CN100395038C - 用于施加流体的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于施加流体的装置。该装置将作为工具安装在保持器上，该保持器可在不同位置和方向之间调节。该装置优选是包括：至少两个喷嘴(12)，用于排出所述流体，对于每个喷嘴，有一个产品阀装置(4)与该喷嘴相连，用于控制流体向各喷嘴的供给；以及旋转装置(2)，该旋转装置使保持器(1)与载有所述喷嘴(12)的可旋转喷嘴头(6)连接。优选是，两个槽道布置成通过所述旋转装置(2)，用于形成在保持器和可旋转喷嘴头(6)之间的流体连通。根据本发明，产品阀装置(4)布置在可旋转喷嘴头中，并且靠近可旋转喷嘴头内的喷嘴。这意味着在旋转装置(2)中的槽道可以用作进口和返回槽道，从而能够进行直到位于喷嘴附近的产品阀装置(4)的循环。该特征也使得旋转体中的槽道能够用于单独的流体，该单独流体能够在喷嘴头中混合，用于施加两组分流体，或者能够施加两种不同的流体材料。

Description

用于施加流体的装置
技术领域
本发明涉及一种用于施加流体的装置。
背景技术
当前用于施加流体的装置实际上用作可旋转喷枪，该可旋转喷枪有多个喷嘴，并设计成安装在机器人(robotic)控制装置上。
当要将流体(例如气体、液体或塑料材料)喷射或挤压到表面上时使用喷枪。使用该喷枪的领域的一个实例是在汽车工业中，当车身要进行表面处理或接合处要进行密封时。当然，也可以用于其它应用领域。
用于施加流体的装置由WO97/02901中可知。原理如图1中所示。以前的喷枪有旋转体2′，该旋转体2′包括在产品阀4′和喷嘴之间的三个不同的材料槽道。三个阀由一个公共的进口槽道供给。阀4′通过致动器20′而打开，该致动器20′布置在机器人臂的气动阀组上。所有这些导致在致动器20′和阀4′之间的反应时间较慢以及在阀4′和喷嘴之间的距离较长(例如20-30厘米)。循环只能够到达公共产品进口处。当转换喷嘴时，材料在不同的阀4′后面旋转导致在旋转体2′内部的供给环的密封件之间形成脉冲。该脉冲经常导致当一个阀打开时，材料滴确实离开了其它的喷嘴。
本发明的目的是解决上述问题。主要特征是产品阀装置布置在可旋转喷嘴头中并靠近喷嘴。在阀和喷嘴之间的距离可以减小至10-50毫米。这意味着在旋转体中的槽道可以用于进口和返回槽道，使得循环能够直到位于喷嘴附近的产品阀。该特征也使得旋转体中的槽道能够分别用于各自的流体，从而能够施加不同流体，或者在喷嘴头处混合用以施加两组分流体。因此，在本发明的一个实施例中，喷枪有旋转体，该旋转体包括一个材料进口槽道和一个返回槽道，该返回槽道通向位于喷管最末端的产品阀。阀通过电磁控制的致动器而打开，同时，该阀也安装在喷枪的旋转部分上。这导致在电磁体、致动器和阀之间的反应时间非常快，因为它们紧密地安装在一起。在产品阀和喷嘴之间的距离设置为最小。该方案使得几乎直到喷嘴都能够进行材料循环，从而导致对净化的要求最小。致动器通过由在一个槽道中穿过旋转体供给的压缩空气来提供动力，且电信号通过集电环(slip-ring)装置。通过使阀靠近喷嘴，吸回作用变得更有效，并避免由于材料槽道中的脉冲而引起的滴落。
发明内容
本发明提供了一种用于施加流体的装置，该装置将作为工具安装在保持器上，该保持器可在不同位置和方向之间调节。该装置包括：至少两个喷嘴，优选是至少两个喷嘴，用于排出所述流体，对于每个喷嘴，有一个产品阀与该喷嘴相连，用于控制流体向各喷嘴的供给；以及旋转装置，该旋转装置使保持器与载有所述喷嘴的可旋转喷嘴头连接。至少一个槽道，优选是至少两个槽道布置成通过所述旋转装置，用于形成在保持器和可旋转喷嘴头之间的流体连通。所述槽道能够相对于保持器自由旋转。
根据本发明，产品阀布置在可旋转喷嘴头中，并且靠近可旋转喷嘴头内的喷嘴。
在一个实施例中，旋转体中的一个槽道是进口槽道，用于将流体供给喷嘴头，而旋转体中的另一槽道是返回槽道，用于使流体从喷嘴头返回。
在另一实施例中，旋转体中的第一槽道是用于使第一流体通向喷嘴头的进口槽道，而旋转体中的第二槽道是用于使第二流体通向喷嘴头的进口槽道。
