EP0951942B1 - Verfahren und Rotationszerstäuber zum serienweisen Beschichten von Werkstücken - Google Patents

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EP0951942B1
EP0951942B1 EP99106063A EP99106063A EP0951942B1 EP 0951942 B1 EP0951942 B1 EP 0951942B1 EP 99106063 A EP99106063 A EP 99106063A EP 99106063 A EP99106063 A EP 99106063A EP 0951942 B1 EP0951942 B1 EP 0951942B1
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EP
European Patent Office
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spray edge
bell plate
central opening
transfer surface
region
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EP99106063A
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EP0951942A3 (de
EP0951942A2 (de
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Andreas Fischer
Rolf Schneider
Kurt Vetter
Robert F. Heldt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
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Publication of EP0951942A2 publication Critical patent/EP0951942A2/de
Publication of EP0951942A3 publication Critical patent/EP0951942A3/de
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Definitions

  • the invention relates to an electrostatic rotary atomizer for serial coating of workpieces such as motor vehicle bodies with paint material containing effect particles and one for this bell plate to be used.
  • a deflection part also known as a distributor disc, that divides the material flow into partial flows, one of which directly onto the overflow surface of the Bell plate arrives while the other partial flow passes through central Openings of the deflecting part on the front and first from there flows onto the overflow surface of the bell cup.
  • the Material flow to the trailing edge is due to relatively strong deflections more or less turbulent in the area in front of the spray edge, what u.a. considerable differences in paint droplet size of the sprayed and atomized coating material for Consequence. The differences can be more than 100 ⁇ m.
  • Electrostatic rotary atomizers are characterized by high Application efficiency (ratio of the amount sprayed to the applied amount) of about 80% and have to be applied normal paint materials have been tried and tested for a long time.
  • Paint material e.g. metallic paint
  • Paint material with exclusive Not possible to use the known rotary atomizers.
  • the reason for this is that the relatively large effect particles tend to look in the very different sized paint droplets aggregate and focus on hitting the to erect or "float" the coating surface.
  • the result is a significant deterioration in the target Surface effects that form the nests of the effect pigments as well as different brightness depending on the viewing angle (“Flip-flop”) and color changes at different angles Viewing angles becomes visible.
  • From US-A-4744513 is for example for metallic paints usable electrostatic rotary atomizer with one Bell plate known, the overflow area of the Paint supply point on the circumference of a base plate of the Bell plates up to the spray edge with a constant acute angle runs against the axis of rotation.
  • the paint is from an eccentric paint tube to the back of the Headed base plate.
  • To avoid unwanted Self-coating of the front of the base plate are on this an aerodynamically shaped front body and / or one End electrode mounted.
  • Electrostatic rotary atomizers are also known whose bell plate is axially in front of a central opening for the Coating material arranged deflecting part that with is provided with a central opening and for dividing the coating material coming from the central opening in Partial flows, one of which over the back surface of the Deflection part through slots on its circumference on the Overflow area flows while the other partial flow flows through the central opening and over the front of the deflection part the overflow surface arrives and there with the first Partial stream combined (US-A-4512518, JP-A-08155348).
  • an atomizer is rotatable with one stored bell known, the end face of one of a central opening with a constant angle conical to one Spray edge extending overflow surface has. This is about but it is not a rotary atomizer for the electrostatic coating of workpieces, but around an atomizer working with air atomization in particular for spraying contaminated gases with aqueous lime sludge.
  • From GB-A-087269 is also a coating system for series coating of motor vehicle bodies under Use of one after the other in the conveying direction of the bodies arranged groups of several rotary atomizers each known for double coating different areas.
  • the invention is based on the object to specify a rotary atomizer or a bell plate, the qualitatively flawless, in particular cloud-free application of Effect paints with a much higher application efficiency enable than before.
  • the orientation of the Comparison of effect particles on the coated surface improved with the use of known rotary atomizers become.
  • the invention provides a qualitatively optimal effect painting enabled with the greatest possible application efficiency. This does not only involve extensive separation of the effect pigments and their very even distribution in the paint film achieved, but above all a flat orientation of the Effect particles on the coated surface.
  • the applied A droplet (measured after spraying and before impact) Do not exceed a droplet diameter of 60 ⁇ m and should preferably be between 10 to 60 ⁇ m and one to should contain two effect pigments to form a cluster to avoid the effect pigments.
  • the applied droplets should be as high as possible when hitting the object Solids have reached an erection or floating to avoid the effect pigments.
  • the droplet size was not only of depends on the dynamic viscosity of the paint, but affected becomes constant by the size of the along the overflow surface permanent color flow angle of the bell cup and diameter and geometry of the spray edge and also by the amount of paint discharge and the bell plate speed. Changes and agglomerations the effect pigments are protected by paint Paint flow prevented.
  • the desired high solid content applied droplet is mainly due to solvent loss when flowing over the bell plate and on the way to Workpiece reached.
  • the flow angle between the axis of rotation and the overflow surface at least in Area between the usual distributor disc and the spray edge remain constant and preferably be between 50 and 85 °.
  • the distributor plate diameter should be less than 40% of the bell or spray edge diameter, which in comparison with the usual bell plates the exposed surface area of the overflow area Reduction of the distributor disc is increased, so as possible a lot of solvent from across the overflow area flowing paint can evaporate.
