EP2638974A1 - Rotationszerstäuber und Verfahren zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand - Google Patents

Rotationszerstäuber und Verfahren zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand Download PDF

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EP2638974A1
EP2638974A1 EP20130001056 EP13001056A EP2638974A1 EP 2638974 A1 EP2638974 A1 EP 2638974A1 EP 20130001056 EP20130001056 EP 20130001056 EP 13001056 A EP13001056 A EP 13001056A EP 2638974 A1 EP2638974 A1 EP 2638974A1
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EP
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radiation
coating material
bell cup
rotary
generated
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EP20130001056
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EP2638974B1 (de
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Alexander Carls
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Eisenmann SE
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Eisenmann SE
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/02—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
    • B05B3/10—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member
    • B05B3/1007—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member characterised by the rotating member
    • B05B3/1014—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member characterised by the rotating member with a spraying edge, e.g. like a cup or a bell
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/04—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces
    • B05B5/0403—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces characterised by the rotating member
    • B05B5/0407—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces characterised by the rotating member with a spraying edge, e.g. like a cup or a bell

Definitions

  • the invention relates to a rotary atomizer for applying a coating material to an object with a rotatable about a rotation axis bell cup having an outflow surface, which coating material can be supplied in such a way that coating material is thrown away from the bell cup.
  • the invention relates to a method for applying a coating material to an article in which coating material is ionized.
  • Such rotary atomizers are used in such processes, for example in the automotive industry, to paint or coat articles such as vehicle bodies or parts of vehicle bodies with a protective material.
  • the bell cup serves to atomize the coating material, for which it is rotated about its axis of rotation in operation at very high speeds of 10,000 to 100,000 U min -1.
  • the rotating bell cup is supplied with the selected coating material. Due to centrifugal forces, which act on the coating material, it is driven on the bell cup as a film to the outside, until it reaches a radially outer spoiler lip of the bell cup. There, such high centrifugal forces act on the coating material that it is thrown tangentially in the form of fine coating material droplets.
  • the application of the coating material may, for example done electrostatically.
  • the coating material for example a lacquer, is thereby ionized and exposed to an electric field in which coating material is transported to the object due to electrostatic forces, which for this purpose is at ground potential, for example.
  • the ionization of the paint or the paint particles can be done in such atomizers by a so-called internal charging.
  • internal charging the paint passes inside the rotary atomizer on its way to the bell cup over a high-voltage inner electrode, wherein it receives electrical charges.
  • the ionization of the paint or the paint particles is carried out by a so-called external charging.
  • external charging usually several outer electrodes are arranged around the bell cup, through which the intermediate air is ionized.
  • the initially neutral paint particles are charged as they pass through the ionized air and in this way also ionized.
  • the invention is based on the recognition that by means of an electromagnetic beam a kind of channel can be created towards the object, along which coating material moves to the object.
  • an electromagnetic radiation can be generated by the at least one radiation source through which air and / or coating material is ionized.
  • the initially neutral coating material is charged upon contact with this air and likewise ionized accordingly.
  • coating material can also be directly ionized by electromagnetic radiation.
  • the radiation device is set up such that a beam can be generated which runs coaxially to the axis of rotation of the bell cup. On This way, a centered spray jet can be generated with respect to the bell cup.
  • the radiation device is set up in such a way that at least one beam can be generated, which strikes radially adjacent to the bell cup on coating material thrown away from the bell cup. In this way, annular sprays can be generated, as they are also commonplace.
  • the at least one radiation source can also be attached to the outside of the rotary atomizer.
  • this may be advantageous if the radial distance from the bell cup is to be greater than an existing housing allows.
  • laser radiation can be generated by the at least one radiation source.
  • energy densities can be produced in a technically favorable manner, as required in particular for the ionization of air and / or coating material.
  • a laser unit can be formed by a laser per se or, moreover, also comprise components by means of which the laser radiation is conducted to a delivery location which is removed from the laser is.
  • Such components include, for example, optical fibers such as glass fiber elements or the like.
  • the at least one radiation source is a solid-state laser. But other types of lasers may be suitable.
  • a spray pattern with a defined outer contour can be formed well, in particular if a plurality of radiation sources are present.
  • the generated spray pattern can be adapted to locally prevailing requirements.
  • the radiation sources themselves can be movable or deflecting means can be present, through which a beam of a radiation source can be deflected.
  • Air and / or coating material is ionized by means of electromagnetic radiation and / or directed to the object.
  • a rotary atomizer is used with some or all of the features discussed above.
  • FIG. 1 Reference is made below using the FIG. 1 described components in the FIGS. 2 to 4 bear the same reference numerals.
  • FIG. 1 2 is a total of a rotary atomizer, of which only a head section 4 with a nozzle head 6 is shown.
  • paint can be applied to an object 8 which is not specifically shown which is shown only strongly schematically.
  • the bell cup 10 is rotatable at high speed about its axis of rotation 18, to which the rotary atomizer 2 comprises a drive means 20, which is illustrated only schematically in the figure.
  • the bell cup 10 can be driven, for example, by means of an electric motor or pneumatically.
