DE19721615A1

DE19721615A1 - Vorrichtung mit mindestens einem rotierbar gelagerten Hohlkörper

Info

Publication number: DE19721615A1
Application number: DE19721615A
Authority: DE
Inventors: Robert D Taylor
Original assignee: R D T ADVANCED PAINTING TECHNO
Current assignee: R D T ADVANCED PAINTING TECHNO
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1998-12-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit mindestens einem rotierbar ge lagerten Hohlkörper, gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patent anspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen findet häufig Verwendung als Baugruppen von Maschinen und Anlagen sehr unterschiedlicher Art. Unter Hohlkörper sind hier geometrische Formen wie Hohlzylinder, glockenförmige Körper, auch mit Durchbrechungen, im weitesten Sinne zu verstehen. Bei rotierbaren Hohlkörpern stellt sich stets das Problem der Lagerung, wobei Reibung, Verschleiß, Lebensdauer und Gewicht zum Teil gegenläufige Parameter darstellen. Bei den bekannten mechanischen Lagerungen, wie Kugellager und Wälzlager, ist eine Minimierung der Reibungsverluste nur bei erhöh tem Gewicht und erheblichem technischem Aufwand erreichbar. Nach teilig ist weiterhin die Notwendigkeit einer ständigen Wartung, insbeson dere im Hinblick auf die Verwendung von Schmiermitteln, Ölen und Fetten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der oben be zeichneten Gattung anzugeben, die sich durch verringerte Reibungsver luste, geringes Gewicht, erhöhte Lebensdauer, verbesserte Laufruhe und relativ geringen technischen Aufwand auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß eine Lagerung relativ zueinander rotierbarer Hohlkör per auch mittels Druckluft möglich ist, wodurch sich der Vorteil einer äußerst geringen Reibung bei gleichzeitig verringertem Gewicht der Vor richtung ergibt. Die Drucklufterzeugung kann extern mittels eines separa ten Aggregates, beispielsweise eines Ventilators, erfolgen. Die Druckluft garantiert einen konstanten Abstand zwischen den konzentrisch angeord neten Hohlkörpern. Dabei stellt sich automatisch eine perfekte Auswuch tung beziehungsweise Zentrierung dieser Teile ein.

Bei im wesentlichen hohlzylinderförmigen Hohlkörpern ist zur gleichmäßi gen Führung und Verteilung der Druckluft gemäß Anspruch 2 ein mit ra dialen Bohrungen versehener Hohlzylinder besonders geeignet. Die Druckluft kann dabei beispielsweise peripher außenseitig des gelochten Hohlzylinders zugeführt werden, durch die Bohrungen strömen und innen seitig der Hohlzylinderwandung zurückgeführt werden. Auf diese Weise ergibt sich eine quasi mäanderförmige Umströmung, wobei der rotierbare hohlzylinderförmige Hohlkörper bei Innenlagerung eine geschlossene Stirnseite und bei Außenlagerung sogar zwei im wesentlichen geschlos sene Stirnseiten aufweisen kann.

Gemäß Anspruch 3 ist der gelochte Hohlzylinder ortsfest, während der Hohlkörper von der Druckluft quasi berührungslos, schwebend gehalten ist. Dabei ergibt sich eine automatische Zentrierung des rotierbaren Hohl körpers.

Besonders vorteilhaft ist eine Anwendung der Vorrichtung bei einem Be schichtungswerkzeug mit zwei Turbinen gemäß Anspruch 4. Die beiden Turbinen bewirken nach Art einer Zentrifuge ein radiales Abschleudern der Beschichtungspartikel, wodurch diese beim Auftreffen auf die Innen fläche einer rotierenden Turbine zumindest teilweise atomisiert werden. Hernach werden die atomisierten Partikel in Richtung auf den zu be schichtenden Gegenstand abgelenkt. Die resultierende Beschichtung zeichnet sich durch ein sehr glattes und gleichmäßiges Oberflächenbild aus.

