DE3634443C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektro­ statischen Aufbringen von fließfähigen Medien auf Werkstücke gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Vorrichtung der genannten Art ist z. B. aus der DE-OS 31 43 426 bekannt. Sie umfaßt einen rotierenden Sprühkopf mit einer flüssigkeitsüberströmten Stirnfläche und einer Zerstäuberkante, Antriebsmittel, Zuführleitungen sowie Steuereinrichtungen für das bzw. die fließfähigen Medien und für Spülmittel zur Selbstreinigung. Ferner ist mindestens ein Strömungskanal vorgesehen, der sich durch die Nabe des Sprühkopfes erstreckt.

Ferner ist aus der DE-OS 31 44 648 eine elektrostatische Farbspritzpistole mit Rotationszerstäuber bekannt, die zum Versprühen von Dispersionslacken, wasserlöslichen Lacken und Pulver-Wasser-Suspensionen dient. Der Rotationszerstäuber besteht aus einer pilzförmigen, am freien Ende der Pistolen- Rotationswelle sitzenden Nabe und einer an der Nabe befestigten, diese koaxial umgebenden Zerstäuberglocke. Die Farbe wird über eine Farbzuführung auf die Nabenrückseite aufgebracht, von deren Außenkante sodann durch Zentrifugalkraft auf die Innenfläche der Glocke verteilt und schließlich von der Glockenkante abgesprüht. Zusätzlich ist eine Zuführleitung für Spülflüssigkeit vorgesehen und weist zwei Austrittsöffnungen auf, wobei sich die eine Austrittsöffnung an der Nabenrückseite und die andere Austrittsöffnung im wesentlichen zentral an der Nabenvorderseite befindet.

Die Zerstäubung des aufzutragenden Mediums erfolgt bei hoher Drehzahl über die Zerstäuberkante am Umfang des Sprühkopfes bei gleichzeitiger Erzeugung eines elektrischen Feldes. Trotz vielfältiger Bemühungen ist es nach wie vor schwierig, eine möglichst feine Zerstäubung und eine möglichst gleichmäßige fehlerfreie Beschichtung mit dem aufzutragenden Material zu erreichen. Dabei ergeben sich auch unterschiedliche Probleme auf Grund der speziellen Materialeigenschaften der verschiedenartigen Farben und Lacke, und schließlich muß auch der Sprühkopf möglichst automatisch von Farb- und Lackrückständen gereinigt werden. Dies gilt sowohl für das Innere des Sprühkopfes selbst als auch für seine Vorderseite, auf der sich Farb- und Lackrückstände durch die besonderen Druckverhältnisse in seinem Umfeld niederschlagen.

Die in der DE-OS 31 43 426 dargestellte und beschriebene Vorrichtung weist zur Selbstreinigung bei einem Farbwechsel eine Sprühdüse für Spülflüssigkeit auf, die in einem über den rotierenden Sprühkopf verfahrbaren Mantel angeordnet ist. Die Sprühdüse kann daher bei ausgefahrenem Mantel sowohl die Vorderseite des Sprühkopfes als auch seine Außenkontur erreichen. Ferner endet eine gesonderte Leitung für Spülflüssigkeit im Inneren des Sprühkopfes. Der Rotationszerstäuber kann daher von Farb- bzw. Lackresten gereinigt werden, doch ist dies auf Grund des dazu benötigten Mantels mit einem außerordentlich großen Platzbedarf verbun­ den.

Die in der DE-OS 31 44 648 dargestellte und beschriebene Vorrichtung benötigt zwar keinen Mantel zum Reinigen bei einem Farb- oder Lackwechsel, dafür ist aber die Reinigung im Zentrum der Stirnfläche nicht zuverlässig genug.

Schließlich ist aus der GB-OS 20 99 724 ein Zerstäuber mit einer zylindrischen Glocke bekannt, die aus einem korbartigen Geflecht besteht. Mit Hilfe dieses korbartigen Geflechtes soll eine feine Verteilung der abzugebenden Flüssigkeit erzielt werden. Eine Selbstreinigung o. dgl. ist nicht vor­ handen.

Der Erfindung liegt gegenüber diesen bekannten Vorrichtungen die Aufgabe zugrunde, eine bessere Nutzung der Zerstäuberwirkung des elektrostatischen Feldes an der Zerstäuberkante zu erreichen und ferner zu gewährleisten, daß auch eine Selbstreinigung des Sprühkopfes bei einem Farbwechsel möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß am rotierenden Sprühkopf ein ringförmiger Körper aus porösem Werkstoff angeordnet ist, der radial außen an der Stirnfläche des Sprühkopfes anliegt und der an seinem äußeren Umfang eine Ringfläche geringer axialer Breite aufweist, um die Zerstäuberkante für die fein verteilte radiale Abgabe des fließfähigen Mediums zu bilden und daß sich zusätzlich ein poröser Körper im Zentrum der Stirnfläche des Sprühkopfes befindet.