  • the bell cup 10 rotates in operation at a speed of 10,000 to 100,000 min -1 about its axis of rotation 18th
  • the bell cup 10 is supported by the free end of a bell cup 10 coaxial hollow shaft 22 which is coupled to the drive means 20 and which defines a supply channel 24 for coating material in the longitudinal direction.
  • a coating material it is assumed below of a paint material, but also other coating materials, such. fluidized powder coatings can be applied to an object by means of the rotary atomizer.
  • the feed channel 24 is fed from a paint reservoir 26 via a paint line 28.
  • Paint which exits the feed channel 24, strikes first in a known manner and on a baffle plate 30 inside the bell cup 10, which rotatably with this is connected and perpendicular to the axis of rotation 18 extends.
  • the paint flows due to the rotation to the inner circumferential surface 16 of the bell cup 10, which serves as a discharge surface.
  • the paint then passes as a paint film forward to the edge of the bell plate 10 remote from the hollow shaft 22, which forms a tear-off edge 32. There, the paint film is thrown in the form of paint droplets. This produces droplets of different sizes, which extend over a relatively large area.
  • the rotary atomizer 2 also has a radiation device 34, which directs electromagnetic radiation to paint material, which is thrown away from the bell cup 10.
  • the radiation device 34 comprises a plurality of radiation sources 36, by means of which the electromagnetic radiation is generated.
  • the electromagnetic radiation is so high in energy that coating material which is in the influence of the electromagnetic radiation is ionized.
  • the air is first ionized and the initially neutral paint particles are charged when passing the ionized air and in this way also ionized.
  • the radiation intensity actually required for ionization of the air or the coating material may vary depending on the coating material used.
  • a power supply for the radiation device 34 is known per se and not specifically shown in the figures.
  • laser units 38 are present as radiation sources, by means of which a correspondingly high-energy electromagnetic radiation in the form of a laser beam 40 can be generated, which is indicated by dashed lines Lines is indicated.
  • the laser units 38 are, for example, solid-state lasers or other suitable lasers.
  • pulse lasers can also be used.
  • the energy of the laser beams should be selected so that after the ionization no energy input to the surface of the article 8 more.
  • the laser units 38 are housed in a housing 42 which defines an annular space 44 which radially surrounds the hollow shaft 22 and thus the axis of rotation 18.
  • the laser units 48 are distributed uniformly around the hollow shaft 22 in the circumferential direction.
  • the respective laser beams 40 of the laser units 38 pass through openings 46 out of the housing 42, which thus serve as exit windows for electromagnetic radiation, and impinge radially next to the bell cup 10 on the paint material, which is thrown away from the bell cup 10.
  • the laser beams 40 run parallel to the axis of rotation 18 of the bell cup 10.
  • a type of ionization channel 48 is formed, in which the energy density is high enough to ionize paint material directly or via a previous ionization of the air. This is illustrated by positively ionized paint particles 50, which are not shown to scale and considerably enlarged.
  • an electric field is built up in a manner known per se by means of a field device not specifically shown, so that the positively ionized coating material migrates to the object 8. This occurs so quickly that the ionized paint material largely follows the respective laser beam 40 and the ionization channel 48, whereby the paint material thrown away from the bell cup 10 becomes a spray jet 52 is focused, which focuses the paint material on the object 8.
  • the spray pattern of the spray jet 52 ie the pattern of the lacquer material striking the article 8, and the efficiency of the focusing depend on the number and the emission direction of the laser units 38.
  • each laser beam 40 of the laser units 38 is fixed, whereby a spray jet 52 is formed with a substantially cylindrical contour, which is obtained with a corresponding number of laser units 38.
  • a spray 52 may be generated which widens or tapers towards the article 8.
  • FIG. 2 2 shows a second exemplary embodiment shows a rotary atomizer 2, in which the radiation device 34 comprises deflecting means in the form of mirror arrangements 54.
  • Each mirror assembly 54 each includes a mirror 56, which cooperates with a respective laser unit 38 and the laser beam 40 deflects so that it passes through the opening 46 of the housing 42 radially to the bell plate 10 to the article 8.
  • the laser beams 40 can emerge at different angles with respect to the axis of rotation 18 of the bell cup 10 from the openings 46 of the housing 42.
  • the mirrors 56 may be fixed in place. At present Embodiment, the mirror 56, however, are movably mounted and can be aligned by means of a mirror drive 58.
  • the mirrors 36 can be moved independently of each other, whereby each laser beam 40 can be directed individually to the object 8 and thus individually specify an ionization channel 48. In this way, spray images can be generated, which are not rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation 18 of the bell cup 10.
  • the radiation image obtained by one or more laser units 38 may also be defined by a light guide.
  • a light guide can form the laser radiation into a ring beam.
  • a light-conducting device can be used for this purpose, e.g. Include fiberglass elements.
  • FIG. 3 shows as a third embodiment, a rotary atomizer 2, in which the laser units 38 are mounted externally on the housing 42.
  • the laser units 38 may be arranged stationary, so that only a single spray pattern can be generated.
  • the laser units 38 may be tiltably mounted, so that the emission direction of the laser beams 40 and the resulting spray pattern of the spray jet 52 can be adjusted via the position and orientation of the laser units 38.
  • the outside of the housing 42 mounted laser units 38 can also complement the laser units 38 in the rotary atomizers 2 after the FIGS. 1 and 2 be provided.
