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Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung
zur Erzeugung eines Lacksprühnebels
zum Lackieren eines Werkstücks mit
einer Sonotrode, mit einem der Sonotrode gegenüberliegend angeordneten Bauelement,
wobei im Betriebsfall im Zwischenraum zwischen Sonotrode und Bauelement
ein stehendes Ultraschallfeld ausgebildet ist, und mit wenigstens
einer Lackzufuhrvorrichtung, mittels welcher der Lack in den Nahbereich eines
Maximums der Schallschnelle des Ultraschallfeldes zuführbar ist.
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Zum Lackieren von Werkstücken, insbesondere
bei Massenlackierung wie sie in der Automobilindustrie häufig vorkommen,
werden derzeit vorzugsweise die allgemein bekannten Hochrotationszerstäuber eingesetzt.
Bei der Hochrotationszerstäubung
wird der Lack durch das Innere einer Metallglocke geleitet und gelangt
derart auf deren zum Werkstück
weisende Frontseite. Die Metallglocke wird üblicherweise von einer Druckluftturbine
angetrieben und rotiert mit bis zu 80.000 Umdrehungen pro Minute.
Durch die dabei wirkenden Fliehkräfte gelangt der Lack dann an
die Glockenkante der Frontseite, um dort in feinen Tröpfchen abzureißen. Auf
diese Weise wird erreicht, daß die
für eine
ausreichende Qualität einer
Lackschicht geforderte Tröpfchengröße des Lacksprühnebels
im Bereich von 10 μm
bis 60 μm liegt.
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Allgemein bekannt gewordene, grundsätzliche Überlegungen
zeigen, daß Lack
auch mittels einer Ultraschall-Stehwellen-Zerstäubung prinzipiell zerstäubt werden
kann. Diesen prinzipiellen Erwägungen
folgend, wurden jedoch durchschnittliche Tropfengrößen bei
der Zerstäubung
zwischen 100 μm
und 200 μm
gemessen, wobei im Einzelfall noch größere Tropfen vorkommen. Derartig
große
Tropfen beeinflussen jedoch die Qualität der Lackschicht derartig
negativ, daß ein
Einsatz in der Lackiertechnik unattraktiv ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik, ist
es die Aufgabe der Erfindung, eine Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung
zur Erzeugung eines Lacksprühnebels
anzugeben, dessen Lackpartikel klein genug sind, um ein qualitativ
ausreichendes Lackierergebnis auf dem zu lackierenden Werkstück zu erzeugen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch
die erfindungsgemäße Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung
zur Erzeugung eines Lacksprühnebels
zum Lackieren eines Werkstücks
mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Demnach hat die erfindungsgemäße Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung
eine Sonotrode und ein der Sonotrode gegenüberliegend angeordnetes Bauelement.
Im Betriebsfall ist im Zwischenraum zwischen Sonotrode und Bauelement
ein stehendes Ultraschallfeld ausgebildet. Mit wenigstens einer
Lackzuführeinrichtung
ist der Lack in den Nahbereich eines Maximums der Schallschnelle
des Ultraschallfeldes zuführbar.
Die wenigstens eine Lackzuführvorrichtung
ist im Bereich des stehenden Ultraschallfeldes im wesentlichen als
Rohrstück
ausgestaltet, an dessen freiem Ende der zu zerstäubende Lack ausbringbar ist.
Zudem ist im Nahbereich der Lackaustrittsstelle auf deren dem freien
Ende abgewandten Seite ein Sperrelement angebracht oder das Rohrstück wenigstens
im Nahbereich der Lackaustrittsstelle als Sperrelement ausgestaltet.
Durch das Sperrelement ist ein Lackfluß entlang der Längsrichtung
des Rohrstückes
auf dessen Rohraußenseite
und aus dem Bereich der größten Lackschnelle verhindert.
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Ein besonderer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung
ist es, daß das
Sperrelement einen Lackfluß entlang
der Rohraußenseite
des Rohrstücks
sicher verhindet. Die Lackaustrittsstelle ist im Nahbereich eines
Maximus der Schallschnelle des Ultraschallfeldes angeordnet. Gleichwohl
ist mit einer derartigen Anordnung noch nicht sichergestellt, daß der austretende
Lack vollständig
zerstäubt
werden kann. Die Schallschnelle nimmt nämlich, ausgehend von ihrem
Maximum, in jeglicher Raumrichtung vergleichsweise schnell ab. Mit
dem Abnehmen des Schallschnelle nimmt auch die Fähigkeit des Ultraschalls ab,
den Lack zu zerstäuben.
Mit dem erfindungsgemäßen Sperrelement
wird ein möglicher Lackfluß entlang
der Außenseite
des Rohrstücks, also
in einen Bereich außerhalb
der maximalen Schallschnelle verhindert. Dabei sind der Form oder der
Gestaltung des Sperrelements gemäß des Erfindungsgedankens
keine prinzipiellen Grenzen gesetzt, solange der Lackfluß aus dem
Bereich der größten Schallschnelle
verhindert ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung
des Erfindungsgegenstandes ist das Bauelement eine weitere Sonotrode.
