EP2015873A1 - Application element for a rotary sprayer and associated operating method - Google Patents

Application element for a rotary sprayer and associated operating method

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EP2015873A1
EP2015873A1 EP07724942A EP07724942A EP2015873A1 EP 2015873 A1 EP2015873 A1 EP 2015873A1 EP 07724942 A EP07724942 A EP 07724942A EP 07724942 A EP07724942 A EP 07724942A EP 2015873 A1 EP2015873 A1 EP 2015873A1
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EP
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surface layer
application element
paint
overflow surface
film
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EP07724942A
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Hans-Jürgen Nolte
Harald Gummlich
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Duerr Systems AG
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Abstract

The unit has an overflow surface (8), which rotates with an application element e.g. bell disk, in a coating operation and a surface layer (11), on which a thin coating medium (10) with a film thickness (dLACK) is formed in operation. A boundary surface friction acts between the film and the layer, where the layer reduces the friction between the film and the overflow surface. The medium contains a paint, which contains a flat, firm paint particle (12) with a specific particle length and forms a paint film on the layer (11), where the film thickness is smaller than the particle length. An independent claim is also included for an operating procedure for a rotary atomizer with a rotary application unit.

Description

Beschreibung description
Applikationselement für einen Rotationszerstäuber und zugehöriges BetriebsverfahrenApplication element for a rotary atomizer and associated operating method
Die Erfindung betrifft ein Applikationselement für einen Rotationszerstäuber, insbesondere in Form eines Glockentellers oder einer Rotationsscheibe, sowie ein zugehöriges Betriebs- verfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen.The invention relates to an application element for a rotary atomizer, in particular in the form of a bell cup or a rotary disk, as well as an associated operating method according to the independent claims.
Zur Serienlackierung von Bauteilen, wie beispielsweise Kraftfahrzeugkarosserien, werden bekanntermaßen Hochrotationszerstäuber eingesetzt, die als Applikationselement einen schnell rotierenden Glockenteller aufweisen. Der zu applizierende Lack wird dem rotierenden Glockenteller in der Regel durch ein mittiges Farbrohr zugeführt und strömt dann an dem Glockenteller über eine Überströmfläche zu einer außen liegenden und ringförmig umlaufenden Absprühkante, wo der Lack aufgrund der Zentrifugalkraft abgeschleudert wird.For the series painting of components, such as motor vehicle bodies, it is known to use high-rotation atomizers, which have as an application element a rapidly rotating bell cup. The paint to be applied is supplied to the rotating bell cup usually through a central paint tube and then flows on the bell cup via an overflow surface to an outer and annular peripheral spray-off edge, where the paint is thrown off due to the centrifugal force.
Aus EP 0 951 942 A2 ist ein derartiger Glockenteller bekannt, der speziell zur Lackierung von Effektlacken vorgesehen ist, die feste Effektpartikel enthalten, die auch als Effektpig- mente oder "Flakes" bezeichnet werden.Such a bell cup is known from EP 0 951 942 A2, which is specially intended for the coating of effect lacquers containing solid effect particles, which are also referred to as effect pigments or "flakes".
Bei der Verwendung der herkömmlichen Glockenteller zur Applikation von Effektlacken treten jedoch unerwünschte Abweichungen im Farbton und im Farbtoneffekt im Vergleich zur klassi- sehen Druckluftzerstäubung auf, die durch die unterschiedliche Materialbehandlung im Zerstäubungsprozess verursacht sind. Insbesondere während der Filmbildung und der Lackfilmströmung im Bereich der Überstromflachen treten hohe Rei- bungs- und Scherungskräfte auf, die die lichtreflektierenden Effektpartikel des Lackgemisches schädigen können. Während des Oberflächenfertigungsprozesses (z.B. Schmutzeinschlüsse, Oberflächendefekte), des Rohbaus (z.B. Oberflächen- und Untergrunddefekte) und während der weiteren Fertigungsschritte wie z.B. der Endmontage kann es zu Beschädigungen an den fertig beschichteten Karossen kommen bzw. werden diese im Laufe der Fertigung erkannt. Diese Beschädigungen müssen beseitigt werden. Diese nachträglichen, lokalen, manuellen Nachbesserungen erfolgen üblicherweise mittels eines Luftzerstäubers. So muss bei der Kombination einer automatischen Lackierung mittels eines Hochrotationszerstäubers mit einer manuellen Nachbesserung mittels eines Luftzerstäubers trotz der unterschiedlichen Applikationstechniken das visuelle Erscheinungsbild für beide Auftragsverfahren gleichwertig sein.When using the conventional bell cup for the application of effect paints, however, occur undesirable deviations in color and tone effect in comparison to the classic see compressed air atomization, which are caused by the different material treatment in the sputtering process. In particular, during the film formation and the coating film flow in the area of the overflow surfaces, high friction and shear forces occur which affect the light-reflecting surfaces Effect particles of the paint mixture can damage. During the surface manufacturing process (eg dirt inclusions, surface defects), shell construction (eg surface and substrate defects) and during further manufacturing steps such as final assembly, damage to the finished coated body may occur or may be detected during manufacture. These damages must be eliminated. These subsequent, local, manual repairs are usually carried out by means of a Luftzerstäubers. Thus, in the combination of an automatic painting by means of a high-rotation atomizer with a manual improvement by means of an air atomizer despite the different application techniques, the visual appearance for both application methods must be equivalent.
