CN101687206B

CN101687206B - 具有恒定成形空气温度的涂装设备和涂装方法

Info

Publication number: CN101687206B
Application number: CN2008800230097A
Authority: CN
Inventors: A·迈斯纳; F·赫勒; M·弗赖; T·布洛克; M·鲍曼
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: JP2010531726A; JP5439368B2; ES2358866T3; EP2162227A1; DE502008002226D1; CN101687206A; DE102007030724A1; WO2009003602A1; ATE494071T1; PL2162227T3; US8807077B2; US20110159196A1; EP2162227B1

Abstract

本发明涉及涂装设备，其具有喷雾器(1)用于向待涂覆元件施加涂覆成分的喷流(3)，至少一个成形空气喷嘴(8)用于输出成形空气以便对喷流(3)进行成形，并且温控装置(9)用于控制成形空气的温度，以及控制单元(10)作为喷雾器(1)的至少一个操作变量的函数来启动温控装置(9)以便设定预定的成形空气温度。此外，本发明包括相应的涂装方法。

Description

具有恒定成形空气温度的涂装设备和涂装方法

技术领域

本发明涉及一种涂装设备和相应的涂装方法，特别适用于为机动车辆的车身部件涂漆。

背景技术

传统中利用旋转式喷雾器来对机动车辆的车身部件或其它元件进行涂漆，该旋转式喷雾器利用空气涡轮气动驱动并且利用钟形杯来雾化将被施涂的漆。还已知利用所谓的成形空气来对钟形杯施加的喷流进行整形。为此，成形空气喷嘴安装在旋转式喷雾器中，位于钟形杯的轴向后方，成形空气喷嘴基本上沿轴向从后面向喷流输出成形空气射流，从而喷流的张开角度可被成形空气射流影响。

在使用成形空气时的一个问题是，受压供应的成形空气在离开成形空气喷嘴时突然降温，这可能导致破坏性地形成冷凝水。

为解决这一问题，从JP 08 108 104 A已知可以预热所供应的成形空气，其中利用电加热和温度调节以达到一定的温度，以使得成形空气离开成形空气喷嘴时的温度降低不足以引起破坏性地形成冷凝水。

除了前面描述的利用空气涡轮来气动驱动的旋转式喷雾器以外，还有旋转式喷雾器可从WO 2005/110619 A1得知，其中钟形杯由电马达驱动。这里，成形空气也可被用于冷却电马达，其中成形空气被传输经过电马达的定子，并且在这种情况下吸收定子中产生的电废热的一部分并且排出热量。

在已有的旋转式喷雾器的情况下，成形空气在流经旋转式喷雾器时受到热影响，也就是说，成形空气的温度取决于旋转式喷雾器的操作状态，从而在成形空气喷嘴出口处的成形空气温度基于旋转式喷雾器的操作状态波动，这会对涂漆过程产生负面影响，因为当被施涂的漆到达被喷涂元件时，漆或者更干、或者更湿，这取决于成形空气温度。

尽管有一种带有温控装置和控制单元的涂装设备在DE 102 39517 A1中公开，但在这种情况下，加热装置并不加热成形空气，而是加热用于驱动空气涡轮的驱动空气。此外，在该文献中仅仅泛泛地提到成形空气可被加热以防止因涡轮的驱动空气的解压缩导致的被喷涂成分冷却。有目的地控制成形空气的加热并未在该文献中提及。

尽管EP 1 688 185 A1公开了一种具有成形空气喷嘴和温控装置以及控制单元的涂装设备，但在这种情况下控制单元具有完全不同的功能，即在这种情况下成形空气温度并非保持恒定，相反，它是被有目的地改变的。

最后，WO 88/00675 A1中只公开了一种总体上用于可流动物质的温控装置。然而，该文献中没有提到成形空气的温度控制。

发明内容

因此，本发明的目的是在已有旋转式喷雾器的情况下改进涂漆质量并且确定相应的旋转式喷雾器操作方法。

上述目的可通过根据本发明的涂装设备和相应的涂装方法实现。

本发明包含的总体技术构思为，将成形空气喷嘴的出口处的成形空气温度保持恒定，而与旋转式喷雾器的操作状态无关，从而涂漆质量不会受成形空气温度波动的影响。与此不同，在根据JP 08 108 104 A的已知旋转式喷雾器的情况下，只在旋转式喷雾器的上游成形空气温度保持恒定，因而成形空气温度受到的旋转式喷雾器的热影响未被计入，这会导致在成形空气喷嘴的出口处成形空气温度的波动。

