CN101534956A - 粉末喷涂放电组件 - Google Patents

Abstract

一种用于连接至静电喷涂枪(210)的粉末喷涂放电组件(230，260，216，228，232)，该枪(210)具有枪本体(212)、用于连接至涂覆粉末供应源的装置、以及用于为第一电连接(292)和第二电连接(294)分别供应处于第一和第二电位的电压(20)的装置，每个电连接用于连接至放电电极(232)和反电极(260)的相应的一个，用于供应电压(20)的装置包括：可变电压电源(114)，具有连接至电源(110)的输入端；输出端，连接至第一和第二电连接(292，294)中的每个；控制电路(128)，用于控制可变电压电源(20)；以及用于感测输出负载的装置(120)，其中控制电路(128)适于调节可变电压电源(20)以与感测到的负载增加成比例地减小电压和电流，或者反之亦然。

Description

粉末喷涂放电组件

技术领域

本发明涉及一种静电粉末喷涂设备，并且具体地，但是不唯一地，涉及用于静电粉末喷涂设备的电极装置。

背景技术

静电粉末喷涂设备可用于将粉末涂料沉积在基板上。已知的静电粉末喷涂设备通常包括可从中喷射粉末的喷嘴和位于喷嘴附近的放电电极。放电电极相对于接地工件保持在高电位，从而在放电电极与工件之间产生电磁场。当粉末穿过电磁场时，其变为带电的，从而被吸引并附着至工件。

电晕放电型静电喷枪通过放出非常高的直流电压来操作，该电压通常在30至100kV之间。在放电电极或电极处的此高电压导致产生电离空气(ionized air)的放电电流，当喷射粉末在空气流中被输送至待涂覆的接地制品时，喷射粉末穿过该电离空气。当粉末穿过电离空气时，部分电荷从电离空气转移至粉末，并且这导致粉末被吸引至任何处于较低电位的物质，例如接地制品。

通常认定此充电方法具有三个缺点，即“法拉第笼”、“反电离”和“桔皮皱纹”。

在法拉第笼中，带电粉末沿着放电电极与接地工件之间的静电力线。这些力线可有利于，使得制品具有周围缠绕的效果并且使得制品具有背向喷枪的涂覆区域(诸如后表面)，但是由于力线建立在凹处的外边缘上且将不会穿入内部，因此当涂覆凹处时，会引起问题。这使得涂覆这种凹处的内部非常困难。

在反电离中，来自电离空气的过量电荷落入(entrap)沉积在制品表面上的粉末层内，并且由于电荷都是相同的极性，所以相斥作用会引起电荷集中，尤其是在较厚的涂层中，其可从沉积粉末层喷出，从而在完工并固化(cured)的粉末薄膜中留下孔洞和凹陷。

在桔皮皱纹中，完工固化的粉末薄膜具有类似细微凹印磨光(fine hammer finish)的不均匀皱纹状效果。可以相信很大程度上这是由电离空气中的过量电荷被吸引至沉积粉末的表面而引起，并且当粉末在固化过程中熔化时，此过量电荷朝着基板表面移动，在完工的粉末薄膜中产生缺口。

总而言之，已知的装置具有下述缺点，场的性质，即强度和分布，很大程度上取决于工件的几何形状和放电电极与工件的接近程度。对于具有诸如陡沿、切口等复杂形状的工件，场倾向于在那些能够产生优先涂层的区域集中，并从而在那些区域中产生不均匀的涂层厚度。场线还坚固地建立在放电电极与凹处的外边缘之间，从而在凹处内产生“法拉第笼”，这种“法拉第笼”难以被涂覆是众所周知的，这是因为在深凹处内场较弱或不存在。

为了有效地为涂覆粉末(coating powder)充电，由放电电极以自由离子的形式产生比实际需要充电给粉末的电荷多得多的电荷。这些自由离子被吸引至接地工件，虽然大多数通过接地而被“中和”，但是相当数量的自由离子落在通过粉末而与地面绝缘的粉末层中或保留在粉末层的表面上，并且能够在完工的粉末薄膜中产生凹陷或孔洞，或者在完工表面上产生“桔皮皱纹”效果。

有多种方法能够将这三个问题最小化，例如，操作者可对放电电压和/或放电电流进行连续调节，以适应喷枪到制品的距离以及制品类型/被喷射粉末的类型。这在繁忙的生产线上不太实用。

很多喷枪/控制系统具有用于为不同类型制品(例如，平板、具有法拉第笼的复杂部件、或在制品上已存在绝缘粉末薄膜的重涂覆(recoating))充电的预选设置。虽然这能够是有用的，但是大多数制品不是简单地属于一个类别，并且在喷射一个部件期间或在多个不同部件之间喷射时改变预先设置也不太实用。

现在很多喷枪/控制系统由“恒定电流”电路操作，由此当喷枪靠近接地制品时放电电流将升高，但是仅升高至预定值。如果喷枪靠近，则放电电压将自动逐步降低，这在喷枪接近制品时减少总电荷。虽然这有帮助，但是是由电流来表示自由离子或电离空气的量，并且当喷枪距离减小时电流并不减小。

美国专利No.6274202中描述了致力于此的一个系统，由此当喷枪靠近制品时，放电电流和放电电压均减小。

一种已有一些成功应用的方法是将放电电极和接地反电极设置在喷枪的本体或喷嘴内。这产生最少的电离空气并且在喷枪内包含静电力线。然而，很难防止反电极被粉末污染从而在一段时间以后变得无效。

