CN111788009A - 带有抽吸系统的热喷涂舱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热喷涂舱，其包括用于保持待涂覆部件（221）的工作台（219）以及带有机器人主体（206）和臂（205）的机器人（203）、安装在所述机器人的所述臂（205）上的喷枪、包括空气入口（213）和抽吸罩（215、301、401）的通风系统，所述抽吸罩被设计成形成具有从所述空气入口到所述抽吸罩（215、301、401）的主流（M）的气流，从而在所述热喷涂舱（201）的操作状态下通过所述工作台（219）。所述空气入口（213）、所述工作台（219）、所述机器人（203）和所述抽吸罩（215、301、401）布置成使得所述机器人主体（206）在所述操作状态下定位在所述气流的所述主流（M）外部。

Description

带有抽吸系统的热喷涂舱

背景技术

热喷涂过程（诸如等离子体喷涂、高速氧燃料（HVOF）、电弧喷涂、火焰喷涂等）是通过在热源处馈送原料材料（诸如粉末、悬浮液或金属丝）的沉积技术，所述原料材料将完全或部分熔化并且形成液滴，所述液滴加速到衬底的表面上以由层片（splat）形成致密或多孔分层涂层。

由于热源的性质，这些过程声音很大，例如由两个电极之间的电弧放电或枪内气体的燃烧产生的声音，而且还有来自通过喷嘴离开枪的高气体速度的声音。另外，这些过程固有地产生一定量的过喷，所述过喷来自因其中注入原料材料的过程气体的温度梯度所致的原料材料的不均匀熔化。未沉积在衬底上的这些颗粒应该被引导到灰尘收集器系统中。

大多数热喷涂过程在隔音舱内部操作，所述隔音舱还将在喷涂过程期间产生的过喷限制在通常也称为柜的所述舱内部。然而，由于过喷的产生量很高，因此需要借助于灰尘收集系统收集颗粒，所述灰尘收集系统通常包括空气入口、抽吸罩、用于将空气从舱中抽吸出来的螺桨、用于将灰尘从舱中输运出来的管、过滤系统以及灰尘收集容器。

设计理想抽吸系统的主要挑战是最大化在涂覆过程期间灰尘和过喷的去除，这主要是由于以下原因：

• 过喷颗粒可能在舱中再循环，并且重新沉积在部件上，从而产生具有杂质和不需要的未熔化颗粒的涂层。杂质可能源自其中使用不同材料的先前喷涂过程。

• 一些原料材料包含不同类型的金属，如果在热喷涂过程产生较小灰尘颗粒，则这可能变成健康危害。

• 不充分或未优化的通风可能在喷涂柜内部产生灰尘颗粒的一些局部积聚，并且变成安全危害，诸如燃烧灰尘火灾和爆炸危害，或者甚至因细小灰尘颗粒而具有打滑的地板。

• 不充分的抽吸系统可能允许灰尘或颗粒积聚在壁和地板上，并且通过强湍流让一些粉末积聚在柜内部的更难定位的地方，从而增加在机器的维护期间的清洁时间。

现有技术

用于热喷涂的典型抽吸系统是工业通风系统，其集成在喷涂柜中并且包括：

• 空气入口，所述空气入口通常位于舱的顶后部上、在用作枪操纵器的机器人后方。

• 抽吸罩，所述抽吸罩自身放置在舱的前面，所述舱是通过由格栅和/或翅片系统定界的开口连接舱的内部并且具有管的盒，所述管通常连接在盒的顶部上，从而朝向强大风扇抽吸空气离开舱，所述风扇产生空气从舱到外界的运动。

• 翅片系统或格栅，所述翅片系统或格栅用于局部增加抽吸效果，并且扩大较大表面上的空气流。抽吸罩的开口处的翅片系统放置在待涂覆部件的前面。枪指向待涂覆部件、并且同时指向抽吸罩，以便最大化灰尘在喷涂过程期间的收集。

此设计的一个主要缺点在于，从入口流动到抽吸系统的空气沿着喷涂轴线从顶后部到前底部对角地通过机器人臂，从而在机器人周围和其中无空气直接流动的室的底后侧上产生强湍流。此外，从后向前对角地流动的空气将最终在到达抽吸系统之前在地板上反弹。这些综合效果将产生大量湍流，并且减小空气流的效力。

