ES2927035T3 - Atomizador de copa de campana giratoria con turbina auxiliar y generador de aire con forma de vórtice - Google Patents
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Abstract
La invención proporciona un aparato para el recubrimiento por aspersión de sustratos utilizando un atomizador de campana giratoria (10) equipado con una turbina principal impulsada por aire (14) y un suministro (22) de aire de conformación primario presurizado transportado a través de canales de aire de conformación primarios (24) y boquillas (27) para controlar la forma del patrón de rociado atomizado que sale del borde de la campana (44), el aparato incluye además una turbina auxiliar accionada por aire de forma independiente (28) equipada con un generador de vórtice giratorio (38), e incluye un suministro de aire separado (32) de aire de formación secundario para suministrar aire de formación secundario a través de canales de aire secundario (34) y boquillas (37) para controlar aún más la forma del patrón de rociado atomizado que sale de la campana (12), aire de formación secundario, al pasar a través del generador de vórtice (38), produce una cortina de aire de conformación en un patrón similar a un vórtice que, junto con el aire de conformación primario de las boquillas de aire primario y se mezcla con él, produce un control de patrón mejorado, t transferencia de eficiencia y calidad de recubrimiento sobre el sustrato. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Atomizador de copa de campana giratoria con turbina auxiliar y generador de aire con forma de vórtice
Campo de la invención
La invención se refiere a atomizadores de copa de campana giratoria y es especialmente útil en la industria automotriz para el pintado robótico de partes de carrocerías de vehículos.
Antecedentes de la invención
La invención proporciona atomizadores de copa de campana giratoria generalmente útiles en el recubrimiento de sustratos. Los atomizadores de copa de campana giratoria se usan comúnmente en operaciones de recubrimiento tales como, por ejemplo, la pintura de partes de carrocería de vehículos. Estas operaciones de recubrimiento se llevan a cabo, en general, ya sea por atomizadores montados y controlados robóticamente o por atomizadores de pistola de pulverización manual. Ambos recubren varias piezas de trabajo mediante la operación de atomizadores giratorios de copa de copa de campana fijados a las mismas.
Los atomizadores giratorios se utilizan en operaciones de recubrimiento de pintura de base líquida y los dispositivos giratorios de copa de campana se utilizan también en operaciones de recubrimiento en polvo. La invención aquí descrita y reivindicada puede ser útil en ambos tipos, ya sea robóticamente o en una máquina, o aplicada a través de una pistola de pulverización manual.
Los atomizadores giratorios que se usan para recubrir varios sustratos emplean fuerzas centrífugas generadas por una copa de campana giratoria para atomizar la pintura que se les suministra. En un proceso convencional, el aire presurizado se dirige como una camisa que se extiende axialmente alrededor de la periferia de la pintura atomizada y esta camisa controla el patrón de disposición de las partículas de pintura depositadas sobre la pieza de trabajo. La carga electrostática se puede utilizar para ayudar a atraer las partículas atomizadas hacia el sustrato, todo lo que se conoce.
Se encuentran ejemplos de atomizadores de copa de campana giratoria de última generación en patentes anteriores de uno o ambos de los inventores mencionados en el presente documento, específicamente en las patentes estadounidenses 7.056.397, 6.676.049, 6.341.734, 6.053.428 y 5.862.988.
En la pintura por pulverización de carrocerías de vehículos, por ejemplo, continúan las mejoras en los métodos de aplicación, específicamente mejoras en la geometría del patrón de pulverizado producido en el sustrato, cuyo resultado está controlado por la velocidad y la dirección del aire de conformación que fluye axial y periféricamente alrededor del borde exterior de la copa de campana y envuelve el recubrimiento pulverizado que sale de la boquilla.
La calidad del recubrimiento final depende de muchas variables además de la velocidad y la dirección de las partículas de pintura atomizadas, entre las mismas se encuentra el efecto electrostático al transportar las partículas cargadas atomizadas al sustrato conectado a tierra. De forma adicional, la calidad de la película depositada y la estética del recubrimiento aplicado dependen de las irregularidades de la superficie, protuberancias y bordes en y sobre la superficie que se va a recubrir. El aire de conformación controlado mencionado anteriormente juega un papel importante en la producción de un producto final recubierto aceptable y óptimo.
En la patente estadounidense 7.611.069 B2 (2009) se encuentra un ejemplo de un método para controlar el patrón de pulverizado aplicado por un atomizador giratorio. Esa referencia se refiere a un atomizador que tiene un cabezal de pulverización que incluye un anillo de aire de conformación anular que tiene una pluralidad de boquillas para controlar el patrón de pulverizado, en donde cada boquilla tiene una orientación de tríada hacia la derecha que tiene un sistema de coordenadas de base que se coloca en el eje longitudinal de la boquilla en una orientación específica. Se dice que la referencia optimiza el control del aire de modelado para crear un patrón enfocado y estable que minimiza la velocidad del robot mientras mantiene una alta eficiencia de transferencia.
