CN107530730A - 用于涂覆基材的内表面的方法、装置和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于执行工件(4)的涂覆过程的方法，所述方法包括以下步骤：在涂覆单元(2)中提供所述工件(4)；使用泵(6)在所述涂覆单元(2)中预填充涂覆介质(S2)；由定量给料单元(5)在所述涂覆单元(2)中填充所述涂覆介质(S3)，其中一旦所述涂覆介质液位已达到给定参考液位(R)，即由所述定量给料单元(5)将预定量的涂覆介质施用到所述涂覆单元(2)。

Description

用于涂覆基材的内表面的方法、装置和设备

技术领域

本发明涉及涂覆的领域，特别是对基材内表面的涂覆，诸如由穿过主体的贯穿通道形成的基材的内表面的涂覆。

背景技术

汽车电器中使用的催化剂，诸如用于催化内燃机的废烟气等的催化剂包括具有使废气从其中流过的多个内通道的主体。通道的内表面涂覆有催化材料，该催化材料以催化方式支持本领域熟知的废烟气各组分的化学反应。

在此类催化剂的制造中，工件中的通道的内表面涂覆有涂覆介质，诸如含有对应催化材料的载体涂料(washcoat)和/或涂覆浆料。使内表面与涂覆介质接触，从而将一层涂覆介质施用到主体的内表面上。根据涂覆过程的种类的不同，涂覆介质引入通道中最高应达到的高度也有所变化。由于无法精确地测量涂覆介质在通道内的高度，因此在通道长度的预定部分上平均施用涂覆介质是困难的。

常规方法是使基材一侧的开口与涂覆介质接触，然后向基材的相对侧施用真空，由此将液体涂覆介质吸取到基材的通道中。涂料可借助于预定压力大致施用到通道长度的一部分上。

如果涂覆介质在压力作用下从下方被带入工件的通道中，则液位传感器可用于获得参考液位的指示。参考液位与工件的预定位置一起可限定介于参考液位和涂料施用到基材的内表面上最高应达到的液体涂料液位之间的总填充容积。

然而，穿过基材的通道通常具有较低横截面，总填充容积也较低，因此必须应用定量给料单元，因为涂覆介质泵无法提供所需的精确度。虽然定量给料单元可适于将预定量的涂覆介质精确地提供到涂覆单元中，但定量给料单元所提供的涂覆介质的流速较慢，因此涂覆工件的总循环时间较长。

另一方面，通过调节涂覆介质泵的泵送速率或通过切换相应阀来精确地分配预定量的涂覆介质对于待填充的工件的低内容积而言太不精确。

因此本发明的目的是提供用于部分地涂覆工件的内表面从而实现低循环时间和高精确度的方法和设备。

发明内容

这一目的和另外的目的已通过根据权利要求1所述的用于在涂覆单元中部分地涂覆基材的内表面的方法以及根据另外的独立权利要求所述的设备实现。

另外的实施方案在从属子权利要求中指出。

根据第一方面，提供了用于执行工件的涂覆过程的方法，该方法包括以下步骤：

-在涂覆单元中提供工件；

-使用泵在涂覆单元中预填充涂覆介质；

-由定量给料单元在涂覆单元中填充涂覆介质，其中一旦涂覆介质液位已达到给定参考液位，即由定量给料单元将预定量的涂覆介质施用到涂覆单元。

工件应在其中施以涂料的涂覆单元具有在其中放置待涂覆的工件的室。通过在涂覆单元中填充预定量的液体涂覆介质，可确定工件内部和周围的涂覆介质的液位。因此，对于涂覆工件，可首先清空包括室的涂覆单元，将待涂覆的工件放置在其中并引入预定量的涂覆介质，使得工件的内表面和外表面的相应部分被涂覆介质覆盖，由此涂覆介质的材料在工件的表面上形成涂层。

