EP0796663A2 - Rotary atomiser for electrostatic assisted coating of objects with paints or varnishes - Google Patents

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EP0796663A2
EP0796663A2 EP97104734A EP97104734A EP0796663A2 EP 0796663 A2 EP0796663 A2 EP 0796663A2 EP 97104734 A EP97104734 A EP 97104734A EP 97104734 A EP97104734 A EP 97104734A EP 0796663 A2 EP0796663 A2 EP 0796663A2
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EP
European Patent Office
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spray head
drive shaft
contact
rotary atomizer
atomizer according
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EP97104734A
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German (de)
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EP0796663A3 (en
EP0796663B1 (en
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Michael Baumann
Harry Krumma
Frank Rupertus
Rolf Schneider
Kurt Vetter
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Duerr Systems AG
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Duerr Systems AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/04Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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    • B05B5/025Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
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    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/04Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces
    • B05B5/0426Means for supplying shaping gas

Definitions

  • So-called rotary atomizers are often used for painting or color coating objects, in particular vehicle bodies, which have a metallic spray head rotating at high speed, which is usually bell-shaped, namely rotationally symmetrical to its axis of rotation and open in the direction of the object to be painted; the paint to be atomized is fed into the interior of the spray head and then thrown off in the form of very fine droplets from the free edge of the spray head, which is designed as an edge. So that the paint particles are deposited on the object to be painted, the paint particles are electrically charged and such an electric field is generated between the rotary atomizer and the object to be painted that the charged paint particles are drawn to the object to be coated.
  • a plurality of high-voltage electrodes are provided for this purpose, which are arranged at equal angular intervals from one another around the spray head rotation axis, namely radially outside the spray head; the free ends of these electrodes facing the object to be painted are in the form of tips, so that not only does an electrical field form between these electrode tips and the object that is usually grounded, but the air in the vicinity of the electrode tips is ionized when you put the electrodes on a high, usually applies negative electrical potential, e.g. B. at -50 to -100 kV.
  • the paint particles thrown off by the spray head are negatively charged if they fly through the ionized air area due to the centrifugal forces, but also as a result of the air flow generated by the spray head rotating at high speed - due to the bell-shaped design of the spray head, this air flow has both a radial and one axial component.
  • a drive shaft carrying the spray head is driven by means of a compressed air turbine at extremely high speeds (30,000 - 60,000 rpm); at such high speeds, conventional rolling element bearings do not have the required service life, which is why in these known high-speed rotary atomizers the spray head drive shaft is mounted in the housing of the rotary atomizer by means of air bearings - such an air bearing has an air gap between two concentric cylindrical bearing surfaces that are coaxial with the drive shaft Air is the actual storage medium.
  • the spray head drive shaft is designed as a hollow shaft in order to achieve procedural advantages, especially for the purpose of supplying the paint or the paint to be processed centrally to the spray head, namely via a central longitudinal channel running in this hollow shaft ;
  • the further development of these high-speed rotary atomizers has recently led to the fact that the inside diameter of the hollow shaft forming the spray head drive shaft, and thus of course also the outside diameter thereof, has become larger and larger in order to be able to perform other functions via the inside of the hollow shaft, a fact which Makes air bearings even more indispensable, because as the outside diameter of the spray head drive shaft increases, the rotational speed to be controlled in the bearings also increases.
  • the invention was based on the object of improving the paint or paint application produced with the aid of the modern high-speed atomizers described.
  • the invention therefore relates to a rotary atomizer for the electrostatically assisted coating of objects with paints or varnishes, with an electrically conductive, rotationally drivable at high speed about an axis of rotation, Approximately bell-shaped spray head for throwing off paint or lacquer particles from a free edge of the spray head which is concentric with the axis of rotation, an electrically conductive spray head drive shaft which is coaxial with the axis of rotation and can be driven by means of a compressed air turbine and which is connected to the spray head in an electrically conductive manner and which in a housing by means of Air bearings and thus rotatably supported contact-free and designed to form a paint supply channel as a hollow shaft, and with several, evenly distributed around the axis of rotation and radially outside of the spray head arranged high voltage electrodes for generating an electric field between their tips facing the objects to be coated and these objects.
  • an electrical contact device which is stationary with respect to the housing is provided in order to put the spray head and thus also its drive shaft at a defined electrical potential, in particular to ground which has at least one contact element which is electrically conductively connected to a potential source and which is in contact with a region of the spray head drive shaft whose radial distance from the axis of rotation is greater than half the diameter of the longitudinal channel of the drive shaft at this contact point, and that the contact element is formed by a carbon fiber bundle, another element of at least the same high wear resistance and contact ability or by an electrically conductive liquid.
  • a rotary atomizer Since in a rotary atomizer according to the invention the spray head is at a temporally constant and defined electrical potential and a defined electric field is formed between the high-voltage electrodes and the edge of the spray head, such a rotary atomizer has the same charging conditions for all paint droplets thrown off by the spray head, which leads to a Uniformity of the application of the paint or color on the object to be coated leads.
  • the spray head is grounded via the contact element or the contact elements, the paint particles thrown off by the spray head are initially charge-free and experience a charge only when the air ionized by the high-voltage electrodes flies through, so that under the action of the centrifugal forces and in the air flow described above, generated by the spray head rotating at high speed, at least almost unrestrained in the area of the electric field generated between the high-voltage electrodes and the object to be coated, which also increases the efficiency of the deposition the paint particles on the object to be coated.
  • the invention also makes it possible to further increase the efficiency of the application of the paint or color to the object to be coated: the known high-speed rotary atomizers which are improved by the present invention operate with operating currents of at most approximately 200 ⁇ A;
  • the inventors have now found that with the usual air gap width of the air bearings of these known rotary atomizers in the latter an increase in the operating current to flashovers between the spray head drive shaft and the surrounding and usually electrically conductive and grounded housing, but especially between the Air gap between the surrounding bearing surfaces of the air bearings, and such flashovers not only result in erosions on the elements mentioned, but the particles released from the components by the flashovers also lead to contamination of the components, so that they block after a relatively short operating time the spray head drive shaft comes.
  • a rotary atomizer according to the invention now allows much higher operating currents, since the drive shaft can be connected to a defined electrical potential and in particular to ground, so that spark erosion processes cannot occur, and it is obvious that an increase in the operating current also increases the Paint job leads per unit of time.
  • the US-PS 4,369,924 discloses a rotary atomizer in which a bell-shaped metallic spray head is carried by a metallic drive shaft mounted in air bearings; the paint to be atomized is fed eccentrically to the spray head, the spray head drive shaft has no longitudinal channel, and a high, negative electrical potential is applied to the drive shaft and thus to the spray head by pressing against the flat end face of the drive shaft facing away from the spray head Atomizer housing is held stationary, circular cylindrical and with the drive shaft axis coaxial carbon contact is connected, which is connected to a high voltage generator.
  • Contact-making carbon fiber brushes which consist of carbon fibers held together in a bundle, have proven to be particularly simple, inexpensive and extremely wear-resistant Contact elements proven, and suitable carbon fibers are offered by a larger number of manufacturers on the market, although mostly for completely different purposes, namely mainly as mechanical reinforcing elements such.
  • Carbon fibers available on the market have good electrical conductivity and have proven to be extremely resistant to wear caused by friction if the surface contacting and moving the fiber ends is oriented approximately transversely to the longitudinal direction of the fibers.
  • the construction can be designed such that the contact element bears against an end face of the spray head drive shaft, this end face also being only a cross to The surface of a step of the shaft body that runs on the shaft axis can act.
  • the advantage associated with the contacting of an end face of the drive shaft is that the drive shaft can then be contacted in the immediate vicinity of the longitudinal channel of the spray head drive shaft, i. H. in an area in which the peripheral speed is significantly lower than on the outer circumference of the drive shaft.
  • the contact element bears against an outer peripheral region of the spray head drive shaft and is in particular approximately radially oriented;
  • Such embodiments have the advantage that the contact device can be provided with a larger number of contact elements, so that these can bear against the spray head drive shaft with a lower contact pressure than in the case of a contact device with only one contact element, without reliable, continuous contacting of the Drive shaft would be at risk, and naturally the contact wear also decreases with the contact pressure.
  • the contact device has a contact element carrier which surrounds the axis of rotation and is concentric with the latter and to which the contact elements are attached.
  • a contact element carrier which surrounds the axis of rotation and is concentric with the latter and to which the contact elements are attached.
  • the carrier is expediently a metallic component; then only a single connection or contact to the carrier is required, whereas in the case of an electrically non-conductive carrier, each individual contact element would have to be connected separately.
  • each carbon fiber bundle is designed as a manageable unit, in that it is held in the region of its end facing away from the drive shaft in a metal sleeve which is inserted into one of the receiving bores of the carrier, preferably with a press fit to ensure a good electrical connection between the metallic carrier and the carbon fiber bundles.
  • a bell-shaped spray head 10 is shown in dashed lines, which is to be driven at high speed about an axis of rotation 12.
  • the paint to be atomized is fed centrally to this spray head by means of a nozzle 13; the supplied paint then reaches the inner wall of the rotating spray head 10, on which the paint, thanks to the conical shape of the spray head and its rotation, travels to an edge 14 of the spray head from which the paint is thrown off in the form of very fine droplets, as shown in FIG 1 obliquely outwards and to the left - because of the centrifugal forces and the air flow generated by the rotating spray head, which also has a flow component directed to the left according to FIG.
  • a metallic drive shaft 16 designed as a hollow shaft and firmly connected to the metallic spray head 10 and coaxial with the axis of rotation 12, is rotatably supported ; It is driven by a compressed air turbine, which is accommodated in an assembly 18 together with the air bearings mentioned and, for the reasons mentioned, requires no further explanation.
  • the assembly 18 is also shown in Fig. 2; it has a housing 20, partially drawn in section in FIG. 2, to which a control valve 22, also indicated in FIG. 1, with a metallic housing 24 is connected to the rear (to the right according to FIG. 1).
  • the spray head drive shaft 16 forms an axial, central paint supply channel 26, into which the paint to be atomized is introduced via a bore 28 in the control valve housing 24.
  • a rear (right side according to FIG. 2) end face of the drive shaft 16 was designated 30, a circumferential face of the drive shaft 32.
  • an outer housing 100 of the rotary atomizer several, e.g. B. six, high-voltage electrodes 102 are arranged, for each of which an electrode holder 104 and an interchangeably attached insulating body 106 are provided.
  • the latter has a recess 106a on its left end face according to FIG. 1, into which a tip 102a of the high-voltage electrode 102 projects.
  • the electrode is fastened centrally in the insulating body 106; its right end according to FIG. 1 is in a manner not to be described in more detail with one 1, the negative high-voltage potential source shown, and, as can be seen in FIG. 1, the electrode tip 102a does not protrude beyond the plane which is defined by the outer edge of the depression 106a of the insulating body 106.
  • the electrode holders 104 are arranged at equal angular distances from one another about the axis of rotation 12, project together with their insulating bodies 106 in a finger shape obliquely outwards and to the left (according to FIG. 1) and are designed and arranged such that the electrode tips 102a are in one lie perpendicular to the axis of rotation 12, which is located at an axial distance behind the spray head 10, d. H. 1 to the right of the spray head.
  • the contact device designated as a whole by 40 consists of a metallic, annular support 42 which is concentric with the axis of rotation 12 in the installed state, and six contact elements, each designated as a whole by 44.
  • the carrier 42 was provided with a radial receiving bore 46, and each contact element 44 consists of a carbon fiber bundle 48, the individual carbon fibers of which are held together by a metal sleeve 50 to form a bundle by the carbon fiber bundle 48 being press-fitted into the metal sleeve 50.
  • This or the receiving bore 46 is in turn dimensioned so that the Metal sleeve 50 is press-fitted in the receiving bore 46.
  • the contact elements 44 are preferably arranged at equally large angular distances from one another on the carrier 42.
  • the latter has, in the region of its rear end face 60 (in the installed state), which forms a front end face in FIG. 3, two approximately circular segment-shaped recesses 62, which are used to fasten the carrier 42 to the rear end face of the housing 20, as shown in FIG. 2 by means of screws (not shown in FIG. 2), the heads of which partly come to rest in one of the cutouts 62.
  • a third recess namely a contact recess 70, is provided on the carrier 42, the function of which will be explained later.
  • FIG. 2 shows only a region of the carrier 42 in which none of the contact elements 44 are located.
  • FIG. 5 now shows how the contact device 40 is attached to the rear of the assembly 18 and contacts the periphery of the drive shaft 16.
  • FIG. 5 shows two fastening screws 76, the screw heads 76a of which engage in one of the fastening recesses 62 of the carrier 42.
  • a contact spring 80 is arranged, which rests against the contact surface of the contact recess 70 of the carrier 42.
  • this contact device 40 ' has a metallic carrier plate 42' which is fastened to the control valve housing 24 by means of screws and is provided with a plurality of contact elements 44 'which are now axially aligned and which bear against the rear end face 30 of the drive shaft 16.
  • Each of the contact elements 44 ' should be formed in the same way and fastened in the carrier plate 42, as was described above for the first embodiment.
  • FIG. 2 shows a third embodiment, in which contact elements 44 ′′ are held by the metallic housing 20 of the assembly 18 and contact a region of the drive shaft 16 lying further forward on an outer peripheral surface 32.
  • the contact elements 44 ′′ should also be designed in the same way as the contact elements 44 of the first embodiment; in addition, they should be attached to the housing 20 in the same way as the contact elements 44 on the carrier 42.
  • the spray head 10 using the contact device according to the invention can be placed on ground potential, and since the object to be coated is preferably also at ground potential, not only does a defined electric field form between the electrode tips 102a and the object to be coated during operation of the rotary atomizer according to the invention, but also a defined and temporally constant electric field between the electrode tips 102a and the edge 14 of the spray head 10.
  • the electrode tips 102a result in the air being ionized in areas through which the droplets of paint initially thrown off by the spray head 10 or its edge 14, which are initially electrically neutral, fly through and thereby become electrically negatively charged, so that they subsequently along the field lines between the Electrode tips 102a and the object prevailing electric field to be coated are attracted to this object.