  • the laser units 38 are associated with complementary laser optics, by which a specific radiation image can be generated.
  • the laser beams 40 may be formed into a ring beam which surrounds the bell cup 10 and may be cylindrical or formed as a cone. The laser beams 40 must then have such a high radiation intensity that the energy in the generated radiation image is sufficient to ionize paint material.
  • FIG. 4 shows as a fourth embodiment, a rotary atomizer 2, in which a central laser beam 60 can be generated which is coaxial with the axis of rotation 18 of the bell cup 10.
  • the bell cup 10 is supported instead of the hollow shaft 22 by a double hollow shaft 62 with an outer annular channel 64 and an inner passage 66.
  • the inner passage 66 opens into a through hole 68 of a baffle plate 70, which is arranged instead of the baffle plate 30 coaxial with the bell cup 10 and rotatably connected thereto.
  • the outer annular channel 64 can be fed via the paint line 28 from the paint reservoir 26, wherein the paint passes over the baffle ring plate 70 to the inner circumferential surface 16 of the bell cup 10.
  • the central laser beam 60 is generated by a laser unit 38 disposed behind the double hollow shaft 62 such that the central laser beam 60 extends coaxially with the inner through passage 66 of the double hollow shaft 62 and through the through hole 68 of the baffle plate 70 toward the article 8.
  • a shaping device 72 is provided in the rotary atomizer 2 after FIG. 4 .
  • paint material thrown away from the bell cup 10 can be additionally bundled onto the object 8 and at least a part thereof in the direction of the central laser beam 60.
  • the annular space 44 is supplied via a supply line 74 compressed air from a compressed air source 76, which is discharged as shaping air through the openings 46 of the housing 42 on the outer circumferential surface 78 of the bell cup 10 and thrown away from it paint droplets.
  • the openings 46 serve in this case as discharge openings for shaping air and are distributed in the circumferential direction around the hollow shaft 22 and the bell cup 10. Part of the flow paths of the shaping air is in the FIG. 4 illustrated by small arrows, but the full outer circumferential surface 78 of the bell cup 10 is achieved by directing air.
  • the ionization channel 48 forms correspondingly along the central laser beam 60, whereby a spray pattern can be generated in which the focus is directed to the axis of rotation 18 of the bell cup 10.
  • the rotary atomizer 2 can after FIG. 4
  • radiation sources 36 and, more specifically, laser units 38, as they belong to the FIGS. 1 to 3 were explained.
  • the laser units 38 are arranged in the annular space 44 of the housing 42, its openings 46 then serve both as exit windows for the laser beams 40 and as discharge openings for the shaping air.
  • the shaping air device 72 can also be used with the rotary atomizers 2 according to the FIGS. 1 to 3 be present and support the focusing and bundling of the coating material on the article 8.

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  • Nozzles (AREA)
  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)

Abstract

Ein Rotationszerstäuber zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand (8) umfasst einen um eine Rotationsachse (18) drehbaren Glockenteller (10) mit einer Abströmfläche (16), welcher Beschichtungsmaterial derart zuführbar ist, dass Beschichtungsmaterial von dem Glockenteller (10) weg geschleudert wird. Es ist eine Strahlungseinrichtung (34) vorhanden, welche wenigstens eine Strahlungsquelle (36, 38) umfasst, mittels der elektromagnetische Strahlung (40, 60) erzeugbar ist, und welche die elektromagnetische Strahlung (40) auf von dem Glockenteller (10) weg geschleudertes Beschichtungsmaterial leiten kann. Außerdem ist ein Verfahren zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand (8) angegeben, bei welchem Beschichtungsmaterial ionisiert und auf den Gegenstand (8) geleitet wird. Das Beschichtungsmaterial wird mittels elektromagnetischer Strahlung (40, 60) ionisiert und/oder auf den Gegenstand (8) geleitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Rotationszerstäuber zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Glockenteller mit einer Abströmfläche, welcher Beschichtungsmaterial derart zuführbar ist, dass Beschichtungsmaterial von dem Glockenteller weg geschleudert wird.
  • Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand, bei welchem Beschichtungsmaterial ionisiert wird.
  • Derartige Rotationszerstäuber werden bei solchen Verfahren zum Beispiel in der Automobilindustrie verwendet, um Gegenstände, wie Fahrzeugkarosserien oder Teile von Fahrzeugkarosserien, zu lackieren oder mit einem Schutzmaterial zu beschichten.
  • Der Glockenteller dient dabei zum Zerstäuben des Beschichtungsmaterials, wozu er im Betrieb mit sehr hohen Drehzahlen von 10.000 bis 100.000 U min-1 um seine Rotationsachse gedreht wird. Dem rotierenden Glockenteller wird das ausgewählte Beschichtungsmaterial zugeführt. Auf Grund von Zentrifugalkräften, die auf das Beschichtungsmaterial wirken, wird es auf dem Glockenteller als Film nach außen getrieben, bis es zu einer radial außen liegenden Abrisskante des Glockentellers gelangt. Dort wirken derart hohe Zentrifugalkräfte auf das Beschichtungsmaterial, dass es in Form von feinen Beschichtungsmaterial-Tröpfchen tangential weggeschleudert wird.