Die Gründe für diesen Mischbetrieb bestehen darin, dass existierende Lacke (Formulierungen) nicht geändert werden sollen. Weiterhin gibt es immer noch manuelle Lackierumfänge in der Lackierlinie (zwischen den automatisierten Zellen/Zonen), wo z.B. Innenlackierung mittels Luftzerstäuber ausgeführt wird. Darüber hinaus erfolgt die Umrüstung bzw. Automatisierung bestehender Lackierlinien schrittweise, woraus sich auch wieder ein Mischbetrieb ergibt.The reasons for this mixed operation are that existing paints (formulations) should not be changed. Furthermore, there are still manual paint scopes in the paint line (between the automated cells / zones) where e.g. Interior painting is carried out by means of air atomizer. In addition, the conversion or automation of existing paint lines is gradual, resulting in a mixed operation again.
Zur präventiven Verhinderung der durch die unterschiedlichen Applikationstechniken bedingten Farbtonabweichungen werden die verwendeten Lackmaterialien deshalb vorbereitend in ihrer Rezeptur so angepasst, dass nach ihrer unterschiedlichen Verarbeitung wiederum gleichwertige Ergebnisse vorliegen. Die somit erforderliche vorbereitende Pigmentkorrektur stellt einen erheblichen materiellen und organisatorischen Zusatzaufwand dar. Insbesondere muss die Farbton-Passfähigkeit bei einem Chargenwechsel von Lacklieferungen kontrolliert werden. Darüber hinaus sind die benötigten Reparaturlacke für die ma- nuelle Nachbesserung Mindermengen mit begrenzter Haltbarkeit und schwer kalkulierbarer Bedarfsmenge, so dass die Kosten je Liter wesentlich höher sind als die Materialkosten für den normalen automatischen Lackauftrag mit dem Hochrotationszer- stäuber. Weiterhin kann der Bedarf für die manuelle Nachbesserung nicht aus der üblichen Produktions-Ringleitung entnommen werden, so dass für alle Produktionslacke entsprechende Reparaturlacke bereitgehalten und zur Durchmischung mit Rührwerken in Bewegung gehalten werden müssen.For preventative prevention of the differences in color due to the different application techniques, the coating materials used are therefore preliminarily adjusted in their recipe so that after their different processing again equivalent results. The thus required preparatory pigment correction represents a considerable material and organizational additional effort. In particular, the color matching ability must be controlled in a batch change of paint supplies. In addition, the required refinish paints are manual repair of small quantities with limited shelf life and hard-to-calculate demand quantity, so that the costs per liter are significantly higher than the material costs for the normal automatic coating application with the high-speed rotary atomizer. Furthermore, the need for manual rectification can not be removed from the usual production loop, so that must be kept ready for all production coatings corresponding refinishes and kept for mixing with agitators in motion.
Nachteilig an dem vorstehend erwähnten Glockenteller gemäß EP 0 951 942 A2 ist zum einen, dass der gewünschte Farbton durch eine hohe Drehzahl erreicht wird, die sich negativ auf den Wirkungsgrad auswirkt. Zum anderen werden hierbei erhöhte Lenkluftwerte erreicht.A disadvantage of the above-mentioned bell cup according to EP 0 951 942 A2, on the one hand, that the desired hue is achieved by a high speed, which has a negative effect on the efficiency. On the other hand this increased Lenkuftwerte be achieved.
Weiterhin ist aus DE 101 12 854 Al ein herkömmlicher Glockenteller für einen Hochrotationszerstäuber bekannt, bei dem die Überströmfläche mit einer Oberflächenschicht beschichtet ist, um das Abriebverhalten der Überströmfläche und damit dieFurthermore, from DE 101 12 854 Al a conventional bell cup for a high-rotation atomizer is known in which the overflow surface is coated with a surface layer to the abrasion behavior of the overflow surface and thus the
Standzeit des Glockentellers zu verbessern. Auch dieser bekannte Glockenteller mit einer beschichteten Überströmfläche weist jedoch beim Applizieren von Effektlacken die vorstehend erwähnten Nachteile auf.To improve service life of the bell plate. However, this known bell cup with a coated overflow surface has the above-mentioned disadvantages when applying effect coatings.
Ferner ist aus JP 08155348 ein Glockenteller bekannt, dessen Überströmfläche mit einer Oberflächenschicht aus Fluororesin beschichtet ist, die das Spülverhalten verbessern soll. Auch dieser Glockenteller weist jedoch bei einer Applikation von Effektlacken die vorstehend erwähnten Nachteile auf.Furthermore, from JP 08155348 a bell cup is known, the overflow surface is coated with a surface layer of Fluororesin, which is intended to improve the flushing. However, this bell cup also has the above-mentioned disadvantages in an application of effect paints.
Ferner sind beispielsweise aus DE 93 15 890 Ul Rotationszerstäuber bekannt, bei denen das zu applizierende Beschich- tungspulver triboelektrisch durch Reibung an einer Kunst- StoffOberfläche aufgeladen wird. Hierzu weist die Überströmfläche des Glockentellers eine Oberflächenschicht aus PoIy- tetrafluorethylen (PTFE) auf, die aufgrund der Reibung zwischen dem über die Überströmfläche strömenden Beschichtungs- pulver einerseits und der Oberflächenschicht aus PTFE andererseits für eine gute triboelektrische Aufladung des Be- schichtungspulvers sorgt. Auch dieser bekannte Glockenteller eignet sich jedoch nur beschränkt für die Applikation von Effektlacken, da hierbei die vorstehend erwähnten Nachteile auftreten.Furthermore, DE 93 15 890 U1, for example, discloses rotary atomizers in which the coating powder to be applied is triboelectrically rubbed by friction on an artificial surface. Fabric surface is charged. For this purpose, the overflow surface of the bell cup has a surface layer of polytetrafluoroethylene (PTFE), which on the other hand ensures good triboelectric charging of the coating powder due to the friction between the coating powder flowing over the overflow surface on the one hand and the PTFE surface layer on the other hand. However, this known bell cup is only limited for the application of effect paints, since in this case the disadvantages mentioned above occur.