Abstract

The atomiser has a spray head (10) and its drive shaft (16) is connected to a defined electrical potential, esp. earth potential. An electrical contact device (20) stationary w.r.t. the housing has a contact element connected to a potential source and also in contact with the drive shaft. The radial distance of the drive shaft from the rotation axle is greater than half the internal dia. of spray head drive shaft. The contact element is made of a carbon fibre bundle, or of another material of at least equal wear resistance, elasticity and ability to make contact to the drive shaft as a carbon fibre bundle.

Description

Zum Lackieren bzw. Farbbeschichten von Gegenständen, insbesondere von Fahrzeugkarosserien, werden häufig sogenannte Rotationszerstäuber eingesetzt, welche einen mit hoher Drehzahl rotierenden metallischen Sprühkopf aufweisen, der üblicherweise glockenförmig gestaltet ist, und zwar zu seiner Rotationsachse rotationssymmetrisch und in Richtung auf den zu lackierenden Gegenstand offen; der zu zerstäubende Lack wird dem Innenraum des Sprühkopfes zugeführt und dann in Form feinster Tröpfchen von dem als Kante gestalteten freien Rand des Sprühkopfes abgeschleudert. Damit sich die Lackpartikel auf dem zu lackierenden Gegenstand niederschlagen, werden die Lackpartikel elektrisch aufgeladen und wird zwischen dem Rotationszerstäuber und dem zu lackierenden Gegenstand ein solches elektrisches Feld erzeugt, daß die geladenen Lackpartikel zu dem zu beschichtenden Gegenstand gezogen werden.So-called rotary atomizers are often used for painting or color coating objects, in particular vehicle bodies, which have a metallic spray head rotating at high speed, which is usually bell-shaped, namely rotationally symmetrical to its axis of rotation and open in the direction of the object to be painted; the paint to be atomized is fed into the interior of the spray head and then thrown off in the form of very fine droplets from the free edge of the spray head, which is designed as an edge. So that the paint particles are deposited on the object to be painted, the paint particles are electrically charged and such an electric field is generated between the rotary atomizer and the object to be painted that the charged paint particles are drawn to the object to be coated.

Bei bekannten Rotationszerstäubern mit einer sogenannten Außenaufladung sind hierzu mehrere Hochspannungselektroden vorgesehen, welche in gleichen Winkelabständen voneinander um die Sprühkopf-Rotationsachse herum angeordnet sind, und zwar radial außerhalb des Sprühkopfes; die freien, dem zu lackierenden Gegenstand zugewandten Enden dieser Elektroden haben die Form von Spitzen, so daß sich nicht nur ein elektrisches Feld zwischen diesen Elektrodenspitzen und dem üblicherweise an Masse angelegten, zu lackierenden Gegenstand ausbildet, sondern die Luft in der Nachbarschaft der Elektrodenspitzen ionisiert wird, wenn man die Elektroden an ein hohes, üblicherweise negatives elektrisches Potential anlegt, z. B. an -50 bis -100 kV. Die vom Sprühkopf abgeschleuderten Lackpartikel werden dann negativ aufgeladen, wenn sie aufgrund der Fliehkräfte, aber auch infolge der durch den mit hoher Drehzahl rotierenden Sprühkopf erzeugten Luftströmung durch den ionisierten Luftbereich hindurchfliegen - aufgrund der glockenförmigen Gestaltung des Sprühkopfs hat diese Luftströmung sowohl eine radiale als auch eine axiale Komponente.In known rotary atomizers with a so-called external charge, a plurality of high-voltage electrodes are provided for this purpose, which are arranged at equal angular intervals from one another around the spray head rotation axis, namely radially outside the spray head; the free ends of these electrodes facing the object to be painted are in the form of tips, so that not only does an electrical field form between these electrode tips and the object that is usually grounded, but the air in the vicinity of the electrode tips is ionized when you put the electrodes on a high, usually applies negative electrical potential, e.g. B. at -50 to -100 kV. The paint particles thrown off by the spray head are negatively charged if they fly through the ionized air area due to the centrifugal forces, but also as a result of the air flow generated by the spray head rotating at high speed - due to the bell-shaped design of the spray head, this air flow has both a radial and one axial component.

