СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО РАСПЫЛЕНИЯ
SYSTEM OF ELECTROSTATIC SPRAYING

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится в целом к системе электростатического распыления и, более конкретно, к системе электростатического переноса заряда на струю, распыляемую из аэрозольного баллона.
Системы нанесения покрытий распыляемым аэрозолем могут иметь низкую эффективность переноса, например, большая доля распыляемого покрывающего материала в действительности не покрывает целевой объект. Например, когда на металлическую ограду наносится покрытие из аэрозольного баллона с аэрозольной распыляемой краской, лишь малая часть этой краски может покрывать целевую ограду, и, следовательно, большая часть краски тратится впустую. Кроме того, системы с распыляемым аэрозолем могут также наносить неравномерные покрытия на целевой объект, что приводит к нежелательному результату.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В некоторых вариантах осуществления система включает в себя распыляющее устройство, которое включает в себя раму, имеющую приемное гнездо, выполненное с возможностью приема автономного аэрозольного баллона. Распыляющее устройство также включает в себя спусковой механизм, расположенный внутри рамы и выполненный с возможностью избирательного выпуска струи текучей среды из распыляющего сопла автономного аэрозольного баллона. Распыляющее устройство дополнительно включает в себя первый проводящий элемент, выполненный с возможностью контактировать с автономным аэрозольным баллоном, и первый электрический проводник, продолжающийся между первым проводящим элементом и грунтовым заземлением, так что первый электрический потенциал автономного аэрозольного баллона по существу равен второму электрическому потенциалу грунтового заземления, пока автономный аэрозольный баллон находится в контакте с первым проводящим элементом. Распыляющее устройство также включает в себя электрод зарядки коронным разрядом, расположенный рядом с распыляющим соплом автономного аэрозольного баллона. Электрод зарядки коронным разрядом выполнен с возможностью испускания потока ионов по направлению к автономному аэрозольному баллону таким образом, чтобы струя текучей среды из распыляющего сопла проходила через этот поток ионов и становилась электрически заряженной.
Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными по прочтении нижеизложенного подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых подобные позиции означают подобные части на всех чертежах, на которых:
ФИГ.1 - блок-схема, представляющая примерную систему нанесения покрытий распылением, согласно некоторым вариантам осуществления настоящей технологии.
ФИГ.2 - вид в перспективе примерного распыляющего устройства, которое может быть использовано в системе нанесения покрытий распылением, изображенной на фиг.1, согласно некоторым вариантам осуществления настоящей технологии.
ФИГ.3 - вид сбоку распыляющего устройства, изображенного на фиг.2, со снятой боковой панелью для показа спускового механизма согласно некоторым вариантам осуществления настоящей технологии.
ФИГ.4 - вид сбоку распыляющего устройства, изображенного на фиг.3, в котором спусковой механизм поворачивается, чтобы выпустить струю жидкости из автономного аэрозольного баллона, согласно некоторым вариантам осуществления настоящей технологии.
ФИГ.5 - вид в разрезе распыляющего устройства по линии 5-5 на фиг.2, иллюстрирующий электрический контакт между распыляющим устройством и автономным аэрозольным баллоном согласно некоторым вариантам осуществления настоящей технологии.
ФИГ.6 - вид в перспективе распыляющего устройства, изображенного на фиг.3, со снятым с корпуса распыляющего устройства кожухом аэрозольного баллона, согласно некоторым вариантам осуществления настоящей технологии.
ФИГ.7 - примерная схема электрических соединений распыляющего устройства согласно некоторым вариантам осуществления настоящей технологии.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один или более характерных вариантов осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже. В стремлении представить краткое описание этих вариантов осуществления все признаки реальной реализации могут не быть указаны в данном описании. Следует понимать, что при разработке любой такой реальной реализации, как в любом инженерном или конструкторском проекте, многочисленные специфичные для реализации решения должны быть приняты для достижения конкретных целей разработчиков, таких как соблюдение системных и бизнес ограничений, которые могут различаться в одной реализации, по сравнению с другой. Более того, следует понимать, что такая проектно-конструкторская разработка может быть сложной и занимающей много времени, однако должна тем не менее быть процедурой, включающей в себя проектирование, изготовление и производство для специалистов в данной области техники, извлекающих пользу из данного описания изобретения.
При представлении элементов различных вариантов осуществления настоящего изобретения употребление единственного и множественного числа, и слово "упомянутый" указывает на наличие одного или более таких элементов. Термины "содержащий", "включающий в себя" и "имеющий" употребляются в открытом смысле и означают, что здесь могут присутствовать дополнительные элементы, отличающиеся от перечисленных элементов. Любые примеры рабочих параметров и/или условий окружающей среды не являются исключающими другие параметры/условия описываемых вариантов осуществления.
Варианты осуществления настоящего описываемого изобретения могут повышать эффективность переноса текучей среды, распыляемой из автономного аэрозольного баллона, путем электростатической зарядки струи текучей среды. В некоторых вариантах осуществления настоящее устройство включает в себя раму, имеющую приемное гнездо, выполненное с возможностью приема автономного аэрозольного баллона. Распыляющее устройство также включает в себя спусковой механизм, расположенный внутри рамы и выполненный с возможностью избирательного выпуска струи текучей среды из распыляющего сопла автономного аэрозольного баллона. Распыляющее устройство дополнительно включает в себя первый проводящий элемент, выполненный с возможностью контактировать с аэрозольным баллоном, и первый электрический проводник, продолжающийся между первым проводящим элементом и грунтовым заземлением, так что первый электрический потенциал автономного аэрозольного баллона по существу равен второму электрическому потенциалу грунтового заземления пока автономный аэрозольный баллон находится в контакте с первым проводящим элементом. Распыляющее устройство также включает в себя электрод зарядки коронным разрядом, расположенный вблизи от распыляющего сопла автономного аэрозольного баллона. Электрод зарядки коронным разрядом выполнен с возможностью испускания потока ионов по направлению к автономному аэрозольному баллону таким образом, чтобы струя текучей среды из распыляющего сопла проходила через этот поток ионов и становилась электростатически заряженной. Поскольку автономный аэрозольный баллон электрически подключен к грунтовому заземлению, крутой электрический градиент (то есть большой перепад напряжения на малом расстоянии) может поддерживаться между электродом зарядки коронным разрядом и аэрозольным баллоном, увеличивая тем самым электростатический заряд струи текучей среды и повышая эффективность переноса между текучей средой и целевым объектом. Дополнительно, поскольку в распыляющем устройстве используется электрод зарядки коронным разрядом, этот электрод может быть расположен за пределами пути движения струи текучей среды, тем самым существенно уменьшая или исключая накопление текучей среды на электроде и обеспечивая то, что текучая среда становится достаточно заряженной.
