paint layer that use in painting technology is unattractive. It has been proposed how an ultrasonic standing wave atomizer arrangement for generating a paint spray for painting a workpiece can be designed in order to achieve smaller droplet sizes. For example, certain configurations of the sonotrode and the component, blocking elements or lamellar rings have become known which improve the quality of the paint spray produced and thus comparatively small droplet sizes can be achieved. The disadvantage here is that only comparatively small delivery rates of paint can be atomized by the arrangement that has become known.
Ausgehend von diesem Stand der Technik, ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung zur Erzeugung eines Lacksprühnebels anzugeben, mit der es möglich ist, die zerstäubte Lackmenge, also die sogenannte Lackrate zu erhöhen und dabei einen ausgewählten Bereich an vorkommenden Tröpfchengrößen einzuhalten.Starting from this prior art, it is the object of the invention to provide an ultrasonic standing wave atomizer arrangement for producing a paint spray mist, with which it is possible to increase the amount of sprayed paint, i.e. the so-called paint rate, and thereby a selected range of droplet sizes observed.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Ultraschall-Stehwellen- Zerstäuberanordnung zur Erzeugung eines Lacksprühnebels zum Lackieren eines Werkstückes mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen.This object is achieved by the ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to the invention for generating a paint spray for painting a workpiece with the features mentioned in claim 1.
Demnach hat die erfmdungsgemäße Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung der eingangs genannten Art eine Lackzufuhrvorrichtung, die im Bereich des stehenden Ultraschallfeldes wenigstens zwei Rohrstücke zur Ausbringung von Lack hat. Zudem sind wenigstens zwei der Rohrstücke im Bereich eines ausgewählten Maximums der Schallschnelle des stehenden Ultraschallfeldes angeordnet. Erfindungsgemäß ist es also vorgesehen, dass ein ausgewähltes Maximum der Schallschnelle einer stehenden Ultraschallwelle dazu benutzt wird, eine vergleichsweise große Menge an Lack zu Lacktröpfchen zu zerstäuben. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass insbesondere bei einfach aufgebauten Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberan-ordnungen häufig ein ausgewähltes Maximum der Schallschnelle besonders gut ausgebildet ist im stehenden Ultraschallfeld, zum Beispiel bei stehenden Ultraschallfeldern mit einer ungeraden Anzahl von Schallschnellebäuchen, der mittlere Schallschnellebauch. Das heißt, dass dieses Maximum besonders stabil ist, bei einer vergleichsweise hohen Schallschnelle. Diese besonders gute Zerstäubungseigenschaften des ausgewählten Maximums wird erfindungsgemäß zur Steigerung der zu zerstäubenden Lackmenge beziehungsweise des Lackdurchflusses durch die Lackzufuhrvorrichtung eingesetzt und vorgesehen, dass wenigstens zwei Rohrstücke zur Ausbringung von Lack im Bereich des ausgewählten Maximums angeordnet sind. Somit ist die zu zerstäubende Lackmenge in vorteilhafterweise erhöhbar. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuber-anordnung ist erreicht, wenn das Bauelement eine weitere Sonotrode ist. Auf diese Weise kann die Zerstäubungsfähigkeit des stehenden Ultraschallfeldes gesteigert werden. Zudem ist derart ein stabileres Ultraschallfeld ausbildbar.Accordingly, the inventive ultrasonic standing wave atomizer arrangement of the type mentioned at the outset has a paint supply device which has at least two pipe sections for applying paint in the area of the standing ultrasonic field. In addition, at least two of the pipe sections are arranged in the region of a selected maximum of the sound velocity of the standing ultrasound field. According to the invention, it is therefore provided that a selected maximum of the sound velocity of a standing ultrasonic wave is used to atomize a comparatively large amount of paint into paint droplets. It has been found that, in particular in the case of simply constructed ultrasound standing wave atomizer arrangements, a selected maximum of the sound velocity is often particularly well developed in the standing ultrasound field, for example in the case of standing ultrasound fields with an odd number of sound velocity bellies, the middle sound velocity antinode. This means that this maximum is particularly stable with a comparatively high sound speed. This particularly good atomization properties of the selected maximum is used according to the invention to increase the amount of paint to be atomized or of the paint flow through the paint supply device, and it is provided that at least two pipe pieces for applying paint are arranged in the region of the selected maximum. The amount of lacquer to be atomized can thus advantageously be increased. An advantageous embodiment of the ultrasonic standing wave atomizer arrangement according to the invention is achieved if the component is a further sonotrode. In this way, the ability to atomize the standing ultrasonic field can be increased. In addition, a more stable ultrasonic field can be formed in this way.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass der Abstand der Rohrstücke im Bereich des ausgewählten Maximums zueinander so groß ist, dass für jedes Rohrstück voneinander getrennte Lacklamellen ausgebildet sind. Eine Lacklamelle bildet sich ausgehend vom Lackaustrittspunkt an den Rohrstücken aus schwingungsphysikalischen Gründen jedenfalls aus. Ist der Abstand zwischen den Rohrstücken so groß gewählt, dass die Lacklamellen sich ohne gegenseitige Beeinflussungen getrennt voneinander ausbilden können, ist jedenfalls ein Bereich vermieden bei dem sich Tröpfchen von verschiedenen Lacklamellen treffen und derart zu größeren Tröpfchen rekombinieren können. Die Qualität des Lacksprühnebel wird mit der vorgeschlagenen Anordnung verbessert.A further advantageous embodiment of the subject matter of the invention provides that the distance between the pipe sections in the region of the selected maximum is so great that varnished lamellae are formed for each pipe section. In any case, a lacquer lamella forms on the pipe sections from the lacquer exit point for reasons of vibration physics. If the distance between the pipe sections is chosen so large that the lacquered lamellae can form separately from one another without any interference, an area is avoided in any case where droplets from different lacquered lamellae meet and can thus recombine to form larger droplets. The quality of the paint spray is improved with the proposed arrangement.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn durch die Lackaustrittsöffnungen der wenigstens zwei Rohrstücke im Bereich des ausgewählten Maximums der Schallschnelle einer stehenden Ultraschallwelle auf einer geraden Linie angeordnet sind, und wenn die gerade Linie senkrecht auf einer gedachten Mittellinie steht, die durch die Flächenmittelpunkte der sich gegenüberliegenden Schallflächen der Sonotrode und des Bauelements geht. Bei einer derartigen Anordnung wird der Abstand zwischen den Lackaustrittspunkten an den Rohrstücken und der Sonotrode beziehungsweise dem Bauelement jeweils in etwa gleich groß sein. Eine besonders vorteilhafte Lage in X- Richtung gesehen im Bereich des Maximums der Schallschnelle ist erreicht.It is particularly advantageous if, through the paint outlet openings of the at least two pipe sections, a standing ultrasonic wave is arranged in a straight line in the region of the selected maximum of the sound velocity, and if the straight line is perpendicular to an imaginary center line, which is defined by the surface centers of the opposing sound surfaces the sonotrode and the component goes. With such an arrangement, the distance between the paint exit points on the pipe sections and the sonotrode or the component will each be approximately the same size. A particularly advantageous position seen in the X direction in the area of the maximum of the sound velocity has been reached.