Natürlich ist es auch möglich, die Hochspannungselektroden und den zu beschichtenden Gegenstand auf andere, unterschiedliche Potentiale zu legen, für die Praxis am vorteilhaftesten ist es jedoch, wenn der zu beschichtende Gegenstand geerdet werden kann.Of course, it is also possible to put the high-voltage electrodes and the object to be coated on different, different potentials, but it is most advantageous in practice if the object to be coated can be grounded.

Bei modernen Hochrotationszerstäubern wird eine den Sprühkopf tragende Antriebswelle mittels einer Druckluftturbine mit außerordentlich hohen Drehzahlen (30.000 - 60.000 U/min) angetrieben; bei derart hohen Drehzahlen haben übliche Wälzkörperlager nicht die erforderliche Standzeit, weshalb in diesen bekannten Hochrotationszerstäubern die Sprühkopf-Antriebswelle mittels Luftlagern im Gehäuse des Rotationszerstäubers gelagert ist - ein solches Luftlager besitzt zwischen zwei konzentrischen und mit der Antriebswelle koaxialen zylindrischen Lagerflächen einen Luftspalt, in dem die Luft das eigentliche Lagermedium bildet.In modern high-speed atomizers, a drive shaft carrying the spray head is driven by means of a compressed air turbine at extremely high speeds (30,000 - 60,000 rpm); at such high speeds, conventional rolling element bearings do not have the required service life, which is why in these known high-speed rotary atomizers the spray head drive shaft is mounted in the housing of the rotary atomizer by means of air bearings - such an air bearing has an air gap between two concentric cylindrical bearing surfaces that are coaxial with the drive shaft Air is the actual storage medium.

Bei den geschilderten modernen Hochrotationszerstäubern ist zur Erzielung verfahrenstechnischer Vorteile die Sprühkopf-Antriebswelle als Hohlwelle ausgebildet, und zwar vor allem zu dem Zweck, den zu verarbeitenden Lack bzw. die zu verarbeitende Farbe dem Sprühkopf zentrisch zuzuführen, nämlich über einen in dieser Hohlwelle verlaufenden zentralen Längskanal; außerdem hat die Weiterentwicklung dieser Hochrotationszerstäuber in jüngster Zeit dazu geführt, daß der Innendurchmesser der die Sprühkopf-Antriebswelle bildenden Hohlwelle und damit natürlich auch deren Außendurchmesser immer größer geworden ist, um noch andere Funktionen über das Innere der Hohlwelle bewirken zu können, ein Umstand, welcher Luftlager erst recht unabdingbar macht, weil mit größer werdendem Außendurchmesser der Sprühkopf-Antriebswelle auch die in den Lagern zu beherrschende Umlaufgeschwindigkeit größer wird.In the modern high-speed rotary atomizers described, the spray head drive shaft is designed as a hollow shaft in order to achieve procedural advantages, especially for the purpose of supplying the paint or the paint to be processed centrally to the spray head, namely via a central longitudinal channel running in this hollow shaft ; in addition, the further development of these high-speed rotary atomizers has recently led to the fact that the inside diameter of the hollow shaft forming the spray head drive shaft, and thus of course also the outside diameter thereof, has become larger and larger in order to be able to perform other functions via the inside of the hollow shaft, a fact which Makes air bearings even more indispensable, because as the outside diameter of the spray head drive shaft increases, the rotational speed to be controlled in the bearings also increases.

Die Erfinder haben nun festgestellt, daß diese modernen Hochrotationszerstäuber mit Außenaufladung und einer mittels einer Druckluftturbine angetriebenen Sprühkopf-Antriebswelle das Risiko eines ungleichmäßigen Lackauftrags mit sich bringen und daß dies darauf zurückzuführen ist, daß der Sprühkopf der wegen der Preßluftturbine und den Luftlagern kontaktfreien Einheit Druckluftturbine-Antriebswelle-Sprühkopf im Betrieb potentialmäßig "schwimmt", d. h. nicht auf einem zeitlich konstanten und schon gar nicht auf einem definierten elektrischen Potential liegt, was zur Erzeugung elektrisch ungleich geladener Lackpartikel führt, welche sich infolgedessen in dem oben beschriebenen elektrischen Feld auch ungleich verhalten.The inventors have now found that these modern high-speed rotary atomizers with external charging and a spray head drive shaft driven by a compressed air turbine pose the risk of uneven paint application and that this is due to the fact that the spray head of the compressed air turbine unit, which is contact-free because of the compressed air turbine and the air bearings, Drive shaft spray head potentially "floats" during operation, i. H. is not at a temporally constant and certainly not at a defined electrical potential, which leads to the generation of electrically unevenly charged paint particles, which consequently also behave unevenly in the electrical field described above.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, den mit Hilfe der geschilderten modernen Hochrotationszerstäuber erzeugten Lack- bzw. Farbauftrag zu verbessern.The invention was based on the object of improving the paint or paint application produced with the aid of the modern high-speed atomizers described.

Die Erfindung betrifft also einen Rotationszerstäuber zum elektrostatisch unterstützten Beschichten von Gegenständen mit Farben bzw. Lacken, mit einem mit hoher Drehzahl um eine Rotationsachse rotatorisch antreibbaren, elektrisch leitfähigen, ungefähr glockenförmigen Sprühkopf zum Abschleudern von Farb- bzw. Lackpartikeln von einer zur Rotationsachse konzentrischen freien Kante des Sprühkopfs, einer mit der Rotationsachse koaxialen, mittels einer Druckluftturbine antreibbaren, elektrisch leitfähigen und mit dem Sprühkopf elektrisch leitend verbundenen Sprühkopf-Antriebswelle, welche in einem Gehäuse mittels Luftlagern und damit kontaktfrei drehbar gelagert sowie zur Bildung eines Farbzufuhrkanals als Hohlwelle ausgebildet ist, und mit mehreren, um die Rotationsachse herum gleichmäßig verteilt und radial außerhalb des Sprühkopfs angeordneten Hochspannungselektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen deren den zu beschichtenden Gegenständen zugewandten Spitzen und diesen Gegenständen.The invention therefore relates to a rotary atomizer for the electrostatically assisted coating of objects with paints or varnishes, with an electrically conductive, rotationally drivable at high speed about an axis of rotation, Approximately bell-shaped spray head for throwing off paint or lacquer particles from a free edge of the spray head which is concentric with the axis of rotation, an electrically conductive spray head drive shaft which is coaxial with the axis of rotation and can be driven by means of a compressed air turbine and which is connected to the spray head in an electrically conductive manner and which in a housing by means of Air bearings and thus rotatably supported contact-free and designed to form a paint supply channel as a hollow shaft, and with several, evenly distributed around the axis of rotation and radially outside of the spray head arranged high voltage electrodes for generating an electric field between their tips facing the objects to be coated and these objects.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe bei einem solchen Rotationszerstäuber wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, diesen so auszubilden, daß, um den Sprühkopf und damit auch seine Antriebswelle auf ein definiertes elektrisches Potential, insbesondere an Masse, zu legen, eine bezüglich des Gehäuses stationäre elektrische Kontaktvorrichtung vorgesehen ist, welche mindestens ein einerseits mit einer Potentialquelle elektrisch leitend verbundenes Kontaktelement aufweist, das andererseits kontaktgebend gegen einen Bereich der Sprühkopf-Antriebswelle anliegt, dessen radialer Abstand von der Rotationsachse größer ist als der halbe Durchmesser des Längskanals der Antriebswelle an dieser Kontaktstelle, und daß das Kontaktelement von einem Kohlefaserbündel, einem anderen Element von mindestens gleich hoher Verschleißfestigkeit und Kontaktfähigkeit oder von einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit gebildet wird.To solve the problem with such a rotary atomizer, it is now proposed according to the invention to design it in such a way that an electrical contact device which is stationary with respect to the housing is provided in order to put the spray head and thus also its drive shaft at a defined electrical potential, in particular to ground which has at least one contact element which is electrically conductively connected to a potential source and which is in contact with a region of the spray head drive shaft whose radial distance from the axis of rotation is greater than half the diameter of the longitudinal channel of the drive shaft at this contact point, and that the contact element is formed by a carbon fiber bundle, another element of at least the same high wear resistance and contact ability or by an electrically conductive liquid.