优选是，气动槽道布置成穿过所述旋转装置，用于在保持器和可旋转喷嘴头之间形成气动连通，且产品阀通过气动控制来驱动。
还有，电线可以布置成穿过所述旋转装置，用于在保持器和可旋转喷嘴头之间形成电连通，且电动阀致动器(优选是电磁体)布置在喷嘴头中，用于控制产品阀的气动驱动。
本发明在权利要求1中限定，优选实施例在从属权利要求中提出。
附图说明
下面将参考附图更详细地介绍本发明，附图中：
图1是表示现有技术的自动喷枪的原理的示意图；
图2是表示本发明一个实施例的自动喷枪的原理的示意图；
图3是表示本发明另一实施例的自动喷枪的原理的示意图；
图4是安装在保持器上的本发明一个实施例的透视图；
图5是本发明一个实施例的基座模块的剖视图；
图6是阀致动器的分解图；
图7A是第一喷嘴结构的透视图；
图7B是第二喷嘴结构的透视图；
图7C是第三喷嘴结构的透视图；
图8A和8B分别是吸入作用阀处于关闭位置和打开位置时的剖视图；以及
图9A和9B分别是高精度结构针头和高流量结构针头的透视图。
具体实施方式
图2表示了本发明的装置的原理。该装置包括要连接在机器人臂的保持器上的非旋转部分或适配器1以及载有用于施加流体的喷嘴的旋转部分。旋转装置2提供了用于空气、流体和电信号的旋转连接件。产品阀4靠近旋转喷嘴头内的喷嘴12。产品阀4是由空气提供动力和由阀致动器20控制的气动阀，该阀致动器20再通过电动阀致动器19(例如螺线管)而由电信号控制。由喷嘴施加的流体通过旋转体2循环，并直到产品阀4。
由非示意性图可知(见图4)，用于施加流体的装置设计为枪形工具，即喷枪，它包括5个主要部件，即：适配器1，该适配器1用于连接该喷枪与机器人臂；旋转装置2，该旋转装置2能够传递旋转运动；连接器3，该连接器与流体(例如气体、液体或塑料材料)供给器装置连接；定位喷管5；以及喷头6，该喷头6有多个喷射或挤压喷嘴12。下面将介绍这些不同的主要部件的结构和各自功能。
适配器1设计成直接或者通过中间适配器而安装在任何已知类型的机器人臂上。机器人臂通常可以进行6个自由度的运动，即沿三个方向的运动、绕第一和第二轴线(该第一和第二轴线彼此垂直，并与机器人臂的纵向方向成直角)的旋转以及绕第三轴线(该第三轴线沿机器人臂的纵向方向延伸)的旋转。因为适配器刚性旋转或者因为位于适配器中的轴相对于适配器旋转，因此适配器1传递绕该纵向轴线的旋转运动。位于适配器中的轴与可旋转地保持在旋转装置2中的轴8(图5)连接。该轴可以是适配器轴的整体延续。
参考图5，旋转装置2的外侧由壳体10限制，该壳体10有外部外壳表面11和内部柱形壁以及两个端表面。壳体的外壳表面基本为柱形，但是壳体的外壳表面当然也可以为其它形状。喷枪可以安装在基本任意种自动装置上。仅有的问题是使机械适配器和旋转锁定装置相适配。
喷枪有具有最简单的形式的一个喷射或挤压喷嘴12，在图例中表示了三个喷射或挤压喷嘴12(也见图7A、7B和7C)。为了保证喷枪的功能，各喷嘴在产品阀和喷嘴之间有槽道。这导致各喷嘴能够相对于其它喷嘴独立地打开和关闭。因此，可以同时打开一个或多个喷嘴。
图7A和7B表示了具有指向不同方向的三个喷嘴12的喷嘴结构。在图7A中，一个喷嘴直线指向前方，第二喷嘴成直角地指向一侧，第三喷嘴成45°角指向向前方向，并与由前面两个喷嘴形成的平面成直角。在图7B中，所有喷嘴都成45°指向向前方向，并绕周向对称地间隔120°。喷嘴结构将根据它们的预定用途来选择。使用相同或(两种)不同材料时，该喷嘴优选的是每次使用一个。
图7C表示了具有指向相同方向的三个喷嘴12的喷嘴结构。使用相同材料时，各喷嘴可以同时使用，以便形成更宽的材料珠或片。因为各产品阀可以分别独立控制，因此可以驱动一至三个喷嘴来作为选择材料珠的宽度的方式。
图5是穿过基座模块的剖视图。喷枪有用于电信号、压缩空气和产品的旋转功能。介质通过壳体中的孔13和14而进入(根据用途，或者离开)喷枪，并传送给旋转轴8。在轴中形成通向电磁阀的、用于空气、材料和电缆的槽道。具有槽道的轴可以相对于适配器1和保持器自由旋转，同时不会阻碍电信号、压缩空气和产品通过该槽道的连通。