Der vorstehend genannte Vorteil kann auch erreicht werden, wenn drei Rohrstücke im Bereich eines ausgewählten Maximums der Schallschnelle einer stehenden Ultraschallwelle angeordnet, und wenn diese Rohrstücke beziehungsweise deren Lackaustrittsöffnungen in einem Dreieck angeordnet sind. Besonders günstig ist eine Anordnung in einem gleichseitigen Dreieck. Eine weitere Verbesserung ist es, wenn diejenige Fläche, die durch das Dreieck bestimmt ist, senkrecht auf einer gedachten Mittellinie steht, die durch die Flächenmittelpunkte der sich gegenüberliegenden Schallflächen der Sonotrode und des Bauelements geht. Auch in diesem Fall ist wiederum erreicht, dass die Lackaustrittsöffnungen in X-Richtung gesehen im Bereich des Maximums der Schallschnelle gelegen sind.The above-mentioned advantage can also be achieved if three pipe sections are arranged in the region of a selected maximum of the sound velocity of a standing ultrasound wave, and if these pipe sections or their paint outlet openings are arranged in a triangle. One is particularly cheap Arranged in an equilateral triangle. A further improvement is when the surface that is defined by the triangle is perpendicular to an imaginary center line that passes through the surface centers of the opposing sound surfaces of the sonotrode and the component. In this case, too, it is again achieved that the paint outlet openings are located in the area of the maximum of the sound velocity, viewed in the X direction.
Es hat sich auch herausgestellt, dass der Zerstäubungsvorgang beziehungsweise die Zerstäubungsrate verbessert werden kann, indem das bestimmte Maximum so gewählt wird, dass es näher an der Sonotrode als an dem Bauelement liegt. Dann besteht die Möglichkeit, dass der sogenannte Kapilarwellenstäubungseffekt, also derjenige Effekt, der durch die Schwingungen der Sonotrode die Lacktröpfchen von dieser fern hält und derart den Zerstäubungsprozess unterstützt.It has also been found that the sputtering process or the sputtering rate can be improved by selecting the determined maximum in such a way that it is closer to the sonotrode than to the component. Then there is the possibility that the so-called capillary wave sputtering effect, that is the effect that keeps the paint droplets away from the vibrations of the sonotrode and thus supports the atomization process.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.Further advantageous refinements of the subject matter of the invention can be found in the dependent claims.
Anhand den in den Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispielen sollen die Erfindung, ihre Vorteile sowie weitere Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.The invention, its advantages and further improvements of the invention are to be explained and described in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Eine erste Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung,1 shows a first ultrasonic standing wave atomizer arrangement,
Fig. 2 eine zweite Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung,2 shows a second ultrasonic standing wave atomizer arrangement,
Fig. 3 eine dritte Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung,3 shows a third ultrasonic standing wave atomizer arrangement,
Fig. 4 eine vierte Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung,4 shows a fourth ultrasonic standing wave atomizer arrangement,
Fig. 5 eine fünfte Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung undFig. 5 shows a fifth ultrasonic standing wave atomizer arrangement and
Fig. 6 eine sechste Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung.Fig. 6 shows a sixth ultrasonic standing wave atomizer arrangement.
Fig. 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberan-ordnung 10 in einer isometrischen Darstellung. Die Koordinaten sind durch die Richtungspfeile für die X-, Y- und Z-Richtung in einem kartesischen Koordinatensystem angedeutet. Zudem soll die Darstellung nur skizzenhaften Charakter haben, so dass die tatsächlichen Größenverhältnisse dieser Figur nicht entnehmbar sind.1 shows a first ultrasonic standing wave atomizer arrangement 10 according to the invention in an isometric representation. The coordinates are indicated by the direction arrows for the X, Y and Z directions in a Cartesian coordinate system. In addition, the representation should only have a sketchy character, so that the actual proportions of this figure cannot be seen.
