CN105709954B - 喷头和具有这种喷头的旋转式喷雾器 - Google Patents
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Abstract
一种用于旋转式喷雾器的喷头，用于将涂装材料涂覆到物体上，该喷头具有能够围绕旋转轴旋转的旋杯，该旋杯具有分流边缘和流出面，能够将涂装材料这样输送到该流出面，使得涂装材料从旋杯的分流边缘甩出。通过流动路段能够将涂装材料输送到流出面。流动路段在输出区域中借助分别一个相对于旋杯的旋转轴偏心布置的输出口分成子路段，能够由该输出口输出涂装材料，该涂装材料从那里到达流出面。还提出一种具有这种喷头的旋转式喷雾器。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于旋转式喷雾器的喷头，该旋转式喷雾器用于将涂装材料涂覆到物体上，该喷头具有：
a)能够围绕旋转轴旋转的旋杯/钟形盘(Glockenteller)，该旋杯具有分流边缘和流出面，能够将涂装材料这样输送到该流出面，使得涂装材料从旋杯的分流边缘甩出，和
b)流动路段，通过该流动路段能够将涂装材料输送到流出面。
本发明还涉及一种用于借助喷头将涂装材料涂覆到物体上的旋转式喷雾器。
背景技术
配有开头所述类型的喷头的旋转式喷雾器例如应用在汽车工业中，用于为物体、如车辆车身的部件涂装或涂敷保护材料。
旋杯在此用于使涂装材料雾化，为此，旋杯在运行时以10,000至100,000U min-1的非常高的转速借助气动的或电动的驱动装置围绕其旋转轴旋转。
向旋转的旋杯输送选择的涂装材料。由于作用到涂装材料上的离心力，该涂装材料在旋杯上被作为薄膜向外推动，直到涂装材料到达设置在径向外部的旋杯分流边缘。在那里，高的离心力这样作用到涂装材料上，使涂装材料以细小的涂装材料滴点/液滴/小滴的形式切向地甩出。
在此产生具有不同尺寸的滴点，滴点的尺寸在相对较宽广的尺寸范围内延伸。较大的滴点在此与较小的滴点相比径向向外甩出地更远。因此借助开头所述类型的喷头和旋转式喷雾器产生了相对较宽的射流，该射流在理想情况下是锥形的并且具有相对较大的锥角。
在此值得期待的是，滴点的尺寸是相对统一的并且与尺寸相关的滴点谱(Troepfchenspektrum)仅在尽可能小的范围上延伸。此外，滴点应该尽可能小，因为在滴点更小时实现更均匀的涂敷效果。目标是，产生所谓的涂料雾。通常把由空气和细小分布的固态或液态微粒称为雾。为了确保将涂装材料涂布到待涂装的物体上，需要具有在20至40μm范围内的最小滴点尺寸的湿雾。可以在100μm的滴点尺寸平均值的情况下实现良好的结果，其中，偏差理想地为±50μm。
旋杯旋转得越慢，则平均而言从分流边缘甩出的滴点就越大。相应地在旋杯的转速较高时，则在旋杯的分流边缘上产生平均而言较小的滴点。由此，旋杯通常以高转速运行，这与相应高的能量消耗相关联。同时，转速较高时的射流径向延展又比转速较小时更大，因此必须采取措施使得该射流聚焦于待涂敷的物体。
为此，已知的旋转式喷雾器例如以静电方式工作。在此，待涂布的涂装材料被带电，而待涂敷的物体被接地。在此，在旋转式喷雾器与物体之间形成使得带电的涂装材料定向地涂布到物体上的电场。然而该电场仅在能够导电的物体的情况下起作用。
对于以静电方式运行，另选地或补充地，在已知的旋转式喷雾器中设有引导空气装置。借助该空气引导装置将大多时候为环形的引导空气流这样引导到射流上，使得该射流聚束并且将不同尺寸的滴点引导到待涂敷的物体上。然而对此部分地需要强烈的引导空气流，产生这种强烈的引导空气流是相对投入较高的。