На фиг.1 показана блок-схема, представляющая примерную систему 10 нанесения покрытия распылением, включающую в себя распыляющее устройство 12 для нанесения желаемого покрытия на целевой объект 14. В настоящем варианте осуществления распыляющее устройство 12 включает в себя автономный аэрозольный баллон 16, выполненный с возможностью подачи струи текучей среды 18 по направлению к целевому объекту 14. Должно быть понятно, что автономный аэрозольный баллон 16 может включать в себя жидкость, такую как краска, и сжатый газ или пропеллент. Как показано, аэрозольный баллон 16 также включает в себя распыляющее сопло 20, имеющее клапан, который герметически закрывает жидкость и пропеллент в аэрозольном баллоне 16. Когда на распыляющее сопло 20 нажимают, клапан открывается, обеспечивая тем самым поток жидкости через распыляющее сопло 20. Под действием давления, оказываемого пропеллентом на жидкость, жидкость разбивается на капельки, когда жидкость выходит из распыляющего сопла 20, тем самым образуя аэрозоль или струю текучей среды 18. Когда капельки попадают на целевой объект 14, этот целевой объект покрывается жидкостью. В некоторых вариантах осуществления жидкость является краской, которая образует покрытие на целевом объекте 14, когда краска высыхает.
Иллюстрируемое распыляющее устройство 12 включает в себя спусковой механизм 22, выполненный с возможностью избирательного выпуска струи текучей среды 18 из распыляющего сопла 20 автономного аэрозольного баллона 16. Как подробно обсуждается ниже, спусковой механизм 22 включает в себя приводной рычаг, который нажимает на распыляющее сопло 20, когда приводится в действие спусковой механизм, и тем самым выпускает струю текучей среды 18 по направлению к целевому объекту 14. Кроме того, распыляющее устройство 12 включает в себя устройство непрямой зарядки, такое как показанный электрод 24 зарядки коронным разрядом, выполненный с возможностью электростатической зарядки струи текучей среды 18 из распыляющего сопла 20. Должно быть понятно, что зарядка струи текучей среды 18 сообщает электростатический заряд капелькам текучей среды. Следовательно, эти капельки будут электростатически притягиваться к электрически заземленному объекту, такому как целевой объект 14, тем самым повышая эффективность переноса между текучей средой и целевым объектом 14. В настоящем варианте осуществления электрод 24 зарядки коронным разрядом испускает поток отрицательно заряженных ионов 26, который придает отрицательный заряд струе текучей среды 18, когда она проходит через этот поток. Однако следует понимать, что альтернативные варианты осуществления могут использовать другие устройства непрямой зарядки (например, электромагнитные преобразователи) для наделения электростатическим зарядом капелек текучей среды.
Устройства непрямой зарядки, такие как электрод 24 зарядки коронным разрядом, могут не иметь прямого контакта со струей текучей среды 18. Поскольку устройство непрямой зарядки может располагаться за пределами пути прохождения капелек текучей среды, это устройство может оставаться по существу свободным от накопления на нем текучей среды, обеспечивая тем самым по существу непрерывное приложение заряда к струе текучей среды 18. В отличие от этого в системах прямой электростатической зарядки электрод может располагаться на пути прохождения капелек текучей среды, чтобы электростатически заряжать эти капельки посредством контакта с электродом. Так как электрод располагается на пути прохождения текучей среды, на поверхности электрода во время работы могут образовываться большие капельки. Эти капельки могут периодически срываться и входить в струю текучей среды 18. Когда большие капельки попадают на целевой объект 14, могут образовываться изъяны в наносимом распылением покрытии. Поскольку устройства непрямой зарядки могут не входить в контакт со струей текучей среды 18, возможность образования изъянов в отделочном покрытии, вызываемая образованием больших капелек, может быть существенно уменьшена или исключена.
Кроме того, системы прямой зарядки могут использовать модифицированное распыляющее сопло, чтобы доставить электрический заряд струе текучей среды. Например, сопло автономного аэрозольного баллона может быть заменено соплом, содержащим электрод. Поскольку существуют многие типы аэрозольных баллонов и сопел, такая замена сопла может привести к усложнению и повышению стоимости, связанному с работой распыляющего устройства. В отличие от этого, поскольку устройство непрямой зарядки (например, электрод 24 зарядки коронным разрядом) не контактирует непосредственно со струей текучей среды 18, могут использоваться стандартные аэрозольные баллоны без изменения распыляющего сопла.
Как показано, электрод 24 зарядки коронным разрядом электрически подключен к высоковольтному источнику 28 питания, который подает сигнал высокого напряжения на электрод 24. Например, в некоторых вариантах осуществления высоковольтный источник 28 питания может подавать напряжение приблизительно более чем 5 кВ, 7,5 кВ, 9 кВ, 10,5 кВ, 15 кВ, 20 кВ, 25 кВ, 30 кВ, 35 кВ или даже более на электрод 24 зарядки коронным разрядом. Когда подается сигнал высокого напряжения, относительно малого электрического тока может быть достаточно для придания желаемого заряда капелькам текучей среды. Например, в некоторых вариантах осуществления высоковольтный источник 28 питания может быть выполнен с возможностью обеспечения на выходе менее чем приблизительно 100, 80, 60, 50, 40, 30 или даже менее микроампер. Как показано, положительная клемма батареи 30 электропитания (далее - батарея) электрически подключена к положительной клемме высоковольтного источника 28 питания. Основываясь на требуемой выходной мощности высоковольтного источника 28 питания, для подачи электрического напряжения на высоковольтный источник 28 питания может быть использована имеющаяся в свободной продаже батарея (например, 9 В, 12 В, и т.д.). Альтернативно, в некоторых вариантах осуществления может использоваться стандартная или специализированная перезаряжаемая аккумуляторная батарея.
