CN1057027C - 静电粉末涂覆装置 - Google Patents

Abstract

一种静电粉末涂覆装置包括一个喷涂组件位于一个悬挂着若干个物品的输送带的弯道内，这些物品是要用粉末来涂覆的，然后进行热处理以将粉末变为一种油漆性质的粘结覆盖层或其类似物。该喷涂组件包括一个有缝隙的可围绕一个垂直轴线旋转的叶轮，并从一个固定的喷嘴来的充电的粉末射向叶轮的中心处以使叶轮上的叶片向粉末颗粒传递离心力。该叶轮和喷嘴组件可垂直作往复运动以使喷涂的粉末能越过悬挂着的和移动着的物品的整个长度上。

Description

静电粉末涂覆装置

本发明涉及一种用于静电粉末涂覆的装置，在这个过程中，一个物品首先被涂覆上粉末，这是由于将该物品接地并将充电的粉末喷涂该物品而实现的。由于静电的吸力，该充电的粉末得以沉积覆盖在要涂覆的物品上。接着，该涂覆了粉末的物品被运输或转送到一个烘箱中，在该烘箱中，该物品被加热以使粉末熔化和固化来形成一层牢固地粘着的保护膜。

静电粉末涂覆装置需将流态化的粉末输送到一个喷涂头上，进行静电充电并从该喷涂头上施加到该物品上。在已知的涂覆装置中(粉末喷涂枪)，粉末在一个容器中被流态化并用压缩空气将之运送到该喷涂头(枪)上去。粉末用一个导流器，一个喷雾器或其它形式的喷涂器来施加到物品上去。这种粉末是用高强度的尖头电极进行电晕充电或者进行摩擦充电，单独使用其中之一或两者结合都可，以达到静电充电。在静电场的吸力、气力以及粉末自身的冲力作用之下，这些粉末颗粒被传送到该物品上去了。从喷涂头喷射出来的细的粉末在该物品的平面中以一种限定的扇状形式涂覆到涂物品的表面上去。但有各种限制，例如从电晕充电导致的法拉第筒效应(Faraday cage effect)以及由于摩擦充电而导致的粉末的化学组成。

该粉末涂覆工艺是手工的或自动的，利用诸如往复运动器的机械装置，这取决于在一个规定期间内要加以涂覆的物品的大小和数量。

一个对于气力粉末喷涂的替代办法是利用一个静电流态化床，物品被置入一个流态化的粉末床中去，而涂覆只是在静电场中实施的(不再使用空气将粉末送到物品上去)。这个工艺也可为手工或自动化形式。

以上两种已知的工艺，使用压缩空气气力的喷涂枪以及使用单纯的静电吸力的流态化床，都有它们的优点和限制。但是，气力式较之流态化床远为通用。

气力涂覆通常具有最佳粉末通过量为200克/分，尽管其最大输出值可达500克/分，但其充电效率和转送效率还是较低的。为了要达到在物品的两对面进行涂覆，最少需要两根枪从两对面进行涂覆。用于具有四个面的工件，有时要用四个涂覆器并带有转位装置。自动涂覆器将在垂直方向往复运动以覆盖物品的整个高度。为了配合物品的速度、运行时间和它的高度或形状，当物品面对涂覆器的时间是很短暂时，要使用的涂覆器数量可能为较多的。由于分配粉末的气动力的小的分力的作用可能使得常常是重量轻的那些物品发生强烈的振荡。

在流态化床涂覆的情况下，对于复杂形状的那些物品，法拉第筒效应是一个主要的限制。一个进一步的缺点是涂覆的厚度，因此而最后涂覆层的厚度对于高度约为50毫米以上的物品将变得成为不能接受的程度。

本发明的目的是提供一种非气动力的粉末喷涂器，它能以最佳的效率来配送粉末达到1公斤/分，甚至达到2公斤/分，这样就在那些要涂覆大的表面面积的地方能替代若干个喷涂枪。本发明提供了一种设备，在其中物品能在喷涂带中保持一个可观的长时间，这样就可将所有物品表面以及全部物品长度(高度)暴露在一个单独的涂覆器面前。该涂覆器的一个更为新颖性的特点是物品与涂覆器之间的距离在粉末涂覆过程中始终保持不变，这不像气力涂覆器的情况那样，在那里与在传送带上的物品的距离是不断变化的。

