АППЛИКАТОР ДЛЯ РОТАЦИОННОГО РАСПЫЛИТЕЛЯ И СПОСОБ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ
APPLICATOR FOR ROTARY SPRAYER AND METHOD OF ITS OPERATION

Изобретение относится к аппликатору для ротационного распылителя, в частности, в виде колоколообразной тарелки или ротационного диска, по п. 1 и к способу его эксплуатации по п. 15 формулы.
Для серийного окрашивания деталей, например автомобильных кузовов, используются, как известно, высокоскоростные ротационные распылители, содержащие в качестве аппликатора быстровращающуюся колоколообразную тарелку. Наносимый лакокрасочный материал подается к ней, как правило, по центральной трубе и течет затем по колоколообразной тарелке по перепускной поверхности к лежащей снаружи и кольцеобразно огибающей кромке, где он отбрасывается за счет центробежной силы.
Из ЕР 0951942 А2 известна такая колоколообразная тарелка, предназначенная специально для нанесения эффектных лаков, содержащих твердые эффектные частицы, называемые также эффектными пигментами или «хлопьями».
Однако при использовании традиционных колоколообразных тарелок для нанесения эффектных лаков по сравнению с классическим пневмораспылением возникают нежелательные отклонения в цветовом оттенке или цветовых эффектах, которые вызваны разной обработкой материала в процессе распыления. В частности, во время пленкообразования и течения лаковой пленки в зоне перепускных поверхностей возникают большие силы трения и срезающие силы, которые могут повредить светоотражающие эффектные частицы лаковой смеси. В процессе изготовления поверхности (например, удаление грязевых включений, поверхностных дефектов), черновой подготовки (например, поверхностные дефекты и дефекты грунтовки) и во время дальнейших этапов производства, например окончательного монтажа, могут возникнуть повреждения окончательно покрытых кузовов, или они обнаруживаются в процессе производства. Эти повреждения приходится устранять. Эти последующие локальные ручные исправления осуществляются обычно посредством пневмораспылителя. Так, при комбинации автоматического окрашивания посредством высокоскоростного ротационного распылителя и ручного исправления посредством пневмораспылителя, несмотря на разную технику нанесения, внешний вид кузова должен быть одинаковым.
Причины этого смешанного режима заключаются в том, что существующие лакокрасочные материалы (формулы) не должны изменяться. Далее на линии окрашивания все еще имеет место ручное окрашивание (между автоматическими ячейками/зонами), где производится, например, внутреннее окрашивание посредством пневмораспылителей. Кроме того, переоборудование или автоматизация существующих линий окрашивания происходит поэтапно, в результате чего также возникает смешанный режим.
Поэтому для превентивного предотвращения отклонений оттенка, обусловленных разной техникой нанесения, применяемые лакокрасочные материалы предварительно подгоняются по своему составу так, что после их разной переработки достигаются одинаковые результаты. Требуемая, тем самым, подготовительная корректировка пигмента связана со значительными дополнительными материальными и организационными затратами. В частности, приходится контролировать способность оттенка к подгонке при смене поставляемой партии лакокрасочного материала. Кроме того, необходимые ремонтные лакокрасочные материалы для ручного исправления требуются в небольших количествах с ограниченной стойкостью при хранении и с трудом поддаются расчету потребности в них, так что затраты на литр существенно выше, чем затраты на нормальное автоматическое нанесение с помощью высокоскоростного ротационного распылителя. Кроме того, необходимое количество лакокрасочного материала для ручного исправления нельзя отбирать из обычного производственного кольцевого трубопровода, так что для всех производственных лакокрасочных материалов приходится держать наготове соответствующие ремонтные лакокрасочные материалы и приводить их в движение для перемешивания с помощью мешалок.
Недостаток описанной выше колоколообразной тарелки по ЕР 0951942 А2, во-первых, в том, что желаемый цветовой оттенок достигается за счет высокой частоты вращения, негативно сказывающейся на к.п.д. Во-вторых, при этом достигаются повышенные количества направляющего воздуха.
Далее, из DE 10112854 А1 известна традиционная колоколообразная тарелка для высокоскоростного ротационного распылителя, перепускная поверхность которой покрыта поверхностным слоем, чтобы повысить износостойкость перепускной поверхность и, тем самым, срок службы колоколообразной тарелки. Однако и эта известная колоколообразная тарелка имеет при нанесении эффектных лаков описанные выше недостатки.