  • the diameter of the spray edge is preferably larger than usual, in particular 63 to 75 mm, which increases the surface area and at the same time the thickness of the paint film reaching the spray edge is reduced. Because of the constant flow angle with possible little deflection of the from the center opening to the spray edge flowing lacquers becomes largely laminar flow and accordingly paint-preserving color scheme achieved. For similar reasons it is advisable to make the spray edge sharp-edged with smaller Form the chamfer to the outside of the bell plate.
  • To reduce the mass of the bell body can be divided into two parts an inner cavity and preferably made of metal less Density like Al or Ti can be manufactured.
  • the rotary atomizer 20 shown in Fig. 1 can up to his bell plate 22 designed according to the invention itself be of a known type (see e.g. DE 43 06 800 C2) and must therefore so far are not described in detail.
  • the conical outer surface of the Bell plate 22 acting axial air nozzles 23 is too mention that to form the sprayed coating material serve.
  • the bell plate has a rotationally symmetrical shape 22 a central opening 24 coaxial with the axis of rotation, through which to be sprayed supplied by a paint tube 25 (Fig. 1) Paint material on the end face facing the workpiece the main body of the bell plate 22 arrives.
  • This End face consists of an adjoining the central opening 24 relatively small area 28 that is transverse to the axis of rotation runs, and a subsequent conical overflow surface 30, which is continuous from area 28 as shown smooth and with constant angles with respect the axis of rotation extends to the spray edge 32.
  • the constant angle of the overflow surface is in the example shown in the order of 60 °, corresponding to the illustrated angle a of approximately 30 ° with respect the spray edge.
  • a distributor disk serving deflection part 40 is arranged, which is a general parallel to the surface area 28 of the bell plate 22 Rear surface 42 and then preferably one conical rear surface running parallel to the overflow surface 30 44 has.
  • the deflection part is provided with central openings (Fig. 4) and serves in a known manner to divide the coating material emerging from the central opening 24 in Partial streams, one of which is directly between the surface area 28 and the rear surface 42 on the overflow surface 30 flows while the other partial stream flows over the front of the Deflection part 40 reaches the overflow surface 30 and there mixed with the first partial flow.
  • the top view of Fig. 3 shows the proportions of the Overflow surface 30 and the deflecting part 40.
  • the diameter of the Deflection part can, for example, about 1/3 of the diameter Spray edge 32 amount. In the example shown, can the spray edge has a diameter of approximately 65 mm, the deflecting part 40 has a diameter of approximately 22 mm.
  • the bell plate has on its back facing away from the workpiece 22 a mounting hub 31 for mounting in the rotary atomizer and a ring surrounding the mounting hub Collar part 33 with an external thread 34.
  • On the external thread 34 is screwed a frustoconical side wall 35, the behind the spray edge 32 on the back of the bell body e.g. can be welded or glued.
  • the main body of the bell plate is hollow in the space 38 behind the overflow surface 30, whereby the mass the bell plate is reduced.
  • the overflow surface forms with the outer surface of the bell plate, i.e. the side wall 35 an acute angle of less than 45 ° in the illustrated Example about 30 °. It is also essential that the between the overflow surface 30 and one to the conical outer surface the side wall 35 leading small chamfer formed spray edge 32 should be as sharp as possible.
  • its bell plate 20 expediently consist of a titanium alloy, preferably one TiAl alloy.
  • other light metals can also be used Al-based, especially when other materials are used such as.
  • Clear varnish should be applied.
  • Spraying of clear lacquer can overflow surface 30 in the area before the spray edge 32 contain the usual longitudinal grooves.
  • the deflection part 40 is shown enlarged in FIG. 4. His Leading like a labyrinth from the rear surface to the end surface 52 central opening system 50 contains e.g. four axial channels 54 and one across their mouths as shown transversely to Axial inner deflection element. On the main body of the Bell plate is the deflecting part 40 with preferably three even angular spacing around the axis holding pins 56 releasably attached with a press fit. The gap-like space between the deflection part 40 and the one facing it End face of the bell plate 22 (Fig. 2) is only through the middle disk-shaped spacer 58 of the holding pins 56 interrupted.
  • the described bell plate ensures 22 for smaller size deviations of the sprayed paint droplets than with conventional rotary atomizers, which means a Position control of the effect particles is facilitated.
  • Size of the atomized sprayed from the spray edge 32 Paint droplets are known to affect the speed of the shaping air as well as the speed of the bell plate and the color flow can be set so that the effect particles are forced to lie flat on the surface to be coated. Due to the small size differences of the paint droplets can use these parameters for a high percentage of paint material can be optimized for the desired color effect.
  • the smaller droplet size deviation is a result of various essentials Aspects of the bell cup 22 and the deflecting part 40.
  • Proportion of solvent (which in the case of water-based paint is known to be largely water) evaporates, before the paint material reaches the spray edge 32.
  • the relatively large diameter of the spray edge 32 forms this is an advantageously thin paint film.
  • the low ratio of the diameter of the deflection part 40 to that of the spray edge 32 ensures a more constant, laminar flow of material over the overflow surface 30 to the spray edge 32.
  • the conical overflow surface 30 from the deflection part 40 to the spray edge 32 continuously and is smooth and has a constant angle ⁇ with the spray edge forms is also the paint flow rate up to the spray edge constant, i.e. there are no oscillations. As a result this results in better control of the paint droplet size. Since also the bell plate 22 described in FIG. 2 only a few flow direction deviations between the central opening 24 and the spray edge 32 causes, and only relatively close to the central opening 24, result more constant, in essential laminar paint flow at the spray edge 32 and therefore also smaller droplet size deviations.