Da bei einem erfindungsgemäßen Rotationszerstäuber der Sprühkopf auf einem zeitlich konstanten und definierten elektrischen Potential liegt sowie ein definiertes elektrisches Feld zwischen den Hochspannungselektroden und der Kante des Sprühkopfes gebildet wird, bestehen bei einem solchen Rotationszerstäuber für alle vom Sprühkopf abgeschleuderten Lacktröpfchen die gleichen Aufladungsbedingungen, was zu einer Vergleichmäßigung der Auftragung des Lacks bzw. der Farbe auf den zu beschichtenden Gegenstand führt. Wenn, wie dies bei einer bevorzugten Ausführungsform der Fall ist, der Sprühkopf über das Kontaktelement bzw. die Kontaktelemente an Masse gelegt wird, sind die vom Sprühkopf abgeschleuderten Lackpartikel zunächst ladungsfrei und erfahren eine Aufladung erst beim Durchfliegen der durch die Hochspannungselektroden ionisierten Luft, so daß sie unter der Wirkung der Fliehkräfte und in der oben beschriebenen, durch den mit hoher Drehzahl rotierenden Sprühkopf erzeugten Luftströmung zumindest nahezu ungebremst in den Bereich des zwischen den Hochspannungselektroden und dem zu beschichtenden Gegenstand erzeugten elektrischen Feldes gelangen, was auch zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Abscheidung der Lackpartikel auf dem zu beschichtenden Gegenstand führt. Schließlich hat sich gezeigt, daß es die Erfindung auch erlaubt, den Wirkungsgrad der Auftragung des Lacks bzw. der Farbe auf dem zu beschichtenden Gegenstand noch weiter zu erhöhen: Die bekannten, durch die vorliegende Erfindung verbesserten Hochrotationszerstäuber arbeiten mit Betriebsströmen von höchstens ungefähr 200 µA; die Erfinder haben nun festgestellt, daß bei der üblichen Luftspaltbreite der Luftlager dieser bekannten Rotationszerstäuber bei den letzteren eine Erhöhung des Betriebsstromes zu Überschlägen zwischen Sprühkopf-Antriebswelle und dem die letztere umgebenden und üblicherweise elektrisch leitfähigen und geerdeten Gehäuse, vor allem aber auch zwischen den den Luftspalt zwischen sich einschließenden Lagerflächen der Luftlager führt, und derartige Funkenüberschläge haben nicht nur Erosionen an den genannten Elementen zur Folge, sondern die durch die Funkenüberschläge aus den Bauteilen herausgelösten Partikel führen auch zu einer Verschmutzung der Bauteile, so daß es nach verhältnismäßig kurzer Betriebszeit zum Blockieren der Sprühkopf-Antriebswelle kommt. Ein erfindungsgemäßer Rotationszerstäuber läßt nun viel höhere Betriebsströme zu, da die Antriebswelle auf ein definiertes elektrisches Potential und insbesondere an Masse gelegt werden kann, so daß Funkenerosionsvorgänge nicht auftreten können, und es liegt auf der Hand, daß eine Erhöhung des Betriebsstromes auch zu einer Erhöhung des Lackauftrags pro Zeiteinheit führt.Since in a rotary atomizer according to the invention the spray head is at a temporally constant and defined electrical potential and a defined electric field is formed between the high-voltage electrodes and the edge of the spray head, such a rotary atomizer has the same charging conditions for all paint droplets thrown off by the spray head, which leads to a Uniformity of the application of the paint or color on the object to be coated leads. If, as is the case in a preferred embodiment, the spray head is grounded via the contact element or the contact elements, the paint particles thrown off by the spray head are initially charge-free and experience a charge only when the air ionized by the high-voltage electrodes flies through, so that under the action of the centrifugal forces and in the air flow described above, generated by the spray head rotating at high speed, at least almost unrestrained in the area of the electric field generated between the high-voltage electrodes and the object to be coated, which also increases the efficiency of the deposition the paint particles on the object to be coated. Finally, it has been shown that the invention also makes it possible to further increase the efficiency of the application of the paint or color to the object to be coated: the known high-speed rotary atomizers which are improved by the present invention operate with operating currents of at most approximately 200 μA; The inventors have now found that with the usual air gap width of the air bearings of these known rotary atomizers in the latter an increase in the operating current to flashovers between the spray head drive shaft and the surrounding and usually electrically conductive and grounded housing, but especially between the Air gap between the surrounding bearing surfaces of the air bearings, and such flashovers not only result in erosions on the elements mentioned, but the particles released from the components by the flashovers also lead to contamination of the components, so that they block after a relatively short operating time the spray head drive shaft comes. A rotary atomizer according to the invention now allows much higher operating currents, since the drive shaft can be connected to a defined electrical potential and in particular to ground, so that spark erosion processes cannot occur, and it is obvious that an increase in the operating current also increases the Paint job leads per unit of time.

Bei einem Rotationszerstäuber völlig anderer Art ist es zwar bekannt, die Sprühkopf-Antriebswelle mit einem Kontaktelement zu kontaktieren, jedoch läßt sich die von diesem Rotationszerstäuber her bekannte Art des Kontaktierens nicht auf Rotationszerstäuber der durch die vorliegende Erfindung zu verbessernden Bauart übertragen: Die US-PS 4 369 924 offenbart einen Rotationszerstäuber, bei dem ein glockenförmiger, metallischer Sprühkopf von einer in Luftlagern gelagerten metallischen Antriebswelle getragen wird; der zu zerstäubende Lack wird dem Sprühkopf exzentrisch zugeführt, die Sprühkopf-Antriebswelle weist keinen Längskanal auf, und ein hohes, negatives elektrisches Potential wird an die Antriebswelle und damit an den Sprühkopf angelegt, indem gegen die plane, vom Sprühkopf abgekehrte Stirnfläche der Antriebswelle ein im Zerstäubergehäuse stationär gehaltener, kreiszylindrischer und mit der Antriebswellenachse koaxialer Kohlekontakt angelegt wird, welcher mit einem Hochspannungsgenerator verbunden ist. Bei diesem bekannten Rotationszerstäuber liegen schon deshalb völlig andere Verhältnisse vor, weil es sich nicht um einen Zerstäuber mit Außenaufladung handelt und weil die Sprühkopf-Antriebswelle in ihrem Achszentrum kontaktiert werden kann, so daß die kontaktierte Wellenfläche mit weit geringerer Rotationsgeschwindigkeit umläuft als im Falle einer als Hohlwelle ausgebildeten Sprühkopf-Antriebswelle, wo ein wesentlich achsfernerer Wellenbereich kontaktiert werden muß - bei einem Rotationszerstäuber der durch die vorliegende Erfindung zu verbessernden Bauart würde ein Kontaktelement, wie es die US-PS 4 369 924 offenbart, schon nach kurzer Betriebszeit verschlissen sein.In the case of a completely different type of rotary atomizer, it is known to contact the spray head drive shaft with a contact element, but the type of contacting known from this rotary atomizer cannot be transferred to rotary atomizers of the type to be improved by the present invention: the US-PS 4,369,924 discloses a rotary atomizer in which a bell-shaped metallic spray head is carried by a metallic drive shaft mounted in air bearings; the paint to be atomized is fed eccentrically to the spray head, the spray head drive shaft has no longitudinal channel, and a high, negative electrical potential is applied to the drive shaft and thus to the spray head by pressing against the flat end face of the drive shaft facing away from the spray head Atomizer housing is held stationary, circular cylindrical and with the drive shaft axis coaxial carbon contact is connected, which is connected to a high voltage generator. In this known rotary atomizer are already completely different conditions because it is not an atomizer with external charging and because the spray head drive shaft can be contacted in its axis center, so that the contacted shaft surface rotates at a much lower rotational speed than in the case of a spray head drive shaft designed as a hollow shaft, where a shaft region far away from the axis must be contacted - in the case of a rotary atomizer of the type to be improved by the present invention, a contact element as disclosed in US Pat. No. 4,369,924 would be worn out after only a short operating time.

Kohlefasern, wie sie erfindungsgemäß eingesetzt werden, haben sich nun nicht nur als außerordentlich verschleißfest erwiesen, und zwar auch wegen ihrer hohen Elastizität (es hat sich gezeigt, daß im vorliegenden Einsatzfall ein Kontaktelement umso weniger verschleißt, je elastischer es ist), sondern faser- bzw. drahtförmige Kontaktelemente führen im vorliegenden Einsatzfall noch zu einem weiteren, besonders vorteilhaften Effekt: Es hat sich gezeigt, daß im vorliegenden Einsatzfall jedes die Sprühkopf-Antriebswelle flächig kontaktierende Kontaktelement zu einer unzulänglichen Kontaktierung der Antriebswelle führt, und zwar vermutlich deshalb, weil aufgrund der hohen Drehzahl der Antriebswelle sich an deren Oberfläche eine Luft-Grenzschicht ausbildet, welche ein flächiges Kontaktelement von der Antriebswelle wegdrängt, von einem faser- oder drahtförmigen Kontaktelement jedoch durchdrungen wird, so daß es zu einer kontinuierlichen, guten Kontaktierung der Antriebswelle kommt.Carbon fibers, as they are used according to the invention, have now not only proven to be extremely wear-resistant, also because of their high elasticity (it has been shown that in the present application a contact element wears less, the more elastic it is), but or wire-shaped contact elements lead to a further, particularly advantageous effect in the present application: It has been shown that in the present application, each contact element contacting the spray head drive shaft leads to inadequate contacting of the drive shaft, probably because of the High speed of the drive shaft forms an air boundary layer on its surface, which forces a flat contact element away from the drive shaft, but is penetrated by a fiber or wire-shaped contact element, so that there is a continuous, good contacting of the drive shaft is coming.

