CN101516523A - 静电喷雾器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于工件的连续涂覆的静电喷雾器装置，其中，喷雾器的高电压传感器(7)和致动器由喷雾器(11)和/或机器人臂(10)中的隔离变压器(T1－T3)利用高电压绝缘路径进行供电。用于致动器(6)和传感器(7)的控制和传感器信号无电位地传输，例如光学地传输或通过无线电传输。

Description

静电喷雾器装置

技术领域

根据权利要求1的前序部分，本发明涉及用于涂覆机的喷雾器装置，该涂覆机用于工件的连续静电涂覆，工件诸如是车体或例如其部件。喷雾器装置具体地可以由静电喷雾器和涂覆机器人的前臂(臂2)构成，喷雾器经由通常的腕接头布置在涂覆机器人的前臂上。

背景技术

静电喷雾器是已知的。在旋转喷雾器的情况下，它们除包含用于驱动喷雾头的电马达或涡轮(即气压驱动或液压驱动器)外，还包含各种组件，诸如阀，阀端子，用于现场总线系统的总线连接模块，阀控制系统，驱动控制环，以及其它任何类型的控制器，感应、光学和/或电容传感器，高电压发生器等。

在利用涂覆材料的直接充电进行操作的喷雾器中，通常地，整个喷雾器设置为高压，以便由包含所有导电部件的电极器件来对涂覆材料进行充电，涂覆材料与电极器件接触，电极器件诸如是喷雾头、涂料管、螺旋连接部等。然而，还已知借助外部电极来对涂覆材料进行外部充电是可能的。

根据WO 2005/110613，包含由安全变压器控制的电马达的静电旋转喷雾器是已知的。在例如EP 0219409、EP 1245291、EP 1293308以及EP 1394757中能够找到关于静电喷雾器及其组件的进一步的信息。

EP 1232799描述了空气操作的喷雾器，其包括如下组件，这些组件能够在分开点处彼此容易地分开和相连接，所述分开点是需要易断开和连接的电线连接部的地方。代替以前用于此的插入式接触部，此空气操作的喷雾器中的线连接部由感应耦合器构成，在每种情况中，感应耦合器具有两个扁绕线圈，线圈具体是壶形铁芯类型的，感应耦合器据说是如此的小以致实际上无需对喷雾器的可分开的部件进行结构修改，可分开的部件能够替代地借助于插入式连接部进行连接。

根据DE 10309143，经由隔离变压器给高电压刮削涂料传送线上的碎屑(scraper)传感器(生铁传感器)提供它们所需的电压是已知的，并且经由光耦合器将传感器信号从高电压区域发送至外部评估电路也是已知的。

应用中使用高电压要求在处于高电压的组件和处于低电位的组件之间具有大的隔离距离，这些组件的一些也可以设置于用作涂覆机的机器人的臂中。然而，喷雾器装置中的空间状况通常不容许在处于高电压的组件和处于地电位或低电位的组件之间存在任何间隔。因此，可能需要喷雾器装置中的组件的完全充电。

静电喷雾器包含各种组件，必需向所述各种组件提供电力和/或所述各种组件必需接收和/或发送电信号。所有的致动器和传感器以及喷雾器的其它电子组件需要电力供应，并且设置于其中的所有致动器需要来自外部的信号，同时所有传感器和其它电子组件传送例如诊断数据和其它信号至外部，诊断数据和其它信号具体包括喷雾器的外部控制的参数的实际值。

发明内容

本发明的目的具体是实现至喷雾器装置的处于高电压的组件的有利的和无问题的电力供应，同时实现外部供电线装置和喷雾器装置的用电设备之间的电位隔离。

此目的通过权利要求1的特征实现。

本发明基于一种变压器装置能够有利地用于给喷雾器装置的其它组件供电的实现，所述变压器装置至少部分地设置在喷雾器中或涂覆机的相邻的活动元件中、或甚至可能设置在涂覆机外，活动元件诸如具体是涂覆机器人的前臂，所述变压器装置可能已经存在，例如用于给喷雾器的电驱动马达供电或对其进行控制。所述变压器能够在设置为用于给喷雾器装置供应电力的线装置和喷雾器中或可能地机器人臂中的处于高电压的用电设备之间引起电隔离。借助于具有足够隔离距离的隔离变压器或初级和次级电路之间的其它隔离器件，能够最好地进行隔离。这里，必需考虑不同的组件需要不同的供电电压的事实。通过范例方式，与仅需要恒定DC电压(例如24V)的用电设备相比，喷雾头的频控驱动需要不同的电压和频率。

