CN110248739B - 用于覆层构件的涂装系统和覆层设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于利用覆层介质覆层构件的覆层设备，带有涂装系统，其包括：涂装器，其涂装覆层介质，涂装器是压力头，其从多个覆层介质喷嘴喷出覆层介质，在每个覆层介质喷嘴处安装有喷嘴阀，当覆层介质滴应离开相应的喷嘴时，该喷嘴阀阀开启时间长地开启，覆层介质导入管，压力头的覆层介质喷嘴与其共同相连接，阀控制器，用于控制每个单个的阀的阀开启时间和阀闭合时间，覆层设备包括机器人，在其处至少容纳有涂装器，涂装系统另外包括泵，借助于其待涂装的覆层介质经由覆层介质导入管输送给覆层介质喷嘴，泵在覆层期间以覆层介质的恒定的流量率工作，且在每个喷嘴处的压力在阀的开启的情形中刚好与该阀的之前的开启的情形中一样大。

Description

用于覆层构件的涂装系统和覆层设备

技术领域

本发明涉及一种根据本发明的用于覆层构件的涂装系统以及一种根据本发明的覆层设备。

背景技术

这样的涂装系统包括如下组合件：

- 涂装器，其涂装覆层介质，其中涂装器是压力头(Druckkopf，有时称为印头)，其从多个覆层介质喷嘴喷出覆层介质，其中在每个单个的覆层介质喷嘴处安装有喷嘴阀，当覆层介质滴应离开相应的喷嘴时，该喷嘴阀阀开启时间长地开启，

- 覆层介质导入管，压力头的覆层介质喷嘴与其共同连接，

- 阀控制器，用于控制每个单个的阀的阀开启时间和阀闭合时间。

覆层设备包括机器人，在其处至少容纳有涂装器。通常，涂装器在机器人处容纳在所谓的工具中心点(简写TCP)处。

文件DE 10 2008 053 178 A1示出了一种用于覆层、尤其上漆机动车车身构件的覆层设备。在这样的用于上漆机动车车身构件的上漆设施的情形中，待上漆的机动车车身构件在通过上漆舱传输，在其中机动车车身构件然后由上漆机器人上漆。上漆机器人具有一个或多个可摆动的机器人臂且经由多轴的机器人手轴线在其TCP处引导各一个涂装器。涂装器在此实施为压力头，其将覆层介质从多个覆层介质喷嘴喷出，且压力头的覆层介质喷嘴与覆层介质导入管共同相连接，经由其待涂装的覆层介质被输送。当例如车辆车身应多色地上漆时，当在车身处的不同的部位处应涂覆不同的颜色时，借助于这样的压力头的上漆是有利的。利用压力头涂装部的上漆实现了在没有另外的附加的预防的情形下、尤其在没有其它颜色的区域的粘附的情形下的工件(即例如车身)上的不同区的边缘清晰的上漆。

覆层材料在利用压力头涂装部的上漆的情形中的配量通常借助于用于覆层材料的压力调节器实现。借助于压力调节器的该配量具有若干缺点，尤其在汽车上漆流水线中的汽车车身或车身部件的上漆的情形中。作为覆层材料的在汽车上漆的情形中使用的漆的流量率即取决于粘度且取决于压力。覆层材料的粘度可在不同的漆材料的情形中部分地非常不同。一些使用的上漆材料是触变性的，也就是说其具有取决于压力的粘度。覆层介质的粘度与材料类型和与压力的该显著的相关性经常导致在覆层期间的不一致的滴大小且因此导致确保均匀的覆层的大的困难性。

发明内容

因此，基于本发明的任务是，如此改善开头提到的类型的涂装系统，以至于确保在覆层过程期间的时间上恒定的滴大小。

另外，本发明的任务是，进一步改善覆层设备。

该任务关于涂装系统利用根据本发明的涂装系统解决。关于涂装设备，该任务利用根据本发明的覆层设备解决。

根据本发明，涂装系统进一步包括泵，借助于其待涂装的覆层介质经由覆层介质导入管输送给覆层介质喷嘴，且涂装系统如此设立，以至于泵在覆层期间以覆层介质的恒定的流量率工作，且在每个喷嘴处的压力在阀开启时刚好与该阀的之前的开启的情形中一样大。

