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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Zerstäuber zur elektrostatischen Beschichtung von Werkstücken, insbesondere zur Beschichtung von Fahrzeugkarosserien oder Teilen davon, mit einem Beschichtungsmaterial.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Es ist bekannt zur Beschichtung von Werkstücken elektrostatische Zerstäuber zu verwenden, welche ein Beschichtungsmaterial, insbesondere Lacke wie z.B. Nasslack oder Pulverlack, zerstäuben und elektrisch aufladen. Dadurch sind die zerstäubten Lacktröpfchen oder Lackpartikel ionisiert und werden mit Hilfe eines elektrischen Feldes, das zwischen dem elektrostatischen Zerstäuber und dem Werkstück aufgebaut wird, zum Werkstück beschleunigt, wodurch sich die Auftrageffizienz während des Beschichtens erhöht.
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Zur elektrostatischen Aufladung sind dabei im Wesentlichen drei Aufladungsmechanismen bekannt.
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Zum einen ist dies eine triboelektrische Aufladung, bei welcher die zerstäubten Partikel an einem an sich nicht leitfähigen Material entlang reiben und dabei - ähnlich wie bei der Aufladung eines Luftballons mit Hilfe von Tierfellen - elektrostatisch geladen werden.
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Des Weiteren ist die sogenannte Innenaufladung bekannt, bei welcher das Beschichtungsmaterial direkt vor der Zerstäubung im Inneren des Zerstäubers über eine Innenelektrode aufgeladen wird.
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Schließlich kennt man noch die sogenannte Außenaufladung, bei welcher das Beschichtungsmaterial nach dem Zerstäuben über mindestens eine Außenelektrode, welche sich in der Nähe oder im Sprühkegel des Zerstäubers befindet, aufgeladen wird.
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Die einzelnen Auflademechanismen haben unterschiedliche Vor- und Nachteile. Daher werden häufig für unterschiedliche Lackiervorgänge innerhalb eines Gesamtbeschichtungsprozesses unterschiedliche Auflademechanismen eingesetzt.
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Bei teil- oder vollautomatisierten Beschichtungsanlagen werden daher häufig entweder mehrere aufeinanderfolgende Lackierkabinen vorgesehen, in welchen Lackierroboter mit unterschiedlichen Zerstäubern angeordnet sind, oder in einer Lackierkabine mehrere Lackierroboter angeordnet. Ferner kann ein Lackierroboter auch unterschiedliche elektrostatische Zerstäuber als Werkzeug aufnehmen, um das gewünschte Lackierergebnis zu erhalten. Dies erfordert jedoch entsprechende Umrüstzeiten während des Gesamtbeschichtungsprozesses.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen bekannten elektrostatischen Zerstäuber hinsichtlich des Auflademechanismus zu verbessern, insbesondere um unterschiedliche Effekte bei der Aufladung zu erhalten, ohne dabei die bisherigen Nachteile des erhöhten Platzbedarfs oder der Umrüstzeiten in Kauf zu nehmen.
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Erfindungsgemäß wird dies durch einen elektrostatischen Zerstäuber eingangs genannter Art erreicht, bei welchem der elektrostatische Zerstäuber zur elektrostatischen Aufladung des Beschichtungsmaterials sowohl eine Innenelektrode als auch eine Außenelektrode aufweist.
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Die Erfinder haben erkannt, dass es trotz des erhöhten Verkabelungsaufwands, welcher aufgrund der verwendeten Hochspannungen im Bereich von bis zu etwa 150kV schwierig zu gestalten ist, sinnvoll sein kann, sowohl eine Innenelektrode als auch eine Außenelektrode zur Aufladung vorzusehen, um einen elektrostatischen Zerstäuber für eine kombinierte Innen- und Außenaufladung bereitzustellen. Denn ein solcher elektrostatischer Zerstäuber mit Innen- und Außenelektrode erlaubt ein Umschalten zwischen den unterschiedlichen Auflademechanismen am Zerstäuber selbst. Dadurch entfallen bekannte Nachteile wie erhöhter Platzbedarf oder Umrüstzeiten für einen Werkzeugwechsel an Lackierrobtoren.