Eine erste Sonotrode 12 ist einem ersten Reflektionskörper 14 gegenüberliegend angeordnet. In dieser Figur ist die Sonotrode 12 skizzenhaft durch einen zylindrischen " Grundkörper 16 sowie einen Schallkörper 18 dargestellt, der aus der zum ersten Reflektionsköper 14 weisenden Stirnseite des zylindrischen Grundkörpers 16 herausragt. Der Schallkörper 18 und der Grundkörper 16 haben eine in etwa zylinderförmige Gestalt. Die sich gegenüberliegenden Stirnflächen des Schallkörpers 18 sowie des ersten Reflektionskörpers 14 sollen als erste Schallfläche 20 für die Stirnfläche am Schallkörper 18 sowie als zweite Schallfläche 22 für die Stirnseite am ersten Reflektionskörper 14, bezeichnet werden. Die erste 20 beziehungsweise die zweite Schallfläche 22 sind konkarv ausgestaltet, das heißt, dass ihre Gestalt in etwa einem Abschnitt der Oberfläche einer gedachten Hohlkugel entspricht. Um diese Gestalt zu verdeutlichen, wurde auf die erste Schallfläche 20 eine erste punktierte Linie 24 sowie eine zweite punktierte Linie 26 eingezeichnet. Der Schnittpunkt zwischen der ersten 24 und der zweiten Linie 26 liegt genau mittig auf der ersten Schallfläche 20. Der ersten 24 beziehungsweise der zweiten Linie 26 entsprechende Linien sind auch auf der zweiten Schallfläche 22 gezeigt, ohne jedoch näher mit Bezugszeichen versehen zu sein. Durch die Schnittpunkte der ersten 24 mit der zweiten Linie 26 sowie den entsprechenden Linien der zweiten Schallfläche 22 ist noch eine Mittelachse 28 gezeigt, die genau in X-Koordinatenrichtung verläuft.A first sonotrode 12 is arranged opposite a first reflection body 14. In this figure, the sonotrode 12 is sketched by a cylindrical " base body 16 and a sound body 18 which protrudes from the end face of the cylindrical base body 16 facing the first reflection body 14. The sound body 18 and the base body 16 have an approximately cylindrical shape Opposing end faces of the sound body 18 and the first reflection body 14 are to be referred to as the first sound surface 20 for the front surface on the sound body 18 and as the second sound surface 22 for the front side on the first reflection body 14. The first 20 and the second sound surface 22 are configured to be concave, This means that their shape corresponds approximately to a section of the surface of an imaginary hollow sphere. In order to clarify this shape, a first dotted line 24 and a second dotted line 26 were drawn on the first sound surface 20. The intersection between de r The first 24 and the second line 26 lie exactly in the middle on the first sound surface 20. Lines corresponding to the first 24 and the second line 26 are also shown on the second sound surface 22, but without being provided with reference numerals. A central axis 28 is shown through the intersection of the first 24 with the second line 26 and the corresponding lines of the second sound surface 22, which runs exactly in the X coordinate direction.
In dem Zwischenraum zwischen der ersten Schallfläche 20 und der zweiten Schallfläche 22 ist ein erstes 30, ein zweites 31 sowie ein drittes Rohrstück 32 gezeigt, deren freie Enden genau mittig zwischen den Schallflächen 20, 22 angeordnet sind. Das heißt, dass die Rohrstücke 30, 31, 32 nebeneinander angeordnet sind, wobei die freien Enden alle in einer Ebene liegen, die durch die Mittelachse 28 sowie der zweiten Linie 26 definiert ist. Zudem sind alle freien Enden mit einer gedachten geraden Linie verbindbar. Die Längsachsen der Rohrstücke 30, 31 , 32 sind parallel zur Y-Richtung angeordnet und mit ihren den Enden gegenüberliegenden Enden mit einer in dieser Figur nicht näher dargestellten Lackzuführeinrichtung 29 verbunden, die den durch die erste Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 10 zu zerstäubenden Lack in der erforderlichen Menge zur Verfügung stellt. Es ist aber auch innerhalb des Erfindungsgedankens, wenn jedes der Rohrstücke 30, 31 , 32 mit jeweils einer separaten Lackzuführeinrichtung 29 verbunden ist. Dies soll jedenfalls auch mit der hier beschriebenen Läckzuführeinrichtung 29 gemeint sein.In the space between the first sound surface 20 and the second sound surface 22, a first 30, a second 31 and a third pipe piece 32 are shown, the free ends of which are arranged exactly in the middle between the sound surfaces 20, 22. This means that the pipe sections 30, 31, 32 are arranged next to one another, the free ends all lying in a plane which is defined by the central axis 28 and the second line 26. In addition, all free ends can be connected with an imaginary straight line. The longitudinal axes of the pipe sections 30, 31, 32 are arranged parallel to the Y direction and are connected at their ends opposite ends to a paint feed device 29 (not shown in more detail in this figure) which contains the paint to be atomized by the first ultrasonic standing wave atomizer arrangement 10 the required amount. But it is also within the The inventive concept if each of the pipe sections 30, 31, 32 is connected to a separate paint feed device 29. In any case, this should also be meant by the lacquer feed device 29 described here.
Das andere Ende der Rohrstücke 30, 31, 32 endet also sozusagen im „freien Raum", ohne dass die Verbindung mit der Lackzuführeinrichtung 29 dargestellt wäre.The other end of the pipe sections 30, 31, 32 thus ends, so to speak, in "free space" without the connection to the paint supply device 29 being shown.