根据本发明的一种有利的设计方案，涂装系统具有覆层介质返回管，在其中装入有再循环阀，当压力头的喷嘴阀同时闭合时，该再循环阀才至少开启。

根据本发明的一种有利的实施方式，阀控制器设立用于在覆层期间一直开启保持相同数量的压力头的喷嘴阀。

附图说明

本发明以及本发明的另外的实施方式和另外的优点此时结合随后的附图描述来阐释和描述。

其中：

图1示意性地且示例性地示出了用于使用在根据本发明的涂装器中的压力头，带有此处示例性地呈现的十个覆层介质喷嘴，依次布置在一条线上，其中线大约垂直于涂装器在覆层时的运动方向延伸，

图2示意性地且示例性地示出了带有32个覆层介质喷嘴的压力头，其中在每个覆层介质喷嘴处安装有阀，且覆层介质喷嘴与覆层介质导入管共同连接，在两个实施方式中：在左侧带有由一侧的覆层介质输送管，在右侧带有由两侧的覆层介质输送管，

图3示意性地且示例性地示出了涂装系统的一种实施方式，在其中三个带有分别32个覆层介质喷嘴的压力头依次排列，以便提高覆层功率，且在其中在相邻的压力头中的覆层介质喷嘴相对彼此错位，

图4根据现有技术示出了压力头的覆层介质喷嘴的运行模式的示意性的说明图，

图5a示意性地且示例性地示出了带有压力头的涂装系统，其具有32个覆层介质喷嘴，其中在每个覆层介质喷嘴处安装有阀且关联于该覆层介质喷嘴；

图5b示出了在两个完整的切换周期T1和T2以及半个切换周期T3期间的阀位置的时间上的走向，

图5c示出了在覆层介质喷嘴的喷嘴离开开口处的覆层介质流的时间上的走向(实线)，和覆层介质的由泵压入的流量率(虚线)

图5d示出了压力头的覆层介质喷嘴处的压力的时间上的走向，

图6a示出了相应于在图5a中呈现的实施方式，在其中附加地存在覆层介质返回管，在其中装入有再循环阀。

图6b示出了在两个完整的切换周期T1和T2以及半个切换周期T3期间根据图6a的喷嘴阀的切换状态，

图6c示出了在两个完整的切换周期T1和T2以及半个切换周期T3期间再循环阀的对应于根据图6b的喷嘴阀的切换状态的切换状态，

图7a-7d示出了如何通过根据本发明的措施避免带有鉴于不统一的滴大小的负面作用的系统中的一直进一步提升的超压的不利的构建，

图8a示意性地且示例性地示出了带有压力头的涂装系统，其具有32个覆层介质喷嘴，其中在每个覆层介质喷嘴处安装有阀且关联于该覆层介质喷嘴，

图8b示意性地且示例性地示出了带有32个覆层介质喷嘴1-32的来自图8a的压力头的覆层介质喷嘴的运行模式，

图9示出了带有三个压力头的用于涂装系统的示范性的运行模式，其中每个具有32个阀。

具体实施方式

图1示意性地且示例性地示出了用于使用在根据本发明的涂装器中的压力头1。在此，压力头1示意性地且示例性地作为方形结构呈现。其在此在示例中具有十个覆层介质喷嘴2，它们在压力头的窄侧处以一条线依次布置，其中线几乎垂直于涂装器在覆层的情形中的运动方向延伸，对此参看图3。箭头D指示了覆层介质滴的喷出的方向。