另一限制来自翅片或格栅在抽吸罩前面的使用。即使翅片旨在增加罩前面的有效空气流的面积，抽吸的影响也仅在距抽吸罩约等于翅片之间的间距两倍的距离处最佳，这是限制因素，因为来自枪的气流必须精确地指向抽吸罩的收集区域中。翅片通常具有三角形形状，并且彼此竖直对齐。三角形形状允许空气在翅片周围流动、而不产生强湍流。然而，朝向抽吸罩的来自枪的仍然很热的颗粒将收集在这些翅片上，尤其是当枪处于备用位置中时。结果是，颗粒开始产生具有水平“钟乳石”形状的沉积物，并且热粉末或灰尘在抽吸罩处沉积在翅片或格栅的壁上。此情况对于维护过程是不利的，并且增加必须从壁擦去粉末的区域、尤其是在抽吸罩处和翅片的壁上。

尽管使用竖直对齐的翅片来增加抽吸罩的作用范围，但是最大空气流位于罩的顶部处，在这里，外部抽吸管附接在盒上。由于竖直对齐的翅片的添加，抽吸区域可以分布在较大区域上，但是空气不均匀分布，因为空气的速度在罩的顶部与底部之间将存在差异。这将是抽吸罩处的小湍流的来源，这将在抽吸罩的整个区域上产生不太有效的颗粒抽吸系统。

增加在翅片处从抽吸罩抽吸空气的深度的解决方案将是改变附接到抽吸罩的盒的设计，使得其以连续的方式加速空气并将空气驱出到抽吸管，如漏斗形状。 然而，与附接到柜的现有紧凑盒相比，漏斗形盒将是大的，从而增加了整个系统的占地面积。

另一解决方案是使用折板或格栅来偏转入口空气，使得入口空气不再从柜的顶后部对角地行进到底前部，而是在机器人的顶部上四处流动。此解决方案也不是最佳的，因为其将不在入口与抽吸罩之间产生有效直接空气流。

从现有技术出发，本发明的目的是提出一种避免现有技术的缺点的经改进的热喷涂舱。特别地，热喷涂舱应在很大程度上避免从现有技术已知的湍流。

满足此目的的本发明的主题的特征在于独立权利要求的特征。

发明内容

根据本发明，提出一种热喷涂舱，所述热喷涂舱包括用于保持待涂覆部件的工作台、具有机器人主体和臂的机器人、安装在机器人的臂上的喷枪以及通风系统。通风系统具有空气入口和抽吸罩，所述抽吸罩被设计成形成具有在热喷涂舱的操作状态下从空气入口到抽吸罩的通过工作台的主流的气流。空气入口、工作台、机器人和抽吸罩布置成使得机器人主体在操作状态下定位在气流的主流外部。

因此，在根据本发明的热喷涂舱中，机器人主体在操作状态下不在气流的主流中。根据优选实施例，气流的主流可以沿着从空气入口的至少一部分到工作台并且进一步到抽吸罩的至少一部分绘制的直线延伸，其中所述线不与机器人主体交叉和/或触碰机器人主体。

术语“在操作状态下”尤其可以意指由通风系统在热喷涂舱中产生气流，即，通风系统是活动的。特别地，“在操作状态下”可以被理解为正在进行的在热喷涂舱中涂覆部件的过程。

与机器人主体形成对比，机器人臂和喷枪可以在操作状态下定位在气流的主流内部。

特别地，通风系统可以包括抽吸系统，所述抽吸系统在柜（即，热喷涂舱）的一侧上具有抽吸罩，并且在另一侧上具有空气入口开口，所述抽吸系统在用于热喷涂过程的柜内部产生强大、有效并且实质上为层流的空气流通风，其中空气流的有效区域和深度在抽吸罩的整个截面上均匀分布；其中空气流横穿通过待涂覆部件。

根据本发明的实施例变型，抽吸罩被设计成允许5000与15000 m3/h之间的流量，而不需要修改管的直径。已知，对于等离子体喷涂过程，空气在柜中的交换必须至少针对柜的整个体积每分钟进行三次，其中作为一示例，典型的柜尺寸为约2.5×5×2.5 m。对于HVOF过程，由于来自过程气体的燃烧的过程的较高能量以及高气体流量，待更新空气的体积必须高于用于等离子体喷涂的空气的体积。作为说明，使用一些特定参数，HVOF可以产生是典型等离子体喷涂参数（50 KW）四倍的能量（200 kW），并且产生是等离子体气体流量（100 NLPM）一百倍的气体流量（1000 NLPM）。