由于不是气动力的，那些小的物品的发生的振荡基本上或者完全可被避免。

也就是说，本发明提供了一种用于静电粉末涂覆的装置，包括：一个粉末喷涂组件，该组件具有一个基本上是垂直的旋转轴；在该轴的底端带有一个叶轮并栓紧在一起；一个不转动的喷嘴组件支承在上述喷涂组件上并用来导引出已经进行静电充电了的粉末流到达所述叶轮的中心；其特征在于，该叶轮有两个部分，其下部具有面向上凹的内表面，在该内表面上具有与其制成一体的基本上是径向的翅片，而其上部则具有面向下凸的表面并与上述翅片的顶端相接触以限定若干个倾斜的和径向辐射的粉末排出通道。

在本发明中，所说的粉末喷涂组件适用于沿着旋转轴线作往复运动。

在本发明中，所说的粉末喷涂组件由装在一个不转动的支架上的马达来使之旋转的，该支架又是沿着它的长度方向由另一个马达来使之可作往复运动的。

在本发明中，所说的支架的往复运动的幅度是可调的。

在本发明中，所说的喷嘴组件包括：一个不导电材料的管子，在该管子的内表面上有一根导电材料的管子，从该导电材料的管子的内壁上具有向内延伸的凸起物；还有一根中心的金属杆并与那些凸起物端部径向向内间隔开；还有用来将上述内管和杆两者连接到高电压源的装置，以及用来对要进行涂覆的粉末送进该喷嘴组件的装置，所述粉末是在内管和杆之间的周向空间内沿着喷嘴组件的轴向穿越流动的。

在本发明中，所说的不导电的管子的部分外表面是带有螺纹的。

在本发明中，所说的叶轮被紧固到旋转轴的一端上，该旋转轴是不导电材料制成的，而该旋转轴被一个不转动的套管所围住，在该套管的下端则固装了所说的喷嘴组件。

在本发明中，所说的叶轮的凹形内表面包括一个具有大顶尖角的内侧的截锥表面和一个邻接于此的小顶尖角的外侧的截锥表面。

在本发明中，用于静电粉末涂覆的装置还包括一个喷涂室，一收集装置与喷涂室连接用于收集多余的粉末，通过密闭的输送装置，粉末被送入分离装置与空气分离，经分离的粉末可被再次使用。

在本发明中，用于静电粉末涂覆的装置还包括环行输送带，当要涂覆的物品在环行输送带的至少部分路线上通过时，提供了将每个物品围绕着它自身的重心来旋转的装置。

在本发明中，所说的输送带的路线，从顶部看去，有两个弯道形成了S形的一对相邻的弯道，每个弯道拥有一个粉末喷涂组件。

具体地说，本发明提供了一种用于静电粉末涂覆的装置，包括一个涂覆室，该涂覆室在其上部有一个环行状的输送带，该输送带的部分路线形成了基本上是封闭的弯道，改进之处在于包括提供了一个粉末喷涂组件，该组件有一个位于所述弯道内的旋转的垂直轴线从而悬挂在输送带上要涂覆的物品被置于粉末喷涂的路线中。

根据本发明，该装置不再用压缩空气气动力而用离心力来将粉末颗粒配送到要涂覆的物品上去。粉末被静电充电然后在没有一个强大的静电场情况下被配送，这就减少了法拉第筒效应。再者，装带在输送带上或类似的机械装置上的物品绕着该粉末涂覆组件转圈以致它们之间的距离在喷涂期间保持不变。物品的所有各面由于将之转位而都能暴露出来，而物品停留在该粉末涂覆区域或喷涂带的时间可达到足够长，从而对于涂覆长的垂直伸展的物品时增加了涂覆的灵活性。

这样，本发明提供了一种有实际价值的自动粉末涂覆装置，该装置更为有效，有一个大的粉末通过量，喷涂室的空间所需较少，由于不再需要往复运动器和气力涂覆器而不大复杂，所有这些优点适用于不论物品是小或大的。