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Zudem ergeben sich weitere Vorteile durch die kombinierte Innen- und Außenaufladung. So kann bereits das Anlegen derselben Hochspannung an die Innenelektrode und die Außenelektrode über eine gemeinsame elektrische Zuleitung vorteilhaft sein. Denn es kann dadurch ein höherer Durchsatz des aufgeladenen Beschichtungsmaterials erreicht werden.
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Vorzugsweise sind die Innenelektrode und die Außenelektrode jedoch jeweils über eine eigene elektrische Zuleitung getrennt ansteuerbar, wodurch sich weitere vielfältige Ansteuerungsschemen durchführen lassen und sich vor allem das Umschalten zwischen unterschiedlichen Auflademechanismen realisieren lässt.
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Vorzugsweise kann der elektrostatische Zerstäuber mehrere Außenelektroden aufweisen, die jeweils über eine eigene elektrische Zuleitung ansteuerbar sind. Üblicherweise wird zur Außenaufladung am vorderen Kopfende des Zerstäubers ein Kranz von nach außen gerichteten Außenelektroden vorgesehen, die den vorderen Teil des Zerstäubers umgeben. Die Außenelektroden ragen dadurch in die Nähe des Sprühkegels oder in diesen hinein. Durch eigene elektrische Zuleitungen können unterschiedliche Bereiche des Sprühkegels unterschiedlich aufgeladen werden.
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Vorzugsweise kann die Außenelektrode dazu eingerichtet sein, in zumindest zwei unterschiedliche Positionen bezüglich des vorderen Endes des Zerstäubers gebracht zu werden. Insbesondere kann die Außenelektrode einen Mechanismus aufweisen, mit welchem sie an den Zerstäuberkopf anlegbar oder von diesem abspreizbar ist. Dadurch lassen sich die Außenabmessungen des Zerstäubers verringern, wenn beispielsweise die Außenaufladung ausgeschaltet ist. Dies kann beispielsweise beim Lackieren des Innenbereiches einer Fahrzeugkarosserie vorteilhaft sein.
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Der Positionswechsel der Außenelektrode kann durch Aktuatoren am Zerstäuber, wie beispielsweise Druckluftaktuatoren, veranlasst werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Außenelektrode zwei Rastpositionen hat und von außen entsprechende Betätigungskräfte auf die Außenelektrode wirken z.B. indem der Lackierroboter den Zerstäuber mit der Außenelektrode an einem Anschlag entlang bewegt.
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Vorzugsweise kann ein elektrostatisches Beschichtungssystem mit dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Zerstäuber vorgesehen sein. Dabei kann das elektrostatische Beschichtungssystem mindestens eine Hochspannungsquelle, die mit der Innenelektrode, der Außenelektrode oder beiden verbunden ist, und eine Steuereinheit aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Hochspanungsquelle anzusteuern.
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Auf diese Weise kann die Steuereinheit unterschiedliche Aufladekonstellationen steuern.
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Vorzugsweise kann das elektrostatische Beschichtungssystem zwei Hochspannungsquellen aufweisen, wobei eine der beiden Hochspannungsquelle mit der Innenelektrode und die andere der beiden Hochspanungsquellen mit der Außenelektrode verbunden ist.
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Dies erlaubt durch Anschalten beider Hochspannungsquellen eine größere Ladungsmenge pro Zeit auf das Beschichtungsmaterial zu übertragen.
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Vorzugsweise dabei kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, die Innenelektrode und die Außenelektrode mit Hochspannung gleicher Höhe oder unterschiedlicher Höhe zu beaufschlagen.
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Insbesondere kann dies auch ein vollständiges Abschalten der Hochspannung an der Innenelektrode oder an der Außenelektrode umfassen.
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Auch kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, die Hochspannung an der Innenelektrode und der Außenelektrode gleichzeitig oder aber auch ungleichzeitig ab- und anzuschalten.