Kontaktgebende Kohlefaserbürsten, welche aus in einem Bündel zusammengehaltenen Kohlefasern bestehen, haben sich als besonders einfache, preiswerte und außerordentlich verschleißfeste Kontaktelemente erwiesen, und geeignete Kohlefasern werden von einer größeren Anzahl von Herstellern auf dem Markt angeboten, wenn auch meist zu völlig anderen Zwecken, nämlich überwiegend als mechanische Verstärkungselemente z. B. für im wesentlichen aus Kunststoffen bestehende Bauteile. Auf dem Markt verfügbare Kohlefasern haben eine gute elektrische Leitfähigkeit und haben sich als außerordentlich beständig gegen durch Reibung hervorgerufenen Verschleiß erwiesen, wenn die die Faserenden kontaktierende und sich bewegende Fläche ungefähr quer zur Faserlängsrichtung orientiert ist.Contact-making carbon fiber brushes, which consist of carbon fibers held together in a bundle, have proven to be particularly simple, inexpensive and extremely wear-resistant Contact elements proven, and suitable carbon fibers are offered by a larger number of manufacturers on the market, although mostly for completely different purposes, namely mainly as mechanical reinforcing elements such. B. for components consisting essentially of plastics. Carbon fibers available on the market have good electrical conductivity and have proven to be extremely resistant to wear caused by friction if the surface contacting and moving the fiber ends is oriented approximately transversely to the longitudinal direction of the fibers.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß Kohlefaserbürsten zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen bekannt sind, z. B. bei Papierverarbeitungs-, Folienbeschichtungs- und Förderanlagen; hierbei handelt es sich aber nicht nur um einen völlig anderen Anwendungszweck, sondern in diesen Fällen ist die Relativgeschwindigkeit zwischen der Kohlefaserbürste und dem zu entladenden Teil um Größenordnungen kleiner als bei einem Rotationszerstäuber der hier in Rede stehenden Art, so daß schon nicht vorauszusehen war, daß bei der Verwendung von Kohlefaserbürsten in einem solchen Rotationszerstäuber die Kontaktelemente eine hinreichende Standzeit besitzen würden.Finally, it should be pointed out that carbon fiber brushes for dissipating electrostatic charges are known, for. B. in paper processing, film coating and conveyor systems; however, this is not only a completely different application, but in these cases the relative speed between the carbon fiber brush and the part to be unloaded is orders of magnitude smaller than that of a rotary atomizer of the type in question, so that it could not have been foreseen that when using carbon fiber brushes in such a rotary atomizer, the contact elements would have a sufficient service life.

Wenn der Kontakt erfindungsgemäß mittels einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit hergestellt wird, liegt nicht nur ein praktisch verschleißfreies Kontaktelement vor, sondern es kann auch nicht zur Ausbildung der geschilderten Luft-Grenzschicht kommen. Bezüglich der konstruktiven Gestaltung einer Kontaktvorrichtung mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit als Kontaktelement kann auf den bekannten Stand der Technik verwiesen werden, aus dem sich, wenn auch auf anderen technischen Gebieten, Kontaktvorrichtungen ergeben, bei denen mittels einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit ein Kontakt zu einem rotierenden Element hergestellt wird.If the contact is produced according to the invention by means of an electrically conductive liquid, not only is there a practically wear-free contact element, but the described air boundary layer cannot form either. With regard to the structural design of a contact device with an electrically conductive liquid as a contact element, reference can be made to the known prior art, from which, albeit on others technical fields, contact devices in which contact is made to a rotating element by means of an electrically conductive liquid.

Vor allem dann, wenn das Kontaktelement parallel zur Antriebswellenachse, d. h. axial orientiert ist, und wenn die Kontaktvorrichtung nur ein einziges Kontaktelement oder nur ganz wenige Kontaktelemente aufweist, kann die Konstruktion so gestaltet werden, daß das Kontaktelement gegen eine Stirnfläche der Sprühkopf-Antriebswelle anliegt, wobei es sich bei dieser Stirnfläche auch nur um eine quer zur Wellenachse verlaufende Fläche einer Stufe des Wellenkörpers handeln kann. Der Vorteil, welcher mit der Kontaktierung einer Stirnfläche der Antriebswelle verbunden ist, besteht darin, daß dann die Antriebswelle in unmittelbarer Nähe zum Längskanal der Sprühkopf-Antriebswelle kontaktiert werden kann, d. h. in einem Bereich, in dem die Umfangsgeschwindigkeit deutlich geringer ist als am Außenumfang der Antriebswelle.Especially when the contact element is parallel to the drive shaft axis, i.e. H. is axially oriented, and if the contact device has only a single contact element or only a very few contact elements, the construction can be designed such that the contact element bears against an end face of the spray head drive shaft, this end face also being only a cross to The surface of a step of the shaft body that runs on the shaft axis can act. The advantage associated with the contacting of an end face of the drive shaft is that the drive shaft can then be contacted in the immediate vicinity of the longitudinal channel of the spray head drive shaft, i. H. in an area in which the peripheral speed is significantly lower than on the outer circumference of the drive shaft.

Bei anderen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rotationszerstäubers liegt das Kontaktelement gegen einen Außenumfangsbereich der Sprühkopf-Antriebswelle an und ist insbesondere ungefähr radial orientiert; derartige Ausführungsformen haben den Vorteil, daß die Kontaktvorrichtung mit einer größeren Anzahl von Kontaktelementen versehen werden kann, so daß diese mit geringerem Anpreßdruck gegen die Sprühkopf-Antriebswelle anliegen können als im Falle einer Kontaktvorrichtung mit nur einem Kontaktelement, ohne daß eine zuverlässige, kontinuierliche Kontaktierung der Antriebswelle gefährdet wäre, und naturgemäß sinkt mit dem Anpreßdruck auch der Kontaktverschleiß.In other embodiments of the rotary atomizer according to the invention, the contact element bears against an outer peripheral region of the spray head drive shaft and is in particular approximately radially oriented; Such embodiments have the advantage that the contact device can be provided with a larger number of contact elements, so that these can bear against the spray head drive shaft with a lower contact pressure than in the case of a contact device with only one contact element, without reliable, continuous contacting of the Drive shaft would be at risk, and naturally the contact wear also decreases with the contact pressure.

Da bei Rotationszerstäubern der in Rede stehenden Art die Druckluftturbine üblicherweise nahe dem Sprühkopf angeordnet ist, empfehlen sich Ausführungsformen, bei denen das Kontaktelement dem vom Sprühkopf abgewandten Ende der Antriebswelle benachbart angeordnet ist; dies bringt auch noch den Vorteil mit sich, daß im Zuge des Verschleißes der Kontaktelemente und Kontaktflächen erzeugte Partikel nicht zu einer Störung der Funktion der Druckluftturbine führen können.Since with rotary atomizers of the type in question the compressed air turbine is usually arranged near the spray head, embodiments are recommended in which the contact element is arranged adjacent to the end of the drive shaft facing away from the spray head; this also has the advantage that particles generated in the course of wear of the contact elements and contact surfaces cannot lead to a malfunction of the compressed air turbine.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rotationszerstäubers weist die Kontaktvorrichtung einen die Rotationsachse umfassenden und zu letzterer konzentrischen Kontaktelement-Träger auf, an dem die Kontaktelemente angebracht sind. Eine solche Konstruktion eröffnet die Möglichkeit, die Kontaktvorrichtung als leicht ausbaubare Baugruppe zu gestalten, so daß ein Austausch eines Kontaktelements oder mehrerer Kontaktelemente leicht und einfach durchführbar ist. Auch kann eine solche Kontaktvorrichtung außerhalb des Rotationszerstäubers komplettiert, d. h. zusammengebaut, werden, so daß nicht mehrere Kontaktelemente innerhalb des Rotationszerstäubers einzeln angebracht werden müssen.In preferred embodiments of the rotary atomizer according to the invention, the contact device has a contact element carrier which surrounds the axis of rotation and is concentric with the latter and to which the contact elements are attached. Such a construction opens up the possibility of designing the contact device as an easily removable assembly, so that an exchange of one or more contact elements can be carried out easily and simply. Such a contact device can also be completed outside the rotary atomizer, i. H. assembled, so that no multiple contact elements must be attached individually within the rotary atomizer.