Das fließfähige Medium, und zwar sowohl Farben und Lacke als auch Spülmittel, tritt von der Rückseite her nahe am Zentrum in den Sprühkopf ein, da dort mindestens ein Strömungskanal angeordnet ist. Von hier fließt das zu zerstäubende Medium in den zentrisch angeordneten, porösen Körper und durchströmt ihn in axialer und radialer Richtung, bis das Medium über die Stirnfläche des Sprühkopfes in den Bereich der Zerstäuberkante gelangt. Diese wird ebenfalls von einem Körper aus porösem Werkstoff gebildet, der ringförmig ist und an seinem äußeren Umfang eine Ringfläche geringer axialer Breite aufweist. Die Ringfläche dient als Zerstäuberkante für die fein verteilte radiale Abgabe des fließfähigen Mediums, das auf Grund der Porosität sowohl den ringförmigen Körper durchströmt als auch im Falle größerer Mengen überströmt. Die Ausbildung der Zerstäuberkante als poröse Ringfläche mit geringer axialer Erstreckung ermöglicht eine besonders vorteilhafte Nutzung der Zerstäuberwirkung des elektrostatischen Feldes und somit eine gute Verteilung des zu zerstäubenden Mediums.

Darüber hinaus ist die Möglichkeit gegeben, mit einer Spülflüssigkeit die Zerstäuberglocke sowohl in ihrem Inneren als auch auf ihrer Stirnfläche im Bereich aller von dem zu zerstäubenden Medium überströmten Flächen wirkungsvoll zu reinigen. Die Spülflüssigkeit strömt dabei vom Zentrum des rotierenden Sprühkopfes radial nach außen, wobei sie die porösen Körper ebenfalls durchströmt und somit reinigt.

Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch wesentliche Teile der Vorrichtung;

Fig. 2 eine Stirn-Teilansicht des Sprüh­ kopfes in kleinerem Maßstab;

Fig. 3 einen Schnitt wie in Fig. 1 von einem abgewandelten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 eine Stirnansicht des Sprühkopfes gemäß Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt wie in Fig. 1 von einem dritten Ausführungsbeispiel und

Fig. 6 einen Schnitt wie in Fig. 1 von einem vierten Ausführungsbeispiel.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 zum elektrostatischen Aufbringen von fließfähigen Medien wie Farben, Lacke usw. auf ein nicht dargestelltes Werkstück umfaßt einen Rotationszerstäuber 2 mit einer Antriebswelle 3 für einen Sprühkopf 4 und einen zylindrischen Maschinenkörper 5 mit einer Bohrung 6 für die Antriebswelle 3. Der zylindrische Maschinen­ körper 5 dreht sich nicht und greift in eine entsprechend zylindrische Ausnehmung 7 des glockenförmigen bzw. gemäß Ausführungsbeispiel eine kegelstumpfförmige Mantelfläche 8 aufweisenden Sprühkopfes 4.

In seinem Zentrum 9 weist der Sprühkopf 4 eine Nabe 10 auf. Sie übergreift gemäß Ausführungsbeispiel ein kegelstumpfförmiges Ende 11 der Antriebswelle 3 und wird z. B. mit Hilfe einer Schraube 11 a axial an der Antriebswelle 3 befestigt.

Zwischen der Nabe 10 und einer freien Stirnfläche 12 des zylindrischen Maschinenkörpers 5 befindet sich eine Ringkammer 13, zu der mindestens eine Bohrung 14 bzw. ein Farbkanal 14 im zylindrischen Maschinenkörper 5 führt. Vorzugsweise sind mehrere derartige Bohrungen oder Farbkanäle 14 vorgesehen und dienen auch je nach Ansteuerung zur Zuführung von Spülmitteln.

Zwischen der sprühkopfseitigen Oberfläche der Aus­ nehmung 7 und der zylindrischen Oberfläche des zylindrischen Maschinenkörpers 5 befinden sich in Fig. 1 nicht dargestellte Dichtungen oder auch Lager­ mittel. Dasselbe gilt für die Bohrung 6, in der sich die Antriebswelle 3 befindet. Die Darstellung der Dichtungen und Lagerkörper würde die Klarheit der Fig. 1 nur unnötig beeinträchtigen.

