DE19608754A1 - Rotierender Spritzstrahl bei lackiertechnischen Applikationen - Google Patents
Rotierender Spritzstrahl bei lackiertechnischen ApplikationenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum homogenen
Aufbringen von pneumatisch oder airless zerstäubten
Farben, Lacken und anderen zerstäubbaren Medien auf
Werkstücke aller Art sowie Vorrichtungen zur Durch
führung des Verfahrens.
Derartige pneumatische und Airless-Verfahren sowie
Hochrotationsverfahren sind aus der automatischen
Lackierung großer Flächen (z. B. Fahrzeugkarosserien)
bekannt. Für die Beschichtung der gesamten Werkstück
breite werden dabei oft mehrere Zerstäuber nebenein
ander angeordnet. Die Zerstäubung des Lackmaterials
beruht auf der Wirkung von Scherkräften, die aufgrund
einer hohen Relativgeschwindigkeit zwischen Lackmate
rial und der Umgebung entstehen.
Aus dem Stand der Technik ist sowohl die pneumatische
Zerstäubung als auch die Airlesszerstäubung sowie die
Hochrotationszerstäubung (z. B. DE 36 34 443 C2) be
kannt. Bei der pneumatischen Zerstäubung wird das aus
der Lackdüse austretende Lackmaterial von einem ko
axialen Luftstrahl mit hoher Strömungsgeschwindigkeit
zerstäubt. Bei der Airlesszerstäubung tritt ein Lack
strahl mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in die ru
hende Umgebungsluft aus und wird durch die dabei auf
tretenden Verzögerungskräfte zerstäubt. Bei der Hoch
rotationszerstäubung wird das Lackmaterial von einer
sich mit hoher Winkelgeschwindigkeit drehenden Glocke
tangential in eine ruhende Umgebung abgeschleudert.
Um die in der Regel geforderte hohe Flächenleistung
zu gewährleisten, wird der vom Zerstäuber erzeugte
Spritzstrahl derart eingestellt, daß eine größere
Fläche überstrichen werden kann. Bei einem pneumati
schen Zerstäuber entsteht so ein Flachstrahl mit ei
ner annähernd elliptischen Grundfläche. Fig. 1a zeigt
das statische Spritzbild eines derartigen Zerstäu
bers. Beim Airless-Zerstäuber entsteht ein nahezu
rechteckiges Spritzbild. Der Spritzstrahl eines Hoch
rotationszerstäubers weist dagegen ein kreisringför
miges Spritzbild auf.
Pneumatische Zerstäuber sind universell einsetzbar.
Als Nachteile der pneumatischen Zerstäuber sind vor
allem der relativ niedrige Lackauftragswirkungsgrad
und die damit verbundenen hohen Lackverluste sowie
die ungleichmäßige Schichtdickenverteilung auf dem
Werkstück aufgrund des inhomogenen Flachstrahls zu
nennen. In Fig. 1b ist die Schichtdickenverteilung
eines pneumatischen Zerstäubers des Stands der Tech
nik dargestellt. Gemessen wurde entlang dreier zur
langen Halbachse des statischen Spritzbildes paralle
ler Meßbahnen. Um diese Inhomogenitäten in der
Schichtdickenverteilung auszugleichen, müssen die
Lackierbahnen mehrfach überlagert werden. Bei Metall
ic-Effekt-Lacken jedoch sind selbst bei enger Über
lappung der Lackierbahnen die Inhomogenitäten des
Spritzstrahls in der Lackschicht in Form von Hellig
keitsunterschieden, den sogenannten Wolken, zu erken
nen. Dies stellt insbesondere bei der Fahrzeugbe
schichtung ein noch nicht gelöstes Qualitätsproblem
dar. Durch den Einsatz von elektrostatischen Lackauf
ladungsverfahren ist eine gewisse Verbesserung des
Lackauftragungswirkungsgrad pneumatischer Zerstäuber
möglich.