根据另一方面，本发明使得将已经由传感器、致动器、控制系统和/或喷雾器装置的其它电组件发送或接收的信号传输至喷雾器装置和/或从喷雾器装置进行传输而不会有任何问题成为可能，即使这些组件操作期间处于高电压。此问题的解决在于，以电隔离的方式传输信号。能够以各种方式实现电隔离，具体通过优选地数字的信息，或经由光纤或无线电链接的数据传输，或作为声信号，或甚至通过供电电压的幅度或频率调制，供电电压例如从具有高电压隔离的变压器装置传导至喷雾器装置的高电压区域。

附图说明

将参照附图更详细地解释本发明，其中：

图1示出了根据本发明的具有变压器装置的喷雾器装置；

图2示出了变压器装置的一个优选实施例的示意图；

图3示出了经由光纤的信号传输的基本图示；以及

图4示出了经由无线电链接的信号传输的基本图示。

具体实施方式

图1中，在区域1中设置有静电旋转喷雾器装置的组件(它们在操作期间处于高电压电位)，即真实的喷雾器或构成喷雾器的装置，腕接头和涂覆机器人的前臂，涂覆机器人在此情况下其必要的元件也处于高电压。前臂可以由绝缘材料以本身常见的方式制成。除以下描述的变压器装置的初级线圈外，区域1中的所有组件可以处于高电压电位。

通过两极或多极外部供电线装置2实现给此区域1的电力供应，如附图中所示，装置2给三个变压器T1、T2以及T3的并联的初级线圈供电，三个变压器以本身已知的方式设计成具有高电压隔离距离(针对高于100或150kV)的隔离变压器。

线装置2的AC电压经由变换器3向第一变压器T1的初级线圈供应电压脉冲，电压脉冲在次级侧向电马达M的频率控制的驱动器4供电，电马达M设置于高电压区域1中，并且在这里所考虑的范例中设置为代替空气涡轮，空气涡轮在旋转喷雾器中是常见的以用于驱动喷雾头，电机并且可以设置在喷雾器自身中或在其它情况下在其外部，例如在机器人的前臂中或前臂上。马达M可以对应于例如前述文献WO 2005/110613A1。

因此，能够将在变压器T1的次级侧产生的AC电压转换成例如40V的DC电压，能够可选地以受控的方式改变DC电压，并且可以将DC电压与频率能够被控制的AC电压叠加，以控制或调节马达的旋转速度。然后能够将此DC电压转换成给马达M供电的、频率对应于叠加的频率的AC电压。然而，也能够使用本身已知的不同电系统来向马达M供电和控制马达M，其中，能够例如通过改变同步频率以已知的方式来控制旋转速度，并且其中，电力供应也可以与例如数字旋转速度控制分开。

代替电马达M，也能够设置用于喷雾头的气压或液压驱动器。当使用电马达时，以仅仅替代现存的喷雾器中的常规空气涡轮的方式来使所述电机形成为所需的尺寸是有利的。

另一方面，根据本发明，第二变压器T2的次级线圈用于向组件供应电力，组件包括设置于高电压区域1中的致动器6、传感器7以及喷雾器的电子元件。如图中所示，能够由变换器5将变压器T2产生的AC电压转换成DC供电电压。仅以6和7示意性地示出的组件的典型范例是致动器，诸如用于阀和流量、旋转速度的控制和驱动电路，以及其它调节电路，典型范例也可以是传感器，例如用于切换阀的位置、旋转速度、流率、温度、涂覆材料的压力等。这里考虑的致动器还可以包括例如电马达或其它马达，例如作为计量泵驱动器。

在实施例的其它范例中，在马达控制系统中产生的DC电压也能够用于向传感器和致动器供应电力，马达控制系统诸如例如是驱动器4。此外，在其它情况下，以本身已知的方式使用电池向单独的传感器和/或致动器供应电力是可能的，或者使用其它诸如例如燃料电池的分开的电源也是可能的。然而，借助于变压器装置来向喷雾器的组件供应电力具有的优点是将电力供应的花费降到了最低，为了其它目的，在任何情况下都存在变压器装置，组件诸如是电驱动马达。

第三变压器T3的次级线圈给变换器9供电，或向喷雾器的高电压发生器(未示出)供电，变换器9根据输入AC电压产生涂覆材料的静电充电所需的高电压。为了涂覆材料的直接的或外部的充电，将高电压施加至内部或外部电极装置(未示出)，在静电喷雾器的情况下，电极装置是常见的。