In der Nabe 10 sind mehrere, sich weitgehend achs­ parallel erstreckende Bohrungen 15 angeordnet. Zur Achse der Antriebswelle 3 sind diese Bohrungen 15 zumindest teilweise leicht geneigt. Die Neigung der Bohrungen 15 führt zu einer divergierenden und/oder konvergierenden Bohrungsanordnung.

Die der Ringkammer 13 zugewandte Oberfläche 16 der Nabe 10 ist vorzugsweise kegelstumpfförmig und läuft in einem außen zylindrischen, innen konischen Ansatz 17 aus, der das Wellenende 11 übergreift.

Die Nabe 10 ist im Zentrum 9 des Sprühkopfes 4 weit­ gehend flüssigkeitsdurchlässig. Hierzu dienen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel feine Poren 18 zu­ sätzlich zu den Bohrungen 15. Zur Bildung der Poren 18 ist ein poröser Körper 19 vorgesehen, der die Stirn­ fläche 20 im Zentrum 9 des Sprühkopfes 4 auf dessen der Antriebswelle 3 abgewandten Seite bildet. Abge­ sehen von einer mittigen Durchtrittsöffnung 21 für die bereits erwähnte, in Fig. 1 darge­ stellte Befestigungsschraube ist der poröse Körper 19 scheiben- oder ringförmig.

Wie aus Fig. 1 ferner hervorgeht, kann der poröse, scheibenförmige Körper 19 in seinem äußeren Rand­ bereich etwas dicker sein als im Bereich der Durch­ trittsöffnung 21 und ferner kann seine Mantelfläche 22 kegelstumpfförmig sein. Sämtliche Bohrungen 15 enden an dem porösen Körper 19, so daß ein durch diese Bohrungen 15 strömendes Medium in den porösen Körper 19 gelangt.

Die Stirnfläche 20 des Sprühkopfes 4 ist zumindest radial außerhalb von dem porösen Körper 19 gemäß Ausführungsbeispiel konkav oder kegelstumpfförmig. Vorzugsweise ist die Stirnfläche 23 im Bereich des porösen Körpers 19 ebenfalls leicht kegelstumpfförmig, besitzt allerdings eine etwas geringere Neigung als der sie umgebende, ringförmige Teil 24 der Stirn­ fläche 20.

Der poröse Körper 19 ist in die Stirnfläche 20 in eine Ausnehmung 25 eingesetzt und liegt mit seiner Stirnfläche 23 bündig an der Stirnfläche 20 des Sprühkopfes 4.

Der ringförmige Teil 24 der Stirnfläche 20 wirkt als Gleit-, Beschleunigungs- und Transportfläche für das zu zerstäubende Medium und wird von diesem filmartig radial auswärts überströmt, sobald das Medium den porösen Körper 19 aufgrund der Fliehkraft ebenfalls radial auswärts verlassen hat.

Im Bereich der Zerstäuberkante 32 weist der Sprühkopf 4 ebenfalls eine flüssigkeitsdurchlässige Fläche 27 bzw. Ringfläche 27 auf, die an ihrem Außenumfang nur eine geringe, axiale Breite (B) besitzt. Gebildet wird die Ringfläche 27 mit Hilfe eines porösen, z. B. ringförmigen Körpers 28, der radial außen am Teil 24 der Stirnfläche 20 anliegt. Der ringförmige Körper 28 steht axial über die Stirnfläche 20 vor, so daß über die Stirnfläche 20 radial auswärts strömende Medien aufgrund der Fliehkraft in ihn eindringen. Im Inneren des ringförmigen Körpers 28 verteilt sich die Flüssig­ keit auf verschiedene Poren und wird sodann vom ring­ förmigen Körper über dessen kurze, zylindrische Ring­ fläche 27 axial fein verteilt radial abgegeben.

Gehalten und fixiert wird der ringförmige Körper 28 mit Hilfe eines übergreifenden Randstückes 30 am großen Durchmesser des Grundkörpers 29. Hierzu ist noch eine kleine Vertiefung 31 an der Stirnfläche 20 des Sprühkopfes 4 vorgesehen und nimmt den ringförmigen Körper 28 teilweise auf. Im Querschnitt ist der ring­ förmige Körper 28 beispielsweise rechteckig, wie aus Fig. 1 hervorgeht.