Um die Vorgänge im stehenden Ultraschallfeld zwischen der ersten Schallfläche 20 und der zweiten Schallfläche 22 besser aufzeigen zu können, wurden im Zwischenraum die Verläufe von fünf Schallschnellebäuchen der stehenden Ultraschallwelle gezeigt, wobei die Verläufe um die Mittelachse 28, und zwar in der durch die X- und Y-Richtung aufgespannten Ebene, dargestellt sind. In dem gewählten Beispiel ist ein erster Abstand 34 zwischen der ersten Schallfläche 20 und den Rohrstücken 30, 31 , 32 sowie ein zweiter Abstand 36 zwischen den Rohrstücken 30, 31 , 32 und der zweiten Schallfläche 22 gleich groß. Somit ist klar, dass die betreffenden freien Enden der Rohrstücke 30, 31 , 32 alle in nur einem Maximum der Schallschnelle, nämlich in dem mittleren der fünf Schallschnellebäuche gelegen sind. In der für diese Anordnung gewählten Ausgestaltung der ersten Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanord-nung 10 ergibt sich für eine Ultraschallfrequenz von 24 kH sowie fünf Schallschnellebäuchen ein erster 34 beziehungsweise ein zweiter Abstand 36 von 17 mm. Das heißt, dass für Reinigungsoder Lenkluft, die eventuell zur Unterstützung des Zerstäubungsprozesses beziehungsweise zur Lenkung der Lackpartikel eingesetzt werden, ausreichend Raum zur Verfügung steht. Mit einer derartigen Anordnung von drei Rohrstücken 30, 31, 32 in nur einem Schallschnellebauch, also im Bereich eines Maximums an Schallschnelle ist vorteilhafterweise also erreicht, dass besonders hohe Lackraten, insbesondere Lackraten von mehr als 200 ml/min ohne weiteres erreichbar sind. Zudem ist sichergestellt, dass dabei die Verteilung der Durchmesser der Lacktropfen des zerstäubten Lackes in einem akzeptablen Bereich bleiben. Der Zerstäubungsvorgang ist in dieser Figur nur symbolisch an den jeweiligen freien Enden der Rohrstücke 30, 31 , 32 dargestellt, in dem um eine übertrieben groß dargestellte Zerstäubungsblase viele kleine Lackpartikelchen dargestellt sind.In order to be able to better show the processes in the standing ultrasonic field between the first sound surface 20 and the second sound surface 22, the courses of five quick bellies of the standing ultrasonic wave were shown in the space, the courses around the central axis 28, specifically in the direction of the X- and the Y direction spanned plane. In the selected example, a first distance 34 between the first sound surface 20 and the pipe sections 30, 31, 32 and a second distance 36 between the pipe sections 30, 31, 32 and the second sound surface 22 are of the same size. It is therefore clear that the relevant free ends of the pipe sections 30, 31, 32 are all located in only one maximum of the sound fast, namely in the middle of the five sound fast bellies. In the embodiment of the first ultrasonic standing wave atomizer arrangement 10 selected for this arrangement, a first 34 or a second distance 36 of 17 mm results for an ultrasound frequency of 24 kH and five acoustic bellies. This means that there is sufficient space available for cleaning or steering air, which may be used to support the atomization process or to control the paint particles. With such an arrangement of three pipe sections 30, 31, 32 in only one sound fast belly, that is to say in the range of a maximum of sound fast, it is advantageously achieved that particularly high paint rates, in particular paint rates of more than 200 ml / min, can easily be achieved. It is also ensured that the distribution of the diameter of the paint drops of the atomized paint remains in an acceptable range. The atomization process is shown in this figure only symbolically at the respective free ends of the tube pieces 30, 31, 32, in which many small paint particles are shown around an atomization bubble shown in an exaggerated size.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 40, die im wesentlichen die gleichen Bauelemente wie die erste Ultraschall-Stehwellen-Zerstäu- beranordnung 10 aufweisen soll, weshalb auch die Bezugszeichen für gleichartige Bauteile gleich gewählt wurden. Ein wesentlicher Unterschied zwischen der ersten 10 und der zweiten Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 40 besteht darin, dass die Anordnung der Rohrstücke 30, 31 , 32 im Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten Anordnung nicht mehr mittig zwischen den Schallkörpern 18 und den ersten Reflektionskörper erfolgt, sondern näher zum Schallkörper 18. Die Anordnung der Rohrstücke 30, 31 , 32 ist so gewählt, dass deren Lackaustrittsöffnungen wiederum in einem ausgewählten Maximum an Schallschnelle der stehenden Ultraschallwelle zu liegen kommt, und zwar im zweiten gezeigten Maximum, vom Schallkörper 18 aus gesehen. Das heißt also, dass ein dritter Abstand 38 zwischen dem Schallkörper 18 und den Rohrstücken 30, 31 , 32 kleiner ist als ein vierter Abstand 39, der sich bestimmt als Abstand zwischen den Rohrstücken 30, 31 , 32 und dem ersten Reflektionskörper 14. Bei der hier gezeigten Anordnung erweist es sich als Vorteil, dass die Rohrstücke 30, 31 , 32 näher zur ersten Sonotrode 12 liegen. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass die Schwingungen des Schallkörpers 18 der ersten Sonotrode 12 die zerstäubten Lacktröpfchen durch die Schwingung des Schallkörpers 18 selbst vergleichsweise gut davon abhalten, an der Sonotrode zu haften. Oder anders ausgedrückt, die Schwingungen des Schallkörpers 18 halten die Lacktröpfchen von diesem fern.2 shows a second ultrasonic standing wave atomizer arrangement 40, which essentially has the same components as the first ultrasonic standing wave atomizer. should have arrangement 10, which is why the reference numerals for identical components were chosen the same. An essential difference between the first 10 and the second ultrasonic standing wave atomizer arrangement 40 is that, in contrast to the arrangement shown in FIG. 1, the arrangement of the tube pieces 30, 31, 32 is no longer centered between the sound bodies 18 and the first reflection body takes place, but closer to the sound body 18. The arrangement of the tube pieces 30, 31, 32 is selected such that their lacquer exit openings in turn come to lie in a selected maximum of sound velocity of the standing ultrasonic wave, namely in the second maximum shown, seen from the sound body 18 , This means that a third distance 38 between the sound body 18 and the pipe sections 30, 31, 32 is smaller than a fourth distance 39, which is determined as the distance between the pipe sections 30, 31, 32 and the first reflection body 14 The arrangement shown here proves to be advantageous in that the pipe sections 30, 31, 32 are closer to the first sonotrode 12. It has been found that the vibrations of the sound body 18 of the first sonotrode 12 comparatively well prevent the atomized paint droplets from adhering to the sonotrode due to the vibration of the sound body 18. In other words, the vibrations of the sound body 18 keep the paint droplets away from it.
Darüber hinaus soll die Darstellung der Rohrstücke 30, 31 , 32 und den dargestellten Zerstäubungsblasen mit den zerstäubten Lackpartikelchen zeigen, dass der Abstand der Rohrstücke 30, 31, 32 zueinander so gewählt ist, dass sich an den freien Enden der Rohrstücke 30, 31 , 32 jeweils unabhängig voneinander arbeitende Zerstäubungsbereiche ausbilden, also dass für jedes Rohrstück 30, 31, 32 voneinander getrennte Lacklamellen ausgebildet sind. Das hat den Vorteil, dass die Bereiche, in denen der ausgetragene Lack zu Partikelchen zerstäubt wird, sich nicht gegenseitig stören. Somit wird der Zerstäubungsvorgang verbessert und eine vergleichsweise hohe Zerstäubungsrate erzielt.In addition, the representation of the pipe sections 30, 31, 32 and the atomization bubbles shown with the atomized paint particles should show that the distance between the pipe sections 30, 31, 32 is selected such that there are at the free ends of the pipe sections 30, 31, 32 in each case form atomization areas which work independently of one another, that is to say that for each tube piece 30, 31, 32, varnish lamellae are formed which are separate from one another. This has the advantage that the areas in which the applied paint is atomized into particles do not interfere with each other. This improves the atomization process and achieves a comparatively high atomization rate.