除了喷雾器的传感器和致动器外，根据本发明的变压器装置也能够用于给本申请技术设备的其它组件供电，这些组件甚至位于喷雾器外部，即包括本申请技术设备的致动器和传感器，它们位于涂覆机上的任何地方并可以处于高电压电位或处于低电位或接地电位。

取决于系统，这也包括可以处于高电压或接地电位的组件，诸如例如变色器。变压器装置可以可选地给存在于机器人上的本申请相关的组件供应各自所需的电力。

对于变压器装置，如果相对重的标准结构作为独立的组件安装于喷雾器中或安装于例如喷涂机器人的机器人臂中，则这些可以影响其运动动力学。因此，将变压器或变压器线圈集成在机器人臂的主体中，使得其用作机器人臂的支撑元件，并给其带来所需的刚性或至少部分对所需的刚性做贡献，则是更有利的。结果，包括机器人臂的喷雾器装置的总重量没有由变压器显著地增加。

图2中示意性地示出了用于此的一种可能的实施，其中，看到枢轴地装配的机器人臂10是可能的，在机器人臂10的一端(左手端)，经由腕接头装配有由11表示的喷雾器，而在其相对端设置有常见的轴外壳12，轴外壳12具有用于喷雾器运动所需的手轴(hand axle)马达。外壳12可以设置在低电位或地电位。

形成机器人臂10的外部壳，或者其通过变压器线圈14支撑于其内侧上，变压器线圈14适配于机器人臂的几何形状并从而造成了机器人臂10的所需的机械强度。如已经提到的，包括变压器线圈14的机器人臂10可以处于高电压电位，变压器线圈14在此范例中用作次级线圈。连接至外部供电线装置2(图1)的变压器的高电压隔离的初级线圈可以在感应范围中，有利地在外壳12中，或在外壳12的邻近区域中处于臂10中的位置处，处于低电位或地电位。

将这里考虑的变压器装置至少部分地安装于其它(后)机器人臂16中或与臂10和16分开的且装配于机器人上以便沿其(轴7)行进的组件中也是可能的，其中，如实施例的其它范例中那样通过高电压隔离器件与初级侧电隔离的次级侧能够电连接至处于高电压的待供电的元件。

必需以电隔离的方式进行至设置于高电压区域1(图1)中的致动器和传感器的控制和传感器信号的传输或来自该致动器和传感器的控制和传感器信号的传输，以防止高电压的任何影响。为此目的，以下考虑光学传输或无线链接的可能性，其是有利的，甚至可以独立于上述借助于变压器的电力供应。

如图3中所示，在高电压区域1中设置有电-光变换器装置20，其将例如由传感器产生的数字传感器信号转换成光信号，并将接收的光控制信号转换成例如数字控制信号。光传感器和控制信号经由变换器装置20和设置于高电压区域外的外部变换器装置21之间的光波导装置OWG双向地传输。变换器装置21能够将光信号转换回电信号，例如数字信号。如所知的，光传输以无电位方式发生。能够使用商业上可用的组件在形成光波导装置OWG的光纤电缆的各个端进行光信号至电信号的信号转换或电信号至光信号的转换。既传输单独的信号并且也传输复合的总线信号是可能的，这容许使用现场总线系统和其组件，其组件是本身已知的。

如图4中所示，也能够经由无线电链接传输进入或离开高电压区域1的数据。其中，无线电链接25设置于位于高电压区域1中的变换器装置26和外部变换器装置27之间，变换器装置26将前述传感器和控制信号转换成无线电信号，外部变换器装置27将无线电信号转换回电信号。可以使用商业上可用的系统，其经由例如蓝牙或使用称作WLAN的无线网络来设定无线电链接。具体地，利用这些进行大量数据的传输是可能的。将数据传输至机器人外的区域也是可能的，其结果是能够将机器人中所需的电缆连接减少到最小。如所知，经由无线电链接的信号传输也以无电位方式进行。可以使用常见的发送和接收组件以本身已知的方式执行在无线电链接25的各个端的至电信号或无线电信号的信号转换。在此情况下，也能够传输单独的信号和复合的总线信号，使得已知的现场总线系统和其组件的使用成为可能。经由无线电的信号传输也以双向方式进行，即信号在讨论的传输介质中在两个方向传输。