本发明包括涂装设备，其具有喷雾器(例如旋转式喷雾器)，用于向待涂覆元件例如机动车辆车身部件上施加涂覆成分(例如湿漆)的喷流。

在这一点上需要指出，关于喷雾器的类型，本发明并不局限于旋转式喷雾器。相反，本发明还可以通过其它类型的喷雾器实现，例如，下面仅列举少量几种可行的喷雾器类型：无空气喷雾器、空气混合喷雾器、空气喷雾器或超声喷雾器。

此外，有关涂覆成分，本发明并不局限于水基涂料，而是还可以通过其它类型的涂覆成分实现，例如溶剂基涂料或粉末基涂料。

此外，本发明并不局限于对机动车辆车身部件涂漆，而是还可以用于对其它元件进行涂漆，例如用于对车上装配的部件或类似物进行涂漆。

此外，根据本发明的涂装设备具有至少一个成形空气喷嘴，用于排放成形空气，以便利用成形空气形成喷流。成形空气喷嘴在这种情况下可选地可被集成到喷雾器中或与喷雾器分开构建。

此外，根据本发明的涂装设备具有温控装置，以便控制成形空气的温度，也就是说加热或冷却。

本发明在这一点上还提供了一种控制单元，该控制单元基于喷雾器的至少一个操作参数(例如环境温度，成形空气的体积流量，成形空气的质量流)控制温控装置，以便设定预定的、优选恒定的成形空气温度。

关于本发明使用的术语控制单元或控制优选在狭义上被理解为调节技术，根据该技术，基于用作控制变量的喷雾器操作参数，成形空气温度以没有反馈的方式被设定为受控变量。然而，关于本发明使用的术语控制单元或控制，并不局限于前面提到的基于调节技术来理解，而是还包括具有预控制的控制方式，或是开环控制和闭环控制的类似的组合。

本发明的重要之处仅在于，在成形空气的温度控制的情况下，当前的喷雾器操作状态被记入以便补偿成形空气受到喷雾器的热影响。

这一点是有意义的，因为在本发明的优选示例性实施方式中，成形空气至少在一定程度上由喷雾器传输至成形空气喷嘴，其中喷雾器基于其操作状态热影响成形空气，例如通过电动马达的电废热或由于成形空气在离开成形空气喷嘴时的解压缩。当控制成形空气的温控装置时，控制单元因此观测喷雾器的操作参数，所述操作参数也决定在喷雾器中成形空气的热影响。在这种情况下，操作参数可能是喷雾器的电马达的驱动功率，因为电动马达的驱动功率也决定废热并且因此而决定成形空气的加热。

在本发明的优选示例性实施方式中，温控装置具有加热装置，其以可设定的加热功率加热成形空气，这种可设定的加热功率可以从JP08 108 104 A得知，并且因此不再进一步描述。

此外，关于本发明，一个可选方案是温控装置具有冷却装置，其以可设定的冷却功率冷却成形空气。关于本发明使用的术语温度控制因此包括有目的地加热成形空气和有目的地冷却成形空气的，以便实现在成形空气喷嘴的出口处成形空气温度尽可能恒定。

在本发明的一个改型中，喷雾器为旋转式喷雾器，其具有空气轴承，所述空气轴承由支承空气供应部提供马达支承空气。在本发明的这个改型中，马达支承空气还可以被用于冷却成形空气，这是因为例如一部分的马达支承空气与成形空气混合。

在本发明的另一示例性实施方式中，成形空气的冷却从另一方面讲是利用单独的制冷剂供应部实现的，该制冷剂供应部供应气态或液态制冷剂，用于冷却成形空气。

备选地，关于本发明，具有这样的可能性，即冷却装置具有电热换能器，例如珀尔贴元件。

本发明因此并不局限于前面描述的有关冷却装置的功能的各种型式，而是还可以通过其它方式实施。

已经提到喷雾器可以是新式的旋转式喷雾器，在这种情况下，钟形杯不像传统方式中那样由气动空气涡轮驱动，而是由电动马达驱动。在这种情况下，成形空气可以与电动马达热耦合，以便在操作过程中利用成形空气冷却电动马达。例如，成形空气和电动马达之间的热耦合可以这样实现，即成形空气至少在一定程度上被传输经过电动马达，这一点可以从背景技术中引用的WO 2005/110619 A1中得知，因而该申请中的全部内容以引入方式并入本申请。

在前面描述的利用成形空气冷却电动马达的情况下，利用废热加热成形空气是无害的，这是因为这种热影响可以利用温控装置得以补偿，从而成形空气温度保持恒定，与电动马达的驱动功率无关。