Bei solchen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Träger zweckmäßigerweise um ein metallisches Bauteil; dann ist nur ein einziger Anschluß oder Kontakt zum Träger erforderlich, während bei einem elektrisch nicht leitenden Träger jedes einzelne Kontaktelement separat angeschlossen werden müßte.In such embodiments, the carrier is expediently a metallic component; then only a single connection or contact to the carrier is required, whereas in the case of an electrically non-conductive carrier, each individual contact element would have to be connected separately.

Hinsichtlich einer möglichst einfachen und infolgedessen billigen Herstellung der aus Träger und Kontaktelementen bestehenden Baugruppe ist es von Vorteil, wenn der Träger mit Aufnahmebohrungen zum Anbringen jeweils eines Kontaktelements versehen ist. Werden die Kontaktelemente von Kohlefaserbündeln gebildet, geht man zweckmäßigerweise so vor, daß jedes Kohlefaserbündel als handhabbare Einheit gestaltet wird, indem es im Bereich seines von der Antriebswelle abgewandten Endes in einer Metallhülse gefaßt ist, die in eine der Aufnahmebohrungen des Trägers eingesetzt wird, und zwar vorzugsweise mit Klemmsitz, um so eine elektrisch gut leitende Verbindung zwischen dem metallischen Träger und den Kohlefaserbündeln zu gewährleisten.With regard to the simplest and consequently inexpensive manufacture of the assembly consisting of carrier and contact elements, it is advantageous if the carrier is provided with receiving bores for attaching one contact element each. Become the contact elements of carbon fiber bundles formed, one proceeds expediently so that each carbon fiber bundle is designed as a manageable unit, in that it is held in the region of its end facing away from the drive shaft in a metal sleeve which is inserted into one of the receiving bores of the carrier, preferably with a press fit to ensure a good electrical connection between the metallic carrier and the carbon fiber bundles.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der beigefügten zeichnerischen Darstellung sowie der nachfolgenden Beschreibung einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotationszerstäubers; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1
den Rotationszerstäuber, und zwar im wesentlichen im Längsschnitt, ohne daß letzterer bereits die erfindungsgemäße Kontaktvorrichtung darstellen würde;
Fig. 2
einige Baugruppen des Rotationszerstäubers, und zwar im wesentlichen die Druckluftturbine, die Sprühkopf-Antriebswelle und einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung, teilweise in einer Seitenansicht und teilweise in einem axialen Schnitt;
Fig. 3
den kreisringförmigen Kontaktelemente-Träger der einen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung in einer Stirnansicht, und zwar in einer Ansicht auf die vom Sprühkopf abgewandte Stirnseite der Kontaktvorrichtung, wobei der Träger im Befestigungsbereich eines der Kontaktelemente aufgeschnitten wurde;
Fig. 4
einen Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3, und
Fig. 5
dieselbe Stirnansicht der Kontaktvorrichtung wie in Fig. 3, jedoch nachdem die Kontaktvorrichtung an dem die Druckluftturbine aufnehmenden Gehäuse befestigt wurde.
Further features, details and advantages of the invention emerge from the appended claims and / or from the attached drawing and the following description of a particularly advantageous embodiment of the rotary atomizer according to the invention; show in the drawing:
Fig. 1
the rotary atomizer, essentially in longitudinal section, without the latter already being the contact device according to the invention;
Fig. 2
some assemblies of the rotary atomizer, namely essentially the compressed air turbine, the spray head drive shaft and some embodiments of the contact device according to the invention, partly in a side view and partly in an axial section;
Fig. 3
the annular contact element carrier of one embodiment of the contact device according to the invention in an end view, specifically in a view of the end face of the contact device facing away from the spray head, wherein the carrier has been cut open in the fastening area of one of the contact elements;
Fig. 4
a section along the line 4-4 in Fig. 3, and
Fig. 5
the same end view of the contact device as in Fig. 3, but after the contact device has been attached to the housing accommodating the compressed air turbine.

Da der grundsätzliche Aufbau eines durch die vorliegende Erfindung verbesserten Rotationszerstäubers von auf dem Markt befindlichen Geräten der Firma DÜRR GmbH her bekannt ist, wird im folgenden die Konstruktion des in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Rotationszerstäubers nur noch insoweit beschrieben werden, als dies für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist.Since the basic structure of a rotary atomizer improved by the present invention is known from devices on the market from DÜRR GmbH, the construction of the rotary atomizer shown in the accompanying drawings will only be described in so far as this is necessary for understanding the invention is required.

In Fig. 1 ist gestrichelt ein glockenförmiger Sprühkopf 10 dargestellt, welcher mit hoher Drehzahl um eine Rotationsachse 12 angetrieben werden soll. Diesem Sprühkopf wird der zu zerstäubende Lack zentrisch zugeführt, und zwar mittels einer Düse 13; der zugeführte Lack gelangt dann an die Innenwand des rotierenden Sprühkopfs 10, auf welcher der Lack dank der konischen Gestaltung des Sprühkopfs und dessen Rotation bis zu einer Kante 14 des Sprühkopfs wandert, von der der Lack in Form feinster Tröpfchen abgeschleudert wird, und zwar gemäß Fig. 1 schräg nach außen und nach links - wegen der Fliehkräfte und der durch den rotierenden Sprühkopf erzeugten Luftströmung, welche auch eine gemäß Fig. 1 nach links gerichtete Strömungskomponente aufweist.In Fig. 1, a bell-shaped spray head 10 is shown in dashed lines, which is to be driven at high speed about an axis of rotation 12. The paint to be atomized is fed centrally to this spray head by means of a nozzle 13; the supplied paint then reaches the inner wall of the rotating spray head 10, on which the paint, thanks to the conical shape of the spray head and its rotation, travels to an edge 14 of the spray head from which the paint is thrown off in the form of very fine droplets, as shown in FIG 1 obliquely outwards and to the left - because of the centrifugal forces and the air flow generated by the rotating spray head, which also has a flow component directed to the left according to FIG.

Mittels nicht dargestellter, sich jedoch aus dem Stand der Technik (z. B. der US-PS 4 369 924) ergebender Luftlager ist eine metallische, als Hohlwelle ausgebildete, mit dem metallischen Sprühkopf 10 fest verbundene und zur Rotationsachse 12 koaxiale Antriebswelle 16 drehbar gelagert; sie wird von einer Druckluftturbine angetrieben, welche zusammen mit den erwähnten Luftlagern in einer Baugruppe 18 untergebracht ist und aus den erwähnten Gründen keiner weiteren Erläuterung bedarf.By means of air bearings, which are not shown, but which result from the prior art (e.g. US Pat. No. 4,369,924), a metallic drive shaft 16, designed as a hollow shaft and firmly connected to the metallic spray head 10 and coaxial with the axis of rotation 12, is rotatably supported ; It is driven by a compressed air turbine, which is accommodated in an assembly 18 together with the air bearings mentioned and, for the reasons mentioned, requires no further explanation.

Die Baugruppe 18 ist auch in Fig. 2 dargestellt; sie besitzt ein in Fig. 2 teilweise im Schnitt gezeichnetes Gehäuse 20, an das sich nach hinten (gemäß Fig. 1 nach rechts) ein auch in Fig. 1 angedeutetes Steuerventil 22 mit einem metallischen Gehäuse 24 anschließt.The assembly 18 is also shown in Fig. 2; it has a housing 20, partially drawn in section in FIG. 2, to which a control valve 22, also indicated in FIG. 1, with a metallic housing 24 is connected to the rear (to the right according to FIG. 1).

Die Sprühkopf-Antriebswelle 16 bildet dank ihrer Gestaltung als Hohlwelle einen axialen, zentrischen Farbzufuhrkanal 26, in den über eine Bohrung 28 des Steuerventilgehäuses 24 der zu zerstäubende Lack eingeleitet wird. Eine hintere (gemäß Fig. 2 rechte) Stirnfläche der Antriebswelle 16 wurde mit 30 bezeichnet, eine Umfangsfläche der Antriebswelle mit 32.Thanks to its design as a hollow shaft, the spray head drive shaft 16 forms an axial, central paint supply channel 26, into which the paint to be atomized is introduced via a bore 28 in the control valve housing 24. A rear (right side according to FIG. 2) end face of the drive shaft 16 was designated 30, a circumferential face of the drive shaft 32.

Um ein Außengehäuse 100 des Rotationszerstäubers herum sind mehrere, z. B. sechs, Hochspannungselektroden 102 angeordnet, für deren jede ein Elektrodenhalter 104 und ein in letzterem auswechselbar befestigter Isolierkörper 106 vorgesehen sind. Der letztere hat an seiner gemäß Fig. 1 linken Stirnseite eine Vertiefung 106a, in die eine Spitze 102a der Hochspannungselektrode 102 hineinragt. Die Elektrode ist im Isolierkörper 106 zentrisch befestigt, ihr gemäß Fig. 1 rechtes Ende ist in nicht näher zu beschreibender Weise mit einer nicht dargestellten, negativen Hochspannungspotentialquelle verbunden, und, wie die Fig. 1 erkennen läßt, ragt die Elektrodenspitze 102a nicht über diejenige Ebene hinaus, welche durch den äußeren Rand der Vertiefung 106a des Isolierkörpers 106 definiert wird.Around an outer housing 100 of the rotary atomizer, several, e.g. B. six, high-voltage electrodes 102 are arranged, for each of which an electrode holder 104 and an interchangeably attached insulating body 106 are provided. The latter has a recess 106a on its left end face according to FIG. 1, into which a tip 102a of the high-voltage electrode 102 projects. The electrode is fastened centrally in the insulating body 106; its right end according to FIG. 1 is in a manner not to be described in more detail with one 1, the negative high-voltage potential source shown, and, as can be seen in FIG. 1, the electrode tip 102a does not protrude beyond the plane which is defined by the outer edge of the depression 106a of the insulating body 106.

