CN116194222A - 用于涂层剂的雾化装置 - Google Patents

Abstract

在此描述一种用于涂层剂的雾化装置(1)，所述雾化装置具有被激励器(3)施加振动的涂层剂载体。为了能够以节约资源的方式给工件设置厚度均匀的涂层，在此建议，所述涂层剂载体是由旋转驱动装置驱动的膜(2)，所述膜被激励器(3)通过声波施加振动。

Description

用于涂层剂的雾化装置

技术领域

本发明涉及一种用于涂层剂的雾化装置，所述雾化装置具有被激励器施加振动的涂层剂载体。

背景技术

由文献US 4659014已知一种用于涂层剂的雾化装置。该雾化装置具有探针头作为涂层剂载体，该探针头具有多个连通口，这些连通口与涂层剂输入管路连接并且分布在探针头的周侧上。涂层剂从涂层剂输入管路流动通过连通口并且因此分布在涂层剂载体上。涂层剂载体可以被激励器施加以振动，由此分布在涂层剂载体上的涂层剂作为细小地雾化的涂层剂颗粒从涂层剂载体脱离。然而，在由文献US 4659014已知的雾化装置中存在缺点，即，涂层剂主要由于重力而不均匀地分布在涂层剂载体上，这被探针头的形状加重并导致涂层剂不均匀地涂布在待涂层的工件上。

为了影响涂层剂颗粒的雾化，由现有技术已知高速旋转雾化器或具有空气喷嘴的雾化器。由于涂层剂颗粒被旋转或者被空气喷嘴赋予不均匀的流动轮廓，这种装置尤其在薄层涂漆的情况下也产生不均匀的涂层，除了该缺点外，这些装置还引起额外的能量和设备耗费。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是，建议一种前述类型的雾化装置，通过该雾化装置能够以节约资源的方式为工件设置厚度均匀的涂层。

本发明通过如下方式解决所述技术问题，即，所述涂层剂载体是由旋转驱动装置驱动的膜，所述膜被激励器通过声波施加振动。由于这些措施，通过在膜旋转时产生的离心力将涂层剂均匀地分布在膜的表面上。由于离心力仅用于分布涂层剂，但不用于涂层剂的脱离，因此旋转速度可以选择得相对较低，从而能够实现节能运行。为了实现涂层剂在膜的整个表面上的均匀分布，涂层剂的涂布可以优选在膜的中心进行。由于分布在膜上的涂层剂的均匀的厚度，在膜的整个表面上，使涂层剂脱离和雾化所需的能量大致相同。所需的能量输入在此通过激励器实现，该激励器产生的声波使膜振动。声波在此优选通过位于激励器和膜之间的空气传播，因此在激励器和膜之间可以提供免安装的声音传播通道。在此，免安装是指，在声音传播通道中不存在对于激励器产生的声波的传播产生负面影响的安装件。由于不必在激励器和膜之间设置单独的伺服执行器、例如推杆，可以特别节能地使膜振动并且可以通过简单的轴旋转驱动膜。尽管原则上可以设置膜的不同形状，但当膜设计为圆形时产生构造上的优点。例如可以指定金作为膜的材料，或者也可以指定其它柔性且耐腐蚀的材料。与放大器连接的声源可以用作激励器。视不同的应用情况而定，如此产生的频率可以处于人的听觉频率范围内或在超声范围内。

特别有利的构造条件是，所述膜被涂层剂输入管路的连通口穿通，所述涂层剂输入管路延伸穿过轴，所述轴将所述膜与所述旋转驱动装置相连接。以此方式可以在膜和雾化装置的其余部分之间提供唯一的连接位置、即轴。所述连通口优选布置在膜的旋转中心，由此通过膜的旋转能够实现涂层剂的均匀分布。

