ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ РАСПЫЛИТЕЛЬ ПОКРЫВАЮЩЕГО МАТЕРИАЛА И УСТАНОВКА ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЙ РАСПЫЛИТЕЛЬ
ELECTROSTATIC SPRAYER OF COATING PRODUCT AND PROJECTION ASSEMBLY COMPRISING SUCH SPRAYER

Изобретение относится к электростатическому распылителю покрывающего материала, который содержит, помимо всего прочего, вращающуюся чашу и несколько электродов, распределенных вокруг оси вращения чаши.
В области электростатического распыления покрывающего материала, как известно, используют электростатическое поле для повышения производительности при нанесении покрытия на объекты.
В случае так называемого «внутреннего» или «контактного» заряда, покрывающий материал вступает в контакт с электродом, к которому прикладывают ненулевой электрический потенциал, поэтому на каждую каплю или частицу покрывающего материала действует электрический заряд q, когда она отделяется от кромки вращающейся чаши. Когда на такую заряженную каплю иди частицу действует электростатическое поле, она подвергается действию силы Кулона, пропорциональной ее заряду и напряженности этого поля. Недостатком такого варианта заряда является то, что, если покрывающий материал является проводящим, что встречается часто в случае водорастворимых покрывающих материалов, необходимо изолировать распылитель, который находится под высоким напряжением, от системы его питания покрывающим материалом, которая находится под потенциалом земли. Для этого, как описано, например, в ЕР-А-0274322, используют одну или несколько емкостей, установленных на многоосном роботе. Этот подход в целом является удовлетворительным, но делает установку для распыления покрывающего материала относительно сложной.
В случае так называемого «внешнего» или заряда с «коронным эффектом» капли или частицы покрывающего материала, покидающие кромку чаши, проходят вблизи электродов, находящихся по действием ненулевого потенциала, встречают ионы, бомбардируемые этими электродами, и в конечном итоге получают электростатический заряд и притягиваются покрываемым объектом, который находится под потенциалом земли. Этот вариант заряда позволяет сохранять покрывающий материал под потенциалом земли для распыления без риска короткого замыкания генератора высокого напряжения. Однако он является очень чувствительным к загрязнению электродов. В частности, явление заряда, используемое для направления капель или частиц на покрываемый объект, зависит от создания электрического тока между электродами и их окружающей средой, в частности между покрываемым объектом и чашей, за счет ионизации воздуха вокруг электродов. Отмечается также, что капли или частицы, которые отрываются от кромки чаши, заряжаются под действием влияния со знаком, противоположным знаку прикладываемого к электроду электрического потенциала. Например, если электрод находится под отрицательным потенциалом, покидающие чашу капли или частицы заряжаются с положительным знаком. Однако иногда электрод начинает загрязняться, например по причине перемещения распылителя в направлениях, перпендикулярных к оси вращения чаши, при которых электроды глубоко проникают в облако покрывающего материала, выходящее из чаши, и покрываются материалом. Иногда сила ионизационного тока, выходящего из электродов, уменьшается по причине колебаний расстояния между распылителем и покрываемым объектом или по причине появления препятствия или облака уже заряженных частиц, образующего экран, между этими электродами и этим объектом. Эти явления являются трудно предсказуемыми и приводят к скапливанию загрязнений и к резкому уменьшению электростатического заряда облака покрывающего материала. Действительно, если ионизирующий ток уменьшается, капли или частицы, отрывающиеся от чаши, которые заряжаются со знаком, противоположным знаку электродов, притягиваются этими электродами и стремятся осесть на них и на их механических держателях. Явление загрязнения усиливается, и частицы, которые быстро покрывают электроды, еще больше уменьшают ток вплоть до прекращения заряда за счет коронного эффекта. В этом случае необходимо остановить производство для очистки электродов. Это требует постоянного контроля установки, так как, если не принять срочные меры, на обрабатываемые детали не наносится нормальное покрытие, и операцию необходимо повторять, что занимает много времени и усложняет процесс.
