DE4340441A1 - Rotationszerstäuber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationszerstäuber gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Rotationszerstäuber sind Beschichtungs- oder Lackiergeräte für flüs­ siges Beschichtungsmaterial, die einen Sprühkopf aufweisen, der mit hoher Drehgeschwindigkeit (typischerweise 10 000 bis 40 000 Umdre­ hungen pro Minute) gedreht wird, um flüssiges Beschichtungsmaterial in zerstäubter Form auf die Oberfläche eines Werkstücks aufzutragen. Der Sprühkopf weist gewöhnlich die Form einer Scheibe oder eines Trichters auf, mit einer Innenwand, welche einen Hohlraum definiert und in einer Zerstäuberkante endet. Das dem Innenraum des tassenför­ migen Sprühkopfes zugeführte flüssige Beschichtungsmaterial wandert unter Einwirkung der Zentrifugalkraft entlang der Innenwand nach außen und wird von der Kante der Trichterform abgeschleudert und dabei zerstäubt. Um die Effizienz des Beschichtungsvorgangs zu er­ höhen, wird das Beschichtungsmaterial mit einer elektrostatischen Ladung beaufschlagt, so daß das zerstäubte Beschichtungsmaterial von einem elektrisch geerdeten Werkstück angezogen wird.

Aus der US-PS 4,887,770 ist ein Rotationszerstäuber gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 bekannt. Dort besteht der trichterförmige Sprühkopf aus einem Isoliermaterial und enthält einen halbleitenden Ring, der mittels Anschlußklemmen durch drei externe Elektrodenson­ den aufgeladen wird. Dieser bekannte Rotationszerstäuber weist den Nachteil auf, daß das vordere Ende des Gehäuses, von dem aus sich der tassenförmige Sprühkopf erstreckt, ein großes Profil aufweist, mit der Folge, daß die um den tassenförmigen Sprühkopf herum durch die Hochgeschwindigkeitsdrehung erzeugten Luftströmungen ein Vakuum um das vordere Ende des Gehäuses herum erzeugen, so daß die Farbe nach hinten auf das Gehäuse zurück spritzt. Während diesem Problem dadurch begegnet wurde, daß zusätzliche Luft um das vordere Ende des Gehäuses herumgeführt wurde, um das Vakuum zu brechen, besteht ein Bedürfnis an einem Rotationszerstäuber, der kein Zurückspritzen und kein Sicherheitsrisiko verursacht. Um dem Sicherheitsproblem zu be­ gegnen, ist aus der US-PS 4,887,770 die Verwendung eines nieder-ka­ pazitiven Rotationszerstäubers bekannt, der während des elektrosta­ tischen Aufladens der Farbe in dem tassenförmigen Sprühkopf keine ausreichende Ladung speichert, um die Gefahr eines elektrischen Schlages zu verursachen und muß somit auch nicht von Zäunen oder Sicherheits-Verriegelungen umgeben werden. Allerdings besteht immer noch der Nachteil, daß das vordere Ende des Gehäuses ein großes Pro­ fil aufweist, da der tassenförmige Sprühkopf durch externe Elektro­ densonden aufgeladen wird, was die vorstehend beschriebenen Nachtei­ le mit sich bringt.

Bereits vor Veröffentlichung der US-PS 4,887,770 war es als eine Gefahr verbunden mit der Verwendung von leitenden Zerstäubertrich­ tern bekannt, daß die Möglichkeit eines elektrischen Schlags für den Bediener besteht oder wegen der hohen Spannung, auf welcher die Trichter gehalten wurden, die Gefahr einer Entzündung brennbarer Beschichtungsmaterialien. Beispielweise ist es aus der US-PS 4,369,924 bekannt, Ladung durch eine Turbinenwelle von einer Span­ nungsquelle zum Sprühkopf zu transportieren. Jedoch sind bei diesem bekannten Rotationszerstäuber sowohl der Zerstäubertrichter als auch das gesamte Gehäuse des Rotationszerstäubers aus Metall und werden auf eine hohe Spannung aufgeladen. Diese bekannte Konstruktion bringt ein beachtliches Sicherheitsrisiko mit sich, da der Zerstäu­ ber eine ausreichende Ladung trägt, um einen Bediener durch einen Stromschlag gefährlich zu verletzen, was die Installation von Schutzzäunen und Verriegelungen um den Zerstäuber herum notwendig macht.