由DE 43 30 602 A1已知了一种用于借助静止的喷嘴组件以静电方式涂装的旋转式喷雾器，该喷嘴组件具有多个涂装材料喷嘴，这些涂装材料喷嘴通过不同的通道与相应的涂装材料源连通。各个喷嘴和连接在该喷嘴上的通道被用于输送仅一种特定的涂装材料。
这造成旋转式喷雾器的投入非常高的内部结构并且因此造成提高的生产成本。此外存在这样的危险，即在较长的时间段内处于单个通道中的涂装材料形成了通道壁上的沉积物。在重新使用通道时，这些沉积物可能脱落并且导致无用的涂装结果。
发明内容
本发明的目的是，提供一种开头所述类型的喷头和旋转式喷雾器，借助该喷头和旋转式喷雾器能够在尽可能均匀的并聚焦的射流的情况下实现高能效的运行。
该目的在开头所述类型的喷头中由此实现：
c)流动路段在输出区域中借助分别一个相对于旋杯的旋转轴偏心布置的输出口分成子路段，能够由该输出口输出涂装材料，该涂装材料从输出口到达流出面。
在通过同轴布置的通道中央输送涂装材料到转向体时，该涂装材料可以根据涂装材料的粘度具有沿径向和沿周向的过低的速度，以便在流出面上形成期待的材料膜。
本发明基于这样的认识：当涂装材料通过多个子路段经由输出区域借助关于旋转轴径向错位的输出口引导时，能够比在唯一一个中央输送通道的情况下更均匀地输出到流出面。
特别可以规定，输出口围绕旋转轴可旋转地支承。在这种情况下，涂装材料通过输出口围绕旋转轴的旋转运动经历了沿径向和沿周向的额外加速，使得该涂装材料以相应的额外速度分量撞击到转向体上并且到达流出面。该额外的动能也在沿流出面朝向分流边缘流动的情况下提供给涂装材料。由此涂装材料能够以较大的速度从分流边缘脱离，而不必提高旋转式喷雾器的运行转速。
由于流动路段分成子路段，因此在各个子路段中较小的横截面起作用。如果子路段的整个横截面小于流动路段的横截面，那么在不可压缩的涂装材料的情况下由于质量守恒，流动速度成比例地提高。由此还可以进一步提高涂装材料的绝对速度。
这样可以有效地减小所产生的滴点尺寸，而不必提高旋转式喷雾器的转速。
优选地，输出区域具有至少两个输出口，所述至少两个输出口布置在相对于旋转轴同轴的圆形结构(Kreis)上。为了防止在涂装结果中与运行转速相关联的周期性明显可见，适宜的是，子路段以及输出口均匀地分布在周边上。由此可以实现，当旋杯旋转时可以在流出面上形成沿周向连续的涂装材料膜，使得可以在单位时间从尽可能大的周边区域甩出滴点。
在一个设计方案中规定，流动路段包括同轴的中央通道，该中央通道沿涂装材料的流动方向布置在输出区域上游。
在此有利的是，至少同轴的中央通道被接纳在驱动轴中，旋杯与该驱动轴耦合。
从输出口输出的涂装材料可以通过以下方式到达流出面，即该涂装材料能够在转向体上引导。转向体优选相对于旋转轴同轴地布置并且与旋杯不能运动地连接。此外，转向体是旋转对称的且包括位于输出口对面的碰撞面和基本上平行于旋杯的流出面延伸的外表面。
为了使得转向体尽可能轻地构造，转向体优选设计为空心截锥体。
在旋杯的内部区域中在运行时产生负压，因此存在以下危险，即涂装材料被从分流边缘吸到旋杯中心处。这又影响了射流的几何形状。为了防止由此涂装结果变差，有利的是，设置穿过定义了碰撞面的转向体的、用于实现压力平衡的连续空气通过孔。
转向体被接纳在由旋杯的流出面界定的空间中，该空间同样具有截锥体的形状。在此有利的是，转向体的直径小于分流边缘直径的60％。特别有利的是，转向体直径大约为分流边缘直径的三分之一。分流边缘直径可以处于20到90mm之间的范围内，其中，在分流边缘较大的情况下相应提供更多的流出面。由此可以形成薄的涂装材料膜，这引起较小且较均匀的滴点。
为了节省能量而适宜的是，将旋转部件构造得尽可能轻。喷头可以由钟形部件——该钟形部件包括旋杯和输出区域——以及由锥形侧壁这样形成，从而在钟形部件与侧壁之间产生空腔。侧壁和钟形部件例如可以借助于粘接、焊接、螺纹连接、铆接或收缩配合相互不能运动地连接。