在一个具体的最佳实施例中，该输送带可具有两个弯道，也即以上所述的S形。这样使得要进行涂覆的物品不再需要将之围绕一个垂直轴绕转位或旋转了，从而获得了稳定的较高生产率，同时保持着操作的高效率。

根据本发明的典型的静电粉末涂覆装置包括一个密闭室，其中该室的上部有一个马达驱动的环行状的输送带，并在环行道的一个弯道中心有一个粉末涂覆组件，该组件包括一个旋转的叶轮，该叶轮以一个固定的角速度进行旋转并能沿着其旋转中心线作往复运动。该旋转的叶轮通过一个喷嘴组件来接纳已被静电充电的粉末，该喷嘴组件则通过一个粉末喂给管道接收到流态化的粉末。该喷嘴组件被固定到一个电绝缘的罩壳上。所述叶轮以一个固定的速度旋转着，并根据要涂覆的物品来选择一个直线速度在垂直方向上作往复运动。根据要涂覆物品的高度，所述往复运动的垂直行程的长度也能随之改变。这个行程长度应较之所述物品的全长至少大出50毫米。

离开叶轮的粉末颗粒由于以下四种力量被散射到要涂覆的物品上：

a)离心力

b)空气动力

c)静电场吸力

d)冲力

a)离心力

传递到粉末颗粒上的离心力是由于叶轮的旋转所致。任何在切线方向的滑动量被装在叶轮内的径向翅片所减弱。

所述已充电的粉末被喂入到旋转的叶轮中去并由于离心力而作基本上是径向的均匀喷射，但没有任何切向的滑动量，这是出于配置了一个向上的斜面θ1而达到的。角度θ1的上限是一个静止角，在这个静止角时，粉末的径向运动将被迟缓下来，这样就可完成粉末的积聚然后将之均匀分配到若干个翅片中去。于是θ1的角度将被选择为低于该静止角，例如大致为0至30度。达到最佳的粉末均匀分配而不致造成过份的积聚的角度大致为10度。

径向翅片Z的数量是从埃克推荐值(Eckrecommendations)导出： $Z=\frac{8.5\mathrm{SinB}2}{1-\frac{d1}{d2}}=18$ 以及从斯梯潘诺夫推荐值(Steppenhoffrecommendations)导出：

         Z＝1/3 B2＝30

从以上的两者之间的数值经综合考虑后选出实际使用的较好平均值为：

      Z＝(18+30)/2＝24

其中，在这些公式中，

      B2＝叶片的出口角＝90度

      d1＝叶片部的内径

      d2＝叶片部的外径

用于径向叶片的较好选择是流线型的。

这些径向叶片的角速度被传送到粉末颗粒上去并由于离心力的作用这些粉末颗粒在所述叶轮的底部表面上开始径向移动并获致一个足够的射出速度得以在要涂覆的物品上附着下来。

b)空气动力

当所述旋转着的叶轮上的翅片将空气作径向喷射时，这将导致在叶轮的中心部产生一个低于大气压的压力，这又产生了一个轴向的空气流。空气通过叶轮轴与圆柱形罩壳之间的空间被抽吸来用于运送粉末颗粒到要涂覆的物品上去。空气离开叶轮的速度是可调节的以使它将不致于给小的物品造成任何大的振荡，但又足以克服所述法拉第筒效应。

c)静电场吸力

粉末通过一个喷嘴组件被喂入到所述叶轮中。该喷嘴组件由32个电极所组成，并被连接到一个高电压发电器，该发电器产生100仟伏负电压从而建立了一个强的静电场。粉末通过这个强的静电场时就被充电了。这些已充电了的粉末当被叶轮散射时，由于静电吸引的作用而更进一步被推向已接地的要涂覆的物品上去了。

在没有任何外部的电晕发生电极的情况下，所述已充电了的粉末得以均匀地附着在对法拉第筒效应敏感的物品上了。

d)冲力

叶轮盘是碟形的，当粉末在离心力作用下在叶轮的斜表面上滑动时，对于粉末颗粒来说，传递了一个向上的运动分力。这个向上的分力传递了足够的冲力以帮助粉末颗粒涂覆到要涂覆的物品的下部表面上去。

