AT523636A4

AT523636A4 - Zerstäubungsvorrichtung für ein Beschichtungsmittel

Info

Publication number: AT523636A4
Application number: ATA50690/2020A
Authority: AT
Inventors: Eslamian Alireza; Schifko Martin
Original assignee: Ess Holding Gmbh
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2020-08-17
Publication date: 2021-10-15
Also published as: AT523636B1; US20240009694A1; EP4196290A1; CN116194222A; WO2022036380A1

Abstract

Es wird eine Zerstäubungsvorrichtung (1) für ein Beschichtungsmittel mit einem von einem Erreger (3) schwingungsbeaufschlagten Beschichtungsmittelträger beschrieben. Um Werkstücke auf ressourcenschonende Weise mit einer Beschichtung gleichmäßiger Dicke versehen zu können, wird vorgeschlagen, dass der Beschichtungsmittelträger eine mit einem Drehantrieb angetriebene Membran (2) ist, die vom Erreger (3) mit Schallwellen schwingungsbeaufschlagt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zerstäubungsvorrichtung für ein Beschichtungsmittel mit einem von einem Erreger schwingungsbeaufschlagten

Beschichtungsmittelträger.

Aus der US4659014 ist eine Zerstäubungsvorrichtung für ein Beschichtungsmittel bekannt. Die Zerstäubungsvorrichtung weist einen Sondenkopf als Beschichtungsmittelträger auf, der mehrere mit einer Beschichtungsmittelzuleitung strömungsverbundene und umfangseitig am Sondenkopf verteilte Mündungsöffnungen aufweist. Das Beschichtungsmittel strömt von der Beschichtungsmittelzuleitung durch die Mündungsöffnungen und wird dadurch am Beschichtungsmittelträger verteilt. Der Beschichtungsmittelträger kann von einem Erreger mit Schwingungen beaufschlagt werden, wodurch sich das auf dem Beschichtungsmittelträger verteile Beschichtungsmittel als fein zerstäubte Beschichtungsmittelpartikel vom Beschichtungsmittelträger ablöst. Bei der aus der US4659014 bekannten Zerstäubungsvorrichtung ergibt sich allerdings der Nachteil, dass sich das Beschichtungsmittel unter anderem schwerkraftbedingt ungleichmäßig am Beschichtungsmittelträger verteilt, was verstärkt durch die Form des Sondenkopfes zu einem ungleichmäßigen Auftrag des Beschichtungsmittels auf

einem zu beschichtenden Werkstück führt.

Um die Zerstäubung der Beschichtungsmittelpartikel zu beeinflussen sind aus dem Stand der Technik Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäuber oder Zerstäuber mit Luftdüsen bekannt. Neben dem Nachteil, dass auch solche Vorrichtungen vor allem bei Dünnschichtlackierungen eine inhomogene Beschichtung erzeugen, da den

Beschichtungsmittelpartikeln durch die Rotation bzw. durch die Luftdüsen ein

zusätzlichen Energie- und Betriebsmittelaufwand.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Zerstäubungsvorrichtung der eingangs geschilderten Art vorzuschlagen, mit welcher Werkstücke auf ressourcenschonende Weise mit einer Beschichtung gleichmäßiger Dicke versehen

werden können.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Beschichtungsmittelträger eine mit einem Drehantrieb angetriebene Membran ist, die vom Erreger mit Schallwellen schwingungsbeaufschlagt ist. Zufolge dieser Maßnahmen wird das Beschichtungsmittel durch die beim Drehen der Membran entstehende Zentrifugalkraft gleichmäßig auf der Oberfläche der Membran verteilt. Da die Zentrifugalkraft nur zum Verteilen des Beschichtungsmittels, nicht aber zum Ablösen des Beschichtungsmittels eingesetzt wird, kann die Umdrehungsgeschwindigkeit verhältnismäßig klein gewählt werden, wodurch ein energiesparender Betrieb ermöglicht wird. Um eine gleichmäßige Verteilung des Beschichtungsmittels auf der gesamten Oberfläche der Membran zu erzielen, kann das Auftragen des Beschichtungsmittels vorzugsweise im Zentrum der Membran erfolgen. Durch die gleichmäßige Dicke des auf der Membran verteilten Beschichtungsmittels ist die zum Ablösen und Zerstäuben des Beschichtungsmittels benötigte Energie über die gesamte Oberfläche der Membran annähernd gleich. Der benötigte Energieeintrag erfolgt dabei durch einen Erreger, dessen erzeugte Schallwellen die Membran in Schwingung versetzen. Die Schallwellen pflanzen sich dabei vorzugsweise über die zwischen dem Erreger und der Membran befindliche Luft fort, weswegen zwischen Erreger und Membran ein einbaufreier Schallfortpflanzungskanal vorgesehen sein kann. Mit einbaufrei ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass sich im Schallfortpflanzungskanal keine Einbauten befinden, die die Ausbreitung der vom Erreger erzeugten Schallwellen in negativer Weise beeinflussen. Dadurch, dass kein gesonderter Stelltrieb, wie beispielsweise eine Schubstange zwischen Erreger und Membran vorgesehen sein muss, kann die

Membran besonders energiesparend in Schwingung versetzt und durch eine

Ultraschallbereich liegen.

