專利名稱:用于旋轉式噴霧器的軸向式渦輪機的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種用于驅動旋轉式噴霧器渦輪機的渦輪機轉子以及一種具有這種渦輪機轉子的驅動渦輪機、和旋轉式噴霧器的其他構件、例如軸承單元、居間套筒、偏轉環和定子環。
背景技術:
在用于對機動車輛車身構件進行噴漆的現代噴漆設備中,旋轉式噴霧器通常用作涂覆裝置,其具有作為涂覆元件的鐘杯;這在現有技術中是眾所周知的。用于傳統的旋轉式噴霧器的驅動器通常是使用驅動渦輪機的氣動裝置,該驅動渦輪機通過壓縮空氣被吹動,其中,驅動渦輪機被形成為徑向式渦輪機。這意味著,充當驅動流體的壓縮空氣在相對于鐘杯的轉動軸線處于徑向的平面上在驅動渦輪機的渦輪機葉片上流動。使用徑向式渦輪機驅動旋轉式噴霧器具有以下優點所需的驅動力矩可以以使用具有合適的大直徑的驅動渦輪機輪的方式達到。
然而,使用徑向式渦輪機驅動旋轉式噴霧器的不足是,有限的驅動功率幾乎不可超過在8,000-80, OOOrpm的轉速范圍中足夠精細霧化所需的650W,其中,顏料流出速率限于近似IOOOml/分鐘的值。徑向式渦輪機的這種基本不足也不能通過增大徑向式渦輪機的尺寸克服,因為由于空間和重量因素這是不可能的。此外,通過增大驅動空氣的壓力水平或空氣通過量實現最大可能的驅動功率的增加實際上是不可能的,因為這將導致過高的投資或操作成本。
發明內容
因此,本發明的目的是增大旋轉式噴霧器渦輪機的最大可能驅動功率。上述目的通過根據主權利要求的本發明的渦輪機轉子實現。本發明還包括具有根據本發明的這種渦輪機轉子的完整的驅動渦輪機。而且,本發明還包括根據本發明調整的旋轉式噴霧器的其他構件,例如居間套筒、軸承單元、驅動渦輪機輪、偏轉環和定子環。本發明給出使用軸向式渦輪機驅動旋轉式噴霧器的總的技術教導,對于旋轉式噴霧器,驅動流體(例如,壓縮空氣)軸向流過驅動渦輪機輪的渦輪機葉片、即與鐘杯的旋轉軸線平行地流過。因此,本發明還包括具有可轉動安裝的渦輪機軸的渦輪機轉子,渦輪機軸可加裝鐘杯。用于將鐘杯安裝在渦輪機軸上的一種選擇是,鐘杯通過螺紋旋擰到渦輪機軸上,所述渦輪機軸還充當鐘杯軸,所述鐘杯軸在現有技術中是眾所周知的。用于將鐘杯安裝在也充當鐘杯軸的渦輪機軸上的另一選擇是,鐘杯通過例如DE 102009034645中所述的夾持或卡鎖連接固定到渦輪機軸上,因此,該專利申請的內容應完全包含到有關將鐘杯安裝在渦輪機軸上的以上描述。然而,本發明不限于有關將鐘杯安裝在渦輪機軸上的上述例子,而是也可從根本上允許其他安裝系統。而且,根據本發明的渦輪機轉子具有帶有多個渦輪機葉片的至少一個驅動渦輪機輪,其中,驅動渦輪機輪上的渦輪機葉片在操作過程中使驅動流體(例如,壓縮空氣)流過它們,以驅動渦輪機轉子。在此,重要的點是,驅動渦輪機輪以抗扭轉方式與渦輪機軸連接,以便能夠將力矩從驅動渦輪機輪傳遞到渦輪機軸。一種實現此點的選擇是,將渦輪機軸和驅動渦輪機輪一體地制造成單個構件。在本發明的范圍內,作為一種替代方式,也可使驅動輪機輪與渦輪機軸為單獨的構件,并以抗扭轉的方式簡單地將它們彼此連接。因此,本發明提供了一種被設計用于使驅動流體沿軸向流過渦輪機葉片的驅動渦輪機輪。與此不同,傳統的徑向式渦輪機上的驅動渦輪機輪被設計用于使驅動流體沿徑向流過渦輪機葉片。通過使根據本發明的原理的軸向式渦輪機與徑向式渦輪機的傳統原理不同,可有利地使最大可能驅動功率增加,這是因為根據本發明的軸向式渦輪機可具有一個設置在另一個之后的多個驅動渦輪機輪(多級)。在本發明的一個優選的示例性實施例中,因此,渦輪機轉子裝配有在軸向上一個設置在另一個之后的多個(例如,2、3、4或5個)驅動渦輪機輪,其中,各個驅動渦輪機輪分 別具有多個渦輪機葉片,所述多個渦輪機葉片被設計成使驅動流體(例如壓縮空氣)沿軸向流過渦輪機葉片。在本發明的一個優選示例性實施例中,驅動渦輪機輪在軸向方向上總共延伸某一驅動長度,且設置在具有某一外徑的渦輪機殼體中,其中,渦輪機殼體的外徑與驅動長度的比值優選大于O. 4-0. 6和/或小于O. 78 - I。然而,關于渦輪機殼體的尺寸選擇,本發明并不局限于上述示例性的值,而是也可以以其他尺寸實施。而且,應當提及的是,驅動渦輪機輪優選地被具有某一最大外徑的定子環包圍,其中,所述定子環的外徑與驅動長度的比值優選在O. 4-0. 5的范圍內。然而,關于定子環的尺寸選擇,本發明并不局限于上述示例性的值,而是也可以以其他尺寸實施。對于根據本發明的渦輪機轉子,驅動渦輪機輪上的各個渦輪機葉片在徑向方向上具有某一葉片高度,其中,在這點上,葉片高度在徑向內葉片邊緣與徑向外葉片邊緣之間測量。在此,葉片高度優選處于O. 5-50mm的范圍內,但本發明也可以以其他葉片高度值實施。對于具有在軸向上一個設置在另一個之后的多個驅動渦輪機輪的上述示例性實施例,各個驅動渦輪機輪可具有不同的葉片高度,其中,葉片高度可以在流動方向上和/或在與旋轉式噴霧器的噴射方向相反的方向上增大。而且,還應提及的是,在本發明的優選示例性實施例中,驅動渦輪機輪的渦輪機葉片設計成使驅動流體(例如壓縮空氣)逆著旋轉式噴霧器的噴射方向流過渦輪機葉片。因此,驅動流體在此初始從驅動渦輪機的機器人側通到驅動渦輪機的鐘杯側,然后偏轉180°,使得驅動流體逆著噴射方向流過軸向式渦輪機。