本发明将配合附图以实施例来作进一步描述。

附图简要说明：

图1是本发明的用于粉末涂覆小件物品的粉末涂覆装置的平面示意图；

图2是图1所示装置的侧视立面图；

图3是图2所示喷涂室的放大比例的侧视立面图；

图4是图2和3所示的旋转叶轮的平面图；

图5是图4所示的叶轮沿V-V线的剖视图；

图6是用于将粉末充电的喷嘴组件的剖视图；

图7是用于悬挂和旋转每个要涂覆的物品的装置的部分剖视、部分立面图；

图8是一个类似于图3的叶轮形状的变型的视图；

图9是采用图8的叶轮的类似于图2的装置的视图；

图10是用于物品输送带的变型设备的平面图。

首先参阅图1到7，根据本发明的装置，包括一个封闭的喷涂室2，该喷涂室2在其上部有一个由马达4驱动的输送带3。该输送带3形成了一个环形道5，在输送带的站台6处物品被装载上去并在站台7处被卸下来。为了图面清楚起见，用来限定输送带行走路线的那些支架已从图上删去。粉末涂覆组件包括一个由马达9通过一个电绝缘轴10驱动的旋转叶轮8。该马达9和叶轮8装在一个由马达13驱动的往复运动机构12的杆11上。围绕着轴10延伸的是一个不能旋转的不导电的套筒14，该套筒14与马达9在垂直方向上一起移动。在套筒14上装了一个不能旋转的喷嘴组件15。从一个高电压发电器17处来的高电压电缆16将高电压供应给喷嘴组件15。通过另一根高电压电缆19将一排电阻器18连接到喷嘴组件15上用来有选择地将积聚在喷嘴组件上的电荷进行放电。要进行喷涂的粉末涂料被储存在一个流态化的仓斗20内，已被流态化的粉末从该仓斗20处被一个喷气式泵，21抽吸并通过一根管子22被运送到叶轮组件8处。粉末被投射到所述叶轮8的中心处23。如图3所示，该叶轮是碟形的以使粉末排出通道27相对于叶轮的旋转轴线向上和向外倾斜出去，第一步以与旋转轴线垂直线成一角度为θ1，然后成一更大的角度为θ2。装填在叶轮中的粉末由于离心力的作用以及通道27的斜度而得以成均匀状态地散射出去。该叶轮组件8包括两个盘成为一组，上部盘24如图所示有若干个径向翅片或隔板25，而下部盘则作为一个罩盖26。如图3和4所示，翅片25最好具有一个横断面为随着半径增大而向内倾斜的形状，以使它们在叶轮的外端处较之其内端处为薄。

要涂覆的物品28悬挂在输送带3中的连接环29处并连续地或间歇地围绕一个垂直轴线转动着以使该物品受到一个均匀的粉末涂覆。没有粘着在物品上的多余的粉末30被收集进一个在室2底部的仓斗31中，这些粉末借助于马达34驱动的离心式鼓风机或排气机33的抽吸而通过风管32。这样的生成物空气/粉末混合物被喂入到一个旋风分离器35中去。回收的粉末36被收集在该分离器壳体的底部并由喷气式泵37抽吸通过一根管子39运送到一个小的旋风分离器38中去，这样就将粉末和空气重新分离了。从小型旋风器38来的已分离好的粉末掉落到一个筛子机仓斗40中，在此处粉末被过筛后被送回进仓斗20中，这样就保持了用于粉末循环的一个闭合的周期。当需要时，新的粉末可被供应到仓斗20中，以补充已经粘结到涂覆物品上的粉末，由于这并不成为本发明主题的一部分，因此毋庸赘述。

如图7所示，在输送带上的每个连接环29上悬挂一个物品，当输送带动作而物品则围绕着叶轮移过时，连接环29可以转动，这样就将物品围绕它的重心产生旋转以向叶轮露出它的未被涂覆过的那些表面。这是借助于连接环29上所带的旋转齿轮48来完成的。该齿轮带有一个可悬挂物品28的吊钩50并和围绕着输送带环行的部分路线延伸的一个齿条52相啮合。在这种情况下的该齿轮、吊钩以及物品都由于输送带相对于齿条的运动而被转动起来。