Задачей изобретения является устранение этих недостатков и создание нового электростатического распылителя покрывающего материала с внешним зарядом, отличающегося повышенной надежностью работы.
В связи с этим согласно изобретению электростатический распылитель покрывающего материала с внешним зарядом содержит чашу, вращающуюся вокруг оси вращения, средства приведения во вращение чаши вокруг этой оси, несколько первых электродов, распределенных вокруг этой оси вращения и выполненных с возможностью испускать, каждый, во время работы распылителя и, по меньшей мере, частично в направлении покрываемого объекта первый поток ионов из первого конца, при этом первые концы вписаны в первую окружность с центром на оси вращения и перпендикулярную к этой оси. Согласно изобретению распылитель содержит вторые электроды, выполненные с возможностью испускать, каждый, во время работы распылителя и в основном или исключительно в направлении кромки чаши второй поток ионов с таким же знаком, что и ионы первых потоков ионов, из вторых концов, вписанных во вторую окружность с центром на оси вращения, перпендикулярную к этой оси и имеющую радиус, отличный от радиуса первой окружности. Кроме того, в плоскости, радиальной оси вращения, каждый второй конец расположен внутри двугранного угла, вершина которого находится на оси, продолжающей первый электрод назад, который имеет значение, равное 90°, и который центрован по оси, направленной к кромке чаши.
Благодаря изобретению вторые электроды позволяет создавать при помощи второго потока ионов электростатическое поле между их концами и чашей, причем это электростатическое поле менее подвержено влиянию внешних явлений, как аэравлических, так и электростатических, чем электростатическое поле, создаваемое между первыми электродами и покрываемым объектом. Иначе говоря, явление ионизации, присутствующее вблизи вторых электродов, является более постоянным, чем явление ионизации вблизи первых электродов. Таким образом, полярность этих капель или частиц меняется на противоположную по причине их встречи с потоком ионов, выходящим из вторых электродов, и эта смена полярности приводит к тому, что эти капли или частицы электростатически отталкиваются первыми и вторым электродами, которые меньше подвержены загрязнениям, чем в известных установках с внешним зарядом.
Согласно предпочтительным, но не обязательным аспектам изобретения, такой распылитель может иметь одну или несколько следующих особенностей в любой технически возможной комбинации:
- радиус второй окружности меньше радиуса первой окружности;
- вторые концы смещены вдоль оси вращения в заднем направлении распылителя относительно первых концов;
- каждый второй конец ориентирован в основном в направлении кромки чаши;
- в плоскости, поперечной к оси вращения, каждый второй конец расположен внутри двугранного угла, вершина которого совпадает с проекцией конца первого электрода, который имеет значение, равное 120°, и центрован по оси, радиальной относительно оси вращения, предпочтительно внутри двугранного угла с той же вершиной, центрованного по той же прямой, который имеет значение, равное 90°;
- в плоскости, радиальной к оси вращения, каждый второй конец расположен на центральной оси двугранного угла, в котором он расположен, и в плоскости, поперечной к оси вращения, каждый второй конец расположен на центральной радиальной оси двугранного угла, в котором он расположен;
- распылитель содержит несколько держателей, на каждом из которых установлен первый электрод и по меньшей мере один второй электрод;
- электроды являются прямолинейными, при этом первый электрод расположен вдоль продольной оси держателя и второй электрод расположен вдоль оси, перпендикулярной к этой продольной оси;
- распылитель содержит средства фиксации положения каждого держателя во вращении вокруг его продольной оси;
- распылитель содержит единственный второй электрод вблизи каждого первого электрода, в частности, на одном и том же держателе;
- распылитель содержит несколько вторых электродов вблизи каждого первого электрода, в частности, на одном и том же держателе;
- распылитель содержит третьи электроды, оснащенные третьими концами, вписанными в третью окружность с центром на оси вращения, перпендикулярную к этой оси, радиус которой отличается от радиусов первой и второй окружностей, причем эти третьи концы ориентированы радиально наружу относительно оси вращения.
Объектом изобретения является также установка для распыления покрывающего материала, которая содержит по меньшей мере один вышеупомянутый распылитель.