流动模拟和光片显微镜拍摄表明，从涂层剂载体脱离的涂层剂颗粒在雾化装置和待涂覆工件之间的区域中产生涡流。这些涡流影响随后脱离的涂层剂颗粒的流动方向，这导致工件被不规则地涂覆。因此，为了避免时间上相继脱离的涂层剂颗粒彼此间的相互影响，在此建议，所述膜通过吸气膜区段限定吸气通道的边界，所述吸气膜区段被吸气口穿通。所述吸气通道在此可以与负压容器流动连通。如果对吸气通道施加负压，则具有不希望的涡流的空气通过吸气口被抽吸到吸气通道中，从而涡流被整流或消除。以此方式，在膜上方的区域中产生均匀的流动条件，从而能够实现工件的一样厚的涂层。在此，为了尽可能少地吸入涂层剂颗粒，吸气可以脉动地进行。为此，吸气通道可以通过可切换的阀、例如通过MEMS(微机电系统)阀、伺服阀或旋转阀与负压容器相连。通过负压产生的能量优选低于从膜脱离并且因此被加速的涂层剂颗粒的动能，以便在很大程度上避免涂层剂颗粒被吸入。在圆形膜的情况下，相对于圆形膜切向地延伸的纵长缝已证明特别适合作为吸气口。为了实现均匀的吸气，可以设置多个吸气膜区段，这些吸气膜区段均匀地分布在膜上。

为了可以避免在通过膜的旋转运动分布涂层剂时涂层剂进入吸气口中，在所述吸气膜区段和其余的膜面之间可以设有台阶，用于拦截从所述连通口流出的涂层剂。当膜旋转时，从连通口流出的涂层剂不能越过台阶的相对于膜的其余部分升高的水平面。在此，吸气膜区段是否具有膜的其余部分或台阶的高度水平并不重要。如果用于涂层剂的部分膜布置在两个吸气膜区段之间并且因此在两个台阶之间，则涂层剂的分布由于在两个台阶之间产生的毛细管效应而被改善，因此，膜的低转速就足以使涂层剂分布在为此设置的膜面上。

就紧凑的设计而言，用于旋转驱动并且用于供应涂层剂的轴可以延伸穿过所述吸气通道并且优选同轴地布置在所述吸气通道中。

为了使声音从激励器开始尽可能均匀地传播至膜，在此建议，所述轴同心地延伸穿过所述激励器。在此，空心轴可以设计为，其不被或几乎不会由于激励器产生的声波而引起振动，因此，声音主要在被轴贯穿的吸气和声音传播通道中传播并且随后对膜施加以振动。

尤其较快地固化的多组分涂层剂、如双组分漆可能在混合漆和固化剂之后导致雾化装置的供应管路堵塞。为了防止这一点并且因此也能够将较快固化的涂层剂精确地涂覆在工件上，在此建议，所述涂层剂输入管路与至少两条供应管路相连接。据此，不同的组分非预混合地被引入涂层剂输入管路中，而是在涂层剂输入管路中和/或在膜本身上逐渐混合，由此减少这些组分彼此间的反应时间，从而降低过早固化的风险。通过膜的振动，这些组分被进一步混合，直到涂层剂从膜脱离。通过调节膜的振动频率可以影响混合的程度。

为了能够在较长的时间上实现恒定的涂层质量，膜在磨损的情况下必须被更换。为了及早地识别到这种磨损，可以设有振动传感器，用于检测所述膜的频率和/或振幅。以此方式可以确定由激励器规定的振动和膜的振动之间的偏差，并且在超出临界阈值的情况可以安排更换膜。为此例如可以使用霍尔传感器。振动传感器例如可以布置在挡片上，该挡片沿涂层剂的脱离方向突伸超出膜。

原则上，膜可以具有厚度恒定的径向横截面。为了提高膜的机械稳定性，而同时不阻碍膜的外侧的脱离区域中的振动，在此建议，所述膜的厚度径向向外地减小。例如，膜的径向横截面可以具有锥形的基本形状。

为了雾化装置也能够均匀地对较大的面进行涂覆，而同时不受由材料决定的尺寸限度的限制，可以提供具有多个雾化装置的涂覆头，其中，这些雾化装置矩阵形地彼此相邻地布置，并且其中，多个膜位于共同的载体平面内。通过这种方式，这些雾化装置本身可以相同地设计和制造，并且可以根据需求调整涂覆头使之适应待涂覆的工件的要求。为了能够在整个涂覆头上实现均匀的涂覆条件，膜位于共同的载体平面中。

为了确保布置在涂覆头中的雾化装置不以不利的方式相互影响，在涂覆头的特别有利的实施方式中建议，在各个雾化装置之间设有突伸超出所述载体平面的挡片。据此，各个雾化装置通过挡片与相邻的雾化装置隔开，从而这些雾化装置的区域中各自的流动条件不会相互影响。此外产生用于分发的涂层剂颗粒的定义的、彼此隔开的区域，从而即使在两个雾化装置之间的过渡区域中，在待涂覆的工件上也不会出现涂层剂厚度的增大。