Auf diese Weise ist ein besonders stabiles Ultraschallfeld ausbildbar,
das zudem vergleichsweise gut regelbar ist.
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Eine weitere Verbesserung bei der
Ausbildung des Ultraschallfeldes ist erfindungsgemäß erreicht,
wenn am freien Ende des Rohrstücks
ein Stabilisatorelement angebracht ist, das mit dem Schallfeld zusammenwirkt,
und daß das
Pulsieren des Schallfeldes im Nahbereich des Stabilisatorelements durch
dieses verhindert ist. In einer besonders günstigen Gestaltung ist das
Stabilisatorelement mit dem Sperrelement einstöckig ausgestaltet. Es kann
jedoch auch ein eigenständiges
Bauelement sein, oder als weitere Ausgestaltung mit dem Sperrelement
verbunden sein. Jedenfalls ist durch eine entsprechende Formgebung
erreicht, daß das
Pulsieren des Ultraschallfeldes im Nahbereich des Stabilisatorelements vermindert
ist. Somit ist vorteilhafterweise der Zerstäubungsvorgang des austretenden
Lackes in kleine Tröpfchen
verbessert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung
ist durch eine Anregungsvorrichtung gekennzeichnet, durch die das
Rohrstück
zur Unterstützung
des Zerstäubungsvorganges
zu Schwingungen anregbar ist. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß durch
ein in Schwingungen versetztes Rohrstück die Zerstäubung des
Lackes in vorteilhafterweise unterstützt wird.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der
Anregungsvorrichtung ist es, wenn das Rohrstück mit der Sonotrode schwingungstechnisch
gekoppelt ist. Die Sonotrode ist bereits ein schwingungsanregendes
Bauelement, welches durch die schwingungstechnische Kopplung mit
dem Rohrstück
eine weiter Funktion übernimmt,
nämlich
auch das Rohrstück
zu Schwingungen anzuregen. Die Schwingungserregung ist somit ins
besonders einfacher Weise realisiert.
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Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit
das Rohrstück
in Schwingungen zu versetzen und somit die vorteilhafte Unterstützung des
Zerstäubungsvorganges
des Lacks zu erreichen, ist es, wenn die Anregungsvorrichtung ein
ultrasehallschwingungsanregungsfähiges
Bauteil aufweist, das an einer geeigneten Stelle im Ultraschallfeld
angeordnet ist, und mit dem die dort aufgenommenen Ultraschallschwingungen
auf das Rohrstück übertragbar
sind. Auch auf diese Weise ist das Rohrstück zu Schwingungen angeregt,
die wiederum in vorteilhafter Weise den Zerstäubungsprozeß des Lackes unterstützen.
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Eine weitere Möglichkeit zur erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der Anregungsvorrichtung ist es, wenn diese wenigstens ein Anregungselement aufweist,
das mit dem Sperrelement verbunden ist, und das wenigstens eine
Anregungselement in einem Bereich des Ultraschallfeldes angeordnet
ist, der zur Schwingungsanregung geeignet ist. Das heißt, daß im Unterschied
zu der vorstehend beschriebenen Möglichkeit, das wenigstens eine
Anregungselement durch das Ultraschallfeld zu Schwingungen angeregt
wird, wozu diese Schwingungen auf das Sperrelement übertragbar
sind und schließlich
das Rohrstück
zu Schwingungen anregen.
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Durch die nachfolgend beschriebene
Ausgestaltung der Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung wird der Zerstäubungsvargang
noch weiter verbessert. Dazu ist das Sperrelement mittels einer Feder
mit dem Rohrstück
verbunden und durch das Sperrelement und die Feder ein schwingungsfähiges Federmassesystem
gebildet, welches durch das Ultraschallfeld zu Schwingungen anregbar
ist. In einen günstigen
Fall ist das Sperrelement wiederum mit wenigstens einem Anregungselement
versehen und wird derart zu Schwingungen angeregt. Über die
Feder werden die Schwingungen an das Rohrstück weitergegeben. Auf diese
Weise wird auch hier der Zerstäubungsvargang
durch die Schwingungen des Rohrstücks unterstützt und verbessert. Unzulässig große Tropfen
von zerstäubtem
Lack sind derart vermieden.
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Für
eine weitere erfindungsgemäßen Ausgestaltungen
der Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung
ist es vorteilhaft, wenn eine Reinigungsluftströmung vorhanden ist, durch welche
die Benetzung der Sonotrode bzw. des Bauelements vermieden bzw.
verringert ist. Auf diese Weise kann ein besonders hoher Anteil
an zerstäubtem
Lack auch für
den tatsächlichen
Lackiervorgang eingesetzt werden.