Fig. 3 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeit des Erfindungsgegenstandes mit einer dritten Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 50, die im wesentlichen ähnlich aufgebaut ist, wie die erste Ultraschall-Stehwellen- Zerstäuber-anordnung 10. Zur Vereinfachung der Vergleichbarkeit zwischen den verwendeten Bauteilen, wurden daher für vergleichbare Bauteile wiederum die gleichen Bezugszeichen verwendet.Fig. 3 shows a further advantageous embodiment of the subject matter of the invention with a third ultrasonic standing wave atomizer arrangement 50, which is constructed essentially similar to the first ultrasonic standing wave atomizer arrangement 10. To simplify the comparability between the used components, the same reference numerals were therefore used for comparable components.
Einen wesentlichen Unterschied zwischen der Anordnung in dieser Figur und der in Fig. 1 besteht darin, dass in dieser Figur ein viertes 42, ein fünftes 43 sowie ein sechstes Rohrstück 44 genau mittig zwischen dem Schallkörper 18 und dem ersten Reflektionskörper 14 angeordnet sind. Die entsprechenden Lackaustrittsöffnungen der Rohrstücke 42, 43, 44 sind demgemäß zwar wiederum im Bereich des mittleren Maximums an Schallschnelle angeordnet, jedoch liegen die Lackaustrittsöffnungen nicht mehr in der von der X-, Z-Richtung aufgespannten Ebene, sondern das mittlere fünfte Rohrstück 43 liegt in positiver Y-Richtung, oberhalb der von der X-, Z-Richtung aufgespannten Ebene, während das vierte 42 und das sechste Rohrstück 44 unterhalb der von der X-, Z-Richtung aufgespannten Ebene liegen. Alle drei Lackaustrittsöffnungen liegen jedoch weiterhin gemeinsam in einer zur von der Y-, Z- Richtung aufgespannten Ebene parallelen Ebene. Die drei Lackaustrittsöffnungen bilden also sozusagen ein gedachtes Dreieck, das in einer der von der Y-, Z- Richtung aufgespannten Ebene parallelen Ebene gelegen ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Abstand zwischen den Lackaustrittsöffnungen weiter erhöht werden kann, ohne dabei das gewählte eine Maximum der Schallschnelle zu verlassen. Auf diese Weise kann die Zerstäubung weiter verbessert werden und gleichzeitig auch die Lackrate erhöht werden.An essential difference between the arrangement in this figure and that in FIG. 1 is that in this figure a fourth 42, a fifth 43 and a sixth pipe section 44 are arranged exactly in the middle between the sound body 18 and the first reflection body 14. The corresponding paint outlet openings of the pipe sections 42, 43, 44 are accordingly again arranged in the region of the average maximum of sound speed, but the paint outlet openings no longer lie in the plane spanned by the X, Z direction, but the middle fifth pipe section 43 lies in positive Y direction, above the plane spanned by the X, Z direction, while the fourth 42 and the sixth pipe section 44 lie below the plane spanned by the X, Z direction. However, all three paint outlet openings still lie together in a plane parallel to the plane spanned by the Y, Z direction. The three paint outlet openings thus form, so to speak, an imaginary triangle, which is located in a plane parallel to the plane spanned by the Y, Z direction. This configuration has the advantage that the distance between the paint outlet openings can be increased further without leaving the selected maximum of the sound velocity. In this way the atomization can be further improved and at the same time the paint rate can be increased.
Fig. 4 zeigt eine vierte Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 60 mit einem zweiten Reflektionskörper 46, der einer zweiten Sonotrode 48 gegenüberliegend angeordnet ist. Drei erste Lackröhrchen 52 sind wiederum mittig zwischen dem zweiten Reflektionskörper 46 und der zweiten Sonotrode 48 angeordnet. Ähnlich wie in Fig. 1 schon gezeigt, sind die Lackaustrittsöffnungen der ersten Lackröhrchen 52 entlang einer gedachten Linie in Z-Richtung ausgerichtet. Eine Besonderheit der gezeigten Anordnung liegt darin, dass ein zweiter Schallkörper 54 an der zweiten Sonotrode 48 sowie der zweite Reflektionskörper 46 in etwa eine quaderförmige Gestalt haben, wobei die sich gegenüberliegenden Schallflächen des zweiten Schallkörpers 54 und des zweiten Reflektionskörpers 46, nämlich die dritte Schallfläche 56 am zweiten Schallkörper 54 und die vierte Schallfläche 48 am zweiten Reflektionskörper 46, eine Gestalt aufweisen, die einem Mantelabschnitt eines zylindrischen Körpers entspricht. Dabei erweist es sich als Vorteil, wenn die gedachte Mittelachse des zylindrischen Körpers parallel zu derjenigen Linie 62 verläuft, die durch die Lackaustrittsöffnungen der ersten Lackröhrchen 52 läuft. Die Projektionen 64 der Mittelachse des gedachten Zylinders auf der dritten 56 beziehungsweise auf der vierten Schallfläche 58 sind als punktierte Linien eingezeichnet. Mit einer derartigen Anordnung ist erreicht, dass das Maximum der Schallschnelle im stehenden Ultraschallfeld möglichst breit ist, also eine möglichst weite Ausdehnung in Richtung der Linie 62 aufweist, die hier mit der Z- Richtung zusammenfällt.FIG. 4 shows a fourth ultrasonic standing wave atomizer arrangement 60 with a second reflection body 46, which is arranged opposite a second sonotrode 48. Three first paint tubes 52 are in turn arranged centrally between the second reflection body 46 and the second sonotrode 48. Similar to FIG. 1, the paint outlet openings of the first paint tubes 52 are aligned along an imaginary line in the Z direction. A special feature of the arrangement shown is that a second sound body 54 on the second sonotrode 48 and the second reflection body 46 have an approximately cuboid shape, the opposing sound surfaces of the second sound body 54 and the second reflection body 46, namely the third sound surface 56 on the second sound body 54 and the fourth sound surface 48 on the second reflection body 46 have a shape which corresponds to a jacket section of a cylindrical body. It proves to be advantageous if the imaginary central axis of the cylindrical body runs parallel to the line 62 that runs through the paint outlet openings of the first paint tube 52. The projections 64 of the central axis of the imaginary cylinder on the third 56 and on the fourth sound surface 58 are shown as dotted lines. With such an arrangement it is achieved that the maximum of the sound velocity in the standing ultrasound field is as wide as possible, that is to say it has the widest possible extension in the direction of line 62, which here coincides with the Z direction.