Besonders günstige konstruktive Verhältnisse ergeben sich, wenn die Membran von einer Mündungs6$öffnung einer Beschichtungsmittelzuleitung durchbrochen ist, die durch eine die Membran mit dem Drehantrieb verbindende Welle verläuft. Auf diese Weise kann zwischen der Membran und der übrigen Zerstäubungsvorrichtung eine einzige Verbindungsstelle, nämlich die Welle, vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Mündungsöffnung im Drehpunkt der Membran angeordnet, wodurch eine gleichmäßige Verteilung des Beschichtungsmittels als Folge der Rotation der

Membran ermöglicht wird.

Strömungssimulationen und Lichtscheibenmikroskopieaufnahmen haben gezeigt, dass die sich vom Beschichtungsmittelträger lö6senden Beschichtungsmittelpartikel Verwirbelungen im Bereich zwischen Zerstäubungsvorrichtung und einem zu beschichtenden Werkstück erzeugen. Diese Verwirbelungen beeinflussen die Strömungsrichtung der darauffolgend abgelösten Beschichtungsmittelpartikel, was eine unregelmäßige Beschichtung des Werkstücks zur Folge hat. Um daher eine gegenseitige Beeinflussung von zeitlich nacheinander abgelösten Beschichtungsmittelpartikeln untereinander zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass die Membran einen Absaugkanal mit einem Absaugmembranabschnitt abschließt, der von Absaugöffnungen durchbrochen ist. Der Absaugkanal kann dabei mit einem Unterdruckreservoir strömungsverbunden sein. Wird der Absaugkanal mit einem Unterdruck beaufschlagt, so wird die mit unerwünschten Verwirbelungen versehene Luft durch die Absaugöffnungen in den Absaugkanal gesaugt, wodurch es zu einer

Gleichrichtung bzw. Auflösung der Verwirbelungen kommt. Auf diese Weise stellen

sein, welche gleichmäßig über die Membran verteilt sind.

Damit ein Eindringen des Beschichtungsmittels in die Absaugöffnungen beim Verteilen des Beschichtungsmittels durch die Drehbewegung der Membran vermieden werden kann, kann zwischen dem Absaugmembranabschnitt und der übrigen Membranfläche eine Stufe zum Rückhalten des aus der Mündungsöffnung austretenden Beschichtungsmittel vorgesehen sein. Beim Drehen der Membran kann das aus der Mündungsöffnung tretende Beschichtungsmittel nicht das gegenüber der restlichen Membran erhöhte Niveau der Stufe passieren. Dabei spielt es keine Rolle, ob der absaugmembranabschnitt das Höhenniveau der übrigen Membran oder der Stufe aufweist. Ist der für das Beschichtungsmittel vorgesehene Teil zwischen zwei Absaugmembranabschnitten und somit zwischen zwei Stufen angeordnet, so wird das Verteilen des Beschichtungsmittels durch den sich zwischen den zwei Stufen einstellenden Kapillareffekt begünstigt, sodass bereits geringe Drehzahlen der Membran für ein Verteilen des Beschichtungsmittels

über die dafür vorgesehene Membranfläche genügen.

Im Sinne einer kompakten Ausführung kann die Welle zum Drehantreiben und zur Beschichtungsmittelversorgung durch den Absaugkanal verlaufen und

vorzugsweise konzentrisch in diesem angeordnet sein.

Schwingungen beaufschlagt.

Damit die Zerstäubungsvorrichtung auch große Flächen gleichmäßig beschichten kann, ohne dabei durch materialbedingte Dimensionierungsgrenzen eingeschränkt zu sein, kann ein Beschichtungskopf mit mehreren Zerstäubungsvorrichtungen vorgesehen sein, wobei die Zerstäubungsvorrichtungen matrixförmig nebeneinander angeordnet sind, und wobei die Membranen in einer gemeinsamen Trägerebene liegen. Dadurch können die Zerstäubungsvorrichtungen selbst einheitlich ausgelegt und gefertigt sein und je nach Bedarf der Beschichtungskopf an die Anforderungen des zu beschichtenden Werkstücks angepasst werden. Damit über den gesamten Beschichtungskopf gleichmäßige Beschichtungsbedingungen erzielt werden

können, liegen die Membranen in einer gemeinsamen Trägerebene.

