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Die
Erfindung betrifft einen Zerstäuberkopf für eine Spritzpistole
zum pneumatischen Zerstäuben
von Lack, Farbe oder dergleichen Flüssigkeiten sowie eine Spritzpistole
mit einem derartigen Zerstäuberkopf.
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Bei
der pneumatischen Zerstäubung
von Flüssigkeiten,
die beispielsweise in Lackieranlagen eingesetzt werden, wird ein
Druckluftstrahl dazu verwendet, um einen Flüssigkeitsstrahl zu zerstäuben. Hierzu
ist ein Druckluftstrahl mit hoher Energie notwendig.
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Ein
Nachteil herkömmlicher
pneumatischer Zerstäubungsverfahren
liegt darin, dass sie einen hohen Druckluftbedarf erfordern und
ein sehr heftiger Strahl aus Druckluft und zerstäubter Farbe erzeugt wird. Ein
solcher Strahl führt
viel Farbe mit sich, welche nicht auf dem zu beschichtenden Gegenstand abgelagert
wird, sondern sich unter starker Verwirbelung in der Umgebungsluft
dispergiert.
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Aus
der
DE 28 11 436 C2 ist
ein Verfahren zur pneumatischen Zerstäubung eines aus einer Farbdüse austretenden,
fächerförmigen Flüssigkeitsstrahls
bekannt. Die Zerstäubung
erfolgt bei diesem bekannten Verfahren mit Hilfe von fächerförmig um die
Farbdüse
angeordneten Druckluftstrahlen, die auf den Farbstrahl gerichtet
sind und eine für
die Farbzerstäubung
ausreichend hohe Energie aufweisen. Hierbei werden Luftdrücke von
1 bis 4 bar und ein Luftdurchsatz von 3 bis 9 m
3/h
erreicht. Weitere Druckluftstrahlen sind gegen die kegelförmige Außenseite
der Farbdüse
gerichtet und bewirken einen Luftschleier, der den Farbstrahl umhüllt und
ein "Rückschlagen" der Farbe auf die
Düse verhindern soll.
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Aus
der
DE 34 17 229 C2 ist
ein Zerstäuberkopf
für Spritzpistolen
der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem eine pneumatische
Zerstäubung
eines Farbstrahls erfolgt, der aus einer Farbdüse mit spaltförmiger Düsenöffnung austritt.
Zur Zerstäubung
der Flüssigkeit
und zur Formung eines flachen Spritzstrahls sind hierbei mehrere
Druckluftkanäle
vorgesehen, die seitlich an der spaltförmigen Düsenöffnung angeordnet sind und
durch ein gemeinsames Druckluftsystem gespeist werden.
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Zum
Erzeugen der in der Praxis in Lackieranlagen häufig verwendeten länglichen
bzw. ovalen Querschnittsform des Spritzstrahls (Flachstrahl) wird bei
den aus der
DE 28 11
436 C2 und der
DE
34 17 229 C2 bekannten Verfahren einer Farbdüse mit einem
schlitzförmigen
Auslass verwendet. Alternativ kann der Flüssigkeitsstrahl aber auch,
wie in der
DE 34 17
229 C2 beschrieben, aus einer kreisförmigen Farbdüse austreten.
Die kreisförmige
Farbdüse
ist hierzu von einer Luftkappe umgeben, die Öffnungen für die Farbe und die Druckluft
aufweist. Der Druckluftstrahl zur Zerstäubung der aus der Farbdüse austretenden
Flüssigkeit
strömt
dabei aus einem kreisförmigen
Ringspalt, der die Farbdüse
konzentrisch umgibt. Zum Erzeugen der länglichen bzw. ovalen Querschnittsform
des Spritzstrahls (Flachstrahl) werden zusätzliche Druckluftstrahlen auf
den Spritzstrahl gerichtet mit dem Ziel, dessen zunächst kreisförmigen Querschnitt
entsprechend zu deformieren.