Изобретение и его другие преимущества будут более очевидны из последующего описания четырех вариантов выполнения распылителя и установки, представленных исключительно в качестве примеров со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 схематично показана установка для распыления в соответствии с изобретением, содержащая электростатический распылитель согласно изобретению, вид сбоку;
на фиг. 2 - распылитель, показанный на фиг. 1, вид спереди по стрелке II на фиг. 1;
на фиг. 3 - увеличенный вид части III на фиг. 1, когда распылитель находится в первой рабочей конфигурации, при этом конец держателя электрода показан в разрезе;
на фиг. 4 - вид, аналогичный фиг. 3, когда распылитель находится во второй рабочей конфигурации;
на фиг. 5 - увеличенный вид части V на фиг. 3;
на фиг. 6 - держатель электрода, вид с торца в направлении стрелки VI на фиг. 5;
на фиг. 7 - палец держателя электрода в области VII на фиг. 4, увеличенный вид в продольном разрезе;
на фиг. 8 - вид с торца, аналогичный фиг. 6, для распылителя согласно второму варианту осуществления;
на фиг. 9 - вид, аналогичный фиг. 6, для распылителя согласно третьему варианту осуществления;
на фиг. 10 - вид, аналогичный фиг. 2, для распылителя согласно четвертому варианту осуществления.
Показанная на фиг. 1 установка 1 содержит конвейер 2, выполненный с возможностью перемещения покрываемых объектов О вдоль оси Х2, перпендикулярной к плоскости фиг. 1. В примере, представленном на фигурах, объект О, перемещаемый конвейером 2, является частично показанным автомобильным кузовом.
Установка 1 содержит также вращающийся электростатический распылитель 10, который содержит чашу 20, образующую устройство распыления жидкого покрывающего материала и установленную на корпусе 30, внутри которого находится турбина 40 для приведения во вращение чаши 20 вокруг оси Х30 распылителя 10, определенной корпусом 30. Турбина 40 представлена на фиг. 1, 3 и 4 в виде ее ротора, показанного пунктирной линией. Корпус 30 является изогнутым и содержит заднюю часть 32, оснащенную плоской частью 34 для установки на руке 50 многоосного робота, которая показана частично штрихпунктирной линией.
Передняя сторона распылителя 10 определена как сторона, обращенная к покрываемым объектам О. Задняя сторона распылителя 10 определена как сторона, обращенная противоположно этим объектам. Таким образом, часть 32 направлена к задней стороне распылителя 10. Во время работы установки 1 передняя часть распылителя расположена ближе к покрываемому объекту О, чем задняя часть.
В корпусе 30 находится также блок 60 высокого напряжения, который питает восемь электродов 100, каждый из которых установлен на конце пальца 110. Продольная ось пальца 110 обозначена A110. Как показано, в частности, на фиг. 3-5, каждый электрод 100 является прямолинейным и проходит вдоль оси А110 пальца 110, на котором он установлен. Таким образом, ось А110 пальца 110 проходит в заднем направлении и начиная от конца 102 установленный на нем электрод 100. Каждый электрод 100 соединен с блоком 60 высокого напряжения посредством электрического провода 120, проходящего внутри соответствующего пальца 100 вдоль оси А110. Конец 102 каждого электрода 100 выступает из пальца 110 наружу в углубление 112, выполненное на конце 114 пальца 110, противоположном корпусу 30.
На корпусе 30 вокруг чаши 20 выполнены юбочные отверстия 36 для выхода воздуха, обеспечивающие прохождение воздушных струй J для формирования облака капель G на выходе кромки 22 чаши 20.
При нормальной работе, как показано на фиг. 3, электроды 100 получают питание высоким напряжением от блока 60, например отрицательным высоким напряжением, составляющим от -40 кВ до -100 кВ, поэтому находящийся вокруг концов 102 воздух ионизируется. Таким образом, на каждом конце 102 образуется ионизирующий ток I1, сила которого, как правило, равна около 50 микроампер (мкА) и который имеет составляющую I1A, которая проходит в направлении объекта О во время нанесения покрытия, и составляющую I1B, которая проходит в направлении распылительной кромки 22 чаши 20.