Aus DE 44 39 924 Al ist es bekannt, Lackierglocken mit einer abriebfesten und reibungsarmen kohlenstoffhaltigen Beschich- tung zu überziehen, die auch das Lackierbild verbessert, da die Benetzbarkeit der Oberfläche der Lackierglocke verbessert wird. Auch derartige beschichtete Lackierglocken zeigen jedoch bei der Applikation von Effektlack die vorstehend beschriebenen Probleme.It is known from DE 44 39 924 A1 to coat coating bells with an abrasion-resistant and low-friction carbon-containing coating, which also improves the painting image, since the wettability of the surface of the coating bell is improved. However, such coated Lackierglocken show the application of effect paint the problems described above.
Schließlich ist es auch EP 0 087 836 Al bekannt, die Oberflächenreibung an festen Oberflächen durch reibungsmindernde Be- schichtungen herabzusetzen, die beispielsweise eine schuppen- förmige Kristallstruktur aufweisen oder Nitride enthalten.Finally, it is also known from EP 0 087 836 A1 to reduce the surface friction on solid surfaces by friction-reducing coatings which, for example, have a flaky crystal structure or contain nitrides.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Glockenteller zu schaffen, der sich möglichst gut für eine für Effektpartikel schädigungsarme Applikation von Effektlacken eignet .The invention is therefore an object of the invention to provide a bell cup, which is as well suited for a low-damage effect particles for application of effect coatings.
Diese Aufgabe wird durch ein Applikationselement beziehungsweise ein entsprechendes Betriebsverfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Die Erfindung beruht auf der neu gewonnenen technischen Erkenntnis, dass die vorstehend erwähnten Probleme bei der Applikation von Effektlack durch die Grenzflächenreibung zwischen dem Lackfilm auf der Überströmfläche des Glockentellers einerseits und der Überströmfläche andererseits verursacht werden.This object is achieved by an application element or a corresponding operating method according to the independent claims. The invention is based on the newly obtained technical knowledge that the above-mentioned problems in the application of effect paint caused by the interfacial friction between the paint film on the overflow surface of the bell cup on the one hand and the overflow surface on the other.
Zum einen haben die Erfinder erstmals erkannt, dass die Grenzflächenreibung zwischen dem Lackfilm und der Überström- fläche zu großen Reibungs- und Scherkräften in dem Lackfilm führt, welche die dünnen, flachen Effektpartikel des Effektlacks verformen und deren Oberfläche schädigen, was zu den vorstehend beschriebenen störenden Farbtonabweichungen führt.On the one hand, the inventors have recognized for the first time that the interfacial friction between the paint film and the overflow surface leads to great frictional and shear forces in the paint film, which deform the thin, flat effect particles of the effect paint and damage their surface, resulting in the disturbing effects described above Color deviations leads.
Zum anderen führt die Grenzflächenreibung zwischen dem Lackfilm und der Überströmfläche zu relativ dicken Lackfilmen, so dass sich die dünnen, flachen Effektpartikel (engl. "Flakes") innerhalb des Lackfilms aufstellen. Ferner kann die Grenzflächenreibung auch dazu führen, dass sich die Effektartikel be- wegen, insbesondere bei einer Länge von z.B. 100 μm und einer Dicke von ca. 1 μm. Dabei können die Effektpartikel durch O- berflächenabrieb und Bruch geschädigt werden, was den gewünschten Farbton (optischer Effekt des applizierten Lackes) beeinträchtigt. Die erfindungsgemäße Verringerung der Grenz- flächenreibung zwischen dem Lackfilm auf der Überströmfläche ermöglicht dagegen eine Verhinderung der reibungs- und sche- rungsbedingten Schädigungen der Effektpartikel.On the other hand, the boundary surface friction between the paint film and the overflow surface leads to relatively thick paint films, so that the thin, flat effect particles ("flakes") set up within the paint film. Furthermore, the interfacial friction can also cause the effect articles to move, especially at a length of e.g. 100 microns and a thickness of about 1 micron. In this case, the effect particles can be damaged by surface abrasion and breakage, which impairs the desired shade (optical effect of the applied lacquer). On the other hand, the inventive reduction of the boundary surface friction between the paint film on the overflow surface makes it possible to prevent the damage and damage caused by friction and damage to the effect particles.
Im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen beschichteten GIo- ckentellern aus dem Stand der Technik bewirkt die Oberflä- chenbeschichtung bei der Erfindung also gezielt eine Verringerung der Grenzflächenreibung, wohingegen die Oberflächenbe- schichtung bei den bekannten Glockentellern lediglich die Ab- riebfestigkeit erhöhen soll oder für eine triboelektrische Aufladung erforderlich ist.In contrast to the coated sliding paddles known from the prior art described at the outset, the surface coating in the invention thus deliberately causes a reduction in the interfacial friction, whereas the surface coating in the known bell-shaped plates only causes the abrasion. should increase the abrasion resistance or is required for a triboelectric charging.
In einer Variante der Erfindung wird die Grenzflächenreibung zwischen dem Lackfilm und der Überströmfläche dadurch verringert, dass die Oberflächenrauhigkeit der Oberflächenschicht auf der Überströmfläche verringert wird. Vorzugsweise ist die Oberflächenrauhigkeit der Oberflächenschicht der Überströmfläche hierbei geringer als die Filmdicke des Beschichtungs- mittelfilms . Beispielsweise kann die Oberflächenrauhigkeit der Oberflächenschicht der Überströmfläche kleiner als 200 μm, 100 μm, 50 μm, 10 μm oder sogar 5 μm sein.In a variant of the invention, the interfacial friction between the paint film and the overflow surface is reduced by reducing the surface roughness of the surface layer on the overflow surface. Preferably, the surface roughness of the surface layer of the overflow surface is less than the film thickness of the coating medium film. For example, the surface roughness of the surface layer of the overflow surface may be smaller than 200 μm, 100 μm, 50 μm, 10 μm or even 5 μm.