Schließlich ist aus der US-PS 3,826,425 ein weiterer Rotationszer­ stäuber bekannt, der eine Scheibe bestehend sowohl aus isolierenden als auch leitenden Teilen aufweist, die durch eine Spannungsversor­ gung über Kabel, Widerstände, leitenden Schaum, eine halbleitende Stange, einen halbleitenden Ring, einen Luftspalt, eine erste halbleitende Kunststoffstange, einen halbleitenden Stecker, eine zweite halbleitende Kunststoffstange und über leitende Farbe aufge­ laden wird. Der Nachteil dieses bekannten Rotationszerstäubers liegt darin, daß der elektrische Pfad aus einer großen Anzahl von Teilen besteht, was die Möglichkeit einer Fehlfunktion erhöht. Da ferner der elektrische Pfad radial von der Antriebswelle beabstandet ange­ ordnet ist, weist der Außenumfang des vorderen Endes des Gehäuses ein großes Profil auf, was den vorstehend beschriebenen Nachteil des Zurückspritzens der Farbe auf das Gehäuse mit sich bringt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotationszerstäuber der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art derart weiterzubil­ den, daß die vorstehend genannten Probleme und Beschränkungen be­ kannter Rotationszerstäuber vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotationszerstäuber mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Rotationszerstäubers liegen ins­ besondere darin, daß das Gehäuse insbesondere an seinem vorderen Ende ein verringertes Profil aufweist, wodurch ein Zurückspritzen der Farbe auf das Gehäuse im wesentlichen vermieden wird. Ein wei­ terer Vorteil besteht darin, daß auf Grund der besonderen Art und Weise der Zufuhr von elektrostatischer Ladung an den Sprühkopf kein Sicherheitsrisiko für den Bediener besteht und somit keine Schutzzäune oder Verriegelungen um den Zerstäuber herum nötig sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

So ist beispielsweise vorgesehen, daß der Sprühkopf eine Fließober­ fläche für das Beschichtungsmaterial aufweist, die einen vorderen Hohlraum bildet, und daß aufgeladenes Beschichtungsmaterial nach außen über die Fließoberfläche fließt und zur Bildung zerstäubter Beschichtungsmaterialpartikel radial abgeschleudert wird, um auf ein Werkstück aufgebracht zu werden.

Der Drehantrieb enthält einen Heißluftturbinenmotor, der mittels einer Antriebswelle an den Sprühkopf gekoppelt ist, die eine Bohrung aufweist, deren Längsachse mit der Drehachse zusammenfällt.

Ferner ist eine herausnehmbar in der Bohrung aufgenommene und mit dem Sprühkopf verbundene Speiseleitung vorgesehen, zum Zuführen von flüssigem Beschichtungsmaterial zu der Fließoberfläche des sich um die Drehachse drehenden Sprühkopfes.

Die Speiseleitung weist ein erstes Ende benachbart zum trichterför­ migen Sprühkopf auf, und ein zweites Ende, das mit dem Motor in ei­ nem freitragenden Eingriff ohne elektrischen Kontakt mit der Wandung der Bohrung steht.

Vorzugsweise enthalten die Mittel zum Leiten der elektrostatischen Hochspannung durch den Drehantrieb Mittel zum Zuführen von elektro­ statischer Hochspannung zur Antriebswelle, zur Weiterleitung durch die Antriebswelle in den Sprühkopf. Gemäß einem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der Mittel zum Zuführen von elektrostatischer Hoch­ spannung zur Antriebswelle ist vorgesehen, daß diese Mittel weitere Mittel zum Einleiten der elektrostatischen Hochspannung in die Spei­ seleitung enthalten, und daß diese Speiseleitung die Hochspannung in die Antriebswelle leitet. Alternativ oder kumulativ hierzu ist vor­ gesehen, daß die Mittel zum Zuführen von elektrostatischer Hochspan­ nung durch die Antriebswelle weitere Mittel zum Einleiten der Hoch­ spannung in Turbinenschaufeln des Heißluftturbinenmotors enthalten, die wiederum die Hochspannung in die Antriebswelle leiten. Vor­ zugsweise enthalten diese Mittel zum Einleiten der Hochspannung in die Turbinenschaufeln Ladeelektroden, die unter Bildung eines Spalts in enger Nachbarschaft zu den Turbinenschaufeln angeordnet sind, so daß die elektrostatische Hochspannung über den Spalt in die Turbi­ nenschaufeln übertragen wird.

Wiederum alternativ oder kumulativ hierzu können die Mittel zum Lei­ ten von elektrostatischer Hochspannung durch den Drehantrieb die Antriebswelle umschließende Mittel zum Übertragen der elektrostati­ schen Hochspannung in die Antriebswelle enthalten. Hierbei ist vor­ zugsweise vorgesehen, daß diese Mittel die Antriebswelle unter Bil­ dung eines Spalts eng umschließen, über den die elektrostatische Energie in die Antriebswelle hinein übertragen wird. In besonders bevorzugter Weise enthalten die die Antriebswelle umschließenden Mittel ein kontaktloses Lager, das innerhalb des Motorgehäuses der axialen, kontaktlosen Lagerung der Antriebswelle dient.

Vorzugsweise besteht der tassenförmige Sprühkopf aus einem Ver­ bundwerkstoff mit einem elektrisch leitenden Material und einem Ver­ stärkungsmaterial mit einem elektrisch nicht-leitenden Bindermateri­ al, und das Beschichtungsmaterial wird durch Kontakt mit dem Ver­ bundwerkstoff mit Hochspannung aufgeladen. Das elektrisch leitende Material hat etwa einen Gewichtsanteil von 3-8% des Gesamtge­ wichts des Verbundmaterials, vorzugsweise einen Gewichtsanteil von 5-6%. Das Verstärkungsmaterial besitzt einen Gewichtsanteil von 20-40% des Gesamtgewichts des Verbundmaterials und vorzugsweise ei­ nen Anteil von 25-35%. Das Verstärkungsmaterial enthält ein elek­ trisch nicht-leitendes Bindematerial mit einem Gewichtsanteil von etwa 65% des Gesamtgewichts des Verbundmaterials.