Die Elektrodenhalter 104 sind, wie bekannt, in gleichen Winkelabständen voneinander um die Rotationsachse 12 herum angeordnet, ragen zusammen mit ihren Isolierkörpern 106 fingerförmig schräg nach außen und links (gemäß Fig. 1) und sind so ausgebildet und angeordnet, daß die Elektrodenspitzen 102a in einer zur Rotationsachse 12 senkrechten Ebene liegen, welche sich in axialem Abstand hinter dem Sprühkopf 10 befindet, d. h. gemäß Fig. 1 rechts vom Sprühkopf.As is known, the electrode holders 104 are arranged at equal angular distances from one another about the axis of rotation 12, project together with their insulating bodies 106 in a finger shape obliquely outwards and to the left (according to FIG. 1) and are designed and arranged such that the electrode tips 102a are in one lie perpendicular to the axis of rotation 12, which is located at an axial distance behind the spray head 10, d. H. 1 to the right of the spray head.

Zunächst soll nun eine erste, besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung anhand der Figuren 2 bis 5 naher erläutert werden.First, a first, particularly preferred embodiment of the contact device according to the invention will now be explained in more detail with reference to FIGS. 2 to 5.

Bei der hauptsächlich in den Figuren 3 bis 5 dargestellten und besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die als Ganzes mit 40 bezeichnete Kontaktvorrichtung aus einem im eingebauten Zustand zur Rotationsachse 12 konzentrischen, metallischen, kreisringförmigen Träger 42 sowie sechs, jeweils als Ganzes mit 44 bezeichneten Kontaktelementen. Für jedes dieser Kontaktelemente wurde der Träger 42 mit einer radialen Aufnahmebohrung 46 versehen, und jedes Kontaktelement 44 besteht aus einem Kohlefaserbündel 48, dessen einzelne Kohlefasern durch eine Metallhülse 50 zu einem Bündel zusammengehalten werden, indem das Kohlefaserbündel 48 mit Preßsitz in die Metallhülse 50 eingreift. Diese bzw. die Aufnahmebohrung 46 ist wiederum so dimensioniert, daß die Metallhülse 50 mit Preßsitz in der Aufnahmebohrung 46 angeordnet ist.In the particularly preferred embodiment shown mainly in FIGS. 3 to 5, the contact device designated as a whole by 40 consists of a metallic, annular support 42 which is concentric with the axis of rotation 12 in the installed state, and six contact elements, each designated as a whole by 44. For each of these contact elements, the carrier 42 was provided with a radial receiving bore 46, and each contact element 44 consists of a carbon fiber bundle 48, the individual carbon fibers of which are held together by a metal sleeve 50 to form a bundle by the carbon fiber bundle 48 being press-fitted into the metal sleeve 50. This or the receiving bore 46 is in turn dimensioned so that the Metal sleeve 50 is press-fitted in the receiving bore 46.

Vorzugsweise sind die Kontaktelemente 44 in gleich großen Winkelabständen voneinander am Träger 42 angeordnet.The contact elements 44 are preferably arranged at equally large angular distances from one another on the carrier 42.

Der letztere hat im Bereich seiner (im eingebauten Zustand) hinteren Stirnfläche 60, welche in Fig. 3 eine vordere Stirnfläche bildet, zwei ungefähr kreisabschnittförmige Aussparungen 62, die der Befestigung des Trägers 42 an der hinteren, gemäß Fig. 2 rechten Stirnseite des Gehäuses 20 mittels in Fig. 2 nicht dargestellter Schrauben dienen, deren Köpfe jeweils zum Teil in einer der Aussparungen 62 zu liegen kommen.The latter has, in the region of its rear end face 60 (in the installed state), which forms a front end face in FIG. 3, two approximately circular segment-shaped recesses 62, which are used to fasten the carrier 42 to the rear end face of the housing 20, as shown in FIG. 2 by means of screws (not shown in FIG. 2), the heads of which partly come to rest in one of the cutouts 62.

Zwischen den beiden Befestigungsaussparungen 62 ist am Träger 42 noch eine dritte Aussparung, nämlich eine Kontaktaussparung 70 vorgesehen, deren Funktion später noch erläutert werden wird.Between the two fastening recesses 62, a third recess, namely a contact recess 70, is provided on the carrier 42, the function of which will be explained later.

Da in der Fig. 2 mehrere Varianten der Kontaktvorrichtung dargestellt werden sollten, läßt die Fig. 2 nur einen Bereich des Trägers 42 erkennen, in dem sich keines der Kontaktelemente 44 befindet.Since several variants of the contact device should be shown in FIG. 2, FIG. 2 shows only a region of the carrier 42 in which none of the contact elements 44 are located.

Die Fig. 5 zeigt nun, wie die Kontaktvorrichtung 40 auf der Rückseite der Baugruppe 18 befestigt ist und den Umfang der Antriebswelle 16 kontaktiert. Insbesondere läßt die Fig. 5 zwei Befestigungsschrauben 76 erkennen, deren Schraubenköpfe 76a in jeweils eine der Befestigungsaussparungen 62 des Trägers 42 eingreifen.FIG. 5 now shows how the contact device 40 is attached to the rear of the assembly 18 and contacts the periphery of the drive shaft 16. In particular, FIG. 5 shows two fastening screws 76, the screw heads 76a of which engage in one of the fastening recesses 62 of the carrier 42.

Um den Träger 42 der Kontaktvorrichtung 40 auf das gewünschte Potential zu legen, ist an der vorderen Stirnseite des Steuerventilgehäuses 24 eine Kontaktfeder 80 angeordnet, welche gegen die Kontaktfläche der Kontaktaussparung 70 des Trägers 42 anliegt.In order to place the carrier 42 of the contact device 40 at the desired potential, the Control valve housing 24, a contact spring 80 is arranged, which rests against the contact surface of the contact recess 70 of the carrier 42.

Die Fig. 2 zeigt nun rechts eine andere Ausführungsform der Kontaktvorrichtung; diese Kontaktvorrichtung 40' hat eine metallische Trägerplatte 42', welche am Steuerventilgehäuse 24 mittels Schrauben befestigt und mit mehreren, nun axial ausgerichteten Kontaktelementen 44' versehen ist, die gegen die hintere Stirnfläche 30 der Antriebswelle 16 anliegen. Jedes der Kontaktelemente 44' soll in gleicher Weise ausgebildet und in der Trägerplatte 42 befestigt sein, wie dies vorstehend für die erste Ausführungsform beschrieben wurde.2 now shows another embodiment of the contact device on the right; this contact device 40 'has a metallic carrier plate 42' which is fastened to the control valve housing 24 by means of screws and is provided with a plurality of contact elements 44 'which are now axially aligned and which bear against the rear end face 30 of the drive shaft 16. Each of the contact elements 44 'should be formed in the same way and fastened in the carrier plate 42, as was described above for the first embodiment.

Die Fig. 2 läßt schließlich noch eine dritte Ausführungsform erkennen, bei der Kontaktelemente 44'' von dem metallischen Gehäuse 20 der Baugruppe 18 gehalten werden und einen weiter vorn liegenden Bereich der Antriebswelle 16 an einer Außenumfangsfläche 32 kontaktieren. Die Kontaktelemente 44'' sollen gleichfalls so ausgebildet sein wie die Kontaktelemente 44 der ersten Ausführungsform; außerdem sollen sie in gleicher Weise am Gehäuse 20 befestigt sein wie die Kontaktelemente 44 am Träger 42.Finally, FIG. 2 shows a third embodiment, in which contact elements 44 ″ are held by the metallic housing 20 of the assembly 18 and contact a region of the drive shaft 16 lying further forward on an outer peripheral surface 32. The contact elements 44 ″ should also be designed in the same way as the contact elements 44 of the first embodiment; in addition, they should be attached to the housing 20 in the same way as the contact elements 44 on the carrier 42.