需要指出，在这种情况下，温控装置可选地在电动马达的上游或在电动马达的下游控制成形空气的温度。

另外，根据本发明的涂装设备优选地具有位于喷雾器的产生热量的电动马达和喷雾器的散热外表面之间的导热连接部，其中该导热连接部可以例如利用传统导热膏实现。

此外，关于本发明，可行的是，控制单元基于测量到的环境温度控制温控装置，以便保持成形空气温度恒定，而与环境温度的波动无关。在这种情况下，用作输入变量进行所述控制的环境温度可选地由温度传感器测量，被调节，或以其它方式被预先设定。

在前面描述的具有电动马达示例性实施方式的情况下，控制单元控制温控装置，优选地基于驱动功率，以便保持成形空气温度恒定，而与当前驱动功率和与其相连的电动马达中的废热无关。在这种情况下，用作输入变量进行所述控制的驱动功率可选地被测量、被调节或被预先设定，例如利用马达控制器。

另外，关于本发明，可行的是，控制单元基于成形空气的当前体积流量控制成形空气的温控装置，以便实现恒定成形空气温度，而与成形空气的体积流量的变化无关。用作输入变量进行所述控制的形成空气的体积流量可以例如以其它方式被测量、调节或预先设定。在本发明的优选示例性实施方式中，体积流量传感器被提供，其测量成形空气的体积流量，并将测量到的值作为输入变量提供给控制单元。

另外，关于本发明，可行的是，喷雾器在其外部具有至少一个冷却体，例如其形式为冷却肋，以便实现喷雾器中的热状态尽可能恒定。

在本发明的这种改型的情况下，冷却体还可以由喷雾器的外表面形成，也就是说，在旋转式喷雾器的情况下，利用喷雾器的横向区域。即使是在这种情况下，导热膏也可以被使用，以便产生热量的电动马达与冷却体之间的热接触。

从上面的描述中可以看出，本发明不但面向涂装设备，还面向相应的涂装方法。

附图说明

本发明的其它有优势的进展在基于附图对本发明优选示例性实施方式所作的更详细描述中被解释。在附图中：

图1示出了一种根据本发明的涂装设备的简化示意图，该涂装设备具有旋转式喷雾器和用于控制成形空气温度的温控装置，以及

图2示出了根据图1中的涂装设备的调节技术的等效回路图。

具体实施方式

图1中的图示以显著简化的方式显示了一种涂装设备，其具有根据本发明的旋转式喷雾器1，该旋转式喷雾器可以用于对机动车辆车身部件或其它元件进行涂漆。

将被施涂的漆在这种情况下由旋转钟形杯2雾化并且以喷流3的形式输出。

在这种情况下，钟形杯2安装在可旋转地安装着的钟形杯轴上，其中钟形杯轴由电马达5驱动，电马达在这里仅被示意性地表示出。

此外，旋转式喷雾器1能够利用成形空气来形成喷流3，其中成形空气利用连接法兰6被供应至旋转式喷雾器1，如后面详细描述。

在旋转式喷雾器1中，成形空气在成形空气管路7中被传输至位于旋转式喷雾器1的前端面处的成形空气喷嘴，在此成形空气被实质上从后部沿轴向引导到待涂施的漆的喷流3上，从而喷流3的张开角度可以由来自成形空气喷嘴的排放成形空气设定。

在这种情况下，成形空气管路7延伸通过旋转式喷雾器1中的电马达5的定子，从而成形空气在经过电马达5时吸收电废热，该废热是在操作过程中产生在电马达5中的，这样，可以有助于冷却电马达5。

旋转式喷雾器1的设计和功能可以从背景技术中引用的专利申请文献WO 2005/110619 A1中描述的类似结构得知，因而该申请中的全部内容以引入方式并入本申请。

此外，需要指出，成形空气在离开成形空气喷嘴时由于节流的作用而经历剧烈的温度下降，其中这种温度下降取决于所施加的成形空气的体积流量以及其它因素，因此在旋转式喷雾器1的操作过程中出现波动。

一方面，成形空气温度因此而基于成形空气在流经电马达5时从电马达5吸收的电废热而波动，其中成形空气由电马达5加热取决于电马达5的当前驱动功率。

另一方面，成形空气温度还由于在离开成形空气喷嘴时因成形空气的体积流量导致的温度下降而产生波动。

成形空气温度的这些波动不能通过对所供应的成形空气进行输入侧温度调节而得以补偿，这种输入侧温度调节可从JP 08 108 104 A得知。

本发明因此而提供了基于旋转式喷雾器1的当前操作状态对供应至旋转式喷雾器1的成形空气进行温度控制，以使得成形空气在离开成形空气喷嘴时温度维持在预定的恒定值T_设定。这一点是有利的，因为这样的话涂漆工艺的质量不会受到因旋转式喷雾器1的操作状态导致的成形空气温度的波动的影响。