Vorzugsweise weist der tassenförmige Sprühkopf eine Montagekammer auf, die durch ein Schraubgewinde auf der Antriebswelle befestigt und somit an den Heißluftturbinenmotor gekoppelt ist. Der Sprühkopf weist ferner einen hinteren Hohlraum zwischen der Montagekammer und dem vorderen Hohlraum mit der Fließoberfläche auf. Der hintere Hohl­ raum ist durch eine Trennwand von dem vorderen Hohlraum getrennt und durch eine Vielzahl von Löchern mit dem vorderen Hohlraum verbunden, wodurch das dem hinteren Hohlraum zugeführte Beschichtungsmaterial durch diese Löcher zum vorderen Hohlraum und über die Fließoberflä­ che fließen kann, kurz bevor es in aufgeladenem Zustand über eine Zerstäuberkante herausgeschleudert wird.

In besonders vorteilhafter Weise besitzt der Sprühkopf einen größe­ ren Durchmesser als das vordere Ende des Gehäuses, wodurch ein Zu­ rückspritzen von Farbe auf das Motorgehäuse wesentlich verringert wird.

Vorzugsweise besitzt der tassenförmige Sprühkopf in das Verbundmate­ rial eingebettete Ladeelektrodenmittel, die sich von der Montagekam­ mer zu einer flachen, kreisringförmigen und in die Fließoberfläche eingebetteten Ladeelektrode erstrecken. Die Ladeelektrodenmittel bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Verbundmaterial mit einem elektrisch nicht-leitenden Binder und aus elektrisch leitenden Mate­ rialien. Das elektrisch leitende Material hat etwa einen Ge­ wichtsanteil von 3-8% des Gesamtgewichts des Verbundmaterials und vorzugsweise einen Gewichtsanteil von 5-6%.

Im folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Rotations­ zerstäuber zur Darstellung mehrerer alternativer Mit­ tel zum Zuführen von Ladung durch die Turbinen-An­ triebswelle zu einem tassenförmigen Sprühkopf;

Fig. 2 einen detaillierteren Längsschnitt des vorderen Endes eines ersten Ausführungsbeispiels des Rotationszer­ stäubers gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 einen detaillierteren Längsschnitt des vorderen Endes eines zweiten Ausführungsbeispiels des Rotationszer­ stäubers gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Rotationszerstäuber 10 mit einem Motorgehäuse 12, vorzugsweise aus einem elektrisch nicht-leitenden Material, mit einem vorderen Ende 14, einem hinteren Ende 16 und einem Zwischenabschnitt 18, der eine Innenkammer 20 definiert, in welcher ein Drehantrieb 22 montiert ist. Die Innenkammer 20 wird definiert durch eine erste zylindrische Bohrung 24, eine zweite zylindrische Bohrung 26 mit einem größeren Durchmesser als die erste zylindrische Bohrung und durch eine kegelstumpfförmige Bohrung 28, welche die ersten und zweiten Bohrungen 24, 26 miteinander verbindet. Das vor­ dere Ende 14 weist eine Öffnung 30 zur zylindrischen Bohrung 24 der Innenkammer 20 auf. Das hintere Ende 16 öffnet sich in die zweite zylindrische Bohrung 26 der Innenkammer 20. Das Motorgehäuse 12 kann durch beliebige konventionelle Mittel (nicht dargestellt) an einem starren Träger befestigt werden oder an einem beweglichen Träger, wie beispielsweise einem Roboter.

Der Drehantrieb 22 enthält einen Heißluftturbinenmotor 23 mit einem zylindrisch geformten hinteren Abschnitt 32, der in der zylindrischen Bohrung 26 zu liegen kommt, ferner einen kegelstumpf­ förmigen Mittelabschnitt 34, der von der kegelstumpfförmigen Bohrung 28 aufgenommen ist und einen zylinderförmigen Vorderabschnitt 36 innerhalb der ersten zylindrischen Bohrung 24. Der Motor 23 wird innerhalb der Innenkammer 20 durch konventionelle Mittel gesichert, beispielsweise durch einen oder mehrere Klammern (nicht darge­ stellt), die mit dem hinteren Ende 16 des Gehäuses 12 und der Basis 38 des Motors 23 verbunden sind.