所述装置可以以一种方法运行，其中，将膜围绕旋转轴线旋转，以便分布涂层剂，并且沿旋转轴线的方向通过声波对所述膜施加振动。由于分布在膜上的涂层剂的惯性，通过改变膜的振动方向，涂层剂作为细小地雾化的涂层剂颗粒脱离。涂层剂颗粒的脱离是由于膜中的由声波产生的振动迫使的，而不是像例如在旋转雾化器中那样由离心力迫使的，因此，膜的角速度可以选择得较低。据此仅需实现涂层剂在膜上的分布，而不必提供涂层剂的由离心力引起的脱离。例如，处于临界角速度ω_cr的90％至400％(包括端点值)的角速度就足够了，其中，g是地球表面上的引力场的场强，R是膜的半径：

因此，在具有大约2.5cm直径的膜的情况下，产生膜的低于每分钟1000转的转速，而对于通常的旋转雾化器需要每分钟10000至30000转的转速。由于较低的转速，用于运行根据本发明的装置的方法节能得多。

为了创造既尽可能节约资源又均匀的涂层条件，可以在声波的第一个振动最大值之后的拐点和下一个振动最大值之间对吸气通道施加负压。通过负压作用，在膜上方的脱离区域中，在那里占上风的涡流被整流并且因此阻止脱离的涂层剂颗粒由于涡流导致的流动方向改变。在此，为了吸入尽可能少的已经从膜上脱离的涂层剂颗粒，不是持续地对吸气通道施加负压，而是仅在确定的时间段、即当尽可能少的具有低动能的涂层剂颗粒位于吸气膜区段的邻近处时施加负压。适合于此的时间段处于声波的第一个振动最大值之后的拐点和下一个振动最大值之间。优选可以在一时间段内施加负压，该时间段位于声波的振动最小值的范围内。在此，优选在每个振动周期中重复地施加负压，其中，涂层剂颗粒从膜上脱离和对吸气通道施加以负压交替地进行。

为了避免在使用较快固化的多组分涂层剂时雾化装置的供应管路被堵塞，在此建议，将涂层剂的至少两种组分彼此分开地引入涂层剂输入管路中并且在涂层剂输入管路中和/或在膜上进行混合。例如可以将漆通过第一供应管路引入涂层剂输入管路中并且将用于该漆的固化剂通过第二供应管路引入涂层剂输入管路中。

附图说明

在附图中示例性地示出本发明的技术方案。在附图中：

图1示出根据本发明的雾化装置的部分剖开的透视图；

图2以较小的比例示出具有多个雾化装置的涂覆头；

图3以较大的比例示出剖切图2的涂覆头得到的剖面示意图；

图4示出具有由激励器产生的声波的振动曲线和用于开关阀的控制信号的示意图；和

图5示出剖切雾化装置的第二实施方式得到的剖面示意图。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的用于涂层剂、例如液体漆的雾化装置1具有作为涂层剂载体的膜2。所述膜2在此可以被激励器3通过声波施加振动，由此位于涂层剂上的涂层剂从膜2上脱离。为了能够实现涂层剂在膜2上的均匀分布和因此待涂层的工件的均匀涂覆，所述膜2与旋转驱动装置相连。据此，所述膜2的旋转用于分布涂层剂并且不用于将涂层剂颗粒从膜2上脱离，因此可以使用低转速，从而能够实现节能运行。

所述膜2可以通过轴4与旋转驱动装置连接，其中，涂层剂输入管路5(图3)延伸穿过轴4，该涂层剂输入管路的连通口6穿通膜2。

如图1和图3所示，所述膜2可以包括吸气膜区段7，该吸气膜区段被多个吸气口8穿通并且限定吸气通道9的边界。所述吸气通道9可以通过技术人员已知的可切换的阀与未详细示出的负压容器相连。通过负压的脉动作用，在膜2的脱离区域中，空气流动被整流并且因此在那里占上风的涡流被消除，从而可以减少脱离的涂层剂颗粒出现不希望的流动方向改变。

为了可以防止分布在膜2上的涂层剂流入吸气口8中，在吸气膜区段7和其余的膜面10之间设有台阶11(图1)，该台阶拦截从连通口6流出的涂层剂并且因此为该涂层剂规定流动轨道。