在每个涂覆循环之间，可例如借助于真空单元来清空室。由于涂覆介质的质量和特性诸如其粘度、其“粘性”等有所差异，因此保留在室中的涂覆介质的量也有所差异。对每个涂覆循环填充相同量的涂覆介质导致在涂覆单元中得到不同量的涂覆介质，并且因此在工件的内表面和/或外表面上施用涂料所最高应达到的液位有所不同。

根据上述方法，通过使用达到参考液位时的时间实例以及定量给料单元精确地测量预定量的涂覆介质的能力，大幅提高了用于每个涂覆循环的涂覆介质的引入量的精确度。具体地讲，涂覆循环具有预填充步骤和填充步骤。

预填充步骤包括将涂覆介质填充到室中最高至填充液位，所述填充液位低于(特别是刚好低于)参考液位。参考液位是由液位传感器在室中或室处的布置限定的液位，使得液位传感器可指示涂覆介质在被填充到室中时其何时已达到参考液位。

工件可具有待涂覆的内表面。可将此类工件放置在涂覆单元中，使得内通道或内容积的下部开口的位置尽可能靠近参考液位，从而使介于填充参考液位和内表面施用以涂覆介质最高应达到的液位之间的空间所需的涂覆介质的容积或相应量保持较低。这允许应用具有良好精确度的定量给料单元，从而可精细地设定工件的内表面的涂料液位。

定量给料单元与液位传感器的组合允许精确地设定涂覆介质在涂覆单元的室中上升最高应达到的涂料液位，以及由于工件被放置在限定位置中，允许精确地设定涂覆工件的内容积最高应达到的液位。

应用上述过程时，循环时间主要受到定量给料单元将特定量的涂覆介质施用到涂覆单元中所需的时间的影响。通过如上所述的两步填充方法，大幅减少了由定量给料单元定量的涂覆介质的量，从而可使循环时间保持较低，同时获得大幅提高的精确度。

此外，可执行预填充，最高至涂覆单元的室的填充液位，该填充液位低于参考液位。

可以提供的是，通过关闭阀使泵与涂覆单元切断来停止预填充。

此外，涂覆介质液位达到参考液位可通过布置在涂覆单元的室中的液位传感器发信号通知。

可以提供的是，将使用泵在涂覆单元中预填充涂覆介质的步骤执行预定的预填充持续时间。因此，预填充步骤可以是时控的使得依据将涂覆介质供应到涂覆单元中的泵的泵送速率以及启用涂覆介质供应的时间，流入涂覆单元的室中的涂覆介质的量可被粗略限定，由此使得涂覆介质的液位刚好低于参考液位。