蓝牙是根据IEEE 802.15.1的普遍已知的工业标准，其用于在高达约100m的相对短的距离上进行器件的无线电联网。联网的器件能够在2.402GHz和2.480GHz之间的ISM波段(工业、科学以及医学的波段)中进行传输。为了获得相同频带中抗干扰的鲁棒性，利用跳频处理，其中，将频带分成大量(79)的频率段，例如以1MHz的间隔，这些频率段以高达每秒1600次的速度发生改变。也存在频率较少发生变化的数据包。在低的和高的端，在每种情况下，存在作为用于相邻频率范围的安全带的频带。借助于EDR(增强数据率)，能够以约2.1Mbit/s传输数据。当前，蓝牙器件能够同时维持高达七个连接，涉及的器件享用可用的带宽。不同类型的误差处理是可用的：每个比特进行两次重复的1/3FEC(前向误差控制)、利用用于将10比特编码成15比特的发生器多项式的2/3FEC、以及ARQ(自动重复请求)，ARQ中，重复数据包，直到接收到肯定的确认或超过时限。另一方面，WLAN(无线局域网)涉及根据IEEE 802.11的网络，其能够以基础设施模式或特设模式操作。在基础设施模式中，由基站来协调单独的网络节点，能够经由基站容易地建立至有线网络的连接。在特设模式中，不特定地区分站，相反，所有的站是相等的。能够迅速地建立特设网络并且无需大的费用。对于WLAN，用于提高数据传输的安全的方法也是已知的。

为了确保经由无线电(例如使用WLAN或也使用蓝牙)的数据传输的安全，特别地，应用称作频率扩展的已知方法是可能的，其中，将窄带信号转换成宽带信号。先前汇聚在小的频率范围中的传输能量在此情况下在较大的频率范围上分布。作为结果获得的一个优点是抗窄带干扰的更强的鲁棒性。此外，频率扩展用于数字技术中，用于减小时钟信号的频谱密度并从而获得更好的电磁兼容性。能够以各种方式执行该方法。在直接序列扩频(DSSS)方法中，有用数据通过异或(XOR)与代码相联系，并且然后被调制到带宽上。此方法通常与CDMA技术组合应用，并且具体能够用于根据标准IEEE 802.11的WLAN和移动无线电标准UMTS的情况。在基于跳频的频率扩展方法中，在频率复用的环境中，在较小的带宽的许多通道之间划分可用的带宽。此方法特别是能够用于蓝牙的情况。

通常，借助于包括安全软件程序的系统电子地监控经由无线电链接25或光波导布置OWG的所述信号传输是有利的，安全软件程序监控传输路径并检查传输的信息的似真性。一种可能性在于例如在信息数据传输期间以例如调频的方式传输给定的数据包多次(例如5次)，并且另一方面在于检查是否至少有两个相同的数据包到达以及因此无线电的或其它的传输路径状况良好。在发生错误的情况下，能够关断喷雾器装置和/或传输路径的安全相关的组件，以保护物体和人。借助于错误报告，能够将已探测到的状态通知给操作人员。具体地，以下类型的监控可以恒定地处于激活：检查光学传输路径或无线电链接；传输的信息(协议)的似真性；以及在发生错误以及操作人员通知的情况下，整个系统的关断功能。

代替上述光学或无线电传输路径，使用优选地双向的声信号传输也是可能的。对于此传输技术，其类似于无电位(并且本身已经被提出来了，例如用于控制喷雾器的旋转速度)，能够使用麦克风产生声音水平信号，通过管传导并在接收点被转换回电信号。

控制信号在喷雾器装置的高电压区域中的无电位传输的另外的可能性在于在上述变压器装置的输入电压上叠加包含控制信息的信号分量，信号分量能够在次级侧被重新过滤掉并且能够用作用于设置于高电压区域中的组件的控制信号。叠加的信号分量可以例如是可选地数字频率或输入电压的幅度调制。作为替代，传输AC电压信号也是可能的，根据期望的控制功能来控制AC电压信号，并且经由具有高电压隔离的单独的变压器将其从设置为用于其它功能的变压器装置(T1、T2、T3)的输入电压单独地传输至高电压区域中。利用这些可能性中的每一种可能性，具体地，在闭合控制环中控制和/或调节喷雾器的可选地电驱动的马达的旋转速度也是可能的。以与控制信号至喷雾器装置中的上述传输类似的方式，也能够将传感器信号从喷雾器装置传输至涂覆机内或涂覆机外的低或地电位区域。