Hochrotationszerstäuber erzielen zwar einen hohen
Lackauftragungswirkungsgrad und eine homogene
Schichtdickenverteilung, ihr Einsatz ist aber mit
anderweitigen Problemen verbunden. Die Lacktropfen
müssen durch ein elektrisches Feld sowie durch eine
Lenkluftströmung von tangentialen Bahnen senkrecht
auf das Werkstück umgelenkt werden und haben somit
einen relativ geringen Impuls in der axialen Rich
tung. Bei Verwendung von Wasserlacken treten in Ver
bindung mit der Außenaufladung zum Teil starke Ver
schmutzungen der Zerstäuber und der Elektroden auf.
Da die Hochrotationszerstäubung allein nicht den ge
wünschten Metallic-Effekt (zu niedrige Flop-Werte)
liefert, muß noch eine zweite Lackschicht pneumati
sche aufgetragen werden. Der Zweischichtauftrag ist
mit einem hohen anlagentechnischen Aufwand, hohem
Lackverbrauch und somit erheblichen Kosten verbunden.
Ökologische Aspekte sprechen ebenfalls gegen einen
Zweischichtauftrag. Hochrotationszerstäuber zeichnen
sich darüber hinaus durch eine komplizierte und damit
teuere Technik aus.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren und entsprechende Vorrichtun
gen zum Aufbringen von Farben, Lacken und anderen
zerstäubbaren Medien der eingangs genannten Art da
hingehend zu verbessern, daß sich die Vorzüge der
pneumatischen Zerstäubung hinsichtlich der optischen
Beschichtungsqualität, des einfachen Aufbaus und der
niedrigen Anlagenkosten mit der Schichtdickengleich
mäßigkeit und dem hohen Auftragswirkungsgrad der
Hochrotationszerstäubung kombinieren lassen, um so
wohl die Wirtschaftlichkeit als auch die Produktivi
tät des Lackiervorganges zu steigern.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt
hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Vorrich
tungen zur Durchführung des Verfahrens durch die
kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 7 und 9. Vor
teilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
jeweiligen Lösung ergeben sich aus den Unteransprü
chen.
Die erfindungsgemäße Übertragung einer Rotationsbewe
gung auf den pneumatisch oder airless zerstäubten
Spritzstrahl erlaubt es, die bekannten Probleme her
kömmlicher Lackapplikationstechniken zu vermeiden.
Die positiven Wirkungen des rotierenden Spritzstrahls
beruhen darauf, daß sich während der Beschichtung der
geometrische Auftreffpunkt eines Lacktröpfchens auf
einer Kreisbahn ändert.
Im Gegensatz zur Hochrotationszerstäubung erfolgt die
Zerstäubung des aufzutragenden Mediums nicht bei ho
her Drehzahl an einer Zerstäuberkante, sondern durch
pneumatische oder Airless-Zerstäubung des aus einer
Lackdüse austretenden Lackmaterials.
Die Inhomogenitätsprobleme des pneumatisch oder air
less erzeugten Flachstrahls werden dadurch gelöst,
daß auf den zerstäubten Spritzstrahl, der bereits
einen axialen Impuls in Richtung auf das Werkstück
aufweist, zusätzlich eine Rotation bevorzugt derart
übertragen wird, daß der Strahl um die Zerstäuberach
se und/oder um die Drehachse der Zerstäubereinheit
oder eine beliebige andere Achse (exzentrisch) ro
tiert. Auf diese Weise läßt sich ein symmetrisches
Spritzbild (Fig. 2a) mit einer gleichmäßigen
Schichtdickenverteilung (Fig. 2b) und somit eine hohe
Lackschichtqualität bei gleichzeitig hoher Flächen
leistung realisieren.
Typische Drehzahlen des rotierenden Spritzstrahls
betragen unter 500 Umdrehungen pro Minute, bevorzugt
ungefähr 20 bis 200 Umdrehungen pro Minute.