Eine Motor-Antriebswelle 40 ist an einem ersten Ende 42 mit Turbi­ nenschaufeln 44 versehen, die sich in dem hinteren Abschnitt 32 des Motors 23 befinden, und erstreckt sich entlang einer Drehachse 46 nach vorn durch die gesamte Länge des Motors 23, so daß sich das gegenüberliegende zweite Ende 48 der Antriebswelle 40 durch die Öff­ nung 30 des Gehäuses 12 nach außen erstreckt. Das zweite Ende 48 besitzt einen Gewindeabschnitt 50 und ein kegelstumpfförmiges Ende zur Aufnahme eines trichterförmigen Rotationszerstäuberkopfes 52. Die Antriebswelle 40 weist eine Längsbohrung 53 auf, die mit der Drehachse 46 fluchtet und sich über die gesamte Länge der An­ triebswelle erstreckt. Die Innen- und Außenmantelflächen der An­ triebswelle 40 können mit einem elektrisch nicht-leitenden Material 55 beschichtet sein, beispielsweise mit einem Polymermaterial. Hier­ bei ist derjenige Bereich der Außenmantelfläche der Antriebswelle 40 frei von dem Beschichtungsmaterial, der in Kontakt mit einem benach­ barten Element zur Aufnahme von Hochspannung steht. Der Motor 23 weist eine luftgetriebene Turbine mit Innen-Luftlagern 54 auf, fer­ ner einen Einlaß 56 für Antriebsluft und einen Einlaß 58 für Brems­ luft zur Regelung der Hochgeschwindigkeitsdrehung des Sprühkopfes 52.

Ein Mittel 59 zum Zuführen von Beschichtungsmaterial enthält eine sich durch die Bohrung 43 erstreckende Speiseleitung in Form eines herausnehmbar in der Bohrung aufgenommenen Speiserohrs 60. Das Spei­ serohr 60 weist ein erstes Ende 62 auf, das mit dem inneren des Sprühkopfes 52 in Verbindung steht und das eine abnehmbare Düse 64 trägt, und ein gegenüberliegendes zweites Endes 66 mit einer weib­ lichen Flüssigkeitskupplung 68. Die Kupplung 68 weist eine Basis 70 auf, die mittels eines Reibschlusses lösbar (nicht dargestellt) in der Basis 38 des Motors 23 aufgenommen ist. Wenn das Speiserohr 60 in die Basis des Motors 23 eingesetzt ist, wird es freitragend und ohne Kontakt mit der Wandung der Bohrung 53 gehalten, wie beispiels­ weise aus der US-PS 5,100,057 bekannt. Ferner ist es aus der US-PS 5,078,321 bekannt, daß das Speiserohr 60 einen ersten Abschnitt 72 aus steifem elektrisch leitendem Material aufweist, ferner einen zweiten Abschnitt 74 aus elektrisch nicht-leitendem Material sowie einen Überzug 76 aus einem nicht-leitenden Material, das unter Wär­ meeinwirkung schrumpfbar ist. Alternativ hierzu könnte das Speise­ rohr 60 aus leitendem Material wie rostfreiem Stahl bestehen. Dann könnte - wie die Antriebswelle 40 - die äußere Mantelfläche des Speiserohrs 60 mit einem elektrisch nicht-leitenden Material be­ schichtet sein, beispielsweise mit einem Polymermaterial.

Im folgenden wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in den Mitteln 79, 81, 83, 85, 86 zum Leiten von elektrostatischer Hoch­ spannung durch den Drehantrieb 22 direkt in den tassenförmigen Sprüh­ kopf 52 hinein, welcher am zweiten Ende 48 der Antriebswelle 40 be­ festigt ist. Jene Leitermittel enthalten Mittel 79 zum Zuführen von Hochspannungsenergie zur Antriebswelle 40 zur Weiterleitung durch die Antriebswelle 40 in den Sprühkopf 52. Die Mittel 79 umfassen einen externen Hochspannungsgenerator 80 zur Erzeugung von elektro­ statischer Hochspannung.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthalten die Mittel 79 zum Zuführen von Hochspannungsenergie Mittel 81 zum Einleiten einer elektrischen Ladung in das Speiserohr 60, das herausnehmbar in der Bohrung 53 aufgenommen ist. Die Mittel 81 umfassen ihrerseits eine elektrische Leitung 82, die den externen Hochspannungsgenerator 80 mit einem Anschluß 84 am zweiten Ende 66 des Speiserohrs 60 verbindet, wobei der Anschluß 84 als Muffe auf einer Kupplung 68 sitzt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die elektrostatische Hochspannungsenergie an den tassenförmigen Sprühkopf 52 über das zweite Ende 66 des Spei­ serohrs 60 übertragen, das einen direkten Kontakt mit der Antriebs­ welle 40 aufweist. Während der Hochspannungsgenerator 80 in diesem Ausführungsbeispiel außerhalb des Motorgehäuses 12 angeordnet ist, kann er selbstverständlich auch innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet sein.

Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel enthalten die Mittel 79 zum Zuführen von elektrostatischer Hochspannungsenergie durch die Antriebswelle 40 Mittel 83 zum Einleiten der Hochspannungsenergie in Turbinenschaufeln 44 des Heißluftturbinenmotors 23, die wiederum die Hochspannungsenergie in die Antriebswelle 40 leiten. Diese Mittel 83 zum Einleiten der Hochspannung enthalten eine Hochspannungsleitung 82 A, die den externen Hochspannungsgenerator 80 mit einer Elektrode 86 verbindet, die unter Bildung eines Spalts 87 in enger Nachbar­ schaft zu den Turbinenschaufeln 44 angeordnet ist. Die elektrosta­ tische Hochspannungsenergie wird über die Leitung 82 A und über den Spalt 87 in die Turbinenschaufeln 44 übertragen, von dort in die Antriebswelle 40 und schließlich in den Sprühkopf 52, wie nachstehend näher beschrieben werden wird.