Um sicherzustellen, dass sich die im Beschichtungskopf angeordneten Zerstäubungsvorrichtungen nicht in negativer Weise gegenseitig beeinflussen, empfiehlt es sich in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Beschichtungskopfes, dass zwischen den einzelnen Zerstäubungsvorrichtungen über die Trägerebene vorragende Blendlamellen vorgesehen sind. Die einzelnen Zerstäubungsvorrichtungen sind demnach durch die Blendlamellen von den benachbarten Zerstäubungsvorrichtungen abgegrenzt, wodurch sich die jeweiligen Strömungsbedingungen im Bereich der Zerstäubungsvorrichtungen nicht gegenseitig beeinflussen können. Darüber hinaus ergeben sich definierte, voneinander abgegrenzte Bereiche für die abgegebenen Beschichtungsmittelpartikel, sodass es auch im Übergangsbereich zwischen zwei Zerstäubungsvorrichtung zu keiner vergrößerten Beschichtungsmitteldicke auf dem

zu beschichtenden Werkstück kommt.

Feldstärke des Gravitationsfeldes auf der Erdoberfläche und R der Radius der

„£ Wer — R

Bei einer Membran mit etwa 2,5 cm Durchmesser ergeben sich somit Drehzahlen

Membran ist:

der Membran von unter 1000 Umdrehungen pro Minute, während bei gängigen Rotationszerstäubern Drehzahlen zwischen 10000 und 30000 Umdrehungen pro Minute benötigt werden. Durch die geringen Drehzahlen ist das Verfahren zum

Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich energieschonender.

Um sowohl möglichst ressourcenschonende als auch gleichmäßige Beschichtungsbedingungen zu schaffen, kann zwischen dem auf ein erstes Schwingungsmaximum folgenden Wendepunkt und dem nächsten Schwingungsmaximum der Schallwellen der Absaugkanal mit einem Unterdruck beaufschlagt werden. Durch das Anlegen eines Unterdruckes kommt es im Ablösebereich oberhalb der Membran zu einer Gleichrichtung der dort vorherrschenden Verwirbelungen und damit zu einer Unterbindung der von den

Verwirbelungen erzeugten Strömungsrichtungsänderungen der abgelösten

Absaugkanals mit Unterdruck abwechseln.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es

zeigen

Fig. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung,

Fig. 2 einen Beschichtungskopf mit mehreren Zerstäubungsvorrichtungen in einem kleineren Maßstab,

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch einen Beschichtungskopf der Fig. 2 in einem größeren Maßstab und

Fig. 4 ein Diagramm mit einer schematischen Schwingungskurve der vom Erreger

erzeugten Schallwelle und mit einem Steuersignal für ein Schaltventil.

Eine erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung 1 für ein Beschichtungsmittel, beispielsweise Flüssiglack, weist, wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, eine Membran 2 als Beschichtungsmittelträger auf. Die Membran 2 kann dabei von einem Erreger 3 durch Schallwellen mit Schwingungen beaufschlagt werden, wodurch sich das auf dem Beschichtungsmittel befindliche Beschichtungsmittel von der Membran 2 ablöst. Um eine gleichmäßige Verteilung des Beschichtungsmittels auf der Membran 2 und damit eine homogene Beschichtung eines zu beschichtenden

Werkstückes zu ermöglichen, ist die Membran 2 mit einem Drehantrieb verbunden.

somit ein energieschonender Betrieb ermöglicht wird.

Die Membran 2 kann über eine Welle 4 mit dem Drehantrieb verbunden sein, wobei durch die Welle 4 eine Beschichtungsmittelzuleitung 5 (Fig. 3) verläuft, deren

Mündungsöffnung 6 die Membran 2 durchbricht.

Wie in den Figs. 1 und 3 dargestellt ist, kann die Membran 2 einen Absaugmembranabschnitt 7 umfassen, der von Absaugöffnungen 8 durchbrochen ist und einen Absaugkanal 9 abschließt. Der Absaugkanal 9 kann über ein für den Fachmann bekanntes schaltbares Ventil mit einem nicht näher dargestellten Unterdruckreservoir verbunden sein. Durch das gepulste Anlegen des Unterdruckes kommt es im Ablösebereich der Membran 2 zu einer Gleichrichtung der Luftströmung und damit zu einer Auflösung der dort vorherrschenden Verwirbelungen, wodurch unerwünschte Strömungsrichtungsänderungen der

abgelösten Beschichtungsmittelpartikel reduziert werden können.