有利的是，将具有小厚度的材料用作钟形部件、侧壁和转向体的材料，从而将运动质量保持尽可能小。合适的材料根据涂装材料和通过涂装材料中颗粒的磨损而定，例如是钛、铝或合金，如Ti-6Al-4V、6Al-4V或6Al-25N-4Zr-2Mo。
此外可以规定，流出面在环形区域中具有沟槽、特别是径向沟槽。特别是可以规定，沟槽布置在流出面的、终止于分流边缘中的径向最外侧的环形区域中。由此产生了用于形成滴点的初始位置。
另选地或额外地，在环形区域中，在流出面与旋转轴之间的角度可以朝向分流边缘的方向变小。在此特别有利的是，角度在流出面的径向最外侧的环形区域中连续改变。通过涂装材料的转向，从分流边缘脱离的滴点经历了沿径向的降低的加速，从而可以减小射流的最大半径。
此外可以规定，在流出面与旋转轴之间的角度朝向分流边缘的方向多次改变，其中，流出面的不同的环形区域分别具有在从50°至85°的范围内的不同的恒定角度。通过这样产生的等级可以在流出面上产生具有不同的流动情况的区域，在这些区域中涂装材料经历了不同的加速分量。对于均匀的滴点尺寸来说值得期待的是涂装材料的薄片状流动。为了确保这一点，尽可能持续地以连续改变的角度进行环形区域之间的过渡。
此外可以规定，为了使射流聚束而使用空气导向装置。该空气导向装置优选具有多个设计为喷嘴环的空气转向单元。这些空气转向单元相对于旋转轴同轴地布置在位于喷头外的旋转式喷雾器壳体上且可以具有不同尺寸的喷嘴口。在此，从200至350L min-1的流量证明是合适的。
为了进一步聚焦射流，涂装材料可以借助于电场对准待涂装的物体。在此可以规定，涂装材料本身直接借助于高压发生器在流动路段内充电到从20至50kV的、优选30kV的高压且待涂装的物体被接地。
另选地，静电充电从外部通过针电极进行，这些针电极径向围绕钟形部安装且处于负直流电压电位上。电压处于-40kV到-100kV之间的范围内。在空气离子化的情况下在针尖前方产生的电子可以给滴点充载负电荷，使得滴点朝向接地的待涂装的物体运动，由此可以提高涂装效率。
为了去除旋转式喷雾器上的污物——该污物由于未到达待涂装的物体的涂装材料而产生，可以设置清洗剂喷射装置。该清洗剂喷射装置可以布置在钟形部件的侧壁上且根据需要清洁该侧壁。
在更换涂装材料时，利用溶剂清洗整个流动路段，以便避免混淆。为了将涂装材料剩余物从输送导管中压出或通过溶剂清洁该剩余物，可以使用能够往复运动的导管清洗机，该导管清洗机在穿过导管部段运动时去除其内表面上的流体。
所述喷头是用于涂装物体的涂料喷涂设备的一部分，该涂料喷涂设备可以具有直至50种不同颜色的多个涂料源。涂料喷涂设备可以包括多个喷涂室，这些喷涂室借助于附属的分配导管供给涂装材料。在各个喷涂室中可以设置多个承载旋转式喷雾器的机器人或搬运工具。
此外设有一个或多个涂料更换阀，使得始终仅一种涂料处在涂料更换器与导管中的喷雾器之间。可以额外地在涂料更换器与喷雾器之间设置配量-和储存容器，储存容器和涂料更换器的准确布置结构不重要。上述目的在开头所述类型的旋转式喷雾器由此实现，即设有具有一些或所有上面对此描述的特征的喷头。
附图说明
下面根据附图详细说明本发明的实施例。在该附图中：
图1示出具有作为驱动轴的实心轴的喷头的第一实施例的轴向截面；
图2示出根据图1的喷头的输出区域的径向截面，流动路段的子路段在其中延伸；
图3示出具有作为驱动轴的空心轴的喷头的第二实施例的轴向截面；
图4示出根据图3的喷头的输出区域的径向截面，流动路段的子路段在其中延伸；
图5示出具有作为驱动轴的空心轴的喷头的第三实施例的轴向截面；
图6示出根据图5的喷头的输出区域的径向截面；