Далее, из JP 08155348 известна колоколообразная тарелка, перепускная поверхность которой покрыта поверхностным слоем из фторкаучука, который должен улучшить промывку. Однако и эта колоколообразная тарелка имеет при нанесении эффектных лаков описанные выше недостатки.
Далее, например, из DE 9315890 U1 известны ротационные распылители, в которых наносимый порошок покрытия трибоэлектрически заряжается за счет трения о пластиковую поверхность. Для этого перепускная поверхность колоколообразной тарелки имеет поверхностный слой из политетрафторэтилена (ПТФЭ), который за счет трения между текущим через перепускную поверхность порошком покрытия, с одной стороны, и поверхностным слоем из ПТФЭ, с другой стороны, обеспечивает хорошую трибоэлектрическую зарядку порошка покрытия. Однако и эта известная колоколообразная тарелка лишь ограниченно пригодна для нанесения эффектных лаков, поскольку при этом возникают описанные выше недостатки.
Из DE 4439924 А1 известно нанесение на лакировальные колокола износостойкого, с низким трением, углеродсодержащего покрытия, которое улучшает также результат лакирования, поскольку улучшается смачиваемость поверхности лакировального колокола. Однако и такие покрытые лакировальные колокола имеют при нанесении эффектного лака описанные выше проблемы.
Наконец, из ЕР 0087836 А1 известно снижение поверхностного трения о твердые поверхности за счет уменьшающих его покрытий, которые имеют, например, чешуйчатую кристаллическую структуру или содержат нитриды.
В основе изобретения лежит задача создания колоколообразной тарелки, которая максимально подходила бы для нанесения эффектных лаков с небольшим ущербом для эффектных частиц.
Эта задача решается посредством аппликатора и способа эксплуатации в соответствии с формулой изобретения.
Изобретение основано на том новом техническом факте, что описанные выше проблемы при нанесении эффектного лака вызваны граничным поверхностным трением между лаковой пленкой на перепускной поверхностью колоколообразной тарелки, с одной стороны, и перепускной поверхностью, с другой стороны.
Во-первых, изобретатели впервые обнаружили, что граничное поверхностное трение между лаковой пленкой и перепускной поверхностью приводит к большим силам трения и срезающим силам в лаковой пленке, которые деформируют тонкие плоские эффектные частицы эффектного лака и повреждают их поверхность, что вызывает описанные выше отклонения цветового оттенка.
Во-вторых, граничное поверхностное трение между лаковой пленкой и перепускной поверхностью приводит к относительно толстым лаковым пленкам, так что тонкие плоские эффектные частицы (англ. “flakes” - «хлопья») устанавливаются внутри лаковой пленки. Далее граничное поверхностное трение может привести также к движению эффектных частиц, в частности, при длине, например, 100 мкм и толщине около 1 мкм. При этом эффектные частицы могут быть повреждены в результате поверхностного износа и разрушения, что ухудшает желаемый оттенок (оптический эффект нанесенного лака). Соответствующее изобретению уменьшение граничного поверхностного трения между лаковой пленкой и перепускной поверхностью позволяет, напротив, предотвратить обусловленные трением и срезом повреждения эффектных частиц.
В противоположность описанным выше покрытым колоколообразным тарелкам из уровня техники покрытие поверхности в случае изобретения вызывает, следовательно, целенаправленное уменьшение граничного поверхностного трения, тогда как покрытие поверхности известных колоколообразных тарелок должно повышать только устойчивость к истиранию или требуется для трибоэлектрической зарядки.
В одном варианте осуществления изобретения граничное поверхностное трение между лаковой пленкой и перепускной поверхностью уменьшается за счет того, что шероховатость поверхностного слоя перепускной поверхности уменьшается. Преимущественно шероховатость поверхностного слоя перепускной поверхности меньше, чем толщина пленки покрывающего средства. Например, шероховатость поверхностного слоя перепускной поверхности может быть меньше 200 мкм, 100 мкм, 50 мкм, 10 мкм или даже 5 мкм.
В другом варианте осуществления изобретения граничное поверхностное трение между лаковой пленкой, с одной стороны, и поверхностным слоем перепускной поверхности, с другой стороны, уменьшается за счет того, что перепускная поверхность имеет уменьшающую трение структуру, причем речь может идти, например, о так называемой Riblet-структуре (структура с продольными микроканавками) или так называемой искусственной акульей коже, которая сама по себе известна и поэтому не требует более подробного описания. Такая уменьшающая трение пленка «акулья кожа» распространяется, например, фирмой 3М под названием «Scotchcal Marine Drag Reduction Tape».