La patente estadounidense 4.601.921 (1986) desvela un método llevado a cabo mediante la dispersión centrífuga del material de recubrimiento en un patrón anular alrededor de un eje y dirigiendo una vaina cónica de aire hacia delante a través del patrón y hacia una confluencia en el eje con velocidad suficiente para efectuar una mezcla turbulenta de partículas del material de recubrimiento, de forma que el material de recubrimiento se atomice y deposite sobre la pieza de trabajo en una película de espesor sustancialmente uniforme. Se dice que el método imparte un componente de remolino a la vaina de aire para provocar la ampliación del patrón de pulverizado que emerge de la confluencia. El método se lleva a cabo mediante un cabezal de pulverización giratorio que tiene un reborde delantero para la dispersión centrífuga del material de recubrimiento y una cámara de vórtice que rodea el cabezal provisto de una hendidura de descarga anular para proyectar una vaina cónica de aire alrededor del reborde para dirigir el material de recubrimiento hacia delante y hacia dentro, y los controles para el flujo de aire de la cámara incluyen una entrada de aire para el aire que se mueve en una dirección de flujo hacia delante y otra entrada de aire para el flujo de aire tangencial para impartir un momento de remolino a la vaina de aire.
Una patente más reciente, US 9.833.797B2 (2007), desvela un aparato de recubrimiento electrostático que incluye un motor neumático, un cabezal de atomización giratorio proporcionado en un lado frontal del motor neumático para que el motor neumático pueda girarlo, unidades de electrodos externas proporcionadas en una periferia del cabezal de atomización giratorio, y una unidad de aplicación de alta tensión que aplica una alta tensión a las unidades de electrodos externas para cargar indirectamente las partículas de pintura atomizadas desde el cabezal de atomización giratorio con la alta tensión. En una realización del aparato descrito, un anillo de aire de conformación está provisto de un primer y segundo orificios de descarga de aire en donde el anillo de aire de conformación forma parte de una tierra. El anillo de aire de conformación se forma en una forma cilíndrica usando, por ejemplo, un material metálico conductor, y está conectado a tierra a través de un motor neumático. El anillo de aire de conformación tiene una superficie periférica exterior y una parte escalonada formada en una parte de extremo frontal del anillo de aire de conformación por una parte interior radial sobresaliente del anillo de aire de conformación.
En esta realización, una pluralidad de partes de ranura están formadas en la superficie periférica exterior del anillo de aire de conformación para montar un adaptador en el mismo. La pluralidad de partes de ranura están dispuestas para estar separadas por intervalos iguales en la dirección circunferencial, por lo que la parte escalonada se forma en la parte de extremo frontal del anillo de aire de conformación por la parte interior radial sobresaliente del mismo hacia el lado delantero.
El anillo de aire de conformación citado está provisto de primeros orificios de descarga de aire y segundos orificios de descarga de aire formados en su interior. Los primeros orificios de descarga de aire están dispuestos más cerca de una parte sobresaliente interior radial que de la parte escalonada del anillo de aire de conformación y se proporcionan a lo largo de un borde de liberación de pintura del cabezal de atomización giratorio. Estos primeros orificios de salida de aire están dispuestos para alinearse anularmente. Cada uno de los primeros orificios de descarga de aire está comunicado con un primer paso de aire y el primer aire de conformación se suministra a cada uno de los primeros orificios de descarga de aire y los orificios de descarga de aire expulsan el primer aire de conformación a la proximidad del borde de liberación de pintura del cabezal de atomización giratorio. (patente '797, col. 6,1. 17, y siguientes)
Los segundos orificios de descarga de aire se forman en el anillo de aire de conformación junto con los primeros orificios de descarga de aire. Los segundos orificios de descarga de aire están dispuestos respectivamente más cerca de un interior radial que los primeros orificios de descarga de aire y están dispuestos para alinearse anularmente. Cada uno de los segundos orificios de salida de aire se comunica con un segundo paso de aire proporcionado en un miembro de alojamiento. El segundo aire de conformación que tiene la misma presión o una presión diferente que el aire de conformación, se suministra a los segundos orificios de descarga de aire y los segundos orificios de descarga de aire expulsan el segundo aire de conformación a la superficie posterior del cabezal de atomización giratorio. El primer y el segundo aire de conformación cizallan la pintura líquida liberada del cabezal de atomización giratorio para acelerar la formación de partículas de pintura y dan forma a un patrón de atomización de partículas de pintura atomizadas desde el cabezal de atomización giratorio. La presión del primer aire de conformación y la presión del segundo aire de conformación se ajustan según sea necesario, se dice que hace posible cambiar el patrón de atomización a un tamaño o forma deseada. (patente '797, col.6, 11,50-57) El documento US 2016/0059248 A1 desvela una máquina de recubrimiento de tipo cabezal de atomización giratorio provista de un anillo de aire de conformación que expulsa aire de conformación para ajustar un patrón de pulverizado de partículas de pintura pulverizadas desde un cabezal de atomización giratorio, por ejemplo.
En contraste con los métodos conocidos de la técnica anterior para controlar el patrón de pulverizado producido por atomizadores giratorios, la invención provista aquí controla el patrón aplicado usando aire de conformación primario dirigido a través de boquillas de aire de conformación primarias ubicadas periféricamente adyacentes y alrededor del borde exterior de la copa de campana y, de forma adicional, proporcionar aire de conformación secundario dirigido de forma oblicua con respecto al aire de conformación primario usando aire de conformación secundario suministrado a través de boquillas de aire de conformación secundarias ubicadas también periféricamente alrededor del borde exterior de la copa de campana. El aire secundario es suministrado a las boquillas de aire secundario por una turbina accionada por aire auxiliar que, durante la operación, combina el aire de conformación secundario y el aire de conformación primario para proporcionar la conformación de patrones de atomización separados, controlables y regulables en amplios intervalos, produciendo así recubrimientos finales únicos, hasta ahora inalcanzables.