  • FIG. 5 is a bell plate 100 according to another embodiment presented the invention, which is also something different Deflection part 110 and has even fewer directional deviations effected between the central opening 112 and the spray edge 132 than in the embodiment according to FIG. 2.
  • the overflow surface 126 forming a straight, conical part of the end face the bell body extends here directly from the Middle opening 112 to the spray edge 132.
  • the overflow surface 126 therefore does not contain a part running perpendicular to the axis (like area 28 in FIG. 2). This will make the laminar Paint flow further improved and droplet size deviations further decreased.
  • the deflecting part 110 essentially has one here rectilinearly conical rear surface 144 adjacent to one central rounded back surface part, causing changes in direction the paint flow can be reduced to a minimum. Also here the rear surface 144 of the deflection part runs parallel to Face of the bell body, and the annular gap is only detachable with axially parallel holding pins Attachment of the deflection part 110 interrupted, one of which is shown schematically at 56 '. In contrast to the labyrinthine 4 are the opening system 50 of the back leading to the end face of the deflecting part 110 Openings from simple inclined with respect to the axis of rotation Bores 154.
  • FIG. 6 shows a possible arrangement of the rotary atomizers used 20 (Fig. 1) in the coating zone 150 of a spray booth for coating motor vehicle bodies with basecoat shown.
  • the body 152 moves in the direction of the shown arrow.
  • the coating zone 150 contains, as shown 13 rotary atomizers for double color application.
  • the basecoat applied with nine rotary atomizers and six air atomizers, so that the length of the coating zone 150 in contrast can be reduced by about 1/3.
  • Rotary atomizer for the first color application vertically moved up and down.
  • the next page machines 160 each have two rotating atomizers offset vertically and horizontally, on arms 161a for triaxial contour movements or on fixed arms 161b for the coating further body parts are arranged.
  • Another pair of Side machine 162 is particular for a second side coating the vehicle doors.
  • atomizers in a double coating system can also use conventional rotary atomizers whose application efficiency may a little higher can be that of the atomizer according to that described here Invention. In any case, however, is the overall efficiency much higher (e.g. about 75%) than that of known systems for the application of paint material containing effect particles with even better quality.

Landscapes

  • Nozzles (AREA)
  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Rotationszerstäuber zum serienweisen Beschichten von Werkstücken wie beispielsweise Kraftfahrzeug-Karossen mit Effektpartikel enthaltendem Lackmaterial und einen hierfür zu verwendenden Glockenteller.
Für die Serienbeschichtung von Kraftfahrzeugen werden bekanntlich elektrostatische Rotationszerstäuber mit Glockentellern verwendet, deren dem zu beschichtenden Werkstück zugewandte Stirnfläche von einer Mittelöffnung aus kontinuierlich bis zur Absprühkante oder wenigstens im Bereich vor der Absprühkante konkav gewölbt ist (EP 0 294 606, EP 0 463 742, DE-G 93 19 555, DE 43 06 800). Ein Zweck dieser Richtungsänderung ist eine Vergrößerung der axialen Komponente der Absprührichtung und eine Verringerung der radialen Komponente. Über der das Beschichtungsmaterial zuführenden Mittelöffnung des Glockentellers sitzt ein auch als Verteilerscheibe bezeichnetes Umlenkteil, das den Materialfluß in Teilströme aufteilt, von denen der eine direkt auf die zur Absprühkante führende Überströmfläche des Glockentellers gelangt, während der andere Teilstrom durch zentrale Öffnungen des Umlenkteils auf dessen Vorderseite und erst von dort auf die Überströmfläche des Glockentellers fließt. Der Materialfluß zur Abströmkante wird durch relativ starke Umlenkungen im Bereich vor der Absprühkante mehr oder weniger turbulent, was u.a. beträchtliche Unterschiede der Lacktröpfengröße des abgesprühten und zerstäubten Beschichtungsmaterials zur Folge hat. Die Unterschiede können mehr als 100 µm betragen.
Elektrostatische Rotationszerstäuber zeichnen sich durch hohen Auftragungswirkungsgrad (Verhältnis der abgesprühten Menge zur applizierten Menge) von etwa 80 % aus und haben sich zum Applizieren normaler Lackmaterialien seit langem bewährt. Dagegen war eine befriedigende Beschichtung mit Effektpartikel enthaltendem Lackmaterial (z.B. Metalliclack) bei ausschließlicher Verwendung der bekannten Rotationszerstäuber nicht möglich. Ein Grund hierfür liegt darin, daß die relativ großen Effektpartikel dazu neigen, sich in den sehr unterschiedlich großen Lacktröpfen zusammenzuballen und sich beim Auftreffen auf die zu beschichtende Oberfläche aufzurichten oder "aufzuschwimmen". Die Folge ist eine deutliche Verschlechterung der angestrebten Oberflächeneffekte, die als Nesterbildung der Effektpigmente sowie als je nach Sichtwinkel unterschiedliche Helligkeit ("Flip-Flop") und Farbtonänderungen bei verschieden schrägen Sichtwinkeln sichtbar wird. Deshalb war bisher ein doppelter Farbauftrag üblich und notwendig, bei dem nur die erste Schicht mit elektrostatischen Rotationszerstäubern aufgetragen wurde, während für den die Effekt- und Farbtonausbildung maßgeblich bestimmenden zweiten Auftrag pneumatische Lackierpistolen verwendet wurden. Damit mußten aber prinzipielle Nachteile der pneumatischen Lackierpistolen wie die als Wolkenbildung bekannten unerwünschten Bereiche ungleichmäßiger Beschichtung im applizierten Lackfilm und vor allem ein im Vergleich mit Rotationszerstäubern wesentlich geringerer Auftragungswirkungsgrad von oft nur 30 bis 35 % in Kauf genommen werden. Die damit verbundenen Lackverluste sind nicht nur aus wirtschaftlichen Gründen unerwünscht, sondern bedeuten vor allem eine erhebliche Umweltbelastung.