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Die
zusätzlichen
Luftstrahlen treten aus einander gegenüberliegenden Vorsprüngen der
Luftkappe aus, die häufig
als "Hörner" bezeichnet werden. Diese
aus der Stirnfläche
der Luftkappe hervorstehenden Hörner
sind dabei derart gestaltet, dass die zusätzlichen Luftstrahlen aufeinander
zu und auf den Spritzstrahl gerichtet sind, um so durch den Zusammenprall
mit dem Spritzstrahl den flachen oder ovalen Strahl zu formen. Die
zusätzlichen
Luftstrahlen werden häufig
als sogenannte "Hornluft" oder "Formluft" bezeichnet. Weitere
Luftstrahlen, die im Wesentlichen parallel zu der Achse des Spritzstrahls
aus der Luftkappe austreten, dienen zur Regulierung des unregelmäßig deformierten
Spritzstrahls.
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Ähnliche
Zerstäuberköpfe mit
einer kreisförmigen
Farbdüse,
mit einer die Farbdüse
umgebenden Druckluft-Ringdüse
zum Zerstäuben
der Farbe und mit Hornluftdüsen,
die auf Hörnern
angeordnet sind, sind auch aus der
DE 90 01 265 U1 und der
DE 689 24 079 T2 bekannt.
Dabei sind zwischen der Ringdüse
und den Hörnern
zusätzlichen Öffnungen für sogenannte
Auffächerluftstrahlen
vorgesehen, die eine Regulierung des Spritzstrahls bewirken sollen, indem
sie die Formluftstrahlen abbremsen und auffächern, bevor diese auf den
Spritzstrahl auftreffen.
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Bei
den bekannten Zerstäuberköpfen wird
es als nachteilig empfunden, dass trotz der technisch aufwendigen
Gestaltung mit Hörnern
ein Spritzstrahl erzeugt wird, um einen zentralen, durch die Hornluft beispielsweise
oval geformten Spritzstrahl meist ein großer als "Overspray" bezeichneter Bereich vorhanden ist,
in welchem ein noch vergleichsweise hoher Anteil von Flüssigkeitspartikeln
zerstäubt
und mitgeführt
wird. Dies führt
dazu, dass die zerstäubte
Flüssigkeit,
d.h. insbesondere eine Farbe oder ein Lack, nicht zielgerichtet
auf die zu beschichtende Fläche aufgebracht
werden kann. Gleichzeitig hat dies einen hohen Verlust an Flüssigkeit
zur Folge.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Zerstäuberkopf der oben genannten
Art in einer solchen Weise zu verbessern, dass der Overspray und
somit der Verbrauch der durch den Zerstäuberkopf aufgetragenen Flüssigkeit reduziert
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach
umfasst der Zerstäuberkopf
eine kreisförmige
Flüssigkeitsdüse sowie
eine Luftkappe mit einer zentrisch angeordneten Bohrung zur Aufnahme
der Flüssigkeitsdüse. Die
Luftkappe ist mit mehreren Düsen
zum Zerstäuben
der Flüssigkeit
und zum Formen des Spritzstrahls versehen. So sind Zerstäuberluftdüsen, über die
Druckluft zum Zerstäuben der
aus der Farbdüse
austretenden Flüssigkeit
zugeführt
wird, ringförmig
um die Flüssigkeitsdüse herum angeordnet.
Im Gegensatz zu den bekannten Luftkappen wird die Formluft (Hornluft)
jedoch nicht über vorspringende
Hörner,
die aus der Stirnwandebene des Zerstäuberkopfes hervorstehen, auf
den Spritzstrahl geleitet, sondern die Stirnfläche der Luftkappe ist stattdessen
zumindest im Wesentlichen eben und flach gestaltet. Dabei wird die
Formluft über
Formluftdüsen,
die schräg
in diese flache Stirnfläche
münden, auf
den Spritzstrahl geführt.
Die Zerstäuberluftstrahlen
und die Formluftstrahlen sind somit näherungsweise in derselben Ebene
angeordnet. Dadurch wird eine gleichmäßige Zerstäubung der Flüssigkeit
und Formung des Spritzstrahls erreicht, während eine unerwünschte Auffächerung
des Spritzstrahls mit damit einhergehendem Overspray überraschenderweise sehr
gering gehalten wird.