图7示出喷头的第四实施例的径向截面，其中在输出区域的中央孔中布置有插入部件；
图8示出根据图7的喷头的输出区域的径向截面。
具体实施方式
1.旋转式喷雾器的基本构造
在附图中用10整体上标记旋转式喷雾器，仅示出该旋转式喷雾器的头部部段，该头部部段具有壳体12和喷头14。借助于旋转式喷雾器10可以将涂装材料、特别是漆料涂装到未具体示出的物体上。
喷头14包括钟形部件24，该钟形部件能够以高速围绕旋转轴16旋转且为此与驱动轴18耦合。
在图1中所示的喷头14中，驱动轴18设计为实心轴。驱动轴18通过密封的径向轴承22支承在壳体12中且例如可以借助电机或气动地借助压缩空气涡轮机驱动。在运行时，钟形部件24以10,000至100,000U min-1的转速围绕其旋转轴16旋转。
钟形部件24包括旋杯42和径向在外部连接于该旋杯42的侧壁26，该旋杯和侧壁不能运动地相互连接且共同包围空腔。通过钟形部件24的这个设计方案可以使其惯性保持较小，从而能够节省驱动能量。
通过流动路段28将待涂装的涂装材料从驱动轴18一侧输送到喷头14。在图1中，相对于旋转轴16偏心的导管30将涂装材料输送到同轴的通道32，该通道在当前的实施例中是环形的且沿径向在内部通过实心轴20且在外部通过壳体12界定。通道32沿轴向在其中一侧上通过径向轴承22界定且在对置的一侧上通到相对于旋转轴16同轴布置的钟形部件24圆柱形输出区域34中。在此，驱动轴18的自由端部通过毂部36例如借助粘合连接或压配合不能运动地与钟形部件24的输出区域34连接。由此将驱动轴18的旋转运动传递到钟形部件24上。
在输出区域34中，流动路段28分成多个子路段38，这些子路段在实施例中构造成平行于旋转轴16延伸的通孔。在图1中所示的实施例中，六个子路段38通入输出口40中，该输出口同轴地在圆形结构上围绕旋转轴16布置。子路段38的布置结构在图2中的径向截面A-A中示出。
旋杯42是截锥体形的且邻接于输出区域34，其中，输出区域同样相对于旋转轴16同轴地布置。旋杯42也可以具有与此偏差的几何形状，如其本身在由现有技术的旋杯中已知地那样。旋杯42具有截锥体形的内壳表面44，该内壳表面用作流出面46。在远离于驱动轴18的外边缘上，流出面46终止于环绕的分流边缘48。流出面46与旋转轴16围成角度α。该角度大约为45°，特别可以考虑的是在从40°至85°的范围内的角度。证明为有利的是在从20mm至90mm的范围内的旋杯直径，其中，在较大的旋杯直径的情况下，通常涂装材料作为较薄的膜流动，由此在分流边缘上形成较小的滴点。
旋杯42的内壳表面44围绕截锥体形的体积，其中布置有转向体50。该转向体被相对于喷头14旋转轴16同轴地接纳在远离于驱动轴18的输出区域34端部上。在此在当前实施例中，转向体50的接管52不能运动地与钟形部件24的输出区域34连接；该连接例如可以借助于粘合连接或压配合进行。因此转向体50跟随钟形部件24进行旋转运动。
转向体50的接管52的外表面通入环形的碰撞面54中，该碰撞面自身又过渡到截锥体形的外表面56中，其终止于环绕的端部边缘58。在当前的实施例中，碰撞面54尽可能地在垂直于旋转轴16的平面中延伸。
从输出口40中排出的涂装材料撞击到相对布置的碰撞面54上。由于钟形部件24和转向体50的旋转，该涂装材料在碰撞面54上作为薄膜径向向外流动且流到旋杯42的位于内部的流出面46。在流出面上，涂装材料继续流向分流边缘48，在那里，薄膜以射流或薄片的形式从旋杯42脱离，由该射流或薄片中随后产生了滴点。如开头所述，值得期待的是，产生小滴点。
在旋转式喷雾器中，被从旋杯42甩出的滴点的平均尺寸根据旋杯的转速而改变。旋杯42的转速越低，则产生的滴点越大。然而同时值得期待的是，旋杯42以低转速旋转，以便节省能量。