In einer anderen Variante der Erfindung wird die Grenzflä- chenreibung zwischen dem Lackfilm einerseits und der Oberflächenschicht der Überströmfläche andererseits dadurch verringert, dass die Überströmfläche eine reibungssenkende Textur aufweist, wobei es sich beispielsweise um eine sogenannte Riblet-Struktur oder eine sogenannte künstliche Haifischhaut handeln kann, die an sich bekannt ist und deshalb nicht näher beschrieben werden muss. Eine derartige reibungssenkende Haifischhautfolie ist beispielsweise von der Firma 3M unter der Bezeichnung "Scotchcal Marine Drag Reduction Tape" erhältlich.In another variant of the invention, the boundary surface friction between the paint film on the one hand and the surface layer of the overflow surface on the other hand reduced by the overflow surface has a friction-reducing texture, which may be, for example, a so-called riblet structure or a so-called artificial shark skin, which is known per se and therefore need not be described in detail. Such a friction-reducing sharkskin film is available, for example, from the company 3M under the name "Scotchcal Marine Drag Reduction Tape".
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass das Beschichtungs- mittel (zu zerstäubende Material) ein Effektlack ist, der flache, feste Effektpartikel (engl. "Flakes") mit einer bestimmten Partikellänge enthält und auf der Oberflächenschicht der Überströmfläche einen Lackfilm bildet, wobei die Grenzflächenreibung so weit herab gesetzt wird, dass der Lackfilm eine Filmdicke aufweist, die kleiner ist als die Partikellänge der Effektpartikel. Dies bietet den Vorteil, dass sich die einzelnen Effektpartikel des Effektlacks innerhalb des Lack- films nicht aufstellen können und deshalb mit einer geordneten raumlichen Orientierung über die Uberstromflache strömen. Der Lackfilm auf der Uberstromflache weist deshalb im Betrieb eine Filmdicke auf, die vorzugsweise kleiner als 200 μm, 100 μm, 50 μm, 10 μm oder sogar 5 μm ist.It has already been mentioned above that the coating agent (material to be sputtered) is an effect varnish containing flat, fixed particle size particles ("flakes") having a paint film on the surface layer of the overflow surface, the interfacial friction is lowered so that the paint film has a film thickness which is smaller than the particle length of the effect particles. This offers the advantage that the individual effect particles of the effect varnish within the varnish films can not set up and therefore flow with an orderly spatial orientation over the Uberstromflache. The paint film on the overflow surface therefore has a film thickness during operation which is preferably less than 200 μm, 100 μm, 50 μm, 10 μm or even 5 μm.
Vorzugsweise besteht die Oberflachenschicht auf der Uber- strόmflache mindestens teilweise aus einem Nitrid, wobei sich beispielsweise Titan-Nitrid, Chrom-Nitrid, Titan-Kohlenstoff- Nitrid, Zirkonium-Nitrid, Wolfram-Kohlenstoff-Nitrid und AIu- minium-Titan-Nitrid als Materialien für die Oberflachenschicht der Uberstromflache eignen. Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass die Oberflachenschicht auf der Uberstromflache mindestens teilweise aus Glas, Keramik, Metall oder sogenannten Nanopartikeln besteht. Grundsatzlich sind jedoch als Material für die reibungsmin- dernde Oberflachenschicht alle chemisch neutralen, mechanisch standfesten und haftenden Werkstoffe geeignet.Preferably, the surface layer on the overflow surface is at least partially made of a nitride, such as titanium nitride, chromium nitride, titanium carbon nitride, zirconium nitride, tungsten carbon nitride, and aluminum titanium nitride Materials for the surface layer of the overcurrent surface are suitable. However, within the scope of the invention it is also possible that the surface layer on the overflow surface consists at least partially of glass, ceramic, metal or so-called nanoparticles. In principle, however, all chemically neutral, mechanically stable and adhering materials are suitable as material for the friction-reducing surface layer.
Ferner ist zu erwähnen, dass die reibungsmindernde Oberflachenschicht vorzugsweise lokal begrenzt auf der gesamten U- berstromflache und/oder sonstigen Lackflussflachen angebracht ist. Es besteht jedoch alternativ die Möglichkeit, dass die reibungsmindernde Oberflachenschicht auf solche Bereiche der Uberstromflache begrenzt ist, die im Betrieb hohen Fliehkräften ausgesetzt sind. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass das gesamte rotierende Applikationselement mit einer rei- bungsmindernden Oberflachenschicht beschichtet ist.It should also be mentioned that the friction-reducing surface layer is preferably provided locally limited to the entire overflow surface and / or other Lackflussflachen. However, there is the alternative possibility that the friction-reducing surface layer is limited to those areas of the overflow surface, which are exposed to high centrifugal forces during operation. Furthermore, there is the possibility that the entire rotating application element is coated with a rubbing-reducing surface layer.
Weiterhin ist die Oberflachenschicht der Uberstromflache vorzugsweise abriebfester und/oder harter als die unbeschichtete Uberstromflache, um das Abriebverhalten der Uberstromflache und damit die Standzeit des Applikationselements zu verbessern. Die Oberflachenschicht der Uberstromflache weist des- halb vorzugsweise eine Vickershärte von mehr als 500 HV, 1000 HV, 1500 HV, 2000 HV oder sogar mehr als 3000 HV auf.Furthermore, the surface layer of the overflow surface is preferably more resistant to abrasion and / or harder than the uncoated overflow surface in order to improve the abrasion behavior of the overflow surface and thus the service life of the application element. The surface layer of the overcurrent surface has preferably a Vickers hardness of more than 500 HV, 1000 HV, 1500 HV, 2000 HV or even more than 3000 HV.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Oberflächenschicht der Über- strömfläche vorzugsweise aus einem anderen Material besteht als die darunter befindliche Überströmfläche.It should also be mentioned that the surface layer of the overflow surface preferably consists of a different material than the overflow surface underneath.
Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht der Überströmfläche aus demselben Material besteht wie die darunter befindliche Überströmfläche. In dieser Variante kann die Grenzflächenreibung beispielsweise durch eine geeignete Oberflächentextur der Oberflächenschicht herabgesetzt werden.However, there is also the alternative possibility that the surface layer of the overflow surface consists of the same material as the overflow surface underneath. In this variant, the boundary friction can be reduced for example by a suitable surface texture of the surface layer.
Beispielsweise kann die Oberflächenschicht der Überströmfläche aus einer auf die Überströmfläche aufgebrachten Folie bestehen, wobei es sich beispielsweise um eine sogenannte Haifischhautfolie handeln kann, die im Flugzeugbau zur Verringerung des Reibungswiderstands eingesetzt wird und bereits vor- stehend erwähnt wurde.For example, the surface layer of the overflow surface may consist of a film applied to the overflow surface, which may be, for example, a so-called shark skin film used in aircraft construction to reduce frictional resistance and has already been mentioned above.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird bereits ersichtlich, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen Applikationselement vorzugsweise um einen Glockenteller für einen Hochrotations- Zerstäuber handelt. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Typs des Applikationselements nicht auf Glockenteller beschränkt, sondern umfasst beispielsweise auch sogenannte Rotationsscheiben für Scheibenzerstäuber. Derartige Rotationsscheiben und die zugehörigen Scheibenzerstäuber sind bei- spielsweise auch Pavel Svejda: "Moderne Lackiertechnik, Prozesse und Applikationsverfahren", Vincentz-Verlag 2003, Seite 75 f. bekannt. Darüber hinaus umfasst die Erfindung nicht nur das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Applikationselement als einzelnes Bauteil, sondern auch einen Rotationszerstäuber mit einem derartigen Applikationselement und eine Lackiermaschine, ins- besondere einen mehrachsigen Lackierroboter, mit einem solchen Rotationszerstäuber.It can already be seen from the above description that the application element according to the invention is preferably a bell cup for a high-rotation atomizer. However, the invention is not limited to bell plates in terms of the type of application element, but also includes, for example, so-called rotary discs for disc atomizers. Pavel Svejda, for example: "Modern painting technology, processes and application processes", Vincentz-Verlag 2003, page 75 f. known. In addition, the invention comprises not only the above-described inventive application element as a single component, but also a rotary atomizer with such an application element and a painting machine, in particular a multi-axis painting robot, with such a rotary atomizer.
Schließlich umfasst die Erfindung auch ein entsprechendes Betriebsverfahren für einen derartigen Rotationszerstäuber, bei dem die Grenzflächenreibung zwischen dem Beschichtungsmittel- film auf der Überströmfläche und der Überströmfläche selbst durch eine reibungsmindernde Oberflächenschicht gezielt verringert wird.Finally, the invention also encompasses a corresponding operating method for such a rotary atomizer, in which the boundary surface friction between the coating agent film on the overflow surface and the overflow surface itself is deliberately reduced by a friction-reducing surface layer.
Vorzugsweise wird die Grenzflächenreibung bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren so weit verringert, dass die Dicke des Lackfilms auf der Überströmfläche so weit abnimmt, dass die Filmdicke kleiner ist als die Partikellänge der Effektpartikel (sogenannte "Flakes", zu unterscheiden von Pigmen- ten) , so dass sich die Effektpartikel innerhalb der Lackschicht nicht • aufstellen können.In the operating method according to the invention, the boundary surface friction is preferably reduced to such an extent that the thickness of the paint film on the overflow surface decreases so much that the film thickness is smaller than the particle length of the effect particles (so-called "flakes", to be distinguished from pigments), so that the effect particles can not be set up within the lacquer layer.
Die Erfindung bietet also den Vorteil, dass ein Effektlack automatisch von einem Rotationszerstäuber aufgetragen werden kann, ohne dass spezifische Lacke notwendig sind, ohne dass der Wirkungsgrad verschlechtert wird, ohne dass der Luftverbrauch durch erhöhte Lenkluftwerte steigt, so dass das Farbtonergebnis bei gleichem Lackmaterial ohne Korrektur der Lackrezeptur der Qualität einer Druckluft-Zerstäubung ange- passt werden kann.Thus, the invention offers the advantage that an effect varnish can be applied automatically by a rotary atomizer without the need for specific varnishes without impairing the efficiency without increasing the air consumption due to increased steering air values, so that the color tone result without correction is the same for the same varnish material the paint formulation of the quality of compressed air atomization can be adapted.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden aus der nächste- henden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are taken from the next Henden description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. Show it:
Figur 1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Glockentellers für die Applikation eines Effektlackes sowieFigure 1 is a cross-sectional view of a bell cup according to the invention for the application of an effect varnish and
Figur 2 eine stark vergrößerte Querschnittsansicht der Überströmfläche des Glockentellers aus Figur 1.FIG. 2 shows a greatly enlarged cross-sectional view of the overflow surface of the bell cup from FIG. 1.
Die Zeichnung in Figur 1 zeigt einen Glockenteller 1 für einen Hochrotationszerstäuber für die Applikation eines Effektlackes. Der Aufbau und die Funktionsweise des Glockentellers 1 ist weitgehend herkömmlich und in EP 0 951 942 A2 beschrie- ben, so dass der Inhalt dieser Druckschrift der vorliegenden Beschreibung hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise des Glockentellers 1 in vollen Umfang zuzurechnen ist.The drawing in Figure 1 shows a bell cup 1 for a high-rotation atomizer for the application of an effect varnish. The construction and operation of the bell cup 1 is largely conventional and described in EP 0 951 942 A2, so that the content of this document is to be ascribed to the present description with regard to the construction and operation of the bell cup 1 to the full extent.