Die Lagerung der beiden Turbinen erfolgt dabei bevorzugt gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5. Die Druckluft kann den beiden Turbinen durch separate Gehäuseeinlässe zugeführt werden und stromab des Turbinenantriebes quasi in Doppelnutzung noch den Lagerungs-Hohl zylindern zugeführt werden.

Die Atomisierung erfolgt vorzugsweise mittels glockenförmiger Endbe reiche der Turbinen entsprechend Anspruch 6.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform kennzeichnet Anspruch 7. Demnach wird wenigstens ein Teil der Druckluft einem dritten Verwen dungszweck, nämlich der Strahlbindung und -führung des Beschich tungsmediums zugeführt.

Diese Fokussierung des Beschichtungsmediums wird gemäß Anspruch 8 bevorzugt durch eine elektrostatische Beschleunigung mittels einer Hoch spannung überlagert.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung charakterisiert Anspruch 9. Es wurde gefunden, daß eine Gegenläufigkeit der Drehrichtung der beiden Turbinen eine erhebliche Reduzierung der Drehzahl ohne Qualitäts einbuße bei der Beschichtung gestattet. Bei bekannten Turbinen-Be schichtungswerkzeugen ist eine Drehzahl zwischen 16 000 min⁻¹ und 25 000 min⁻¹ erforderlich, während bei Gegenläufigkeit die Drehzahl jeder Turbine bis auf ca. 7000 min⁻¹ reduzierbar ist. Infolge dessen lassen sich auch die Baugröße und das Gewicht der Turbinen verringern. Die antrei bende Druckluft kann einen geringeren kinetischen Energiegehalt aufwei sen. Das bedeutet letztlich, daß die Drehzahl des die Druckluft erzeugen den Gebläses oder Ventilators verringert werden kann. All diese Faktoren spielen eine entscheidende Rolle, wenn das Beschichtungswerkzeug sehr präzise über den zu beschichtenden Gegenstand geführt werden muß.

Das ist beispielsweise bei Lackieranlagen für Fahrzeugkarosserien der Fall.

Die Gegenläufigkeit der Turbinen läßt sich vorteilhaft auch zur Erzeugung einer elektrischen Spannung nach dem Generatorprinzip ausnutzen - An spruch 10.

In diesem Zusammenhang ist die Energieerzeugung quasi als Neben effekt besonders vorteilhaft, wenn die elektrische Spannung der Hoch spannung zur elektrostatischen Beschleunigung des Beschichtung smediums entspricht, gemäß Anspruch 11.

Prinzipiell ist immer eine Gewichtsminimierung anzustreben, was durch Anspruch 12 unterstützt wird.

Um einen Wechsel des Beschichtungsmediums, beispielsweise der Farbe des Autolackes, schnell und sparsam durchführen zu können, sind die Merkmale des Anspruchs 13 zu bevorzugen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnungsfigur veranschaulicht ist, näher erläutert.

Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein Lackierwerkzeug. Die zu lackierende Oberfläche ist mit 1 bezeichnet und befindet sich ca. 30 cm vom Werkzeug entfernt. Das Werkzeug besteht im wesentlichen aus einem zentralen, den Farbstoff führenden Rohr 2, einer inneren Turbine 3, einer äußeren Turbine 4 sowie Lagerelementen und einem festen Ge häuse 5. Die beiden Turbinen 3 und 4 sind von Druckluft angetrieben, welche über Gehäuseeinlässe 6 und 7 auf Turbinenschaufeln 8 und 9 auftrifft. Die Auftreffflächen der Turbinenschaufeln 8 und 9 sind dabei der art angeordnet, daß die Turbinen 3 und 4 gegenläufig zueinander rotieren. Ein innerer Hohlzylinder 10 und ein äußerer Hohlzylinder 11, die jeweils mit dem Gehäuse 5 ortsfest verbunden sind, bilden die Lagerelemente. Die beiden Hohlzylinder 10 und 11 sind in axialer und in Umfangsrichtung mit einer Vielzahl gleichmäßig verteilter Bohrungen 12 und 13 versehen. Der innere gelochte Hohlzylinder 10 befindet sich zwischen dem farbstoff führenden Rohr 2 und der inneren Turbine 3, während der äußere ge lochte Hohlzylinder 11 zwischen der äußeren Turbine 4 und dem Gehäuse 5 angeordnet ist. Ein Teil der Druckluft, die über den Gehäuseeinlaß 6 eingeblasen wird, gelangt durch einen Kanal 14 an die Innenfläche des äußeren gelochten Hohlzylinders 11. Von dort strömt die Luft durch die Bohrungen 13 und über einen Stufenkanal 15 mit einer düsenartigen Engstelle 16 bis zu einem Gehäuseauslaß 17, von wo die Luft den Farbstrahl parallelisierend injektorartig weiterströmt. Auch die Druckluftluft, die durch den Gehäuseeinlaß 7 zu den Turbinenschaufeln 9 der inneren Turbine 3 geführt ist, gelangt über eine Kanalführung 18 zu dem zugeord neten inneren gelochten Hohlzylinder 10. Dieser wird über seine Außen seite, die Bohrungen 12 und einen das Gehäuse 5 durchsetzenden Entlüf tungskanal 19 umströmt. Über eine Zweigleitung 20, die den Gehäuseein laß 6 mit der Kanalführung 18 verbindet, ist letztlich auch die Druckluftfüh rung für die äußere Turbine 4 mit dem Entlüftungskanal 19 verbunden. Durch die spezielle Druckluftführung im Bereich der beiden gelochten Hohlzylinder 10 und 11 ergibt sich ein gleichmäßiger, aber geringer Ab stand der Außenfläche der äußeren Turbine 4 von der Innenfläche des äußeren Hohlzylinders 11 sowie der Innenfläche der inneren Turbine 3 von der Außenfläche des inneren gelochten Hohlzylinders 10. Dieser gleichmäßige, geringe Abstand bewirkt, daß die beiden Turbinen 3 und 4 quasi berührungslos und zentriert zu den beiden gelochten Hohlzylindern 10 und 11 gegenläufig zueinander rotieren können. Eine schwere und verschleißanfällige mechanische Lagerung, beispielsweise mittels Kugel lager, entfällt somit.

Stromab des farbführenden Rohres 2 ist eine mit der inneren Turbine 3 verbundene Spezialdüse 21 vorgesehen. Diese besitzt Auslaßkanäle 22, über welche der Farbstrahl auf die innere Oberfläche glockenförmiger Er weiterungen 23 und 24 der inneren und der äußeren Turbine 3 und 4 ge schleudert wird. An den inneren Oberflächen dieser glockenförmigen Er weiterungen 3 und 4 werden die Farbpartikel weitgehend atomisiert. Die Pfeile 25 symbolisieren den Verlauf des Farbstrahles. Die durch die Eng stelle 16 geblasene Druckluft wird am peripheren Rand der glockenförmi gen Erweiterung 24 der äußeren Turbine 4 achsparallel gemäß der Pfeile 26 gelenkt. Es ist ersichtlich, daß auf diese Weise eine Zwangsführung des atomisierten Farbstrahles in Richtung auf die zu beschichtende Ober fläche 1 erfolgt. Dieser Effekt kann noch durch zusätzliche in einen Füh rungskanal 27 eingeblasene Luft verstärkt und unterstützt werden.

Nicht dargestellt ist eine an sich übliche Hochspannungsbeaufschlagung zwischen dem Werkzeug und der Oberfläche 1, um eine elektrostatische Beschleunigung der atomisierten Farbpartikel zu erreichen. Bei der Ge genläufigkeit der Drehbewegungen der äußeren und der inneren Turbine 4 und 5 läßt sich diese Hochspannung unter Ausnutzung des Generato reffektes auf einfache Weise auch ohne äußere Spannungsquelle er zeugen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch macht.