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Bei
der Verwendung des erfindungsgemäßen Zerstäuberkopfes
in Lackieranlagen kann so der Overspray um bis zu 30% gegenüber einem
herkömmlichen
Zerstäuberkopf
reduziert werden. Dadurch wird auch der Lackverbrauch um bis zu
30% gesenkt, was einerseits eine Materialeinsparung bewirkt und
andererseits zu einer geringeren Verschmutzung von Anlagen und Aggregaten
führt.
Auf diese Weise können
höhere
Standzeiten erreicht werden und Einsparungen bei der Reinigung erzielt werden.
Gegenüber
Rotationszerstäubern
lässt sich der
Lackverbrauch um etwa 20% reduzieren.
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Zusätzlich zeichnet
sich der erfindungsgemäße Zerstäuberkopf
durch einen erheblich geringeren Reinigungsaufwand aus. So kann
gegenüber herkömmlichen
Zerstäuberköpfen bspw.
bei Verwendung des Reinigungsgerätes 'Vapo Gun Cleaner' (Industra Industrieanlagen
Maschinen + Teile GmbH) auch der Spülmittelverbrauch auf 2 bis
20 ml je Spülvorgang
reduziert werden. Auch bei anderen Reinigungssystemen ist eine wirtschaftlichere
Reinigung möglich.
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Weiter
wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung
der Formluftdüsen
der Spritzstrahl gleichmäßiger geformt,
wodurch das sogenannte Pulsieren bzw. Flattern des Spritzstrahls,
das zu einer Wolkenbildung im Lackauftrag führt, deutlich reduziert ist. Auch
die bei herkömmlichen
Lackauftragssystemen auftretenden Benetzungsstörungen sowie die ungleichmäßigen Schichtdickenverteilungen
des aufgetragenen Lacks werden wirksam unterbunden. Folglich führt die
Verwendung des erfindungsgemäßen Zerstäuberkopfes
zu einem gleichmäßigeren
Spritzbild, einer gleichmäßigeren
Benetzung sowie einer gleichmäßigeren
Schichtdickenverteilung des aufgetragenen Lackes oder dergleichen
als bei herkömmlichen
Lackauftragssystemen.
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Der
erfindungsgemäße Zerstäuberkopf
eignet sich insbesondere zum robotergeführten Lackauftrag auf Fahrzeugkarosserien,
beispielsweise für die
robotergeführte
Falzlackierung von Türfalzen, Motorhauben
oder anderen Innenapplikationen. Weiter werden häufig größere Karosserieflächen zunächst elektrostatisch
mit Glocken mit einem Basislack (Base Coat) beschichtet und anschließend mit einer
Spritzpistole mit pneumatisch zerstäubtem Flüssigkeitsstrahl nachlackiert
(Air-Außenauftrag). Neben
einem flatter- und wolkenfreien Basislackauftrag für Falze
und Außenhautlackschichten
wird hierbei – auch
bei dünnen
Basislackschichten – eine
fehlerfreie Untergrundbenetzung erreicht. Auch helle Metallic-Farbtöne können auf
diese Weise wolkenfrei lackiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, mit dem
erfindungsgemäßen Zerstäuberkopf
auch die Kosten für
Nacharbeiten zu senken. Der erfindungsgemäße Zerstäuberkopf ist zudem auch besonders für die Verwendung
in der Zulieferindustrie geeignet, bei der ebenfalls Bauteile zum
späteren
Einbau in bspw. Fahrzeuge lackiert werden.
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In
der Regel werden die Luftkappen aus Messing oder Aluminium gefertigt
und anschließend zum
Schutz ihrer Oberfläche
galvanisiert, meistens vernickelt oder verchromt. Bei der Galvanisierung entstehen,
insbesondere an den Kanten der Luftauslassbohrungen, unterschiedliche
Schichtdicken. Teilweise bilden sich sogar Miniaturgrate, die jeder
Luftkappe ihr individuelles Strömungsverhältnis geben.
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Durch
entsprechende Nachbehandlung können
diese Unterschiede teilweise ausgeglichen werden, jedoch nicht so
weit, dass die Forderung nach Einhaltung vorgegebener Toleranzen
von allen produzierten Luftkappen einer Charge gleichermaßen erfüllt wird.
Einige Hersteller bieten deshalb zertifizierte Luftkappen an, bei
denen durch Prüfung
und Auswahl die entscheidenden, spritzstrahlbeeinflussenden Parameter
innerhalb garantierter Toleranzen liegen.