Sumario de la invención
Se proporciona un aparato para recubrir un sustrato, que incluye un aplicador de recubrimiento de copa de campana giratoria fijado al extremo distal de un eje de accionamiento principal giratorio accionado por una turbina principal, una fuente de suministro de material de recubrimiento, y en donde el eje de accionamiento principal tiene un conducto axial que lo atraviesa para suministrar material de recubrimiento desde la fuente hasta y a través del eje de accionamiento principal y dentro de la copa de campana para pulverizar el material de recubrimiento sobre el sustrato al accionar el giro del eje de accionamiento principal. El aparato se caracteriza además por tener múltiples fuentes de aire presurizado y conductos de aire formados dentro y a través del aparato para transportar aire hacia y a través del aparato, incluyendo una primera fuente de aire presurizado para accionar la turbina principal, una segunda fuente de aire presurizado para crear y dirigir una primera cortina de aire de conformación circunferencial, axial y externamente
alrededor de la copa de campana para envolver, controlar y conformar el diámetro y patrón del material de recubrimiento pulverizado desde la copa de campana, estando esta primera cortina de aire de conformación formada por el aire transportado desde la segunda fuente de aire presurizado y canalizada a través de pasos en el aparato hacia y a través de una primera pluralidad de boquillas orientadas axialmente situadas circunferencialmente adyacentes y alrededor del borde exterior de la copa de campana, para formar la primera cortina de aire de conformación. También se incluye un segundo eje de accionamiento hueco e independiente giratorio montado sobre, radial y externamente de, y que es concéntrico con, el eje de accionamiento principal, accionándose este segundo eje de accionamiento por una segunda turbina auxiliar. Además se incluye una tercera fuente de aire presurizado para accionar y controlar la turbina auxiliar de forma independiente y por separado de la turbina principal. El aparato incluye además una cuarta fuente de aire para crear una segunda cortina de aire de conformación circunferencial, axial y externamente alrededor de la copa de campana para controlar y conformar el diámetro y patrón del material de recubrimiento que se pulveriza desde la copa de campana, estando esta segunda cortina de aire de conformación formada por el aire transportado desde la cuarta fuente de aire presurizado y canalizada a través de pasos en el aparato hacia y a través de una segunda pluralidad de boquillas orientadas axialmente situadas circunferencialmente adyacentes y alrededor del borde exterior de la copa de campana y en proximidad inmediata a la primera pluralidad de boquillas, de tal forma que, durante la funcionamiento al accionar las turbinas, se forma así la segunda cortina de aire de conformación. El aparato incluye también un generador de vórtice montado en el segundo eje de accionamiento próximo al extremo distal del segundo eje de accionamiento adyacente a la superficie exterior de la copa de campana, teniendo el generador de vórtice una forma anular truncada con una superficie interior que se extiende a lo largo y es generalmente especular a la superficie exterior de la copa de campana adyacente, pudiendo el generador de vórtice girar dentro de un espacio proporcionado entre la copa de campana y el generador de vórtice, teniendo el generador de vórtice un borde distal que se extiende casi en proximidad con el borde de pulverizado de la copa de campana adyacente y teniendo una pluralidad de álabes conformados fijados al mismo y alrededor del mismo próximos al borde distal del generador de vórtice y extendiéndose perpendicularmente y hacia fuera desde allí. Estos álabes se configuran con respecto a la segunda pluralidad de boquillas de tal forma que, durante la operación, la segunda cortina de aire de conformación que sale de la segunda pluralidad de boquillas se dirige hacia, impacta y pasa entre estos álabes giratorios, es desviada por los álabes, y se mezcla con la primera cortina de aire de conformación que emerge de la primera pluralidad de boquillas adyacentes, produciendo así la primera y segunda cortinas mixtas de aire de conformación una cortina de aire de conformación final, mixta, aplicada para controlar finalmente el patrón del recubrimiento pulverizado sobre el sustrato. El aire de conformación que sale de la segunda pluralidad de boquillas está destinado a ser desviado por los álabes en forma de remolino.
El aplicador de recubrimiento de copa de campana giratoria y el generador de vórtice giratorio pueden girar en direcciones opuestas o, como alternativa, en la misma dirección. Todas las boquillas dentro de la primera pluralidad de boquillas se pueden dirigir en paralelo con el eje de giro de la copa de campana giratoria o se pueden dirigir angularmente con respecto al eje de giro de la copa de campana giratoria. Todas las boquillas dentro de la segunda pluralidad de boquillas se pueden dirigir en paralelo al eje de giro de la copa de campana giratoria o se pueden dirigir angularmente con respecto al eje de giro de la copa de campana giratoria.
La pluralidad de álabes conformados pueden extenderse lineal y próximamente hacia dentro desde el borde distal del generador de vórtice o pueden extenderse de forma curvilínea hacia dentro y próximamente desde el borde distal del generador de vórtice.
Preferentemente, la primera pluralidad de boquillas orientadas axialmente incluye de 10 a 120 boquillas y la segunda pluralidad de boquillas orientadas axialmente incluye de 10 a 120 boquillas.
El aparato puede ser útil en procesos de recubrimiento de pintura o polvo.
