CN1802457A - 电泳浸涂设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电泳浸涂设备，它包括至少一个浸涂池(1)，可用液体涂料填充该浸涂池并且可将待涂装物体浸入浸涂池中。至少一个电源单元(5A、5B、5C)由交流电压产生具有确定的剩余纹波的直流电压。电源单元的一个极连接到至少一个设置在浸涂池(1)中的第一极性的电极(3A、3B、3C)，而其另一个极连接到待涂装物体。电源单元(5A、5B、5C)包括未加控制的二极管桥式整流器(19)和IGBT电路(22)，IGBT电路包括可控振荡器(24)和功率晶体管(23)。可控振荡器(24)以在5～30kHz范围的重复频率产生具有可变脉冲宽度的脉冲。功率晶体管(23)由所述脉冲控制。借助于较小的平滑元件将由功率晶体管产生的电压脉冲平滑直到非常低的剩余纹波，这使获得的所涂覆的保护涂层的质量、尤其是平整度和粗糙度非常好。电源单元(5A、5B、5C)还具有比目前已知的用于相同目的的晶闸管桥式电路更加改善的cosφ。

Description

电泳浸涂设备

技术领域

本发明涉及一种电泳浸涂设备，包括：

a)至少一个浸涂池，所述浸涂池可用漆液填充并且待涂装的物体可以浸入所述浸涂池中；

b)至少一个电极，该电极具有第一极性并设置在所述浸涂池中；

c)至少一个电源单元，该电源单元由交流电压产生具有确定的剩余纹波的直流电压，其一个极可连接到所述具有第一极性的电极而其另一个极可连接到待涂装的物体，并且该电源单元具有用于降低剩余纹波的平滑元件。

背景技术

市场上已知这种电泳的、通常是阳离子电泳的浸涂设备。这种浸涂设备必须能够提供已平滑的直流电压，其电压水平可变以适应给定的情况。仅在极少数情况下要求电源单元较长时间地提供最大可能的直流电压。更普遍的是要求与最高电压相比降低的直流电压的情况，并且与这种情况相关的时间段要长得多。为了产生直流电压，已知的电源单元具有晶闸管(Thyristor)桥式电路。使用相位截止法控制该桥式电路，使得在平滑之后形成所需大小的直流电压。这种方法具有很多缺点。首先，由晶闸管桥式电路直接产生的输出电压具有很高的纹波，该纹波的频率为产生直流电压的交流电压的频率。为了平滑该电压所需的平滑元件要求非常大的平滑扼流圈，该平滑扼流圈不仅很贵而且很重并占据很大空间。尽管使用了这种昂贵的平滑元件，在已知的阳离子电泳浸涂设备中在阳极与待涂装的物体之间的电压还残留不可忽视的剩余纹波，这对获得的最终涂层产生不利影响。此外，还损害通常在浸涂池中围绕阳极设置的渗析单元的耐久性。另外，这些已知的电源单元的cosφ较小。

发明内容

因此，本发明的目的是这样设计开头所述类型的电泳浸涂设备，以利用成本和复杂性较低的电路技术，使电源单元的输出电压具有较低的剩余纹波。

根据本发明如下实现该目的，即

d)电源单元包括：

da)未加控制的二极管桥式整流器；

db)IGBT电路，该IGBT电路包括产生具有在5～30kHz范围的重复频率和可变脉冲宽度的脉冲的可控振荡器，以及由振荡器的脉冲控制的功率晶体管。

因此，根据本发明，不再使用晶闸管桥式电路来产生要求的直流电压。改为采用已经以类似设计在电镀过程中使用的电路布置。当然，在电镀过程中所应用的电压和功率远小于在电泳浸涂设备中的电压和功率。这种供电装置的核心思想在于，对由未加控制的二极管桥式整流器产生的可预平滑的电压进行脉宽调制，并以远高于电网频率的较高的频率进行所述调制。可使用较小的LC元件对以这种方式产生的脉冲平滑至极小的剩余纹波。这种电源单元的已平滑的输出电压的水平直接正比于由功率晶体管输出的电压脉冲的占空系数。在电极与物体之间建立进行电泳涂装所需的电场的已平滑电压的较低剩余纹波如此小，从而产生非常好的最终涂装层，尤其是较光滑的表面；这可通过显著减小所使用的平滑扼流圈的尺寸来实现。较低的剩余纹波还对渗析单元的使用寿命产生积极作用。