根据一个实施方案，可通过以下方式确定预定的预填充持续时间：在每次填充之后清空室，迭代地调整预填充持续时间多次，使得室中的涂覆介质液位刚好低于参考液位。

根据另外一个方面，提供了用于涂覆工件的涂覆设备，该涂覆设备包括：

-涂覆单元，该涂覆单元具有用于接收涂覆介质的室，其中涂覆单元被构造成能够放置工件；

-泵，该泵用于将涂覆介质供应到涂覆单元；

-定量给料单元，该定量给料单元用于将涂覆介质供应到涂覆单元并且被构造成能够测量特定量的涂覆介质；

-控制单元，该控制单元被构造成能够

-使用泵在涂覆单元中预填充涂覆介质；

-借助于定量给料单元在涂覆单元中填充涂覆介质，

-一旦涂覆介质液位已达到给定的参考液位，就操作定量给料单元以将预定量的涂覆介质供应到涂覆单元。

此外，涂覆单元可具有液位传感器，该液位传感器被布置成在涂覆介质已达到室中的参考液位时发信号通知。

可提供与泵形成再循环路径的涂覆介质贮槽，其中再循环路径具有通向定量给料单元的分支以用于在定量给料单元中填充涂覆介质。

可以提供的是，定量给料单元具有用于储存涂覆介质的可调容积，其中定量给料单元被构造成能够使泵将涂覆介质通过室供应到涂覆单元。

此外，涂覆介质可包括包含催化材料的载体涂料和悬浮液中的一者。

可以提供的是，泵的泵送速率高于定量给料单元的泵送速率。

根据另外一个方面，上述涂覆设备用于部分地涂覆工件最高至预定液位，其中涂覆介质的预定量通过将从参考液位填充到工件的待涂覆液位的容积来确定。

附图说明

将进一步结合附图更详细地描述实施方案，在附图中：

图1示意性地示出了用于在涂覆单元中循环地执行工件的涂覆过程的涂覆设备；

图2示出了插入有工件的涂覆单元的剖视图；并且

图3示出了在图2的涂覆单元中涂覆工件的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了涂覆设备1。涂覆设备1具有涂覆单元2，在涂覆单元中工件4应被部分地涂覆。具体地讲，工件4的内表面应被施以液体涂覆介质，使得内表面被涂覆。工件4形成用于涂覆过程的基材，其可作为待涂覆的整料或任何其他种类的基本部件而提供。待涂覆的工件4的示例是具有从第一面侧41经过第二面侧42的多个直内通道43的陶瓷基材。经涂覆的工件4可形成汽车内燃机的排气系统的催化剂。

要施用到工件4上的液体涂覆介质可为待作为工件4的内表面上的涂层施用的包含催化材料的载体涂料或悬浮液。从涂覆介质贮槽3供应涂覆介质，该涂覆介质贮槽容纳和储存液体涂覆介质。

如图2中所示，涂覆单元2具有室21，该室可由填充流体管道22填充并且可由清空流体管道23清空。可应用用于填充和清空的单个管道，代替填充流体管道22和清空流体管道23。在室21的上部开口上放置保持器24，该保持器被构造成能够保持工件4，使其第一面侧平行于水平方向。保持器24被构造成能够使得工件4可被保持，从而使得第一面侧41处的通道开口不被保持器24的任何部件覆盖。

因此经由填充流体管线22供应到室21的液体涂覆介质提供与工件4的第一面侧41基本上平行的流体表面。在室21内，可提供扩散器25，该扩散器具有多个平行通道26并且用于提供供应到室21中的涂覆介质的均匀且无泡的液体表面。

室21包括液位传感器27，该液位传感器检测液体涂覆介质的填充液位何时已达到预定参考液位R。液位传感器27被放置成使得当其放置在保持器24中时参考液位R略低于工件4的第一面侧。

将室21中未使用(即未保留为工件4上的涂层)的涂覆介质的数量从室21去除并返回到涂覆介质贮槽3。在本发明实施方案中，室21的清空流体管道23可经由具有吸入阀81的管道来与真空单元8连接，使得在打开吸入阀81并操作真空单元8时可从室21去除涂覆介质。

提供定量给料单元5，该定量给料单元具有用于填充涂覆介质的可调容积51。通过调整定量给料单元5的可调容积51，可以预定流速、预定量和高精确度储存和供应涂覆介质。定量给料单元5基本上可具有活塞52，该活塞可液压地、气动地或电力地致动以便以高精确度改变定量给料单元5的可调容积51。

涂覆介质贮槽3、定量给料单元5和涂覆单元2互连以在每个涂覆循环中将预定量的涂覆介质供应到涂覆单元2中。因此，涂覆介质贮槽3经由管道来与循环泵6连接，该循环泵使涂覆介质永久性地循环穿过循环管道72，从而形成再循环路径。循环管道72具有布置在分支74下游的旁通阀73。

循环管道72的分支74经由供应阀76来与定量给料单元5连接。因此，当打开供应阀76时，定量给料单元5可装载液体涂覆介质。在打开供应阀76的情况下，可在泵6引起的压力作用下填充定量给料单元5的可调容积51。

此外，定量给料单元5的输出经由管线模式阀77来与管道75连接，该管道75将循环管道72与涂覆单元2连接。在管道75内，应用再循环阀78和进给阀79，其中进给阀79被放置在涂覆单元2附近，以便根据其切换状态来让涂覆介质流入或不流入涂覆单元2中。