Breve descripción de los dibujos
En las figuras adjuntas:
la Figura 1 es una vista en sección transversal de una realización de la invención;
la Figura 1a es una vista en sección transversal de una realización alternativa de la invención;
la Figura 2 es una vista en sección transversal de la realización representada en la Figura 1 tomada a lo largo de un plano común a través de cables de fibra óptica que controlan las velocidades respectivas de la turbina principal y de la turbina auxiliar/generador de vórtice;
la Figura 3 es una vista en perspectiva, parcialmente en sección transversal, de la realización de la Figura 1; la Figura 4 es una vista en perspectiva, parcialmente cortada y parcialmente en sección transversal, que representa el generador de vórtice de la invención y la copa de campana girando en direcciones opuestas;
la Figura 4a es un duplicado de la Figura 4 que muestra la trayectoria esperada del aire de conformación emitido alrededor de la periferia de la copa de campana, indicado por las flechas curvas sombreadas;
la Figura 5 es una vista en perspectiva, parcialmente cortada y parcialmente en sección transversal, que representa el generador de vórtice de la invención y la copa de campana girando en la misma dirección;
La Figura 5a es un duplicado de la Figura 5 que muestra la trayectoria esperada del aire de conformación emitido alrededor de la periferia de la copa de campana, indicado por las flechas curvas sombreadas;
la Figura 6 es una vista en sección, parcialmente cortada y parcialmente en sección transversal, del generador de vórtice, mostrando en detalle las trayectorias del aire de conformación a través de los canales de suministro de aire, los conductos de aire de salida, y de allí a, a través y saliendo de la primera y segunda pluralidad de boquillas de aire de conformación hacia los espacios entre los álabes giratorios del generador de vórtice de acuerdo con la invención; y
la Figura 7 es una vista en perspectiva y en despiece de los elementos de la invención.
Descripción detallada de la invención y realizaciones preferidas con referencia a los dibujos
La invención proporciona un aparato para el recubrimiento por pulverizado de sustratos utilizando un atomizador de copa de campana giratorio equipado con una turbina principal accionada por aire y un suministro de aire de conformación primario presurizado transportado a través de canales y boquillas de aire de conformación primarios para controlar la forma del patrón de pulverizado atomizado que sale del borde de la copa de campana, incluyendo además el aparato un segundo eje de accionamiento auxiliar accionado por una turbina auxiliar equipada con un generador de vórtice giratorio montado en el eje de accionamiento auxiliar. Se incluye también un suministro de aire separado del aire de conformación secundario para suministrar aire de conformación secundario a través de canales y boquillas de aire secundarios para controlar aún más la forma del patrón de pulverizado atomizado que sale de la copa de campana, aire de conformación secundario que, al pasar por el generador de vórtice, produce una cortina de aire de conformación secundaria en un patrón similar a un vórtice, que, junto con y mezclado con el aire de conformación primario de las boquillas de aire primario, producen juntos un mejor control del patrón, eficiencia de transferencia y calidad de recubrimiento sobre el sustrato.
Haciendo referencia a la Figura 1, el atomizador de copa de campana giratorio 10 de la invención se muestra para incluir una copa de campana 12 montada en el extremo distal del eje de accionamiento principal/volante 14, el eje de accionamiento principal 14 accionado de forma giratoria por la entrada de admisión de aire de accionamiento 20. El caudal de aire de accionamiento se representa mediante pequeñas flechas dentro del canal 21 aguas abajo de la entrada de suministro de aire 20 y se dirige, como se muestra, esquemáticamente, hasta la turbina/volante para impulsar el eje de accionamiento giratorio 14. El material de recubrimiento, por ejemplo, pintura, se alimenta al inyector de pintura 48 alojado en el eje de accionamiento principal 14 a través de la entrada de suministro 16 y de allí al conducto 18 y fluye a través del mismo hacia y dentro de la copa de campana 12, chocando contra el deflector 56, desde el que el material de recubrimiento se desvía radialmente hacia fuera hacia y sobre la superficie interior de la copa de campana giratoria 12, fluyendo sobre el borde distal 44 de la copa de campana 12 donde se atomiza, todo lo que es conocido en la técnica.
El eje de accionamiento principal giratorio 14 se desplaza dentro del cojinete 50 del eje de accionamiento principal, que tiene un manguito 51 del cojinete, y un cojinete de empuje principal proximal 78 y un cojinete de empuje principal distal 80, posibilitando que el eje de accionamiento principal 14 gire completamente dentro de una envolvente de aire circundante. Ese aire es soportado a través del suministro de aire 76 del cojinete principal y pasa a través de canales 77, como se muestra con las flechas pequeñas en la Figura 1, y pasa a través de las aberturas en el manguito 51 del cojinete principal y finalmente a través de aberturas en cada uno de los cojinetes principales 50, 78 y 80 como se muestra, para proporcionar amortiguación de aire alrededor del eje de accionamiento principal 14. Debido a restricciones en la escala de los dibujos, los espacios de aire muy estrechos entre estos cojinetes y todas las superficies giratorias no se representan expresamente, pero tal construcción es conocida; véase, por ejemplo, la patente estadounidense publicada 9.970.481 B1.
Los materiales de construcción de los componentes de dicho dispositivo de atomización son conocidos, como se describe en la patente '481. El material de cojinete preferido aquí es el carbono, tanto sólido como poroso, para todos los cojinetes principales.