В настоящем варианте осуществления отрицательная клемма батареи 30 электрически подключена к грунтовому заземлению 32. Следует понимать, что грунтовое заземление не является заземлением на корпус или плавающим заземлением, а является прямым или косвенным соединением с землей. Следовательно, потенциал грунтового заземления 32 будет по существу равен потенциалу земли. Например, подходящим грунтовым заземлением 32 может быть заземление, созданное вбиванием проводящего колышка в почву. В такой конфигурации электрический заряд, текущий в колышек, будет рассеиваться через почву. Альтернативно, грунтовое заземление 32 может включать в себя электрическое соединение с токопроводящей водопроводной трубой или магистралью, имеющей подземный участок. Подземный участок токопроводящей трубы служит для рассеяния электрического заряда в почву подобно описанному выше колышку. Грунтовое заземление 32 может также включать в себя электрическое соединение с заземлением здания (например, с заземляющим контактом электрической розетки).
Как показано, электрический проводник 34 продолжается между целевым объектом 14 и грунтовым заземлением 32. Следовательно, потенциал целевого объекта 14 будет по существу равен потенциалу грунтового заземления 32. В результате, разность потенциалов или напряжение между электростатически заряженными капельками текучей среды и целевым объектом 14 может быть больше, чем в конфигурациях, в которых целевой объект 14 подключен к заземлению на корпус распыляющего устройства 12. Например, если потенциал корпуса распыляющего устройства 12 больше потенциала земли, разность потенциалов между заряженными капельками текучей среды и целевым объектом 14 будет уменьшена. Поскольку в настоящем варианте осуществления целевой объект 14 электрически подключен к грунтовому заземлению 32, эффективность переноса текучей среды 18 может быть повышена вследствие увеличенной разности потенциалов.
Кроме того, автономный аэрозольный баллон 16 электрически подключен к грунтовому заземлению 32. Как показано, аэрозольный баллон 16 включает в себя корпус 36 и горлышко 38. Должно быть понятно, что корпус 36 и горлышко 38 могут быть выполнены из проводящего материала, такого как алюминий или сталь. Однако некоторые аэрозольные баллоны 16 включают в себя прокладку между корпусом 36 и горлышком 38, выполненную из электроизолирующего материала (например, пластмассы). Следовательно, горлышко 38 может быть электрически изолировано от корпуса 36. Поэтому для того чтобы обеспечить заземление всего автономного аэрозольного баллона 16, корпус 36 и горлышко 38 могут быть независимо электрически подключены к грунтовому заземлению 32. В настоящем варианте осуществления электрический проводник 40 продолжается между корпусом 36 аэрозольного баллона 16 и грунтовым заземлением 32, и электрический проводник 42 продолжается между горлышком 38 и грунтовым заземлением 32. В результате такой конфигурации каждый участок аэрозольного баллона 16 электрически подключен к грунтовому заземлению 32.
Электрическое подключение горлышка 38 автономного аэрозольного баллона 16 к грунтовому заземлению 32 может обеспечить большую разность потенциалов или напряжение между электродом 24 зарядки коронным разрядом и горлышком 38 по сравнению с вариантами осуществления, в которых горлышко 38 соединено с заземлением на корпус распыляющего устройства 12. Как обсуждалось выше, если потенциал корпуса распыляющего устройства 12 выше потенциала земли, то разность потенциалов между электродом 24 зарядки коронным разрядом и горлышком 38 аэрозольного баллона 16 будет уменьшена. Кроме того, корпус распыляющего устройства 12 может быть не способен полностью рассеивать заряд, наводимый потоком ионов от электрода 24 зарядки коронным разрядом. В результате, разность потенциалов между электродом 24 и горлышком 38 может уменьшаться со временем, тем самым дополнительно уменьшая разность потенциалов или напряжение, прилагаемое к струе текучей среды 18. В отличие от этого, поскольку в настоящем варианте осуществления горлышко 38 подключено к грунтовому заземлению 32, крутой электрический градиент (например, большой перепад напряжений на малом расстоянии) может поддерживаться между электродом 24 зарядки коронным разрядом и аэрозольным баллоном 16, увеличивая тем самым электрический заряд на капельках текучей среды и повышая эффективность переноса с целевым объектом 14.
Как обсуждалось выше, корпус 36 автономного аэрозольного баллона 16 также заземлен на грунтовое заземление 32. Во время работы распыляющего устройства 12 электростатически заряженные капельки текучей среды могут контактировать с корпусом 36 аэрозольного баллона 16. Поскольку корпус 36 заземлен, заряд, наводимый капельками текучей среды, будет передаваться на грунтовое заземление 32 и рассеиваться. В результате, потенциал аэрозольного баллона 16 может оставаться по существу равным потенциалу грунтового заземления 32, тем самым существенно уменьшая или исключая возможность образования напряжения между корпусом 36 аэрозольного баллона 16 и объектом с потенциалом земли.
Как показано, второй электрический проводник 44 подключен к горлышку 38 аэрозольного баллона 16. Электрический проводник 44 продолжается между горлышком 38 и отрицательной клеммой высоковольтного источника 28 питания. Должно быть понятно, что высоковольтный источник 28 питания не будет активизирован до тех пор, пока не будет обеспечено электрическое соединение его как положительной, так и отрицательной клемм с батареей 30. В настоящем варианте осуществления электрическое соединение отрицательной клеммы с батареей 30 включает в себя электрический проводник 44, горлышко 38 автономного аэрозольного баллона 16 и электрический проводник 42. В результате, электрическое соединение между отрицательными клеммами высоковольтного источника 28 питания и батареи 30 будет прервано, если аэрозольный баллон 16 будет удален из распыляющего устройства 12. Следовательно, высоковольтный источник 28 питания не будет активизирован, если аэрозольный баллон 16 не находится внутри распыляющего устройства 12 и электрические проводники 42 и 44 не находятся в контакте с горлышком 38 аэрозольного баллона 16. Такая конфигурация существенно уменьшает или исключает возможность случайного контакта с находящейся под напряжением цепью во время вставления или удаления автономного аэрозольного баллона 16.