这些阀由基本上实施涂覆过程的控制单元10控制。

结合图3的流程图来描述涂覆设备1的操作。在循环中执行涂覆过程，每个循环中分别在一个或多个涂覆单元2中同时涂覆一个或多个工件。在一个循环结束之后，从涂覆单元2去除经涂覆的工件并在其中放置未经涂覆的新工件。

在步骤S1中，填充定量给料单元5，并且涂覆介质在泵6和涂覆介质贮槽3之间循环。涂覆介质的循环经过定量给料单元5，其活塞52移出，使得定量给料单元5的可调容积51增加并优选地达到其最大容积。

涂覆介质的循环经过泵6，再经过打开的供应阀76，再经过定量给料单元5，并从定量给料单元5的输出经过打开的管线模式阀77和打开的再循环阀78回到涂覆介质贮槽3，同时旁通阀73和进给阀79关闭。

一旦定量给料单元5被填充(这可由定量给料单元5的相应传感器(未示出)或通过泵6将涂覆介质供应到定量给料单元5中的持续时间的设置来检测)，该过程就继续进行步骤S2。

在步骤S2中，再循环阀78关闭并且进给阀79打开，使得泵6将涂覆介质经过定量给料单元5、打开的第二管线模式阀77、管道75和进给阀79递送到涂覆单元2中。从而，室21被填充。

将步骤S2执行预定的预填充持续时间，该持续时间已根据下文将描述的校准方法设定。在步骤S2中涂覆单元2的室21的填充期间，定量给料单元5的活塞51不移动，使得定量给料单元5仅仅充当一条通路。因此填充到涂覆单元2中的涂覆介质的量由泵6的泵速和供应阀76保持打开的预填充持续时间粗略确定。

在步骤S2的预定持续时间之后，在步骤S3中，供应阀76关闭并且定量给料单元5开始供应所储存的涂覆介质。因此活塞52被移动以减小定量给料单元5的可调容积。从而减小其中容纳涂覆介质的可调容积51。涂覆介质经过定量给料单元5的出口、第二管线模式阀77、管道75和进给阀79供应到涂覆单元2。

当通过步骤S3的定量给料单元5的操作进一步填充室21时，在步骤S4中，由控制单元10监控液位传感器27。当室21中的涂覆介质液位达到由液位传感器27的布置方式限定的参考液位时，控制单元10具有对室21中的填充液位的参考。已知的是，一旦检测到已达到参考液位，就需要预定量的涂覆介质进一步将室填充到已预定的且涂覆工件4的内表面最高应达到的液位。

从检测到达到参考液位起，在步骤S5中，活塞52进一步致动以便以预定速率和预定持续时间不断地减小定量给料单元5的可调容积51，使得从指示涂覆介质液位已达到参考液位的时间起，预定量的涂覆介质被供应到涂覆单元2。因此已知的是，在活塞52已从可调容积51推出预定量的涂覆介质之后，涂覆单元2中的涂覆介质液位已达到在工件4的表面各部分上施用涂料所需的填充液位。换句话讲，涂覆介质的预定量由定量给料单元输出的涂覆介质的流速以及在已达到参考液位之后使定量给料单元5进一步填充室21的预定持续时间限定。

在涂覆介质已在室21中填充预定持续时间之后，在步骤S6中，定量给料单元5的操作停止并且进给阀79关闭，同时再循环阀78打开以便再次开始填充可调容积51。该过程返回到步骤S1。

在室21已填充到预定填充液位之后，室将被清空。为了清空室21，吸入阀81可打开，使得真空单元8从室21去除涂覆介质。所去除的涂覆介质可返回到涂覆介质贮槽3。也可应用清空室21的替代方法。

可在校准例程中迭代地找出执行预填充步骤S2的最佳持续时间。执行该迭代，使得在步骤S2期间填充到涂覆单元2中的涂覆介质的量使室内的涂覆介质液位刚好低于液位传感器27所检测的参考液位R。由此预填充持续时间确保了将通过在步骤S3中而非在步骤S2中提供涂覆介质来达到参考液位。