Aus der US-A-4744513 ist ein beispielsweise für Metallic-Lacke verwendbarer elektrostatischer Rotationszerstäuber mit einem Glockenteller bekannt, dessen Überströmfläche von der Lackzufuhrstelle am Umfang einer Bodenplatte des Glockentellers bis zu der Absprühkante mit einem konstanten spitzen Winkel gegen die Rotationsachse verläuft. Der Lack wird von einem exzentrischen Farbrohr auf die Rückseite der Bodenplatte geleitet. Zur Vermeidung einer unerwünschten Eigenbeschichtung der Frontseite der Bodenplatte sind auf dieser ein aerodynamisch geformter Stirnkörper und/oder eine Stirnelektrode montiert.
Es sind auch elektrostatische Rotationszerstäuber bekannt, deren Glockenteller ein axial vor einer Mittelöffnung für das Beschichtungsmaterial angeordnetes Umlenkteil enthält, das mit einer zentralen Öffnung versehen ist und zur Aufteilung des aus der Mittelöffnung kommenden Beschichtungsmaterials in Teilströme dient, von denen der eine über die Rückfläche des Umlenkteils durch Schlitze an dessen Umfang auf die Überströmfläche fließt, während der andere Teilstrom durch die zentrale Öffnung und über die Vorderseite des Umlenkteils auf die Überströmfläche gelangt und sich dort mit dem ersten Teilstrom vereinigt (US-A-4512518, JP-A-08155348).
Aus GB-A-1107060, US-A-4214708, US-A-4572437, US-A-4423840, US-A-3178114 und FR-A-1421419 sind weitere nicht speziell für Effektlacke bestimmte elektrostatische Rotationszerstäuber bekannt, die ebenfalls Glockenteller mit einer mit konstantem Winkel gegen die Rotationsachse zur Absprühkante des Glockentellers verlaufenden Überströmfläche haben.
Aus der EP-A-112101 ist ein Zerstäuber mit einer drehbar gelagerten Glocke bekannt, deren Stirnseite eine sich von einer Mittelöffnung mit konstantem Winkel konisch zu einer Absprühkante erstreckende Überströmfläche hat. Hierbei handelt es sich aber um keinen Rotationszerstäuber für die elektrostatische Beschichtung von Werkstücken, sondern um einen mit Luftzerstäubung arbeitenden Zerstäuber insbesondere zum Besprühen verunreinigter Gase mit wässrigem Kalkschlamm.
Aus der GB-A-087269 ist ferner eine Beschichtungsanlage zum serienweisen Beschichten von Kraftfahrzeugkarossen unter Verwendung von in Förderrichtung der Karossen hintereinander angeordneten Gruppen aus jeweils mehreren Rotationszerstäubern zur Doppelbeschichtung unterschiedlicher Bereiche bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotationszerstäuber bzw. einen Glockenteller anzugeben, die eine qualitativ einwandfreie, insbesondere wolkenbildungsfreie Applikation von Effektlacken mit wesentlich größerem Auftragungswirkungsgrad ermöglichen als bisher. Hierbei soll die Ausrichtung der Effektpartikel auf der beschichteten Oberfläche im Vergleich mit der Verwendung bekannter Rotationszerstäuber verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Durch die Erfindung wird eine qualitativ optimale Effektlackierung mit größtmöglichem Auftragungswirkungsgrad ermöglicht. Hierbei wird nicht nur eine weitgehende Vereinzelung der Effektpigmente und deren sehr gleichmäßige Verteilung im Lackfilm erreicht, sondern vor allem auch eine flache Ausrichtung der Effektpartikel auf der beschichten Oberfläche.
Wesentlich hierfür ist die Erkenntnis, daß die applizierten Tröpfchen einen (nach dem Absprühen und vor dem Auftreffen gemessenen) Tröpfchendurchmesser von 60 µm nicht überschreiten und möglichst zwischen 10 bis 60 µm liegen sollen und ein bis zwei Effektpigmente enthalten sollen, um eine Zusammenballung der Effektpigmente zu vermeiden. Die applizierten Tröpfchen sollen beim Auftreffen auf das Objekt einen möglichst hohen Festkörperanteil erreicht haben, um ein Aufrichten oder Aufschwimmen der Effektpigmente zu vermeiden.