然而,在本發明的范圍內,也可使驅動流體沿旋轉式噴霧器的噴射方向流過軸向式渦輪機,其中,此時不需要驅動流體的偏轉。以上已經限定的驅動渦輪機輪的各個渦輪機葉片的葉片高度優選在于與渦輪機軸的直徑具有特殊比值,其中,O. 01-2. 5或O. 015-0. 5的比值已經被證明是有利的。然而,關于葉片高度的尺寸選擇,本發明并不局限于上述示例性的值范圍,而是也可以以其他葉片高度值實施。而且,優選示例性實施例中的各個渦輪機葉片優選具有恒定的葉片基本直徑,其中,這是葉片邊緣與旋轉軸線之間的距離。然而,作為一種替代性方案,也可使相鄰的驅動渦輪機輪上的葉片的基本直徑是不同的。例如,葉片的基本直徑可以在流動方向上從一個驅動輪到下一個驅動輪減小,使得橫流橫截面在流動方向上增大,這從流體動力學角度看是有利的。而且,在本發明的優選的示例性實施例中,提供的驅動渦輪機輪具有某一葉片密度,其中,葉片密度例如可處于每個驅動渦輪機輪上20 - 60個渦輪機葉片的范圍內。各個驅動渦輪機輪的葉片密度可在該配置形式中不同,其中,驅動渦輪機輪的葉片密度可在流動方向從一個驅動渦輪機輪到下一個驅動渦輪機輪增大。然而,作為一種替代方式,也可使驅動渦輪機輪的葉片密度在逆著流動方向的方向上從一個驅動渦輪機輪到下一個驅動渦輪機輪增大。而且,也可使軸向式渦輪機的不同的驅動渦輪機輪具有相同的葉片密度。在本發明的優選的示例性實施例中,驅動渦輪機輪被形成為單部件式或多部件式環,所述環可釋放地設置在渦輪機軸上。例如,被形成為環的驅動渦輪機輪可特別是借助于擠壓配合或通過熱收縮裝配被夾持到渦輪機軸上。
而且,應提及的是,驅動渦輪機輪的渦輪機葉片可借助于創成式制造過程制造,其中,這些類型的創成式制造過程也可以稱作“快速成型技術”。而且,根據本發明的軸向式渦輪機優選還具有制動器渦輪機輪,以盡可能快速地制動旋轉式噴霧器,這在現有技術中是本身公知的。為此,根據本發明的制動器渦輪機輪具有多個渦輪機葉片,所述多個渦輪機葉片可在操作過程中使制動器流體(例如,壓縮空氣)流過它們,以制動渦輪機轉子。制動器渦輪機輪的各個渦輪機葉片優選被設計用于使制動器流體(例如,壓縮空氣)徑向流過渦輪機葉片,如傳統的制動器渦輪機輪中的情況那樣。例如,制動器渦輪機輪可因此被形成為佩爾頓沖擊式(Pelton)渦輪機輪。在這種情況下,制動器渦輪機輪可在軸向方向上在兩個軸承點之間設置在渦輪機軸上。然而,作為一種替代性方案,也可使制動器渦輪機輪在軸向方向上在兩個軸承點外側設置在渦輪機軸上。還應提及的是,制動器渦輪機輪優選比驅動渦輪機輪具有明顯大的直徑。這是有利的,因為可產生足夠大的制動力矩。關于驅動渦輪機輪或制動器渦輪機輪的各個渦輪機葉片的葉片輪廓,在本發明的范圍內具有許多種選擇。例如,渦輪機葉片可具有對稱或半對稱的輪廓、反彎后邊緣或錐形輪廓,這僅僅給出了一些例子。然而,在本發明的優選的示例性實施例中,渦輪機葉片具有某一優選的幾何形狀。因此,各個渦輪機葉片優選具有處于65-75°的范圍內的輸入角度,而在現有技術中,大約60°的輸入角度是常用的。另一方面,渦輪機葉片的輸出角度優選等于輸入角度,且允許具有±10°或±5°的公差范圍。另一方面,渦輪機葉片的輸出角度優選在55° -75。的范圍內。在該優選示例性實施例中,這意味著,輸入角度和輸出角度的總和處于110° -145°的范圍內。而且,還應提及的是,根據本發明的渦輪機轉子具有某一單位轉速ns,其可使用以下公式計算
「 ω-ν0-5ns=^^
e
其中V:入口處的體積流量[m3/s]e:比功[J/kg]ω 轉速[rad/s]。在此,需要提及的是,單位轉速&優選處于O. 1-0. 3的范圍內,而傳統的軸向式渦輪機的單位轉速通常處于O. 5-1的范圍內。對于根據本發明的渦輪機轉子,渦輪機軸具有多個軸承點,以將渦輪機軸可轉動地安裝在軸承上,其中,軸承點例如可特別是被硬化。驅動渦輪機輪優選在此在軸向方向上設置在兩個軸承點之間。這有利地使得軸承點之間具有大的軸向距離,這又會有利地產生顯著增大的傾斜剛度。這使得通過噴漆機器人操縱旋轉式噴霧器時具有明顯更高的機器人 加速度值,因此,對于非線性的噴漆路徑也可獲得更高的噴漆速度。渦輪機軸上的軸承點在此在軸向方向上具有某一軸承長度,而渦輪機軸具有某一軸直徑。對于根據本發明的渦輪機轉子,軸承長度優選在于與軸直徑之間具有一特殊比值,其中,該比值優選處于O. 8-1. 2的范圍內,其中,使值為I已經被證明是特別有利的。然而,本發明也可以使用其他值實施。還應提及的是,渦輪機軸優選是空心的,這在現有技術中是本身公知的。然而,優選地,空心渦輪機軸的軸內徑大到使渦輪機軸可接收具有至少兩個主針和至少兩個回流部的顏料管,而傳統的旋轉式噴霧器大部分僅具有一個主針和單個主針閥。相比,具有至少兩個主針閥的根據本發明的旋轉式噴霧器可實現非常低的顏料變換時間和損失,這是因為可在一個主針閥上噴漆,而待使用的下一顏料已經正被給送到第二主針閥。為了變換顏料,此時僅需要沖洗位于之前使用過的主針閥之后的下游的線區域。人們也可想到具有較小直徑的顏料管以用于簡單情況,即,未使用現有空間。而且,還可使空心渦輪機軸的軸內徑如此大而使得空心渦輪機軸可接收用于兩組分材料(例如,基本清漆和硬化劑)的兩個混合元件。因此,渦輪機軸的軸內徑優選處于20_40mm的范圍內。而且,應當提及的是,渦輪機軸在軸向方向上優選短于15cm、14cm或13cm,其中,軸承點優選具有大于3cm、6cm或IOcm的軸向距離。