通过将接地反电极安装在传统电晕充电喷嘴外侧且位于之后，可以将上述内部充电喷嘴的内侧转为外侧。此反电极可采用单个接地金属棒或销针(pin)电极的形式，或者可以是环形排列的一系列接地销针，其向前朝向喷嘴或者从喷嘴切向伸出。这通常是由许多喷枪制造商提供的“附加物”，并且通常用来实现高质量的平滑涂饰表面。通常地，粉末的充电较慢且效率低。反电极通常安装在放电电极后大约100mm处，以试图将放电电压保持在最大值。如果喷嘴(放电电极)靠近制品的距离比放电电极与反电极之间的距离更近(比如说100mm)，如用手进行喷射时经常发生的情况那样，那么本系统将失效。本方法的另一缺点是放电电流通常非常高，典型地在100μA左右，由于放电点处的热电晕“发热”，此放电电流可导致粉末在电晕放电针上熔化，这将降低充电效率并且由于电容性放电将导致点火。虽然在很多情况下，操作者将能够由控制系统限制最大放电电流，但是由于大多数操作者倾向于将控制转为最大值以试图提高生产率，所以由控制系统限制最大放电电流的情况总是没有发生。连续运行最大放电电压和电流的另一问题是必须更多地考虑高应力高电压部件的可靠性以及由喷枪的电子部件产生的热量。

发明内容

本发明的一个目的是致力于一个或多个上述问题和/或提供一种改进的静电粉末喷涂设备。

本发明的第一方面提供一种用于连接至静电喷涂枪的粉末喷涂放电组件，该枪具有枪本体、用于连接至涂覆粉末供应源的装置以及用于为第一和第二电连接分别供应处于第一和第二电位的电压的装置，每个电连接用于连接至放电电极和反电极中相应的一个电极，用于提供电压的装置包括：可变电压电源，具有连接至电源的输入端；输出端，连接至每个第一和第二电连接；控制电路，用于控制可变电压电源；以及用于检测输出负载的装置，其中控制电路适于调节可变电压电源以根据检测到的负载增加来减小电压和电流，或者反之亦然。

优选地，控制电路适于调节可变电压电源以与检测到的负载增加成比例地减小电压和电流，或者反之亦然。

本发明优选能够在使用反电极时自动设置充电参数，从而根据反电极与放电电极之间的距离自动设置充电。由于充电参数可取决于负载，所以充电参数可自动地改变以补偿瞬时变化，例如粉末通过量、大气条件等的波动。

本发明的第二方面提供一种用于连接至静电喷涂枪的粉末喷涂放电组件，该枪具有枪本体、用于连接至涂覆粉末供应源的装置以及用于为第一和第二电连接分别供应处于第一和第二电位的电压的装置，每个电连接用于连接至放电电极和反电极中相应的一个电极，该组件包括：电绝缘间隔件，具有用于连接至枪本体的装置和用作涂覆粉末通道的管道；喷嘴，具有用于连接至间隔件的装置并具有用于涂覆粉末排出的孔；放电电极，位于喷嘴的排出孔的下游并可与第一或第二电连接中的一个电连接；以及位于放电电极与适于接合枪本体的间隔件的部分之间的反电极，反电极可电连接至第一和第二电连接中的另一个。

本发明的第三方面提供一种静电粉末喷涂设备，该设备包括：具有本体的枪；可连接至本体的电绝缘间隔件；可连接至间隔件的喷嘴，粉末流通过喷嘴可喷射；位于喷嘴下游的放电电极；以及在喷嘴与本体-间隔件界面之间的反电极。

本发明的第四方面提供一种静电粉末喷涂系统，该系统包括至少一个静电粉末喷涂枪和至少一个用户界面，该静电粉末喷涂枪包括本体；连接至本体的电绝缘间隔件；连接至间隔件的喷嘴，粉末流通过喷嘴可喷射；位于喷嘴下游的放电电极；以及位于喷嘴上游的反电极，反电极设置在本体-间隔件界面的下游。

本发明的第五方面提供一种用于连接至静电喷涂枪的粉末喷涂放电组件，该枪具有枪本体、用于连接至涂覆粉末供应源的装置以及用于为第一和第二电连接分别供应处于第一和第二电位的电压的装置，每个电连接用于连接至放电电极和反电极中的相应的一个电极，该组件包括：电绝缘间隔件，具有用于连接至枪本体的装置和用作涂覆粉末通道的管道；喷嘴，具有用于连接至间隔件的装置并具有用于涂覆粉末排出的孔；放电电极，位于喷嘴的排出孔的下游并可电连接至第一电连接；以及位于间隔件外部的反电极，反电极可电连接至第二电连接；其中用于提供处于第一和第二电位的电压的装置包括控制电路，该控制电路被布置成根据包括如下内容的组中的任何一个或多个组来自动调节第一和/或第二电连接处的放电电压和电流，所述组包括：放电电极与反电极之间的距离、粉末通过量、粉末类型、电极条件和大气条件。

令人惊讶地，已观察到，当使用本发明时，通过以与传统电晕放电喷嘴的放电电极相似的关系设置外部反电极，但是将其设置在喷嘴后方且离喷嘴相对较近(50mm远)，并且使用相似的低放电电压和电流(比如说，分别是40kV和20μA)，使得粉末的充电量保持足够。这与传统知识相反，传统知识认为需要最小阈值的放电电压和电流以使粉末充分充电。有利地，通过减小放电电压和电流，可大幅度减少上述三个问题(法拉第笼，反电离和桔皮皱纹)，这是因为静电场建立于反电极而不是建立于制品，这使得少量电流或没有电流流至或流过制品。