Es wurde festgestellt, daß die Tröpfchengröße nicht nur von der dynamischen Viskosität des Lacks abhängt, sondern u.a. beeinflußt wird durch Größe des längs der Überströmfläche konstant bleibenden Farbflußwinkels des Glockentellers sowie Durchmesser und Geometrie der Absprühkante und ferner durch die Lackausflußmenge und die Glockentellerdrehzahl. Veränderungen und Zusammenballungen der Effektpigmente werden durch lackschonenden Lackfluß verhindert. Der gewünschte hohe Festkörperanteil der applizierten Tröpfchen wird vor allem durch Lösemittelverluste beim Überströmen über den Glockenteller und auf dem Weg zum Werkstück erreicht. In Hinblick auf diese Zusammenhänge soll der Flußwinkel zwischen der Rotationsachse und der Überströmfläche zumindest im Bereich zwischen der üblichen Verteilerscheibe und der Absprühkante konstant bleiben und vorzugsweise zwischen 50 und 85° betragen. Der Verteilerscheibendurchmesser soll weniger als 40 % des Glocken- oder Absprühkantendurchmessers betragen, wodurch im Vergleich mit bisher üblichen Glockentellern der freiliegende Oberflächenbereich der Überströmfläche durch Verkleinerung der Verteilerscheibe vergrößert wird, damit möglichst viel Lösungsmittel aus dem über die Überströmfläche fließenden Lack verdampfen kann. Auch der Durchmesser der Absprühkante ist vorzugsweise größer als bisher üblich, insbesondere 63 bis 75 mm, wodurch die Oberfläche vergrößert und zugleich die Dicke des die Absprühkante erreichenden Lackfilms verringert wird. Durch den konstanten Flußwinkel mit möglichst wenig Umlenkungen des von der Mittelöffnung zur Absprühkante fließenden Lacks wird weitgehend laminare Strömung und entsprechend lackschonende Farbführung erreicht. Aus ähnlichen Gründen ist es zweckmäßig, die Absprühkante scharfkantig mit kleiner Fase zur Außenseite des Glockenteller auszubilden. Zur Verringerung der Masse des Glockenkörpers kann dieser zweiteilig mit einem inneren Hohlraum und vorzugsweise aus Metall geringer Dichte wie Al oder Ti gefertigt werden.
An den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine Schnittansicht eines Rotationszerstäubers mit einem Glockenteller gemäß der Erfindung;
Fig. 2
eine vergrößerte Ansicht des Glockenteller gemäß Fig. 1;
Fig. 3
eine Draufsicht auf die Frontseite des Glockentellers nach Fig. 2;
Fig. 4
eine vergrößerte Ansicht der Verteilerscheibe des Glockentellers nach Fig. 2;
Fig. 5
eine andere Ausführungsform eines Glockentellers gemäß der Erfindung; und
Fig. 6
eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Anlage zur Beschichtung von Kraftfahrzeugen mit den hier beschriebenen Rotationszerstäubern.
Der in Fig. 1 dargestellte Rotationszerstäuber 20 kann bis auf seinen erfindungsgemäß ausgebildeten Glockenteller 22 an sich bekannter Art sein (vgl. z.B. DE 43 06 800 C2) und muß deshalb insoweit nicht näher beschrieben werden. Lediglich ein Ring von um die Rotationsachse verteilten, die konische Außenfläche des Glockenteller 22 beaufschlagenden axialen Luftdüsen 23 ist zu erwähnen, die zur Formung des abgesprühten Beschichtungsmaterials dienen. Zweckmäßig können in der Größenordnung von 30 Düsen vorhanden sein, die Luftströme mit z.B. 100 m/min erzeugen.
Gemäß Fig. 2 hat der rotationssymmetrisch geformte Glockenteller 22 eine mit der Rotationsachse koaxiale Mittelöffnung 24, durch die das von einem Farbrohr 25 (Fig. 1) zugeführte zu versprühende Lackmaterial auf die dem Werkstück zugewandte Stirnfläche des Hauptkörpers des Glockenteller 22 gelangt. Diese Stirnfläche besteht aus einem an die Mittelöffnung 24 angrenzenden relativ kleinen Flächenbereich 28, der quer zur Rotationsachse verläuft, und eine sich anschließende konischen Überströmfläche 30, die darstellungsgemäß vom Bereich 28 aus kontinuierlich glatt und mit konstant bleibenden Winkel bezüglich der Rotationsachse bis zur Absprühkante 32 verläuft. Anders gesagt bildet die Überströmfläche in der die Rotationsachse enthaltenden Schnittebene gemäß Fig. 2 eine gerade Linie bis zur Absprühkante. Der konstante Winkel der Überströmfläche liegt bei dem dargestellten Beispiel in der Größenordnung von 60°, entsprechend dem dargestellten Winkel a von ungefähr 30° bezüglich der Absprühkante.
In Achsrichtung vor der Mittelöffnung 24 ist ein als Verteilerscheibe dienendes Umlenkteil 40 angeordnet, das eine allgemein parallel zu dem Flächenbereich 28 des Glockentellers 22 verlaufende Rückfläche 42 und anschließend hieran eine vorzugsweise parallel zu der Überströmfläche 30 verlaufende konische Rückfläche 44 hat. Das Umlenkteil ist mit zentralen Öffnungen versehen (Fig. 4) und dient in bekannter Weise zur Aufteilung des aus der Mittelöffnung 24 austretenden Beschichtungsmaterials in Teilströme, von denen der eine direkt zwischen dem Flächenbereich 28 und der Rückfläche 42 auf die Überströmfläche 30 fließt während der andere Teilstrom über die Vorderseite des Umlenkteils 40 auf die Überströmfläche 30 gelangt und sich dort mit dem ersten Teilstrom vermischt.
