專利名稱：具有恒定成形空氣溫度的涂裝設備和涂裝方法
具有恒定成形空氣粗度的涂裝設備和涂裝方法
技術領域
本發明涉及根據獨立權利要求的涂裝設備和相應的涂裝方法，特別適用于為機動車輛的車身部件涂漆.
背景技術：
傳統中利用旋轉式噴霧器來對機動車輛的車身部件或其它元件進行涂漆，該旋轉式噴霧器利用空氣渦輪氣動驅動并且利用鐘形杯來霧化將被施涂的漆。還已知利用所謂的成形空氣來對鐘形杯施加的噴流進行整形。為此，成形空氣噴嘴安裝在旋轉式噴霧器中，位于鐘形杯的軸向后方，成形空氣噴嘴基本上沿軸向從后面向噴流輸出成形空氣射流，從而噴流的張開角度可被成形空氣射流影響。
在使用成形空氣時的一個問題是，受壓供應的成形空氣在離開成形空氣噴嘴時突然降溫，這可能導致破壞性地形成冷凝水。
為解決這一問題，從JP08 108 104A已知可以預熱所供應的成形空氣，其中利用電加熱和溫度調節以達到一定的溫度，以使得成形空氣離開成形空氣噴嘴時的溫度降低不足以引起破壞性地形成冷凝水。
除了前面描述的利用空氣渦輪來氣動驅動的旋轉式噴霧器以外，還有旋轉式噴霧器可從WO 2005/110619 Al得知，其中鐘形杯由電馬達驅動。這里，成形空氣也可被用于冷卻電馬達，其中成形空氣被傳輸經過電馬達的定子，并且在這種情況下吸收定子中產生的電廢熱的—部分并且排出熱豕。
在已有的旋轉式噴霧器的情況下，成形空氣在流經旋轉式噴霧器時受到熱影響，也就是說，成形空氣的溫度取決于旋轉式噴霧器的操作狀態，從而在成形空氣噴嘴出口處的成形空氣溫度基于旋轉式噴霧器的操作狀態波動，這會對涂漆過程產生負面影響，因為當被施涂的漆到達被噴涂元件時，漆或者更干、或者更濕，這取決于成形空氣溫度.
盡管有一種帶有溫控裝置和控制單元的涂裝設備在DE 102 39 517Al中公開，但在這種情況下，加熱裝置并不加熱成形空氣，而是 加熱用于驅動空氣禍輪的驅動空氣.此外，在該文獻中僅僅泛泛地提
成分冷卻.有目的地控制成形空氣的加熱并未在該文獻中提及.
盡管EP 1 688 185 Al公開了一種具有成形空氣噴嘴和溫控裝置以 及控制單元的涂裝設備，但在這種情況下控制單元具有完全不同的功 能，即在這種情況下成形空氣溫度并非保持恒定，相反，它是被有目 的地改變的。
最后，WO 88/00675 Al中只公開了一種總體上用于可流動物質的 溫控裝置。然而，該文獻中沒有提到成形空氣的溫度控制。
發明內容
因此，本發明的目的是在已有旋轉式噴霧器的情況下改進涂漆質 量并且確定相應的旋轉式噴霧器操作方法。
上述目的可通過根據獨立權利要求的涂裝設備和相應的涂裝方法 實現。
本發明包含的總體技術構思為，將成形空氣噴嘴的出口處的成形 空氣溫度保持恒定，而與旋轉式噴霧器的操作狀態無關，從而涂漆質 量不會受成形空氣溫度波動的影響。與此不同，在根據JP08 108 104 A 的已知旋轉式噴霧器的情況下，只在旋轉式噴霧器的上游成形空氣溫 度保持恒定，因而成形空氣溫度受到的旋轉式噴霧器的熱影響未被計 入，這會導致在成形空氣噴嘴的出口處成形空氣溫度的波動。
本發明包括涂裝設備，其具有噴霧器(例如旋轉式噴霧器)，用于 向待涂接元件例如機動車輛車身部件上施加涂現成分(例如濕漆)的 噴流。
在這一點上需要指出，關于噴霧器的類型，本發明并不局限于旋 轉式噴霧器。相反，本發明還可以通過其它類型的噴霧器實現，例如， 下面僅列舉少量幾種可行的噴霧器類型無空氣噴霧器、空氣混合噴霧器、空氣噴霧器或超聲噴霧器.