因此,本發明不僅要求保護作為單個構件的上面描述的根據本發明的渦輪機轉子。而且,本發明還要求保護一種用于裝配有這種渦輪機轉子的旋轉式噴霧器的完整的驅動渦輪機。而且,還請求保護一種具有根據本發明的軸向式渦輪機的旋轉式噴霧器和一種具有旋轉式噴霧器的噴漆機器人,該旋轉式噴霧器與現有技術不同,它包括軸向式渦輪機。根據本發明的驅動渦輪機優選特征在于,某一單位機械驅動功率,其中,單位驅動功率優選為O. 6Wmin/Nl、0. 7Wmin/Nl、0. 8Wmin/Nl或O. 9Wmin/Nl。在這個意義上,該單位機械驅動功率是驅動渦輪機的機械驅動功率與供入的驅動流體(例如,壓縮空氣)的體積流量之比。而且,根據本發明的驅動渦輪機的特征可在于,優選處于O. 7ff/g-l. 5ff/g的范圍內的單位機械驅動功率。在這個意義上,該單位機械驅動功率為驅動渦輪機的機械驅動功率與驅動渦輪機的質量之比。而且,單位機械驅動功率優選處于I. 5ff/cm3-10ff/cm3的范圍內,其中,在這個意義上,該單位機械驅動功率為驅動渦輪機的機械驅動功率與驅動渦輪機所需的結構空間之t匕。因此,軸向式渦輪機的根據本發明的使用有利地使得可達到比傳統的徑向式渦輪機所可達到的更大的功率密度。軸向式渦輪機用于驅動旋轉式噴霧器的根據本發明的原理使得可獲得1000W以上或1400W以上的驅動功率。而且,特別是對于40,000rpm-60, OOOrpm 的轉速和 800Nl/min_l,200Nl/min 的驅動流體(例如壓縮空氣)的體積流量,可實現大于50%、60%或70%的熱效率。而且,應提及的是,單位機械驅動功率可大于O. lW/mbar、0. 2W/mbar、0. 3ff/mbar或大于O. 4W/mbar,其中,在這個意義上,該單位機械驅動功率是機械驅動功率與入口出口壓力差之比。還已經如上所述,驅動流體(例如壓縮空氣)優選沿與噴射方向相反的方向流過軸 向式渦輪機,然而其中,驅動流體從機器人側供入。驅動流體的上述引導方法使得驅動流體需要偏轉,為此,優選設有偏轉環。然而,在本發明的優選的示例性實施例中,驅動空氣的偏轉僅部分在偏轉環中進行。因此,驅動流體優選與旋轉式噴霧器的轉動軸線成直角地進入偏轉環中,然后逆著旋轉式噴霧器的噴射方向離開偏轉環,以在驅動渦輪機輪上流動。在此,偏轉環僅使得產生大約90°的偏轉角度的偏轉。180°的總需求偏轉角度的剩余的90°此時可在驅動渦輪機外實現。然而,在本發明的范圍內,也可使偏轉環實現180°的總需求偏轉角度。而且,在本發明的優選示例性實施例中,偏轉環還具有另一功能偏轉使驅動流體在軸向式渦輪機的整個環形通流橫截面上均勻地分布,從而以這種方式實現均勻流動。而且,還具有以下可能性具有集成到偏轉環中的定子,所述定子例如可一體地模制到偏轉環上。而且,偏轉環也可形成密封件或包含單獨的墊圈,以密封偏轉環與至鐘杯的渦輪機軸之間的環形間隙。根據本發明的渦輪機還不僅配有之前已經詳細描述的根據本發明的渦輪機轉子,而且還優選配有渦輪機殼體和至少一個引導空氣管路,以向環供給引導空氣,其中,引導空氣管路優選至少部分穿過渦輪機殼體。而且,根據本發明的驅動渦輪機優選還具有軸承單元,渦輪機轉子可轉動地安裝在所述軸承單元中的軸承上。在本發明的優選的示例性實施例中,根據本發明的驅動渦輪機的一個特別之處在于,具有用于供給待施加的涂覆材料的顏料管,所述顏料管通過空心渦輪機軸突出且特別是通過螺紋連接固定到軸承單元。因此,與傳統的旋轉式噴霧器不同,軸承單元可直接與顏料管螺紋連接為一個單元。這使得可好得多地實現適當的公差和獲得包括到前側上的用于顏料管與渦輪機軸之間的組裝的定中工具,這是為了同心和平坦放置,從而在軸承單元與顏料管之間不會產生相對運動。根據本發明的驅動渦輪機還優選地包括包圍徑向軸承、偏轉環和/或渦輪機轉子的一部分的居間套筒。居間套筒優選由機械強度高的材料例如鋁、鋼或合金構成,而包圍殼體可由機械承載能力較差的材料例如塑料制成。在此,居間套筒優選還具有給之前已經詳細描述的偏轉環供給驅動流體的任務,其中,驅動流體所需偏轉的一部分也可在居間套筒內發生。
而且,在該優選的示例性實施例中,根據本發明的驅動渦輪機優選具有帶有多個引導片的至少一個定子環,其中,定子環以環形形狀包圍渦輪機軸,且設置在固定狀態下。根據本發明的驅動渦輪機優選具有用于將驅動渦輪機與旋轉式噴霧器機械和流體連接的新式軸承凸緣,驅動渦輪機安裝在旋轉式噴霧器中,所述旋轉噴霧器在安裝狀態下由驅動渦輪機驅動。根據本發明的新式軸承凸緣與現有的驅動渦輪機上的傳統的軸承凸緣之間具有以下區別各種連接部在兩個連接級上分布,其中,兩個連接級彼此軸向間隔開。第一連接級在此優選設置在近端側,即設置在機器人上或機器側。與此不同,第二連接級優選設置在遠端側,即設置在鐘杯側。第一連接級在此優選包含用于空氣供給、特別是用于引導空氣、驅動空氣、軸承空氣和制動器空氣的所有供給空氣連接部。另一方面,軸承凸緣的第二連接級包含用于空氣回流的所有排放空氣連接部。第一連接級在此優選大致以環的形狀形成,其中,供給空氣連接部設置在環的前面中并在環上分布。第二連接級中的排放空氣連接部此時優選大致設置在第一連接級的環內的中間處。而且,軸承凸緣的第二連接級優選具有導向鍵槽,以接收安裝在顏料管側的導向 鍵,以用于防止轉動和定中顏料管。而且,軸承凸緣的第二連接級可具有用于固定顏料管的至少一個螺紋組。而且,具有以下可能性軸承凸緣的第二連接級在其遠端側具有大致平面狀的接觸表面。而且,軸承凸緣優選地具有用于接收光學波導元件的至少一個接納孔眼,以探測驅動渦輪機的轉速,其中,用于光學波導元件的接納孔眼優選設置在第二連接級中。而且,還應提及的是,用于制動器空氣和/或軸承空氣的排放空氣連接部優選相對于(例如,用于電機驅動空氣和引導空氣的)其他排放空氣連接部徑向偏外設置。而且,還應提及的是,用于驅動空氣的排放空氣連接部優選比其他排放空氣連接部具有明顯更大的橫截面。