来自过喷的具有典型粒度分布的灰尘/颗粒的输运的数值模拟已经表明，空气流必须具有超过4 m/s的速度以便能够输运颗粒、而不使其掉落在地板上。仅在在空气入口开口与抽吸罩之间产生有效层流湍流自由空气流的情况下，才可以达到这些高速度。

在所述装置的第一优选实施例中，抽吸系统包括涡流系统，所述涡流系统在操作状态下产生沿着竖直轴线并且在涡流系统内部的空气流的圆形和/或螺旋运动，所述涡流系统优选地具有柱形形状，其中涡流系统具有沿着涡流系统的一侧的开口以允许收集在衬底通过热喷涂的涂覆期间产生的过喷和/或灰尘；其中抽吸管连接在柱形形状的涡流系统的顶部和/或底部上以允许从柜有效且均匀地抽出空气，另外，借助于抽吸风扇向下游朝向过滤系统和收集容器输运空气。

在所述装置的第二优选实施例中，抽吸罩包括大的弯曲形状的收集片材、特别是大的弯曲形状的收集金属片材，其被优化成使得提供包含灰尘和/或颗粒的所收集空气的均匀流，其中所述收集金属片材至少部分具有暴露至包含灰尘和/或颗粒的空气流的平滑表面，并且所述收集金属片材是涡流系统的开口处的涡流系统的延伸部以让空气穿透到涡流系统内部。沿着竖直轴线和弯曲形状的收集金属片材的表面的层流产生暴露至待涂覆部件的均匀分布的空气通风速度；其中收集金属片材处空气抽吸区域的作用是朝向待涂覆部件更深且更近地穿透，以便更有效地收集待涂覆部件附近的空气中所包含的灰尘和/或颗粒。另一有利措施是，收集金属片材可以受到可去除第二金属片材的保护，使得其可以在所述片材的表面因所收集粉末颗粒而变脏时被快速更换，以便通过避免对表面的清洁来减少维护时间；其中收集金属片材和额外保护片材的材料由诸如镀钢或镀铬片材等材料制成，并且具有最小化灰尘和/或颗粒在表面上的收集和粘附的表面光洁度。

收集片材可以是涡流系统的延伸部，或者替代性地，可以是单独的收集片材，其设置在涡流系统处，以便提供包含灰尘和/或颗粒的所收集空气的均匀流。

在所述装置的另一优选实施例中，特别是具有柱形形状的涡流系统设置有沿着涡流系统的表面竖直对齐的开口狭缝，其中除沿着金属弯曲片材的来自涡流系统的侧面的主要空气入口以外，所述开口狭缝允许直接穿透到涡流系统内部的额外空气出口流。该额外狭缝允许增加涡流效果以及在涡流系统内部循环和/或盘旋的空气的速度，因此增加在整个抽吸罩系统前面、特别是在收集金属片材前面输运的空气的抽吸效力和均匀性。

在所述装置的另一个有利实施例中，与收集金属片材组合的涡流系统被构造成使得其允许冷却未沉积在待涂覆部件上的热灰尘和/或颗粒，所述热灰尘和/或颗粒朝向抽吸罩输运，使得热灰尘和/或颗粒反弹到涡流系统的内壁上。

在所述装置的另一实施例中，抽吸罩与空气入口开口对齐，使得空气流横穿待涂覆部件并且在0°与80°之间、优选地0°与45°之间、并且理想地0°与20°之间的角度内与气体射流的方向（其为由从枪到待涂覆部件的轴线限定的方向）严密对齐，使得利用此对齐使包含灰尘和/或颗粒的气体射流被引向抽吸罩、特别是引向收集金属片材，使得空气流与来自枪的气体射流之间的混合产生的湍流被最小化。

此外，有利的是，空气入口开口包括格栅几何形状或折板几何形状以使空气流水平和/或竖直地直接引向抽吸罩系统，从而最小化来自空气入口开口的空气流反弹到地板、天花板或柜壁上的影响；其中格栅和/或折板结构具有几何形状，使得其将限制发生在空气入口开口的出口处的湍流。另一有利几何形状是，格栅由类似于蜂窝状结构的开口制成；其中选择蜂窝状结构的厚度，使得其将使来自空气入口开口的空气流偏转穿过蜂窝状结构的较厚内壁，使得空气被引向抽吸罩系统。另外，空气入口开口在空气流上游连接到盒；其中所述盒具有内部几何形状以限制空气流在盒内部的再循环，并且允许湍流自由空气流能够离开空气入口开口。