Выше уже говорилось о том, что покрывающим средством (распыляемым материалом) является эффектный лак, который содержит плоские твердые эффектные частицы («хлопья») определенной длины и образует на поверхностном слое перепускной поверхности лаковую пленку, причем граничное поверхностное трение настолько снижается, что толщина лаковой пленки меньше длины эффектных частиц. Это дает то преимущество, что отдельные эффектные частицы эффектного лака не могут вертикально установиться внутри лаковой пленки и поэтому текут через перепускную поверхность с упорядоченной пространственной ориентацией. Лаковая пленка на перепускной поверхности имеет поэтому при работе толщину, которая преимущественно меньше 200 мкм, 100 мкм, 50 мкм, 10 мкм или даже 5 мкм.
Преимущественно поверхностный слой на перепускной поверхности состоит, по меньшей мере, частично из нитрида, причем в качестве материалов поверхностного слоя перепускной поверхности подходят нитрид титана, нитрид хрома, карбонитрид титана, нитрид циркония, карбонитрид вольфрама и нитрид алюминия и титана (AlTiN). Однако в рамках изобретения существует также возможность того, что поверхностный слой перепускной поверхности состоит, по меньшей мере, частично из стекла, керамики, металла или так называемых наночастиц. Однако, в принципе, в качестве материала уменьшающего трение поверхностного слоя подходят любые химически нейтральные, механически стойкие и адгезионные материалы.
Далее следует упомянуть, что уменьшающий трение поверхностный слой нанесен на всю перепускную поверхность и/или поверхности течения лака преимущественно локально-ограниченно. Однако в качестве альтернативы существует возможность ограничения уменьшающего трение поверхностного слоя такими участками перепускной поверхности, которые при работе подвержены действию высоких центробежных сил. Кроме того, существует возможность покрытия всего вращающегося аппликатора уменьшающим трение поверхностным слоем.
Далее поверхностный слой перепускной поверхности преимущественно более износостойкий и/или твердый, чем непокрытая перепускная поверхность, чтобы повысить ее износостойкость и, тем самым, срок службы аппликатора. Поэтому поверхностный слой перепускной поверхности имеет твердость по Виккерсу преимущественно более 500 HV, 1000 HV, 1500 HV, 2000 HV или даже более 3000 HV.
Далее следует упомянуть, что поверхностный слой перепускной поверхности состоит преимущественно из другого материала, чем находящаяся под ним перепускная поверхность.
Однако в качестве альтернативы существует также возможность того, что поверхностный слой перепускной поверхности состоит из того же материала, что и находящаяся под ним перепускная поверхность. В этом варианте граничное поверхностное трение может быть снижено, например, за счет подходящей поверхностной структуры поверхностного слоя.
Например, поверхностный слой перепускной поверхности может состоять из нанесенной на нее пленки, причем речь может идти, например, о так называемой пленке «акулья кожа», которая применяется в самолетостроении для уменьшения сопротивления трения и уже упоминалась выше.
Из предшествующего описания уже видно, что в случае предложенного аппликатора речь идет о колоколообразной тарелке для высокоскоростного ротационного распылителя. Однако изобретение в отношении типа аппликатора не ограничено колоколообразными тарелками, а включает в себя, например, и так называемые ротационные диски для дисковых распылителей. Такие ротационные диски и соответствующие дисковые распылители известны, например, из Pavel Svejda: „Moderne Lackiertechnik, Prozesse und Applikationsverfahren“, Vincentz-Verlag 2003, стр. 75 и далее.
Кроме того, изобретение включает в себя не только предложенный, описанный выше аппликатор в качестве отдельной детали, но и ротационный распылитель с таким аппликатором и лакировальную машину, в частности многоосный лакировальный робот, с таким ротационным распылителем.
Наконец, изобретение включает в себя также способ эксплуатации такого ротационного распылителя, при котором граничное поверхностное трение между пленкой покрывающего средства на перепускной поверхности и самой перепускной поверхностью целенаправленно снижается за счет уменьшающего трение поверхностного слоя.
Преимущественно граничное поверхностное трение в предложенном способе снижается настолько, что толщина лаковой пленки на перепускной поверхности уменьшается настолько, что толщина пленки меньше длины эффектных частиц (так называемых «хлопьев» в отличие от пигментов), в результате чего эффектные частицы не могут вертикально установиться (вздыматься) внутри лакового слоя.
Следовательно, изобретение дает то преимущество, что эффектный лак может автоматически наноситься ротационным распылителем без необходимости специальных лаков и без снижения к.п.д. и возрастания расхода воздуха за счет повышенных количеств направляющего воздуха, так что результат цветового оттенка при одинаковом лаковом материале можно подогнать к качеству пневмораспыления без корректировки состава лака.
Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы и более подробно поясняются в нижеследующем описании предпочтительного примера его осуществления с помощью чертежей, на которых изображают:
- фиг. 1: сечение колоколообразной тарелки для нанесения эффектного лака;
- фиг. 2: в сильно увеличенном виде сечение перепускной поверхности колоколообразной тарелки из фиг. 1.
На фиг. 1 изображена колоколообразная тарелка 1 для высокоскоростного ротационного распылителя для нанесения эффектного лака. Конструкция и принцип действия колоколообразной тарелки 1 являются в значительной степени традиционными и описаны в ЕР 0951942 А2, так что содержание этой публикации в полном объеме включено в настоящее описание в отношении конструкции и принципа действия колоколообразной тарелки 1.
Для закрепления колоколообразной тарелки 1 на валу высокоскоростного ротационного распылителя она имеет крепежную ступицу 2, снабженную наружной резьбой, которая ввинчивается в соответствующую внутреннюю резьбу вала.
Подача эффектного лака к колоколообразной тарелке 1 происходит при этом через крепежную ступицу 2 и центральное отверстие 3 в колоколообразной тарелке 1.
На расположенном со стороны торцевой поверхности выходном устье центрального отверстия 3 находится отклоняющая часть 4, которая имеет расположенную по центру и радиально проходящую заднюю поверхность 5 и внешнюю конически проходящую заднюю поверхность 6. Обе задние поверхности 5, 6 отклоняющей части 4 образуют ограничительную поверхность щели, которая на противоположной стороне образована областью 7 в остальном проходящей конически перепускной поверхности 8. Поверхность 8 образует с торцевой поверхностью колоколообразной тарелки 1 почти постоянный угол α и ведет к кольцеобразно огибающей распылительной кромке 9.
Эффектный лак аксиально подается к колоколообразной тарелке 1 через крепежную ступицу 2 и проходит затем через центральное отверстие 3 в колоколообразной тарелке 1. Отклоняющая часть 4 отклоняет затем эффектный лак в радиальном направлении, так что он переливается через перепускную поверхность 8 и, наконец, отбрасывается распылительной кромкой 9.
частиц
Соответствующая изобретению особенность колоколообразной тарелки 1 видна из сечения на фиг. 2, на которой изображена перепускная поверхность 8 с находящейся на ней лаковой пленкой 10 и находящимся на ней, уменьшающим трение поверхностным слоем 11. Далее видно, что лаковая пленка 10 имеет многочисленные длинные плоские эффектные частицы 12 определенной длины L.
Уменьшающий трение поверхностный слой 11 на перепускной поверхности 8 уменьшает граничное поверхностное трение между лаковой пленкой 10 и поверхностным слоем 11 или, соответственно, перепускной поверхностью 8 настолько, что это предотвращает обусловленные явлениями истирания и разрушения повреждения эффектных частиц, чтобы предотвратить вызванные этим отклонения цветового оттенка по сравнению с другими способами распыления и избежать необходимых затрат на подгонку.
слой
лак
Далее видно, что уменьшающий трение поверхностный слой 11 имеет толщину d, которая существенно меньше толщины d лакового слоя 10.
частиц
лак
слой
частиц
лак
слой
Например, размер L частиц может лежать в диапазоне 10-40 мкм, тогда как толщина d может лежать, например, в диапазоне 5-20 мкм. Толщина d уменьшающего трение поверхностного слоя 11 может лежать в диапазоне 1-4 мкм. Однако изобретение не ограничено приведенными значениями, а может быть реализовано и с другими значениями размера L частиц, толщины d пленки и толщины d слоя.
Далее следует упомянуть, что уменьшающий трение поверхностный слой 11 в этом примере состоит из нитрида титана и уменьшает граничное поверхностное трение между лаковым слоем 10 и перепускной поверхностью 8 на коэффициент 4.
Изобретение не ограничено описанным выше предпочтительным примером его осуществления. Напротив, возможно большое число вариантов и модификаций, в которых также использована идея изобретения и которые поэтому подпадают под объем охраны.
Перечень ссылочных позиций
1 - колоколообразная тарелка
2 - крепежная ступица
3 - центральное отверстие
4 - отклоняющая часть
5 - радиальная задняя поверхность
6 - коническая задняя поверхность
7 - участок перепускной поверхности
8 - перепускная поверхность
9 - распылительная кромка
10 - лаковый слой
11 - поверхностный слой
12 - эффектные частицы