Aufgrund des mit der Rotation des Spritzstrahls ver
bundenden Drehimpulses der Lacktröpfchen wirken auf
die zerstäubten Lackteilchen Zentrifugalkräfte, die
eine Bewegung von der Drehachse weg bewirken. Aus
diesen Kräften resultiert eine zusätzliche Strahlauf
weitung. Dadurch ist es möglich, den für die Strah
laufweitung erforderlichen Hornluftvolumenstrom zu
reduzieren und damit den Auftragswirkungsgrad zu er
höhen. Mittels elektrostatischer Lackauftragung läßt
sich der Lackauftragswirkungsgrad weiter verbessern.
Zusätzlich kann der rotierende Spritzstrahl transla
torische Bewegungen, beispielsweise senkrecht zur
Förderrichtung des Werkstücks, ausführen. Auf diese
Weise können Beschichtungsleistung und Beschichtungs
homogenität verbessert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erreicht sowohl hin
sichtlich des Lackauftragswirkungsgrades als auch
hinsichtlich der Lackschichtdickenhomogenität die
hohe Qualität der Hochrotationszerstäubung bei allen
anlagentechnischen Vorteilen der pneumatischen oder
Airless-Zerstäubung.
Durch den Einsatz des sich drehenden Spritzstrahls
kann auf den Zweischichtauftrag bei Metallic-Lacken
verzichtet werden, was sowohl unter wirtschaftlichen
als auch ökologischen Aspekten einen großen Vorteil
darstellt.
Geeignete Vorrichtungen, um den zerstäubten Spritz
strahl in Rotation zu versetzen, beinhalten drehbare
Lackdüsen oder drehbare Luftkappen oder drehbare Zer
stäuberkörper.
Bei Anordnungen, welche mindestens zwei nebeneinander
angeordnete Zerstäubereinheiten umfassen, läßt sich
ein homogeneres Spritzbild erzielen, wenn sich be
nachbarte Spritzstrahlen gegensinnig drehen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er
findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei
bung der Ausführungsbeispiele und anhand der Zeich
nungen, welche bevorzugte, jedoch beispielsweise Aus
gestaltungen wiedergeben. Es zeigen:
Fig. 1a das statische Spritzbild eines herkömmli
chen, sich nicht drehenden pneumatischen
Zerstäubers,
Fig. 1b die Schichtdickenverteilung eines herkömm
lichen, sich nicht drehenden Zerstäubers,
Fig. 2a das statische Spritzbild eines pneumati
schen Zerstäubers mit sich drehendem
Spritzstrahl,
Fig. 2b die Schichtdickenverteilung eines pneumati
schen Zerstäubers mit sich drehendem
Spritzstrahl,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
mit sich drehendem Zerstäuberkopf zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah
rens,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
mit sich drehender Luftkappe zur Durchfüh
rung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines Lackierauto
maten mit sich drehenden Zerstäubern.
Eine Vorrichtung gemäß Fig. 3 zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen von pneu
matisch zerstäubten Farben, Lacken und anderen zer
stäubbaren Medien in Form eines sich um die Zerstäu
berachse 3 drehenden Spritzstrahls 4 auf ein nicht
dargestelltes Werkstück umfaßt eine ortsfeste Halte
rung 1, ein daran angebrachtes drehbares Adapterteil
2 und eine drehbare pneumatische Zerstäubereinheit 6.
Die Zerstäubereinheit 6 umfaßt einen Zerstäuberkörper
7, eine Luftkappe 8 und eine Lackdüse 9. Über das
Adapterteil 2 werden mittels Drehdurchführungen die
Systemleitungen 5 (Lack-, Zerstäubungsluft- und Horn
luftleitung sowie Steuerleitung für die Düsennadel)
auf das rotierende Zerstäubersystem übertragen. Op
tional kann eine Vorrichtung für elektrostatische
Lackaufladung zur Steigerung des Lackauftragswir
kungsgrades mit der ortsfesten Halterung 1 verbunden
sein. Der Antrieb der Zerstäubereinheit 6 erfolgt
beispielsweise durch einen SPS-gesteuerten, explo
sionsgeschützten Motor.