图2示意性地且示例性地示出了带有32个覆层介质喷嘴4的压力头3，其对于根据在图1中示出的实施方式的覆层介质喷嘴2基本上结构相同。在每个覆层介质喷嘴4处安装有阀5，且覆层介质喷嘴4与覆层介质导入管6共同连接。阀可以以在若干kHz的范围中、典型地在3kHz的范围中的切换频率切换。在图2中左侧示出了一种实施方式，在其中覆层介质仅由一侧、在此由上方输送。在图2中右侧示出了一种实施方式，在其中覆层介质由两侧、在此由上方和下方输送，其中对此覆层介质导入管6划分成上方的和下方的部分臂7,8。

图3示意性地且示例性地示出了涂装系统9的一种实施方式，在其中带有分别32个覆层介质喷嘴13的三个压力头10,11,12依次排列，以便提高覆层功率。涂装系统9在覆层期间的运动方向通过箭头P表明，看到它几乎垂直于线伸延，在其中覆层介质喷嘴13布置在三个压力头10,11,12中的每个中。在相邻的覆层介质喷嘴13之间的间距以a标记。该间距出于结构上的原因不可做成任意小。为了实现覆层介质的均匀的涂覆，三个依次排列的压力头10,11,12的覆层介质喷嘴13各以a/3的值相对彼此错位地布置，如在覆层介质喷嘴区的部分区域14的在图3的右侧部分中呈现的局部放大图中呈现的那样。

图4示意性地且示例性地示出了压力头的覆层介质喷嘴的运行模式16，如其根据现有技术通常使用的那样。对于示例性的阐释，在此压力头15假设带有六个运行介质喷嘴D1-D6。当压力头15为了覆层而运动时，水平伸延的横条(带有交替黑色和白色的区域)指示了相应的阀的切换状态。深色的区域指示了，相应的阀在该时间中开启，在该时间期间覆层介质滴从相应的喷嘴逸出。浅色的区域指示了，相应的阀在该时间期间闭合，在该时间期间没有覆层介质滴通过相应的喷嘴逸出。在通常的运行模式16中，如其在图4中说明的那样，所有阀同时打开和闭合。经常这样做，以便得到覆层的清晰的开始线和结束线。在图4中总体而言八个切换周期T1-T8以其时间上依次的顺序依次排列地呈现。

图5在部分图5a中示意性地且示例性地示出了涂装系统17，带有压力头18，其具有32个覆层介质喷嘴19，其中在每个覆层介质喷嘴19处安装有阀20且关联于该覆层介质喷嘴。在覆层介质导入管22中存在泵21，其将覆层介质以恒定的流量率泵送穿过覆层介质导入管22至压力头18。泵21可例如构造为齿轮泵或活塞泵，两个泵类型，它们即使在变化的压力的情形中也可生成恒定的流量率。部分图5b-5d示出了在两个完整的切换周期T1和T2以及半个切换周期T3期间的阀位置的时间上的走向(图5b)、在覆层介质喷嘴的喷嘴离开开口处的覆层介质流的时间上的走向(图5c，实线)、覆层介质的由泵21压入的流量率的时间上的走向(图5c，虚线)和在压力头18的覆层介质喷嘴19处的压力的时间上的走向(图5d)。当阀所有同时闭合时，例如在时间点A的切换周期T1中，泵21进一步以恒定的流量率将覆层介质泵送到涂装系统17中。在涂装系统中的压力和因此在压力头的覆层介质喷嘴处的压力提升，出现在涂装系统中的超压，参见图5d，因为涂装系统的软管和其它的构件具有一定的弹性。当此时阀在随后的切换周期开始时进一步开启时，例如参看在切换周期T2的开始时的时间点B，压力进一步下降且在短的时间后在覆层介质喷嘴的离开开口处的覆层介质流是恒定的。

在本发明中令人惊奇地识别出，在确定的情况下，当涂装系统的时间常数如此大，以至于超压直到下一随后的切换周期开始的完整的消除是不可行的时，超压在下一切换周期期间然后从更高的出发点出发进一步提高，并且如此继续，从而在涂装系统中的压力一直进一步提升。因为覆层介质在压力头的离开喷嘴处的流率除了粘度以外同样取决于压力，由此得出令人惊奇地识别出的问题，尽管泵生成恒定的流量率，在覆层介质喷嘴的离开开口处的流量率和因此滴大小不是统一地一样大，而是随着时间改变。这鉴于最优的覆层结果是不利的。