Gemäß einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel enthalten die Mittel 79 zum Zuführen von elektrostatischer Hochspannungsenergie die Antriebswelle 40 umschließende Mittel 85 zum Einleiten der elek­ trostatischen Hochspannungsenergie in die Antriebswelle 40 zur Wei­ terleitung durch die Antriebswelle 40 in den tassenförmigen Sprühkopf 52. Die Mittel 85 umfassen eine Hochspannungsleitung 82 B, mit der der externe Hochspannungsgenerator 80 mit dem Luftlager 54 verbunden wird, welches unter Bildung eines Spalts 89 eng an der Antriebswelle 40 anliegt. Die Hochspannungsenergie wird von der Lei­ tung 82 B über den Spalt 89 an die Antriebswelle 40 und schließlich in den Sprühkopf 52 übertragen, was nachstehend im einzelnen be­ schrieben wird. Ein geeignetes Luftlager 54 ist beispielsweise in der US-PS 4,369,924 beschrieben.

Der Sprühkopf 52 ist auf das Ende 48 der Antriebswelle 40 ge­ schraubt, wie aus den Fig. 1 - 3 ersichtlich. Der Sprühkopf 52 an sich ist bekannt und beispielsweise in der US-PS 5,078,321 beschrie­ ben. Der Sprühkopf 52 gemäß Fig. 2 besteht einheitlich aus einem Verbundmaterial mit einem nieder-kapazitiven Isolationsmaterial und einem elektrisch leitenden Material.

Das nieder-kapazitive isolierende Material ist ein nicht-leitendes, verstärkendes Material zur Ausstattung des Verbundmaterials mit den gewünschten mechanischen Eigenschaften wie gute Stoß- und Zugfestig­ keit sowie Formstabilität. Desweiteren besitzt das nieder-kapazitive Isoliermaterial eine gute Hitzebeständigkeit und einen guten elek­ trischen Isolationswert sowie chemische und mechanische Widerstands­ fähigkeit gegen Einwirkungen der Inhaltsstoffe des Beschichtungsma­ terials. Ein bevorzugtes verstärkendes Isolationsmaterial ist Fie­ berglas; aber auch andere organische oder synthetische Fasern können verwendet werden. Der Gewichtsanteil des Verstärkungsmaterials in Bezug auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs beträgt etwa 20- 40%, vorzugsweise etwa 25-35% und besonders bevorzugterweise etwa 30%. Der Gewichtsanteil des Verstärkungsmaterials kann so lan­ ge verändert werden, als es die von ihm erwarteten Funktionen er­ füllt.

Das Bindermaterial sollte Eigenschaften wie gute Hitzebeständigkeit und einen guten elektrischen Widerstandswert sowie eine gute chemi­ sche und mechanische Widerstandsfähigkeit gegen die Einwirkung der Bestandteile des Beschichtungsmaterials aufweisen. Ein Polymermate­ rial wie PEEK (Poly-Aether-Aether-Ketone) von der Firma ICI hat sich als geeignet erwiesen. Der Gewichtsanteil des Bindermaterials in Bezug auf das Gesamtgewicht des Verbundmaterials beträgt etwa 65%. Der Gewichtsanteil des Bindermaterials kann solange verändert wer­ den, wie das Bindermaterial die gewünschte Funktion erfüllt.

Das elektrisch leitende Material ist ein karbonhaltiges Material, insbesondere eine Karbonfaser, während allerdings auch andere elek­ trisch leitende Materialien wie Ruß oder aus einzelnen Partikeln bestehendes Graphit verwendet werden kann. Der Gewichtsanteil der Karbonfaser in dem Sprühkopf 52 wird danach ausgewählt, daß ein ge­ wünschter Widerstandswert erreicht wird. Ein geeigneter Gewichtsan­ teil der Karbonfaser in Bezug auf das Gesamtgewicht des Verbundwerk­ stoffs beträgt etwa 3-8%, vorzugsweise 5-6%. Verbundwerkstoffe mit mehr als 8% Karbonfaser wären zu leitfähig, während Verbund­ werkstoffe mit weniger als 3 Gewichtsprozenten Karbonfaser zu nicht-leitend wären.