根据本发明的涂装设备因此而具有温控装置9，其能加热和/或冷却供应至旋转式喷雾器1的成形空气，以实现将成形空气维持在成形空气喷嘴的出口处的预定的选点值T_设定，而与旋转式喷雾器1的操作状态以及成形空气在与成形空气喷嘴相连的旋转式喷雾器1中的升温或降温无关。

在这种情况下温控装置由控制单元10控制，其中控制单元10基于旋转式喷雾器1的多个操作参数设定温控装置9的加热功率或冷却功率，以使得成形空气喷嘴的出口处的成形空气温度维持预定的选点值T_设定。

在例如电马达5的驱动功率增大的情况下，在电马达5中产生的废热也增加，并且导致成形空气升温。控制单元10则控制温控装置9以使得温控装置9的加热功率降低或温控装置9的冷却功率升高，以便补偿由于电马达5而导致的增多的热量输入。

下面描述图2中所示的根据本发明的涂装设备的调节技术的等效回路图。

一方面，从该图中可以认识到，控制单元10在其入口侧连接至测量环境温度T_环境的温度传感器11，其中控制单元10还基于测量到的环境温度T_环境控制温控装置9。

此外，控制单元10连接着在入口侧连接着测量所施加的成形空气的总体体积流量Q_成形空气的体积流量传感器12，其中控制单元10还基于测量到的体积流量Q_成形空气控制温控装置9。

除了前面描述的通过体积流量传感器12提供体积流量Q_成形空气以外，备选的方案还有通过体积流量调节器提供体积流量Q_成形空气，其中体积流量调节器将体积流量Q_成形空气调节至预定的选点值。

此外，控制单元10还在输入侧接收期望的成形空气温度的选点值T_设定，其中控制单元10还基于该选点值T_设定控制温控装置9。

另外，控制单元10还可在温控装置9的控制过程中计入旋转式喷雾器1的其它操作参数，如图中以实心箭头示意性地表示。

此外，控制单元10在温控装置9的控制过程中计入电马达5在旋转式喷雾器1中产生的热功率损耗P_热，因为该热功率损耗P_热使得成形空气在旋转式喷雾器1被加热，并且因此而应当在温度控制时被补偿。

在这种情况下，热功率损耗P_热被计算单元13基于机械驱动功率P_机械进行计算，该机械驱动功率是由马达控制器14预定的。

在这种情况下，温控装置9包括加热装置15和冷却装置16，其中加热装置15以可设定的加热功率P_加热加热成形空气，而冷却装置16可以以可设定的冷却功率P_冷却冷却成形空气。

为了设定加热功率P_加热，控制装置10以相应的控制信号a控制加热装置15。以这种方式，控制单元10以相应的控制信号b控制冷却装置16，以便设定冷却功率P_冷却。

此外，成形空气系统17在该图中被显示，其再现成形空气在调节技术方面的热学行为，并且受到加热功率P_加热、冷却功率P_冷却和热功率损耗P_热的影响。然后，控制单元10设定加热功率P_加热和冷却功率P_冷却，以使得成形空气的温度实际值T_实际呈现为期望的选点值T_设定，而与旋转式喷雾器1的当前操作状态无关。