В настоящем варианте осуществления электрический проводник 44 включает в себя выключатель 46, выполненный с возможностью избирательной активизации электрода 24 зарядки коронным разрядом. Подобно описанной выше сборке с наличием баллона, выключатель 46 будет блокировать протекание тока к высоковольтному источнику 28 питания, пока он будет находиться в показанном на фигуре разомкнутом положении, и обеспечивать протекание тока к высоковольтному источнику 28 питания, находясь в замкнутом положении. Следует понимать, что в альтернативных вариантах осуществления выключатель 46 может быть расположен между положительной клеммой батареи 30 и положительной клеммой высоковольтного источника 28 питания. В настоящем варианте осуществления выключатель 46 располагается рядом со спусковым механизмом 22 таким образом, что при нажатии на спусковой механизм выключатель 46 замыкается. При этом струя текучей среды 18 выпускается практически одновременно с активацией электрода 24 зарядки коронным разрядом.
Распыляющее устройство 12 также включает в себя контактную площадку 48, подключенную к грунтовому заземлению 32. Как подробно описано ниже, контактная площадка может прикрепляться к рукоятке распыляющего устройства 12 таким образом, что рука оператора соприкасается с контактной площадкой 48, когда охватывает распыляющее устройство 12. Поскольку контактная площадка электрически подключена к грунтовому заземлению 32, потенциал оператора будет по существу равен потенциалу земли, пока оператор охватывает распыляющее устройство 12. Такая конфигурация существенно уменьшает или исключает возможность образования разности потенциалов между оператором и компонентами распыляющего устройства 12.
На фиг.2 показан вид в перспективе примерного распыляющего устройства, которое может быть использовано в системе 10 нанесения покрытия распылением, изображенной на фиг.1. Как показано, распыляющее устройство 12 включает в себя раму 50 и кожух 52 сменного аэрозольного баллона. Как обсуждается подробно ниже, кожух 52 аэрозольного баллона выполнен с возможностью охвата и правильного расположения автономного аэрозольного баллона 16 внутри распыляющего устройства 12. Для того чтобы подсоединить аэрозольный баллон 16 к распыляющему устройству 12, кожух 52 аэрозольного баллона может быть отсоединен от рамы 50, аэрозольный баллон 16 может быть вставлен в кожух 52, и кожух 52 может быть подсоединен к раме 50. После того как аэрозольный баллон 16 будет подсоединен к распыляющему устройству 12, струя текучей среды 18, выпускаемая из сопла 20, может направляться через отверстие 54 в раме 50. Например, оператор может нажать на спусковой крючок 56, заставляя тем самым спусковой механизм 22 активизировать сопло 20 автономного аэрозольного баллона 16. Как обсуждалось выше, спусковой механизм 22 может быть подключен к выключателю 46 электростатической активизации таким образом, что нажатие на спусковой крючок 56 активизирует электрод 24 зарядки коронным разрядом. Таким образом, нажатие на спусковой крючок 56 приводит к выпусканию струи электростатически заряженной текучей среды 18 из отверстия 54 в направлении целевого объекта 14.
Распыляющее устройство 12 также включает в себя модуль 58 электропитания, подключенный к участку 59 рукоятки рамы 50. В некоторых вариантах осуществления модуль 58 электропитания содержит батарею 30 и высоковольтный источник 28 питания. Модуль 58 электропитания может быть съемным, так что батарея 30 может заменяться. Участок 59 рукоятки также включает в себя контактную площадку 48, выполненную с возможностью контактировать с рукой оператора во время работы распыляющего устройства 12. Поскольку контактная площадка 48 расположена на участке 59 рукоятки, оператор будет контактировать с контактной площадкой 48, охватывая рукоятку 59. Следовательно, оператор будет электрически соединен с грунтовым заземлением 32, что существенно уменьшает или исключает возможность образования разности потенциалов между оператором и участком распыляющего устройства 12.
Как обсуждалось выше, целевой объект 14 может быть подключен к грунтовому заземлению 32 электрическим проводником 34. В иллюстрируемом варианте осуществления электрический проводник 34 продолжается от распыляющего устройства 12 к первому пружинному зажиму 60 и от первого пружинного зажима 60 ко второму пружинному зажиму 62 через электрический проводник 64. Первый пружинный зажим 60 может быть подключен к целевому объекту 14, а второй пружинный зажим 62 может быть подключен к грунтовому заземлению 32. Как обсуждалось выше, грунтовое заземление 32 может включать в себя электрическое подключение к заземлению здания, к водопроводной трубе и/или к проводящему колышку, расположенному в почве. Соединение между групповым заземлением 32 и целевым объектом 14 через проводник 64 может обеспечивать, что потенциал целевого объекта 14 будет по существу равен потенциалу земли. Кроме того, проводник 34 может быть электрически подключен к контактной площадке 48, горлышку 38 аэрозольного баллона 16, корпусу 36 аэрозольного баллона 16 и к отрицательной клемме батареи 30 через электрические проводники, расположенные внутри распыляющего устройства 12.
На фиг.3 показан вид сбоку распыляющего устройства 12, изображенного на фиг.2, со снятой боковой панелью, чтобы показать спусковой механизм 22. Фиг.3 также включает в себя вид в разрезе кожуха 52 аэрозольного баллона, показывающий автономный аэрозольный баллон 16. Как показано, пружина 66 продолжается между донной поверхностью 68 кожуха 52 аэрозольного баллона и донной поверхностью 70 аэрозольного баллона 16. Пружина 66 надавливает на аэрозольный баллон 16 в направлении 72 вверх, так что верхний участок 74 аэрозольного баллона 16 контактирует со стопорным кольцом 76 рамы 50 распыляющего устройства. Когда верхний участок 74 аэрозольного баллона 16 находится в контакте со стопорным кольцом 76, распыляющее сопло 20 может располагаться в правильном положении для его приведения в действие спусковым механизмом 22. Сила, создаваемая пружиной 66 в направлении 72 вверх, служит для удержания аэрозольного баллона 16 в показанном положении во время работы распыляющего устройства 12.