Как показано на фиг. 3, капли G покрывающего материала, покидающие кромку 22 чаши 20, стремятся отойти в радиальном направлении от этой кромки под действием центробежной силы и поэтому пересекают ионизирующий ток I1 на уровне его составляющей I1B и даже на уровне его составляющей I1A. Как было указано выше, капли G, покидающие кромку 22, получают положительный наведенный заряд, поэтому стремятся притянуться к электродам 100. Однако, встречая отрицательные ионы тока II, капли G меняют свою полярность, поэтому отталкиваются электродом 100 и следуют электростатическому полю, которое создается за счет разности потенциала между электродами 100 и объектом О, который заземлен.
Это соответствует классической работе электростатического распылителя с внешним зарядом, и электроды 100 образуют первые электроды, испускающие поток ионов, образующий ионизирующий ток I1, по меньшей мере частично в направлении покрываемого объекта О.
Концы 102 электродов 100 распределены по воображаемой окружности С100, центрованной по оси Х30 и перпендикулярной к этой оси. Радиус этой окружности обозначен R100.
Как показано на фиг. 4, облако N уже заряженных отрицательно капель может отталкиваться вблизи электрода 100 на расстояние, которое может составлять, например, около 3 см, в частности, после столкновения этих капель с объектом О во время нанесения покрытия. В этом случае облако N образует экран между этим электродом и мишенью, образованной объектом О под потенциалом земли, электростатическое поле, создаваемое на конце 102 электрода 100, уменьшается, и испускаемый этим электродом ионизирующий ток I1 уменьшается. Его сила уменьшается, например, до 7 мкА. Это же происходит, когда определенное количество покрывающего материала начинает осаждаться в углублении 112, которое окружает конец 102 этого электрода. В этом случае конец 102 электрода 100 становится менее эффективным, чем в конфигурации, показанной на фиг. 3, при ионизации воздуха, и ионизирующий ток I1 может оказаться недостаточным для смены полярности капель G, которые отрываются от кромки 22, поэтому эти капли могут притягиваться электродом 100 и быстро покрыть конец 114 пальца 110, в частности на его стороне, обращенной к чаше 20, и в углублении 112.
Чтобы избежать этого явления скопления загрязнения, каждый палец 110 оснащен вторым электродом 200, который проходит вдоль оси А200, перпендикулярной к оси 110, и конец 202 которого ориентирован в направлении кромки 22 чаши 20. На практике, ось А200 ориентирована к чаше, в частности к кромке 22, и электрод 200 является прямолинейным.
Таким образом, палец 110 представляет собой устройство механического удержания и позиционирования электрода 100 и электрода 200 относительно корпуса 30 и чаши 20.
На практике, как показано на фиг. 5, электрод 200 расположен в поперечном отверстии 111 пальца 110, которое проходит через него по диаметру, при этом палец 110 имеет круглое поперечное сечение. Электрод 200 проходит также через отверстие 101, выполненное в электроде 100, наподобие штифта, который стопорит электрод 100 от осевого поступательного перемещения вдоль оси А110 в пальце 110. Таким образом, электроды 100 и 200, выполненные из электропроводящего материала, такого как сталь, входят в электрический контакт друг с другом и получают одинаковый потенциал при помощи кабеля 120, соединенного с блоком 60.
Пробка 204 закрывает каждое отверстие 111 противоположно концу 202 находящегося в нем электрода 200. Эта пробка выполнена из электроизоляционного материала, предпочтительно из такого же материала, что и палец 110.
Во время работы, в соответствии с явлением, аналогичным тому, что было описано для электродов 100, вблизи конца 202 каждого электрода 200 происходит явление ионизации воздуха, и образуется ионизирующий ток I2, причем этот ток проходит к ближайшей массе, то есть к кромке 22 чаши 20. Общая сила тока, исходящего из пальца 110, увеличивается на 10-20% по сравнению с классической конфигурацией. Иначе говоря, сумма значений силы токов I1 и I2, исходящих из двух концов 102 и 202, установленных в этом пальце, составляет около 60 мкА.