El aire de conformación para conformar el patrón de material de recubrimiento atomizado pulverizado desde el borde 44 de la copa de campana 12 se suministra desde una primera fuente de aire de conformación 22 y se canaliza hacia y a través de canales 24 y dentro y a través de los conductos de aire de salida 26, y dentro y a través de una primera pluralidad de boquillas de aire de conformación 27, desde cuyas boquillas sale el aire y rodea circunferencialmente el pulverizado de recubrimiento, formando así una primera cortina de aire alrededor de y que conforma el patrón del recubrimiento aplicado, todo controlado ajustando el volumen del aire de conformado suministrado al sistema desde la primera fuente de aire de conformación 22 que se describirá con más detalle a continuación.
Con referencia adicional a la Figura 1, y de acuerdo con la invención, un segundo eje de accionamiento auxiliar, hueco e independientemente giratorio 28 se monta sobre, radial y externamente de, y concéntrico con, el eje de accionamiento principal 14, accionándose este eje de accionamiento auxiliar 28 por una tercera fuente de aire presurizado 30, controlado de forma independiente y por separado del eje de accionamiento principal 14.
El aire de accionamiento para accionar el eje de accionamiento auxiliar 28 entra en la entrada 30 y pasa a través de canales 31, como lo indican las flechas pequeñas que se muestran, incidiendo sobre las palas de la turbina (no mostradas, pero véase Figura 7), para accionar el eje de forma controlada e independiente 28 por separado del eje de accionamiento principal 14.
El eje de giro hueco auxiliar 28 está también amortiguado por aire durante la operación por el cojinete distal 82 del eje auxiliar y cojinete proximal 88del eje auxiliar, que, como los cojinetes principales 50, 78 y 80, son preferentemente también de carbono, ya sea poroso o sólido.
Como se representa en la Figura 1, una fuente de aire para crear una segunda cortina de aire de conformación circunferencialmente alrededor de y que conforma el recubrimiento pulverizado que sale del borde 44 de la copa de campana 12 es proporcionada por el aire presurizado alimentado a través de la entrada 32 y canalizada hacia y a través de conductos 34 y dentro y a través de los conductos de aire de salida 36 y desde allí hacia y a través de una segunda pluralidad de boquillas de aire de conformación 37, desde cuyas boquillas sale el aire y rodea circunferencialmente el pulverizado de recubrimiento que sale del borde de la copa de campana 44, formando así una segunda cortina de aire que se extiende alrededor y que conforma el patrón del recubrimiento aplicado, todo controlado como con la primera cortina de aire de conformación ajustando, de forma independiente, el volumen de aire suministrado al sistema a través de la entrada 32 desde la segunda fuente de aire de conformación, que es la cuarta fuente de aire para el sistema en general, incluyendo las dos fuentes de aire de accionamiento 30 y 76 de la turbina, la fuente de aire 22 para la primera cortina de aire de conformación descrita anteriormente, y esta segunda fuente de entrada de aire de conformación 32.
El aparato de acuerdo con la invención, como se representa además en la Figura 1, incluye también un generador de vórtice 38 que se monta como se muestra en el segundo eje de accionamiento hueco auxiliar 28, que es concéntrico con el eje de accionamiento 28, y que se fija y coloca cerca del extremo distal del eje 28 adyacente a la superficie exterior de la copa de campana l2 como se muestra. El generador de vórtice 38 tiene una forma cónica anular, generalmente truncada como se muestra, en donde su superficie interior se extiende a lo largo de la superficie exterior de la copa de campana adyacente y generalmente especular a la misma. 12 como se indica. El generador de vórtice 38 puede girar dentro del espacio 40 entre la copa de campana 12 y el generador de vórtice 38, como se ilustra en la Figura 1. El generador de vórtice 38 tiene un borde distal 42 que se extiende hasta la proximidad cercana con el borde de pulverizado 44 de la copa de campana 12, y tiene una pluralidad de álabes conformados 46, que se describirán con más detalle más adelante, que se extienden hacia atrás desde el borde 42 del generador de vórtice 38 alrededor de la periferia del generador de vórtice 38 y todos están colocados cerca del borde distal 42 del generador, extendiéndose perpendicularmente y hacia afuera desde el generador 38. Los álabes 46 están configurados con respecto a la segunda pluralidad de boquillas de aire de conformación 37 de tal forma que, durante la operación, la segunda cortina de aire de conformación descrita anteriormente que sale de esta segunda pluralidad de boquillas se dirige hacia, impacta, y pasa entre estos álabes 46. Al pasar entre los álabes 46 en el generador de vórtice giratorio, el aire de conformación que sale de la segunda pluralidad de boquillas 37 se mezcla así con el aire en la primera cortina de aire de conformación que sale de la primera pluralidad de boquillas 27, con la primera y segunda cortinas mixtas de aire de conformación produciendo una cortina de aire de conformación final, mixta, aplicada para controlar el patrón de recubrimiento que se pulveriza sobre una pieza de trabajo.
Completando el conjunto de los componentes del aparato de recubrimiento representado en la Figura 1, se encuentra el anillo de aire de conformación. 58, la placa divisoria de aire de conformación 60, la placa separadora superior 62, la placa de accionamiento superior 64, la placa de base superior 66, la placa de base inferior 68, la placa superior 70, la placa separadora inferior 72, la placa de accionamiento inferior 74, la camisa superior 52 y el alojamiento de colector 54, estos otros componentes son generalmente conocidos.
Para fines descriptivos en el presente documento y por simplicidad, el término "turbina" como se usa en relación con la Figura 1 incluye los componentes 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70 y 74 como se muestra. En la Figura 1a se representa una realización alternativa de la invención dentro de las reivindicaciones adjuntas. Los componentes numerados comunes son idénticos en ambas figuras. La realización que se muestra en la Figura 1 representa un conjunto de componentes en los que todo el aire de conformación se canaliza externamente de la "turbina" como se ha definido anteriormente.