Должно быть понятно, что длина 75 между верхней поверхностью 74 и донной поверхностью 70 может меняться для разных аэрозольных баллонов 16. Например, разные производители могут изготавливать аэрозольные баллоны 16, имеющие разные длины 75. Следовательно, длина 77 кожуха 52 аэрозольного баллона может выбираться индивидуально, чтобы подходить к разным длинам 75 аэрозольных баллонов. Кроме того, пружина 66 может расширяться или сжиматься, исходя из длины 75 аэрозольного баллона 16, обеспечивая при этом надавливание вверх для поддержания контакта между верхней поверхностью 74 аэрозольного баллона 16 и стопорным кольцом 76. При этом распыляющее сопло 20 может располагаться надлежащим образом для обеспечения работы распыляющего устройства, несмотря на изменение длины 75 для аэрозольных баллонов 16.
Как обсуждалось выше, спусковой механизм 22 может приводить в действие распыляющее сопло 20 автономного аэрозольного баллона 16 для выпускания струи текучей среды 18 из сопла 20. В настоящем варианте осуществления спусковой механизм 22 включает в себя спусковой крючок 56, шарнир 78 и приводной рычаг 80. Как показано, шарнир 78 шарнирно подсоединен к раме 50, так что спусковой механизм может поворачиваться относительно шарнира 78. Спусковой механизм 22 также включает в себя смещающий элемент 81 в контакте с выступом 83 рамы 50. Для того чтобы выпустить струю текучей среды 18, можно нажать на спусковой крючок 56 в направлении 82, заставляя тем самым спусковой механизм 22 поворачиваться вокруг шарнира 78 в направлении 84. Когда спусковой механизм 22 поворачивается, контакт между смещающим элементом 81 и выступом 83 заставляет смещающий элемент 81 изгибаться, обеспечивая тем самым сопротивление повороту. Кроме того, поворот спускового механизма 22 приводит к тому, что контактная поверхность 86 дистального конца приводного рычага 80 перемещается в направлении 88. Поскольку контактная поверхность 86 расположена вблизи от распыляющего сопла 20, перемещение контактной поверхности 86 в направлении 88 перемещает распыляющее сопло 20 по направлению к горлышку 38 аэрозольного баллона 16, вызывая тем самым выпускание струи текучей среды 18.
В настоящей конфигурации спусковой механизм 22 выполнен с возможностью активизации электрода 24 зарядки коронным разрядом по существу одновременно с выпусканием струи текучей среды 18. Точнее говоря, спусковой крючок 56 включает в себя задний участок 90, расположенный рядом с выключателем 46 электростатической активизации. При нажатии на спусковой крючок 56 в направлении 82, задний участок 90 спускового крючка 56 входит в контакт с подпружиненным выступом 92 и сдвигает выступ 92 в направлении 94, замыкая тем самым выключатель. Как обсуждалось выше, замыкание выключателя 46 обеспечивает электрическое соединение между батареей 30 и высоковольтным источником 28 питания, тем самым активизируя электрод 24 зарядки коронным разрядом. Следовательно, нажатие на спусковой крючок 56 создает струю электростатически заряженных капелек текучей среды из отверстия 54 в раме 50 распыляющего устройства 12. Должно быть понятно, что альтернативные варианты осуществления могут включать в себя выключатель 46, расположенный вблизи от других зон (например, приводного рычага 80, шарнира 78, и т.п.) спускового механизма 22 таким образом, чтобы нажатие на спусковой крючок 56 переводило выключатель 46 в замкнутое положение. В других вариантах осуществления выключатель 46 может приводиться в действие независимо от спускового крючка 56, так что оператор может вызывать струю текучей среды 18 без активации системы электростатической зарядки.
Как показано, трубка 96 продолжается между высоковольтным источником 28 питания и электродом 24 зарядки коронным разрядом. Трубка 96 окружает электрический проводник, через который питает электрод 24. Должно быть понятно, что электрические проводники, передающие высоковольтный сигнал, могут создавать помехи для окружающих электронных устройств и/или наводить заряд на соседние проводники или схемы. В связи с этим трубка 96 выполнена с возможностью экранирования окружающих устройств, проводников или схем от высоковольтного сигнала, проходящего через проводник, питающий электрод зарядки коронным разрядом. Настоящий вариант осуществления также включает в себя индикатор, такой как показанный светодиод (LED) 98, который обеспечивает визуальную индикацию рабочего состояния системы электростатической зарядки. Как подробно обсуждается ниже, LED 98 электрически подключен к батарее 30 и выполнен с возможностью светить при активизации электрода 24 зарядки коронным разрядом. Следовательно, оператор может легко определить, заряжается ли электростатически струя текучей среды 18 распыляющим устройством 12.
На фиг.4 показан вид сбоку распыляющего устройства 12, изображенного на фиг.3, в котором спусковой механизм 22 поворачивается, чтобы выпустить струю текучей среды 18 из автономного аэрозольного баллона 16. Как показано, перемещение спускового крючка 56 в направлении 82 заставляет спусковой механизм 22 поворачиваться вокруг шарнира 78 в направлении 84, вызывая тем самым изгибание смещающего элемента 81. Кроме того, контакт между контактной поверхностью 86 приводного рычага 80 и распыляющим соплом 20 перемещает сопло 20 в направлении 88 из положения, показанного на фиг.3, вызывая тем самым струю текучей среды 18. Как обсуждалось ранее, размер и форма отверстия 54 подбираются индивидуально с целью приспособления струи текучей среды 18 к тому, чтобы по существу все капельки текучей среды проходили через отверстие 54.