Eine fünfte Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 70 ist in Fig. 5 gezeigt. Dabei ist die gezeigte Anordnung ähnlich zu derjenigen aus Fig. 4, so dass die zweiten Lackröhrchen 52 wiederum mittig zwischen einer fünften Schallfläche 66 sowie einer sechsten Schallfläche 68 angeordnet sind. Im Unterschied zu den in Fig. 4 gezeigten Schallflächen sind die fünfte 66 und die sechste Schallfläche 68 aus ebenen Teilflächen zusammengesetzt, deren Gestalt jedoch derjenigen eines Mantelabschnitts eines zylindrischen Körpers nachgebildet ist. Auch auf diese Weise wird ebenfalls eine Verbreiterung des Bereichs der maximalen Schallschnelle im stehenden Ultraschallfeld erreicht.A fifth ultrasonic standing wave atomizer assembly 70 is shown in FIG. 5. The arrangement shown is similar to that of FIG. 4, so that the second paint tubes 52 are again arranged centrally between a fifth sound surface 66 and a sixth sound surface 68. In contrast to the sound surfaces shown in FIG. 4, the fifth 66 and the sixth sound surface 68 are composed of flat partial surfaces, the shape of which, however, is modeled on that of a jacket section of a cylindrical body. In this way, too, a broadening of the range of the maximum sound velocity in the standing ultrasound field is achieved.
Schließlich zeigt Fig. 6 eine sechste Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung, die ausgeht von der Anordnung der ersten Sonotrode 12 mit dem ersten Reflektionskörper 14, wie sie in der Fig. 1 gezeigt ist. Die Bezugszeichen wurden entsprechend aus der Fig. 1 übernommen. Dabei sind drei zweite Lackröhrchen 72 entsprechend der Rohrstücke 30, 31 , 32, wie dies in der Fig. 1 gezeigt ist, angeordnet, haben also einen gleichen Abstand zur Sonotrode 12 und zum ersten Reflektionskörper 14, was hier durch das Einzeichnen des zweiten Abstands 36 gezeigt ist. Zudem sind in dieser Figur drei dritte Lackröhrchen 74 gezeigt, die in derjenigen Position gezeigt sind, die der Position der Rohrstücke 30, 31 , 32 in der Fig. 2 entsprechen. Das heißt, dass deren Abstand zwischen den dritten Lackröhrchen 74 und dem Schallkörper 18 dem dritten Abstand 38 gemäß Fig. 2 entspricht. Dies ist entsprechend in dieser Figur eingezeichnet. In dieser Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist also vorgesehen, dass insgesamt sechs Lackröhrchen 72, 74 zwischen der ersten Sonotrode 12 und dem ersten Reflektionskörper 14 angeordnet sind, und zwar jeweils in zwei Gruppen von jeweils drei Lackröhrchen 72, 74, so dass jeweils drei Lackröhrchen 74 ausgehend vom Schallkörper 18 im zweiten Maximum der Schallschnelle sowie drei Lackröhrchen 72 im dritten Maximum und damit über dem Maximum an Schall-schnelle angeordnet sind. Mit einer derartigen Anordnung kann die Rate der Lackzerstäubung noch weiter gesteigert werden.Finally, FIG. 6 shows a sixth ultrasonic standing wave atomizer arrangement, which is based on the arrangement of the first sonotrode 12 with the first reflection body 14, as shown in FIG. 1. The reference numerals have been taken from FIG. 1 accordingly. In this case, three second paint tubes 72 are arranged corresponding to the tube pieces 30, 31, 32, as shown in FIG. 1, and are therefore at the same distance from the sonotrode 12 and from the first reflection body 14, which is shown here by the second distance 36 is shown. In addition, three third paint tubes 74 are shown in this figure, which are shown in the position that corresponds to the position of the tube pieces 30, 31, 32 in FIG. 2. This means that their distance between the third paint tubes 74 and the sound body 18 corresponds to the third distance 38 according to FIG. 2. This is shown accordingly in this figure. In this embodiment of the subject matter of the invention it is therefore provided that a total of six paint tubes 72, 74 are arranged between the first sonotrode 12 and the first reflection body 14, in each case in two groups of three paint tubes 72, 74, so that three each Lacquer tubes 74 are arranged starting from the sound body 18 in the second maximum of the speed of sound and three lacquer tubes 72 are arranged in the third maximum and thus above the maximum of speed of sound. With such an arrangement, the rate of paint atomization can be increased even further.