在根据本发明的装置的特别紧凑的实施方式中，所述轴4可以延伸穿过吸气通道9并且同中心地延伸穿过激励器3。

图2示出具有多个雾化装置1的涂覆头12，其中，这些雾化装置矩阵形地彼此相邻地布置。这些雾化装置1在此布置为，它们的膜2如图3所示地位于共同的载体平面中。这些雾化装置1的相应的吸气通道9可以汇聚到共同的汇入通道13中。

各个相邻的雾化装置1可以通过挡片14彼此隔开，这些挡片突伸超出膜2的载体平面。这产生用于排出的涂层剂颗粒的定义的、彼此隔开的区域，从而可以防止流动条件的相互影响。

图4示意性地示出由激励器3产生的声波的振动15的振幅A，从而描绘所述膜2的振动15随时间的变化。此外示出用于打开开关阀以便对吸气通道9施加负压的控制信号16。为了将尽可能少的涂层剂颗粒吸入吸气通道9中，时间上在声波的第一个振动最大值17之后的拐点18和下一个振动最大值19之间通过操控和因此打开和关闭开关阀对吸气通道9施加作用。优选可以在一时间段内施加负压，该时间段位于声波的振动最小值20的范围内。

图5示出根据本发明的雾化装置的另一实施方式。根据该实施方式，涂层剂输入管路5可以与两条供应管路22例如通过旋转接头23连接。以此方式可以将多组分涂层剂的不同组分彼此分开地引入涂层剂输入管路5中并且先在涂层剂输入管路5中混合并且随后在膜2上混合。

所述膜2可以配属有一个或多个振动传感器21，以便进行监测。为此，振动传感器21可以布置在挡片14上。

图5所示实施方式的膜2具有锥形横截面，这增加了膜2的耐久性。

Claims (14)

1.一种用于涂层剂的雾化装置(1)，所述雾化装置具有被激励器(3)施加振动的涂层剂载体，其特征在于，所述涂层剂载体是由旋转驱动装置驱动的膜(2)，所述膜被激励器(3)通过声波施加振动。

2.根据权利要求1所述的雾化装置，其特征在于，所述膜(2)被涂层剂输入管路(5)的连通口(6)穿通，所述涂层剂输入管路延伸穿过轴(4)，所述轴将所述膜(2)与所述旋转驱动装置相连接。

3.根据权利要求1或2所述的雾化装置，其特征在于，所述膜(2)通过吸气膜区段(7)限定吸气通道(9)的边界，所述吸气膜区段被吸气口(8)穿通。

4.根据权利要求3所述的雾化装置，其特征在于，在所述吸气膜区段(7)和其余的膜面(10)之间设有台阶(11)，用于拦截从所述连通口(6)流出的涂层剂。

5.根据权利要求3或4所述的雾化装置，其特征在于，所述轴(4)延伸穿过所述吸气通道(9)。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的雾化装置，其特征在于，所述轴(4)同心地延伸穿过所述激励器(3)。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的雾化装置，其特征在于，所述涂层剂输入管路(5)与至少两条供应管路(22)相连接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的雾化装置，其特征在于，设有振动传感器(21)，用于检测所述膜(2)的频率和/或振幅。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的雾化装置，其特征在于，所述膜(2)的厚度径向向外地减小。

10.一种涂覆头(12)，具有多个根据前述权利要求中任一项所述的雾化装置(1)，其特征在于，这些雾化装置(1)矩阵形地彼此相邻地布置，其中，多个膜(2)位于共同的载体平面内。

11.根据权利要求10所述的涂覆头(12)，其特征在于，在各个雾化装置(1)之间设有突伸超出所述载体平面的挡片(14)。

12.一种运行根据权利要求1至6中任一项所述的雾化装置(1)的方法，其特征在于，将膜(2)围绕旋转轴线旋转，以便分布涂层剂，并且沿旋转轴线的方向通过声波对所述膜施加振动。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在声波的第一个振动最大值(17)之后的拐点(18)和下一个振动最大值(19)之间对吸气通道(9)施加负压。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，将涂层剂的至少两种组分彼此分开地引入涂层剂输入管路(5)中并且在涂层剂输入管路(5)中和/或在膜(2)上进行混合。

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