Кроме того, перемещение спускового крючка 56 в направлении 82 смещает выступ 92 выключателя 46 в направлении 94, приводя тем самым к замыканию выключателя 46 и активизации электрода 24 зарядки коронным разрядом. Как показано, электрод 24 зарядки коронным разрядом расположен на расстоянии 100 от горлышка 38 аэрозольного баллона 16. В настоящем варианте осуществления расстояние 100 составляет около 0,5 дюйма (12,7 мм). Однако должно быть понятно, что в альтернативных вариантах осуществления электрод 24 может располагаться ближе или дальше от горлышка 38. Например, расстояние 100 может быть больше или меньше чем приблизительно 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9 дюйма или 1 дюйм (2,54, 5,08, 7,62, 10,16, 12,7, 15,24, 17,78, 20,32, 22,86 или 25,4 мм) в других вариантах осуществления. Как обсуждалось ранее, горлышко 38 аэрозольного баллона 16 электрически подключено к грунтовому заземлению 32. Поэтому, когда электрод 24 зарядки коронным разрядом активизируется, образуется большая разность потенциалов или напряжение (например, 10,5 кВ) между электродом 24 и горлышком 38, приводя тем самым к генерации потока отрицательно заряженных ионов 26. Когда струя текучей среды 18 проходит через поток 26 ионов, капельки текучей среды становятся электростатически заряженными. Из-за большой разности потенциалов между электродом 24 и горлышком 38 (например, 10,5 кВ) и короткого разделяющего их пространства может образоваться крутой градиент потенциала. Как должно быть понятно, крутой градиент потенциала может способствовать сообщению электрического заряда капелькам текучей среды более эффективно, чем в вариантах осуществления, которые используют большее разделяющее расстояние и/или не заземляют горлышко 38 аэрозольного баллона 16 на грунтовое заземление 32. В результате увеличенного электрического заряда эффективность переноса струи текучей среды 18 может быть повышена, увеличивая тем самым охват целевого объекта 14 текучей средой.
В настоящем варианте осуществления электрод 24 зарядки коронным разрядом включает в себя острый наконечник, выполненный с возможностью концентрации потока электронов для возбуждения формирования потока 26 ионов. Как должно быть понятно, размер и/или форма наконечника могут подбираться индивидуально для обеспечения желаемых свойств потока 26 ионов. Хотя в данном случае электрод 24 зарядки коронным разрядом выполнен из латуни, должно быть понятно, что в альтернативных вариантах осуществления могут быть использованы другие подходящие материалы. Кроме того, поскольку электрод 24 зарядки коронным разрядом не находится на пути потока капелек текучей среды, электрод 24 может оставаться по существу свободным от накопления на нем текучей среды, что позволяет прилагать по существу постоянный заряд к струе текучей среды 18. Хотя поток 26 ионов показан штрихпунктирной линией на фиг.4, следует понимать, что поток 26 ионов может быть невидимым и/или может не создавать видимых явлений при действительной реализации.
Как обсуждалось выше, распыляющее устройство 12 включает в себя контактную площадку 48, расположенную на участке 59 рукоятки и выполненную с возможностью контактировать с рукой оператора во время работы распыляющего устройства 12. Например, когда оператор охватывает рукоятку 59 и нажимает на спусковой крючок 56, ладонь оператора может контактировать с площадкой 48. Поскольку контактная площадка 48 электрически подключена к грунтовому заземлению 32, потенциал оператора будет по существу равен потенциалу земли, пока оператор сжимает в руке распыляющее устройство 12. Такая конфигурация существенно уменьшает или исключает возможность образования разности потенциалов между оператором и компонентами распыляющего устройства 12.
Для того чтобы прервать струю текучей среды 18 и отключить электрод 24 зарядки коронным разрядом, оператор может отпустить спусковой крючок 56. Контакт между смещающим элементом 81 и выступом 83 будет затем побуждать спусковой механизм 22 поворачиваться в направлении 102, тем самым перемещая спусковой крючок 56 в направлении 104 и приводной рычаг в направлении 106. Когда приводной рычаг 80 перемещается в направлении 106, контактная поверхность 86 будет отходить от распыляющего сопла 20, тем самым прерывая струю текучей среды 18. Кроме того, перемещение спускового крючка 56 в направлении 104 будет устранять контакт между задним участком 90 спускового крючка 56 и выступом 92. В результате выключатель 46 перейдет в разомкнутое положение, деактивируя тем самым систему электростатической зарядки.
На фиг.5 показан вид в разрез распыляющего устройства 12 по линии 5-5 на фиг.2, иллюстрирующий электрический контакт между распыляющим устройством 12 и автономным аэрозольным баллоном 16. Как обсуждалось выше, и горлышко 38, и корпус 36 автономного аэрозольного баллона 16 электрически подключены к грунтовому заземлению 32. Говоря точнее, электрический проводник 40 продолжается между корпусом 36 аэрозольного баллона 16 и грунтовым заземлением 32, и электрический проводник 42 продолжается межу горлышком 38 и грунтовым заземлением 32. Как показано, первый проводящий элемент, такой как показанный лепесток 108, контактирует с горлышком 38, а второй проводящий элемент, такой как показанный лепесток 110, контактирует с корпусом 36. В настоящем варианте осуществления проводящие лепестки 108 и 110 являются гибкими и смещаются в сторону аэрозольного баллона 16. Следовательно, когда автономный аэрозольный баллон 16 вставляется в раму 50 распыляющего устройства 12, первый лепесток 108 контактирует с горлышком 38, а второй лепесток 110 контактирует с корпусом 36, тем самым обеспечивая электрическое соединение между аэрозольным баллоном 16 и проводниками 40 и 42.
В настоящем варианте осуществления первый проводящий лепесток 108 и второй проводящий лепесток 110 прикреплены к контактному столбику 112 внутри рамы 50 крепежным элементом 114. В результате, первый лепесток 108 находится в электрическом контакте со вторым лепестком 110. Поэтому единственный проводник 42 может электрически подключать оба лепестка 108 и 110 к грунтовому заземлению 32. Такая конфигурация может быть менее дорогой при изготовлении, чем вариант, использующий отдельные проводники для каждого из лепестков 108 и 110.
Как обсуждалось выше, электрическое соединение горлышка 38 автономного аэрозольного баллона 16 с грунтовым заземлением 32 может создать большую разность потенциалов или напряжение между электродом 24 зарядки коронным разрядом и горлышком 38 по сравнению с вариантами осуществления, в которых горлышко 38 подключается к заземлению на корпус распыляющего устройства 12. Следовательно, более высокий электрический заряд может быть приложен к капелькам текучей среды, повышая тем самым эффективность переноса с целевым объектом 14. Кроме того, поскольку корпус 36 заземлен, заряд, наводимый капельками текучей среды, вступающими в контакт с корпусом 36, будет передаваться на грунтовое заземление и рассеиваться. В результате, потенциал аэрозольного баллона 16 может оставаться по существу равным потенциалу грунтового заземления 32, тем самым существенно уменьшая или устраняя возможность образования напряжения между корпусом 36 аэрозольного баллона 16 и объектом с потенциалом земли.