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Eine weitere erfindungsgemäß vorgesehene Möglichkeit
den Vorgang des Lackauftragens zu verbessern sieht vor, daß eine Lenkluftströmung dafür einsetzbar
ist, die Flugrichtung des erzeugten Lacksprühnebels zu beeinflussen. Durch
die Lenkluftströmung
wird dem Lacksprühnebel
also bereits eine Vorzugsrichtung, nämlich insbesondere die Richtung in
der lackiert werden soll, vorzugeben. Eine weitere Unterstützung dieses
Vorgangs, somit eine Verbesserung des Lackiervorgangs, ist erreicht,
sofern der Lack, insbesondere bereits in der Lackzuführvorrichtung
oder nach der Zerstäubung,
mittels einer separaten Vorrichtung elektrostatisch aufladbar ist.
Dabei wird heute üblicherweise
das zu lackierende Werkstück
auf Masse gelegt, während
die separate Vorrichtung und/oder die Lackzuführvorrichtung auf ein entsprechend
hohes Spannungsniveau gelegt ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
des Erfindungsgegenstandes sind den abhängigen Ansprüchen zu
entnehmen.
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Anhand den in den Zeichnungen angegebenen
Ausführungsbeispielen
sollen die Erfindung, ihre Vorteile sowie weitere Verbesserungen
der Erfindung näher
erläutert
und beschrieben werden.
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Es zeigen:
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1 eine
Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung
mit einem ersten Rohrstück,
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2 das
erste Rohrstück
in verschiedenen Ansichten,
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3 die
Seitenansicht auf ein zweites Rohrstück,
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4 das
zweite Rohrstück
in verschiedenen Ansichten,
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5 eine
erste Zerstäuberanordnung,
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6 eine
zweite Zerstäuberanordnung,
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7 verschiedene
Ansichten auf ein drittes Rohrstück,
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8 eine
dritte Zerstäuberanordnung,
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9 verschiedene
Ansichten auf ein viertes Rohrstück,
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10 eine
vierte Zerstäuberanordnung
und
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11 verschiedene
Ansichten auf ein fünftes
Rohrstück.
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Die 1 zeigt
eine erste erfindungsgemäße Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 8 in einer
isometrischen Darstellung. Die kathesischen Koordinaten sind durch
die Richtungspfeile für
die X, Y und Z-Richtung in einem Koordinatensystem angedeutet. Zudem
soll die Darstellung nur skizzenhaften Charakter haben, so daß die tatsächlichen
Größenverhältnisse
dieser Figur nicht entnehmbar sind.
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Die erste Sonotrode 14 ist
einem ersten Reflektionskörper 16 gegenüberliegend
angeordnet. In dieser Figur ist die Sonotrode 14 symbolisch
durch ein zylindrischen Grundkörper 22 sowie
einen Schallkörper 21 dargestellt,
der aus der zum Reflektionskörper 16 weisenden
Stirnseite des zylindrischen Grundkörpers 22 herausragt.
Dabei ist der Schallkörper 21,
wie auch die Sonotrode 14, in etwa zylinderförmig, wobei
die sich gegenüberliegenden
Stirnflächen
des Schallkörpers 21 sowie
der Sonotrode 14 als erste Schallfläche 24 für die Stirnfläche am Schallkörper 21 sowie
als zweite Schallfläche 26 für die Stirnfläche an der
Sonotrode 14, bezeichnet werden sollen. Die erste 24 bzw.
die zweite Schallfläche 26 sind
konkav ausgestaltet, das heißt,
daß ihre
Gestalt in etwa einem Abschnitt der Mantelfläche einer gedachten Hohlkugel
entspricht. Um diese Gestalt zu verdeutlichen, wurde auf die erste
Schallfläche 24 eine
punktierte erste Linie 17 sowie eine punktierte zweite
Linie 19 eingezeichnet. Der Schnittpunkt zwischen der ersten
Linie 17 und der zweiten Linie 19 liegt genau
mittiy auf der ersten Schallfläche 24.
Der ersten 17 bzw. der zweiten Linie 19 entsprechende Linien
sind auch auf der zweiten Schallfläche 26 gezeigt, ohne
jedoch näher
mit Bezugszeichen versehen zu sein. Durch die Schnittpunkte der
ersten 17 mit der zweiten Linie 19 sowie den entsprechenden Linien
der zweiten Schall fläche 26 ist
noch eine Mittelachse 28 gezeigt, die genau in X-Koordinatenrichtung
verläuft.
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In dem Zwischenraum zwischen der
ersten Schallfläche 24 und
der zweiten Schallfläche 26 ist ein
erstes Rohrstück 10 gezeigt,
dessen freies erstes Ende genau mittig zwischen den Schallflächen 24, 26 angeordnet
ist und zu dem unmittelbar an der Mittelachse 28 endet.
Das erste Rohrstück 10 ist
in seiner Längsausdehnung
gerade ausgestaltet und parallel zur Y-Richtung angeordnet. Zudem
ist das erste Rohrstück 10 Teil
einer nicht weiter dargestellten Lackzuführeinrichtung, die den durch
die erste Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 8 zu
zerstäubenden
Lack in der erforderlichen Menge zur Verfügung stellt. Das andere Ende
des ersten Rohrstücks 10 endet
dementsprechend sozusagen im „freien
Raum", ohne das
die Verbindung mit der Lackzuführeinrichtung
dargestellt wäre.