预定的预填充持续时间的校准可与循环泵6的流速调节结合进行，使得可以确保步骤S2不会导致在室21的涂覆介质中形成气泡。校准例程可在最开始执行和/或在两个涂覆循环之间定期执行，以适应所施用的涂覆介质的不同数量和特性。

Claims (13)

1.用于执行工件(4)的涂覆过程的方法，包括以下步骤：

-在涂覆单元(2)中提供所述工件(4)；

-使用泵(6)在所述涂覆单元(2)中预填充涂覆介质(S2)；

-由定量给料单元(5)在所述涂覆单元(2)中填充所述涂覆介质(S3)，其中一旦所述涂覆介质液位已达到给定参考液位(R)，即由所述定量给料单元(5)将预定量的涂覆介质施用到所述涂覆单元(2)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中执行预填充，最高至所述涂覆单元(2)的室(21)的填充液位，所述填充液位低于所述参考液位(R)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过关闭阀(76)使所述泵(6)与所述涂覆单元(2)切断来停止预填充。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述涂覆介质液位达到所述参考液位(R)通过布置在所述涂覆单元(2)的所述室中的液位传感器(27)发信号通知。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中将使用泵(6)在所述涂覆单元(2)中预填充所述涂覆介质的步骤执行预定的预填充持续时间。

6.根据权利要求5所述的方法，其中通过以下方式确定所述预定的预填充持续时间：在每次填充之后清空所述室(21)，迭代地调整所述预填充持续时间多次使得所述室(21)中的所述涂覆介质液位刚好低于所述参考液位(R)。

7.用于涂覆工件(4)的涂覆设备(1)，包括：

-涂覆单元(2)，所述涂覆单元具有用于接收涂覆介质的室(21)，其中所述涂覆单元(2)被构造成能够放置所述工件(4)；

-泵(6)，所述泵用于将所述涂覆介质供应到所述涂覆单元(2)；

-定量给料单元(5)，所述定量给料单元用于将所述涂覆介质供应到所述涂覆单元(2)并且被构造成能够测量特定量的涂覆介质；

-控制单元(10)，所述控制单元被构造成能够

-使用所述泵(6)在所述涂覆单元(2)中预填充涂覆介质；

-借助于所述定量给料单元(5)在所述涂覆单元(2)中填充所述涂覆介质，

-一旦所述涂覆介质液位已达到给定的参考液位(R)，就操作所述定量给料单元(5)以将预定量的所述涂覆介质供应到所述涂覆单元(2)。

8.根据权利要求7所述的涂覆设备(1)，其中所述涂覆单元(2)具有液位传感器(27)，所述液位传感器被布置成在所述涂覆介质已达到所述室(21)中的所述参考液位(R)时发信号通知。

9.根据权利要求7或8所述的涂覆设备(1)，其中提供与所述泵(6)形成再循环路径的涂覆介质贮槽(3)，其中所述再循环路径具有通向所述定量给料单元(5)的分支以用于在所述定量给料单元(5)中填充所述涂覆介质。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的涂覆设备(1)，其中所述定量给料单元(5)具有用于储存涂覆介质的可调容积(51)，其中所述定量给料单元(5)被构造成能够使所述泵(6)将所述涂覆介质通过所述室(51)供应到所述涂覆单元(2)。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的涂覆设备(1)，其中所述涂覆介质包括包含催化材料的载体涂料和悬浮液中的一者。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的涂覆设备(1)，其中所述泵(6)的泵送速率高于所述定量给料单元(5)的所述泵送速率。

13.根据权利要求7至11中任一项所述的涂覆设备用于部分地涂覆工件(4)最高至预定液位的用途，其中所述涂覆介质的所述预定量通过将从所述参考液位(R)填充到所述工件(4)的待涂覆液位的容积来确定。