Im Betrieb wird der Sprühkopf 52 mit einer hohen Drehgeschwindigkeit entsprechend dem Luftdruck an dem Einlaß 56 für die Antriebsluft und dem Einlaß 58 für die Bremsluft gedreht. Gleichzeitig wird elektro­ statische Hochspannungsenergie durch den Drehantrieb 22 direkt in den Sprühkopf 52 geleitet, der an dem zweiten Ende 48 der Antriebs­ welle 40 befestigt ist. Die elektrostatische Hochspannungsenergie wird von dem Hochspannungsgenerator 80 in der vorstehend beschriebe­ nen Art und Weise in die Antriebswelle 40 und schließlich in den Sprühkopf 52 geleitet. Während die Hochspannungsenergie vorzugsweise über den Gewindeabschnitt 50 von dem zweiten Ende 48 der Antriebs­ welle 40 in den Sprühkopf 52 geleitet wird, ist es durchaus auch im Sinne der Erfindung, die Hochspannungsenergie über das kegel­ stumpfförmige Ende zu leiten, auf dem der tassenförmige Sprühkopf 52 befestigt ist.

Zu Beginn des Sprühvorgangs fließt das dem Speiserohr 60 zugeführte flüssige Beschichtungsmaterial durch die Düse 64 in den tassenförmi­ gen Sprühkopf 52. Dort fließt das Beschichtungsmaterial in den hin­ teren Hohlraum 90 des Sprühkopfs 52, und danach fließt ein Teil des flüssigen Beschichtungsmaterials durch die Öffnung 92 in dem Teiler 94, um die Front-Oberfläche des Teilers 94 naß zu halten. Der größe­ re Anteil des Beschichtungsmaterials wird allerdings durch die Zen­ trifugalkraft entlang der Wand 96 gedrückt und wird durch Löcher 98 in dem Teiler in den vorderen Hohlraum 100 des Sprühkopfs 52 eintre­ ten. Dann fließt das Beschichtungsmaterial über die Fließoberfläche 102, kurz bevor es von der Zerstäuberkante 104 abgeschleudert wird, um eine Zerstäubung zu bewirken. Während des Kontakts des Beschich­ tungsmaterials mit den Oberflächen des Sprühkopfes 52 wird elektri­ sche Ladung auf das Beschichtungsmaterial aufgebracht. Die sich dar­ aus ergebende Wolke aus aufgeladenem Beschichtungsmaterial wird vor­ wärts auf ein Werkstück aufgebracht.

Da die elektrostatische Ladung durch die Antriebswelle 40 geleitet wird, kann das vordere Ende 14 symmetrisch zur Mittellinie bzw. Drehachse 46 angeordnet sein, mit einem Durchmesser, der geringer ist als derjenige der Zerstäuberkante 104 des Sprühkopfes 52. Die Folge dieses Größenverhältnisses, d. h. der Einfluß des Profils des Motorgehäuses im Vergleich zu dem des Sprühkopfes, ist die, daß ein Zurückspritzen der Farbe auf das Motorgehäuse im wesentlichen ver­ mieden wird. Die Gewindeabschnitte der Sprühköpfe 52 und 110 gemäß den Fig. 2 und 3 liegen teilweise innerhalb der Öffnung 30 in dem vorderen Ende 14 des Gehäuses 12. Da die Antriebswelle 40 typischer­ weise mit einer elektrisch nicht-leitenden Schicht überzogen ist, kann die Hochspannung über die Antriebswelle 40 zum Sprühkopf des nieder-kapazitiven Rotationszerstäubers geleitet werden, ohne daß Schutzzäune oder Verriegelungen um den Zerstäuber herum installiert werden müssen, um einen Bediener vor einem elektrischen Schlag durch die Aufladung zu schützen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß verbesserten Gestaltung des Motorgehäuses besteht in dem geringeren Gewicht des Rotationszerstäubers und in seiner Fähigkeit ohne weite­ res für eine automatische Steuerung durch einen Roboter verwendet werden zu können.

Während die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung sehr effektive Mittel zum Übertragen elektrostatischer Ladung durch eine Turbinen-Antriebswelle 40 auf einen Sprühkopf und dann auf Beschichtungsmaterial angeben, ist in Fig. 3 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung angegeben, in dem der Sprühkopf 52 durch einen anderen Sprühkopf 110 ersetzt wurde. Der Sprühkopf 110 besteht hauptsächlich aus einem Verbundwerkstoff mit einem nieder­ kapazitiven Isolationsmaterial und elektrisch nicht-leitenden Bin­ dermaterial, der in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 be­ schriebenen Ausführungen. Der Sprühkopf 110 enthält eine Vielzahl gleich-beabstandeter, stangenförmiger Ladeelektroden 112, die in die Wand 114 des Sprühkopfes 110 eingebettet sind und sich von der Ge­ windeoberfläche 116 der Montagekammer 118 zu einer flachen, kreisringförmigen Ladeelektrode 120 erstrecken, welche in die Wand 114 eingebettet ist und einen Teil der Fließoberfläche 102′ bildet. Im folgenden bezeichnen die mit einem ′ versehenen Bezugszeichen solche konstruktiven Elemente, welche im wesentlichen identisch mit jenen sind, die durch dieselbe Bezugsziffer ohne ′ bezeichnet sind. Sowohl die stangenförmigen Elektroden 112 als auch die ringförmige Ladeelektrode 120 bestehen aus einem elektrisch leitenden Verbundma­ terial aus einem nicht-leitenden isolierenden Binder und elektrisch leitenden Materialien, wie in dem vorstehend beschriebenen Sprühkopf 52. Das isolierende Material besteht vorzugsweise aus PEEK und das elektrisch leitende Material kann aus Karbon-Fasern bestehen. Ein geeigneter Gewichtsanteil der Karbon-Faser in Bezug auf das Gesamt­ gewicht des Verbundwerkstoffes beträgt 3-8%, vorzugsweise 5-6%. Verbundwerkstoffe mit mehr als 8 Gewichtsprozent Karbon-Faser werden zu leitend sein, während Verbundwerkstoffe mit weniger als 3% Kar­ bon-Faser zu nicht-leitend sein werden. Während vorzugsweise eine Vielzahl von stangenförmigen Ladeelektroden 112 verwendet werden, ist es auch möglich, an deren Stelle eine kegelstumpfförmige Ladee­ lektrode zu verwenden, die in die Wand 114 eingebettet ist und sich von der Gewindeoberfläche 116 der Montagekammer 118 zu der flachen, kreisringförmigen Ladeelektrode 120 erstreckt.