从图中可以看到喷嘴是不能旋转的但能与叶轮组件一起作往复运动。该叶轮并不连接到高电压源因而它上面的电压可以浮动。高电压电缆16被连接到喷嘴组件以建立一个强大的静电场穿过正在离开喷嘴的粉末并将这些粉末颗粒充电，然后这些粉末颗粒从喷嘴组件15中排出来并进入叶轮的中心。在这种情况下，将不会产生法拉第筒效应。碟形的叶轮和向上的出口通道保证了排出的粉末颗粒有一个垂直的运动分力，这个力量与重力起反作用并有助于将粉末附着到复杂的表面上去。

如图6所示，喷嘴组件15装在一个夹持器41上并具有一个通过电缆16连接到高电压发电器17以及通过电缆19连接到电阻器排18的导电销45。销45还被连接到一个内部导电套管43。该套管43内装有32个电极针44、这些电极针间彼此以轴向间隔10毫米和径向间隔90度分布着。该导电套管以压配合进入一个绝缘的喷嘴体46。高电压也借助于销47传导到电极杆42。这些32个电极44、导电套管43和电极杆42协助产生一个强大的放射式的静电场。该套管43最好由聚四氟乙烯(PTFE)制成并搀入石墨以使它变得导电。

虽然在套管43和杆42之间的周向空间是所示的为中空圆柱形，但它也可以具有其他横断面形状。例如，它可在朝向它的出口端向外张开以降低粉末的速度并由此增加粉末停留在充电场中的时间。

粉末通过喂给管道22被喂入喷嘴组件15并保持在强大的静电场中一个足够长的时间以获得彻底的充电，这样可减少过多的喷涂。

如图1，2，3所示的总布置是为自动化工作用来涂覆小件物品的。当该同样的粉末涂覆装置用来涂覆大的表面面积时，通过叶轮的粉末流通量可由通过多个喷嘴组件来喂入粉末以增加之。供应充电了的粉末到叶轮去的喷嘴数目是可以选择的以适合于要进行散射的粉末的数量或者在规定时间要进行粘附的粉末数量而不致于妨害粉末充电效率或转送效率。大体积的物品可由增加输送带弯道的直径来加以涂覆，这个直径是与要搞粉末涂覆的物品大小成比例的。

为了更有效地将充电了的粉末粘着在大体积的物品上并从粉末喷涂器离得远一些，靠近物品的粉末的速度将保持不变，这是由于将图3和5中所示的叶轮替换成一个带有不同的碟形角θ2以及较大的直径的叶轮，但具有同样数目的翅片。

现有再参阅图8和9，示出了旋转叶轮和喷嘴组件的变型。图2和图9中，同样地对图3和图8共用的零件使用同样的编号。

如图8和9所示的系统，高电压供应是起源于一个高电压发电器67，该发电器67被装在一个附着在套管14底部的壳体65内。高电压发电器67通过一根屏蔽电缆66从适当的外部动力装置有控制的供应一个高频率而相对来说的低电压。一根高电压导线60将高电压发电器的输出连接到喷嘴组件15上去。

放电电阻器68同样地被装在附着在套管14底部的壳体65内并连接到一根电缆69上，该电缆69使得在喷嘴组件15上的末端电压受到监视并在外部显示出来，例如由一个装在动力装置上的显示器显示出来，该动力装置是喂给该高压发电器的。

在使用中，该装置如上所述的工作起来，高电压通过导线60施加到喷嘴组件15上，当粉末通过喷嘴组件时并与固定在喷嘴组件的电极或电针以及中心电极相接触而得以充电。法拉第筒效应基本上得以避免。

图9所示的装置具有两个喷嘴组件15(为了清楚起见，图8中只示出其中一个)，这将使粉末流通量得以增加。这能较多地改进整个装置的效率，因为它基本上保证了在单位时间内能被涂覆的粉末的数量。当装置用来涂覆大表面面积的物品时，这是特别重要的。一般来说，对于小件物品，则一个单独的喷嘴组件就可运送足够的涂覆粉末。