旋转体还装备有集电环装置15。该集电环装置的位置靠近在模块后部中的联接器(coupling)。通向电磁阀的电缆在穿过轴钻出的孔延伸。装备有用于电磁阀的接触件的电缆可以焊接到集电环装置的轴部分上。
图5中的孔7是用于通向阀的压缩空气的进口。气动供给软管与标准的螺纹快速连接件连接。优选的是使用相同的供给空气来为所有的气动阀致动器提供动力。孔13和14是用于要施加的流体材料的进口/出口。该设计使得用于循环的一种材料能够进入和返回，或者使得两种不同材料能够进入非旋转部分中。这使得喷枪能够用于施加两种不同材料或两组分材料。应当知道，可以将装置设计成有用于流体材料的更多进口/出口。
本发明的装置可以装配两种不同类型的产品阀，一种是高流量类型，一种是所谓的吸回(snuff-back)阀。在该用途中，吸回阀称为高精度结构。
产品阀4由阀致动器20驱动。阀致动器的结构如图6所示。为了打开喷枪中的产品阀，各阀由与空气控制的活塞22连接的杆21操纵。让压缩空气进入活塞的缸23中使得该活塞22依次运动。该空气进口通过电磁阀来驱动和减压，一个电磁阀用于一个阀。相同部件主要用于高精度和高流量结构。一个区别是，杆向后运动来打开高流量喷枪中的阀，而向前运动来打开高精度喷枪中的阀。改变用于电磁阀的适配器板将形成该区别。
对于电磁阀，可以使用标准阀，它优选是快速且非常小。这些阀由通过集电环装置的DC信号来控制。从电磁阀至喷枪的空气连接件可以由塑料通气块18(图4)制成，该塑料通气块18由激光烧结来制造。这将减小喷枪的中间截面的尺寸。通过在该通气块中形成不同的槽道，将致动器设置成用于高流量或高精度结构。该烧结制造方法在通过塑料通气块18的空气槽道设计中提供较大自由。
如图6所示的设计中，三个气动缸沿纵向一个位于另一个后面，并彼此间隔120°角度，以便使喷枪在最小的空间和重量内有很小的直径。致动器被供有压缩空气，用于通过电磁阀前后运动。对于高流量结构，弹簧将安装在致动器缸(未示出)中，以便当压缩空气供给损失时或当电磁阀发生故障时关闭产品阀。
如前所述，高精度结构注重于突然开始和停止以及恒定的材料珠宽度。高精度结构并不能产生象高流量喷枪那样的较高的材料流量。高精度喷嘴头的设计使得能够吸回，并尽可能产生特殊的材料珠的开始和停止。其合适的用途是密封以及其它装饰性外观在很重要的位置的材料珠的应用。高精度结构通常与狭缝喷嘴一起使用。
高精度阀的功能如图8A和8B所示，图8A表示关闭位置，图8B表示打开位置。当针头处于它的后部位置(这时在针头24A和小球25之间有一定距离)时，小球25关闭阀座26A(见图8A)。在高精度喷嘴头中的阀通过向前拉动活塞杆(该活塞杆撞击小球25，从而使小球25向前推离阀座26A)而打开。基本原理是，针头24A需要在到达小球25之前获得速度，然后撞击小球，几乎同时阀从关闭打开成全开，从而获得了完全流通。不过，该距离增加了从发送信号到阀打开的反应时间。
当针头向后拉至如图8A所示位置时，对喷嘴槽道中的材料产生吸回力。该功能已经在现有技术的产品阀中使用，并当阀位于旋转体前面，且喷嘴前有不同长度的喷管时很有用。小球25被返回弹簧27推向阀座，从而关闭流动。
高流量类型的阀如图5所示。高流量结构的阀设计成允许最大材料流量。针头24B在通过致动器从阀座26B向后拉动时打开阀。该设计没有任何小球来关闭阀，但是针头24B抵靠阀座26B将其直接关闭。该设计用于高流量，但是当活塞向前运动以关闭阀时不能获得吸回。在图5中，阀表示为关闭位置。
喷管5(例如图5)用于使喷枪有不同长度。这是能够根据工作空间和自动装置的位置而合适变化的参数。该设计通过不锈钢管来完成，该不锈钢管制成不同长度，并在两端有铝凸缘。流体材料管和用于阀的活塞杆位于喷管内。
通过将高流量结构喷嘴头安装在喷枪上，可以以非常高的材料流量来施加该材料。该流量取决于材料和喷嘴类型，但是可以毫无困难地获得超过100ml/s的流量。其合适的用途是振动减振，其次是物体底部的涂覆和其它涂覆用途，其实施通常通过扁平流、挤压或喷射挤压喷嘴。
除了针头外，活塞杆21的详细情况在高精度和高流量结构之间相同。高精度结构与用于现有技术装置的产品阀采用相似的设计。如图9A和9B中所示，用于高精度结构的针头24A具有适于撞击小球25的扁平前端，而用于高流量结构的针头24B具有圆头前端，该前端通过抵靠阀座26B而关闭阀。