通过流动路段28在输出区域34中分成子路段38来抑制不期望的效果：即，在转速较低时使较大的滴点从旋杯42甩出。通过其偏心性，子路段38像径向布置的带动件那样起作用并且可以将额外的旋转能量传递到涂装材料上。因此，整个涂装材料以比其仅在中央被输送时更高的绝对速度从输出口40中排出。这样加速的涂装材料因此以较高的动能撞击到碰撞面54上并且随后撞击到流出面46上，以便随后在较薄的膜中流向分流边缘48，这导致了形成更小的更均匀的滴点。
在当前的实施例中，碰撞面54基本上垂直于旋转轴16。同样可以考虑合适的碰撞面。
碰撞面54如上述地那样过渡到截锥体形的外表面56中。其与旋转轴16围成角度α，该角度和旋杯42的流出面46与旋转轴16所围成的角度恰好一样大。因此，外表面56和流出面46彼此平行地延伸。如果在较小的转速时涂装材料也沿着转向体50的外表面56流动，那么其最迟在其端部边缘58上输出且撞击到旋杯42的流出面46上。证明为有利的是端部边缘58的直径小于旋杯的直径的60％。
转向体50设计为空心的截锥体，以便整体上减小喷头14的惯性。为了减小由此形成的空腔的抽吸效果，在碰撞面54中布置有空气通过孔60。该空气通过孔用于实现压力平衡且因此改进了被从分流边缘48甩出的涂装材料的分配。在图1中示出两个这种空气通过孔60，其中，该空气通过孔这样构造，使得可以阻止未被阻碍的涂装材料贯通。为此，其具有仅小的直径且还具有与外表面56的斜度相反的斜度。
另一种影响到由喷头14产生的射流的几何形状的可能性在于，使用未特别示出的空气转向单元。例如可以在壳体凸缘62上——该壳体凸缘部分地遮盖喷头14——布置有环形喷嘴。该环形喷嘴使得导向空气对准所产生的射流，以便对其沿径向进行限制。另外的关于空气转向单元的可能性由DE 10 2012 010 610 A1得出。
为了将喷头14的侧壁上的涂装材料剩余物去除，可以设置未特别示出的清洗剂喷射装置。该清洗剂喷射装置可以布置在钟形部件的侧壁上且根据需要利用溶剂清洁该侧壁。
在更换涂装材料时，利用溶剂完全清洗流动路段28，以便避免不同材料的混淆。为此可以在通向喷头14的输送导管中设置有未特别示出的、能够往复运动的导管清洗机，该导管清洗机从内部去除输送导管壁的涂装材料剩余物。
2.喷头的其它实施例
图3示出喷头14的另一个实施例，其中，驱动轴18设计为空心轴64。涂装材料通过空心轴64经由同轴的通道32输送到钟形部件24的输出区域34。同轴的通道32在当前的实施例中设计为钟形部件24中的中央孔66且位于毂部36与输出区域34之间，该毂部接纳了空心轴64，子路段38在该输出区域34中延伸。
中央孔66具有和外圆形结构相同的直径，而该外圆形结构通过偏心布置的子路段38的径向最外部的点构成。由此使得涂装材料从同轴通道32流入子路段38中更容易。在该实施例中，四个子路段38通到输出口40中，该输出口围绕旋转轴16布置在圆形结构上。子路段38的布置结构在图4中的径向截面A-A中示出。
在当前的实施例中，转向体50和输出区域34又可以示例性地借助粘合连接或压配合或另选地借助未特别示出的螺纹连接相互连接。为此，接管52的端部部段可以伸入中央孔66中且带有螺纹，该螺纹与螺母相连地可以将转向体50和输出区域34不能运动地相互连接。
图5示出第三实施例，该实施例类似于图3的实施例。不同的是，在此转向体50不具有接管，而是通过销钉68相对于旋转轴16同轴地不能运动地接合在输出区域34上。如图6中的径向截面A-A所示，三个销钉68围绕旋转轴16布置在圆形结构上。在该实施例中，三个子路段38通入三个输出口40中，该输出口同样围绕旋转轴16布置在圆形结构上。在碰撞面54中在中央布置的通孔用作空气通过孔60，如图5中所示。