  • Das Aufbringen des Beschichtungsmaterials kann beispielsweise elektrostatisch erfolgen. Das Beschichtungsmaterial, z.B. ein Lack, wird dabei ionisiert und einem elektrischen Feld ausgesetzt, in welchem Beschichtungsmaterial auf Grund elektrostatischer Kräfte zu dem Gegenstand transportiert wird, welcher hierzu z.B. auf Massepotential liegt.
  • Die Ionisierung des Lacks oder der Lackpartikel kann bei solchen Zerstäubern durch eine so genannte Innenaufladung erfolgen. Bei der Innenaufladung läuft der Lack innerhalb des Rotationszerstäubers auf seinem Weg zum Glockenteller an einer Hochspannungs-Innenelektrode vorbei, wobei er elektrische Ladungen aufnimmt.
  • Alternativ ist es bekannt, dass die Ionisierung des Lacks oder der Lackpartikel durch eine so genannte Außenaufladung erfolgt. In der Regel sind dann mehrere Außenelektroden um den Glockenteller herum angeordnet, durch welche die dazwischen liegende Luft ionisiert wird. Die zunächst neutralen Lackpartikel werden beim Passieren der ionisierten Luft aufgeladen und auf diese Weise ebenfalls ionisiert.
  • Die Ionisierung mittels Hochspannung erfordert jedoch einen großen apparativen Aufwand. Zudem muss aus Sicherheitsgründen stets eine Potentialtrennung gegenüber anderen leitfähigen Komponenten der Anlage sichergestellt sein, da es sonst zu Spannungsüberschlägen kommen kann, die aus Gründe des Explosionsschutzes unbedingt verhindert werden müssen.
  • Um den Sprühstrahl aus Lackmaterial auf einen zu beschichtenden Gegenstand zu fokussieren, haben sich bei bekannten Rotationszerstäubern Lenkeinrichtungen etabliert, die mit Druckluft arbeiten. Mit diesen wird ein meist ringförmiger Lenkluftstrom so auf den Sprühstrahl geleitet, dass dieser gebündelt wird und die Tröpfchen unterschiedlicher Größe gerichtet auf den zu beschichtenden Gegenstand gelenkt werden. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotationszerstäuber und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche weniger komplex sind.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Rotationszerstäuber der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Strahlungseinrichtung vorhanden ist, welche
    1. a) wenigstens eine Strahlungsquelle umfasst, mittels der elektromagnetische Strahlung erzeugbar ist;
    2. b) die elektromagnetische Strahlung auf von dem Glockenteller weg geschleudertes Beschichtungsmaterial leiten kann.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mittels eines elektromagnetischen Strahls eine Art Kanal zum Gegenstand hin geschaffen werden kann, entlang welchem sich Beschichtungsmaterial zu dem Gegenstand bewegt.
  • Hierbei ist es insbesondere günstig, wenn durch die wenigstens eine Strahlungsquelle eine elektromagnetische Strahlung erzeugbar ist, durch die Luft und/oder Beschichtungsmaterial ionisiert wird. In diesem Fall kann auf die apparativ aufwendige Ionisierung über Hochspannung verzichtet werden. Wenn Luft durch die elektromagnetische Strahlung ionisiert wird, wird das zunächst neutrale Beschichtungsmaterial beim Kontakt mit dieser Luft aufgeladen und entsprechend ebenfalls ionisiert. Gegebenenfalls kann Beschichtungsmaterial auch durch elektromagnetische Strahlung direkt ionisiert werden.
  • Es kann günstig sein, wenn die Strahlungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein Strahl erzeugbar ist, welcher koaxial zur Rotationsachse des Glockentellers verläuft. Auf diese Weise kann ein, bezogen auf den Glockenteller, zentrierter Sprühstrahl erzeugt werden.
  • Darüber hinaus oder alternativ kann es vorteilhaft sein, wenn die Strahlungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass wenigstens ein Strahl erzeugbar ist, welcher radial neben dem Glockenteller auf von dem Glockenteller weg geschleudertes Beschichtungsmaterial trifft. Auf diese Weise können ringförmige Sprühstrahlen erzeugt werden, wie sie auch allgemein üblich sind.
  • Im Arbeitsbereich des Rotationszerstäubers liegt stets ein Lacknebel vor; aus diesem können sich Lackpartikel auch an Außenbereichen des Rotationszerstäubers absetzten. Um die Strahlungsquelle davor zu schützen, ist es günstig, wenn diese in einem Ringraum eines Gehäuses angeordnet sind, welches die Rotationsachse des Glockentellers radial umgibt und welches wenigstens ein Austrittfenster für die elektromagnetische Strahlung umfasst.
  • Alternativ oder ergänzend kann die wenigstens eine Strahlungsquelle auch außen an dem Rotationszerstäuber angebracht sein. Beispielsweise kann dies von Vorteil sein, wenn der radiale Abstand von dem Glockenteller größer sein soll als es ein vorhandenes Gehäuse zulässt.