振荡器的重复频率优选约为20kHz。在该频率下功率晶体管也能够毫无问题地工作；此外，该频率足够高，从而不会给所产生的矩形脉冲的平滑带来任何困难。

二极管桥式整流器具有六个用于三相电流的三个相进行全波整流的二极管是有利的。

通常借助于传送系统使带涂装的物体移动到浸涂池，浸入浸涂池，移动通过浸涂池，从浸涂池中提升出来，然后继续移动以进一步处理。在这种情况下根据本发明的一种设计方案是适宜的，其中在传送方向上前后相继设置多个通常彼此电隔离的区域，每个区域都具有电源单元、与有关区域的物体电接触并可连接到电源单元的一个极的触轨(Stromschiene)、以及至少一个具有第一极性的电极。将整个设备划分为单独电运行的前后顺续的区域能够使电场在空间位置上与物体上漆层的累进结构相适应，例如沿传送方向升高。通过使各区域电隔离，可以避免在过渡区域内不希望的相互影响。

在这种情况下，如果在物体从一个触轨变换到另一个触轨期间相邻区域的触轨彼此电连接，在物体的这个变换过程中电压比也始终保持确定。

每个电源单元可有选择地连接到所有区域内的每个第一极性的电极的本发明的实施形式特别是可变的，在一个电源单元发生故障的情况下尤其如此。如果一个电源单元由于发生故障而失效，可以借助于另一个电源单元至少维持应急运行。

如果在至少一个电源单元的后面连接由电源单元的已平滑的输出电压产生矩形脉冲序列的脉冲整形器，则尤其可在中空体的内表面上实现显著改善的涂装效果。由此能够尽可能消除导电中空结构作为法拉第笼的作用，这种作用防止静电场进入内部。

矩形脉冲的重复频率在1～10kHz之间、优选等于或接近5kHz是有利的。

附图说明

下面参照附图详细地说明本发明的实施例，附图中：

图1示意性示出电泳浸涂设备的总体电路布置；

图2示出图1的设备中使用的电源单元的电路图；

图3示出由图2的电源单元发出的脉冲序列；

图4示出可连接到图2中所示的电源单元的输出上的脉冲整形器；

图5示出由图4中所示的脉冲整形器发出的脉冲序列。

具体实施方式

首先参照图1。在该图中以参考标号1表示浸涂池，在运行中该浸涂池注入液体涂料。在该浸涂池1中浸入要涂装的物体，例如汽车车身。这可以以连续通过法实现，其中要涂装的物体安装在一个传送装置上，该传送装置使物体移动以进入、通过和离开浸涂池1。然而，也可选择以节拍浸涂法(Takt-Tauchverfahren)在浸涂池1中对物体进行涂装。为了下文描述的目的，假定采用连续通过法；以箭头2表示要涂装的物体的移动方向。

为了沉积包含在液体涂料中的涂料微粒，例如颜料、接合剂以及填充剂微粒，在物体通过浸涂池1时物体表面被置于在多个阳极3与物体表面之间建立的电场的阴极电位。在该电场中涂料微粒朝物体迁移并且沉积在物体表面上。

在浸涂池1中产生上述电场的整个布置划分为三个电隔离的区域A、B和C。区域A为入口区域，区域B为主区域，区域C为出口区域。每个区域A、B、C包含一组与物体的移动路径相邻布置的阳极3A或者3B和3C，所述阳极分别并联。此外，每个区域A、B、C具有处于阴极电位的触轨4A、4B、4C，物体通过适当的滑动接触始终与所述触轨保持连接。最后，每个区域A、B、C都配设有各自的电源单元5A、5B、5C，所述电源单元的负极连接到触轨4A、4B、4C并且经由所述触轨最终连接到待涂装的物体，而其正极与相应的阳极组3A、3B、3C连接。三个电源单元5A、5B、5C分别由三相变压器6的次级线圈6A、6B、6C馈电。

经过一个包括三根导线7A、7B、7C的组实现电源单元5A、5B、5C与阳极组3A、3B、3C之间的连接，所述导线在浸涂池1的整个长度上延伸。每个电源单元5A、5B、5C可有选择地连接到各导线7A、7B、7C。然而，正常运行状态是电源单元5A连接到线7A，电源单元5B连接到线7B，电源单元5C连接到线7C。

导线7A经由支线8A连接到阳极组3A，导线7B经由支线8B连接到阳极组3B，导线7C经由支线8C连接到阳极组3C。因此，该布置使得在必要时，例如在电源单元5A、5B或5C之一发生故障时的应急运行期间，每个阳极组3A、3B、3C可以由各个电源单元5A、5B、5C供给阳极电压。