为了对由喷头14产生的射流的几何形状产生影响，在当前的实施例中，在旋转轴16与流出面46之间的角度α改变。特别地，角度α朝向分流边缘48的方向变小。由于涂装材料膜被偏转，因此其沿轴向的速度分量相比于沿径向的速度分量变大。在分流边缘48上，涂装材料因此经历了沿径向减小的加速，从而可以减小射流的最大半径。
在图7中示出另一个实施例。在此，驱动轴18同样设计为空心轴64，然而形成了流动路段28的一部分的轴向孔相对于旋转轴16偏心。来自于空心轴64的涂装材料经过同轴通道32到达输出区域34。同轴通道32在该实施例中同样在钟形部件24的中央孔中延伸，其中，插入中央孔66中的插口70在此形成同轴通道32的壁。因此使得轴向通道32的直径适应于这样的直径：其中，偏心的轴向孔在空心轴中具有其径向最外部的点，这有助于减小流动路段28中的死区。
涂装材料从同轴通道32中到达输出区域34的子路段38中。在该实施例中，子路段38由此形成，即插入部件74被插入在穿过输出区域34的中央输出孔72中。插入部件74具有圆柱形的基本形状且在其周面上承载三个轴向沟槽76，这些轴向沟槽与中央输出孔72的壁共同形成了用于涂装材料的子路段38。子路段38的布置结构在图8中的径向截面A-A中示出。三个子路段38通入三个输出口40中。
Claims (10)
1.一种用于旋转式喷雾器的喷头，该旋转式喷雾器用于将涂装材料涂覆到物体上，该喷头具有：
a)能够围绕旋转轴(16)旋转的旋杯(42)，该旋杯具有分流边缘(48)和流出面(46)，能够这样输送涂装材料到该流出面，使得涂装材料从旋杯(42)的分流边缘(48)甩出，和
b)流动路段(28)，通过该流动路段能够将涂装材料输送到流出面(46)，
其中，
c)所述流动路段(28)在输出区域(34)中被分成子路段(38)，这些子路段分别通入相对于旋杯(42)的旋转轴(16)偏心布置的输出口(40)中，能够由该输出口输出涂装材料，该涂装材料从输出口到达流出面(46)，其特征在于，
d)子路段的总横截面小于流动路段的横截面，使得涂装材料的绝对速度增大，其中，从输出口(40)输出的涂装材料通过以下方式到达流出面，即该涂装材料能够在转向体(50)上引导。
2.根据权利要求1所述的喷头，其特征在于，所述输出口(40)围绕旋杯(42)的旋转轴(16)可旋转地支承。
3.根据前述权利要求中任一项所述的喷头，其特征在于，所述输出区域(34)具有至少两个输出口(40)，所述至少两个输出口布置在相对于旋转轴(16)同轴的圆形结构上。
4.根据权利要求1或2所述的喷头，其特征在于，所述流动路段(28)包括同轴的中央通道(32)，该中央通道沿涂装材料的流动方向布置在输出区域(34)上游。
5.根据权利要求3所述的喷头，其特征在于，所述输出区域(34)构造在中央通道(32)的延长部中，一插入部件(74)被这样插入该延长部中，使得流动路段(28)分隔开。
6.根据权利要求3所述的喷头，其特征在于，至少同轴的中央通道(32)被接纳在驱动轴(18)中，旋杯(42)与该驱动轴耦合。
7.根据权利要求1或2所述的喷头，其特征在于，所述流出面(46)在环形区域中具有沟槽(76)。
8.根据权利要求1或2所述的喷头，其特征在于，在环形区域中，在流出面(46)与旋转轴(16)之间的角度朝向分流边缘(48)的方向变小。
9.根据权利要求7所述的喷头，其特征在于，所述沟槽(76)是径向沟槽。
10.一种旋转式喷雾器，该旋转式喷雾器用于借助喷头(14)将涂装材料涂覆到物体上，其特征在于，所述喷头(14)根据权利要求1至9中任一项所述地设计。
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