Следует отметить, что этот ионизирующий ток 12 оказывается лишь слегка возмущенным по причине возможного присутствия препятствия в виде облака N предварительно заряженных отрицательно капель вблизи конца 114 пальца 110 или по причине количества краски, которая может осесть в углублении 112 пальца 110.
Иначе говоря, электростатическое поле, создаваемое между каждым электродом 200 и чашей 20, менее подвержено влиянию внешних условий, чем поле, создаваемое вблизи электрода 100. Электростатическое поле на уровне вторых электродов 200 является менее «чувствительным», чем на уровне первых электродов 100. Таким образом, явление ионизации, которое возникает при помощи концов 202 электродов 200, является, по существу, постоянным независимо от электростатического и аэравлического окружения конца 114.
В результате этого, когда положительно заряженные капли G отрываются от кромки 22, они неизбежно встречают отрицательные ионы, создаваемые ионизирующим током I2, поэтому их полярность меняется и они становятся отрицательными. Следовательно, они отталкиваются концом 114 пальца 110, который содержит два электрода 100 и 200 с отрицательным потенциалом, даже если явление ионизации, связанное с концами 102 первых электродов 100, является лишь частичным, как было указано выше, в конфигурации, показанной на фиг. 4.
Концы 202 вторых электродов 200 распределены по окружности С200, центр которой находится на оси Х30 и которая является перпендикулярной к этой оси, как и окружность С100. Радиус окружности С200 обозначен R200.
Радиусы R100 и R200 являются разными. В частности радиус R200 меньше радиуса R100. Иначе говоря, концы 202 электродов 200 находятся в радиальном направлении относительно оси Х30 концов 102 электродов 100.
В плоскости фиг. 1, 3 и 4 или в плоскости фиг. 5, которая является радиальной плоскостью относительно оси Х30, окружности С100 и С200 смещены вдоль оси Х30 на не равное нулю расстояние d100/200. В частности, окружность С200 расположена сзади окружности С100. Иначе говоря, электроды 200 более удалены от объектов О во время нанесения покрытия, чем электроды 100. Таким образом, ионизирующий ток I2 и электростатическое поле между концами 202 и кромкой 22 менее подвержены возмущениям, чем ток I1 и электростатическое поле, создаваемые концами 102.
В плоскости фиг. 5, которая является радиальной плоскостью относительно оси Х30, электрод 200 расположен вдоль оси А200, которая является перпендикулярной к оси А110, и проходит в направлении Δ200 в сторону кромки 22 чаши 20. Рассмотрим воображаемый двугранный угол D200 со значением α=90°, центрованный по точке пересечения между осями A110 и А200. На практике конец 202 электрода 200 может находиться в плоскости фиг. 5 внутри двугранного угла D200 и быть при этом эффективным при генерировании электростатического поля и постоянного потока ионов в направлении кромки 22, даже если направление Δ200 не нацелено строго на кромку 22. В плоскости фиг. 6 рассмотрим воображаемый двугранный угол D300, центрованный по оси А200, вершина которого образована траекторией оси A110, то есть проекцией конца 102, и который имеет значение γ, равное 120°. В плоскости фиг. 6 проекция оси А200 является радиальной относительно оси Х30. В плоскости фиг. 6 конец 202 электрода 200 находится снаружи двугранного угла D300. Предпочтительно конец 202 электрода 200 расположен в плоскости фиг. 6 внутри двугранного угла D'300 с той же вершиной, что и двугранный угол D300, тоже центрованного по оси А200 и имеющего значение γ, равное 90°. Таким образом, конец 202 второго электрода 200 может находиться относительно пальца 110, в котором он установлен, в объеме, имеющем форму эллипсоида или усеченного конуса с центром на оси А200, расходящегося в направлении кромки 22.
Понятно, что эффективность вторых электродов 200 увеличилась за счет того, что их концы 202 в основном ориентированы в направлении чаши 20. Следовательно, необходимо убеждаться в правильном позиционировании каждого из этих электродов в радиальном направлении относительно оси A110 пальца 110, на котором они установлены.