作为对实施例的所述范例的修改，将变压器装置布置在喷涂机器人外部也是可能的，例如包括在喷雾室外的隔间中，变压器装置设置为用于给喷雾器装置的供应电力。例如为了避免爆炸控制问题，这可能是有利的。从而在变压器和喷雾器之间需要高电压隔离，能够以本领域技术人员本身已知的方式在通往喷涂机器人或喷雾器的线装置内实施所述高电压隔离。

Claims (15)

1、一种用于涂覆机的喷雾器装置，所述涂覆机用于工件的连续静电涂覆，所述喷雾器装置包括静电喷雾器(11)，所述静电喷雾器(11)具有用于将涂覆材料充电至高电压的器件，并且包含包括致动器(6)和传感器(7)的组件，至少一些所述组件在操作期间处于高电压电位，

并且包括变压器装置(T1-T3)，所述变压器装置(T1-T3)连接至外部供电线(2)并且至少部分地设置于所述喷雾器(11)或所述喷雾器装置内和/或所述涂覆机的组件(10)中或所述涂覆机外，

其特征在于，所述变压器装置(T1-T3)在其初级和次级电路之间具有高电压隔离器件，或者在从所述变压器装置通往所述喷雾器装置的线装置中设置高电压隔离器件，并且其特征在于，所述变压器装置连接至包括阀控制系统的传感器(7)和/或致动器(6)并向它们供应它们所需的电力，所述传感器(7)和/或致动器(6)设置于所述喷雾器装置中并且处于高电压电位。

2、根据权利要求1所述的喷雾器装置，包括旋转喷雾器，所述旋转喷雾器包含用于所述喷雾器(11)的旋转喷雾元件的电驱动马达(M)，所述马达由变压器装置(T1)供电和/或控制。

3、根据权利要求1或2所述的喷雾器装置，其特征在于，所述喷雾器(11)或所述涂覆机的活动元件(10)包含高电压发生器(9)，所述高电压发生器(9)由所述喷雾器装置的所述变压器装置(T3)供电。

4、根据前述权利要求的任一项所述的喷雾器装置，其特征在于，所述变压器装置(T1-T3)至少部分设置于涂覆机器人的臂(10)中，所述臂形成所述活动元件。

5、根据权利要求4所述的喷雾器装置，其特征在于，设置于机器人臂(10)中的所述变压器装置的部件(14)在操作期间处于高电压电位。

6、根据权利要求4或5所述的喷雾器装置，其特征在于，所述变压器装置的部件(14)在结构上集成在所述机器人臂(10)的主体中，使得其有助于那里的机械强度。

7、一种用于涂覆机的喷雾器装置，所述涂覆机用于工件的连续静电涂覆，所述喷雾器装置包括静电喷雾器(11)，所述静电喷雾器(11)具有用于将涂覆材料充电至高电压的器件，并且所述喷雾器装置包括在操作期间处于高电压电位的区域，并且，在所述区域中设置有包括致动器(6)和传感器(7)的组件，具体地根据权利要求1至6的任一项，其特征在于由传感器(7)、致动器(6)、控制系统和/或所述喷雾器装置的其它电组件发送和/或接收的信号以电隔离的方式进行传输，且传输至所述喷雾器装置的处于高电压电位的所述区域(1)中或来自所述区域(1)。

8、根据权利要求7所述的喷雾器装置，其特征在于，来自设置于所述喷雾器(11)中的所有所述致动器(6)和传感器(7)的所述信号以电隔离的方式进行传输，且传输至处于高电压电位的所述区域(1)中或来自所述区域(1)。

9、根据权利要求7或8所述的喷雾器装置，其特征在于，提供光纤(OWG)用于所述信号的无电位传输。

10、根据权利要求7至9的任一项所述的喷雾器装置，其特征在于，提供无线电链接(25)用于所述信号的传输。

11、根据权利要求10所述的喷雾器装置，其特征在于，蓝牙系统或WLAN系统用作所述无线电链接(25)。

12、根据权利要求7至11的任一项所述的喷雾器装置，其特征在于，在同一传输路径(OWG、25)上进行双向信号传输。

13、根据权利要求7至12的任一项所述的喷雾器装置，其特征在于，将传输至所述喷雾器装置和/或来自所述喷雾器装置的所述信号与变压器装置的电压叠加。

14、根据权利要求7至13的任一项所述的喷雾器装置，其特征在于，提供一种用于检查所接收的信号的正确度的系统。

15、根据权利要求7至14的任一项所述的喷雾器装置，其特征在于，提供包括用于监控传输路径(OWG、25)和用于检查所传输的信息的监控软件的电子监控器件，所述电子监控器件在由所述监控软件探知错误的情况下产生错误消息。

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