每个电源单元5A、5B、5C的正极可以分别连接到各自相配的沿物体的移动方向(箭头2)延伸的线路段9A、9B、9C。通常，线路段9A、9B、9C彼此电隔离。但在必要时它们可以借助于开关10、11彼此连接。支线12A、12B、12C分别从线路段9A、9B、9C延伸到相应的触轨4A、4B、4C。因此也可以由选择地由各电源单元5A、5B、5C对触轨4A、4B、4C供电，但通常电源单元5A分配给触轨4A，电源单元5B分配给触轨4B，电源单元5C分配给触轨4C。

支线12A和12B经由可控晶闸管13彼此连接，支线12B和12C通过可控晶闸管14彼此连接。晶闸管13、14通常是截止的，从而保持触轨4A、4B和4C之间的电隔离。

在触轨4A与4B以及触轨4B与4C彼此电隔离的中断处附近，沿着物体的移动路径设置有值勤传感器(Anwesenheitssensor)16、17、18、19。这些传感器确定物体何时处于相关位置，并且触发用于启动晶闸管13、14的信号，这在下文详细说明。

上述浸涂设备的操作如下：

在正常操作下，要在浸涂池1中涂装的物体沿箭头2的方向靠近并且浸入所述浸涂池。通过合适的接触装置，物体首先与触轨4A连接并且在液体涂料内移入在阳极组3A与物体表面之间建立的电场中。涂料微粒开始沉积在物体表面上。当物体接近阳极组3A的末端并因此进入值勤传感器16的检测范围内时，连接两个触轨4A和4B的晶闸管13导通。当物体到达值勤传感器17的检测范围时，晶闸管13再度截止。因此，两个触轨4A和4B仅在物体从触轨4A向触轨4B过渡期间切换为相同电位。

物体从这时开始在触轨4B、从而也在其表面与阳极组3B之间建立的电场内移动通过液体涂料。通常，该电场大于入口区域A内的电场。在主区域B内大部分的涂层厚度沉积在物体表面上。当物体到达值勤传感器18时，晶闸管14导通，从而触轨4B与4C彼此连接。到物体到达值勤传感器19的检测范围之前保持该连接，然后再断开该连接。在出口区域C内电场一般再度稍微大于在前面区域A、B内的电场，使沉积在物体上的涂层的厚度达到其最终值。然后物体离开浸涂池1并以已知方式进一步处理。

如果例如电源单元5A失效，则可以这样来维持应急运行，即另外的电源单元5B、5C中的一个承担失效的电源单元5A的功能。为此，电源单元5A断开与导线7A和线路段9A的连接。在例如电源单元5B与导线7A之间建立(附加的)连接。同时接通开关10。以这种方式，区域A和B并行/并联地电操作。可以一直这样直到电源单元5A被修复。

所有的电源单元5A、5B和5C原则上以相同的方式设计构造。图2中示出电源单元5A的电路布置，从现在起参照图2。

在图2中可以看到被供给电网电压的三相变压器6和配设给电源单元5A的次级线圈6A。由次级线圈6A产生的、彼此相移120°的三个电压相被供给未加控制的桥式电路19，如图所示，该桥式电路19包含六个二极管20。对桥式电路19的输出电压进行预平滑的电容器21并联到桥式电路19的输出端。

该输出电压被供给一个本身已知的IGBT电路22。该电路包含至少一个可控功率晶体管23以及振荡器24，所述振荡器产生具有较高频率、例如具有20kHz的重复频率的矩形脉冲。通过振荡器24的控制接线端25可以改变矩形脉冲的宽度，从而改变脉冲占空系数。振荡器24的矩形脉冲被供给功率晶体管23的控制输入端。

功率晶体管23的发射极经由反向连接的二极管27接地。在这个二极管27处，IGBT电路22的输出电压下降。该输出电压具有在图3中示出的时间变化特性：这是一种这样的矩形脉冲，该矩形脉冲的重复频率与IGBT电路22的振荡器24的重复频率一致，并且其宽度可通过IGBT电路的控制接线端25而改变。所述电压脉冲的幅值由变压器6的输入电压以及次级线圈6A的设计决定。