此外，有關涂疆成分，本發明并不局限于水基涂料，而是還可以 通過其它類型的涂理成分實現，例如溶劑基涂料或粉末基涂料.
此外，本發明并不局限于對機動車輛車身部件涂漆，而是還可以 用于對其它元件進行涂漆，例如用于對車上裝配的部件或類似物進行 涂漆.
此外，根據本發明的涂裝設備具有至少一個成形空氣噴嘴，用于 排放成形空氣，以便利用成形空氣形成噴流.成形空氣噴嘴在這種情 況下可選地可被集成到噴霧器中或與噴霧器分開構建.
此外，根據本發明的涂裝設備具有溫控裝x，以便控制成形空氣 的溫度，也就是說加熱或冷卻.
本發明在這一點上還提供了一種控制單元，該控制單元基于噴霧 器的至少一個操作參數(例如環境溫度，成形空氣的體積流量)控制 溫控裝置，以便設定預定的、優選恒定的成形空氣溫度。
關于本發明使用的術語控制單元或控制優選在狹義上被理解為調 節技術，根據該技術，基于用作控制變量的噴霧器操作參數，成形空 氣溫度以沒有反餓的方式被設定為受控變量。然而，關于本發明使用 的術語控制單元或控制，并不局限于前面提到的基于調節技術來理解， 而是還包括具有預控制的控制方式，或是開環控制和閉環控制的類似 的組合。
本發明的重要之處僅在于，在成形空氣的溫度控制的情況下，當
. 這一點是有意義的，因為在本發明的優選示例性實施方式中，成 形空氣至少在一定程度上由噴霧器傳輸至成形空氣噴嘴，其中噴霧器 基于其操作狀態熱影響成形空氣，例如通過電動馬達的電廢熱或由于 成形空氣在離開成形空氣噴嘴時的解壓縮。當控制成形空氣的溫控裝 置時，控制單元因此觀測噴霧器的操作參數，所述操作參數也決定在 噴霧器中成形空氣的熱影響。在這種情況下，操作參數可能是噴霧器 的電馬達的驅動功率，因為電動馬達的驅動功率也決定廢熱并且因此 而決定成形空氣的加熱。
8在本發明的優選示例性實施方式中，溫控裝置具有加熱裝置，其 以可設定的加熱功率加熱成形空氣，這種可設定的加熱功率可以從JP
08 108 104 A得知，并且因此不再進一步描述。
此外，關于本發明，一個可選方案是溫控裝置具有冷卻裝置，其 以可設定的冷卻功率冷卻成形空氣。關于本發明使用的術語溫度控制 因此包括有目的地加熱成形空氣和有目的地冷卻成形空氣的，以便實 現在成形空氣噴嘴的出口處成形空氣溫度盡可能恒定。
在本發明的一個改型中，噴霧器為旋轉式噴霧器，其具有空氣軸 承，所述空氣軸承由支承空氣供應部提供馬達支承空氣。在本發明的 這個改型中，馬達支承空氣還可以被用于冷卻成形空氣，這是因為例 如一部分的馬達支承空氣與成形空氣混合。
在本發明的另一示例性實施方式中，成形空氣的冷卻從另一方面 講是利用單獨的制冷劑供應部實現的，該制冷劑供應部供應氣態或液 態制冷劑，用于冷卻成形空氣。
備選地，關于本發明，具有這樣的可能性，即冷卻裝置具有電熱 換能器，例如珀爾貼元件。
本發明因此并不局限于前面描述的有關冷卻裝置的功能的各種型 式，而是還可以通過其它方式實施。
己經提到噴霧器可以是新式的旋轉式噴霧器，在這種情況下，鐘 形杯不像傳統方式中那樣由氣動空氣渦輪驅動，而是由電動馬達驅動。 在這種情況下，成形空氣可以與電動馬達熱耦合，以便在操作過程中 利用成形空氣冷卻電動馬達。例如，成形空氣和電動馬達之間的熱耦 合可以這樣實現，即成形空氣至少在一定程度上被傳輸經過電動馬達， 這一點可以從背景技術中引用的WO 2005/110619 Al中得知，因而該 申請中的全部內容以引入方式并入本申請。