此外，通过移动放电电极和反电极使它们比在传统反电极系统中更靠近，从而当移动手动喷枪靠近制品时，不太可能导致系统无效。通过使用低得多的放电电压和电流，不太可能由于电晕发热而在放电电极上产生熔化的粉末，并且将有较少的应力施加在高压部件上，较少的加热作用施加至电子装置，从而产生更好的可靠性。

优选地，提供电源以将放电电极相对于反电极电偏压。

优选地，电源可施加至放电电极和/或反电极的最大电压被限制为100kV，更优选地被限制为70kV。在本发明的最优选实施方式中，电源可施加至放电电极和/或反电极的最大电压被限制为40kV。

优选地，限制放电电流。优选地，放电电极和/或反电极处的最大放电电流小于100μA，并且优选地小于70μA。在最优选实施方式中，放电电极和/或反电极处的最大放电电流基本上是20μA。

优选地，反电极设置在喷嘴与间隔件之间。

在现有技术中，将反电极设置得离放电电极这么近是不可取的，因为人们认为产生给粉末充电的足够的场所需的高压无法在没有点火危险的情况下保持在紧密间隔的电极之间。

令人惊讶地，人们注意到，如果放电电极和反电极被放置得更加靠近在一起，那么使用强度较弱的场(即，具有低电压和/或低电流)也可实现基本相同的粉末充电。

在优选实施方式中，该设备可进一步包括用于控制施加至放电电极的电压和/或电流的控制器。

间隔件能够可释放地连接至本体。优选地，喷嘴和间隔件一体成型。

控制电路可包括一个或多个用户界面，这使用户能够设置期望的工艺参数。另外，优选地提供功率感测反馈电路或可替换电路，其监控实际工艺参数和/或调节电源以补偿期望参数与实际参数之间的任何偏差。

所提供的功率感测/反馈电路可包括连接至放电电极和/或反电极的伏特计和/或安培计。来自伏特计和/或安培计的感测输出可被发送到微处理器。所提供的微处理器优选地被构造以监控和/或记录感测输出，和/或响应感测输出而执行加工操作。

控制电路可包括用于改变输出电压的功率控制器。功率控制器可包括分压器、和/或用于改变电流的装置，例如可变负载/电阻器。

优选地，控制器具有可由用户为了不同涂覆应用而选择的各种工作模式。这些模式可包括：恒定电压和/或恒定电流控制、和/或固定电压控制和/或固定电流控制、和/或成比例能量控制。

第一模式，固定电压控制，是用户将放电电极移动至远离工件，和/或规定额定工作电压。功率控制电路将放电电压调节至规定参数并将其锁定。因此，在使用中，当放电电极朝着工件移动或远离工件移动时，放电电流升高或降低。

恒定电流模式使得用户能够设置期望的工作电流。然而，在此模式中，当枪朝着接地物移动时，将允许电流升高至最大设定值。当达到最大值时，其保持该预设值，并且如果枪移动到离接地物更近，那么电压成比例地降低。

最后，成比例能量控制模式使得用户能够规定与粉末上的期望电荷相对应的期望能量。因此，如果能量(即电压和电流的乘积)保持与负载电阻成比例，则控制模块自由地选择任意放电电压和电流。

自动能量控制将根据电极与反电极之间的距离把电压和电流水平自动地设置为最优设置，不需要操作者调节。

在上述任一模式中，控制电路可被设置以相对于反电极(或放电电极)或工件来控制放电电极(或反电极)处的电压/电流。

因此，控制电路可允许用户从多种工作模式中选择。与本发明特别相关的是相对于反电极的成比例能量控制。另外，相对于工件的固定电压模式、相对于反电极的固定电压模式、相对于工件的固定电流模式、相对于反电极的固定电流模式、相对于工件的恒定电压模式、相对于反电极的恒定电压模式、相对于工件的恒定电流模式、以及相对于反电极的恒定电流模式，是可替换的工作模式。

在所有模式中，控制电路优选地提供安全断开，其在接地泄漏、电弧放电或短路的情况下切断电源。

优选地，提供用户键盘和/或可视显示器，以使用户能够对控制电路进行编程，即设置期望的工作模式和/或工艺参数。优选地，提供包括例如软管、过滤器、流化床和泵的粉末输送装置，以在使用过程中将粉末从粉末供应源(例如干燥粉末盒)输送至枪的喷嘴。

根据本发明第四方面的粉末喷涂放电组件自动地调节放电电极和/或反电极处的放电电压和/或电流。由于更多的粉末量/通过量具有抑制电晕放电的作用，所以优选地将相对于相同静电能量的更高的电压施加至放电电极和/或反电极。不同的粉末类型可能需要不同的放电电压和/或电流以实现足够的充电，这取决于表面面积/粉末微粒、粉末材料、表面粗糙度等等。因此，放电电压和/或电流优选地是可调节的以补偿这些变化。由于放电电极或反电极随着使用(例如磨损、摩擦、氧化、热循环等等)而老化，所以施加的放电电压和/电流优选地被自动调节以进行补偿。大气条件(例如温度、湿度等等)可影响粉末充电(例如，由于较高湿度下空气导电性将增加，所以对于给定的放电电压，较高湿度将导致放电电流减小)。因此，本发明的一个优选特征是放电电压和/或电流是可调节的，优选地是可自动调节的，以补偿这些变化。