Der Betrieb des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 ist im wesentli­ chen identisch mit dem Betrieb des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2, mit der Ausnahme, daß die elektrostatische Hochspannungsenergie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 von dem Hochspannungsgenerator 80 zur Antriebswelle 40 und schließlich über den Gewindeabschnitt 50 und die Gewindeoberfläche 116 in den Sprühkopf 110 geleitet wird. Danach wird die Hochspannung in die stangenförmigen Elektroden 112 und die ringförmige Elektrode 120 geleitet, wo sie das über die Fließoberfläche 102′ fließende Beschichtungsmaterial auflädt. Diese Ausführungsform ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da das elek­ trisch nicht-leitende Verbundmaterial des Sprühkopfes und das elek­ trisch leitende Verbundmaterial der Leiterstangen und des Leiter­ rings ähnliche physikalische Eigenschaften aufweisen und daher nicht die Neigung haben, sich unter Betriebsbedingungen zu trennen, was manchmal bei den bekannten Sprühköpfen der Fall war.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht ein Gerät zum Übertragen ei­ ner elektrostatischen Hochspannungsladung durch eine Motor-Antriebs­ welle zu einem daran an einem Ende befestigten Hochgeschwindig­ keitskopf hervor, das die vorstehend beschriebene Aufgabe erfüllt, sowie die erläuterten Vorteile aufweist. Das Gerät enthält mehrere Mittel zum Zuführen von elektrostatischer Hochspannungsenergie an die Motor-Antriebswelle, welche die Energie in den Rotationskopf einleitet, so daß das Profil des Motorgehäuses verkleinert werden kann, wodurch ein Zurückspritzen von Farbe auf das Gehäuse im wesentlichen vermieden wird.

Claims (17)

1. Rotationszerstäuber (10), mit
einem elektrisch nicht-leitenden Gehäuse (12), das ein vorde­ res Ende (14) und ein hinteres Ende (16) aufweist und dazwi­ schen eine Innenkammer (20) definiert;
einem Drehantrieb (22) innerhalb der Innenkammer (20), der an einen tassenförmigen, außerhalb des vorderen Endes (14) des Gehäuses (12) angeordneten Sprühkopf (52) gekoppelt ist, zur Drehung des Sprühkopfes (52) um eine Drehachse (46), die sich in Längsrichtung durch das Gehäuse (12) erstreckt;
Mitteln (59) zum Zuführen von flüssigem Beschichtungsmaterial zu dem Sprühkopf (52); und mit
Mitteln (79, 81, 83, 85, 86) zum Leiten von elektrostatischer Hochspannung durch den Drehantrieb (22) direkt und ohne Benut­ zung des Sprühkopf-Gehäuses in den Sprühkopf (52),
dadurch gekennzeichnet, daß der tassenförmige Sprühkopf (52) aus einem Verbundwerkstoff mit einem nieder-kapazitiven Isola­ tionsmaterial und elektrisch leitendem Material besteht, und
daß das Beschichtungsmaterial durch Kontakt mit wenigstens einem Teil des elektrisch leitenden Materials in dem Sprühkopf (52) mit der elektrostatischen Hochspannung aufgeladen wird.

2. Rotationszerstäuber (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühkopf (52) eine Fließober­ fläche (102) für das Beschichtungsmaterial aufweist, die einen vorderen Hohlraum (100) bildet, und daß aufgeladenes Be­ schichtungsmaterial nach außen über die Fließoberfläche (102) fließt und zur Bildung zerstäubter Beschichtungsmaterialparti­ kel radial abgeschleudert wird, um auf ein Werkstück aufge­ bracht zu werden.

3. Rotationszerstäuber (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (22) einen Heiß­ luftturbinenmotor (23) enthält, der mittels einer Antriebswel­ le (40) an den Sprühkopf (52) gekoppelt ist, die eine Bohrung (53) aufweist, deren Längsachse mit der Drehachse (46) zusam­ menfällt.