在前面描述的利用成形空氣冷卻電動馬達的情況下，利用廢熱加 熱成形空氣是無害的，這是因為這種熱影響可以利用溫控裝置得以補 償，從而成形空氣溫度保持恒定，與電動馬達的驅動功率無關。
需要指出，在這種情況下，溫控裝置可選地在電動馬達的上游或 在電動馬達的下游控制成形空氣的溫度。
9另外，根據本發明的涂裝設備優選地具有位于噴霧器的產生熱量 的電動馬達和噴霧器的散熱外表面之間的導熱連接部，其中該導熱連 接部可以例如利用傳統導熱裔實現。
此外，關于本發明，可行的是，控制單元基于測量到的環境溫度 控制溫控裝置，以便保持成形空氣溫度恒定，而與環境溫度的波動無 關。在這種情況下，用作輸入變量進行所述控制的環境溫度可選地由 溫度傳感器測量，被調節，或以其它方式被預先設定。
在前面描述的具有電動馬達示例性實施方式的情況下，控制單元 控制溫控裝置，優選地基于驅動功率，以便保持成形空氣溫度恒定， 而與當前驅動功率和與其相連的電動馬達中的廢熱無關。在這種情況 下，用作輸入變量進行所述控制的驅動功率可選地被測量、被調節或 被預先設定，例如利用馬達控制器。
另外，關于本發明，可行的是，控制單元基于成形空氣的當前體 積流量控制成形空氣的溫控裝置，以便實現恒定成形空氣溫度，而與 成形空氣的體積流量的變化無關。用作輸入變量進行所述控制的形成 空氣的體積流量可以例如以其它方式被測量、調節或預先設定。在本 發明的優選示例性實施方式中，體積流量傳感器被提供，其測量成形 空氣的體積流量，并將測量到的值作為輸入變量提供給控制單元。
另外，關于本發明，可行的是，噴霧器在其外部具有至少一個冷 卻體，例如其形式為冷卻肋，以便實現噴霧器中的熱狀態盡可能恒定。
在本發明的這種改型的情況下，冷卻體還可以由噴霧器的外表面 形成，也就是說，在旋轉式噴霧器的情況下，利用噴霧器的橫向區域。 即使是在這種情況下，導熱膏也可以被使用，以便產生熱量的電動馬 達與冷卻體之間的熱接觸。
從上面的描述中可以看出，本發明不但面向涂裝設備，還面向相 應的涂裝方法。
本發明的其它有優勢的進展在從屬權利要求中確定，或是在基于 附圖對本發明優選示例性實施方式所作的更詳細描述中被解釋。在附圖中
圖1示出了一種根據本發明的涂裝設備的簡化示意圖，該涂裝設 備具有旋轉式噴霧器和用于控制成形空氣溫度的溫控裝置，以及 圖2示出了根據圖1中的涂裝設備的調節技術的等效回路圖。
具體實施例方式
圖1中的圖示以顯著簡化的方式顯示了一種涂裝設備，其具有根 據本發明的旋轉式噴霧器1，該旋轉式噴霧器可以用于對機動車輛車 身部件或其它元件進行涂漆。
將被施涂的漆在這種情況下由旋轉鐘形杯2霧化并且以噴流3的 形式輸出。
在這種情況下，鐘形杯2安裝在可旋轉地安裝著的鐘形杯軸4上， 其中鐘形杯軸4由電馬達5驅動，電馬達在這里僅被示意性地表示出。
此外，旋轉式噴霧器1能夠利用成形空氣來形成噴流3，其中成 形空氣利用連接法蘭6被供應至旋轉式噴霧器1，如后面詳細描述。
在旋轉式噴霧器l中，成形空氣在成形空氣管路7中被傳輸至位 于旋轉式噴霧器1的前端面處的成形空氣噴嘴8，在此成形空氣被實 質上從后部沿軸向引導到待涂施的漆的噴流3上，從而噴流3的張開 角度可以由來自成形空氣噴嘴8的排放成形空氣設定。
在這種情況下，成形空氣管路7延伸通過旋轉式噴霧器1中的電 馬達5的定子，從而成形空氣在經過電馬達5時吸收電廢熱，該廢熱 是在操作過程中產生在電馬達5中的，這樣，可以有助于冷卻電馬達