Typische Werte für
die Lackförderraten
sind 200 ml/min bis 400 ml/min. Zudem ist es ohne weiteres denkbar
und innerhalb des Erfindungsgedankens, wenn mehrere erste Rohrstücke 10 von
der Lackzuführungseinrichtung
mit Lack versorgt werden. Dann sind die betreffenden freien Rohrenden
jeweils in verschiedenen Maxima der Schallschnelle im Ultraschallfeld
anzuordnen, worauf nachfolgend näher
eingegangen wird.
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Am ersten Ende des ersten Rohrstücks 10 ist ein
ringförmiges
erstes Sperrelement 12 angeordnet. Details zum ersten Rohrstück 10 sowie
dem ersten Sperrelement 12 sind der 2 entnehmbar. Mit dieser Figur soll jedoch
gezeigt werden, daß am
ersten Ende des ersten Rohrstücks 10 Lack
ausbringbar ist, und zwar in einem Teilbereich des Zwischenraums, an
dem eine maximale Schallschnelle des stehenden Ultraschallfeldes
herrscht. Dies ist in der Figur angedeutet, indem ein erstes Diagramm 32,
dessen X-Achse mit der Mittelachse 28 zusammenfällt, zeigt, daß in diesem
Bereich eine maximale Schallschnelle im Ultraschallfeld vorhanden
ist. Ein zweites Diagramm 34 ist um einen bestimmten Betrag
in Y-Richtung versetzt angeordnet und zeigt, daß die Schallschnelle vergleichsweise
schnell in Y-Richtung abnimmt. Das im Zwischenraum zwischen dem
Schallkörper 21 und
dem Reflektionskörper 16 ist
also ein stehendes Ultraschallfeld ausgebildet, welches lediglich
in Knotenpunkten ein Maxima an Schallschnelle ausbildet. Würde also
Lack aus dem Bereich der maximalen Schallschnelle abfließen und
in einen Bereich verringerter Schallschnelle gelangen, könnte eine
Zerstäubung
des Lackes nur in entsprechend verminderten Umfang stattfinden.
Im Nahbereich des Lackaustritts des ersten Rohrstücks 10 ist
jedoch das erste Sperrelement 12 angeordnet. Somit ist
vorteilhafterweise verhindert, daß austretender Lack der nicht
sofort durch das stehende Ultraschallfeld zerstäubt wird, aus dem Bereich der
maximalen Schallschnelle abfließt.
Im dargestellten Beispielfall ist der äußere Durchmesser des ersten
Sperrelements 12 so gewählt,
daß an
dessen radial äußerem Ende
keine Schallschnelle mehr vorhanden ist. Somit ist auch jedenfalls
verhindert, daß Lack
entlang der Längsrichtung
des ersten Rohrstücks 10 auf
dessen Außenseite
entlang fließen
kann.
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2 zeigt
das erste Rohrstück 10 in
einer Schnittansicht, insbesondere im Bereich des freien Endes,
sowie in einer Draufsicht in der in der Schnittansicht mit „A-A"- gekennzeichneten
und angedeuteten Art und Weise.
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In der Schnittansicht ist erkennbar,
daß das erste
Sperrelement 12 als ringförmige Scheibe ausgebildet ist
und unmittelbar mit dem freien Ende des Rohrstücks 10 abschließend mit
diesem verbunden ist. Die Öffnung
des ersten Rohrstücks 10 an
dessen freien Ende dient als erster Lackaustritt 11.
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Um den Zusammenhang zwischen der Schnittansicht
und der Draufsicht besser erkennen zu können, wurden die sichtbaren
Kanten beider Ansichten jeweils mit gestrichelten Linien verbunden. So
ist aus der Draufsicht zu erkennen, daß das erste Sperrelement 12 in
seiner radial äußeren Form
eine Elypse darstellt, während
die mittig angeordnete Ausnehmung im ersten Sperrelement 12 zur
Aufnahme des ersten Rohrstücks 10 kreisförmig ist.
Die elyptische äußere Farm
des ersten Sperrelements 11 ist besonders vorteilhaft.
Diese Form entspricht nämlich
in etwa einer sich ausbildenden Lacklamelle im stehenden Ultraschallfeld
in einer Querschnittsansicht zur Y-Richtung betrachtet. Würde ein
erstes Sperrelement 12 beispielsweise in einer ersten Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 8 gemäß 1 eingesetzt werden, würde die
große
Achse des elyptischen Rings des ersten Sperrelement 12 parallel
der Z-Richtung angeordnet sein.
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Die 3 zeigt
ein zweites Rohrstück 20, das
an seinem freien Ende als Lamellenstabilisator 36 ausgestaltet
ist. Die Ansicht in 3 wurde
so gewählt,
daß eine
erste Austrittsöffnung 38 am
Lamellenstabilisator 36 erkennbar ist, durch die Lack zur Zer stäubung herausgefördert wird.