高精度和高流量结构只是喷嘴头的少数几个部件不同，并且很容易将喷枪从一种结构改装成另一种结构。高流量结构主要用于高流量用途，但是测试显示，该结构对于密封用途也能产生良好的效果。
本发明的装置可以适用于施加两组分材料。图3表示了基本原理。喷枪的大部分部件与普通的一组分喷枪相同。不过，该喷枪必须能够在前部安装混合器9(例如静止混合器)。喷枪的基座模块(非旋转部分)制备成能够供给两种不同材料。这两种材料将能够在基座模块中单独循环，因为能够在喷枪上安装两个进口和两个出口管。在旋转部分中没有循环。在旋转部分中，两个阀致动器20A和20B将分别打开通向混合器9的两个材料槽道，该混合器9有一个用于混合组分的公共出口。需要时，在公共出口处可以提供单独的阀4C，第三阀致动器20C将用于打开通向喷嘴12C的混合材料流。
在另一实施例中，产品阀4A和4B分别打开直接通向各自的喷嘴，从而能够施加两种不同流体材料。
在本发明的喷枪中，材料几乎可以一直循环至喷嘴。这提供了很好的对材料温度和粘度的控制，且对净化操作的需要非常有限。当两种不同材料用于喷枪的不同喷嘴时，或者当使用两组分材料时，仍然能够使两种材料在喷嘴中循环。在所述例子中，该循环局限于喷枪的基座模块。
循环通过外部循环阀28(图2)来控制，该外部循环阀28打开返回软管。作为另一选择，循环阀可以与喷枪结合成一体，例如与产品阀布置在一起。如果可行的话，甚至可以使用产品阀中的一个。在软管和喷枪之间安装止回阀29，以便消除在返回软管中积累压力的负面效果。
喷枪可以装备有两种不同的温度传感器：一种用于测量产品温度，另一种用于测量喷枪的加热体的温度。加热元件和温度传感器可以集成在装置体中。材料传感器可以集成在使材料管与装置体连接的连接板中。
尽管已经参考特殊实施例介绍了本发明，但是应当知道，这些实施例只是图示说明了本发明的原理和用途。因此，应当知道，在不脱离由附加权利要求确定的本发明精神和范围的情况下，所示实施例和其它结构可以进行多种变化。

Claims (21)

1.一种用于施加流体的装置，该装置将作为工具安装在保持器上，该保持器可在不同位置和方向之间调节，该装置包括：至少两个喷嘴(12)，用于排出所述流体，对于每个喷嘴(12)有一个产品阀(4)与该喷嘴(12)相连，用于控制流体向所述喷嘴的供给；以及旋转装置(2)，该旋转装置使保持器与载有所述喷嘴(12)的可旋转喷嘴头(6)连接，其中，至少一个槽道布置成通过所述旋转装置(2)，用于形成在保持器和可旋转喷嘴头(6)之间的流体连通，所述槽道能够相对于保持器自由旋转，其特征在于：产品阀(4)布置在可旋转喷嘴头(6)中，并且产品阀靠近可旋转喷嘴头(6)内的喷嘴(12)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：两个槽道布置成通过所述旋转装置(2)，其中，在旋转装置(2)中的一个槽道是进口槽道，用于将流体供给可旋转喷嘴头(6)，而在旋转装置(2)中的另一槽道是返回槽道，用于使流体从可旋转喷嘴头(6)返回。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：每个槽道分别与一个产品阀(4)连接，该产品阀为可控的以使流体从各自的喷嘴(12)排出。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：流体可循环而直到产品阀(4)，循环通过循环阀(28)来控制，该循环阀(28)布置成用于打开返回软管。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：止回阀(29)安装在返回软管和该用于施加流体的装置之间。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：两个槽道布置成通过所述旋转装置(2)，其中，在旋转装置中的第一槽道是用于使第一流体通向可旋转喷嘴头的进口槽道，而在旋转装置中的第二槽道是用于使第二流体通向可旋转喷嘴头的进口槽道。