Zur Befestigung des Glockentellers 1 an einer Glockenteller- welle eines Hochrotationszerstäubers weist der Glockenteller 1 eine Befestigungsnabe 2 auf, die mit einem Außengewinde versehen ist, das in ein entsprechend angepasstes Innengewinde der Glockentellerwelle eingeschraubt wird.To attach the bell cup 1 to a bell-plate shaft of a high-speed rotary atomizer, the bell cup 1 has a mounting hub 2, which is provided with an external thread which is screwed into a correspondingly adapted internal thread of the bellcylinder shaft.
Die Zuführung des Effektlackes zu dem Glockenteller 1 erfolgt hierbei durch die Befestigungsnabe 2 und eine Mittelöffnung 3 in dem Glockenteller 1.The feeding of the effect varnish to the bell cup 1 takes place here by the attachment hub 2 and a central opening 3 in the bell cup 1.
An der stirnflächenseitigen Ausgangsmündung der Mittelöffnung 3 befindet sich ein Umlenkteil 4, das eine mittig angeordnete und radial verlaufende Rückfläche 5 und eine äußere, konische verlaufende Rückfläche 6 aufweist. Die beiden Rückflächen 5, 6 des Umlenkteils 4 bilden eine Begrenzungsfläche eines Spalts, der auf der gegenüberliegenden Seite von einem Be- reich 7 einer ansonsten konisch verlaufenden Überströmfläche 8 gebildet wird. Die Überströmfläche 8 schließt mit der Stirnfläche des Glockentellers 1 einen nahezu konstanten Winkel α ein und führt zu einer ringförmig umlaufenden Absprüh- kante 9.At the end face-side outlet opening of the central opening 3 there is a deflection part 4 which has a centrally arranged and radially extending rear surface 5 and an outer, conically extending rear surface 6. The two rear surfaces 5, 6 of the deflecting part 4 form a boundary surface of a gap, which on the opposite side from a rich 7 an otherwise conical overflow surface 8 is formed. The overflow surface 8 encloses a nearly constant angle α with the end face of the bell cup 1 and leads to an annular spray discharge edge 9.
Der Effektlack wird dem Glockenteller 1 also über die Befestigungsnabe 2 axial zugeführt und tritt dann durch die Mittelöffnung 3 in dem Glockenteller 1 hindurch. Das Umlenkteil 4 lenkt den Effektlack dann in radialer Richtung ab, so dass der Effektlack die Überströmfläche 8 überströmt und schließlich an der Absprühkante 9 abgeschleudert wird.The effect paint is thus fed axially to the bell cup 1 via the attachment hub 2 and then passes through the center opening 3 in the bell cup 1. The deflecting part 4 then deflects the effect varnish in the radial direction, so that the effect varnish flows over the overflow surface 8 and is finally thrown off at the spray-off edge 9.
Die erfindungsgemäße Besonderheit des Glockentellers 1 ist aus der Querschnittsansicht in Figur 2 ersichtlich, welche die Überströmfläche 8 mit einem darauf befindlichen Lackfilm 10 und einer dazwischen befindlichen reibungsmindernden Oberflächenschicht 11 zeigt. Weiterhin ist aus der Querschnittsdarstellung ersichtlich, dass der Lackfilm 10 zahlreiche lan- ge, flache Effektpartikel 12 mit einer bestimmten Partikellänge LPARTIKEL aufweist .The particularity of the bell cup 1 according to the invention can be seen from the cross-sectional view in FIG. 2, which shows the overflow surface 8 with a paint film 10 thereon and a friction-reducing surface layer 11 located therebetween. Furthermore, it can be seen from the cross-sectional illustration that the paint film 10 has numerous long, flat effect particles 12 with a certain particle length L PARTI KEL.
Die reibungsmindernde Oberflächenschicht 11 auf der Überströmfläche 8 verringert die Grenzflächenreibung zwischen dem Lackfilm 10 und der Oberflächenschicht 11 beziehungsweise Ü- berströmflache 8 hierbei so weit, dass durch Abriebs- und Brucherscheinungen bedingte Schädigungen der Effektpartikel verhindert werden, um dadurch verursachte Farbtonabweichungen im Vergleich zu anderen Zerstäubungsverfahren zu verhindern und notwendige Anpassungsaufwendungen zu vermeidenThe friction-reducing surface layer 11 on the overflow surface 8 reduces the boundary surface friction between the paint film 10 and the surface layer 11 or Überströmflache 8 in this case so far that caused by abrasion and cracking damage to the effect particles are prevented, thereby causing color deviations compared to other sputtering prevent and avoid necessary adjustment expenses
Weiterhin ist aus der Querschnittsansicht ersichtlich, dass die reibungsmindernde Oberflächenschicht 11 eine Schichtdicke dscHicHT aufweist, die wesentlich geringer ist als die Filmdicke dLAcκ der Lackschicht 10.Furthermore, it can be seen from the cross-sectional view that the friction-reducing surface layer 11 has a layer thickness dsc H icH T , which is substantially smaller than the film thickness d LA cκ of the lacquer layer 10.