Damit ein Einströmen des auf der Membran 2 verteilten Beschichtungsmittels in die Absaugöffnungen 8 verhindert werden kann, ist zwischen dem Absaugmembranabschnitt 7 und der übrigen Membranfläche 10 eine Stufe 11

(Fig. 1) vorgesehen, welche das aus der Mündungsöffnung 6 austretende

Beschichtungsmittel zurückhält und diesem somit eine Strömungsbahn vorgibt.

In einer besonders kompakten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Welle 4 durch den Absaugkanal 9 und konzentrisch durch den

Erreger 3 verlaufen.

Die Fig. 2 zeigt einen Beschichtungskopf 12 mit mehreren Zerstäubungsvorrichtungen 1, wobei diese matrixförmig nebeneinander angeordnet sind. Die Zerstäubungsvorrichtungen 1 sind dabei so angeordnet, dass deren

Membranen 2, wie in der Fig. 3 offenbart, in einer gemeinsamen Trägerebene

einem gemeinsamen Mündungskanal 13 zusammenlaufen.

Die einzelnen benachbarten Zerstäubungsvorrichtungen 1 können durch Blendlamellen 14, welche über die Trägerebene der Membranen 2 vorragen, voneinander abgegrenzt sein. Dadurch ergeben sich definierte, voneinander abgegrenzte Bereiche für die abgegebenen Beschichtungsmittelpartikel, wodurch eine gegenseitige Beeinflussung der Strömungsbedingungen verhindert werden

kann.

Fig. 4 zeigt schematisch die Amplitude A der Schwingung 15 der vom Erreger 3 erzeugten Schallwellen und damit die Schwingung 15 der Membran 2 über die Zeit aufgetragen. Des Weiteren ist das Steuersignal 16 zum Öffnen eines Schaltventils zum Beaufschlagen des Absaugkanals 9 mit einem Unterdruck dargestellt. Um möglichst wenige Beschichtungsmittelpartikel in den Absaugkanal 9 einzusaugen, wird der Absaugkanal 9 durch Ansteuern und damit Öffnen und Schließen des Schaltventils zeitlich zwischen dem auf ein erstes Schwingungsmaximum 17 folgenden Wendepunkt 18 und dem nächsten Schwingungsmaximum 19 der Schallwellen beaufschlagt. Vorzugsweise kann die Unterdruckbeaufschlagung in einem Zeitintervall erfolgen, das im Bereich des Schwingungsminimums 20 der

Schallwellen liegt.

Claims

(43501) IV

Patentansprüche

1. Zerstäubungsvorrichtung (1) für ein Beschichtungsmittel mit einem von einem Erreger (3) schwingungsbeaufschlagten Beschichtungsmittelträger, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsmittelträger eine mit einem Drehantrieb angetriebene Membran (2) ist, die vom Erreger (3) mit Schallwellen

schwingungsbeaufschlagt ist.

2. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2) von einer Mündungsöffnung (6) einer Beschichtungsmittelzuleitung (5) durchbrochen ist, die durch eine die Membran (2) mit dem Drehantrieb

verbindende Welle (4) verläuft.

3. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2) einen Absaugkanal (9) mit einem Absaugmembranabschnitt (7) abschließt, der von Absaugöffnungen (8)

durchbrochen ist.

4. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Absaugmembranabschnitt (7) und der übrigen Membranfläche (10) eine Stufe (11) zum Rückhalten des aus der Mündungsöffnung (6) austretenden

Beschichtungsmittel vorgesehen ist.

5. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) durch den Absaugkanal (9) verläuft.

6. Zerstäubungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch

gekennzeichnet, dass die Welle (4) konzentrisch durch den Erreger (3) verläuft.

die Membranen (2) in einer gemeinsamen Trägerebene liegen.

8. Beschichtungskopf (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Zerstäubungsvorrichtungen (1) über die Trägerebene

vorragende Blendlamellen (14) vorgesehen sind.

9. Verfahren zum Betrieb einer Zerstäubungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2) zum Verteilen des Beschichtungsmittels um eine Rotationsachse gedreht und in Richtung der

Rotationsachse mit Schallwellen schwingungsbeaufschlagt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem auf ein erstes Schwingungsmaximum (17) folgenden Wendepunkt (18) und dem nächsten Schwingungsmaximum (19) der Schallwellen der Absaugkanal (9) mit

einem Unterdruck beaufschlagt wird.