In keinem der vorstehend genannten Beispielanordnungen wurde im Detail gezeigt, welche weiteren Maßnahmen sich günstig auf die Zerstäubung beziehungsweise auf den Lackierprozess als solches auswirken können. So kann beispielsweise Reinigungsluft in der allgemein bekannten Weise dafür eingesetzt werden, dass ein Anhaften von zerstäubtem Lack an der Sonotrode oder an den Reflektionskörper im wesentlichen vermieden wird. Darüber hinaus ist Lenkluft dazu einsetzbar, dass die zerstäubten Lackpartikel vorzugsweise in die gewünschte Richtung der Lackierung fliegen. Der Prozess des gerichteten Lackierens kann auch dadurch unterstützt werden, dass die Lackpartikel elektrostatisch aufgeladen werden. Diese Aufladung kann in allgemein bekannter Weise intern, das heißt mit auf Hochspannungspotential befindlichen zugeführten Lack erreicht werden, oder durch die sogenannte externe Aufladung, welche üblicherweise den zerstäubten Lack durch hochspannungsführende Nadeln, die im Nahbereich der Zerstäubungsstelle angeordnet sind, aufladen. Das zu lackierende Werkstück ist üblicherweise dann auf Erdpotential gelegt, so dass die elektrisch aufgeladenen Lackpartikelchen vorzugsweise zum Werkstück fliegen. Auch eine Kombination von interner und externer Aufladung ist ohne weiteres möglich.In none of the example arrangements mentioned above was it shown in detail which further measures can have a favorable effect on the atomization or on the painting process as such. For example, cleaning air can be used in the generally known manner to substantially prevent atomized paint from adhering to the sonotrode or to the reflection body. In addition, steering air can be used so that the atomized paint particles preferably fly in the desired direction of the paint job. The process of directional painting can also be supported by electrostatically charging the paint particles. This charging can be achieved in a generally known manner internally, that is to say with the paint supplied at high voltage potential, or by means of the so-called external charge, which usually charge the atomized paint by means of high-voltage needles, which are arranged in the vicinity of the atomization point. The workpiece to be painted is then usually grounded so that the electrically charged paint particles preferably fly to the workpiece. A combination of internal and external charging is also easily possible.
Im übrigen ist es ohne weiteres denkbar, dass der Reflektionskörper eine weitere Sonotrode ist, mit dem besonderen Vorteil, dass das stehende Ultraschallfeld besonders stark ausgebildet werden kann. Zudem ist mit einer derartigen Maßnahme die Regelbarkeit des Ultraschallfeldes verbessert. BezuqszeichenlisteOtherwise, it is readily conceivable that the reflection body is a further sonotrode, with the particular advantage that the standing ultrasound field can be made particularly strong. In addition, the controllability of the ultrasound field is improved with such a measure. LIST OF REFERENCES
erste Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung erste Sonotrode erster Reflektionskörper Grundkörper erster Schallkörper erste Schallfläche zweite Schallfläche erste Linie zweite Linie Mittelachse erstes Rohrstück zweites Rohrstück drittes Rohrstück erster Abstand zweiter Abstand dritter Abstand vierter Abstand zweite Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung viertes Rohrstück fünftes Rohrstück sechstes Rohrstück zweiter Reflektionskörper zweite Sonotrode dritte Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung erste Lackröhrchen zweiter Schallkörper dritte Schallfläche vierte Schallfläche vierte Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanomdung Linie Projektionen fünfte Schallfläche sechste Schallfläche fünfte Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung zweite Lackröhrchen dritte Lackröhrchen sechste Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung first ultrasonic standing wave atomizer arrangement first sonotrode first reflection body base body first sound body first sound surface second sound surface first line second line center axis first pipe section second pipe section third pipe section first distance second distance third distance fourth distance second ultrasound standing wave atomizer arrangement fourth pipe section fifth pipe section sixth pipe section second reflection body second sonotrode third ultrasonic standing wave atomizer arrangement first lacquer tube second sound body third sound surface fourth sound surface fourth ultrasonic standing wave atomizer application Line projections fifth sound surface sixth sound surface fifth ultrasonic standing wave atomizer arrangement second lacquer tube third lacquer tube sixth ultrasonic standing wave atomiser arrangement

Claims

Patentansprüche claims
1. Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung (10, 40, 50, 60, 70, 80) zur Erzeugung eines Lack-Sprühnebels zum Lackieren eines Werkstückes mit einer Sonotrode (12, 48), mit einem der Sonotrode (12, 48) gegenüberliegend angeordneten Bauelement (14), wobei im Betriebsfall im Zwischenraum zwischen Sonotrode (12, 48) und Bauelement (14) ein stehendes Ultraschallfeld ausgebildet ist, und mit einer Lackzufuhrvorrichtung (29), mittels der Lack in den Nahbereich eines Maximums der Schallschnelle des Ultraschallfeldes zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackzufuhrvorrichtung (29) im Bereich des stehenden Ultraschallfeldes wenigstens zwei Rohrstücke (30, 31 , 32; 42, 43, 44) zur Ausbringung von Lack hat, und daß wenigstens zwei der Rohrstücke (30, 31 , 32; 42, 43, 44) im Bereich eines ausgewählten Maximums der Schallschnelle des stehenden Ultraschallfeldes angeordnet sind.1. Ultrasonic standing wave atomizer arrangement (10, 40, 50, 60, 70, 80) for generating a paint spray for painting a workpiece with a sonotrode (12, 48), with one of the sonotrode (12, 48) arranged opposite Component (14), a standing ultrasound field being formed in the space between the sonotrode (12, 48) and the component (14) during operation, and with a lacquer supply device (29), by means of which lacquer can be supplied in the vicinity of a maximum of the ultrasonic field , characterized in that the paint supply device (29) has at least two pipe sections (30, 31, 32; 42, 43, 44) for applying paint in the area of the standing ultrasonic field, and that at least two of the pipe sections (30, 31, 32; 42, 43, 44) are arranged in the region of a selected maximum of the sound velocity of the standing ultrasound field.
2. Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung (10, 40, 50, 60, 70, 80) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (14) eine weitere Sonotrode ist.2. Ultrasonic standing wave atomizer arrangement (10, 40, 50, 60, 70, 80) according to claim 1, characterized in that the component (14) is a further sonotrode.
3. Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung (10, 40, 50, 60, 70, 80) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Rohrstücke (30, 31 , 32; 42, 43, 44) im Bereich des ausgewählten Maximums zueinander so groß ist, daß für jedes Rohrstück (30, 31 , 32; 42, 43, 44) voneinander getrennte Lacklamellen ausgebildet sind.3. Ultrasonic standing wave atomizer arrangement (10, 40, 50, 60, 70, 80) according to claim 1 or 2, characterized in that the distance between the tube pieces (30, 31, 32; 42, 43, 44) in the region of selected maximum is so large that for each pipe section (30, 31, 32; 42, 43, 44) separate lacquered lamellae are formed.
4. Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung (10, 40, 50, 60, 70, 80) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Lackaustrittsöffnungen der wenigstens zwei der Rohrstücke (30, 31 , 32; 42, 43, 44) im Bereich des ausgewählten Maximums der Schallschnelle einer stehenden Ultraschallwelle auf einer gedachten geraden Linie angeordnet sind, und daß die gerade Linie senkrecht auf einer gedachten Mittellinie steht, die durch die Flächenmittelpunkte der sich gegenüberliegenden Schallflächen (20, 22, 56, 58) der Sonotrode (12, 48) und des Bauelements (14, 46) geht.4. Ultrasonic standing wave atomizer arrangement (10, 40, 50, 60, 70, 80) according to one of the preceding claims, characterized in that through the lacquer outlet openings of the at least two of the pipe sections (30, 31, 32; 42, 43, 44 ) are arranged in the area of the selected maximum of the sound velocity of a standing ultrasonic wave on an imaginary straight line, and that the straight line is perpendicular to an imaginary center line which is defined by the Area centers of the opposing sound surfaces (20, 22, 56, 58) of the sonotrode (12, 48) and the component (14, 46).
5. Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung (10, 40, 50, 60, 70, 80) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Schallflächen (66, 68) in etwa einem mit Polyederflächen nachgebildetem Mantelsegment eines Zylinders entspricht oder das Mantelsegment zylinderförmig ist, und daß die Längsachse des betreffenden Zylinders parallel zur geraden Linie (24, 26, 62) gelegen ist.5. Ultrasonic standing wave atomizer arrangement (10, 40, 50, 60, 70, 80) according to claim 4, characterized in that the shape of the sound surfaces (66, 68) corresponds approximately to a simulated polyhedral shell segment of a cylinder or the shell segment is cylindrical, and that the longitudinal axis of the cylinder in question is parallel to the straight line (24, 26, 62).
6. Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung (10, 40, 50, 60, 70, 80) nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei Rohrstücke (30, 31 , 32; 42, 43, 44) im Bereich eines ausgewählten Maximums der Schallschnelle einer stehenden Ultraschallwelle angeordnet, und daß diese Rohrstücke (30, 31, 32; 42, 43, 44) beziehungsweise deren Lackaustrittsöffnungen in einem Dreieck, insbesondere einem gleichseitigen Dreieck, angeordnet sind.6. Ultrasonic standing wave atomizer arrangement (10, 40, 50, 60, 70, 80) according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that three pipe sections (30, 31, 32; 42, 43, 44) in the area a selected maximum of the sound velocity of a standing ultrasonic wave, and that these pipe sections (30, 31, 32; 42, 43, 44) or their lacquer outlet openings are arranged in a triangle, in particular an equilateral triangle.
7. Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung (10, 40, 50, 60, 70, 80) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Fläche, die durch das Dreieck bestimmt ist, senkrecht auf einer gedachten Mittellinie steht, die durch die Flächenmittelpunkte der sich gegenüberliegenden Schallflächen (20, 22, 56, 58, 66, 68) der Sonotrode (12, 48) und des Bauelements (14, 46) geht.7. Ultrasonic standing wave atomizer arrangement (10, 40, 50, 60, 70, 80) according to claim 6, characterized in that that surface which is determined by the triangle is perpendicular to an imaginary center line which is through the surface centers of the opposite sound surfaces (20, 22, 56, 58, 66, 68) of the sonotrode (12, 48) and the component (14, 46).
8. Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung (10, 40, 50, 60, 70, 80) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den wenigstens zwei im Bereich eines ausgewählten Maximums der Schallschnelle einer stehenden Ultraschallwelle angeordneten Rohrstücken (30, 31 , 32; 42, 43, 44) und der Sonotrode (12, 48) höchstens gleich groß ist wie der Abstand zwischen diesen Rohrstücken (30, 31 , 32; 42, 43, 44) und dem Bauelement (14, 46).8. Ultrasonic standing wave atomizer arrangement (10, 40, 50, 60, 70, 80) according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the at least two pipe sections arranged in the region of a selected maximum of the sound velocity of a standing ultrasonic wave (30 , 31, 32; 42, 43, 44) and the sonotrode (12, 48) is at most the same size as the distance between these pipe sections (30, 31, 32; 42, 43, 44) and the component (14, 46) ,
9. Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung (10, 40, 50, 60, 70, 80) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Rohrstücke (30, 31 , 32; 42, 43, 44) mit einer hydrophoben Oberfläche, insbesondere einer Tetraflouräthylenbeschichtung, versehen sind. 9. Ultrasonic standing wave atomizer arrangement (10, 40, 50, 60, 70, 80) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two pipe sections (30, 31, 32; 42, 43, 44) with a hydrophobic Surface, in particular a tetrafluoroethylene coating, are provided.
10. Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung (10, 40, 50, 60, 70, 80) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reinigungsluftströmung vorhanden ist, durch die eine Benetzung der Sonotrode (12, 48) und / oder des Bauelements (14, 46) zu vermeiden beziehungsweise zu verringern.10. Ultrasonic standing wave atomizer arrangement (10, 40, 50, 60, 70, 80) according to one of the preceding claims, characterized in that a cleaning air flow is present through which a wetting of the sonotrode (12, 48) and / or Component (14, 46) to avoid or reduce.
11. Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung (10, 40, 50, 60, 70, 80) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lenkluftströmung vorhanden ist, durch welche die Flugrichtung des Lack- Sprühnebels beeinflussbar ist.11. Ultrasonic standing wave atomizer arrangement (10, 40, 50, 60, 70, 80) according to any one of the preceding claims, characterized in that there is a steering air flow through which the direction of flight of the paint spray can be influenced.
12. Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung (10, 40, 50, 60, 70, 80) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Aufladevorrichtung zur Innen- und / oder Außenaufladung vorhanden ist, durch welche der Lack beziehungsweise die zerstäubten Lackpartikel elektrostatisch aufladbar ist beziehungsweise sind. 12. Ultrasonic standing wave atomizer arrangement (10, 40, 50, 60, 70, 80) according to one of the preceding claims, characterized in that there is at least one charging device for internal and / or external charging, through which the paint or the atomized Paint particles can be electrostatically charged.
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