图6示出了对于该令人惊奇地识别出的问题的第一解决方案。在部分图6a中示出了相应于在图5a中呈现的一种实施方式，在其中附加地存在覆层介质返回管23，在其中装入有再循环阀24。阀控制器25控制在压力头中的喷嘴阀20和再循环阀25。图6b示出了喷嘴阀20的切换状态且图6c示出了再循环阀24的对此对应的切换状态(分别在两个完整的切换周期T1和T2以及半个切换周期T3期间)。当喷嘴阀20闭合时，再循环阀24开启，且当喷嘴阀20开启时，该再循环阀闭合。当喷嘴阀20闭合时，泵21将覆层介质经由开启的再循环阀24和覆层介质返回管23在循环中泵送。结果，通过该措施实现了，从现在起实现了超压直到下一个跟随所有喷嘴阀20的闭合的切换周期开始的完整的消除，由此，超压在下一切换周期期间然后进一步从压力水平出发提高，其在喷嘴阀20的之前的开启开始时已存在，从而此时在涂装系统中的压力不一直进一步提升。由此，在覆层介质喷嘴的离开开口处的流量率和因此滴大小统一地大小相同，其随着时间不改变。这鉴于最优的覆层结果是有利的。

另一解决方案可能性在于，阀控制器设立用于在覆层期间一直开启压力头的保持相同数量的喷嘴阀。图8示范性地且示例性地阐明了该解决方案。部分图8a示意性地且示例性地示出了涂装系统17，带有压力头18，其具有32个覆层介质喷嘴19，其中在每个覆层介质喷嘴19处安装有阀20且关联于该覆层介质喷嘴。在覆层介质导入管22中存在泵21，其将覆层介质以恒定的流量率泵送穿过覆层介质导入管22至压力头18。泵21可例如构造为齿轮泵或活塞泵，两个泵类型，它们即使在变化的压力的情形中也可生成恒定的流量率。

图8b示意性地且示例性地示出了根据在此描述的根据本发明的第二解决方案的带有32个覆层介质喷嘴1-32的来自图8a的压力头18的覆层介质喷嘴的运行模式26。当压力头18为了覆层而运动时，水平伸延的横条(带有交替黑色和白色的区域)指示了相应的阀的切换状态。深色的区域指示了，相应的阀在该时间中是开启的，在该时间期间覆层介质滴从相应的喷嘴逸出。浅色的区域指示了，相应的阀在该时间期间闭合，在该时间期间覆层介质滴不穿过相应的喷嘴逸出。阀控制器负责阀20的切换顺序如此调节，以至于一直恒定数量的阀开启。在图8b中呈现了十个依次跟随的切换周期A-J。在第一切换周期A的第一部分期间，八个阀开启，第1、2、3、4、29、30、31、32号。其余的24个阀是闭合的。当八个阀第1、2、3、4、29、30、31、32号闭合时，八个阀第5、6、7、8、25、26、27、28号开启。在第一切换周期A结束时且在第二切换周期B开始时，阀第5、6、7、8、25、26、27、28号又闭合，阀第1、2、3、4、29、30、31、32保持闭合，且其开启八个阀第9、10、11、12、21、22、23、24。当其在第二切换周期B的中间中又闭合时，八个阀13、14、15、16、17、18、19、20开启。其余的阀直到第二切换周期B结束且直到第三切换周期C开始时保持闭合。之后，重复该方案。在该方案的情形中一直八个阀开启且24个阀闭合，切换方案在此确保，在两个切换周期内32个阀中的每个一次打开。泵一直以覆层介质的恒定的流量率工作。在系统中可以不构建提升的超压，因为一直八个阀开启。在1ms的典型的阀开启时间和机器人臂在覆层时的200mm/s的假设的示范性的速度的情形中，压力头在两个切换周期期间经过的路径段(因此直到又相同的八个阀在开始时开启)为0.8mm。除了在图8中呈现的切换方案，还可设想许多另外的。因此，可例如不仅八个，而是例如同样16个或同样仅四个阀同时开启。同样，开启的阀沿着线(在该线处布置有其)的分布可变化。仅重要的是，一直相同数量的阀开启。