  • Es ist besonders günstig, wenn durch die wenigstens eine Strahlungsquelle Laserstrahlung erzeugbar ist. Mit Lasereinheiten als Strahlungsquelle lassen sich auf technisch günstige Weise Energiedichten erzeugen, wie sie insbesondere für die Ionisation von Luft und/oder Beschichtungsmaterial erforderlich sind. Eine Lasereinheit kann vorliegend durch einen Laser an sich gebildet sein oder darüber hinaus auch Komponenten umfassen, mittels welchen die Laserstrahlung zu einem Abgabeort geleitet wird, der von dem Laser entfernt ist. Zu solchen Komponenten zählen beispielsweise Lichtleiter wie Glasfaserelemente oder dergleichen.
  • Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Strahlungsquelle ein Festkörperlaser ist. Aber auch andere Laserarten können geeignet sein.
  • Ein Sprühbild mit einer definierten Außenkontur kann insbesondere dann gut gebildet werden, wenn mehrere Strahlungsquellen vorhanden sind.
  • Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn zumindest ein Teil der mehreren Strahlungsquellen in Umfangsrichtung um die Rotationsachse des Glockentellers herum verteilt angeordnet sind.
  • Wenn eine oder mehrere Strahlungsquellen vorhanden sind und die Strahlungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass der Winkel eines oder mehrerer Strahlen bezogen auf die Rotationsachse der Glockentellers einstellbar ist, kann das erzeugte Sprühbild an vor Ort herrschende Anforderungen angepasst werden. Hierzu können beispielsweise die Strahlungsquellen selbst beweglich sein oder es können Umlenkmittel vorhanden sein, durch welche ein Strahl einer Strahlungsquelle umgelenkt werden kann.
  • Im Hinblick auf das eingangs genannte Verfahren wird die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass
  • Luft und/oder Beschichtungsmaterial mittels elektromagnetischer Strahlung ionisiert und/oder auf den Gegenstand geleitet wird.
  • Die Vorteile entsprechen sinngemäß den oben zum Rotationszerstäuber genannten Vorteilen.
  • Demzufolge ist es günstig, wenn Luft und/oder Beschichtungsmaterial mittels Laserstrahlung ionisiert wird.
  • Vorteilhaft wird ein Rotationszerstäuber mit einigen oder allen der oben erläuterten Merkmale verwendet.
  • Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
    • Figur 1
    einen Axialschnitt eines Düsenkopfes eines Rotationszerstäubers mit einer Strahlungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
    Figur 2
    einen Axialschnitt eines Düsenkopfes eines Rotationszerstäubers mit einer Strahlungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
    Figur 3
    einen Axialschnitt eines Düsenkopfes eines Rotationszerstäubers mit einer Strahlungseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
    Figur 4
    einen Axialschnitt eines Düsenkopfes eines Rotationszerstäubers mit einer Strahlungseinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, wobei zusätzlich eine Lenklufteinrichtung vorhanden ist.
  • Zunächst wird auf Figur 1 Bezug genommen, wobei nachfolgend anhand der Figur 1 beschriebene Komponenten in den Figuren 2 bis 4 dieselben Bezugszeichen tragen.
  • In Figur 1 ist mit 2 insgesamt ein Rotationszerstäuber bezeichnet, von dem lediglich ein Kopfabschnitt 4 mit einem Düsenkopf 6 gezeigt ist. Mittels des Rotationszerstäubers 2 kann Lack auf einen nicht eigens gezeigten Gegenstand 8 appliziert werden, welcher nur stark schematisch gezeigt ist.
  • Der Düsenkopf 6 umfasst einen rotationssymmetrischen Glockenteller 10. Dieser ist beim vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel insgesamt als hohler Kegelstumpf 12 mit einer umlaufenden Wand 14 ausgebildet und hat eine kegelstumpfförmige Innenmantelfläche 16. Der Glockenteller 10 kann auch hiervon abweichende Geometrien haben, wie sie an und für sich bei Glockentellern aus dem Stand der Technik bekannt sind.
  • Der Glockenteller 10 ist mit hoher Geschwindigkeit um seine Rotationsachse 18 drehbar, wozu der Rotationszerstäuber 2 eine Antriebseinrichtung 20 umfasst, die in der Figur lediglich schematisch veranschaulicht ist. Der Glockenteller 10 kann beispielsweise mittels eines Elektromotors oder pneumatisch angetrieben werden. Der Glockenteller 10 rotiert im Betrieb mit einer Drehzahl von 10.000 bis 100.000 min-1 um seine Rotationsachse 18.
  • Der Glockenteller 10 ist von dem freien Ende einer zum Glockenteller 10 koaxialen Hohlwelle 22 getragen, die mit der Antriebseinrichtung 20 gekoppelt ist und die in Längsrichtung einen Zuführkanal 24 für Beschichtungsmaterial begrenzt. Als Beispiel für ein Beschichtungsmaterial wird nachfolgend von einem Lackmaterial ausgegangen, aber auch andere Beschichtungsmaterialien, wie z.B. fluidisierte Pulverbeschichtungen, können mit Hilfe des Rotationszerstäubers auf einen Gegenstand appliziert werden. Der Zuführkanal 24 wird aus einem Lackreservoir 26 über eine Lackleitung 28 gespeist.