Как обсуждалось выше, высоковольтный источник 28 питания не будет активироваться, если аэрозольный баллон 16 не находится внутри распыляющего устройства 12 и электрические проводники 42 и 44 не находятся в контакте с горлышком 38 аэрозольного баллона 16. Такая конфигурация существенно уменьшает или исключает возможность случайного контакта с находящейся под напряжением цепью во время вставления или удаления автономного аэрозольного баллона 16. Для того чтобы обеспечить контакт между проводником 44 и горлышком 38, распыляющее устройство 12 включает в себя третий проводящий элемент, такой как показанный проводящий лепесток 116, расположенный на противоположной от лепестков 108 и 110 стороне автономного аэрозольного баллона 16. Подобно лепесткам 108 и 110 третий проводящий лепесток 116 является гибким и смещается по направлению к аэрозольному баллону 16. Поэтому, когда автономный аэрозольный баллон 16 вставляется в раму 50 распыляющего устройства 12, третий лепесток 116 контактирует с горлышком 38, обеспечивая тем самым электрическое соединение между аэрозольным баллоном 16 и электрическим проводником 44. В настоящем варианте осуществления третий проводящий лепесток 116 прикреплен к контактному столбику 118 внутри рамы 50 крепежным элементом 120. В такой конфигурации горлышко 38 аэрозольного баллона 16 будет контактировать с лепестками 108 и 116, когда аэрозольный баллон 16 правильно вставляется в раму 50, тем самым обеспечивая электрическое соединение между проводниками 42 и 44 и обеспечивая работу системы электростатической зарядки.
На фиг.6 показан вид в перспективе распыляющего устройства 12, изображенного на фиг.3, с отделенным от рамы 50 распыляющего устройства кожухом 52 аэрозольного баллона. Как показано, рама 50 включает в себя приемное гнездо 120, выполненное с возможностью приема автономного аэрозольного баллона 16 и кожуха 52 аэрозольного баллона. В настоящем варианте осуществления приемное гнездо 120 включает в себя отверстие 122, выполненное с возможностью приема выступа 124 кожуха 52. В настоящем варианте осуществления кожух 52 может вставляться в приемное гнездо 120 путем выравнивания выступа 124 с отверстием 122 и перемещения кожуха 52 в направлении 126 вверх. Хотя показано одно отверстие 122, настоящий вариант осуществления включает в себя второе отверстие на противоположной стороне приемного гнезда. Кроме того, кожух 52 аэрозольного баллона включает в себя второй выступ 124 на противоположной стороне кожуха 52. Хотя в настоящем варианте осуществления используются два выступа 124 и отверстия 122, следует понимать, что альтернативные варианты осуществления могут включать в себя больше или меньше выступов 124 и отверстий 122. Например, некоторые варианты осуществления могут включать в себя 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 или более выступов 124 и отверстий 122. Должно быть понятно, что в таких конфигурациях выступы 124 и отверстия 122 будут выровнены радиально, чтобы обеспечить вставление кожуха 52 в приемное гнездо 120.
Когда аэрозольный баллон 16 располагается внутри кожуха 52, верхняя поверхность 74 аэрозольного баллона 16 вступает в контакт со стопорным кольцом 76 до того, как выступ 124 пройдет через отверстие 122. В результате, аэрозольный баллон 16 будет сжимать пружину 66 в процессе вставления кожуха, тем самым оказывая сопротивление перемещению в направлении 126 вверх. Поэтому оператор будет прикладывать усилие в направлении 126 вверх, чтобы преодолеть противодействие пружины. После того как кожух 52 будет вставлен, кожух 52 может поворачиваться в круговом направлении 128 с целью закрепления кожуха 52 в раме 50. В настоящем варианте осуществления рама 50 включает в себя полость 130, выполненную с возможностью приема выступа 124. Поворот кожуха 52 в направлении 128 перемещает выступ 124 через полость 130 до тех пор, пока выступ 124 не упрется в стопор 132. Затем оператор может ослабить усилие в направлении вверх, с тем чтобы пружина 66 отжимала кожух 52 в направлении 134 вниз до тех пор, пока выступ не упрется в нижний ободок 136 приемного гнезда 120. Должно быть понятно, что нижний ободок 136 блокирует перемещение в направлении вниз кожуха 52.
В иллюстрируемом варианте осуществления полость 130 включает в себя буртик 138, выполненный с возможностью блокирования поворота кожуха 52 в круговом направлении 140. Таким способом полость 130 блокирует вращение в каждом из круговых направлений 128 и 140 и блокирования перемещения кожуха 52 в направлении 134 вниз. В альтернативных вариантах осуществления нижний ободок 136 может повышаться до уровня буртика 138, так чтобы трение между выступом 124 и нижним ободком 136 блокировало поворот кожуха 52 в направлении 140. Для того чтобы удалить кожух 52 из рамы 50, оператор может приложить усилие в направлении 126 вверх против прижимного действия пружины. Усилие в направлении вверх заставляет выступ 124 перемещаться в направлении 126 вверх в положение, не находящееся рядом с буртиком 138. В результате, кожух 52 может поворачиваться в круговом направлении 140 до тех пор, пока выступ 124 не выровняется относительно отверстия 122. После этого оператор может удалить кожух 52 из рамы 50. Такая конфигурация может способствовать быстрому вставлению и удалению аэрозольных баллонов 16.
На фиг.7 представлена примерная схема электрических соединений распыляющего устройства 12. Как показано, индикаторная схема 142 электрически подключена к выключателю 46 и положительной клемме батареи 30. Индикаторная схема 42 выполнена с возможностью как индикации работы системы электростатической зарядки, так и блокировки работы системы зарядки, если напряжение батареи упадет ниже требуемого уровня. В настоящем варианте осуществления индикаторная схема 142 включает в себя светодиод (LED) 98, резистор 144 и зенеровский диод (стабилитрон) 146. В такой конфигурации LED 98 будет светиться, когда система электростатической зарядки находится в рабочем состоянии. Точнее говоря, когда горлышко 38 автономного аэрозольного баллона 16 располагается между проводниками 42 и 44, и выключатель 46 находится в замкнутом положении, устанавливается электрическое соединение между отрицательной клеммой батареи 30 и первой стороной LED 98. Вторая сторона LED 98 электрически подключается к положительной клемме батареи 30 через резистор 144 и стабилитрон 146. Должно быть понятно, что резистор 144 служит для уменьшения напряжения на LED 98 до подходящего для работы LED уровня. В результате такой конфигурации LED 98 будет загораться во время работы системы электростатической зарядки, обеспечивая тем самым индикацию для оператора, что струя текучей среды 18 заряжается.