Die Draufsicht der Fig. 3 zeigt die Größenverhältnisse der Überströmfläche 30 und des Umlenkteils 40. Der Durchmesser des Umlenkteils kann beispielsweise etwa 1/3 des Durchmessers der Absprühkante 32 betragen. Bei dem dargestellten Beispiel kann die Absprühkante einen Durchmesser von ungefähr 65 mm haben, das Umlenkteil 40 einen Durchmesser von ungefähr 22 mm.
Auf seiner dem Werkstück abgewandten Rückseite hat der Glockenteller 22 eine Befestigungsnabe 31 zur Montage im Rotationszerstäuber und einen die Befestigungsnabe ringförmig umgebenden Kragenteil 33 mit einem Außengewinde 34. Auf das Außengewinde 34 ist eine kegelstumpfförmige Seitenwand 35 geschraubt, die hinter der Absprühkante 32 an der Rückseite des Glockenkörpers z.B. angeschweißt oder angeklebt sein kann. Infolgedessen und darstellungsgemäß ist der Hauptkörper des Glockentellers also im Raum 38 hinter der Überströmfläche 30 hohl, wodurch die Masse des Glockentellers reduziert wird. Die Überströmfläche bildet mit der Außenfläche des Glockentellers, d.h. der Seitenwand 35 einen spitzen Winkel von weniger als 45°, bei dem dargestellten Beispiel etwa 30°. Wesentlich ist ferner, daß die zwischen der Überströmfläche 30 und einer zu der konischen Außenfläche der Seitenwand 35 führenden kleinen Fase gebildete Absprühkante 32 möglichst scharfkantig sein soll.
Wenn der hier beschriebene Rotationszerstäuber 20 zur Applikation von Basislack (basecoat) dient, kann sein Glockenteller 20 zweckmäßig aus einer Titanlegierung bestehen, vorzugsweise einer TiAl-Legierung. Es können aber auch andere leichte Metalle auf Al-Basis verwendet werden, insbesondere wenn anderes Material wie z.B. Klarlack appliziert werden soll. Insbesondere zum Versprühen von Klarlack kann die Überströmfläche 30 im Bereich vor der Absprühkante 32 die an sich üblichen Längsnuten enthalten.
Das Umlenkteil 40 ist vergrößert in Fig. 4 dargestellt. Sein labyrinthartig von der Rückfläche auf die Stirnfläche 52 führendes zentrales Öffnungssystem 50 enthält z.B. vier axiale Kanäle 54 und ein über deren Mündungen darstellungsgemäß quer zur Achse angeordnetes inneres Umlenkelement. Am Hauptkörper des Glockentellers ist das Umlenkteil 40 mit vorzugsweise drei mit gleichmäßigen Winkelabständen um die Achse verteilten Haltestiften 56 mit Preßsitz lösbar befestigt. Der spaltförmige Zwischenraum zwischen dem Umlenkteil 40 und der ihm zugewandten Stirnfläche des Glockentellers 22 (Fig. 2) ist nur durch die mittleren scheibenförmigen Abstandhalter 58 der Haltestifte 56 unterbrochen.
Wie schon erläutert wurde, sorgt der beschriebene Glockenteller 22 für geringere Größenabweichungen der abgesprühten Lacktröpfchen als bei konventionellen Rotationszerstäubern, wodurch eine Lagesteuerung der Effektpartikel erleichtert wird. Wenn die Größe der von der Absprühkante 32 abgesprühten zerstäubten Lacktröpfchen bekannt ist, können die Geschwindigkeit der Formgebungsluft sowie die Drehzahl des Glockentellers und der Farbfluß so eingestellt werden, daß die Effektpartikel gezwungen werden, sich flach auf die zu beschichtende Oberfläche zu legen. Aufgrund der geringen Größenunterschiede der Lacktröpfchen können diese Parameter für einen hohen Prozentsatz des Lackmaterials für den gewünschten Farbeffekt optimiert werden.
Wie ebenfalls schon erläutert wurde, ist die geringere Tröpfchengrößenabweichung ein Ergebnis verschiedener wesentlicher Aspekte des Glockentellers 22 und des Umlenkteils 40. Erstens wird durch die größere ringförmige Überströmfläche 30 ein höherer Anteil des Lösemittels (bei dem es sich im Fall von Wasserlack bekanntlich zum großen Teil um Wasser handelt) verdampft, bevor das Lackmaterial die Absprühkante 32 erreicht. Durch den relativ großen Durchmesser der Absprühkante 32 bildet sich an dieser ein vorteilhaft dünner Lackfilm. Das geringe Verhältnis des Durchmessers des Umlenkteils 40 zu dem der Absprühkante 32 sorgt für konstanteren, laminaren Materialfluß über die Überströmfläche 30 zur Absprühkante 32. Da die konische Überströmfläche 30 vom Umlenkteil 40 bis zur Absprühkante 32 kontinuierlich und glatt ist und einen konstanten Winkel α mit der Absprühkante bildet, ist auch die Lackflußrate bis zur Absprühkante konstant, d.h. es treten keine Oszillationen auf. Als Ergebnis ergibt sich eine bessere Kontrolle der Lacktröpfchengröße. Da außerdem gemäß Fig. 2 der beschriebene Glockenteller 22 nur wenig Strömungsrichtungsabweichungen zwischen der Mittelöffnung 24 und der Absprühkante 32 bewirkt, und zwar nur relativ nahe an der Mit-telöffnung 24, ergeben sich konstanter, im wesentlichen laminarer Lackfluß an der Absprühkante 32 und daher auch geringere Tröpfchengrößenabweichungen.