图3中示出的IGBT电路22的输出脉冲通过包含扼流圈28和电容器29的LC元件来平滑。该LC元件被调谐到振荡器24的重复频率并因此调谐到IGBT电路22的输出脉冲。由于如上所述输出脉冲的重复频率较高，所以利用较小的扼流圈28和较小的电容器29就可以实现非常好的平滑。因此，在端子30上呈现的、电源单元5A的输出电压基本上没有剩余纹波；所述剩余纹波能够毫无困难地抑制在大约1％以下。此外，所描述的电源单元5A的cosφ远小于在已知的、利用可控晶闸管桥式电路运行的电源单元中的cosφ。结果是具有较低表面粗糙度的、改善的涂层。

在图3中示出被施加到二极管27上的、具有不同脉冲宽度的两个示例性脉冲序列，以及出现现在图2的电路布置的端子30上的、所述的已平滑的电压。

电源单元5A、5B、5C可以电流控制或电压控制的方式工作。

如果电源单元5A、5B和5C的输出电压不是直接施加到要涂装的物体上而是首先施加到在图4中示出的脉冲整形器50上，则在中空结构中可获得比目前为止已知的更好的涂装效果。脉冲整形器50由在电源单元5A、5B或5C的端子30处已平滑的输出电压产生重复频率通常在1～10kHz范围、优选等于或接近5kHz的矩形脉冲序列。

图4中示出的脉冲整形器50的原理是已知的。其包含一个并联到输入端51的电容器52以及一个继而并联到电容器52包括两个IGBT晶体管53和54的串联电路，这两个晶体管被以矩形脉冲序列的所希望的频率反向启动。可在两个IGBT晶体管53与54之间的点55处拾取所述矩形脉冲并以图5中示出的形式呈现在脉冲整形器50的输出端子上。

在应用脉冲整形器50的情况下，通常相关的电源单元5A、5B、5C是电流控制的，但其中电压被限制在最大值以内以避免电压在工件上的电弧放电。

Claims (9)

1.一种电泳浸涂设备，包括

a)至少一个浸涂池，可用液体涂料填充所述浸涂池并且可将待涂装的物体浸入所述浸涂池中；

b)至少一个设置在所述浸涂池中具有第一极性的电极；

c)至少一个电源单元，所述电源单元由交流电压产生具有给定的剩余纹波的直流电压，所述电源单元一个极可连接到所述具有第一极性的电极，而其另一个极可连接到待涂装的物体，并且所述电源单元具有用于降低剩余纹波的平滑元件；

其特征在于，

d)所述电源单元(5)包括：

da)未加控制的二极管桥式整流器(19)；

db)IGBT电路(22)，该IGBT电路包括以在5～30kHz范围内的重复频率产生具有可变脉冲宽度的脉冲的可控振荡器(24)，以及由振荡器(24)的脉冲控制的功率晶体管(23)。

2.根据权利要求1所述的电泳浸涂设备，其特征在于，所述振荡器(24)的重复频率约为20kHz。

3.根据权利要求1或2所述的电泳浸涂设备，其特征在于，所述二极管桥式整流器(19)具有六个用于对三相电流的三相进行全波整流的二极管(20)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的电泳浸涂设备，其中，物体可借助于传送系统移动通过所述浸涂池，其特征在于，该设备包含多个在传送方向上前后相继设置的、通常彼此电隔离的区域(A、B、C)，所述区域分别具有一电源单元(5A、5B、5C)、一与所述区域(A、B、C)中的物体电接触并可与电源单元(5A、5B、5C)的一个极连接的触轨(4A、4B、4C)以及至少一个具有第一极性的电极(3A、3B、3C)。

5.根据权利要求4所述的电泳浸涂设备，其特征在于，在物体从一个触轨(4A、4B、4C)变换到另一个触轨期间，相邻区域(A、B、C)的触轨(4A、4B、4C)可彼此电连接。

6.根据权利要求4或5所述的电泳浸涂设备，其特征在于，每个电源单元(5A、5B、5C)可有选择地与所有区域(A、B、C)内的每个第一极性的电极(3A、3B、3C)连接。

7.根据上述权利要求中任一项所述的电泳浸涂设备，其特征在于，在至少一个电源单元(5A、5B、5C)的后面连接有脉冲整形器(50)，所述脉冲整形器由电源单元(5A、5B、5C)的已平滑的输出电压产生矩形脉冲序列。

8.根据权利要求7所述的电泳浸涂设备，其特征在于，所述矩形脉冲的重复频率在1和10kHz之间。

9.根据权利要求8所述的电泳浸涂设备，其特征在于，所述矩形脉冲的重复频率等于或接近5kHz。

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