而且,軸承凸緣的第一連接級具有軸向對齊的裝配銷和/或用于這種裝配銷的軸向對齊的定位孔眼,以定位驅動渦輪機。而且,根據本發明的新式軸承凸緣優選還在連接部的密封方面與之前的類型不同。因此,軸向密封件(例如,O形環)優選地用于根據本發明的軸承凸緣中而不使用傳統使用的徑向密封的O形環。這可提供較大的管道橫截面。另一優點在于,傳統上使用的徑向密封的O形環需要擠入的接套,從而不需要提高根據本發明的軸承凸緣的組裝的簡易性。而且,還應提及的是,根據本發明的旋轉式噴霧器優選承載具有處于30_80mm范圍內的某一直徑的鐘杯,其中,渦輪機或鐘杯軸的外徑處于24-28_的范圍內。因此,在本發明的范圍內,致力于在鐘杯直徑與軸直徑之間實現特別有利的比值,其中,該比值優選處于I. 07-3. 33的范圍內。最后,還應提及的是,與其他技術特征和構件無關,本發明請求保護之前描述的各個構件(例如,居間套筒、軸承單元、定子環、偏轉環、軸承凸緣等)。
本發明的其他有利的進一步的改進記載在從屬權利要求中,或下面通過參看附圖對本發明的優選的示例性實施例所作的描述而被更詳細地解釋;附圖如下圖I是用于驅動旋轉式噴霧器的根據本發明的軸向式渦輪機的示意圖;圖2是用于解釋將用于軸向式渦輪機的多個轉子環組裝在渦輪機軸上的示意性透視圖;圖3是用于驅動旋轉式噴霧器的根 據本發明的軸向式渦輪機的一個示例性實施例的分解視圖;圖4是根據圖3的驅動渦輪機的前部區域的剖視圖;圖5是圖3和4的驅動渦輪機的渦輪機殼體的剖切透視圖;圖6是根據圖4和5的驅動渦輪機的居間套筒的剖切透視圖,其中已經具有安裝在居間套筒中的徑向軸承和偏轉環;圖7是驅動渦輪機本身的剖切透視圖,其中,驅動渦輪機包括多個定子環和多個轉子環;圖8是圖3-7的驅動渦輪機的徑向軸向軸承的剖切透視圖;圖9是圖3-8的具有制動器的驅動渦輪機的渦輪機軸的剖切透視圖;圖10是渦輪機葉片的葉片幾何形狀的示意圖;圖11是具有圖3-9的驅動渦輪機的根據本發明的旋轉式噴霧器的側視圖;圖12A是具有多個連接部的驅動渦輪機的軸承凸緣的前視圖;以及圖12B是驅動渦輪機的軸承凸緣的輕微傾斜的透視圖。
具體實施例方式圖I示出了用于驅動渦輪機軸2的根據本發明的驅動渦輪機I的示意圖,在操作過程中,所述驅動渦輪機軸2在其遠端上承載傳統鐘杯3。與傳統徑向式渦輪機不同,驅動渦輪機I被形成為軸向式渦輪機。這意味著,驅動空氣沿軸向方向流過軸向式渦輪機。為此,驅動渦輪機I具有多個轉子環4、5、6,所述多個轉子環可被收縮套裝到渦輪機軸2的外側向表面上,下面將參看圖2更詳細地對此進行描述。而且,驅動渦輪機I具有多個定子環7、8,所述多個定子環分別設置在兩個相鄰的轉子環4-6之間。在此,驅動空氣在機器人側供入且初始在驅動渦輪機I外沿軸向方向流動到偏轉環9,所述偏轉環9使驅動空氣偏轉180°且將驅動空氣導入第一轉子環4中。還應提及的是,驅動渦輪機I的環形通流橫截面在流動方向上(即在圖中從左到右)增大。而且,顯見的是,轉子環4、5、6的葉片的基本直徑是恒定的,但轉子環4、5、6的葉片高度不同,以在流動方向上實現增大的通流橫截面。從圖2中也是示意性的圖示可以顯見,轉子環5、6可沿軸向方向簡單地滑動到渦輪機軸2上,以將轉子環5、6安裝在渦輪機軸2上。已被安裝的轉子環5、6然后可例如借助于擠壓配合或通過熱收縮裝配固定到渦輪機軸2上。下面,參看圖3-9描述根據本發明的驅動渦輪機10的一個優選的示例性實施例,其中,驅動渦輪機10具有渦輪機殼體11、具有徑向軸承13和偏轉環14的居間套筒12、具有定子環和轉子環的渦輪機單元15、徑向-軸向軸承16、具有模制在其上的制動器渦輪機輪18的渦輪機軸17、間隔環19和軸承凸緣20。下面,首先將參看圖4和5中的透視圖描述渦輪機殼體11的結構和功能。應首先提及的是,渦輪機殼體11在其前側具有多個引導空氣噴嘴,其中,引導空氣噴射流可通過引導空氣噴嘴21施加,以形成通過鐘杯發出的噴射流,這在現有技術中是本身公知的。在該示例性的實施例中,渦輪機殼體11包括機械穩定材料(例如鋁合金),且部分被由塑料制成的蓋11’包圍。在渦輪機殼體11的前部區域中具有電穿過接觸裝置22,其與居間套筒12中的被合適設計的穿過接觸裝置23 (也參看圖6)相互作用,且使得可電接觸。下面,將首先參看圖4和6中的透視圖來描述居間套筒12的結構和功能。