In Verlängerung der
Längsachse
des zweiten Rohrstücks 20 ist
diesem an seinem freien Ende ein in etwa scheibenförmiges Stabilisatorelement 42 angeformt.
Würde das zweite
Rohrstück 20 mit
seinem Stabilisatorelement 42 in einer ersten Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 8 gemäß 1 eingesetzt werden, dann würden die
Stirnflächen
des Stabilisatorelements 42 in der von der X-Richtung und
Z-Richtung aufgespannten Ebene gelegt werden. Das Stabilisatorelement 42 hat
den großen
Vorteil, daß es
ein mögliches Pulsieren
des stehenden Ultraschallfeldes in diesem Bereich verhindert bzw.
vermindert, so daß die
Zerstäubung
des aus den Austrittsöffnungen
austretenden Lackes verbessert ist. Die Lackpartikelchen 44 sind übertrieben
groß dargestellt
und sollen lediglich zeigen, in welchem Bereich in diesem Beispiel
die Zerstäubung
im Vergleich zur Position des Stabilisatorelements 42 stattfindet.
Tatsächlich
werden Partikel bzw. Tröpfchengrößen des
erzeugten Lacksprühnebels
von kleiner als 60 μm
erreicht. Derartig kleine Partikelgrößen sind vollkommen ausreichend,
um ein gutes Lackierergebnis erzielen zu können.
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Die 4 zeigt
das zweite Rohrstück 20 in einer
Schnittansicht, insbesondere im Bereich des freien Endes, sowie
in einer Draufsicht in der in der Schnittansicht mit „A-A" gekennzeichneten
und angedeuteten Art und Weise.
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Im Schnittbild ist der hohlzylindrische
Eiereich 46 des zweiten Rohrstücks 20 erkennbar,
der im Bereich des freien Endes des zweiten Rohrstücks 20 neben
der ersten Austrittsöffnung 38 eine
zweite Austrittsöffnung 48 aufweist.
Aus den beiden Ansichten ist erkennbar, daß das Stabilisatorelement 42 einstückig mit
dem zweiten Rohrstück 20 ausgestaltet ist.
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5 zeigt
eine erste Zerstäuberanordnung 30,
die in ähnlicher
Weise aufgebaut ist wie die erste Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung 8,
weshalb auch für
gleichartige Bauelemente die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet werden.
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Das erste Rohrstück 10 ist hier mit
seinem ersten Sperrelement 12 am freien Ende dargestellt. Zudem
ist in dieser Figur eine Lackversorgungsvorrichtung 52 andeu tungsweise
dargestellt, und zwar in dem Bereich, in dem das erste Rohrstück 10 mit
der Lackversorgungsvorrichtung 52 verbunden ist.
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In dieser Figur soll insbesondere
ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anregungsvorrichtung
gegeben werden. Hier ist diese Anregungsvorrichtung durch ein Verbindungselement 54 dargestellt,
welches mittels einer ringförmigen
Schelle 56 fest mit dem Schallkörper 21 verbunden
ist sowie mit einer weiteren Schelle 58 mit dem ersten
Rohrstück 10 fest verbunden
ist. Die beiden Schellen 56, 58 sind mit einer
Verbindungsstange 62 starr aneinander gekoppelt.
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Im Betriebsfall der ersten Zerstäuberanordnung 30 erzeugt
die Sonotrode 14 Ultraschallstehwellen, in dem insbesondere
der Schallkörper
zu entsprechenden Hin- und Herschwingungen in Richtung der Mittelachse 28 angeregt
wird. Dies soll durch den Doppelpfeil 64 angedeutet sein.
Die Hin- und Herschwingung des Schallkörpers 21 wird auf
die Schelle 56 übertragen
und von dort über
die Verbindungsstange 62 auf die weitere Schelle 58.
Diese zwingt schlussendlich das erste Rohrstück 10 im gleichen Takt
Hin- und Herzuschwingen, wie es der Schallkörper 21 vorgibt. Die
Sonotrode 14 ist also mit dem ersten Rohrstück 10 schwingungstechnisch
gekoppelt. Durch das Hin- und Herschwingen des ersten Rohrstücks 10 wird
der Zerstäubungsprozeß des Lackes in
vorteilhafterweise unterstützt.
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6 zeigt
eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungsmöglichkeit
mit einer zweiten Zerstäuberanordnung 40.
Dabei sind der Schallkörper 21 der
Sonotrode 14 und der Reflektionskörper 16 wiederum gegenüberliegend
angeordnet, ähnlich
wie es in der 1 bereits
gezeigt wurde. In diesem Beispiel fördert eine Lackzuführeinrichtung 66 den
zu zerstäubenden
Lack durch das zweite Rohrstück 20. In
dem gewählten
Beispiel erfolgt die Schwingungsanregung des zweiten Rohrstücks 20 mittels
einer an diesem angebrachten Anregungsscheibe 68. Die Verbindungsstelle
zwischen der Anregungsscheibe 68 und dem zweiten Rohrstück 20 liegt
im Nahbereich des freien Ende des zweiten Rohrstücks 20. Hierdurch
ist sichergestellt, daß die
von der Anregungsscheibe 68 ausgehenden Kräfte zur
Schwingungsanregung in vorteilhafterweise in das zweite Rohrstück 20 eingeleitet
werden. Die Anregungsscheibe 68 hat in etwa die Form einer
Kreisscheibe, die lediglich im Anschlussbereich zum zweiten Rohrstück auf dessen
Form angepaßt
ist. Die Stirnflächen der
Seiten sind in die sem Beispiel um ca. 45° zur Längsachse des zweiten Rohrstücks 20 sowie
um 45° zur
Mittelachse 28 geneigt angeordnet.