根据本发明的另一方面，提出一种用于热喷涂部件的方法。所述方法包括以下步骤。根据本发明/如上所述，将待涂覆部件定位在热喷涂舱的工作台上。形成具有从空气入口到抽吸罩的主流的气流，气流的主流通过工作台，其中机器人的机器人主体定位在主流的外部。使用附接到机器人的机器人臂的喷枪来涂覆所述部件。

根据所述方法的优选实施例，所述气流可以具有超过4 m/s的速度和/或在5000与15000 m³/h之间的流量。

有利地，所述方法还可以包括如下步骤：通过朝向待涂覆部件更深且更近地穿透来操作收集片材，以便更有效地收集待涂覆部件附近的空气中所包含的灰尘和/或颗粒。

操作收集片材可以例如是收集片材在优选位置中的运动，以便控制朝向出口/抽吸管的空气流。

附图说明

在下文中将参考附图更详细地解释本发明。以示意图示出了：

图1示出了根据现有技术的舱；

图2示出了热喷涂舱的全局视图；

图3示出了抽吸罩，其包括涡流系统、收集金属片材和开口狭缝；

图4是图3的抽吸罩的俯视图。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的舱。现有技术的柜101包括抽吸罩111、待涂覆部件115沉积在其上的工作台113。此外，柜101包括机器人103、空气入口117和门109，所述机器人103具有附接到机器人臂105的用于涂覆部件115的喷枪107。

待涂覆部件115可以经由门109插入到柜101中。在操作状态下，通过抽吸罩111的通风产生气流。从而，空气入口流进入空气入口117，从而产生朝向抽吸罩111的气流。

在根据现有技术的舱中，具有机器人主体和机器人臂105的机器人103定位在从空气入口117朝向抽吸罩111的气流内部。因此，在机器人周围产生强湍流，并且在室的底后侧上，在操作状态下没有空气直接流动，从而导致上述所有缺点。

图2示出了热喷涂舱201的全局视图，所述热喷涂舱包括用于保持待涂覆部件221的工作台219以及带有机器人主体206和臂205的机器人203、安装在机器人的臂205上的喷枪、包括空气入口213和抽吸罩215的通风系统。

在操作状态下，抽吸罩215形成具有从空气入口到抽吸罩215的主流M的气流。此主流M通过热喷涂舱的工作台。空气入口213、工作台219、机器人203和抽吸罩215布置成使得机器人主体206定位在气流的主流M外部。因此，机器人主体206不在气流的主流M中，从而避免在机器人主体206周围的湍流。

在图2中所示的热喷涂舱201中，机器人主体布置在舱201的右侧上，即，在主流M的右侧上。当然，只要机器人主体206布置在主流M外侧，机器人主体206便还可以布置在主流M的左侧上、主流M上方或主流M下方。

在这种布置中，可以避免从现有技术已知的缺点、尤其是强湍流。

图3示出了抽吸罩301，其包括涡流系统303、收集金属片材307和开口狭缝305。涡流系统303直接连接到弯曲形状的收集金属片材307，用于在操作状态下提供包含灰尘和/或颗粒的所收集空气的均匀流。因此，收集片材307是涡流系统303的延伸部。

开口狭缝305布置在涡流系统303的柱形形状的主体处以允许在操作状态下额外空气出口流（除片材307以外）直接穿透到涡流系统303中。

此外，涡流系统303可以连接到抽吸管以用于在操作状态下产生空气出口流的圆形和/或螺旋运动。

图4示出了图3的带有涡流系统403和收集金属片材405的抽吸罩401的俯视图。

此外，至少由于在本文中以使人能够凭借诸如例如出于简单或效率示出的特定示例性实施例的公开内容制造和使用本发明的方式公开本发明，因此可以在缺少本文中未具体公开的任何额外元件或额外结构的情况下实践本发明。