在前部區域,居間套筒12承載徑向軸承13,以將渦輪機軸17安裝在軸承中。在軸向方向上在徑向軸承13之后是偏轉環14,所述偏轉環14具有使以直角徑向達到偏轉環14的驅動空氣偏轉到后部的任務,使得驅動空氣進入軸向上設置在偏轉環14之后的渦輪機單元15中,其中,渦輪機單元15未在圖6中示出。然而,從圖4和6可以相當清楚地看出,居間套筒12具有在其圓周上分布的多個徑向孔24,被合適設計的埋頭螺釘可擰入到所述多個徑向孔24中,以將渦輪機單元15在軸向方向上固定就位,這特別是清楚地示于圖4中。下面將參看圖4和7中的透視圖描述渦輪機單元15的結構和功能。因此,在該示例性實施例中,渦輪機單元15包括多個轉子環25、26、27,所述多個轉子環25、26、27設置在渦輪機軸17上,且以不可扭轉的方式與渦輪機軸17連接。轉子環25、27被多個定子環28、29包圍,其中,定子環28、29在操作過程中被固定地安裝而不轉動。而且,從圖7可以清楚地看出,渦輪機單元15具有在流動方向上以擴展角度α擴展的環形通流橫截面,使得設置在下游的轉子環27的通流橫截面大于設置在上游的轉子環25的通流橫截面。從流體動力學角度看,這是非常有益的,因為驅動空氣從一個階段到下一個階段通過流過渦輪機單元而膨脹。該擴展角度α例如可處于5° -10°的范圍內,且通過流體動力學方面考慮因素確定。下面,將參看圖4和9中的透視圖描述渦輪機軸17的功能和結構。渦輪機軸17在其遠端分別在內側和外側具有環形凹槽30、31,所述環形凹槽用于組裝鐘杯。然而,作為一種替代方式,也可使渦輪機軸17在其遠端上具有內螺紋,鐘杯可旋擰到所述內螺紋上。而且,渦輪機軸17具有兩個軸承點32、33,渦輪機軸在該兩個軸承點上安裝在徑向軸承13或徑向-軸向軸承16中。最后,渦輪機軸17具有模制在其上的制動器渦輪機輪18,以便能夠盡可能快速地制動上面安裝有鐘杯的渦輪機軸17。制動器渦輪機輪18在此被形成為佩爾頓沖擊式渦輪機輪,因此具有許多渦輪機葉片,所述許多渦輪機葉片被形成用于驅動空氣的徑向流動,這一點在現有技術中是眾所周知的。需要在此提及的是,制動器渦輪機輪18在軸向方向上設置在軸承點32、33外側。與此不同,驅動渦輪機10的渦輪機單元15在安裝狀態下軸向上設置在兩個軸承點32、33之間。而且,圖10示出了具有前邊緣35和后邊緣36的渦輪機葉片34的示意圖。渦輪機葉片34的前邊緣35在此相對于示意性地示出的軸向方向37傾斜近似70°的輸入角度ain0而且,渦輪機葉片34的后邊緣36還相對于軸向方向37以輸出角度awt傾斜,其中,所述輸入角度a in近似等于輸出角度α_。最后,圖11示出了根據本發明的旋轉式噴霧器38,其具有示意性示出的驅動渦輪機10,該驅動渦輪機10驅動鐘杯39。而且,在該圖中示意性地示出了閥單元40。最后,該圖示出了用于從外部使由鐘杯39噴出的涂覆劑帶電的電極環41。下面,將參看圖12Α和12Β描述軸承凸緣20的結構和功能,該軸承凸緣20已經在圖3中以透視圖示出。 在此,可以指出,軸承凸緣20具有兩個連接級El、Ε2,所述連接級彼此軸向上間隔開,這可從圖3看出。在此,第一連接級El包含所有供給空氣連接部LL1-LL3、ML1-ML2、BR1和MLLl,即,用于引導空氣、電機空氣或驅動空氣、電機軸承空氣和制動器空氣。另一方面,第二連接級E2包含所有排放空氣連接部AL_MLL1、AL_ML、AL_BR1。還應提及的是,第一連接級El近似以環的形狀形成,其中,各種供給空氣連接部LL1-LL3、ML1-ML2、BR1和MLLl設置在環的前面中。與此不同,在設置在遠端側的第二連接部級E2中,排放空氣連接部AL_MLL1、AL_ML、AL_BR1大致在第一連接級El的環內設置在中間處。軸承凸緣20還包括用于渦輪機的螺紋嵌入部GWE_T、用于顏料管的螺紋嵌入部GWE_FR、用于探測轉速的光學波導元件的孔眼LWL以及導向鍵PF和定中銷ZS。而且,重要的是,各種供給空氣連接部LL1-LL3、ML1-ML2、BR1和MLLl和排放空氣連接部AL_MLL1、AL_ML、AL_BR1不是通過徑向密封的O形環密封,這一點與傳統的軸承凸緣不同,而是通過軸向(平坦地)密封的O形環密封。這提供了可實現較大的管道橫截面的優點。而且,由于省去了徑向密封的O形環通常所需的螺紋接套而提高了組裝的舒服性。本發明并不局限于上述的優選的示例性實施例。相反,利用本發明的概念、從而落入保護范圍內的多種變型和修改也是可以的。特別地,本發明也要求保護從屬權利要求的主題,與它們所引用的在前的權利要求的主題無關。附圖標記列表I 驅動渦輪機2 渦輪機軸3 鐘杯4 轉子環5 轉子環6 轉子環7 定子環8 定子環9 偏轉環
10驅動渦輪機11渦輪機殼體Ili蓋12居間套筒13徑向軸承14偏轉環15渦輪機單元16徑向-軸向軸承 17渦輪機軸18制動器渦輪機輪19間隔環20軸承凸緣21引導空氣噴嘴22穿過接觸23穿過接觸24徑向孔眼25轉子環26轉子環27轉子環28定子環29定子環30環形凹槽31環形凹槽32軸承點33軸承點34渦輪機葉片35渦輪機葉片的前邊緣36渦輪機葉片的后邊緣37軸向方向38旋轉式噴霧器39鐘杯40閥單元41電極環α通流橫截面的擴展角度a in渦輪機葉片的輸入角度Qout渦輪機葉片的輸出角度LLl用于引導空氣的供給空氣連接部ILL2用于引導空氣的供給空氣連接部2LL3用于引導空氣的供給空氣連接部3
MLl 用于電機空氣的供給空氣連接部IML2用于電機空氣的供給空氣連接部2GWE_T用于渦輪機的螺紋嵌入部GWE_FR用于顏料管的螺紋嵌入部El第一連接級E2第二連接級AL_MLL1用于電機軸承空氣的排放空氣連接部IAL_ML用于電機空氣的排放空氣連接部