旋轉式噴霧器1的設計和功能可以從背景技術中引用的專利申請 文獻WO 2005/110619 Al中描述的類似結構得知，因而該申請中的全 部內容以引入方式并入本申請。
此外，需要指出，成形空氣在離開成形空氣噴嘴8時由于節流的 作用而經歷劇烈的溫度下降，其中這種溫度下降取決于所施加的成形 空氣的體積流量以及其它因素，因此在旋轉式噴霧器1的操作過程中 出現波動。
ii—方面，成形空氣溫度因此而基于成形空氣在流經電馬達5時從電馬達5吸收的電廢熱而波動，其中成形空氣由電馬達5加熱取決于電馬達5的當前驅動功率。
另一方面，成形空氣溫度還由于在離開成形空氣噴嘴8時因成形空氣的體積流量導致的溫度下降而產生波動。
成形空氣溫度的這些波動不能通過對所供應的成形空氣進行輸入側溫度調節而得以補償，這種輸入側溫度調節可從JP08 108 104A得知。
本發明因此而提供了基于旋轉式噴霧器1的當前操作狀態對供應至旋轉式噴霧器1的成形空氣進行溫度控制，以使得成形空氣在離開成形空氣噴嘴8時溫度維持在預定的恒定值T設定。這一點是有利的，因為這樣的話涂漆工藝的質量不會受到因旋轉式噴霧器1的操作狀態導致的成形空氣溫度的波動的影響。
根據本發明的涂裝設備因此而具有溫控裝置9，其能加熱和/或冷卻供應至旋轉式噴霧器1的成形空氣，以實現將成形空氣維持在成形空氣噴嘴8的出口處的預定的選點值Ti^，而與旋轉式噴霧器1的操作狀態以及成形空氣在與成形空氣噴嘴相連的旋轉式噴霧器1中的升溫或降溫無關。
在這種情況下溫控裝置由控制單元IO控制，其中控制單元10基于旋轉式噴霧器1的多個操作參數設定溫控裝置9的加熱功率或冷卻功率，以使得成形空氣噴嘴8的出口處的成形空氣溫度維持預定的選點值T設定。
在例如電馬達5的驅動功率增大的情況下，在電馬達5中產生的廢熱也增加，并且導致成形空氣升溫。控制單元10則控制溫控裝置9以使得溫控裝置9的加熱功率降低或溫控裝置9的冷卻功率升高，以便補償由于電馬達5而導致的增多的熱量輸入。
下面描述圖2中所示的根據本發明的涂裝設備的調節技術的等效回路圖。
一方面，從該圖中可以認識到，控制單元IO在其入口側連接至測量環境溫度T財的溫度傳感器11，其中控制單元IO還基于測量到的環境溫度Tw控制溫控裝置9。
此外，控制單元IO連接著在入口側連接著測量所施加的成形空氣的總體體積流量Qa，M的體積流量傳感器12，其中控制單元10還基于測量到的體積流量Qa貼氣控制溫控裝置9。
除了前面描述的通過體積流量傳感器12提供體積流量Q肺s氣以外，備選的方案還有通過體積流量調節器提供體積流量Qa形"，其中體積流量調節器將體積流量Q站s氣調節至預定的選點值。
此外，控制單元IO還在輸入側接收期望的成形空氣溫度的選點值T設定，其中控制單元10還基于該選點值T欲定控制溫控裝置9。
另外，控制單元10還可在溫控裝置9的控制過程中計入旋轉式噴霧器1的其它操作參數，如圖中以實心箭頭示意性地表示。
此外，控制單元10在溫控裝置9的控制過程中計入電馬達5在旋轉式噴霧器1中產生的熱功率損耗P a，因為該熱功率損耗P a使得成形空氣在旋轉式噴霧器1被加熱，并且因此而應當在溫度控制時被補償。
在這種情況下，熱功率損耗Pa被計算單元13基于機械驅動功率P機械進行計算，該機械驅動功率是由馬達控制器14預定的。
在這種情況下，溫控裝置9包括加熱裝置15和冷卻裝置16，其中加熱裝置15以可設定的加熱功率P ft^加熱成形空氣，而冷卻裝置16可以以可設定的冷卻功率P冷a冷卻成形空氣。