在效率上进一步的改进可由图10所示的平面图中采用的输送带形式来得到。示意地示出了一个输送带路线100，带有物品的装置可以沿着这条路线运动。部分输送带路线将这些物品送进一个基本上是封闭的壳体101，并具有一个进口102和一个出口103。在壳体101内，输送带路线形成两个弯道103和104，每个弯道由一个约为270°的圆弧通道所组成。在每个弯道的中间安置了由上述的固定的喷嘴和旋转的叶轮所组成的粉末排出单元。可以看出这样一来大体积的物品可以穿过那两个弯道103和104而不需要相对于它们在输送带上的悬挂装置作旋转运动，然而它们仍将对位于每个弯道中心的叶轮露出它们的对面的两侧，这样就使得要涂覆的大件物品的两侧除了当物品挂在输送带上沿着其路线运动时促使形成了相对于固定壳体101的转动外不再需要在涂覆过程中围绕它们自身的垂直轴线作依旋转运动了。这对大件板型物品来说显得特别有利，因为这些板型物品要在其两对面进行涂覆，但它们不能旋转，否则其边缘部份将靠上所述中心叶轮盘从而产生问题，不去转动这样的板型件的进一步好处是出于对输送带速度的限制是由转位机构引起的，没有了转位机构，这个限制就可置于不顾，从而可将输送带速度调整到有利于高粉末流通量的使用并提供了一个要涂覆物品的全面的，高的产量。

应当注意的是当增加了叶轮的粉末流通量时，聚集在喷涂室内的粉末应当保持在一个安全的粉末/空气浓度内以避免任何爆炸的危险。这种安全措施已超出本发明的范围，因此不在此处加以赘述。

Claims (11)

1、一种用于静电粉末涂覆的装置，包括：一个粉末喷涂组件，该组件具有一个基本上是垂直的旋转轴；在该轴的底端带有一个叶轮并栓紧在一起；一个不转动的喷嘴组件支承在上述喷涂组件上并用来导引出已经进行静电充电了的粉末流到达所述叶轮的中心；其特征在于，该叶轮有两个部分，其下部具有面向上凹的内表面，在该内表面上具有与其制成一体的基本上是径向的翅片，而其上部则具有面向下凸的表面并与上述翅片的顶端相接触以限定若干个倾斜的和径向辐射的粉末排出通道。

2、根据权利要求1的装置，其特征是，所说的粉末喷涂组件适用于沿着旋转轴线作往复运动。

3、根据权利要求2的装置，其特征是，所说的粉末喷涂组件由装在一个不转动的支架上的马达来使之旋转的，该支架又是沿着它的长度方向由另一个马达来使之可作往复运动的。

4、根据权利要求3的装置，其特征是，所说的支架的往复运动的幅度是可调的。

5、根据权利要求1一4之一的装置，其特征是，所说的喷嘴组件包括：一个不导电材料的管子，在该管子的内表面上有一根导电材料的管子，从该导电材料的管子的内壁上具有向内延伸的凸起物：还有一根中心的金属杆并与那些凸起物端部径向向内间隔开；还有用来将上述内管和杆两者连接到高电压源的装置，以及用来对要进行涂覆的粉末送进该喷嘴组件的装置，所述粉末是在内管和杆之间的周向空间内沿着喷嘴组件的轴向穿越流动的。

6、根据权利要求5的装置，其特征是，所说的不导电的管子的部分外表面是带有螺纹的。

7、根据权利要求1的装置，其特征是，所说的叶轮被紧固到旋转轴的一端上，该旋转轴是不导电材料制成的，而该旋转轴被一个不转动的套管所围住，在该套管的下端则固装了所说的喷嘴组件。

8、根据权利要求1、2、3、4或7的装置，其特征是，所说的叶轮的凹形内表面包括一个具有大顶尖角的内侧的截锥表面和一个邻接于此的小顶尖角的外侧的截锥表面。

9、根据权利要求1-4之一的装置，其特征是，还包括一个喷涂室，一收集装置与喷涂室连接用于收集多余的粉末，通过密闭的输送装置，粉末被送入分离装置与空气分离，经分离的粉末可被再次使用。

10、根据权利要求1-4之一的装置，其特征是，还包括环行输送带，当要涂覆的物品在环行输送带的至少部分路线上通过时，提供了将每个物品围绕着它自身的重心来旋转的装置。

11、根据权利要求10装置，其特征是，所说的输送带的路线，从顶部看去，有两个弯道形成了S形的一对相邻的弯道，每个弯道拥有一个粉末喷涂组件。

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