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Die Anregungsscheibe 68 ist
in einem Bereich des stehenden Ultraschall-Stehwellenfeides angeordnet, in dem
ein möglichst
großer
Schalldruck herrscht. Durch die Schrägstellung um ca. 45° in diesem
Beispiel ist erreicht, daß der
Schalldruck auch eine ausreichend große Angriffsfläche zur
Erzeugung einer ausreichenden Kraftwirkung zur Anregung von Schwingungen
erhält.
Zur Verdeutlichung dieses Effekts ist eine übertrieben groß dargestellte
Schalldruckkurve und eine Schwingungskurve des stehenden Ultraschallfeldes
in dem betreffenden Bereich dargestellt. Die Anregungsscheibe 68 ist
also bewusst in einem Bereich mit einem möglichst großen Schalldruck angeordnet,
während
das freie Ende des zweiten Rohrstücks 20 in einem Bereich
der maximalen Schallschnelle des stehenden Ultraschallfeldes angeordnet
ist. Die Kraftwirkung des Schalldruckes auf die Anregungsscheibe 68 ist
durch einen ersten Pfeil 69 dargestellt, der in paralleler
Richtung zur Mittelachse 28 weist. Durch die eingangs erwähnte Kraftwirkung
wird das zweite Rohrstück
um einen bestimmten Betrag in Kraftrichtung ausgelenkt. Die hierdurch
erzeugten Spannungen im zweiten Rohrstück 20 verursachen
eine Rückstellkraft,
die durch den zweiten Pfeil 71 dargestellt ist. Durch die
leicht unterschiedlichen Positionen der Anregunysscheibe 68 im
stehenden Ultraschallfeld, werden entsprechend verschiedene Kraftwirkungen
auf die Anregungsscheibe 68 wirksam. Schlussendlich entsteht eine
Hin- und Herbewegung bzw. eine Schwingung des zweiten Rohrstücks 20,
die im wesentlichen wiederum in Richtung der Mittelachse 28 erfolgt.
Durch die entsprechende Wahl der Stirnflächengröße der Anregungsscheibe, der
Verbindungsstelle der Anregungsscheibe 68 mit dem zweiten
Rohrstück 20,
dem Winkel zwischen der Rohrstückslängsachse
und der Anregungsscheibe 68 sowie dem Gewicht der Anregungsscheibe 68 kann
die Frequenz der Schwingung sowie die Amplitude der erzeugten Schwingung
im zweiten Rohrstück 20 beeinflusst
werden.
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Zur Verdeutlichung der Gestalt der
Rohrstückanordnung 50 mit
dem zweiten Rohrstück 20 sowie
der Anregungsscheibe 68, ist diese in der 7 als Seitenansicht und im Vergleich
zur Position aus der 6 um
90° gedreht
gezeigt. In dieser Ansicht ist die Scheibenform der Anregungsscheibe 68 erkennbar,
sowie die Verbindungsstelle mit dem zweiten Rohrstück 20 kenntlich
gemacht.
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8 zeigt
eine dritte Zerstäuberanordnung 60.
Der Schallkörper 21 der
Sonotrode 14 ist wiederum gegenüberliegend zum Reflektionskörper 16 angeordnet.
Ein drittes Rohrstück 70 ist
einerseits mit einer zweiten Lackversorgungseinrichtung 72 verbunden,
die nur skizzenhaft angedeutet ist, während das freie Ende mit einem
zweiten Sperrelement 74 verbunden ist und an der Mitteiachse 28 endet.
Am zweiten Sperrelement 74 sind ein erstes 76 sowie
ein zweites Anregungselement 78 auf entgegengesetzt liegenden
Seiten angeordnet. Die Anregungselemente 76, 78 weisen
jeweils einen Winkel von ca. 30° zur
Mittelachse 28 bzw. 60° zur
Längsachse
des dritten Rohrstücks 70 auf.
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Um die Wirkung der Anregungselemente 76, 78 näher erläutern zu
können,
sind in der Figur ein ersten Kraftvektor 82 parallel zur
Mittelachse 28 und mit seiner Spitze auf das erste Anregungselement 76 sowie
ein zweiter Kraftvektor 84, ebenfalls parallel zur Mittelachse 28,
jedoch mit seiner Spitze auf das zweite Anregungselement 78 weisend,
dargestellt. Das freie Ende des dritten Rohrstücks 70 soll wiederum
in einen Maximum an Schallschnelle im stehenden Ultraschallfeld
positioniert sein. An dieser Stelle ist der Schalldruck gleich null,
was durch eine zweite Schalldruckkurve 86 gezeigt wird.