AL_BR1用于制動器空氣的排放空氣連接部IBRl用于制動器空氣的供給空氣連接部IMLLl用于電機軸承空氣的供給空氣連接部ILffL用于光學波導元件的孔眼PF導向鍵ZS定中銷
權利要求
1.一種用于旋轉式噴霧器(38)的驅動渦輪機(I ;10)的渦輪機轉子(17,25,26,27),具有 a)可轉動地被支撐的渦輪機軸(2;17),其可加裝鐘杯(3 ;39),以及 b)具有多個渦輪機葉片(34)的至少一個驅動渦輪機輪(4-6;25-27),其中,驅動渦輪機輪(4-6 ;25-27)的渦輪機葉片(34)在操作過程中使驅動流體流過它們,以驅動渦輪機轉^(17,25,26,27) 其特征在于 c)驅動渦輪機輪(4-6;25-27)被設計用于使驅動流體軸向流過渦輪機葉片(34)。
2.如權利要求I所述的渦輪機轉子(17,25,26,27),其特征在于 a)多個驅動渦輪機輪(4-6;25-27)軸向方向上一個設置在另一個之后,其中,各個驅動渦輪機輪(4-6 ;25-27)分別具有多個渦輪機葉片(34),所述多個渦輪機葉片(34)被設計用于使驅動流體沿軸向流過渦輪機葉片,和/或 b)驅動渦輪機輪(4-6;25-27)在軸向方向上總共延伸某一驅動長度,且設置在具有某一外徑的渦輪機殼體(11)中,其中,渦輪機殼體(11)的外徑與驅動長度的比值大于O. 4、O.5,0. 6 或 O. 625 和 / 或小于 1,0. 9,0. 8 或 O. 780,和 / 或 c)驅動潤輪機輪(4-6;25-27)在軸向方向上總共延伸某一驅動長度,且被具有某一最大外徑的定子環(7,8 ;28,29)包圍,其中,定子環(7,8 ;28,29)的外徑與驅動長度大于O. 4和/或小于O. 5。
3.如前面權利要求中任一所述的渦輪機轉子(17,25,26,27),其特征在于 a)驅動渦輪機輪(4-6;25-27)的渦輪機葉片(34)在徑向方向上在徑向內葉片邊緣與徑向外葉片邊緣之間具有某一葉片高度, b)葉片高度大于O. 5mm、1mm、2mm、5mm 和 / 或小于 60mm、50mm、25mm、20mm、15mm、10mm,和/或 c )驅動渦輪機輪(4-6 ; 25-27 )具有不同的葉片高度,其中,葉片高度在流動方向上和/或逆著旋轉式噴霧器(38)的噴射方向增大,和/或 d)為此,驅動渦輪機輪(4-6;25-27)的渦輪機葉片(34)被設計成使驅動流體逆著旋轉式噴霧器(38)的噴射方向流過渦輪機葉片(34),或 e)為此,驅動渦輪機輪(4-6;25-27)的渦輪機葉片(34)被設計成使驅動流體沿旋轉式噴霧器(38)的噴射方向流過渦輪機葉片(34)。
4.如前面權利要求中任一所述的渦輪機轉子(17,25,26,27),其特征在于 a)渦輪機葉片(4-6;25-27)的葉片高度與渦輪機軸(2 ;17)的直徑之間的某一比值,其中,該比值大于O. 01,0. 012或O. 015和/或小于3、2. 5、2、1. 5、1或O. 5,和/或 b)葉片的某一基本直徑,其中,葉片的基本直徑是恒定的,和/或 c)驅動渦輪機輪(4-6;25-27)的某一葉片密度,其中,葉片密度大于每個驅動渦輪機輪(4-6 ;25-27)上15、17或19個渦輪機葉片(34)和/或小于每個驅動渦輪機輪(4_6 ;25-27)上80、70或60個渦輪機葉片(34),和/或 d)驅動渦輪機輪(4-6;25-27)具有不同的葉片密度,和/或 e)驅動渦輪機輪(4-6;25-27)的葉片密度在流動方向上從一個驅動渦輪機輪(4_6 ;25-27)到下一驅動渦輪機輪(4-6 ;25-27)增大,或f)驅動渦輪機輪(4-6 ;25-27)的葉片密度在逆著流動方向的方向上從一個驅動渦輪機輪(4-6 ;25-27)到下一驅動渦輪機輪(4-6 ;25_27)增大。
5.如前面權利要求中任一所述的渦輪機轉子(17,25,26,27),其特征在于 a)驅動渦輪機輪(4-6;25-27)被設計為單部件式或多部件式環,所述單部件式或多部件式環可移除地設置在渦輪機軸(2 ;17)上,和/或 b)渦輪機軸(2;17)上的環特別是借助于擠壓配合或通過熱收縮裝配夾持到渦輪機軸上,和/或c)驅動渦輪機輪(4-6;25-27)的渦輪機葉片(34)通過創成式制造過程產生,和/或 d)驅動渦輪機輪(4-6; 25-27 )和渦輪機軸(2 ; 17 ) —體地形成,特別是通過對渦輪機軸(2 ;17)的材料坯進行加工形成。
6.如前面權利要求中任一所述的渦輪機轉子(17,25,26,27),其特征在于 a)制動器渦輪機輪(18)設有多個渦輪機葉片(34),其中,制動器渦輪機輪(18)的渦輪機葉片(34)在操作過程中能使制動器流體流過它們,以便制動渦輪機轉子,和/或 b)制動器渦輪機輪(18)被設計成用于使制動器流體徑向流動,和/或 c)制動器渦輪機輪(18)是佩爾頓沖擊式渦輪機輪,和/或 d)制動器渦輪機輪(18)在軸向方向上設置在兩個軸承點(32,33)之間或設置在軸承點(32,33)外側,和/或 e)制動器渦輪機輪(18)比驅動渦輪機輪(4-6;25-27)具有明顯大的直徑。
7.如前面權利要求中任一所述的渦輪機轉子(17,25,26,27),其特征在于,驅動渦輪機輪的和/或制動器渦輪機輪(18)的渦輪機葉片(34)分別具有 a)對稱的輪廓, b)半對稱的輪廓, c)S的兩個轉彎之間的輪廓,或 d)錐形輪廓。