附图说明

通过图1至图5来说明现有技术的静电粉末喷涂枪，在附图中：

图1是现有技术静电粉末喷涂枪的侧视图；

图2是包含反电极的图1的现有技术静电粉末喷涂枪的变型的侧视图；

图3是图2的现有技术静电粉末喷涂枪的透视图；

图4是包含多个反电极的图1的现有技术静电粉末喷涂枪的另一变型的侧视图；以及

图5是图4的现有技术静电粉末喷涂枪的透视图；

将参考附图的图6至图10仅通过实例的方式来说明本发明的优选实施方式，在附图中：

图6是根据本发明的静电粉末喷涂枪的透视图；

图7是图6的静电粉末喷枪的侧视图；

图8是示出了图7的喷嘴和间隔件的第一可能内部构造在A-A上的纵向横截面图；

图9是示出了图7的喷嘴和间隔件的第二可能内部构造在A-A上的纵向横截面图；

图10是用于图6至图9的静电粉末喷涂枪的示意性控制电路；以及

图11是结合了根据本发明的多个枪的静电粉末喷涂生产线的一部分的透视图。

具体实施方式

图1中示出了现有技术的静电粉末喷涂枪10，其主要包括本体12、把手14和喷嘴16。在把手14的底部，具有用于将枪10连接至向其供应粉末的软管(未示出)和主电源的连接器18。本体12的上部容纳电源装置20，该电源装置输出相对于输入电功率的高压(正的或负的)。在本体10内，管道22将软管连接器18内部地连接至喷嘴16。

在喷嘴16与本体12之间设置有电绝缘环形间隔套30，即“喷嘴螺母”。间隔套30可从本体12拆卸。

喷嘴16包括环形塑料套部24，该塑料套部的孔26与管道22的端部对准。与孔26同心地对准并部分伸入孔26的是偏转器28。偏转器28具有一个大体平的、圆形的正面29和一个从正面向后延伸的大体圆柱形的轴31，在轴31与正面29之间具有形成扩口接合部(flare blend)的半双曲面后表面部33。因此，粉末经由软管连接器18进入枪10、穿过管道22并在喷嘴16处离开该枪。偏转器28导致粉末微粒的轨道向外偏转，在此情况下，这在喷嘴16的前方产生大体圆锥形的喷射。

喷嘴16与间隔套30一体成型，因此，可与其它具有不同形状偏转器的喷嘴互换(通过替换间隔件-喷嘴组件)，以获得不同的喷射图案。(例如，不具有偏转器或具有非常小的偏转器的喷嘴可产生基本上圆柱形的粉末喷射，或者包含开槽孔的偏转器可产生矩形喷射图案)。

电线形式的放电电极32穿过偏转器28并从其正面上伸出。放电电极穿过环形塑料衬套34，以将放电电极32与偏转器28绝缘。电线36将放电电极32连接至电源20。

由于放电电极32与喷嘴16的剩余部分完全绝缘(通过塑料衬套34、喷嘴的塑料环形部24以及塑料间隔套30)，因此其可相对于枪10的剩余部分保持在期望的电位。

在图1中，工件38位于枪30的前方，并且连接至地面40。从而在放电电极32与工件38之间产生电场，在图1中电场由点划虚线42示出。

最后，在枪10的把手14上设置有触发器44，从而操作者可按照需要启动或停止喷涂处理。

在图2和图3中示意性地示出另一已知装置，其与图1中示出的装置大体相同，除了增加了反电极46。反电极46包括一个直的实心金属棒，通过穿过塑料支撑件48中的孔使得金属棒支撑于其远离喷嘴16的后端，该塑料支撑件48伸出在枪10的本体12的顶部上方。反电极46的前端朝着枪10的本体12的前部延伸至靠近间隔套30的后端的位置。反电极46连接至接地端40，从而电场42优选地从放电电极32向后延伸至反电极46，而不是朝着工件38向前延伸。当枪10与离工件38具有相对较大间隔时，即当放电电极-工件的间隔大于放电电极-反电极顶端50的间隔时(如果x>y)，电场将从放电电极32基本延伸至反电极顶端50。然而，由于电场通常将试图采取“最小电阻路径”，所以当枪10朝着工件38移动时(即从而x<y)，则电场可优选地接地至工件38，而不是接地至反电极46。

图4和图5示出了图2和图3中示出的枪的变型，其中反电极包括八个从环形塑料圈52径向伸出的金属销针46。金属棒54和环形圈52内的电线(未示出)用来将反电极销针46电连接至接地端40。

图6和图7示出了根据本发明的静电喷涂枪10，其主要包括本体212、把手214和喷嘴216。在把手214的底部，具有用于将枪210连接至向其供应粉末的软管(未示出)和主电源的连接器218。本体212的上部容纳电源装置220，该电源装置输出相对于输入电功率的高压(正的或负的)。在本体210内，管道222将软管连接器218内部地连接至喷嘴216。

在喷嘴216与本体212之间设置有电绝缘环形间隔套230，即“喷嘴螺母”。间隔套230可从本体212拆卸。

喷嘴216包括环形塑料套部224，该塑料套部的孔226与管道222的端部对准。与孔226同心地对准并部分伸入孔226的是偏转器228。偏转器228具有一个大体平的、圆形的正面229和一个从正面向后延伸的大体圆柱形的轴231，在轴231与正面229之间具有形成扩口接合部的半双曲面后表面部233。因此，粉末经由软管连接器218进入枪210、穿过管道222并在喷嘴216处离开该枪。偏转器228导致粉末微粒的轨道向外偏转，在此情况下，这在喷嘴216的前方产生大体圆锥形的喷射。

喷嘴216与间隔套230一体形成，因此，可与其它具有不同形状偏转器的喷嘴互换(通过替换间隔件-喷嘴组件)，以获得不同的喷射图案。(例如，不具有偏转器或具有非常小的偏转器的喷嘴可产生基本上圆柱形的粉末喷射，或者包含开槽孔的偏转器可产生矩形喷射图案)。