Claims

1. Vorrichtung mit mindestens zwei um eine gemeinsame Längsachse konzentrisch angeordneten Hohlkörpern, wobei mindestens einer der Hohlkörper vermittels einer Lagerung um die Längsachse rotierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung als Druckluftlagerung aus gebildet ist.

2. Vorrichtung mit im wesentlichen hohlzylinderförmigen Hohlkörpern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftlagerung min destens einen mit einer Vielzahl von radialen Bohrungen (12, 13) ver sehenen Hohlzylinder (10, 11) aufweist, der innen- und außenseitig vermittels der Bohrungen (12, 13) von Druckluft umströmbar ist.

3. Vorrichtung mit einem Gehäuse (5) nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der gelochte Hohlzylinder (10, 11) an dem Gehäuse (5) fixiert ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeich net durch die Anwendung bei einem Werkzeug zur Beschichtung von Gegenständen, wobei eine innere und eine äußere von Druckluft ange triebene Turbine (3, 4) die Hohlkörper bilden, welche ein zentrales, flui des Beschichtungsmedium führendes Rohr (2) mit Abstand umschlie ßen und wobei die Druckluft stromab des Turbinenantriebes den ge lochten Hohlzylinder (10, 11) der Druckluftlagerung beaufschlagt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Turbine (4) außenseitig von einem ersten gelochten Hohlzylinder (11) und die innere Turbine (3) innenseitig von einem zweiten gelochten Hohlzylinder (10) zentriert sind, wobei zwischen den beiden Turbinen (3, 4) ein Spalt verbleibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des das Beschichtungsmedium führenden Rohres (2) eine mit einer glockenförmigen Erweiterung (23) der inneren Turbine (3) verbundene Farbauslaßdüse (21) vorgesehen ist, die von einer glockenförmigen Erweiterung (24) der äußeren Turbine (4) axial derart überragt ist, daß das radial nach außen geschleuderten Beschichtungsmedium auf die ser überragenden Erweiterung (24) auftrifft und wenigstens teilweise atomisiert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der den ersten gelochten Hohlzylinder (11) beaufschlagenden Druckluft durch zur Längsachse parallele, mit Engstellen (16) versehene Stufen bohrungen (15) des Gehäuses (5) außenseitig peripher der überragen den Erweiterung (24) der äußeren Turbine (4) das atomisierte Be schichtungsmedium strahlführend lenkt, während die restliche Druckluft zusammen mit der den zweiten gelochten Hohlzylinder (10) beauf schlagenden Druckluft durch einen Entlüftungskanal (19) des Gehäu ses (5) abgeführt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Werkzeug und dem zu beschichtenden Gegenstand eine Hochspannung (ca. 40-90 kV) zur elektrostatischen Beschleuni gung des Beschichtungsmediums angelegt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Turbinen (3, 4) gegenläufig mit einer Drehzahl zwischen ca. 7000 min⁻¹ und ca. 16 000 min⁻¹ von der Druckluft angetrieben sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vor gesehen sind, durch die die Gegenläufigkeit der Turbinen (3, 4) nach dem Generatorprinzip zur Erzeugung einer elektrischen Spannung ausgenutzt wird.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spannung der Hochspannung zur elektrostatischen Beschleunigung des Beschichtungsmediums entspricht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-11, dadurch gekennzeich net, daß der bzw. die gelochte(n) Hohlzylinder (10, 11) der Druckluft lagerung aus Kunststoff, insbesondere Polyamid, hergestellt ist bzw. sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-12, dadurch gekennzeich net, daß die das Beschichtungsmedium führenden Bestandteile einen keramischen Überzug mit polierter Oberfläche aufweisen.