Der ringförmige Körper 28 bildet mit seiner außen liegenden, sich axial erstreckenden Ringfläche 27 die Zerstäuberkante 32 des Sprühkopfes 4. Die axiale Erstreckung der Ringfläche 27 bzw. die Breite der Zerstäuberkante 32 wird in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des zu versprühenden Mediums, der gewählten Drehzahl des Sprühkopfes 4 und weiteren, im Einzelfall wesentlichen Parametern bestimmt.

Als Werkstoff für den bzw. die porösen Körper 19, 28 dient vorzugsweise ein Sinterwerkstoff und/oder ein Keramikwerkstoff bzw. ein Kunststoff. Die einzelnen Körper können auch mehrteilig sein.

Beim Spülen des Sprühkopfes 4 nimmt die Spülflüssig­ keit grundsätzlich denselben Weg wie Farben oder Lacke beim Versprühen. Dies hat zur Folge, daß die Spülflüssigkeit ebenfalls über die Stirnfläche 23 des im Zentrum 9 angeordneten porösen Körpers 19 und von dort radial auswärts über die ringförmige Teilfläche 24 bzw. die gesamte Stirnfläche 20 des Sprühkopfes 4 und sodann durch den porösen, ring­ förmigen Körper 28 nach außen strömt und dabei alle Farb- oder Lackpartikel mitnimmt. Eine vollautoma­ tische Reinigung bzw. Spülung des Sprühkopfes ist daher gewährleistet.

Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbei­ spielen tragen gleiche Teile bzw. Merkmale dieselben Bezugszahlen wie der Rotationszerstäuber 2 gemäß den Fig. 1 und 2 und zusätzlich Buchstaben- Indizes.

Der Rotationszerstäuber 2 a gemäß den Fig. 3 und 4 umfaßt ebenfalls einen von einer Antriebswelle 3 a in Drehung versetzbaren Sprühkopf 4 a sowie einen zylindrischen Maschinenkörper 5 a mit Bohrungen bzw. Versorgungskanälen 14 a und unterscheidet sich von dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel durch die Ge­ staltung im Nabenbereich bzw. Zentrum 9 a. Der Sprüh­ kopf 4 a weist im Zentrum 9 a eine Durchtrittsöffnung 33 a auf und die Nabe 10 a ist in der Durchtritts­ öffnung 33 a mit Hilfe von Stegen von 34 a angeordnet. Stirnseitig deckt wiederum ein poröser, scheiben­ förmiger Körper 19 a die Durchtrittsöffnung 33 a ab und ist an der Nabe 10 a sowie an der Welle 3 a mit Hilfe der axial gerichteten Schraube 11 a gehalten.

Der scheibenförmige, poröse Körper 19 a verschließt durch die Stege 34 a gebildete Kanäle 35 a bzw. Ausnehmungen 35 a zwischen der Ringkammer 13 a und der Stirnfläche 20 a des Sprühkopfes 4 a.

Der poröse Körper 19 a übergreift mit seinem äußeren Rand 36 a die Durchtrittsöffnung 33 a nur wenig. Ferner ist der Rand 36 a im Querschnitt vorzugsweise spitzwinklig, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Gleiches gilt für den Rand 36 in Fig. 1. Ferner sind der ringförmige Teil 24 a der Stirnfläche 20 a und der ringförmige Körper 28 a ebenso gestaltet wie bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Die Befestigungsschraube 11 a kann, sofern der Werk­ stoff des im Zentrum 9 a angeordneten, porösen Körpers 19 a fest genug ist, unmittelbar an ihm anliegen.

Damit der Querschnitt der zwischen den Stegen 34 a be­ findlichen Kanäle 35 a möglichst groß ist, ist die Mantelfläche 16 a der Nabe 10 a im Stegbereich nur schwach konisch.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit einem Sprühkopf 4 b, der weitgehend mit dem Sprühkopf 4 gemäß Fig. 1 übereinstimmt und wiederum nur im Nabenbereich kleine Unterschiede aufweist. Auch hier ist der dem scheibenförmigen, porösen Körper 19 b benachbarte Teil 37 b der Nabe 10 b nur leicht konisch. Ein einzelner Ring von Kanälen oder Bohrungen 38 b mit verhältnis­ mäßig geringem Durchmesser umgibt den Nabenteil 37 b. Der scheibenförmige Körper 19 b ist in der Stirnfläche 20 b versenkt angeordnet und übergreift die Kanäle bzw. Bohrungen 38 b verhältnismäßig weit.

Die Fig. 6 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel mit einem Sprühkopf 4 c, der tellerförmig ist bzw. die Gestalt einer flachen Lampenschale besitzt. Der Sprühkopf weist daher nur eine geringe Höhe im Ver­ hältnis zu seinem Durchmesser auf. Auch die Stirn­ fläche 20 c ist flach konisch wie bei den anderen Aus­ führungsbeispielen.