Beispielsweise kann die Partikelgröße LPARTIKEL i™ Bereich von LPARTIKEL = 10...40μm liegen, während die Filmdicke dLAcκ beispielsweise im Bereich von dLAcκ = 5...20μm liegen kann. Die Schichtdicke dscHicHT der reibungsmindernden Oberflächenschicht 11 kann hierbei im Bereich von dscHicHT = 1...4μm liegen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehenden Werte be- schränkt, sondern auch mit anderen Werten der Partikelgröße LpARTiKEw der Filmdicke dLACκ und der Schichtdicke dscHicHT realisierbar.For example, the particle size L PARTICLE i ™ range of L PARTI K EL = 10 ... 40 .mu.m, while the film thickness d L AcK may be, for example, in the range of d LA cκ = 5 ... 20 .mu.m. The layer thickness dsc H icHT of the friction-reducing surface layer 11 may be in the range of dsc H icHT = 1... 4 μm. However, the invention is not limited to the above values, but can also be implemented with other values of the particle size LpARTiKEw of the film thickness d LAC κ and the layer thickness dscHicHT.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die reibungsmindernde Ober- flächenschicht 11 in diesem Ausführungsbeispiel aus Titan- Nitrid besteht und die Grenzflächenreibung zwischen der Lackschicht 10 und der Überströmfläche 8 um den Faktor 4 verringert .It should also be mentioned that the friction-reducing surface layer 11 in this exemplary embodiment consists of titanium nitride and reduces the interfacial friction between the lacquer layer 10 and the overflow surface 8 by a factor of 4.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von den Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. The invention is not limited to the preferred embodiment described above. Rather, a variety of variants and modifications is possible, which also make use of the idea of the invention and therefore fall within the scope.
Bezugs zeichenliste :Reference sign list:
1 Glockenteller1 bell plate
2 Befestigungsnabe2 mounting hub
3 Mittelöffnung3 central opening
4 Umlenkteil4 deflection part
5 Radialer Rückfläche des Umlenkteils 6 Konischer Rückfläche des Umlenkteils5 Radial back surface of the deflection 6 conical rear surface of the deflection
7 Bereich der Überstromflache7 range of overcurrent area
8 Überströmfläche8 overflow surface
9 Absprühkante9 spray edge
10 Lackschicht 11 Oberflächenschicht10 lacquer layer 11 surface layer
12 Effektpartikel12 effect particles
* * * * * * * * * *

Claims

ANSPRUCHE
1. Applikationselement (1) für einen Rotationszerstäuber, insbesondere in Form eines Glockentellers oder einer Rotationsscheibe, mit a) einer Überströmfläche (8), die im Beschichtungsbetrieb mit dem Applikationselement (1) rotiert und von einem zu applizierenden Beschichtungsmittel überströmt wird, und b) einer auf der Überströmfläche (8) befindlichen Oberflächenschicht (11), auf der sich im Betrieb ein dünner Beschichtungsmittelfilm (10) mit einer bestimmten Filmdicke (dLAcκ) bildet, wobei zwischen dem Beschichtungs- mittelfilm (10) und der Oberflächenschicht (11) eine Grenzflächenreibung wirkt und die Oberflächenschicht (11) die Grenzflächenreibung zwischen dem Beschichtungsmittelfilm (10) und der Überströmfläche (8) verringert, c) wobei das Beschichtungsmittel ein Lack, insbesondere ein Effektlack ist, der flache, feste Lackpartikel (12) mit einer bestimmten Partikellänge (LPARTIKEL) enthält und auf der Oberflächenschicht (11) einen Lackfilm (10) bildet, dadurch gekennzeichnet, d) dass der Lackfilm (10) auf der Oberflächenschicht (11) der Überströmfläche (8) eine Filmdicke (dLAcκ) aufweist, die kleiner ist als die Partikellänge (LPARTIKEL) der Lackpartikel (12) .1. application element (1) for a rotary atomizer, in particular in the form of a bell cup or a rotary disk, with a) an overflow surface (8) which rotates in the coating operation with the application element (1) and is overflowed by a coating agent to be applied, and b) a surface layer (11) located on the overflow surface (8) on which a thin coating agent film (10) with a specific film thickness (d LA cκ) forms during operation, wherein between the coating medium film (10) and the surface layer (11) an interface friction acts and the surface layer (11) reduces the interfacial friction between the coating agent film (10) and the overflow surface (8), c) wherein the coating agent is a paint, in particular an effect paint, the flat, solid paint particles (12) having a certain particle length (L PARTICLE ) and on the surface layer (11) forms a paint film (10), d adurch characterized, d) that the paint film (10) on the surface layer (11) of the overflow surface (8) has a film thickness (d LA cκ), which is smaller than the particle length (L PARTICLES ) of the paint particles (12).
2. Applikationselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauhigkeit der Oberflächenschicht (11) der Überströmfläche (8) geringer ist als die Filmdicke (dLAcκ) des Beschichtungsmittelfilms (10). 2. Application element (1) according to claim 1, characterized in that the surface roughness of the surface layer (11) of the overflow surface (8) is less than the film thickness (d LA cκ) of the coating agent film (10).
3. Applikationselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauhigkeit der Oberflächenschicht (11) der Überströmfläche (8) kleiner ist als 200 μm, 50 μm, lOμm oder 5 μm.3. Application element (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface roughness of the surface layer (11) of the overflow surface (8) is smaller than 200 microns, 50 microns, lOμm or 5 microns.
4. Applikationselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (11) der Überströmfläche (8) eine reibungssenkende Textur aufweist, insbesonde- re eine Riblet-Struktur aufweist.4. Application element (1) according to claim 1, characterized in that the surface layer (11) of the overflow surface (8) has a friction-reducing texture, in particular has a riblet structure.
5. Applikationselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (11) mindestens teilweise aus einem Nitrid besteht.5. Application element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the surface layer (11) consists at least partially of a nitride.
6. Applikationselement (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (11) mindestens teilweise aus folgende Materialien besteht: a) Titan-Nitrid, b) Chrom-Nitrid, c) Titan-Kohlenstoff-Nitrid, d) Zirkonium-Nitrid, e) Wolfram-Kohlenstoff-Nitrid, f) Aluminium-Titan-Nitrid.6. Application element (1) according to claim 5, characterized in that the surface layer (11) consists at least partially of the following materials: a) titanium nitride, b) chromium nitride, c) titanium-carbon nitride, d) zirconium Nitride, e) tungsten carbon nitride, f) aluminum titanium nitride.
7. Applikationselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (11) mindestens teilweise aus einem der folgenden Materialien besteht: a) Glas, b) Keramik, c) Metall, d) Nanopartikel. 7. Application element (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface layer (11) consists at least partially of one of the following materials: a) glass, b) ceramic, c) metal, d) nanoparticles.
8. Applikationselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (11) der Überströmfläche (8) abriebfester und/oder härter ist als die unbeschichtete Überströmfläche (8).8. Application element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the surface layer (11) of the overflow surface (8) is more resistant to abrasion and / or harder than the uncoated overflow surface (8).
9. Applikationselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (11) eine Vickershärte von mehr als 1000 HV, 1500 HV oder 2000 HV aufweist.9. Application element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the surface layer (11) has a Vickers hardness of more than 1000 HV, 1500 HV or 2000 HV.
10. Applikationselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (11) der Überströmfläche (8) aus einem anderen Material besteht als die darunter befindliche Überströmfläche (8).10. Application element (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface layer (11) of the overflow surface (8) consists of a different material than the underlying overflow surface (8).
11. Applikationselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (11) der Überströmfläche (8) aus demselben Material besteht wie die darunter befindliche Überströmfläche (8).11. Application element (1) according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the surface layer (11) of the overflow surface (8) consists of the same material as the underlying overflow surface (8).
12. Applikationselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (11) der Überströmfläche (8) eine auf die Überström- fläche (8) aufgebrachte Folie ist.12. Application element (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface layer (11) of the overflow surface (8) on the overflow surface (8) applied film.
13. Rotationszerstäuber, insbesondere Glockenzerstäuber o- der Scheibenzerstäuber, mit einem Applikationselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.13. Rotary atomizer, in particular bell atomizer or disc atomizer, with an application element (1) according to one of the preceding claims.
14. Lackiermaschine, insbesondere Lackierroboter, mit einem Rotationszerstäuber nach Anspruch 13. 14. Varnishing machine, in particular painting robot, with a rotary atomizer according to claim 13.
15. Betriebsverfahren für einen Rotationszerstäuber mit einem rotierenden Applikationselement (1), insbesondere einem Glockenteller oder einer Rotationsscheibe, bei dem ein Be- schichtungsmittel eine Überströmfläche (8) an dem rotierenden Applikationselement (1) überströmt und auf der Überströmfläche (8) einen Beschichtungsmittelfilm (10) mit einer bestimmten Filmdicke (dLACκ) bildet, wobei die Grenzflächenreibung zwischen dem Beschichtungsmittelfilm (10) und der Überströmfläche (8) durch eine reibungsmindernde Oberflächenschicht (11) auf der Überströmfläche (8) verringert wird, während das Beschichtungsmittel ein Lack ist, der feste, flache Lackpartikel (12) mit einer bestimmten Partikellänge (LPARTIKEL) enthält und auf der Oberflächenschicht (11) der Überströmfläche (8) einen Lackfilm (10) mit einer bestimmten Filmdicke (dLAcκ) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächenreibung zwischen der Oberflächenschicht (11) der Überströmfläche (8) und dem Lackfilm (10) so gering ist, dass die Filmdicke (CILACK) des Lackfilms (10) kleiner ist als die Partikellänge (LPARTIKEL) der Lackpartikel (12) .15. Operating method for a rotary atomizer with a rotating application element (1), in particular a bell cup or a rotating disk, in which a coating medium flows over an overflow surface (8) on the rotating application element (1) and on the overflow surface (8) a coating agent film ( 10) having a certain film thickness (d LAC κ), wherein the interfacial friction between the coating agent film (10) and the overflow surface (8) is reduced by a friction reducing surface layer (11) on the overflow surface (8) while the coating agent is a paint , the solid, flat paint particles (12) having a certain particle length (L PARTICLES ) and on the surface layer (11) of the overflow surface (8) a paint film (10) with a certain film thickness (d LA cκ), characterized in that the boundary surface friction between the surface layer (11) of the overflow surface (8 ) and the paint film (10) is so small that the film thickness (CI LACK ) of the paint film (10) is smaller than the particle length (L PARTICLE ) of the paint particles (12).
16. Betriebsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, a) dass mit dem Rotationszerstäuber ein Effektlack appliziert wird, der feste, flache Lackpartikel (12) ent- hält, und b) dass nach der Applikation des Effektlacks durch den Rotationszerstäuber keine manuelle oder maschinelle Nachbesserung des aufgetragenen Effektlacks erfolgt.16. Operating method according to claim 15, characterized in that a) that with the rotary atomizer an effect varnish is applied, which contains solid, flat paint particles (12), and b) that after the application of the effect varnish by the rotary atomizer no manual or mechanical rectification the applied effect varnish takes place.
17. Betriebsverfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, a) dass mit dem Rotationszerstäuber ein Effektlack appliziert wird, der feste, flache Lackpartikel (12) enthält, und b) dass die Applikation des Effektlacks mittels Rotationszerstäuber mit anderen Zerstäubungsverfahren so kombiniert werden kann, dass hinsichtlich Farbton und Farbtoneffekt gleichwertige Ergebnisse ohne Lackmaterialan- 5 passung erreicht werden.17. Operating method according to claim 15 or 16, characterized in that a) that with the rotary atomizer, an effect varnish is applied which contains solid, flat paint particles (12), and b) that the application of the effect paint can be combined by means of rotary atomizer with other sputtering so that in terms of hue and color effect equivalent results without Lackmaterialan- 5 adaptation can be achieved.
18. Verwendung eines Applikationselements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Applikation eines Effektlacks, der feste, flache Lackpartikel (12) enthält. Q * * * * * 18. Use of an application element (1) according to any one of claims 1 to 12 for the application of an effect varnish containing solid, flat paint particles (12). Q * * * * *
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