  • Lack, der aus dem Zuführkanal 24 austritt, trifft zunächst in an und für sich bekannter Weise auf eine Prallplatte 30 im Inneren des Glockentellers 10, welche mit diesem drehfest verbunden ist und senkrecht zur Rotationsachse 18 verläuft. Auf der Prallplatte 30 strömt der Lack auf Grund der Drehung zur Innenmantelfläche 16 des Glockentellers 10, welche als Abströmfläche dient. Auf dieser gelangt der Lack dann als Lackfilm weiter nach vorne zum von der Hohlwelle 22 abliegenden Rand des Glockentellers 10, der eine Abrisskante 32 bildet. Dort wird der Lackfilm in Form von Lacktröpfchen weggeschleudert. Hierbei entstehen Tröpfchen mit unterschiedlichen Größen, die sich über einen verhältnismäßig großen Bereich erstrecken.
  • Der Rotationszerstäuber 2 weist außerdem eine Strahlungseinrichtung 34 auf, welche elektromagnetische Strahlung auf Lackmaterial leitet, das von dem Glockenteller 10 weg geschleudert wird. Die Strahlungseinrichtung 34 umfasst mehrere Strahlungsquellen 36, mittels welchen die elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Die elektromagnetische Strahlung ist dabei derart energiereich, dass Beschichtungsmaterial, welches sich im Einflussbereich der elektromagnetischen Strahlung befindet, ionisiert wird. Gegebenenfalls wird zunächst auch die Luft ionisiert und die zunächst neutralen Lackpartikel werden beim Passieren der ionisierten Luft aufgeladen und auf diese Weise ebenfalls ionisiert.
  • Die tatsächlich für eine Ionisation der Luft oder des Beschichtungsmaterials benötigte Strahlungsstärke kann abhängig von dem verwendeten Beschichtungsmaterial variieren. Eine Energieversorgung für die Strahlungseinrichtung 34 ist an und für sich bekannt und in den Figuren nicht eigens gezeigt.
  • Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind als Strahlungsquellen Lasereinheiten 38 vorhanden, durch die eine entsprechend energiereiche elektromagnetische Strahlung in Form eines Laserstrahls 40 erzeugt werden kann, der durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Die Lasereinheiten 38 sind beispielsweise Festkörperlaser oder andere geeignete Laser. Gegebenenfalls können auch Pulslaser eingesetzt werden. Die Energie der Laserstrahlen sollte so gewählt werden, dass nach der Ionisierung kein Energieeintrag auf die Oberfläche des Gegenstandes 8 mehr erfolgt.
  • Die Lasereinheiten 38 sind in einem Gehäuse 42 untergebracht, welches einen Ringraum 44 begrenzt, der die Hohlwelle 22 und damit die Rotationsachse 18 radial umgibt. Die Lasereinheiten 48 sind dabei in Umfangsrichtung um die Hohlwelle 22 herum gleichmäßig verteilt. Die jeweiligen Laserstrahlen 40 der Lasereinheiten 38 treten durch Öffnungen 46 aus dem Gehäuse 42 aus, die somit als Austrittsfenster für elektromagnetische Strahlung dienen, und treffen radial neben dem Glockenteller 10 auf das Lackmaterial, welches von dem Glockenteller 10 weg geschleudert wird. Die Laserstrahlen 40 verlaufen dabei parallel zur Rotationsachse 18 des Glockentellers 10.
  • Entlang der Laserstrahlen 40 bildet sich eine Art Ionisationskanal 48, in dem die Energiedichte hoch genug ist, um Lackmaterial direkt oder über eine vorangehende Ionisation der Luft zu ionisieren. Dies ist durch positiv ionisierte Lackpartikel 50 veranschaulicht, welche nicht maßstabsgerecht und beträchtlich vergrößert gezeigt sind.
  • Zwischen dem Rotationszerstäuber 2 und dem Gegenstand 8 ist in an und für sich bekannter Weise durch eine nicht eigens gezeigte Feldeinrichtung ein elektrisches Feld aufgebaut, so dass das positiv ionisierte Lackmaterial zu dem Gegenstand 8 wandert. Dies erfolgt so schnell, dass das ionisierte Lackmaterial weitgehend dem jeweiligen Laserstrahl 40 und dem Ionisationskanal 48 folgt, wodurch das von dem Glockenteller 10 weg geschleuderte Lackmaterial zu einem Sprühstrahl 52 gebündelt wird, der das Lackmaterial auf den Gegenstand 8 fokussiert. Das Sprühbild des Sprühstrahls 52, d.h. das Muster des auf den Gegenstand 8 auftreffenden Lackmaterials, und die Effizienz der Fokussierung hängt dabei von der Zahl und der Abstrahlrichtung der Lasereinheiten 38 ab.
  • Beim in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Richtung jedes Laserstrahls 40 der Lasereinheiten 38 unveränderlich, wobei ein Sprühstrahl 52 mit einer weitgehend zylindrischen Kontur ausgebildet wird, die bei einer entsprechenden Anzahl von Lasereinheiten 38 erhalten wird.
  • Wenn die Abstrahlrichtung der Lasereinheiten 38 gegenüber der Rotationsachse 18 des Glockentellers 10 verkippt wird, können andere Strahlungsbilder und auf diesem Wege z.B. ein Sprühstrahl 52 erzeugt werden, welcher sich in Richtung auf den Gegenstand 8 zu erweitert oder verjüngt.