Diese Kurve sowie eine zugehörige
zweite Schwingungskurve 88 sind wiederum in übertrieben
großem
Maßstab
in dieser Zeichnung dargestellt und sollen lediglich der besseren
Erläuterung
dienen. So ist in dieser Figur zunächst gezeigt, daß die Anregungselemente 76, 78 durch
das zweite Sperrelement 74 von dem dritten Rohrstück 70 beabstandet
sind. Der Abstand ist so bemessen, daß die Anregungselemente 76, 78 sich außerhalb
eines Bereichs der maximalen Schallschnelle befinden und demgemäß von dem
dort herrschenden Schalldruck eine Kraft erfahren, die in Torsionsschwingungen,
angedeutet durch die Richtungspfeile 92, resultieren. Die
Schwingungen der Anregungselemente 76, 78 sind
durch die Doppelpfeile 94 angedeutet.
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Zur Verdeutlichung des eben gesagten
zeigt 9 eine Draufsicht
in Längsrichtung
des dritten Rohrstücks 70,
gesehen auf dessen freies Ende. In dieser Ansicht ist erkennbar,
daß das
zweite Sperrelement 74 eine ovale bzw. elyptische Grundform
aufweist. In dieser Ansicht ist auch erkennbar, daß das erste 76 bzw.
zweite Anregungselement 78 auf verschiedenen Seiten der
Mittelachse 28 angeordnet sind. Die Kraftvektoren 82, 84 greifen
dementsprechend an den Anregungselementen 76, 78 zwar
parallel zur Mittelachse 28, jedoch mit einem bestimmten Abstand
zu dieser an. Auf diese Weise ist die Richtung des ersten Kraftvektors 82 genau
entgegengesetzt der Richtung des zweiten Kraftvektors 84,
ohne das sich die Kraftwirkung der Kraftvektoren 82, 84 in ihrer
Wirkung aufheben würden.
Aufgrund der gezeigten Kraftangriffspunkte wird das dritte Rohrstück 70 nebst
zweitem Sperrelement 74 und den Anregungselementen 76, 78 in
Drehschwingungen versetzt, die wiederum durch die Richtungspfeile 92 angedeutet
sind. Die Drehachse dieser Drehschwingungen steht in diesem Fall
genau senkrecht auf der gezeigten Bildebene.
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10 zeigt
eine vierte Zerstäuberanordnung 80,
bei der sich der Schallkörper 21 der
Sonotrode 14 wiederum gegenüber dem Reflektionskörper 16 befindet.
Das freie Ende eines vierten Rohrstücks 90 reicht wiederum
gerade bis zur Mittelachse 28, während das andere Ende des vierten
Rohrstücks 90 mit
einer dritten Lackversorgungseinrichtung 96 verbunden ist.
Am freien Ende des vierten Rohrstücks 90 ist ein drittes
Sperrelement 98 angeordnet, das ähnlich wie das zweite Sperrelement 74 ausgestaltet
ist, also ein drittes 100 und ein viertes Anregungselement 102 aufweist.
Im Unterschied zum zweiten Sperrelement 74 weist das dritte Sperrelement 98 jedoch
keine feste Verbindung mit dem vierten Rohrstück 90 auf, sondern
dessen mittig angeordnete Ausnehmung ist so bemessen, daß das dritte
Sperrelement 98 in Längsrichtung
der Mittelachse des vierten Rohrstücks 90 auf dessen
Außenseite
hin- und herbeweglich
ist. Ein Anschlagelement 104 ist im Bereich des Lackaustrittes 106 und
somit im Nahbereich des freien Endes des vierten Rohrstücks 90 angeordnet
und verhindert, daß das
dritte Sperrelement 98 außerhalb des axialen Führungsbereichs
des vierten Rohrstücks 90 gelangen
kann. Auf der zur dritten Lackversorgungseinrichtung 96 weisenden
Seite des dritten Sperrelements 98 ist eine Schraubenfelder 106 angeordnet,
die vom vierten Rohrstück 90 geführt wird
und sich einerseits am dritten Sperrelement 98 sowie andererseits
an einem Befestigungselement 108 in axialer Richtung zum vierten
Rohrstück 90 abstützt. Die
Schraubenfeder 106 kann sich in dem gewählten Beispiel jedoch frei um
ihre Längsachse
drehen. Dies ist für
den Erfindungsgedanken nicht zwingend erforderlich, jedoch soll
in dem gewählten
Beispiel gezeigt werden, daß das
vierte Rohrstück 90 in
Schwingungen in Richtung seiner Längsachse versetzt werden kann.
Dies ist durch die Schwingungsrichtungspfeile 110 angedeutet.