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Vorzugsweise kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, die jeweilige Hochspannung der einen oder beider Hochspannungsquelle kontinuierlich oder quasikontinuierlich, bei zwei Hochspannungsquellen insbesondere gegenläufig, von einem Endwert zu einem anderen Endwert zu verändern.
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Auf diese Weise kann sanfter von einem Auflademechanismus zu einem anderen umgeschaltet werden, wodurch sich Übergänge zwischen Lackiervorgängen besser durchführen lassen.
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Vorzugsweise kann die Steuereinheit bei mehreren Außenelektroden mit eigenen elektrischen Zuleitungen dazu eingerichtet sein, die mehreren Außenelektroden getrennt anzusteuern. Dadurch kann z.B. eine asymmetrische Außenaufladung erzeugt werden, welche ihrerseits einen asymmetrischen Sprühkegel erzeugt. Dabei kann der Effekt der Sprühbildänderung durch eine entsprechende Einzelregelung der Hochspannung an den Einzelelektroden verstärkt werden. Denn je höher die an einer Außenelektrode anliegende Hochspannung ist, desto weiter spreizt sich der Sprühkegel in jener Schnittebene auf, in welcher die Außenelektrode bezüglich einer Zentralachse liegt.
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Hierzu kann die zugehörige Hochspannungsquelle über mehrere schaltbare Ausgänge verfügen, die von der Steuereinheit angesteuert werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Steuereinheit für die einzelnen Zuleitungen jeweils eigene Hochspannungsquellen ansteuert. Zudem können auch einzelne Außenelektroden zu Gruppen zusammengefasst werden, die jeweils über einen Zuleitung zusammen mit einer gemeinsamen Hochspannung beaufschlagbar sind.
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Vorzugsweise kann dabei die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, dass zunächst eine Grundlaufladung über die Innenelektrode erzeugt und über ein Zu- oder Abschalten einzelner Außenelektroden das Sprühbild verändert wird.
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Nach einem anderen Aspekt der Erfindung kann ein erfindungsgemäßer elektrostatischer Zerstäuber und/oder ein erfindungsgemäßes elektrostatisches Beschichtungssystem zur Lackierung von Fahrzeugkarosserien oder Teilen davon verwendet werden. Dies erhöht die Effizienz des Gesamtbeschichtungsprozesses gegenüber des bisher bekannten Standes der Technik.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 einen erfindungsgemäßen elektrostatischen Zerstäuber mit einer Innenelektrode und einem Kranz von Außenelektroden mit zwei getrennten Hochspannungsquellen;
- 2 einen erfindungsgemäßen elektrostatischen Zerstäuber mit einer Innenelektrode und einem Kranz von getrennt ansteuerbaren Außenelektroden;
- 3 einen erfindungsgemäßen elektrostatischen Zerstäuber mit einer Innenelektrode und einem Kranz von getrennt ansteuerbaren sowie an den Zerstäuberkopf anklappbaren Außenelektroden;
- 4 einen erfindungsgemäßen elektrostatischen Zerstäuber mit einer Innenelektrode und einem Kranz von Außenelektroden mit einer gemeinsamen Hochspannungsquelle;
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes elektrostatisches Beschichtungssystem mit einem elektrostatischen Zerstäuber 11, hier in Form eines Rotationszerstäubers.
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Der elektrostatische Zerstäuber 11 weist eine Lackleitung 12 auf, über welche einem Rotationsglockenteller 14 am vorderen distalen Ende des elektrostatischen Zerstäubers 11 ein Lack 16 als Beschichtungsmaterial zuführbar ist. Der elektrostatische Zerstäuber 11 erzeugt dann einen zunächst rotationssymmetrische Sprühkegel 18 aus zerstäubtem Lack 16, welcher auf ein Werkstück 20 gerichtet wird.
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Wie symbolisch in den Figuren angedeutet, ist das Werkstück 20 zur elektrostatischen Beschichtung über eine hier nicht gezeigte Haltevorrichtung, wie beispielsweise einen Skid zur Förderung von Fahrzeugkarosserien, elektrisch mit Erdpotential 22 verbunden.