In Fig. 5 ist ein Glockenteller 100 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, der auch ein etwas anderes Umlenkteil 110 hat und noch weniger Richtungsabweichungen zwischen der Mittelöffnung 112 und der Absprühkante 132 bewirkt als bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Der die Überströmfläche 126 bildende geradlinig konische Teil der Stirnfläche des Glockenkörpers erstreckt sich hier nämlich direkt von der Mittelöffnung 112 bis zur Absprühkante 132. Die Überströmfläche 126 enthält also keinen senkrecht zur Achse verlaufenden Teil (wie den Flächenbereich 28 in Fig. 2). Hierdurch werden der laminare Lackfluß weiter verbessert und Tröpfengrößenabweichungen weiter verringert. Das Umlenkteil 110 hat hier eine im wesentlichen geradlinig konische Rückfläche 144 angrenzend an einen zentralen abgerundeten Rückflächenteil, wodurch Richtungsänderungen des Lackflusses auf ein Minimum verringert werden. Auch hier verläuft die Rückfläche 144 des Umlenkteils parallel zur Stirnfläche des Glockenkörpers, und der ringspaltförmige Zwischenraum ist nur durch achsparallele Haltestifte zur lösbaren Befestigung des Umlenkteils 110 unterbrochen, von denen einer schematisch bei 56' dargestellt ist. Im Unterschied zu dem labyrinthartigen Öffnungssystem 50 gemäß Fig. 4 bestehen die von der Rückseite zur Stirnfläche des Umlenkteils 110 führenden Öffnungen aus einfachen bezüglich der Rotationsachse geneigten Bohrungen 154.
Zur Erläuterung des beschriebenen Beschichtungsverfahrens ist in Fig. 6 eine mögliche Anordnung der verwendeten Rotationszerstäuber 20 (Fig. 1) in der Beschichtungszone 150 einer Sprühkabine für die Beschichtung von Kraftfahrzeug-Karossen mit Basislack dargestellt. Die Karosse 152 bewegt sich in Richtung des dargestellten Pfeils. Die Beschichtungszone 150 enthält darstellungsgemäß 13 Rotationszerstäuber für doppelten Farbauftrag. In vergleichbaren bekannten Systemen würde der Basislack mit neun Rotationszerstäubern und sechs Luftzerstäubern aufgetragen, so daß die Länge der Beschichtungszone 150 demgegenüber um etwa 1/3 reduziert werden kann. Genauer gesagt sind an einer Dachmaschine 156 zwei Rotationszerstäuber 20 für den ersten Farbauftrag vorgesehen. Am ersten Seitenmaschinenpaar 158 werden Rotationszerstäuber für den ersten Farbauftrag vertikal auf- und abbewegt. Die nächsten Seitenmaschinen 160 haben jeweils zwei vertikal und horizontal gegeneinander versetzte Rotationszerstäuber, die an Armen 161a für dreiachsige Konturbewegungen bzw. an ortsfesten Armen 161b für die Beschichtung weiterer Karossenteile angeordnet sind. Ein weiteres Paar von Seitenmaschinen 162 ist für eine zweite Seitenbeschichtung insbesondere der Fahrzeugtüren vorgesehen. Schließlich sorgt eine zweite Dachmaschine 164 mit drei Rotationszerstäubern 20 für eine zweite Beschichtung der horizontalen Fahrzeugflächen.
Für den einen Teil der Zerstäuber einer Doppelbeschichtungsanlage können auch konventionelle Rotationszerstäuber verwendet werden, deren Auftragungswirkungsgrad u.U. noch etwas höher sein kann als derjenige der Zerstäuber gemäß der hier beschriebenen Erfindung. In jedem Fall ist aber der Gesamtwirkungsgrad wesentlich höher (z.B. etwa 75 %) als derjenige bekannter Systeme für die Applikation von Effektpartikel enthaltendem Lackmaterial bei noch verbesserter Qualität.
In einem praktischen Versuch wurde mit einer Anlage gemäß Fig. 6 handelsüblicher Metalliclack im Doppelbeschichtungsbetrieb mit folgenden Parametern appliziert. Die Glockendrehzahl betrug 60.000 U/min. Lackfluß und Lenkluftfluß betrugen 200 cc/min bzw. 200 L/min bei der ersten Beschichtung und 75 cc/min bzw. 50 L/min bei der zweiten Beschichtung. Es wurde dafür gesorgt, daß bei den Zerstäuberlagern keine Resonanzfrequenzen auftraten. Abweichungen der Lacktröpfchengröße waren gering, typisch sind 80 % der Tröpfchen beim Auftreffen innerhalb eines Bereiches von 8-50 µm. Die Größe der Tröpfchen kann z.B. mit einem Lasermeßverfahren auf dem Weg zwischen der Absprühkante und dem Werkstück gemessen werden. Aufgrund der geringen Größenabweichung der Lacktröpfchen konnten alle anderen Parameter so eingestellt werden, daß die Effektpartikel beim Auftreffen flach aufliegen und die gewünschte gute Farbkoinzidenz gewährleisten. Es gelang, die Tröpfchengrößenabweichung vorteilhaft auf weniger als 30 µm zu reduzieren.