8.如前面權利要求中任一所述的渦輪機轉子(17,25,26,27),其特征在于 a)驅動渦輪機輪的和/或制動器渦輪機輪(18)的渦輪機葉片(34)分別具有前邊緣(35),所述前邊緣相對于渦輪機轉子的轉動軸線(37)以某一輸入角度(ain)布置,和/或 b)驅動渦輪機輪的和/或制動器渦輪機輪(18)的渦輪機葉片(34)分別具有后邊緣(36),所述后邊緣相對于渦輪機轉子的轉動軸線(37)以某一輸出角度(a-)布置,和/或 c)輸入角度(ain)和輸出角度(a QUt)的總和大于90° >100°或110。和/或小于160。、150。或 145。,和 / 或d)輸出角度(α_)等于輸入角度(a in)且允許具有±10°或±5°的公差范圍,和/或 e)輸出角度(α_)大于55°、60°或65°和/或小于85°、80°或75°。
9.如前面權利要求中任一所述的渦輪機轉子(17,25,26,27),其特征在于 a)新式渦輪機轉子具有某一單位轉速ns,所述單位轉速ns可使用以下公式計算
10.如前面權利要求中任一所述的渦輪機轉子(17,25,26,27),其特征在于 a)渦輪機軸(2;17)具有多個軸承點(32,33),用于將渦輪機軸(2 ;17)可轉動地安裝在相應的軸承中,和 b)驅動渦輪機輪(4-6;25-27)在軸向方向上設置在兩個軸承點(32,33)之間。
11.如前面權利要求中任一所述的渦輪機轉子(17,25,26,27),其特征在于 a)渦輪機軸(2;17)的軸承點(32,33)分別在軸向方向上具有某一軸承長度,和 b)渦輪機軸(2;17)具有某一軸直徑,和 c)軸承長度與軸直徑之間具有一特殊比值,和 d)該比值大于O.6、0. 7或0.8和/或小于I. 4、I. 3或1.2。
12.如前面權利要求中任一所述的渦輪機轉子(17,25,26,27),其特征在于 a)渦輪機軸(2;17)是空心的,且具有足以接收具有兩個主針和兩個回流部的顏料管的軸內徑,和/或 b)渦輪機軸(2;17)是空心的,且具有足以接收用于兩種組分材料的兩個混合元件的軸內徑,和/或 c)潤輪機軸(2;17)是空心的,且具有大于18mm、19mm或20mm和/或小于22mm、21mm或20mm的軸內徑。
13.如權利要求9-12中任一所述的渦輪機轉子(17,25,26,27),其特征在于 a)軸承點(32,33)之間具有大于3cm、6cm或IOcm的軸向距離,和/或 b)潤輪機軸(2;17)在軸向方向上短于15cm、14cm或13cm。
14.一種用于旋轉式噴霧器(38)的驅動渦輪機(I ;10),其具有前面權利要求中任一所述的渦輪機轉子(17,25,26,27)。
15.如權利要求14所述的驅動渦輪機(I;10),其特征在于 a)作為驅動渦輪機的機械驅動功率與供入的驅動流體的體積流量的比值的某一單位機械驅動功率,其中,該單位機械驅動功率大于O. 6ffmin/Nl>0. 7ffmin/Nl>0. 8ffmin/Nl或O.9Wmin/Nl,和 / 或 b)作為驅動渦輪機的機械驅動功率與驅動渦輪機(I;10)的質量的比值的某一單位機械驅動功率,其中,該比值大于O. 7W/g、0. 8W/g、0. 9ff/g或lW/g和/或小于2W/g、l. 7W/g、.1.6W/g 或 1.5W/g,和 / 或 c)作為驅動渦輪機的機械驅動功率與驅動渦輪機(I;10)所需的結構空間的比值的某一單位機械驅動功率,其中,該比值大于I. 5W/cm3、2W/cm3或I. 5ff/cm3和/或小于10W/cm3、6ff/cm3>4. 5W/cm3,和 / 或 d)機械驅動功率大于1000W、1200W、1300W 或 1400W 和 / 或小于 100kW、50kW、25kW、10kW、5kW 或 2kW,和 / 或 e)特別是對于40,000rpm-60,OOOrpm的轉速和800Nl/min_l,200Nl/min的驅動流體的體積流量,大于50%、60%或70%的熱效率,和/或f)作為機械驅動功率與入口出口的壓力差的比值的單位機械驅動功率大于O. 1,0. 2、O.3 或 O. 4W/mbar。
16.如權利要求14或15所述的驅動渦輪機(I;10),其特征在于 a)驅動渦輪機(I;10)具有偏轉環(9 ;14),以便使驅動流體產生偏轉,其中,驅動流體沿橫向方向、特別是與旋轉式噴霧器(38)的噴射方向成直角地進入偏轉環(9 ;14)中,且逆著旋轉式噴霧器(38)的噴射方向從偏轉環(9 ;14)出來,以流過驅動渦輪機輪(4-6 ;25-27),和 / 或 b)驅動渦輪機輪(4-6;25-27)具有環形通流橫截面,且偏轉環(9 ;14)在整個環形通流橫截面上均勻地分布驅動流體,和/或 c)偏轉環(9;14)與定子成一個整體和/或模制成一體,和/或 d)偏轉環(9;14)構成密封件或包含單獨的密封件,以密封偏轉環(9 ;14)與至鐘杯(3 ;39)的渦輪機軸(2 ;17)之間的環形間隙。
17.如權利要求14-16中任一所述的驅動渦輪機(I;10),其特征在于,驅動渦輪機(I ;10)具有 a)渦輪機殼體(11),和 b)至少一個引導空氣管路,以給引導空氣環供給引導空氣,從而成形由旋轉式噴霧器(38)排放的噴射流,其中,引導空氣管路至少部分穿過渦輪機殼體(11)。