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Demgegenüber weist der elektrostatische Zerstäuber 11 in der Lackleitung 12 einen elektrisch leitfähigen Bereich als Innenelektrode 24 zur Innenaufladung des Lacks 16 vor dem Zerstäuben des Beschichtungsmaterials auf.
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Diese Innenelektrode 24 ist über eine elektrische Zuleitung 26 mit einer ersten Hochspannungsquelle 28 verbunden, die ihrerseits wiederum von einer Steuereinheit 30 angesteuert wird.
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Darüber hinaus weist der elektrostatische Zerstäuber 11 zusätzlich zur Innenelektrode 24 an seinem vorderen Ende einen Kranz von mehreren Außenelektroden 32a, 32b und 32c auf, wovon hier nur drei in der Zeichnung gezeigt sind. Die genaue Anzahl der Außenelektroden 32a, 32b und 32c hängt im Allgemeinen jedoch von der Ausgestaltung des Zerstäubers 11 ab. Die Außenelektroden 32a, 32b und 32c sind jeweils über eine elektrische Zuleitung 34 mit einer zweiten Hochspannungsquelle 36 verbunden. Auch die zweite Hochspannungsquelle 36 wird von der Steuereinheit 30 angesteuert.
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Das elektrostatische Beschichtungssystem 10 nach 1 arbeitet wie folgt:
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Je nach gewünschtem Auflademechanismus für einen anstehenden Lackiervorgang eines Gesamtbeschichtungsprozesses steuert die Steuereinheit 30 entweder die erste Hochspannungsquelle 28 oder die zweite Hochspannungsquelle 36 oder beide an, um die Innenelektrode 24 oder die Außenelektroden 32a, 32b, 32c unter Hochspannung gegenüber dem Werkstück 20 zu setzen und dadurch eine elektrostatische Aufladung des Lacks 16 zu erreichen.
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Beispielsweise kann die Steuereinheit 30 zum Lackieren der Innenseite einer Fahrzeugkarosserie nur die Innenaufladung über die erste Hochspannungsquelle 28 aktivieren und für den Lackiervorgang auf der Außenseite der Fahrzeugkarosserie nur die Außenaufladung über die zweite Hochspannungsquelle 36 aktivieren.
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Darüber hinaus ist die Steuereinheit 30 jedoch auch dazu eingerichtet, beispielsweise eine Grundaufladung über die erste Hochspannungsquelle 28 zu aktivieren, indem dort ein Hochspannungswert vorgegeben wird. Über die zweite Hochspannungsquelle 36 kann dann zusätzlich die Außenaufladung aktiviert werden.
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Die Steuereinheit 30 kann auch dazu eingerichtet sein, von der Innenaufladung über die erste Hochspannungsquelle 28 kontinuierlich in eine Außenaufladung über die zweite Hochspannungsquelle 36 zu wechseln, indem die Aufladung über die Innenelektrode 24 nach und nach reduziert wird während die Aufladung über die Außenelektroden 32a, 32b und 32c nach und nach erhöht wird. Die Steuereinheit 30 kann auch in umgekehrter Richtung einen entsprechenden Übergang erzeugen. Auf diese Weise sind mit dem elektrostatischen Zerstäuber 11 unterschiedlichste Übergänge zwischen Innenaufladung und Außenaufladung des Beschichtungsmaterials denkbar und möglich.
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2 zeigt ein elektrostatisches Beschichtungssystem 10, welches sich von dem Ausführungsbeispiel nach 1 dadurch unterscheidet, dass für die einzelnen Außenelektroden 32a, 32b und 32c des Zerstäubers 11 jeweils eigene elektrische Zuleitungen 34a, 34b und 34c vorgesehen sind, die mit der zweiten Hochspannungsquelle 36 verbunden sind. Die zweite Hochspannungsquelle 36 und die Steuereinheit 30 sind dabei so eingerichtet, dass sich die einzelnen Außenelektroden 32a, 32b und 32c getrennt voneinander mit Hochspannung beschlagen lassen.