  • Eine andere Möglichkeit, das durch die Lasereinheiten 38 erzeugte Strahlungsbild und die Kontur des Sprühstrahls 52 zu beeinflussen, ist in Figur 2 veranschaulicht, welche als zweites Ausführungsbeispiel einen Rotationszerstäuber 2 zeigt, bei welchem die Strahlungseinrichtung 34 Umlenkmittel in Form von Spiegelanordnungen 54 umfasst. Jede Spiegelanordnung 54 umfasst jeweils einen Spiegel 56, der mit jeweils einer Lasereinheit 38 zusammenarbeitet und deren Laserstrahl 40 so umlenkt, dass dieser durch die Öffnung 46 des Gehäuses 42 radial an dem Glockenteller 10 vorbei zu dem Gegenstand 8 verläuft.
  • Abhängig von der Winkelstellung eines jeweiligen Spiegels 56 können die Laserstrahlen 40 in unterschiedlichen Winkeln bezogen auf die Rotationsachse 18 des Glockentellers 10 aus den Öffnungen 46 des Gehäuses 42 austreten.
  • Die Spiegel 56 können stationär befestigt sein. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Spiegel 56 jedoch beweglich gelagert und können mittels eines Spiegelantriebs 58 ausgerichtet werden. Die Spiegel 36 können unabhängig voneinander bewegt werden, wodurch jeder Laserstrahl 40 individuell auf den Gegenstand 8 gerichtet werden und so jeweils individuell einen Ionisationskanal 48 vorgeben kann. Auf diese Weise können auch Sprühbilder erzeugt werden, die bezogen auf die Rotationsachse 18 des Glockentellers 10 nicht rotationssymmetrisch sind.
  • Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung kann das durch ein oder mehrere Lasereinheiten 38 erhaltene Strahlungsbild auch durch eine Lichtleiteinrichtung festgelegt werden. Beispielsweise können solche Lichtleitmittel die Laserstrahlung zu einem Ringstrahl formen. Eine Lichtleiteinrichtung kann hierzu z.B. Glasfaserelemente umfassen.
  • Figur 3 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel einen Rotationszerstäuber 2, bei dem die Lasereinheiten 38 außen an dem Gehäuse 42 angebracht sind. Die Lasereinheiten 38 können stationär angeordnet sein, so dass nur ein einziges Sprühbild erzeugt werden kann. Bei einer Abwandlung können die Lasereinheiten 38 verkippbar gelagert sein, so dass die Abstrahlrichtung der Laserstrahlen 40 und das resultierende Sprühbild des Sprühstrahls 52 über die Position und Ausrichtung der Lasereinheiten 38 eingestellt werden kann. Die außen am Gehäuse 42 angebrachten Lasereinheiten 38 können auch ergänzend zu den Lasereinheiten 38 bei den Rotationszerstäubern 2 nach den Figuren 1 und 2 vorgesehen sein.
  • Bei nicht eigens gezeigten Abwandlungen der oben erläuterten Rotationszerstäuber 2 sind den Lasereinheiten 38 ergänzende Laseroptiken zugeordnet, durch welche ein bestimmtes Strahlungsbild erzeugt werden kann. Beispielsweise können die Laserstrahlen 40 zu einem Ringstrahl geformt werden, welcher den Glockenteller 10 umschließt und zylindrisch oder auch als Konus ausgebildet sein kann. Die Laserstrahlen 40 müssen dann eine derart hohe Strahlungsstärke haben, dass die Energie in dem erzeugten Strahlungsbild ausreicht, um Lackmaterial zu ionisieren.
  • Figur 4 zeigt als viertes Ausführungsbeispiel einen Rotationszerstäuber 2, bei dem ein zentraler Laserstrahl 60 erzeugt werden kann, der koaxial zur Rotationsachse 18 des Glockentellers 10 verläuft.
  • Hierzu ist der Glockenteller 10 statt von der Hohlwelle 22 von einer Doppelhohlwelle 62 mit einem äußeren Ringkanal 64 und einem inneren Durchgangskanal 66 getragen. Der innere Durchgangskanal 66 mündet in eine Durchgangsöffnung 68 einer Prallringplatte 70, die anstelle der Prallplatte 30 koaxial zu dem Glockenteller 10 angeordnet und drehfest mit diesem verbunden ist. Der äußere Ringkanal 64 kann über die Lackleitung 28 aus dem Lackreservoir 26 gespeist werden, wobei der Lack über die Prallringplatte 70 zur Innenmantelfläche 16 des Glockentellers 10 gelangt.
  • Der zentrale Laserstrahl 60 wird von einer Lasereinheit 38 erzeugt, die so hinter der Doppelhohlwelle 62 angeordnet ist, dass der zentrale Laserstrahl 60 koaxial zum inneren Durchgangskanal 66 der Doppelhohlwelle 62 und durch die Durchgangsöffnung 68 der Prallringplatte 70 hindurch in Richtung auf den Gegenstand 8 verläuft.
  • Bei dem Rotationszerstäuber 2 nach Figur 4 ist zusätzlich eine Lenklufteinrichtung 72 vorgesehen. Mittels der Lenklufteinrichtung 72 kann vom Glockenteller 10 weg geschleudertes Lackmaterial ergänzend auf den Gegenstand 8 und zumindest ein Teil davon in Richtung auf den zentralen Laserstrahl 60 gebündelt werden.