根据本发明的温度控制是有益的，这是因为，在旋转式喷雾器1的操作过程中成形空气温度的波动可被防止，这有助于获得恒良好的涂漆效果。

本发明并不局限于前面描述的示例性实施方式。相反，各式各样的修改和变化也是可行的，它们同样采用了本发明的思想，因此也落在本发明的保护范围内。

附图标记列表：

1 旋转式喷雾器

2 钟形杯

3 喷流

5 电马达

6 连接法兰

7 成形空气管路

9 温控装置

10 控制单元

11 温度传感器

12 体积流量传感器

13 计算单元

14 马达控制器

15 加热装置

16 冷却装置

17 成形空气系统

Claims

1.一种涂装设备，具有：

a）喷雾器（1），用于向待涂覆元件上施加涂覆成分的喷流（3），

b）至少一个成形空气喷嘴，用于排放成形空气以便对喷流（3）进行成形，以及

c）温控装置（9），用于控制成形空气的温度，

其特征在于：

d）设有控制单元（10），其基于喷雾器（1）的至少一个操作参数控制温控装置（9），以便设定预定的成形空气温度。

2.根据权利要求1的涂装设备，其特征在于：

a）成形空气被引导着至少部分地经过喷雾器（1）而到达成形空气喷嘴，其中喷雾器（1）基于其操作状态而热影响成形空气，以及

b）用作控制单元（10）输入变量的喷雾器（1）的所述操作参数决定喷雾器（1）中对成形空气的热影响。

3.根据权利要求1的涂装设备，其特征在于：温控装置（9）具有加热装置（15），所述加热装置以可调的加热功率加热成形空气。

4.根据权利要求1的涂装设备，其特征在于：温控装置（9）具有冷却装置（16），所述冷却装置以可调的冷却功率冷却成形空气。

5.根据权利要求4的涂装设备，其特征在于：

a）喷雾器（1）为旋转式喷雾器，其具有空气轴承，所述空气轴承由支承空气供应部供应马达支承空气，以及

b）冷却装置（16）利用马达支承空气冷却成形空气。

6.根据权利要求4的涂装设备，其特征在于：冷却装置（16）具有制冷剂供应部，气态或液态制冷剂由所述制冷剂供应部供应以便冷却成形空气。

7.根据权利要求1-6中任一项的涂装设备，其特征在于：

a）喷雾器（1）为旋转式喷雾器，其具有电动马达（5），并且

b）成形空气与电动马达（5）热耦合，以便在操作过程中利用成形空气冷却电动马达（5）。

8.根据权利要求7的涂装设备，其特征在于：成形空气被引导而经过电动马达（5），以实现成形空气和电动马达（5）之间的热耦合。

9.根据权利要求7的涂装设备，其特征在于：温控装置（9）在电动马达（5）的上游或在电动马达（5）的下游控制成形空气的温度。

10.根据权利要求1-6中任一项的涂装设备，其特征在于：在喷雾器（1）的产生热量的电动马达（5）与喷雾器（1）的散热外表面之间设有导热连接部。

11.根据权利要求10的涂装设备，其特征在于：导热连接部是由导热膏实现的。

12.根据权利要求1-6中任一项的涂装设备，其特征在于：

a）设有温度传感器（11），用于测量环境温度，该温度传感器在其输出侧连接着控制单元（10），以及

b）控制单元（10）基于测量到的环境温度控制温控装置（9）。

13.根据权利要求1-6中任一项的涂装设备，其特征在于：

a）电动马达（5）具有可调的驱动功率，所述驱动功率作为输入变量提供给控制单元（10），以及

b）控制单元（10）基于驱动功率控制温控装置（9）。

14.根据权利要求1-6中任一项的涂装设备，其特征在于：

a）成形空气具有可调的体积流量，所述体积流量作为输入变量提供给控制单元（10），以及

b）控制单元（10）基于体积流量控制温控装置（9）。

15.根据权利要求14的涂装设备，其特征在于：设有体积流量传感器（12），用于测量成形空气的体积流量，其中体积流量传感器（12）在其输出侧连接着控制单元（10）。

16.根据权利要求1-6中任一项的涂装设备，其特征在于：控制单元（10）以没有反馈的方式控制温控装置（9）。

17.根据权利要求1-6中任一项的涂装设备，其特征在于：喷雾器（1）在其外部具有至少一个冷却体。

18.根据权利要求17的涂装设备，其特征在于：所述冷却体是冷却肋。

19.根据权利要求1的涂装设备，其特征在于：所述操作参数包括喷雾器（1）的电动马达（5）的驱动功率和成形空气的体积流量中的至少一个。

20.一种涂装方法，包括下述步骤：

a）利用喷雾器（1）向待涂覆元件上排放涂覆成分的喷流（3），

b）排放成形空气以便对喷流（3）进行成形，以及

c）调节成形空气的温度，

其特征在于，还包括下述步骤：

d）基于喷雾器（1）的操作参数控制成形空气的温度调节，以便设定预定的成形空气温度。

21.根据权利要求20的涂装方法，其特征在于：

a）成形空气至少部分地经过喷雾器（1）而被传输到成形空气喷嘴，其中喷雾器（1）基于其操作状态热影响成形空气，以及

22.根据权利要求21的涂装方法，其特征在于：成形空气的温度控制是基于喷雾器（1）的至少一个下述操作参数实施的：

a）喷雾器（1）的电动马达（5）的驱动功率，

b）成形空气的体积流量，

c）环境温度。

23.根据权利要求20或21的涂装方法，其特征在于：成形空气被加热和/或冷却，以便实现温度控制。

24.根据权利要求20或21的涂装方法，其特征在于：成形空气由喷雾器（1）的空气轴承的马达支承空气冷却。

25.根据权利要求20或21的涂装方法，其特征在于：温控装置（9）被以没有反馈的方式控制。