电线形式的放电电极232穿过偏转器228并从其正面229伸出。放电电极232穿过环形塑料衬套234，以将放电电极232与偏转器228绝缘。内部电线236将放电电极232连接至电源220。

由于放电电极232与喷嘴216的剩余部分完全绝缘(通过塑料衬套234、喷嘴的塑料环形部224以及塑料间隔套230)，因此其可相对于枪210的剩余部分保持在期望的电位。

在枪210的把手214上设置有触发器244，从而操作者可按照需要启动或停止喷涂处理。

反电极260位于间隔套230与喷嘴216之间。反电极260包括具有齿形边缘(castellated periphery)的环形金属圈262，齿形边缘包括由相同凹槽263隔开的向外伸出的多个相同齿形部264。每个齿形部264径向伸出喷嘴216的圆锥部268的边缘266。齿形环262夹在间隔套230与喷嘴216之间。

如图7中更清楚地示出的，在使用中，电场(由点划虚线242示出)从放电电极232的顶端发出，朝着反电极260的齿形部264向后延伸。这种构造在喷嘴216的附近产生了比现有技术装置更高的场密度(即每单位面积中有更多场线242)。因为场密度更高，所以与现有技术装置相比，为了实现相当的粉末充电(即电子至粉末颗粒的转移)，需要施加的电压较低。

图8更详细地示出了图6和图7的间隔件-喷嘴装置。如图8所示，管状间隔套230的一端连接至静电粉末喷枪210的本体212，另一端连接至喷嘴216。环状齿形反电极260夹在间隔套230与喷嘴216之间。

间隔套230包括一个具有通孔272的厚壁塑料管270，在使用中，粉末穿过通孔272。孔272还与管道222对准，该管道222穿过枪210的本体212。间隔套230在其两端具有分别与本体212和喷嘴216中的相应环形凹槽278和280接合的前轴向凸起274和后轴向凸起276。前凸起274和喷嘴凹槽278具有互补的螺纹，从而它们可彼此螺纹连接。间隔套230的后凸起276包括可容纳在喷枪210的本体212的凹槽280中的卡口式(bayonet-type)连接器。喷嘴216还具有与间隔套30的环面272对准的环面226。

反电极260还设置有中心通孔，该中心通孔容纳间隔套230的前凸起276，以便当喷嘴216和间隔套230螺纹连接在一起时，允许反电极260夹在喷嘴216与间隔套230之间。

当间隔套230连接至本体212时，薄塑料盘形式的电极对中器(centraliser)282夹在后凸起276的端部284与凹槽280的后壁286之间。塑料盘具有多个通孔以在使用中允许粉末流过。从对中器282的中心向前延伸并超出喷嘴216的是与通孔272同心设置的细长塑料轴288。扩口偏转器228与轴288的前端一体成型。

轴288具有容纳放电电极电线232的中心孔。放电电极电线232稍微超出轴288的远离对中器282的前端290。放电电极电线232的后端内部地穿过对中器282，并且从对中器的后面292稍微鼓出地终止，以形成接点294。因此，当间隔套230正确地连接至本体212时，放电电极电线232与电源的输出端298电接触。

反电极电线100穿过间隔套230中的平行于间隔套230的纵向轴线延伸的通道101，在其前端与反电极260电接触并且在其后端与电源220的接地端子204电接触，电源220位于枪210的本体212中。

因此，通过具有卡口式装配并通过使放电电极接点和反电极接点(294和204)处于不同径向位置，可以确保仅能够以正确方式连接电极。此外，如果枪10与传统的间隔件-喷嘴一同使用(即没有前侧安装的反电极)，那么只有放电电极电线将与电源接触。

在使用中，使用位于设备本体内的电源而相对于反电极电偏压放电电极232。

图9示出了与图8的间隔件-喷嘴装置稍微不同的间隔件-喷嘴装置。如图9所示，静电粉末喷枪310的本体312的前端具有圆柱形延伸管311，管状间隔套330在圆柱形延伸管311上滑动。包括部分圆锥的部分313和圆柱部分315的喷嘴316与间隔套330一体成型。延伸穿过本体312的圆柱孔372与喷嘴316中的孔对准，以在使用中允许涂覆粉末从中吹过。通过利用螺纹连接锁定环317将环状齿形反电极360夹在喷嘴316的圆柱部分315上。

间隔套330在其后端具有内螺纹321，内螺纹321与圆柱形延伸管311的外表面上的相应外螺纹接合，从而它们可彼此螺纹地连接。

当间隔套330连接至本体312时，薄塑料盘形式的电极对中器382夹在延伸管311的端部384与喷嘴316的后壁386之间。塑料盘具有多个通孔以在使用中允许粉末流过。从对中器382的中心向前延伸并超出喷嘴316的是与通孔372同心设置的细长塑料轴388。扩口偏转器328与轴388的前端一体成型。

轴388具有容纳放电电极电线332的中心孔。放电电极电线332稍微伸出轴388的远离对中器382的前端390。放电电极电线332的后端内部穿过对中器382，并且从对中器的后面392稍微鼓出地终止，以形成接点394。因此，当间隔套330正确地连接至本体312时，放电电极电线332与电源的输出端398电接触。

反电极电线300穿过间隔套330中的平行于间隔套330的纵向轴线延伸的通道301，在其前端与反电极360电接触并且在其后端与电源的接地端子304电接触，电源位于枪310的本体312中。

因此，通过使放电电极接点和反电极接点(394和304)处于不同径向位置，可以确保仅能够以正确方式连接电极。此外，如果枪310与传统的间隔件-喷嘴一同使用(即没有前侧安装的反电极)，那么只有放电电极电线将与电源接触。