  • Hierzu wird dem Ringraum 44 über eine Versorgungsleitung 74 Druckluft aus einer Druckluftquelle 76 zugeführt, welche als Lenkluft durch die Öffnungen 46 des Gehäuses 42 auf die Außenmantelfläche 78 des Glockentellers 10 und die von diesem weg geschleuderten Lacktröpfchen abgegeben wird. Die Öffnungen 46 dienen in diesem Fall als Abgabeöffnungen für Lenkluft und sind in Umfangsrichtung um die Hohlwelle 22 bzw. den Glockenteller 10 verteilt. Ein Teil der Strömungswege der Lenkluft ist in der Figur 4 durch kleine Pfeile veranschaulicht, wobei jedoch die vollständige Außenmantelfläche 78 des Glockentellers 10 von Lenkluft erreicht wird.
  • Bei der Konfiguration des Rotationszerstäubers 2 gemäß Figur 4 bildet sich der Ionisationskanal 48 entsprechend entlang des zentralen Laserstrahls 60 aus, wodurch ein Sprühbild erzeugt werden kann, bei dem der Fokus auf die Rotationsachse 18 des Glockentellers 10 gerichtet ist.
  • Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung kann der Rotationszerstäuber 2 nach Figur 4 außerdem auch Strahlungsquellen 36 und konkret Lasereinheiten 38 umfassen, wie sie zu den Figuren 1 bis 3 erläutert wurden. Wenn die Lasereinheiten 38 im Ringraum 44 des Gehäuses 42 angeordnet sind, dienen dessen Öffnungen 46 dann sowohl als Austrittsfenster für die Laserstrahlen 40 als auch als Abgabeöffnungen für die Lenkluft.
  • Die Lenklufteinrichtung 72 kann ergänzend auch bei den Rotationszerstäubern 2 nach den Figuren 1 bis 3 vorhanden sein und die Fokussierung und Bündelung des Beschichtungsmaterials auf den Gegenstand 8 unterstützen.

Claims (14)

  1. Rotationszerstäuber zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand (8) mit
    einem um eine Rotationsachse (18) drehbaren Glockenteller (10) mit einer Abströmfläche (16), welcher Beschichtungsmaterial derart zuführbar ist, dass Beschichtungsmaterial von dem Glockenteller (10) weg geschleudert wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Strahlungseinrichtung (34) vorhanden ist, welche
    a) wenigstens eine Strahlungsquelle (36, 38) umfasst, mittels der elektromagnetische Strahlung (40, 60) erzeugbar ist;
    b) die elektromagnetische Strahlung (40) auf von dem Glockenteller (10) weg geschleudertes Beschichtungsmaterial leiten kann.
  2. Rotationszerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die wenigstens eine Strahlungsquelle (36, 38) eine elektromagnetische Strahlung (40, 60) erzeugbar ist, durch die Luft und/oder Beschichtungsmaterial ionisiert wird.
  3. Rotationszerstäuber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungseinrichtung (34) derart eingerichtet ist, dass ein Strahl (60) erzeugbar ist, welcher koaxial zur Rotationsachse (18) des Glockentellers (10) verläuft.
  4. Rotationszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dass die Strahlungseinrichtung (34) derart eingerichtet ist, dass wenigstens ein Strahl (40) erzeugbar ist, welcher radial neben dem Glockenteller (10) auf von dem Glockenteller (10) weg geschleudertes Beschichtungsmaterial trifft.
  5. Rotationszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Strahlungsquelle (36, 38) in einem Ringraum (4) eines Gehäuses (42) angeordnet sind, welches die Rotationsachse (18) des Glockentellers (10) radial umgibt und welches wenigstens ein Austrittfenster (46) für die elektromagnetische Strahlung umfasst.
  6. Rotationszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Strahlungsquelle (36, 38) außen an dem Rotationszerstäuber (2) angebracht ist.
  7. Rotationszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die wenigstens eine Strahlungsquelle (36, 38) Laserstrahlung (40, 60) erzeugbar ist.
  8. Rotationszerstäuber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Strahlungsquelle (36, 38) ein Festkörperlaser ist.
  9. Rotationszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strahlungsquellen (36, 38) vorhanden sind.
  10. Rotationszerstäuber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der mehreren Strahlungsquellen (36, 38) in Umfangsrichtung um die Rotationsachse (18) des Glockentellers (10) herum verteilt angeordnet sind.
  11. Rotationszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Strahlungsquellen (36, 38) vorhanden sind und die Strahlungseinrichtung (34) derart eingerichtet ist, dass der Winkel eines oder mehrerer Strahlen (40) bezogen auf die Rotationsachse (18) des Glockentellers (10) einstellbar ist.
  12. Verfahren zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf einen Gegenstand (8), bei welchem Beschichtungsmaterial ionisiert und auf den Gegenstand (8) geleitet wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Luft und/oder Beschichtungsmaterial mittels elektromagnetischer Strahlung (40, 60) ionisiert und/oder auf den Gegenstand (8) geleitet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Luft und/oder Beschichtungsmaterial mittels Laserstrahlung (40, 60) ionisiert wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotationszerstäuber (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 verwendet wird.
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