在图8中根据压力头示出的行为方式也可转移到带有多个压力头的涂装系统上。图9示范性地根据用于带有三个压力头的涂装系统的示范性的运行模式27示出了这，由其中每个具有32个阀。同样在此，当压力头为了覆层而运动时，水平伸延的横条(带有交替黑色或阴影的和白色的区域)指示了相应的阀的切换状态。深色的或阴影的区域指示如下，即相应的阀在该时间中开启，在该时间期间覆层介质滴从相应的喷嘴逸出。浅色的区域指示如下，即相应的阀在该时间期间闭合，在该时间期间没有覆层介质滴穿过相应的喷嘴逸出。带有用于指示开启的阀的黑色填充的区域的横条关联于第一压力头。带有用于指示开启的阀的倾斜阴影的区域的横条关联于第二压力头。带有用于指示开启的阀的垂直阴影的区域的横条关联于第三压力头。同样在此确保，在三个压力头中的每个处一直开启32个阀中的八个。因为三个压力头并行地运行，在每个切换周期中从多于八个喷嘴中喷出覆层介质，更确切地说根据切换周期从16个或24个覆层介质喷嘴。以该方式可得到还更好的层均匀性。

图7示出了，如何通过根据本发明的措施如上面描述的那样避免带有鉴于不统一的滴大小的负面作用的系统中的一直进一步提升的超压的不利的构建。部分图7a示意性地且示例性地示出了涂装系统17，带有压力头18，其具有32个覆层介质喷嘴19，其中在每个覆层介质喷嘴19处安装有阀20且关联于该覆层介质喷嘴。在覆层介质导入管22中存在泵21，其将覆层介质以恒定的流量率泵送穿过覆层介质导入管22至压力头18。泵21可例如构造为齿轮泵或活塞泵，两个泵类型，它们即使在变化的压力的情形中也可生成恒定的流量率。在图7a中未呈现带有再循环阀的覆层介质返回管。部分图7b-7d示出了在两个完整的切换周期T1和T2以及半个切换周期T3期间的阀位置的时间上的走向(图7b)、在覆层介质喷嘴的喷嘴离开开口处的覆层介质流的时间上的走向(图7c，实线)、覆层介质的由泵21压入的流量率的时间上的走向(图7c，虚线)和在压力头18的覆层介质喷嘴19处的压力的时间上的走向(图7d)。区别于在图5b至5d中阐释的关系，此时在使用根据本发明的措施中的一个后实现如下，实现超压直到下一跟随的切换周期开始的完整的消除，且超压在下一切换周期期间然后从相同的初始压力出发又提高，如其在之前的切换周期开始时已存在的那样且如此继续，从而在涂装系统中的压力不一直进一步提升。

补充的阐释：

用于覆层材料的各个喷嘴离开开口通常具有约10μm至200μm的直径。通过制造公差、磨损或存放决定地，压力头的各个喷嘴离开开口不是完全相同的。

以阀操控的喷嘴离开开口中的每个因此具有不同的流动阻力。通过喷嘴离开开口i流动的材料量

取决于在离开开口

之前的压力。该关系通过函数

或反函数

来描述。

在压力头的结构上的设计方案中注意如下，即在所有喷嘴离开开口处的压力一直相同，也就是说在覆层介质导入管中的压降应为可忽略的。

应注意的是，函数

或

取决于粘度和因此取决于涂装的覆层材料。

在第一近似中，可从如下出发，即上面描述的函数在感兴趣的区域中是线性的。针对喷嘴离开开口的方程是

其中

是离开开口的额定值且

是材料的粘度。

压力头以恒定的速度在待覆层的表面上运动。从材料性质、待实现的层厚和在离开开口之间的间距于是得出平均的漆流率(在覆层介质是漆的情况中)，或平均的覆层介质流率。

其中

每喷嘴的平均的漆流率

垂直于运动方向在喷嘴之间的间距(在多个依次布置的涂装部的情形中产生的间距)