在使用中，使用位于设备本体内的电源而相对于反电极360电偏压放电电极332。

图10是用于图6至图9的静电粉末喷涂枪的一种可替换控制及反馈系统的示意图。可变电压电源110连接至升压变压器(step-uptransformer)112，该变压器用于将AC主电源(例如230V，50Hz或120V，60Hz)转化成在放电电极接点294处的高压或超高压(100-200kV)电源。

通过调节可变电压电源110来控制供应至放电电极232的功率。

还设置有功率感测电路120以间接地监控放电电压和电流。伏特计122和安培计124分别监控由变压器引起的负载，假设该负载根据放电电极232或反电极260处的负载而改变。

伏特计122和安培计124的读数被输送126至监控并记录各个读数的微处理器128(如果必要的话，通过合适的模数转换器)。如果测量到的电压或电流离开规定范围，那么微处理器输出信号130以调节可变电压电源110，以将放电电极260处的电压和/或电流恢复至规定范围内。

在使用中，功率感测电路和功率控制电路如下进行工作：

放电电压和电流均被限制于预定最大值。放电电压将在最大预定值处工作，直到放电电流达到最大值。如果放电电流试图超过此最大值，那么与输出负载成反比地减小放电电压和电流两者。可以假定，输出负载是放电电极与接地物或反电极之间的空气的阻抗。

由于放电电极与反电极之间的距离基本固定，所以放电负载的变化可归因于粉末通过量、大气条件、或枪接近接地工件的情况。

在不使用固定反电极时，即，工件接地而不是反电极接地时，放电电极与工件之间的距离越大，空气的阻抗将越高，且负载将越低，由此放电电流将越小。放电电极与工件之间的距离越近，空气的阻抗将越低，且负载将越高，由此放电电流将越大。通过降低低压电源输入至高压发生器的电压，可实现受控地减少当超过最大预定电流时的输出电压和电流。

控制电路提供一个由微控制器控制的可变电压电源。该电源被供应至高压发生器组件(HVGA)，该发生器组件以固定比率依次升高电压以在枪处产生高压。HVGA包括电路、升压变压器和多级电压倍增器，以将12V的DC输入转化成(+或-)80kV的DC输出电压。(10级电压倍增器比12级电压倍增器更优选，因为其具有更多间隙，从而降低电击穿的可能)。

如果假设枪中的HVGA为理想地没有损耗，并且升压比率固定，那么微控制器通过将HVGA的假设升压比率乘以受控电源电压来计算实际的枪电压。

通过专用模拟电路在HVGA的正输入侧测量电流负载。此电路测量小欧姆值电阻器上的压降，并将此测量值转化成0至5V的接地参考信号。此模拟电路的频率响应足够快，以实时执行电源的电流控制。当微控制器测量HVGA上的输入电流时，其可确定高压侧上的有效负载。这通过将HVGA的输入侧上的校准测量电流除以HVGA的假设固定升压比率来实现。

通过微处理器进行的计算或通过编程在系统中的查找表来配置当超过预定输出电流时的输入电压减少或折返(fold back)的实际量。这意味着如果必要的话，可以改变折返的斜度或梯度。

由于喷枪增加的反电极离高压枪的放电电极很近，并且其物理上靠近产生近场的枪的输出端，导致HVGA用作高压成比例能量源，其中能量与负载电阻成比例。此外，与被喷射的目标之间没有直接的电交互作用。在枪变得与目标过近的情况下，枪电流试图增加，这被微控制器感测到，并且受控电源的输出电压降低以保持枪的成比例的能量。当枪电压降低至不能够进行适当喷射时，枪电流和电压进一步降低以防止枪电极与被喷射的目标之间的任何电弧放电。降低电流和电压的这种模式是完全安全的工作模式，并且当目标工件与枪很近时，将不可以进行正常粉末喷射。

可通过使用传统的模拟电路来实现相同的控制效果。这也可通过测量小欧姆值电阻器上的压降和使用运算放大器以提供相对于输出电流的负反馈并控制输出晶体管来实现，该输出晶体管将低压供应提供给高压发生器。

换句话说，控制电路提供与放电电极和反电极或接地件(例如接地工件)的距离成比例地控制放电能量(即电压和电流)的装置。

提供有用户界面132，从而操作者可规定工作模式和/或工艺参数，例如最大预定放电电流和电压。用户界面包括可用户化的预置的内置数据库，从而对于特定任务，用户能够快速地选择工作参数。用户界面包括输入装置，例如触摸屏和/或键盘和/或点击设备(例如鼠标)以及可视显示器。还提供有无线连接至微处理器的便携遥控用户界面134。

此外，微处理器128还控制枪工作的其它方面，例如粉末通过量。因此，微处理器操作地被连接以控制泵136，从而能够控制粉末从粉末供应源138至枪210的喷嘴216的输送。

微处理器还被构造以“识别”哪个特定类型的间隔套230和喷嘴216附接至枪210。例如，如果连接有参考图6至图8所示的间隔件-喷嘴装置，那么当枪启动时，微处理器将立即工作以降低施加的电压和/或电流。然而，如果使用如图2和图4所示的反电极装置，那么当枪启动时，微处理器将不立即工作以降低施加的电压和/或电流(除非放电电极靠近接地物)。

因此，微处理器128被构造以自动地识别不同的装置，并由此限制可得到的工作模式和/或工艺参数。例如，如果使用如图6至图8所示的反电极装置，那么将限制最大电流和/或电压以防止点火，然而如果具有间隔更大的电极，则可使用更高的放电电压。此外，如果不使用反电极，那么将需要从取自放电电极与工件之间的读数等获得反馈。