Однако иногда необходимо снимать пальцы 110 распылителя 10 для операций обслуживания. Монтаж каждого из пальцев 110 на корпусе 30 обеспечивает удовлетворительное ориентирование благодаря наличию средств фиксации каждого пальца 110 во вращении вокруг его оси A110.
Как показано на фиг. 7, каждый палец 110 содержит фланец 116, который проходит радиально наружу, тогда как второй конец 118, противоположный концу 114, на котором находится углубление 112, имеет глухое гнездо 119. Кроме того, на корпусе 30 застопорен цоколь 130, оснащенный штифтом 132, который должен заходить в глухое гнездо 119 пальца 110, когда этот палец устанавливают на корпусе 30. Гайка 140 содержит внутреннюю резьбу 142 и внутренний заплечик 144, которые должны зацепляться соответственно с наружной резьбой 134 цоколя 130 и с фланцем 116, чтобы создавать на конце 118 усилие Ε140, направленное параллельно оси A110 и прижимающее конец 118 к цоколю 130, когда гайку 140 завинчивают на этом цоколе. В этой конфигурации штифт 132 оказывается заблокированным в гнезде 119 и препятствует случайному вращению пальца 110 вокруг его оси А110. Таким образом, штифт 132 и гнездо 119 позволяют зафиксировать палец 110 во вращении вокруг оси A110 в положении, в котором электрод 200 действительно направлен к чаше 20.
Согласно второму, третьему и четвертому вариантам осуществления изобретения, как показано на фиг. 8-10, элементы, аналогичные элементам согласно первому варианту осуществления, имеют такие же ссылочные обозначения. В дальнейшем описание будет касаться только отличий этих вариантов от первого варианта.
Согласно второму варианту осуществления каждый палец 110 оснащен вблизи электрода 100 двумя электродами 200 и 200', аналогичными электроду 200 согласно первому варианту осуществления, концы 202 и 202' которых расположены систематически относительно плоскости Р200, радиальной по отношению к оси Х30 и содержащей ось А110, внутри двугранного угла D300, определяемого как в первом варианте.
Согласно третьему варианту осуществления, как показано на фиг. 9, палец 110 оснащен первым электродом 100, конец 102 которого показан на этой фигуре, а также вторым электродом 200, конец 202 которого тоже показан и который находится внутри двугранного угла D300, определяемого как в первом варианте. Этот палец 100 оснащен также тремя электродами 300, концы 302 которых расположены радиально снаружи окружности С100 и которые распределены на двух окружностях С300 и С'300, радиусы R300 и R'300 которых превышают радиус R100, определяемый как в первом варианте. Окружности С300 и С'300 центрованы по оси Х30 и являются перпендикулярными к этой оси.
Электроды 300 служат для отталкивания капель покрывающего материала, которые могли бы возвращаться на поверхность пальца 110, направленного противоположно чаше 20, в частности, по причине движений распылителя 10 внутри облака капель во время распыления в сторону объекта О.
Согласно этим трем вариантам осуществления вторые электроды 200 и, возможно, 200' и даже третьи электроды 300 установлены на пальцах 110, на которых установлены также первые электроды 100.
Согласно четвертому варианту осуществления электроды 100 установлены на пальцах 110, тогда как электроды 200 установлены на пальцах 210, отличных от пальцев 100. Это позволяет позиционировать электроды 200 независимо от электродов 100 и, в случае необходимости, иметь число электродов 200, отличное от числа электродов 100, как в примере на фиг. 10, где обеспечено только четыре пальца 210, тогда как используют восемь пальцев 110. Альтернативно, согласно этому варианту, может быть использовано восемь пальцев 210, при этом пальцы 210 равномерно чередуются с пальцами 110.
Изобретение описано выше для случая распылителя жидкого покрывающего материала. Оно также может быть применено для вращающегося электростатического распылителя с внешним зарядом порошкообразного покрывающего материала.
Технические особенности вариантов осуществления и вариантов, описанных выше, можно комбинировать.