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Die Längsschwingungen des vierten
Rohrstücks 90 werden
wiederum durch das dritte 100 sowie das vierte Anregungselement 102 veranlasst, welche
den durch das stehende Ultraschallfeld erzeugten Schalldruck in
Form einer resultierenden Kraftwirkung, hier angedeutet durch die
Kraftrichtungspfeile 112 zunächst aufnehmen.
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Aufgrund der erläuterten Konstruktion des dritten
Sperrelements 98, das mittels der drehbeweglichen Schraubenfeder 106 mit
dem vierten Rohrstück 90 verbunden
ist, können
nur Kräfte
in Längsrichtung
des vierten Rohrstücks 90 übertragen
werden. Die Schraubenfeder 106 zusammen mit dem dritten
Sperrelement 98 kann auch als Massefederanordnung, also
als schwingungsanregendes System betrachtet werden. Mit der von
diesem System vorgegebenen Schwingungseisenfrequenz beginnt dann das
vierte Rohrstück 90 in
axialer Richtung zu schwingen. Zur Verdeutlichung des stehenden
Ultraschallfeldes sind wiederum die zweite Schalldruckkurve 86 sowie
die zweite Schwingungskurve 88 in die vierte Zerstäuberanordnung 80 eingetragen.
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Als weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungsmöglichkeit
eines vierten Sperrelements 114, ist ein solches in 11 in einer Anordnung zusammen
mit einem vierten Rohrstück 90 in
einer ersten axialen Position A sowie in einer zweiten axialen Position
B gezeigt.
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Das vierte Sperrelement 114 ist
so gestaltet, daß es
in der Position A den Lackaustritt 107 des vierten Rohrstücks 90 in
dessen axialer Richtung überdeckt.
Auf diese Weise ist eine zusätzliche
Barriere geschaffen, die verhindert, daß Lack aus dem Bereich der
maximalen Schallschnelle, nämlich
aus dem Bereich des Lackaustritts 107, gelangen kann. Die
Position B des vierten Sperrelement 114 zeigt dieses in
einer axialen Position, bei der der scheibenförmige Teil des vierten Sperrelement 114 gerade
in der gleichen axialen Ebene wie der Lackaustritt 107 gelegen
ist. Demgemäß ist in
dieser Position B die Schraubenfeder 106 aufgrund der Kraftwirkung
auf die Anregungselemente 100, 102 zusammengedrückt. Die
Federkraft der Schraubenfeder 106 kann in einfacher Weise
derart bemessen werden, daß ein ungewolltes,
zu weites zusammdrücken
der Schraubenfeder 106 sicher verhindert ist. Ein sogenanntes Überschwingen,
d.h. die ungewollte, vollständige Freigabe
des Lackaustrittes 107 ist derart verhindert.
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- 8
- erste
Ultraschall-Stehwellen-Zerstäuberanordnung
- 10
- erstes
Rohrstück
- 11
- erster
Lackaustritt
- 12
- erstes
Sperrelement
- 14
- Sonotrode
- 16
- Reflektionskörper
- 17
- erste
Linie
- 19
- zweite
Linie
- 20
- zweites
Rohrstück
- 21
- Schallkörper
- 22
- Grundkörper
- 24
- erste
Schallfläche
- 26
- zweite
Schallfläche
- 28
- Mittelachse
- 30
- erste
Zerstäuberanordnung
- 32
- erstes
Diagramm
- 34
- zweites
Diagramm
- 36
- Lamellen-Stabilisator
- 38
- erste
Austrittsöffnung
- 40
- zweite
Zerstäuberanordnung
- 42
- Stabilisatorelement
- 44
- Lackpartikelchen
- 46
- hohlzylindrischer
Bereich
- 48
- zweite
Austrittsöffnung
- 50
- Rohrstückanordnung
- 52
- Lackversorgungsvorrichtung
- 54
- Verbindungselement
- 56
- Schelle
- 58
- weitere
Schelle
- 60
- dritte
Zerstäuberanordnung
- 62
- Verbindungsstange
- 64
- Doppelpfeil
- 66
- Lackzuführungseinrichtung
- 68
- Anregungsscheibe
- 69
- Pfeil
- 70
- drittes
Rohrstück
- 71
- zweiter
Pfeil
- 72
- zweite
Lackversorgungseinrichtung
- 74
- zweites
Sperrelement
- 76
- erstes
Anregungselement
- 78
- zweites
Anregungselement
- 80
- vierte
Zerstäuberanrichtung
- 82
- erster
Kraftvektor
- 84
- zweiter
Kraftvektor
- 86
- zweite
Schalldruckkurve
- 88
- zweite
Schwingungskurve
- 90
- viertes
Rohrstück
- 92
- Richtungspfeile
- 94
- Doppelpfeile
- 96
- dritte
Lackversorgungseinrichtung
- 98
- drittes
Sperrelement
- 100
- drittes
Anregungselement
- 102
- viertes
Anregungselement
- 104
- Anschlagelement
- 106
- Schraubenfeder
- 107
- Lackaustritt
- 108
- Befestigungselement
- 110
- Schwingungsrichtungspfeil
- 112
- Kraftrichtungspfeil
- 114
- viertes
Sperrelement