微处理器还具有内置安全功能，例如火花防护。通过持续监控放电电流和电压，伴随有放电电压快速降低的放电电流的快速增加可以被“解释”为短路或火花，并且切断命令可被发送至功率控制电路114以暂时减小和/或切断电源110。

最后，图11示出了多个以备用在生产线140上的静电粉末喷枪210(参考图6至图10所述)。

生产线140包括用于传送工件144使之经过一系列工作站146的高架输送机系统142，每个工作站146具有与其连接的静电粉末喷涂枪210。输送机系统142包括高架电缆148，该电缆绕过间隔开的滑轮150并且端部连接在一起以形成连续环。滑轮150的旋转使电缆148移动依次经过每个工作站146。多个悬挂装置152连接至电缆148并从电缆148垂下。每个悬挂装置152包括机械驱动的转环(swivel)154，细长电线156从转环154垂下，在电线的自由端处具有吊钩158。因此，工件144可钩在悬挂装置152上并从一个工作站146引向下一个工作站和/或被旋转，从而其可从每侧顺序地被涂覆。

吊钩158、转环154和电缆148均由金属制成以确保接地连续性。

主用户界面132允许用户为每个枪10设置工作参数。主用户界面132经由隐藏电线连接至一系列的连接器盒160。因此，在使用中，每个操作者可简单地将他的枪10插入连接器盒160，以在主用户界面132中接收来自微处理器的功率输入和控制输入。

在图11示出的实施方式中，两个枪10被设置以执行不同的涂覆操作，即底面涂覆和表面涂覆。因此，枪10连接至不同的粉末供应源138，并利用来自用户界面132的不同工作参数来编程。

提供带有至主控制器132的无线连接的手持便携计算机134，从而操作者可检查工件144，并手动调节枪的工艺参数，而不需要离开其工作站146。提供支架160以当不使用便携计算机134时，方便地保存便携计算机134。

本发明不限于前述实施方式的细节。具体地，枪不需要是手持装置——同样地，其可是安装好的自动机械，或甚至是安装在工件移动经过的固定台上的自动机械。图10所示的生产线不需要这么复杂——其可简单地包括部分封闭的小屋，操作者站在小屋中手动操作待涂覆的产品。

本发明的反电极可作为“附加物”被提供至传统的喷嘴，该喷嘴具有以浮动导线(flying lead)形式连接至喷枪后部附近的接地点的外部接地连接(如现行办法中)，或者反电极可设置在喷嘴内部，当喷嘴装配于喷枪时自动进行接地连接。接地电极接点可采取如上所述的接地金属棒或单点电极或环形排列的多个接地销针的形式，或者可采取齿形金属盘的形式，其中齿形部的边缘形成用作单个电极的触点。

如果传统喷嘴不装配有反电极，那么本发明的控制电路将优选地，通过监控低电压和低电流是否在使用中自动“接通”或者通过监控正常高压是否放电，而检测当喷枪通电时是否安装有反电极。如果没有安装反电极，那么静电输出将无效或自动转变成常规充电。

Claims (44)

1.一种用于连接至静电喷涂枪的粉末喷涂放电组件，所述枪具有枪本体、用于连接至涂覆粉末供应源的装置、以及用于为第一和第二电连接分别供应处于第一和第二电位的电压的装置，所述第一和第二电连接中的每个用于连接至放电电极和反电极的相应的一个电极，所述用于供应电压的装置包括：

可变电压电源，具有连接至电源的输入端；

输出端，连接至所述第一和第二电连接中的每个；

控制电路，用于控制所述可变电压电源；以及

用于感测输出负载的装置，其中，

所述控制电路适于调节所述可变电压电源，以根据感测到的负载增加来减小电压和电流，或者反之亦然。

2.根据权利要求1所述的粉末喷涂放电组件，其中，所述可变电压电源包括变压器。

3.根据权利要求2所述的粉末喷涂放电组件，其中，所述用于感测负载的装置在所述枪变压器的正输入侧上包括电路，所述电路被设置成测量电阻器上的压降并将此测量值转化成接地参考信号。

4.一种用于连接至静电喷涂枪的粉末喷涂放电组件，所述枪具有枪本体、用于连接至涂覆粉末供应源的装置、以及用于为第一和第二电连接分别供应处于第一和第二电位的电压的装置，所述第一和第二电连接中的每个用于连接至放电电极和反电极的相应的一个电极，所述组件包括：

电绝缘间隔件，具有用于连接至枪本体的装置和用作涂覆粉末通道的管道；

喷嘴，具有用于连接至所述间隔件的装置并具有用于涂覆粉末排出的孔；

放电电极，位于所述喷嘴的排出孔的下游并且可电连接所述第一或第二电连接中的一个；以及

反电极，位于所述放电电极与适于接合所述枪本体的所述间隔件的部分之间，所述反电极可电连接至所述第一和第二电连接中的另一个。

5.一种静电粉末喷涂设备，所述设备包括：具有本体的枪；可连接至所述本体的电绝缘间隔件；可连接至所述间隔件的喷嘴，粉末流通过所述喷嘴而可喷射；位于所述喷嘴下游的放电电极；以及在所述喷嘴与所述本体一间隔件的界面之间的反电极。

6.一种用于连接至静电喷涂枪的粉末喷涂放电组件，所述枪具有枪本体、用于连接至涂覆粉末供应源的装置、以及用于为第一和第二电连接分别供应处于第一和第二电位的电压的装置，每个所述第一和第二电连接用于连接至放电电极和反电极的相应一个电极，所述组件包括：