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Wird
die Luftkappe hingegen aus Edelstahl gefertigt, kann die Galvanisierung
entfallen. Die Fertigungsgenauigkeit der Luftkappe wird ausschließlich durch
die erreichbare Präzision
der mechanischen Fertigungsverfahren bestimmt.
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Da
bei Luftkappen aus Edelstahl kein Reinigungsmittel mehr an den Kanten
der Bohrungen zwischen Luftkappenkörper und galvanischer Beschichtung
eindringen kann, zeichnen sich die Luftkappen aus Edelstahl im Vergleich
zu galvanisierten durch einen längere
Lebensdauer aus.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen schematisch:
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1a eine
Schnittdarstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Zerstäuberkopfes,
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1b vergrößert einen
Ausschnitt des Zerstäuberkopfes
nach 1a,
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2 eine
Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Zerstäuberkopfes,
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3 eine
Perspektivdarstellung einer Luftkappe des Zerstäuberkopfes nach 2 und
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4 eine
Perspektivdarstellung einer alternativen Ausgestaltung einer Luftkappe
für den
Zerstäuberkopf
nach 2.
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Die
1a und
1b zeigen
einen aus der
DE 34
17 229 C2 bekannten Zerstäuberkopf
101 für eine Spritzpistole
zum Auftrag von Farben oder Lacken. Der Zerstäuberkopf
101 umfasst
eine Düse
102, über die
die aufzutragende Flüssigkeit
zugeführt wird,
sowie eine Luftkappe
103 mit Auslässen
104 und
105, über welche
Druckluft zum Zerstäuben
der durch die Düse
102 abgegebenen
Flüssigkeit
und zur Formung des Spritzstrahls auf die Flüssigkeit geleitet wird. Die
Düse
102 weist
dabei einen Zuführungskanal
106 auf,
der durch ein in
1 nicht gezeigtes Ventil
verschließbar
ist und in einen kreisförmigen Auslass
107 auf
der Stirnseite
108 der Luftkappe
103 mündet.
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Zum
pneumatischen Zerstäuben
der durch die Düse 102 zugeleiteten
Flüssigkeit
ist die Luftkappe 103 mit mehreren als Bohrungen ausgestalteten Zerstäuberluftdüsen 104 versehen,
welche den zentralen Auslass 107 ringförmig umgeben und durch welche
Druckluftstrahlen (Zerstäuberluft)
schräg
auf die Mittelachse 109 des Auslasses 107 hin
gerichtet werden. Die aus den Zerstäuberluftdüsen 104 austretende
Druckluft hat dabei eine ausreichend hohe Energie, um ein Zerstäuben der
durch den Auslass 107 austretenden Flüssigkeit zu einem Spritzstrahl zu
bewirken.
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Zur
Auffächerung
dieses zunächst
rotationssymmetrischen Spritzstrahls in einen fächerförmigen bzw. ovalen Spritzstrahl
sind radial außerhalb
der Zerstäuberluftdüsen 104 die
Formluftdüsen 105 vorgesehen,
die auf zwei einander gegenüberliegenden, aus
der Stirnfläche 108 der
Luftkappe 103 in Abstrahlrichtung 110 abragenden
Hörnern 111 angeordnet
sind. Zusätzlich
sind auf der Stirnseite 108 der Luftkappe 103 Steuerbohrungen 112 vorgesehen, die
eine zu starke Verwirbelung des Spritzstrahls verhindern sollen.
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Wie
aus den 2 bis 4 hervorgeht,
hat der erfindungsgemäße Zerstäuberkopf 1 einen ähnlichen
Aufbau wie der oben beschriebene bekannte Zerstäuberkopf 101. So umfasst
der Zerstäuberkopf 1 eine
in 2 nicht dargestellte Düse 2 zur Zuführung der
aufzutragenden Flüssigkeit
sowie eine die Düse 2 umgreifende
Luftkappe 3. Die Luftkappe 3 weist dabei eine
zentrale Bohrung 4 auf, in welche die Mündung der Düse 2 hineinragt.