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Auf diese Weise kann die Steuereinheit 30 durch entsprechende Ansteuerung der zweiten Hochspannungsquelle 36 jeweils bestimmte der Außenelektroden 32a, 32b oder 32c ansteuern, um eine Außenaufladung zu erzeugen, welche eine asymmetrische Form für den Sprühkegel 18 erzeugt.
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3 zeigt ein elektrostatisches Beschichtungssystem 10, welches sich von dem Ausführungsbeispiel nach 2 dadurch unterscheidet, dass die einzelnen Außenelektroden 32a, 32b und 32c des Zerstäubers 11 jeweils über ein Rastgelenk 33 mit dem vorderen Ende des Zerstäubers 11 verbunden sind.
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Wie durch die bogenförmigen Pfeile angedeutet, erlaubt dies, die Außenelektroden 32a, 32b und 32c in unterschiedliche Positionen zu bringen. Beispielsweise kann man die Außenelektroden 32a, 32b und 32c über nicht gezeigte Aktuatoren oder durch externe Betätigung an das vordere Ende des Zerstäubers 11 anklappen oder von diesem abspreizen. Dadurch kann man beispielsweise für die Lackierung des Innenraumes einer Fahrzeugkarosserie die Hochspannung an den Außenelektroden 32a, 32b und 32c ausschalten und durch Anklappen derselben die Außenabmessungen des Zerstäubers 11 verringern. Unabhängig von den anklappbaren Außenelektroden 32a, 32b und 32c unterscheidet sich das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel auch in der Ausgestaltung der Hochspannungsquelle 36 für die Außenelektroden 32a, 32b und 32c und deren Ansteuerung über die Steuereinheit 30.
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Zur 2 ist denkbar, dass die dortige Hochspannungsquelle 36 am Ausgang eine Art Multiplex-Schalter aufweist, der die jeweiligen Ausgängen für die elektrischen Zuleitungen 34a, 34b und 34c an- oder ausschaltet, um unterschiedliche Außenelektroden 32a, 32b und 32c zu aktivieren. Dieser Multiplex-Schalter kann dann über die Steuerleitung zwischen Steuereinheit 30 und der Hochspannungsquelle 36 angesteuert werden.
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Im Gegensatz dazu zeigt 3 eine Abwandlung mit mehreren Hochspannungsquellen 36 für die jeweiligen Zuleitungen 34a, 34b und 34c. Dadurch ist es möglich, die einzelnen Außenelektroden 34a, 34b und 34c sogar mit unterschiedlich hohen Hochspannungen zu beaufschlagen.
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Selbstverständlich können die beiden Konzepte auch kombiniert werden. Zudem können einzelne Außenelektroden 34a, 34b und 34c auch in Gruppen zusammengefasst über jeweils eine gemeinsame Zuleitungen 34a, 34b und 34c gespeist werden.
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4 zeigt ein elektrostatisches Beschichtungssystem 10, welches sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen dadurch unterscheidet, dass für die Innenelektrode 24 und den Kranz von Außenelektroden 32a, 32b und 32c nur eine gemeinsame erste Hochspannungsquelle 28 vorgesehen ist indem die beiden elektrischen Zuleitungen 26 und 34, vorzugsweise innerhalb des Zerstäuberkopfes, miteinander verbunden sind. Dadurch können die Innenaufladung und die Außenaufladung nur gemeinsam ein- und ausgeschaltet werden.
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Eine weitere nicht dargestellte Abwandlung der Erfindung umfasst einen Zerstäuber, der zusätzlich zur oben beschriebenen Lackleitung 12 noch eine weitere Lackleitung aufweist, die wahlweise mit oder ohne Innenelektrode ausgestattet ist. Auf diese Weise können unterschiedliche Lacksorten noch einfacher sowohl mit Innenaufladung als auch Außenaufladung verwendet werden.