Der Drehmechanismus ist so ausgestaltet, daß der Zer
stäuber sich sowohl im als auch gegen den Uhrzeiger
sinn drehen kann. Die Drehzahl bewegt sich bevorzugt
in einem Bereich bis 200 Umdrehungen pro Minute.
Eine andere Vorrichtung gemäß Fig. 4 zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines
pneumatisch zerstäubten, sich um die Zerstäuberachse
10 drehenden Spritzstrahls 11 umfaßt eine Zerstäuber
einheit 12, bestehend aus Zerstäuberkörper 13, Lack
düse 14 und Luftkappe 15. Die Luftkappe 15 ist erfin
dungsgemäß derart ausgestaltet, daß sie um die Zer
stäuberachse 10 rotieren kann. Die einzelnen Strö
mungskanäle werden separat abgedichtet in die dreh
bare Luftkappe 15 übergeführt. Optional kann wiederum
eine Vorrichtung zur elektrostatischen Lackaufladung
mit der Zerstäubereinheit 12 verbunden sein. Der An
trieb erfolgt beispielsweise durch einen SPS-gesteu
erten, explosionsgeschützten Motor.
Im Falle einer Airless-Zerstäubung kann ein sich dre
hender Spritzstrahl durch Rotieren der Lackdüse rea
lisiert werden.
Eine Rotation kann auch dadurch auf den Spritzstrahl
übertragen werden, daß die Zerstäubereinheit um eine
Achse rotiert, die nicht mit der Zerstäuberachse
identisch ist (exzentrische Rotation). Eine derartige
Rotation kann auch zusätzlich zu einer Rotation um
die Zerstäuberachse auf den Spritzstrahl übertragen
werden.
Durch Integration mehrerer erfindungsgemäßer Zerstäu
bereinheiten lassen sich komplexe Lackierautomaten
realisieren. Ein solcher Automat 26 in Portalbauweise
für die Beschichtung von horizontalen Flächen 19,
beispielsweise Fahrzeugkarosserien, ist in Fig. 5
dargestellt. Das komplette Zerstäubersystem ist mit
tels geeigneter Aufhängungen 28 derart am Dachbalken
29 des Lackierautomaten 26 befestigt, daß zur Erzie
lung einer gleichmäßigeren Schichtdickenverteilung
und einer günstigen Überlappung der einzelnen Spritz
bahnen das Zerstäubersystem eine Oszillationsbewegung
20 senkrecht zur Förderrichtung 21 des Werkstückes
durchführen kann. Diese Oszillationsbewegung wird von
einer Pendelvorrichtung 27 gesteuert. Die Zerstäube
reinheiten 30 sind über Anschlüsse 31 mit dem An
triebs-/Aufhängungssystem verbunden.
Bei derartigen Automaten ist es vorteilhaft, wenn die
Rotationen 22 der einzelnen Spritzstrahlen 23 syn
chronisiert werden und sich benachbarte Spritzstrah
len, wie in Fig. 5 angedeutet, gegensinnig drehen.
Auf diese Weise werden ungünstige gegenseitige Beein
flussungen der einzelnen Spritzstrahlen reduziert und
unerwünschte Strömungs- bzw. Lackiereffekte vermie
den. Die erforderliche Regelung der Dreh- und Pendel
bewegungen erfolgt basierend auf Abstand, Geometrie
und Fördergeschwindigkeit des Werkstückes mittels ei
ner SPS-Steuerung 32 über einen geeigneten Antrieb
17, welcher beispielsweise ein explosionsgeschützter
Motor sein kann. Die Durchführungen 24 der Anschluß
leitungen für Lackmaterial, Zerstäubungs-, Horn- und
Steuerluft sind drehbar ausgestaltet. Lackmaterial
und Luft entstammen einer Lack- und Luftversorgungs
vorrichtung 25.