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Weiter
umfasst die Luftkappe 3 mehrere Zerstäuberluftdüsen 5, welche vorzugsweise
unter einem Winkel α von
etwa 45° gegenüber der
Symmetrieachse der Luftkappe 3 angeordnet sind. Die Zerstäuberluftdüsen 5 sind
in der dargestellten Ausführungsform
ringförmig
um die zentrale Bohrung 4 herum angeordnet. Die Zerstäuberluftdüsen 5 werden durch
einen in 2 nicht näher dargestellten, beispielsweise
ringförmigen,
Kanal 6 mit Druckluft versorgt. In der Luftkappe 3 ist
dabei ein in 2 ringförmiger Dicht-Konus 7 vorgesehen,
der den Kanal 6 nach außen abdichtet.
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Weiter
umfasst die Luftkappe 3 vier Formluftdüsen 8, die in dem
Ausführungsbeispiel
der 2 und 3 paarweise auf einander entgegengesetzten
Seiten der zentralen Bohrung 4 der Luftkappe 3 angeordnet
sind. Diese Formluftdüsen 8 befinden sich
im Wesentlichen in der Ebene der Stirnseite 9 der Luftkappe 3,
ohne aus dieser Ebene in Sprührichtung
hervorzuragen. Die Formluftdüsen 8 können dabei,
wie in den 2 und 3 dargestellt,
hintereinander in unter schiedlichem Abstand zu der zentralen Bohrung 4 angeordnet
sein, oder, wie in dem Ausführungsbeispiel
nach 4 gezeigt, nebeneinander im gleichen Abstand zu
der zentralen Bohrung 4 angeordnet sein.
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Die
Formluftdüsen 8 werden
durch Bohrungen oder Kanäle 10 mit
Druckluft beaufschlagt, wobei der Dicht-Konus 7 die Kanäle 10 von
dem Kanal 6, der zu den Zerstäuberluftdüsen 5 führt, trennt.
Hierdurch ist es möglich,
dass die Zufuhr von Druckluft zu den Formluftdüsen 8 und den Zerstäuberluftdüsen 5 unabhängig voneinander
steuerbar ist.
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Die
Formluftdüsen 8 und
die Zerstäuberluftdüsen 5 können dabei
derart ausgestaltet sein, dass sich die aus den Formluftdüsen 8 abgestrahlten Formluftstrahlen
in einem Punkt, der vorzugsweise auf der Symmetrieachse der Farbdüse 2 und/oder der
Luftkappe 3 liegt, treffen. Hierbei können Spritzstrahlbreiten von über 300
mm, insbesondere zwischen etwa 330 mm und etwa 350 mm, erreicht
werden.
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Die
in 3 und 4 angedeutete Farbdüse 2 kann
dabei im Wesentlichen wie in den 1a und 1b dargestellt
ausgebildet sein. Die Farbdüse 2 erzeugt,
wenn aus den Formluftdüsen
keine Druckluft austritt, einen dünnen Rundstrahl. Die durch
die Formluftdüsen 8 zugeführte Druckluft
bewirkt dabei, dass dieser dünne
Rundstrahl zu einem Flachstrahl mit einem länglichen und/oder ovalen Querschnitt
deformiert wird. Dabei sind die Luftmengen der durch die Zerstäuberluftdüsen 5 und
die Formluftdüsen 8 zugeführten Druckluft
variabel und unabhängig
voneinander einstellbar. Zur Verwendung in Autolackieranlagen wird
es bevorzugt, wenn durch die Zerstäuberluftdüsen 5 und die Formluftdüsen 8 jeweils
etwa 50 bis etwa 500 NI Luft abgegeben werden.
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Im
Betrieb wird vor einem Lackiervorgang zunächst Druckluft durch die Zerstäuberluftdüsen 5 sowie
die Formluftdüsen 8 zugeführt und
erst danach Flüssigkeit
durch den Zerstäuberkopf 1 abgegeben. Dies
bewirkt, dass von Anfang an ein optimale Sprühbild erzeugt wird. Dabei kann
die Form des abgegebenen Flüssigkeitsstrahls
sowohl durch den Neigungswinkel der Zerstäuber- oder Formluftdüsen 5, 8 gegenüber der
Stirnseite 9 der Luftkappe 3 sowie durch die Luftmengen
variiert werden.