应注意的是，前述示例已经仅出于解释目的被提供，并且绝不应被解释为对本发明的限制。虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解的是，本文中已经使用的词语是描述和说明性词语、而非限制性词语。如目前陈述和修改的那样，可以在所附权利要求的范畴内作出改变，而不背离本发明在其各方面的范围和精神。虽然本文中已经参考特定装置、材料和实施例描述了本发明，但是本发明并不旨在限于本文中所公开的细节；相反，本发明扩展到诸如在所附权利要求的范围内的所有在功能上等效的结构、方法和用途。

附图标记列表

101 柜

103 机器人

105 机器人臂

107 枪

109 门

111 抽吸罩

113 工作台

115 待涂覆部件

117 空气入口

201 热喷涂舱

203 机器人

205 机器人臂

206 机器人主体

207 枪

209 门

211 空气入口

213 空气入口开口、优选地格栅

215 抽吸罩

217 到风扇、过滤器和/或收集容器的流动方向

219 工作台

221 待涂覆部件

301 抽吸罩

303 涡流系统

305 二次空气入口狭缝

307收集金属片材

401 抽吸罩

403 涡流系统

405收集金属片材。

Claims (14)

1.一种热喷涂舱（201），其包括：

用于保持待涂覆部件（221）的工作台（219）以及，

带有机器人主体（206）和臂（205）的机器人（203），

安装在所述机器人的所述臂（205）上的喷枪，

包括空气入口（213）和抽吸罩（215、301、401）的通风系统，所述抽吸罩被设计成形成具有从所述空气入口到所述抽吸罩（215、301、401）的主流（M）的气流，从而在所述热喷涂舱（201 ）的操作状态下通过所述工作台（219），

其特征在于，

空气入口（213）、工作台（219）、机器人（203）和抽吸罩（215、301、401）布置成使得所述机器人主体（206）在所述操作状态下定位在所述气流的所述主流（M）外部。

2.根据权利要求1所述的热喷涂舱，其中所述机器人臂（205）和所述喷枪在所述操作状态下定位在所述气流的所述主流（M）内部。

3. 根据权利要求1或2中的任一项所述的热喷涂舱，其中所述抽吸罩（215、301、401）被设计成允许5000与15000 m³/h之间的流量。

4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的热喷涂舱，其中所述抽吸罩（215、301、401）被设计成允许超过4 m/s的气流速度。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的热喷涂舱，其中所述抽吸罩（215、301、401）包括柱形形状的涡流系统（303、403），所述涡流系统（303、403）连接到抽吸管，用于在所述操作状态下产生空气出口流的圆形和/或螺旋运动。

6.根据权利要求5所述的热喷涂舱，其中所述抽吸罩（215、301、401）还包括弯曲形状的收集片材（307），用于在所述操作状态下提供包含灰尘和/或颗粒的所收集空气的均匀流。

7.根据权利要求6所述的热喷涂舱，其中所述收集片材（307）是所述涡流系统（303、403）的延伸部。

8.根据权利要求6或7所述的热喷涂舱，其中所述收集片材（307）是弯曲形状的收集金属片材（307）。

9.根据权利要求5至8中的任一项所述的热喷涂舱，其中所述涡流系统（303、403）包括开口狭缝（305）以允许额外空气出口流在所述操作状态下直接穿透到所述涡流系统（303、403）中。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的热喷涂舱，其中所述气流的所述主流（M）沿着从所述空气入口（213）的至少一部分到所述工作台（219）并且进一步到所述抽吸罩（215、301、401）的至少一部分绘制的直线延伸，其中所述线不与所述机器人主体（206）交叉和/或触碰所述机器人主体（206）。

11.一种用于热喷涂部件的方法，其包括以下步骤：

将所述待涂覆部件（221）定位在根据权利要求1至10中的任一项所述的热喷涂舱（201）的工作台上；

形成具有从所述空气入口到所述抽吸罩的主流（M）的气流，所述气流的所述主流（M）通过所述工作台（219），其中机器人（203）的机器人主体（206）定位在所述主流（M）中的外部；

使用附接到所述机器人的所述机器人臂的喷枪来涂覆所述部件。

12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述气流具有超过4 m/s的速度。

13. 根据权利要求11或12所述的方法，其中所述气流具有在5000与15000 m³/h之间的流量。

14. 根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，其还包括如下步骤：通过朝向所述待涂覆部件（221）更深且更近地穿透来操作收集片材（307），以便更有效地收集所述待涂覆部件（221 ）附近的空气中所包含的灰尘和/或颗粒。

Images