En la Figura 1a, la realización alternativa que se muestra representa un conjunto en el que todo el aire de conformación se canaliza externamente de la "turbina", en donde esta turbina alternativa se define para incluir los siguientes componentes alternativos, todo como se muestra en la Figura: placa separadora superior 63, placa de accionamiento superior 65, placa de base superior 67, y alojamiento de colector 55, todos los demás componentes se muestran comúnmente en ambas Figuras 1 y 1a. Dirigir el aire de conformación a través del conjunto de la turbina es una realización desvelada con más detalle en la patente estadounidense anterior, 9.375.734 b 1.
La Figura 2 es una vista en sección transversal del atomizador de copa de campana giratorio 10 de la invención idéntico al de la Figura 1 excepto que esta vista se toma a lo largo de un plano a través del atomizador desplazado del plano de la Figura 1 para representar el monitor de velocidad de fibra óptica 84 de la turbina principal y el segundo monitor de velocidad de fibra óptica 86 de la turbina auxiliar. Por el contrario, todos los componentes en las Figuras 1 y 2 que tienen la misma designación de número son como se ha descrito anteriormente en las descripciones de la Figura 1.
La Figura 3 es una vista en perspectiva, parcialmente rota y parcialmente en sección transversal, del aparato de
recubrimiento 10 de la invención, mostrando esquemáticamente su fijación a un brazo robótico a través del que pasan los recubrimientos y los suministros de aire. Más específicamente, el material de recubrimiento, por ejemplo, pintura, se suministra a través de la entrada 16, el aire para accionar la turbina principal/eje de accionamiento 14 se suministra a través de la entrada 20, la primera fuente de aire de conformación entra por la entrada 22, el aire para accionar la turbina auxiliar 28 se suministra a través de la entrada 30, pasando ese aire a la turbina auxiliar a través de los canales 31, la segunda fuente de aire de conformación 32, el aire suministrado a través de la entrada 76 para su canalización como se muestra al cojinete principal 50, al cojinete de empuje principal proximal 78 y al cojinete de empuje principal distal 80, y el aire suministrado a través de la entrada 76 y canalizado al cojinete de empuje auxiliar proximal 88 y al cojinete de empuje auxiliar distal 82, todo como se muestra en la Figura 3.
La porción de sección transversal de la Figura 3 es idéntica a la de la Figura 1, y todos los componentes numerados comúnmente se describen anteriormente con referencia a la Figura 1.
La Figura 4 es una vista en perspectiva, parcialmente rota, del extremo superior del atomizador de copa de campana, específicamente, el borde distal 44 de la copa de campana 12 desde donde sale el material de recubrimiento sobre la pieza de trabajo (no mostrada), la flecha sólida en la copa indicando la dirección de giro de la copa 12. El generador de vórtice 38 se representa como girando en sentido horario indicado por la flecha sólida que se muestra, siendo la dirección de giro del generador de vórtice 38 contraria a la dirección de giro antihorario de la copa de campana 12. En la sección cortada de la Figura, los álabes 46 de una realización del generador de vórtice 38 se muestran siendo curvilíneos y, a medida que el generador 38 gira, el aire que sale de la primera y segunda pluralidad de boquillas de aire de conformación, 27 y 37 respectivamente, pasa entre los álabes giratorias 46 y se mezcla para formar una cortina combinada de aire que tiene un patrón de vórtice que se proyecta en una vaina envolvente alrededor del recubrimiento pulverizado que se aplica y que controla la forma del recubrimiento. En la Figura, la cortina de aire y el recubrimiento no se muestran para centrarse en los componentes operativos específicos del atomizador. La camisa 52 se incluye por completitud.
La Figura 4a es idéntica a la Figura 4 y los componentes comunes tienen designaciones comunes. Las flechas curvas sombreadas dirigidas hacia fuera desde las boquillas 27 y 37 son una representación de los patrones de flujo previstos que salen de las boquillas y se mezclan después para formar la cortina final de aire de conformación que rodea y controla el patrón del recubrimiento suministrado a la pieza de trabajo (no mostrado).
La Figura 5, en la vista en perspectiva, es idéntica a la Figura 4 excepto que tanto el generador de vórtice 38 como la copa de campana 12 giran en el mismo sentido antihorario. Debería ser fácilmente evidente que ambos podrían girar también en sentido horario sin desviarse del alcance de la invención. La velocidad y la dirección de giro tanto de la copa de campana como del generador de vórtice se controlan de forma independiente y ambos se pueden girar en sentido horario o en sentido antihorario, en la misma dirección o en direcciones opuestas, según se desee. La velocidad de giro del generador de vórtice puede variar posiblemente en un amplio intervalo, desde completamente inactivo hasta 100.000 RPM. También mostrado en la Figura 5a, representados por las flechas sombreadas, hay patrones esperados de aire de conformación que salen de la primera y segunda pluralidad de boquillas de aire de conformación, 27 y 37 respectivamente, envolviendo y dando forma al patrón del recubrimiento aplicado (no mostrado).
En estas Figuras, los álabes 46 del generador de vórtice indican todos que son curvilíneos en forma. Otras formas, tales como álabes rectos que se extienden perpendicularmente desde el generador de vórtice 38 y orientados paralelos o en ángulo con respecto a la línea central del aparato son opcionales y están dentro del alcance de la invención y serán evidentes para los expertos en la materia.