Da der Sprühkopf 10 mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung z. B. auf Massepotential gelegt werden kann, und da der zu beschichtende Gegenstand vorzugsweise gleichfalls auf Massepotential liegt, bildet sich im Betrieb des erfindungsgemäßen Rotationszerstäubers nicht nur ein definiertes elektrisches Feld zwischen den Elektrodenspitzen 102a und dem zu beschichtenden Gegenstand aus, sondern auch ein definiertes und zeitlich konstantes elektrisches Feld zwischen den Elektrodenspitzen 102a und der Kante 14 des Sprühkopfs 10.Since the spray head 10 using the contact device according to the invention z. B. can be placed on ground potential, and since the object to be coated is preferably also at ground potential, not only does a defined electric field form between the electrode tips 102a and the object to be coated during operation of the rotary atomizer according to the invention, but also a defined and temporally constant electric field between the electrode tips 102a and the edge 14 of the spray head 10.

Außerdem führen die Elektrodenspitzen 102a dazu, daß die Luft in Bereichen ionisiert wird, durch welche die vom Sprühkopf 10 bzw. seiner Kante 14 abgeschleuderten und zunächst elektrisch neutralen Lacktröpfchen hindurchfliegen und dabei elektrisch negativ aufgeladen werden, so daß sie anschließend entlang der Feldlinien des zwischen den Elektrodenspitzen 102a und dem zu beschichtenden Gegenstand herrschenden elektrischen Feldes zu diesem Gegenstand hingezogen werden.In addition, the electrode tips 102a result in the air being ionized in areas through which the droplets of paint initially thrown off by the spray head 10 or its edge 14, which are initially electrically neutral, fly through and thereby become electrically negatively charged, so that they subsequently along the field lines between the Electrode tips 102a and the object prevailing electric field to be coated are attracted to this object.

Claims (15)

Rotationszerstäuber zum elektrostatisch unterstützten Beschichten von Gegenständen mit Farben bzw. Lacken, mit einem mit hoher Drehzahl um eine Rotationsachse rotatorisch antreibbaren, elektrisch leitfähigen, ungefähr glockenförmigen Sprühkopf zum Abschleudern von Farb- bzw. Lackpartikeln von einer zur Rotationsachse konzentrischen freien Kante des Sprühkopfs, einer mit der Rotationsachse koaxialen, mittels einer Druckluftturbine antreibbaren, elektrisch leitfähigen und mit dem Sprühkopf elektrisch leitend verbundenen Sprühkopf-Antriebswelle, welche in einem Gehäuse mittels Luftlagern und damit kontaktfrei drehbar gelagert sowie zur Aufnahme eines Farbzufuhrkanals als Hohlwelle ausgebildet ist, und mit mehreren um die Rotationsachse herum gleichmäßig verteilt und radial außerhalb des Sprühkopfs angeordneten Hochspannungselektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen deren den zu beschichtenden Gegenständen zugewandten Spitzen und diesen Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß, um den Sprühkopf (10) und damit auch seine Antriebswelle (16) auf ein definiertes elektrisches Potential, insbesondere an Masse, zu legen, eine bezüglich des Gehäuses 100 stationäre elektrische Kontaktvorrichtung (42, 44; 42', 44'; 20, 44'') vorgesehen ist, welche ein einerseits mit einer Potentialquelle elektrisch leitend verbundenes Kontaktelement (44; 44'; 44'') aufweist, das andererseits kontaktgebend gegen einen Bereich der Sprühkopf-Antriebswelle (16) anliegt, dessen radialer Abstand von der Rotationsachse (12) größer ist als der halbe Innendurchmesser der Sprühkopf-Antriebswelle (16) in diesem Wellenbereich, und daß das Kontaktelement (44; 44'; 44'') von einem Kohlefaserbündel (48) oder einem anderen Kontaktelement von mindestens gleich hoher Verschleißfestigkeit, Elastizität und Kontaktgabefähigkeit zur Sprühkopf-Antriebswelle (16) wie ein Kohlefaserbündel gebildet wird.Rotary atomizer for electrostatically assisted coating of objects with paints or varnishes, with an electrically conductive, approximately bell-shaped spray head that can be driven in rotation around a rotation axis at high speed for throwing off paint or paint particles from a free edge of the spray head concentric with the axis of rotation, one with the axis of rotation coaxial, driven by a compressed air turbine, electrically conductive and electrically connected to the spray head spray head drive shaft, which is rotatably mounted in a housing by means of air bearings and thus contact-free and designed to accommodate a paint supply channel as a hollow shaft, and with several around the axis of rotation evenly distributed and radially outside the spray head arranged high-voltage electrodes for generating an electric field between their tips facing the objects to be coated and these objects, dadu rch characterized in that in order to place the spray head (10) and thus also its drive shaft (16) at a defined electrical potential, in particular to ground, an electrical contact device (42, 44; 42 ', 44'; 20, 44 '') is provided, which on the one hand has a contact element (44; 44 ';44'') which is electrically conductively connected to a potential source and on the other hand is in contact with a region of the spray head drive shaft (16) whose radial distance from the axis of rotation (12) is greater than half the inner diameter of the spray head drive shaft (16) in this wave range, and that the contact element (44; 44 ';44'') from a carbon fiber bundle (48) or another contact element of at least the same high wear resistance, elasticity and contact ability to the spray head drive shaft (16) as a carbon fiber bundle is formed. Rotationszerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (44') gegen eine Stirnfläche (30) der Sprühkopf-Antriebswelle (16) anliegt.Rotary atomizer according to claim 1, characterized in that the contact element (44 ') bears against an end face (30) of the spray head drive shaft (16). Rotationszerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (44; 44'') gegen einen Außenumfangsbereich der Sprühkopf-Antriebswelle (16) anliegt.Rotary atomizer according to claim 1, characterized in that the contact element (44; 44 '') bears against an outer peripheral region of the spray head drive shaft (16). Rotationszerstäuber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (44; 44') dem vom Sprühkopf (10) abgewandten Ende der Sprühkopf-Antriebswelle (16) benachbart angeordnet ist.Rotary atomizer according to claim 2 or 3, characterized in that the contact element (44; 44 ') is arranged adjacent to the end of the spray head drive shaft (16) facing away from the spray head (10). Rotationszerstäuber nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktvorrichtung (40; 40') um die Rotationsachse (12) herum mehrere Kontaktelemente (44; 44') aufweist.Rotary atomizer according to one or more of the preceding claims, characterized in that the contact device (40; 40 ') has a plurality of contact elements (44; 44') around the axis of rotation (12). Rotationszerstäuber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktvorrichtung (40; 40') einen die Rotationsachse (12) umfassenden und zu letzterer konzentrischen Kontaktelement-Träger (42; 42') aufweist, an dem die Kontaktelemente (44; 44') angebracht sind.Rotary atomizer according to Claim 5, characterized in that the contact device (40; 40 ') has a contact element carrier (42; 42') which surrounds the axis of rotation (12) and is concentric with the latter and to which the contact elements (44; 44 ') are attached are. Rotationszerstäuber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (44; 44') auswechselbar am Träger (42; 42') angebracht sind.Rotary atomizer according to claim 6, characterized in that the contact elements (44; 44 ') are interchangeably attached to the carrier (42; 42'). Rotationszerstäuber nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (42; 42'; 20) ein metallisches Bauteil ist.Rotary atomizer according to claim 6 or 7, characterized in that the carrier (42; 42 '; 20) is a metallic component. Rotationszerstäuber nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (42; 42') kreisringförmig gestaltet ist.Rotary atomizer according to one or more of claims 6 to 8, characterized in that the carrier (42; 42 ') is designed in the form of a ring. Rotationszerstäuber nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (42; 42') auswechselbar am Gehäuse (20; 24) angebracht ist.Rotary atomizer according to one or more of claims 6 to 9, characterized in that the carrier (42; 42 ') is interchangeably attached to the housing (20; 24). Rotationszerstäuber nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch eine gegen den Träger (42) anliegende Kontaktfeder (80).Rotary atomizer according to one or more of claims 6 to 10, characterized by a contact spring (80) resting against the carrier (42). Rotationszerstäuber nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger mit Aufnahmebohrungen (46) zum Anbringen jeweils eines Kontaktelements (44) versehen ist.Rotary atomizer according to one or more of claims 6 to 11, characterized in that the carrier is provided with receiving bores (46) for mounting a contact element (44) in each case. Rotationszerstäuber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlefaserbündel (48) im Bereich seines von der Antriebswelle (16) abgewandten Endes in einer Metallhülse (50) gefaßt und die letztere in eine der Aufnahmebohrungen (46) eingesetzt ist.Rotary atomizer according to claim 12, characterized in that the carbon fiber bundle (48) is held in a metal sleeve (50) in the region of its end facing away from the drive shaft (16) and the latter is inserted into one of the receiving bores (46). Rotationszerstäuber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallhülse (50) mit Klemmsitz in der Aufnahmebohrung (46) befestigt ist.Rotary atomizer according to claim 13, characterized in that the metal sleeve (50) is fastened with a clamp fit in the receiving bore (46). Rotationszerstäuber nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (44; 44'') in bezüglich der Rotationsachse (12) radialer Richtung ausgerichtet sind.Rotary atomizer according to one or more of claims 6 to 14, characterized in that the contact elements (44; 44 '') are aligned in the radial direction with respect to the axis of rotation (12).
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