电绝缘间隔件，具有用于连接至枪本体的装置和用作涂覆粉末通道的管道；

喷嘴，具有用于连接至所述间隔件的装置并具有用于涂覆粉末排出的孔；

放电电极，位于所述喷嘴的排出孔的下游并且可电连接至所述第一电连接；以及

反电极，位于所述间隔件的外部，所述反电极可电连接至所述第二电连接；其中，

所述用于提供处于第一和第二电位的电压的装置包括控制电路，所述控制电路被设置成根据任何一个或多个组来自动调节所述第一和/或第二电连接处的放电电压和电流，所述组包括所述放电电极与所述反电极之间的距离、粉末通过量、粉末类型、电极条件、和大气条件。

7.根据前述权利要求中任一项所述的组件或设备，其中，所述反电极介于所述喷嘴与所述间隔件之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的组件或设备，其中，所述反电极包括环形金属板。

9.根据权利要求8所述的组件或设备，其中，所述环形金属板的边缘上具有一个或多个凸起。

10.根据权利要求8或9所述的组件或设备，其中，所述环形金属板的边缘是齿形的。

11.根据前述权利要求中任一项所述的组件或设备，其中，所述反电极夹在所述间隔件与所述喷嘴之间。

12.根据前述权利要求中任一项所述的组件或设备，其中，所述喷嘴、反电极和间隔件一体成型。

13.根据前述权利要求中任一项所述的组件或设备，其中，所述间隔件可拆卸地附接至所述本体。

14.根据权利要求13所述的组件或设备，其中，所述间隔件适于仅在一个优选方向上可附接至所述本体。

15.根据前述权利要求中任一项所述的组件或设备，其中，所述喷嘴进一步包括偏转器。

16.根据前述权利要求中任一项所述的组件或设备，进一步包括用于将所述放电电极相对于所述反电极电偏压的电源。

17.根据权利要求16所述的组件或设备，其中所述电源包括升压变压器。

18.根据权利要求16或17所述的组件或设备，进一步包括用于控制施加于所述放电电极和/或反电极的电压和/或电流的控制电路。

19.根据权利要求18所述的组件或设备，其中，所述控制电路包括用户界面。

20.根据权利要求19所述的组件或设备，其中，所述用户界面包括输入装置和/或可视显示单元。

21.根据权利要求19或20所述的组件或设备，其中，所述用户界面包括可用户化的预置的工作模式和/或工艺参数的数据库。

22.根据权利要求19、20或21中任一项所述的组件或设备，其中，所述用户界面无线操作地连接至所述微处理器。

23.根据权利要求18至22中任一项所述的组件或设备，其中，所述控制电路包括功率控制电路。

24.根据权利要求23所述的组件或设备，其中，所述功率控制电路包括分压器和/或可变电阻器。

25.根据权利要求18至24中任一项所述的组件或设备，其中，所述控制电路包括功率感测电路。

26.根据权利要求25所述的组件或设备，其中，所述功率感测电路包括连接至所述放电电极和/或所述反电极的伏特计和/或安培计。

27.根据权利要求17至26中任一项所述的组件或设备，其中，所述控制电路包括微处理器。

28.根据权利要求27所述的组件或设备，其中，所述微处理器被编程以监控和/或记录所述放电电极和/或反电极处被感测的电压和/或电流，和/或控制所述功率控制电路。

29.根据权利要求23至28中任一项所述的组件或设备，其中，所述功率控制电路能够被编程，以在工作模式组的任意一个或多个工作模式下工作，所述工作模式组包括：恒定电压控制、恒定电流控制、固定电压控制、固定电流控制、以及恒定能量控制。

30.根据前述权利要求中任一项所述的组件或设备，进一步包括粉末输送装置。

31.根据权利要求30所述的组件或设备，其中，所述微处理器适于控制所述粉末输送装置。

32.根据权利要求27至31中任一项所述的组件或设备，其中，所述微处理器被编程以识别所述间隔件的类型和/或方向。

33.根据权利要求27至32中任一项所述的组件或设备，其中，所述微处理器被编程以持续监控所述放电电流和/或电压并控制所述电源电路，以当在所述放电电极处检测到放电电压的突然降低和/或放电电流的突然增加时，降低和/或切断所述放电电极处的电压/电流。

34.根据前述权利要求中任一项所述的组件或设备，其中，能够施加至所述放电电极和/或反电极的最大电压被限制为100kV。

35.根据前述权利要求中任一项所述的组件或设备，其中，能够施加至所述放电电极和/或反电极的最大电压被限制为70kV。

36.根据前述权利要求中任一项所述的组件或设备，其中，能够施加至所述放电电极和/或反电极的最大电压基本上是40kV。

37.根据前述权利要求中任一项所述的组件或设备，其中，能够施加至所述放电电极和/或反电极的最大电流基本上是100μA。

38.根据前述权利要求中任一项所述的组件或设备，其中，能够施加至所述放电电极和/或反电极的最大电流基本上是70μA。

39.根据前述权利要求中任一项所述的组件或设备，其中，能够施加至所述放电电极和/或反电极的最大电流基本上是20μA。

40.一种静电粉末喷涂系统，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的静电粉末喷涂枪和至少一个用户界面。

41.根据权利要求40所述的系统，其中，所述静电粉末喷涂枪中的至少一个是自动机械控制的。

42.一种参照并由附图中的图6至图10示出的基本如上所述的静电粉末喷涂组件。

43.一种参照并由附图中的图6至图10示出的基本如上所述的静电粉末喷涂设备。

44.一种参照并由附图中的图9和图10示出的基本如上所述的静电粉末喷涂系统。

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