La Figura 6 es una vista en perspectiva adicional del extremo distal del aparato atomizador 10, parcialmente rota y parcialmente en sección transversal, con la camisa 52 retirada para ilustrar esquemáticamente los componentes operativos debajo de la camisa. En la Figura, la copa de campana 12 que tiene el borde de pulverizado 44 y deflector de pintura 56 instalado, durante la operación, gira alrededor del eje central del aparato accionado por el eje de accionamiento principal giratorio 14 (no mostrado). El generador de vórtice 38 que tiene álabes 46, montados en el eje de accionamiento auxiliar 28 (no mostrado), gira concéntricamente con la copa de campana 12 alrededor del eje central, ya sea en la misma dirección o en la dirección opuesta del giro de la copa de campana 12, girando dentro del espacio 40 descrito anteriormente entre la copa de campana 12 y el anillo de aire de conformación 58. En la porción rota de la Figura 6, en sección transversal, los canales de aire de conformación 24 y 34, los conductos de aire de salida 26 y 36, y la primera y segunda pluralidad de boquillas de aire de conformación 27 y 37, todo lo descrito anteriormente, se ilustran, en donde las direcciones del aire de conformación en los diversos pasos se indican mediante las flechas más pequeñas representadas en cada uno. Juntas tóricas de sellado 29 se incluyen como se muestra, por completitud.
La Figura 7 representa un diagrama esquemático de los componentes de la invención, específicamente aquellos a través de los que fluye el aire de accionamiento separado y el aire de conformación separado. En secuencia de dirección de flujo con referencia a la Figura, y con referencia cruzada a las Figuras 1-6, los componentes incluyen el alojamiento de colector 54 en el que se encuentra el inyector de pintura 48 (ubicado dentro del eje de accionamiento principal 14 en el conjunto), la placa de base inferior 68, el cojinete de empuje proximal 78, la placa de accionamiento inferior 74, la placa separadora inferior 72, el eje de accionamiento principal 14 (que ilustra el volante y las palas de la
turbina), la placa superior 70, el manguito 51 del cojinete principal del eje de accionamiento principal, el cojinete principal 50 del eje de accionamiento principal, la placa de base superior 66, el cojinete de empuje proximal 88 del eje del generador de vórtice, el eje de accionamiento auxiliar 28 del generador de vórtice anular (que ilustra el volante auxiliar/palas de la turbina), la placa de accionamiento superior 64, la placa separadora superior 62, el cojinete de empuje distal 82 del eje (28) del generador de vórtice, la placa divisoria de aire de conformación 60, el anillo de aire de conformación 58, el generador de vórtice 38, los álabes 46 del generador de vórtice, la copa de campana 12, y la camisa superior externa, todo como se ha descrito en detalle anteriormente.
Los materiales de construcción de los componentes anteriores son generalmente conocidos. Véase, por ejemplo, la técnica anterior citada anteriormente. Los materiales preferidos aquí incluyen carbono para todos los materiales de cojinetes, Se prefieren las juntas tóricas tanto sólidas como porosas y porosas/no porosas alternas, y elastoméricas, siendo las más preferidas las juntas tóricas fluoroelastoméricas.
Si bien la invención se ha divulgado en el presente documento en relación con ciertas realizaciones y descripciones detalladas, será evidente para un experto en la materia que se pueden realizar modificaciones o variaciones dentro del alcance de las reivindicaciones siguientes.
Claims (15)
1. Aparato (10) para recubrir un sustrato, que comprende:
un aplicador de recubrimiento de copa de campana giratoria (12) fijado al extremo distal de un eje de accionamiento principal giratorio (14) accionado por una turbina principal, y que incluye
una fuente de suministro (16) de material de recubrimiento, en donde
dicho eje de accionamiento principal (14) tiene un conducto axial (18) que lo atraviesa para suministrar material de recubrimiento desde dicha fuente hasta y a través de dicho eje de accionamiento principal y dentro de dicha copa de campana (12) para pulverizar dicho material de recubrimiento sobre dicho sustrato al accionar el giro de dicho eje de accionamiento principal, que incluye
múltiples fuentes de aire presurizado y conductos de aire formados dentro y a través de dicho aparato para transportar aire hacia y a través de dicho aparato, que incluye
una primera fuente (20) de aire presurizado para accionar dicha turbina principal,
una segunda fuente de aire presurizado (22) para crear y dirigir una primera cortina de aire de conformación circunferencial, axial y externamente alrededor de dicha copa de campana (12) para envolver, controlar y conformar el diámetro y el patrón de dicho material de recubrimiento pulverizado desde dicha copa de campana, estando esta primera cortina de aire de conformación formada por el aire transportado desde dicha segunda fuente (22) de aire presurizado y canalizada a través de pasos en dicho aparato hacia y a través de una primera pluralidad de boquillas orientadas axialmente (24) situadas circunferencialmente adyacentes y alrededor del borde exterior de dicha copa de campana (12), para formar dicha primera cortina de aire de conformación,
y que incluye también
un segundo eje de accionamiento hueco e independiente giratorio (28) montado en, radial y externamente de, y que es concéntrico con, dicho eje de accionamiento principal, siendo accionado dicho segundo eje de accionamiento por una segunda, turbina auxiliar (28),
y que incluye