18.如權利要求14-17中任一所述的驅動渦輪機(I;10),其特征在于,驅動渦輪機(I ;10)具有 a)用于可轉動地安裝渦輪機轉子的軸承單元,和 b)用于供給待施加的涂覆材料的顏料管,其中,顏料管通過空心渦輪機軸(2;17)突出,且特別是通過螺紋連接固定到軸承單元,和/或 c)用于將顏料管定中于空心渦輪機軸(2;17)中的可調節的定中裝置。
19.如權利要求14-18中任一所述的驅動渦輪機(I;10),其特征在于,驅動渦輪機(I ;10)具有用于接收徑向軸承(13)和/或偏轉環(9 ;14)和/或渦輪機轉子的一部分的居間套筒(12)。
20.如權利要求19所述的驅動渦輪機(I;10),其特征在于, a)設有渦輪機殼體(11),其中,渦輪機殼體(11)由塑料制成,而居間套筒(12)由金屬、特別是鋁制成,和/或 b)居間套筒(12)給偏轉環(9;14)供給驅動流體,和/或 c)居間套筒(12)使驅動流體偏轉,其中,驅動流體沿噴射方向進入居間套筒(12)中,且沿橫向方向、特別是與噴射方向成直角地從居間套筒(12)向內出來并傳到偏轉環(9;14)中。
21.如權利要求14-20中任一所述的驅動渦輪機(I;10),其特征在于,驅動渦輪機(I ;10)具有帶有多個引導片的至少一個定子環(7,8 ;28,29),其中,定子環(7,8 ;28,29)以環形形式環繞著渦輪機軸(2 ;17)且設置在固定狀態下。
22.如權利要求14-21中任一所述的驅動渦輪機(I;10),其特征在于 a)驅動渦輪機(I ;10)配有軸承凸緣(20),以便將驅動渦輪機(I ;10)與旋轉式噴霧器(38)機械和流體地連接在一起,驅動渦輪機(I ;10)安裝在所述旋轉式噴霧器中,和/或b)軸承凸緣(20)具有位于連接側的第一連接級(El)和第二連接級(E2),和/或 c)軸承凸緣(20)的第一連接級(El)與第二連接級(E2)軸向間隔開,和/或 d)軸承凸緣(20)的第一連接級(El)設置在近端側,第二連接級(E2)設置在遠端側,和/或 e)軸承凸緣(20)的第一連接級(El)包含用于供入空氣、特別是弓I導空氣、驅動空氣、軸承空氣和制動器空氣的所有供給空氣連接部(LL1-LL3、ML1-ML2、BR1、MLL1),和/或 f)軸承凸緣(20)的第二連接級(E2)包含用于空氣回流的所有排放空氣連接部(AL_MLLl、AL_ML、AL_BR1),和 / 或 g)軸承凸緣(20)的第一連接級(El)主要以環的形狀形成,其中,供給空氣連接部(LL1-LL3、ML1-ML2、BRl、MLLl)設置在環的前面中并在環上分布,和/或 h)第二連接級(E2)中的排放空氣連接部(AL_MLL1、AL_ML、AL_BR1)主要在第一連接級(El)的環內設置在中間處,和/或 i)軸承凸緣(20)的第二連接級(E2)具有導向鍵槽,以接收安裝在顏料管側的導向鍵(PF),以便防止顏料管轉動和定中顏料管,和/或 j)軸承凸緣(20)的第二連接級(E2)配有至少一個螺紋組(GWE_T、GWE_FR),用于固定顏料管,和/或 k)軸承凸緣(20)的第二連接級(E2)具有在其遠端側的大致平面狀的接觸表面,和/或 I)軸承凸緣(20)特別是在第二連接級中配有至少一個接納通孔(LWL),用于接收光學波動元件,以探測驅動渦輪機的轉速,和/或 m)用于制動器空氣和/或軸承空氣的排放空氣連接部(AL_MLL1、AL_BR1)相對于其他排放空氣連接部(AL_ML)徑向偏外設置,和/或 η)用于驅動空氣的排放空氣連接部(AL_ML)優選比其他排放空氣連接部(AL_MLL1、AL_BR1)具有明顯大的橫截面面積,和/或 ο)軸承凸緣的第一連接級(El)配有軸向對齊的裝配銷和/或用于這種裝配銷的軸向對齊的定位孔眼,以定位驅動渦輪機,和/或 P)排放空氣連接部(LL1-LL3、ML1-ML2、BRl、MLLl)和/或排放空氣連接部(AL_MLL1、AL_ML、AL_BR1)通過軸向密封件密封。
23.一種根據權利要求19或20所述的作為單個構件的居間套筒(12)、軸承單元、驅動渦輪機輪(4-6 ;25-27)、偏轉環(9 ;14)、定子環(7,8 ;28,29)或軸承凸緣(20)。
24.一種旋轉式噴霧器(38),具有根據權利要求14-21中任一所述的驅動渦輪機(I ;10)。
25.軸向式渦輪機用于驅動旋轉式噴霧器(38)的用途。
全文摘要
本發明涉及一種用于旋轉式噴霧器(38)的驅動渦輪機(10)的渦輪機轉子(17),包括可轉動地被支撐的渦輪機軸(17),其可加裝鐘杯;以及具有多個渦輪機葉片(34)的至少一個驅動渦輪機輪(4-6;25-27),其中,驅動渦輪機輪的渦輪機葉片在操作過程中使驅動流體流過它們,以驅動渦輪機轉子(17)。本發明提出,驅動渦輪機輪被設計用于使驅動流體軸向流過渦輪機葉片。本發明還涉及一種具有這種渦輪機轉子的完整的驅動渦輪機(10)和一種完整的旋轉式噴霧器以及根據本發明的驅動渦輪機(10)的各個構件。
文檔編號B05B3/10GK102834183SQ201180017431
公開日2012年12月19日 申請日期2011年3月2日 優先權日2010年3月31日
發明者M·鮑曼, M·弗賴, F·赫勒, B·塞茨, H·克魯瑪, T·貝爾, S·舍爾, J·希夫曼 申請人:杜爾系統有限責任公司