Bei derartigen Lackierautomaten können beispielsweise
Zerstäubereinheiten gemäß Fig. 3 oder anstatt oder in
Kombination mit Zerstäubereinheiten gemäß Fig. 3 auch
Zerstäubereinheiten gemäß Fig. 4 eingesetzt werden.
Zur Erhöhung des Lackauftragswirkungsgrades kann das
Lackmaterial mittels geeigneter Vorrichtungen 18
elektrostatisch aufgeladen werden.
Claims (14)
1. Verfahren zum Aufbringen von pneumatisch oder
airless zerstäubten Farben, Lacken oder anderen
zerstäubbaren Medien auf Werkstücke aller Art,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spritzstrahl in Rotation versetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Spritzstrahl bezüglich der Zerstäu
berachse in Rotation versetzt wird.
3. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Spritzstrahl bezüglich einer beliebigen Drehach
se in Rotation versetzt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
rotierende Spritzstrahl eine translatorische
Bewegung bezüglich des Werkstückes ausführt.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
rotierende Spritzstrahl eine Drehzahl von bis zu
500 Umdrehungen pro Minute aufweist.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
rotierende Spritzstrahl zusätzlich elektrosta
tisch aufgeladen wird.
7. Vorrichtung, um einen pneumatisch oder airless
zerstäubten Spritzstrahl in Rotation zu verset
zen, bestehend aus
mindestens einer Zerstäubereinheit (6), welche
Systemleitungen (5), einen Zerstäuberkörper (7),
eine Lackdüse (9) und im Falle einer pneumati
scher Zerstäubung zusätzlich eine Luftkappe (8)
enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine Zerstäubereinheit (6) vor
gesehen ist, welche um die Zerstäuberachse (3)
oder eine beliebige andere Achse drehbar mit
einer ortsfesten Halterung (1) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Systemleitungen (5) mittels
Drehdurchführungen über ein Adapterteil (2) auf
die drehbare Zerstäubereinheit (6) durchgeführt
sind.
9. Vorrichtung, um einen pneumatisch oder airless
zerstäubten Spritzstrahl in Rotation zu verset
zen, bestehend aus
mindestens einer Zerstäubereinheit (12), welche
Systemleitungen (16), einen Zerstäuberkörper
(13), eine Lackdüse (14) und im Falle einer
pneumatischen Zerstäubung zusätzlich eine Luft
kappe (15) enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine Zerstäubereinheit (12) vor
gesehen ist, bei welcher im Falle einer pneuma
tischen Zerstäubung die Luftkappe (15) und im
Falle einer Airless-Zerstäubung die Lackdüse
(14) um die Zerstäuberachse (10) drehbar mit dem
Zerstäuberkörper (13) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die einzelnen Strömungskanäle der
Luftleitung separat abgedichtet in die drehbare
Luftkappe (15) übergeführt sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß mit der/den Zerstäu
bereinheit(en) (6, 12) eine Vorrichtung zur
elektrostatischen Lackaufladung verbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwin
digkeit der Rotation des Spritzstrahles gesteu
ert und mit der translatorischen Bewegung des
Zerstäubers oder des Werkstückes synchronisiert
wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anordnung
mehrerer Zerstäubereinheiten nebeneinander je
weils zwei benachbarte Spritzstrahlen (4, 11)
gegensinnig drehbar ausgestaltet sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwin
digkeit der Rotation der einzelnen Spritzstrah
len unabhängig voneinander gesteuert und mit der
translatorischen Bewegung der Zerstäuber oder
des Werkstückes synchronisiert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19608754A DE19608754C2 (de) | 1996-03-06 | 1996-03-06 | Verfahren zum Aufbringen von Farben oder Lacken und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
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DE19608754A1 true DE19608754A1 (de) | 1997-09-11 |
DE19608754C2 DE19608754C2 (de) | 1998-11-26 |
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ID=7787451
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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