為了設定加熱功率P tt^，控制裝置10以相應的控制信號a控制加熱裝置15。以這種方式，控制單元10以相應的控制信號b控制冷卻裝置16，以便設定冷卻功率P冷卻。
此外，成形空氣系統17在該圖中被顯示，其再現成形空氣在調節技術方面的熱學行為，并且受到加熱功率P^、冷卻功率P^和熱功率損耗Pa的影響。然后，控制單元10設定加熱功率Pa^和冷卻功率P冷a，以使得成形空氣的溫度實際值T ^呈現為期望的選點值T設定，而與旋轉式噴霧器1的當前操作狀態無關。
根據本發明的溫度控制是有益的，這是因為，在旋轉式噴霧器1的操作過程中成形空氣溫度的波動可被防止，這有助于獲得恒良好的涂漆效果。
本發明并不局限于前面描述的示例性實施方式。相反，各式各樣的修改和變化也是可行的，它們同樣采用了本發明的思想，因此也落在本發明的保護范圍內。
附圖標記列表
1旋轉式噴霧器
2鐘形杯
3噴流
4鐘形杯
5電馬達
6連接法蘭
7成形空氣管路
8成形空氣噴嘴
9溫控裝置
10控制單元
11溫度傳感器
12體積流量傳感器
13計算單元
14馬達控制器
15加熱裝置
16冷卻裝置
17成形空氣系統
1權利要求
1、一種涂裝設備，具有a)噴霧器(1)，用于向待涂覆元件上施加涂覆成分的噴流(3)，b)至少一個成形空氣噴嘴(8)，用于排放成形空氣以便對噴流(3)進行成形，以及c)溫控裝置(9)，用于控制成形空氣的溫度，其特征在于d)設有控制單元(10)，其基于噴霧器(1)的至少一個操作參數(P機械，Q成形空氣)控制溫控裝置(9)，以便設定預定的成形空氣溫度(T設定)。
2、 根據權利要求1的涂裝設備，其特征在于a) 成形空氣被引導著至少部分地經過噴霧器(1)而到達成形空 氣噴嘴(8)，其中噴霧器(1)基于其操作狀態而熱影響成形空氣，以 及b) 用作控制單元(10)輸入變量的噴霧器(1)操作參數(P機械) 決定噴霧器(1)中對成形空氣的熱影響。
3、 根據前面權利要求中任一項的涂裝設備，其特征在于溫控裝 置(9)具有加熱裝置(15)，所述加熱裝置以可調的加熱功率(P加熱) 加熱成形空氣。
4、 根據前面權利要求中任一項的涂裝設備，其特征在于溫控裝 置(9)具有冷卻裝置(16)，所述冷卻裝置以可調的冷卻功率(P冷卻) 冷卻成形空氣。
5、 根據權利要求4的涂裝設備，其特征在于a)噴霧器(1)為旋轉式噴霧器，其具有空氣軸承，所述空氣軸 承由支承空氣供應部供應馬達支承空氣，以及b)冷卻裝置(16)利用馬達支承空氣冷卻成形空氣。
6、 根據權利要求4或5的涂裝設備，其特征在于冷卻裝置(16) 具有制冷劑供應部，氣態或液態制冷劑由所述制冷劑供應部供應以便 冷卻成形空氣。
7、 根據前面權利要求中任一項的涂裝設備，其特征在于a) 噴霧器(1)為旋轉式噴霧器，其具有電動馬達(5)，并且b) 成形空氣與電動馬達(5)熱耦合，以便在操作過程中利用成 形空氣冷卻電動馬達(5)。
8、 根據權利要求7的涂裝設備，其特征在于成形空氣被引導而 至少在一定程度上經過電動馬達(5)，以實現成形空氣和電動馬達(5) 之間的熱耦合。
9、 根據權利要求7或8的涂裝設備，其特征在于溫控裝置(9) 在電動馬達(5)的上游或在電動馬達(5)的下游控制成形空氣的溫 度。
10、 根據前面權利要求中任一項的涂裝設備，其特征在于在噴 霧器(1)的產生熱量的電動馬達(5)與噴霧器(1)的散熱外表面之 間設有導熱連接部。
11、 根據權利要求10的涂裝設備，其特征在于導熱連接部是由導熱膏實現的。