Стабилитрон 146 служит для того, чтобы прерывать протекание тока к высоковольтному источнику 28 питания и LED 98, если напряжение батареи падает ниже требуемого уровня. Должно быть понятно, что диоды выполнены с возможностью прерывания протекания тока в одном направлении. Однако стабилитроны обеспечивают протекание тока в прерываемом направлении, если напряжение питания выше заданного уровня. Поэтому в настоящем варианте осуществления стабилитрон 146 выполнен с возможностью обеспечения протеканию тока к LED 98 и высоковольтному источнику 28 питания, если напряжение батареи выше установленного уровня. Например, в некоторых вариантах осуществления батарея 30 может быть имеющейся в свободной продаже батареей с напряжением 9 В. В такой конфигурации высоковольтный источник 28 питания будет выполнен с возможностью повышения входного напряжения 9 В до уровня, подходящего для системы электростатической зарядки струи текучей среды 18 (например, 10,5 кВ). Поэтому стабилитрон 146 может быть выполнен с возможностью прерывания работы системы электростатической зарядки, если напряжение батареи упадет ниже уровня, подходящего для правильной зарядки струи текучей среды 18. Например, стабилитрон диод 146 может быть выполнен с возможностью прерывания протекания тока к высоковольтному источнику 28 питания и LED 98, если напряжение батареи упадет ниже 8,5, 8, 7,5, 7, 6,5, 6 вольт или ниже. Должно быть понятно, что варианты осуществления, использующие батареи с другими величинами напряжения, могут использовать стабилитрон диод 146, имеющий другое напряжение отсечки. В результате такой конфигурации свечение LED 98 указывает оператору на то, что система электростатической зарядки активизирована и действует в пределах требуемого диапазона напряжений.
Как обсуждалось выше, высоковольтный источник 28 питания выполнен с возможностью преобразования напряжения с выхода батареи 30 в напряжение, подходящее для работы электрода 24 зарядки коронным разрядом. В настоящем варианте осуществления высоковольтный источник 28 питания включает в себя инвертор 148, трансформатор 150 и умножитель 152 напряжения. Инвертор 148 выполнен с возможностью преобразования напряжения постоянного тока (DC) от батареи 30 в напряжение переменного тока (АС), подходящее для использования трансформатором 150. В настоящем варианте осуществления инвертор 148 включает в себя транзистор и конденсаторы для генерации моделированного АС сигнала из входного DC сигнала. Однако должно быть понятно, что другие конфигурации инвертора могут быть использованы в альтернативных вариантах осуществления. Затем АС сигнал подается на трансформатор 150, где происходит умножение напряжения. Должно быть понятно, что напряжение на выходе трансформатора 150 может быть приблизительно равно входному напряжению, умноженному на отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки.
Как показано, трансформатор 150 электрически подключен к умножителю 152 напряжения, который может быть генератором, известным как генератор Кокрофта-Уолтона. Должно быть понятно, что каждый каскад умножителя 152 напряжения включает в себя два конденсатора и два диода. Должно быть также понятно, что выходное напряжение умножителя 152 приблизительно равно входному напряжению, умноженному на удвоенное число каскадов. Поэтому данный умножитель 152 напряжения выполнен с возможностью выдавать на выходе напряжение, приблизительно в шесть раз превышающее входное напряжение. Хотя в настоящем варианте осуществления используется трехкаскадный умножитель 152 напряжения, следует понимать, что альтернативные умножители могут использовать большее или меньшее число каскадов. Например, некоторые умножители напряжения могут включать в себя 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 или более каскадов. Используя умножитель 152 напряжения для повышения напряжения от трансформатора 150, можно уменьшить размер и массу высоковольтного источника 28 питания по сравнению с вариантами осуществления, в которых используется только трансформатор 150 для повышения напряжения, поступающего от батареи 30. Хотя в настоящем варианте осуществления используется умножитель 152 Кокрофта-Уолтона, следует понимать, что в альтернативных вариантах осуществления могут быть использованы другие схемы умножения напряжения.
Как обсуждалось выше, выходное напряжение высоковольтного источника 28 питания может быть приблизительно равно 10,5 кВ в некоторых вариантах осуществления. Такое напряжение может быть подходящим для использования с электродом 24 зарядки коронным разрядом. Поскольку в настоящем варианте осуществления используется электрод 24 зарядки коронным разрядом, этот электрод 24 может быть расположен за пределами прохождения струи текучей среды 18, что позволяет существенно уменьшить или исключить накопление текучей среды на электроде 24 и обеспечить, что капельки текучей среды будут соответствующим образом заряжены. Кроме того, поскольку аэрозольный баллон 16 электрически соединен с грунтовым заземлением 32, крутой электрический градиент (например, большое напряжение на малом расстоянии) может поддерживаться между электродом 24 зарядки коронным разрядом и аэрозольным баллоном 16, что тем самым увеличивает электростатический заряд капелек текучей среды и повышает эффективность переноса между струей текучей среды 18 и целевым объектом 14. Дополнительно, поскольку корпус 36 заземлен, заряд, наводимый капельками текучей среды, контактирующими с аэрозольным баллоном 16, будет передаваться на грунтовое заземление 32 и рассеиваться. В результате, потенциал аэрозольного баллона 16 может оставаться по существу равным потенциалу грунтового заземления 32, тем самым существенно уменьшая или исключая возможность образования напряжения между корпусом 36 аэрозольного баллона 16 и объектом с потенциалом земли.
Хотя здесь были представлены и описаны только некоторые признаки изобретения, их многие модификации и изменения будут очевидны для специалистов в данной области техники. Поэтому должно быть понятно, что прилагаемая формула изобретения должна охватывать все такие модификации и изменения, которые соответствуют истинной сущности изобретения.