Im Zentrum 9 c weist der Sprühkopf 4 c einen porösen Körper 19 c auf, der apollokapselförmig ist, d. h. an seinem einen Ende 39 c außen zylindrisch ist, sich sodann kegelstumpfförmig verdickt und an seinem dicken Ende 40 c stirnseitig ballig ist. Das ballige Ende 40 c ragt in den von der konischen Stirnfläche 20 c umhüllten Raum.

Der Grundkörper 29 c des Sprühkopfes 4 c weist eine Bohrung 41 c auf, die den porösen Körper 19 c form­ schlüssig aufnimmt.

Der poröse Körper 19 c weist schließlich noch eine vom zylinderseitigen Ende 39 c her offene Kammer 42 c auf, und eine Hohlwelle 43 c mit einer Bohrung 44 c dient als Antrieb für den Sprühkopf 4 c. Eine an der Hohlwelle 43 c gegen axiale Verschiebung gesicherte Überwurfmutter 45 c dient zur Befestigung des Grund­ körpers 29 c des Sprühkopfes 4 auf dem ebenfalls kegel­ stumpfförmigen Ende 11 c der Hohlwelle 43 c.

Die Versorgung des Sprühkopfes 4 c mit fließfähigen Medien erfolgt unmittelbar durch die Hohlwelle 43 c mit ihrer Bohrung 44 c, an die die Kammer 42 c im porösen Körper 19 c unmittelbar anschließt. Die Kammer 42 c erstreckt sich axial weiter bis fast in den Bereich des balligen Endes 40 c des porösen Körpers 19 c. Der Flüssigkeitsaustritt erfolgt ausschließlich im Bereich der Oberfläche des balligen Endes 40 c.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Aufbringen von fließfähigen Medien auf Werkstoffe, insbesondere von Farben, Lacken usw. mit Hilfe eines Rotations­ zerstäubers, der einen rotierenden Sprühkopf mit einer flüssigkeits­ überströmten Stirnfläche und einer Zerstäuberkante, Antriebsmittel, Zuführleitungen sowie Steuereinrichtungen für das oder die fließfähigen Medien und für Spülmittel zur Selbstreinigung aufweist, und wobei ferner im Bereich des Zentrums des Sprühkopfes mindestens ein Strömungskanal endet, dadurch gekennzeichnet, daß am rotierenden Sprühkopf (4) ein ringförmiger Körper (28) aus porösem Werkstoff angeordnet ist, der radial außen an der Stirnfläche (24) des Sprühkopfes (4) anliegt und der an seinem äußeren Umfang eine Ringfläche (27) geringer axialer Breite (B) aufweist, um die Zerstäuberkante (32) für die fein verteilte radiale Abgabe des fließfähigen Mediums zu bilden, sowie mit einem zusätzlichen, porösen Körper (19, 19 a, 19 c) im Zentrum (9, 9 a, 9 c) der Stirnfläche (24, 24 a, 24 c) des Sprühkopfes (4, 4 a, 4 c).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper (19, 19 a) scheibenförmig ist und den oder die Strömungskanäle (15, 35 a) auf der der Antriebswelle (3) abgewandten Seite abdeckt.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper (19, 19 a, 28) aus einem Sinterwerkstoff und/oder Keramikwerkstoff und/oder Kunststoff besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühkopf (4 c) in seinem Zentrum (9 c) einen porösen Körper (19 c) aufweist, der an seinem einen Ende (39 c) außen zylindrisch, sodann sich verdickend kegelstumpfförmig und an seinem dicken Ende (40 c) stirnseitig ballig ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der im Zentrum (9 c) angeordnete, poröse Körper (19 c) eine zum zylindrischen Ende (39 c) hin offene Kammer (42 c) aufweist, daß eine den Sprühkopf (4 c) antreibende Hohlwelle (43 c) vorgesehen ist und daß die Versorgung mit fließfähigen Medien durch die Hohlwelle (43 c) erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der zentral angeordnete poröse Körper (19, 19 a) einen im Querschnitt spitzwinklig auslaufenden Rand (36, 36 a) besitzt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im Zentrum (9 a, 9 c) angeordnete, poröse Körper (19, 19 a, 19 c) zumindest teilweise kegelförmig ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im Zentrum (9 a, 9 c) angeordnete, poröse Körper (19 a, 19 c) zumindest teilweise über die Stirnfläche (20 a, 20 c) des Sprühkopfes (4 a, 4 c) axial vorsteht.