una tercera fuente de aire presurizado (30) para accionar dicha turbina auxiliar, siendo accionada y controlada dicha turbina auxiliar de forma independiente y por separado de dicha turbina principal,
y que incluye además
una cuarta fuente de aire (32) para crear una segunda cortina de aire de conformación circunferencial, axial y externamente alrededor de dicha copa de campana para controlar y conformar, además, el diámetro y el patrón de dicho material de recubrimiento pulverizado desde dicha copa de campana (12), estando esta segunda cortina de aire de conformación formada por dicho aire transportado desde dicha cuarta fuente (32) de aire presurizado y canalizada a través de pasos (34) en dicho aparato hacia y a través de una segunda pluralidad de boquillas orientadas axialmente (37) situadas circunferencialmente adyacentes y alrededor del borde exterior de dicha copa de campana (12) y en proximidad inmediata a dicha primera pluralidad de boquillas, así, durante la operación al accionar dichas turbinas (14, 28), formando dicha segunda cortina de aire de conformación, incluyendo también el aparato
un generador de vórtice (38) montado en dicho segundo eje de accionamiento (28) próximo al extremo distal de dicho segundo eje de accionamiento adyacente a la superficie exterior de dicha copa de campana(12), teniendo el generador de vórtice (38) una forma anular con una superficie interior que se extiende a lo largo y es generalmente especular a la superficie exterior de la copa de campana adyacente (12), pudiendo dicho generador de vórtice (38) girar dentro de un espacio (40) proporcionado entre dicha copa de campana y dicho generador de vórtice (38), teniendo dicho generador de vórtice un borde distal (42) que se extiende casi en proximidad al borde de pulverizado (44) de dicha copa de campana adyacente y teniendo una pluralidad de álabes conformados (46) fijados al mismo y alrededor del mismo próximos a dicho borde distal (42) de dicho generador de vórtice y extendiéndose perpendicular y hacia fuera desde allí, dichos álabes (46) configurados con respecto a dicha segunda pluralidad de boquillas (37) de tal forma que durante el funcionamiento, dicha segunda cortina de aire de conformación que sale de dicha segunda pluralidad de boquillas (37) se dirige hacia, impacta y pasa entre dichos álabes, es desviada por dichos álabes, y se mezcla con dicha primera cortina de aire de conformación que emerge de dicha primera pluralidad de boquillas adyacentes (27), produciendo así la primera y la segunda cortinas mixtas de aire de conformación una cortina de aire de conformación final, mixta, aplicada para controlar finalmente el patrón de dicho recubrimiento pulverizado sobre dicho sustrato.
2. El aparato de la reivindicación 1, en donde dicho aire de conformación que sale de dicha segunda pluralidad de boquillas (37) es desviado por dichos álabes (46) en un patrón de remolino.
3. El aparato de la reivindicación 1, en donde dicho aplicador de recubrimiento de copa de campana giratoria (12) y dicho generador de vórtice giratorio (38) pueden girar en direcciones opuestas.
4. El aparato de la reivindicación 1, en donde dicho aplicador de recubrimiento de copa de campana giratoria y dicho generador de vórtice giratorio pueden girar en la misma dirección.
5. El aparato de la reivindicación 1, en donde todas las boquillas dentro de dicha primera pluralidad de boquillas están dirigidas en paralelo con el eje de giro de dicha copa de campana giratoria.
6. El aparato de la reivindicación 1, en donde todas las boquillas dentro de dicha primera pluralidad de boquillas están dirigidas angularmente con respecto al eje de giro de dicha copa de campana giratoria.
7. El aparato de la reivindicación 1, en donde todas las boquillas dentro de dicha segunda pluralidad de boquillas están dirigidas en paralelo al eje de giro de dicha copa de campana giratoria.
8. El aparato de la reivindicación 1, en donde todas las boquillas dentro de dicha segunda pluralidad de boquillas están dirigidas angularmente con respecto al eje de giro de dicha copa de campana giratoria.
9. El aparato de la reivindicación 1, en donde dicha pluralidad de álabes conformados se extiende lineal y próximamente hacia dentro desde dicho borde distal de dicho generador de vórtice.
10. El aparato de la reivindicación 1, en donde dicha pluralidad de álabes conformados se extiende de forma curvilínea hacia dentro y próximamente desde dicho borde distal de dicho generador de vórtice.
11. El aparato de la reivindicación 1, en donde dicho material de recubrimiento es pintura.
12. El aparato de la reivindicación 1, en donde dicho material de recubrimiento es un polvo.
13. El aparato de la reivindicación 1, en donde dicha primera pluralidad de boquillas orientadas axialmente incluye de 10 a 120 boquillas y/o en donde dicha segunda pluralidad de boquillas orientadas axialmente incluye de 10 a 120 boquillas.
14. El aparato de la reivindicación 1, en donde dicho aplicador de recubrimiento de copa de campana giratoria y dicho generador de vórtice giratorio pueden girar en direcciones opuestas, todas las boquillas dentro de dicha primera pluralidad de boquillas están dirigidas en paralelo con el eje de giro de dicha copa de campana giratoria, todas las boquillas dentro de dicha segunda pluralidad de boquillas están dirigidas angularmente con respecto al eje de giro de dicha copa de campana giratoria, dicha pluralidad de álabes conformados se extiende de forma curvilínea hacia dentro y próximamente desde dicho borde distal de dicho generador de vórtice, y en donde dicho material de recubrimiento es pintura.
15. Un proceso de recubrir un sustrato usando el aparato de la reivindicación 1.
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