层厚(干燥膜)

涂装的材料的体积固体含量

涂装部的速度(TCP速度)

切换频率或周期(从阀的开启直到下一开启)的时间

和阀开启的时间

是经验值。

穿过喷嘴离开开口的漆流率通过随后的关系近似描述：

在阀开启的情形中喷出的覆层介质的体积(滴体积)通过如下关系来描述：

鉴于均匀的覆层的目标是，通过所有喷嘴离开开口在时间的平均上相同量的覆层材料流动。这可通过以下方式实现，即各个阀不同长地开启。

对于在分配线路中的压降是可忽略的情况的行为方式那么是如下。

在第一步骤中，对于每个离开开口而言获取特征线

或

。

在上面描述的线性化的情况中利用如下获取特征值

对于带有材料压力调节器的覆层材料供给的变型方案而言适用如下：

预设值：每阀开启的漆量

平均的阀开启时间

在材料压力调节器处待调节的材料压力和阀开启时间得出：

阀开启时间间接成正比例于额定值。

对于经由例如一个配量泵的覆层材料供给的情况而言适用如下：

配量泵在覆层设备中的使用的优点是，在整个涂装系统中的流体的比例独立于覆层介质的粘度且因此不必实现对于分别使用的覆层材料材料的参数值的调节。

因为泵整个时间以相同的覆层介质率工作(在覆层介质是漆的情况中，因此以恒定的漆流率)，覆层介质压力或漆压力取决于多少阀开启。越少阀开启，则压力越高。因此，在各个阀切换时间之间的时间差小于在带有恒定的压力的运行的情形中。

参考符号列表

1 压力头

2 覆层介质喷嘴

3 压力头

4 覆层介质喷嘴

5 阀

6 覆层介质导入管

7 部分臂

8 部分臂

9 涂装系统

10 压力头

11 压力头

12 压力头

13 覆层介质喷嘴

14 部分区域

15 压力头

16 运行模式的方案

17 涂装系统

18 压力头

19 覆层介质喷嘴

20 阀

21 泵

22 覆层介质导入管

23 覆层介质返回管

24 再循环阀

25 阀控制器

26 运行模式

27 运行模式。

Claims (2)

1.一种用于利用覆层介质覆层构件的涂装系统，其包括如下组合件：

- 涂装器，其涂装所述覆层介质，其中所述涂装器是压力头，其从多个覆层介质喷嘴喷出所述覆层介质，其中在每个单个的覆层介质喷嘴处安装有喷嘴阀，当覆层介质滴应离开相应的覆层介质喷嘴时，该喷嘴阀阀开启时间长地开启，

- 覆层介质导入管，所述压力头的覆层介质喷嘴与其共同相连接，

- 阀控制器(25)，用于控制每个单个的喷嘴阀的阀开启时间和阀闭合时间，

其特征在于，所述涂装系统另外包括泵(21)，借助于其待涂装的覆层介质经由所述覆层介质导入管输送给所述覆层介质喷嘴，且所述涂装系统设立，使得所述泵(21)在覆层期间以所述覆层介质的恒定的流量率工作，且在每个覆层介质喷嘴处的压力在所述喷嘴阀的开启的情形中刚好与该喷嘴阀的之前的开启的情形中一样大，

其中，所述阀控制器(25)设立用于在所述覆层期间一直开启保持相同数量的压力头的喷嘴阀。

2.一种用于利用覆层介质覆层构件的覆层设备，带有根据权利要求1所述的涂装系统，其中所述覆层设备包括机器人，在其处至少容纳有涂装器。

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