DE19721615A1 - Vorrichtung mit mindestens einem rotierbar gelagerten Hohlkörper - Google Patents
Vorrichtung mit mindestens einem rotierbar gelagerten HohlkörperInfo
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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 (13)
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.
Priority Applications (2)
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