Claims (11)

  1. Elektrostatischer Rotationszerstäuber zum serienweisen Beschichten von Werkstücken wie beispielsweise Kraftfahrzeug-Karossen mit Effektpartikel enthaltendem Lackmaterial, mit einem drehbar gelagerten Glockenteller (22, 100), der mit einer zur Zerstäubung des Lackmaterials ausreichenden Drehzahl rotiert, und der auf seiner dem Werkstück zugewandten Stirnseite eine Überströmfläche (30, 126) für das Beschichtungsmaterial hat, die sich allgemein konisch zwischen einer das Beschichtungsmaterial auf die Stirnfläche des Glockentellers leitenden, zur Rotationsachse koaxialen Mittelöffnung (24, 112) und einer ringförmigen Absprühkante (32, 132) erstreckt,
    mit einem axial vor der Mittelöffnüng (24, 112) angeordneten Umlenkteil (40, 110),
    dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmfläche (30, 126) in dem an die Absprühkante (32, 132) angrenzenden Bereich mit der Rotationsachse einen in Richtung zur Absprühkante im Wesentlichen konstant bleibenden Winkel von 50° bis 85° bildet;
    dass die in Richtung zur Absprühkante (32, 132) gemessene Länge des an die Absprühkante angrenzenden Bereichs konstanten Winkels wesentlich größer ist als diejenige der Überströmfläche (28) zwischen der Mittelöffnung (24) und dem Bereich konstanten Winkels
    oder der Bereich konstanten Winkels sich von der Absprühkante (132) im Wesentlichen bis zu der Mittelöffnung (112) erstreckt;
    und daß der Durchmesser des kreisförmigen Umfangs des Umlenkteils (40, 110) weniger als 40 % des Durchmessers der Absprühkante (32, 132) beträgt.
  2. Rotationszerstäuber nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der konstante Winkel in der Größenordnung von 60° liegt.
  3. Rotationszerstäuber nach Anspruch 1 oder 2 mit einem axial vor der Mittelöffnung (24, 112) angeordneten Umlenkteil (40, 110), das eine parallel zu der Überströmfläche (30, 126) verlaufende konische Rückfläche (44, 144) hat,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich konstanten Winkels sich von der Absprühkante (32, 132) bis zu dem oder unter das Umlenkteil (40, 110) erstreckt.
  4. Rotationszerstäuber nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die dem Werkstück abgewandte Innenfläche (42) des Umlenkteils (40) im wesentlichen parallel zu der ihr gegenüberliegenden Überströmfläche (28, 30) verläuft.
  5. Rotationszerstäuber nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der spaltförmige Zwischenraum zwischen der dem Werkstück abgewandten Innenfläche (42) des Umlenkteils (40) und der Überströmfläche (28, 30) nur durch axiale Stiftelemente (56) unterbrochen ist, mit denen das Umlenkteil (40) lösbar am Glockenteller (22) befestigt ist.
  6. Rotationszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Absprühkante (32) etwa 63 bis 75 mm beträgt.
  7. Rotationszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmfläche (30, 126) mit der seitlichen Außenfläche (35) des Glockentellers (22) oder einer zu der seitlichen Außenfläche führenden Fase oder Übergangsfläche eine scharfkantige Absprühkante (32) bildet.
  8. Rotationszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die allgemein konische Außenfläche (35) des Glockentellers (22) mit der konischen Überströmfläche (30) einen spitzen Winkel von weniger als 45° bildet und der Glockenteller (22) zwischen diesen Flächen einen Hohlraum (38) enthält.
  9. Glockenteller für einen elektrostatischen Rotationszerstäuber zum serienweisen Beschichten von Werkstücken wie beispielsweise Kraftfahrzeug-Karossen mit Effektpartikel enthaltendem Lackmaterial,
    der auf seiner dem Werkstück zugewandten Stirnseite eine Überströmfläche (30, 126) für das Beschichtungsmaterial hat, die sich allgemein konisch zwischen einer das Beschichtungsmaterial auf die Stirnfläche des Glockentellers leitenden, zur Rotationsachse koaxialen Mittelöffnung (24, 112) und einer ringförmigen Absprühkante (32, 132) erstreckt,
    mit einem axial vor der Mittelöffnung (24, 112) angeordneten Umlenkteil (40, 110),
    dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmfläche (30, 126) in dem an die Absprühkante (32, 132) angrenzenden Bereich mit der Rotationsachse einen in Richtung zur Absprühkante im Wesentlichen konstant bleibenden Winkel von 50° bis 85° bildet;
    dass die in Richtung zur Absprühkante (32, 132) gemessene Länge des an die Absprühkante angrenzenden Bereichs konstanten Winkels wesentlich größer ist als diejenige der Überströmfläche (28) zwischen der Mittelöffnung (24) und dem Bereich konstanten Winkels
    oder der Bereich konstanten Winkels sich von der Absprühkante (132) im Wesentlichen bis zu der Mittelöffnung (112) erstreckt;
    und
  10. Glockenteller nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Absprühkante (32) mehr als 63 mm beträgt.
  11. Glockenteller nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die allgemein konische Außenfläche (35) des Glockentellers (22) mit der konischen Überströmfläche (30) einen spitzen Winkel von weniger als 45° bildet und der Glockenteller (22) zwischen diesen Flächen einen Hohlraum (38) enthält.
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