4. Rotationszerstäuber (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (59) zum Zuführen von Beschichtungsmaterial zum Sprühkopf (52) eine herausnehmbar in der Bohrung (53) aufgenommene und mit dem Sprühkopf (52) ver­ bundene Speiseleitung (60) enthalten, zum Zuführen von flüs­ sigem Beschichtungsmaterial zu der Fließoberfläche (102) des sich um die Drehachse (46) drehenden Sprühkopfes (52).

5. Rotationszerstäuber (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitung (60) ein erstes Ende (62) benachbart zum Sprühkopf (52) aufweist, und ein mit dem Motor (23) in Eingriff stehendes zweites Ende (66), der­ art, daß die Speiseleitung (60) freitragend ohne elektrischen Kontakt mit der Wandung der Bohrung (53) befestigt ist.

6. Rotationszerstäuber (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (79, 81, 83, 85, 86) zum Leiten der elektrostatischen Hochspannung durch den Dreh­ antrieb (22) Mittel (79) zum Zuführen von elektrostatischer Hochspannung zur Antriebswelle (40) zur Weiterleitung durch die Antriebswelle (40) in den Sprühkopf (52) enthalten.

7. Rotationszerstäuber (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (79) zum Zuführen von elektrostatischer Hochspannung durch die Antriebswelle (40) Mittel (81) zum Einleiten der elektrostatischen Hochspannung in die Speiseleitung (60) enthalten, und daß die Speiseleitung (60) die Hochspannung in die Antriebswelle (40) leitet.

8. Rotationszerstäuber (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (79) zum Zuführen von elektrostatischer Hochspannung durch die Antriebswelle (40) Mittel (83) zum Einleiten der Hochspannung in Turbinenschau­ feln (44) des Heißluftturbinenmotors (23) enthalten, die wie­ derum die Hochspannung in die Antriebswelle (40) leiten.

9. Rotationszerstäuber (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (83) Ladeelektroden (86) enthalten, die unter Bildung eines Spalts (87) in enger Nachbarschaft zu den Turbinenschaufeln (44) angeordnet sind, und daß die elektrostatische Hochspannung über den Spalt (87) in die Turbinenschaufeln (44) übertragen wird.

10. Rotationszerstäuber (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (79) zum Leiten von elektrostatischer Hochspannung durch den Drehantrieb (22) die Antriebswelle (40) umschließende Mittel (85) zum Übertragen der elektrostatischen Hochspannung in die Antriebswelle ent­ halten.

11. Rotationszerstäuber (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (85) die Antriebswelle (40) unter Bildung eines Spalts (89) eng umschließen, über den die elektrostatische Energie in die Antriebswelle hinein über­ tragen wird.

12. Rotationszerstäuber (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die die Antriebswelle (40) um­ schließenden Mittel (85) ein kontaktloses Lager (54) enthal­ ten, das innerhalb des Motorgehäuses (12) der axialen, kontaktlosen Lagerung der Antriebswelle (40) dient.

13. Rotationszerstäuber (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühkopf (52) eine Montage­ kammer (118) aufweist, die durch ein Schraubgewinde (116) auf der Antriebswelle (40) befestigt und somit an den Heißlufttur­ binenmotor (23) gekoppelt ist; daß der Sprühkopf (52) einen hinteren Hohlraum (90) zwischen der Montagekammer (118) und dem vorderen Hohlraum (100) mit der Fließoberfläche (102) auf­ weist; daß der hintere Hohlraum (90) durch einen Teiler (94) von dem vorderen Hohlraum (100) getrennt ist; und daß eine Vielzahl von Löchern (98) den hinteren Hohlraum (90) mit dem vorderen Hohlraum (100) verbinden, wodurch das dem hinteren Hohlraum (90) zugeführte Beschichtungsmaterial durch diese Löcher (98) zum vorderen Hohlraum (100) und über die Fließ­ oberfläche (102) fließen kann, kurz bevor es in aufgeladenem Zustand herausgeschleudert wird.

14. Rotationszerstäuber (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühkopf (52) einen größeren Durchmesser als das vordere Ende (14) des Gehäuses (12) auf­ weist.

15. Rotationszerstäuber (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühkopf (52) in das Ver­ bundmaterial eingebettete Ladeelektrodenmittel (112, 120) auf­ weist, die sich von dem Drehantrieb (22) zu der Fließoberflä­ che (102) des vorderen Hohlraums (100) erstrecken und das Be­ schichtungsmaterial während des Überfließens der Fließoberflä­ che (102) aufladen.

16. Rotationszerstäuber (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Verbundmaterial ein­ gebetteten Ladeelektrodenmittel (112, 120) eine flache, kreis­ ringförmige und in die Fließoberfläche eingebettete Ladeelektrode (120) enthalten und sich von der Montagekammer (118) zu dieser Ladeelektrode (120) erstrecken.

17. Rotationszerstäuber (10) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Verbundmaterial ein­ gebetteten Ladeelektrodenmittel (112, 120) selbst aus einem elektrisch leitfähigen Verbundmaterial mit einem elektrisch nicht-leitenden Bindermaterial und elektrisch leitendem Mate­ rial bestehen.