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：第一和第二槽道与第一和第二产品阀(4A、4B)相连，该第一和第二产品阀(4A、4B)为可控的以使第一和第二流体排入混合腔室(9)中，从而从公共喷嘴排出混合流体。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：混合腔室(9)与第三产品阀(4C)相连，该第三产品阀(4C)为可控的以使混合流体从公共喷嘴排出。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：在所述产品阀(4)和喷嘴(12)之间的距离在10-50毫米范围内。
10.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：气动槽道布置成穿过所述旋转装置(2)，用于在保持器和可旋转喷嘴头(6)之间形成气动连通，且产品阀(4)通过气动控制来驱动。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：相同气动槽道用于控制全部产品阀(4)。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：从旋转装置(2)通向可旋转喷嘴头(6)的空气连接件通过由激光烧结方法制造的塑料通气块(18)而形成。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：电线布置成穿过所述旋转装置(2)，用于在保持器和可旋转喷嘴头(6)之间形成电连通，且电动阀致动器(19)布置在可旋转喷嘴头(6)中，用于控制产品阀(4)的气动驱动。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：所述旋转装置(2)装备有集电环装置(15)。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：电动阀致动器是螺线管(19)。
16.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：对于每个产品阀(4)，有一个阀致动器(20)与该产品阀(4)相连，所述阀致动器包括与布置在缸(23)中的空气控制的活塞(22)连接的杆(21)，该缸(23)有空气进口，该空气进口由电磁阀驱动和减压，一个电磁阀用于一个产品阀(4)。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于：不同阀致动器(20)的气缸(23)布置成沿纵向一个在另一个后面，且彼此间隔120°角。
18.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：产品阀包括针头(24A)、小球(25)和阀座(26A)，其中，当产品阀处于它的关闭位置时，在针头(24A)和小球(25)之间有一定距离，该小球(25)关闭阀座(26A)；产品阀布置成通过下列方式被打开：向前拉动活塞杆(21)，该活塞杆撞击小球(25)，从而将小球(25)向前推离阀座(26A)。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：针头(24A)有用于撞击小球(25)的扁平前端。
20.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：产品阀包括针头(24B)和阀座(26B)，其中，针头(24B)布置成抵靠阀座(26B)使其直接关闭；针头(24B)布置成当通过阀致动器向后拉离阀座(26B)时打开产品阀。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于：针头(24B)有圆头前端，用于抵靠阀座(26B)使其密封。
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