12、 根據前面權利要求中任一項的涂裝設備，其特征在于a) 設有溫度傳感器(11)，用于測量環境溫度(T糾)，該溫度傳 感器在其輸出側連接著控制單元(io)，以及b) 控制單元(10)基于測量到的環境溫度(T^a)控制溫控裝置(9)。
13、 根據前面權利要求中任一項的涂裝設備，其特征在于-a) 電動馬達(5)具有可調的驅動功率(Ptt )，所述驅動功率作 為輸入變量提供給控制單元(10)，以及b) 控制單元(10)基于驅動功率(P糾)控制溫控裝置(9)。
14、 根據前面權利要求中任一項的涂裝設備，其特征在于a) 成形空氣具有可調的體積流量(Qa，sO，所述體積流量作為 輸入變量提供給控制單元(10)，以及b) 控制單元(10)基于體積流量(Qs^sO控制溫控裝置(9)。
15、 根據權利要求14的涂裝設備，其特征在于設有體積流量傳 感器(12),用于測量成形空氣的體積流量(Q^s，)，其中體積流量 傳感器(12)在其輸出側連接著控制單元(10)。
16、 根據前面權利要求中任一項的涂裝設備，其特征在于控制 單元(10)以沒有反饋的方式控制溫控裝置(9)。
17、 根據前面權利要求中任一項的涂裝設備，其特征在于噴霧 器(1)在其外部具有至少一個冷卻體，特別是冷卻肋。
18、 一種涂裝方法，包括下述步驟a) 利用噴霧器(1)向待涂覆元件上排放涂覆成分的噴流(3)，b) 排放成形空氣以便對噴流(3)進行成形，以及c) 調節成形空氣的溫度， 其特征在于，還包括下述步驟d) 基于噴霧器(1)的操作參數(P機械/Q成形空氣)控制成形空氣的 溫度調節，以便設定預定的成形空氣溫度。
19、 根據權利要求18的涂裝方法，其特征在于a) 成形空氣至少部分地經過噴霧器(1)而被傳輸到成形空氣噴 嘴(8)，其中噴霧器(1)基于其操作狀態熱影響成形空氣，以及b) 用作控制單元(10)輸入變量的噴霧器(1)操作參數(P機《 /Q成mO決定噴霧器(1)中對成形空氣的熱影響。
20、 根據權利要求19的涂裝方法，其特征在于成形空氣的溫度控制是基于噴霧器(1)的至少一個下述操作參數實施的a) 噴霧器(1)的電動馬達(5)的驅動功率(P機械)，b) 成形空氣的體積流量(Qa形空氣)， c) 成形空氣的質量流，d) 環境溫度(T財)。
21、 根據權利要求18或19的涂裝方法，其特征在于成形空氣 被加熱和/或冷卻，以便實現溫度控制。
22、 根據權利要求18至20中任一項的涂裝方法，其特征在于 成形空氣由噴霧器(1)的空氣軸承的馬達支承空氣冷卻。
23、 根據權利要求18至22中任一項的涂裝方法，其特征在于 溫控裝置(9)被以沒有反饋的方式控制。
全文摘要
本發明涉及涂裝設備，其具有噴霧器(1)用于向待涂覆元件施加涂覆成分的噴流(3)，至少一個成形空氣噴嘴(8)用于輸出成形空氣以便對噴流(3)進行成形，并且溫控裝置(9)用于控制成形空氣的溫度，以及控制單元(10)作為噴霧器(1)的至少一個操作變量的函數來啟動溫控裝置(9)以便設定預定的成形空氣溫度。此外，本發明包括相應的涂裝方法。
文檔編號B05B5/04GK101687206SQ200880023009
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月20日 優先權日2007年7月2日
發明者A·邁斯納, F·赫勒, M·弗賴, M·鮑曼, T·布洛克 申請人:杜爾系統有限責任公司