專利名稱：靜電粉末涂覆的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于靜電粉末涂覆的裝置，在這個過程中，一個物品首先被涂覆上粉末，這是由于將該物品接地并將充電的粉末噴涂該物品而實現的。由于靜電的吸力，該充電的粉末得以沉積覆蓋在要涂覆的物品上。接著，該涂覆了粉末的物品被運輸或轉送到一個烘箱中，在該烘箱中，該物品被加熱以使粉末熔化和固化來形成一層牢固地粘著的保護膜。
靜電粉末涂覆裝置需將流態化的粉末輸送到一個噴涂頭上，進行靜電充電并從該噴涂頭上施加到該物品上。在已知的涂覆裝置中(粉末噴涂槍)，粉末在一個容器中被流態化并用壓縮空氣將之運送到該噴涂頭(槍)上去。粉末用一個導流器，一個噴霧器或其它形式的噴涂器來施加到物品上去。這種粉末是用高強度的尖頭電極進行電暈充電或者進行摩擦充電，單獨使用其中之一或兩者結合都可，以達到靜電充電。在靜電場的吸力、氣力以及粉末自身的沖力作用之下，這些粉末顆粒被傳送到該物品上去了。從噴涂頭噴射出來的細的粉末在該物品的平面中以一種限定的扇狀形式涂覆到涂物品的表面上去。但有各種限制，例如從電暈充電導致的法拉第筒效應(Faradaycageeffect)以及由于摩擦充電而導致的粉末的化學組成。
該粉末涂覆工藝是手工的或自動的，利用諸如往復運動器的機械裝置，這取決于在一個規定期間內要加以涂覆的物品的大小和數量。
一個對于氣力粉末噴涂的替代辦法是利用一個靜電流態化床，物品被置入一個流態化的粉末床中去，而涂覆只是在靜電場中實施的(不再使用空氣將粉末送到物品上去)。這個工藝也可為手工或自動化形式。
以上兩種已知的工藝，使用壓縮空氣氣力的噴涂槍以及使用單純的靜電吸力的流態化床，都有它們的優點和限制。但是，氣力式較之流態化床遠為通用。
氣力涂覆通常具有最佳粉末通過量為200克/分，但其最大輸出值可達500克/分，其充電效率和轉送效率是低的。為了要達到在物品的兩對面進行涂覆，最少需要兩根槍從兩對面進行涂覆。用于具有四個面的工件，有時要用四個涂覆器并帶有轉位裝置。自動涂覆器將在垂直方向往復運動以覆蓋物品的整個高度。為了配合物品的速度、運行時間和它的高度或形狀，當物品面對涂覆器的時間是很短暫時，要使用的涂覆器數量可能為較多的。由于分配粉末的氣動力的小的分力的作用可能使得常常是重量輕的那些物品發生強烈的振蕩。
在流態化床涂覆的情況下，對于復雜形狀的那些物品，法拉第筒效應是一個主要的限制。一個進一步的缺點是涂覆的厚度，因此而最后涂覆層的厚度對于高度約為50毫米以上的物品將變得成為不能接受的程度。
本發明的目的是提供一種非氣動力的粉末噴涂器，它能以最佳的效率來配送粉末達到1公斤/分，甚至達到2公斤/分，這樣就在那些要涂覆大的表面面積的地方能替代若干個噴涂槍。本發明提供了一種設備，在其中物品能在噴涂帶中保持一個可觀的長時間，這樣就可將所有物品表面以及全部物品長度(高度)暴露在一個單獨的涂覆器面前。該涂覆器的一個更為新穎性的特點是物品與涂覆器之間的距離在粉末涂覆過程中始終保持不變，這不像氣力涂覆器的情況那樣，在那里與在傳送帶上的物品的距離是不斷變化的。
由于不是氣動力的，那些小的物品的發生的振蕩基本上或者完全可被避免。
具體地說，本發明提供了一種用于靜電粉末涂覆的裝置，包括一個涂覆室，該涂覆室在其上部有一個環行狀的輸送帶，該輸送帶的部分路線形成了基本上是封裝的彎道，改進之處在于包括提供了一個粉末噴涂組件，該組件有一個位于所述彎道內的旋轉的垂直軸線從而懸掛在輸送帶上要涂覆的物品被置于粉末噴涂的路線中。
根據本發明，該裝置不再用壓縮空氣氣動力而用離心力來將粉末顆粒配送到要涂覆的物品上去。粉末被靜電充電然后在沒有一個強大的靜電場情況下被配送，這就減少了法拉第筒效應。再者，裝帶在輸送帶上或類似的機械裝置上的物品繞著該粉末涂覆組件轉圈以致它們之間的距離在噴涂期間保持不變。物品的所有各面由于將之轉位而都能暴露出來，而物品停留在該粉末涂覆區域或噴涂帶的時間可達到足夠長，從而對于涂覆長的垂直伸展的物品時增加了涂覆的靈活性。
這樣，本發明提供了一種有實際價值的自動粉末涂覆裝置，該裝置更為有效，有一個大的粉末通過量，噴涂室的空間所需較少，由于不再需要往復運動器和氣力涂覆器而不大復雜，所有這些優點適用于不論物品是小或大的。
在一個具體的最佳實施例中，該輸送帶可具有兩個彎道，也即以上所述的S形。這樣使得要進行涂覆的物品不再需要將之圍繞一個垂直軸繞轉位或旋轉了，從而獲得了穩定的較高生產率，同時保持著操作的高效率。
根據本發明的典型的靜電粉末涂覆裝置包括一個密閉室，其中該室的上部有一個馬達驅動的環行狀的輸送帶，并在環行道的一個彎道中心有一個粉末涂覆組件，該組件包括一個旋轉的葉輪，該葉輪以一個固定的角速度進行旋轉并能沿著其旋轉中心線作往復運動。該旋轉的葉輪通過一個噴嘴組件來接納已被靜電充電的粉末，該噴嘴組件則通過一個粉末喂給管道接收到流態化的粉末。該噴嘴組件被固定到一個電絕緣的罩殼上。所述葉輪以一個固定的速度旋轉著，并根據要涂覆的物品來選擇一個直線速度在垂直方向上作往復運動。根據要涂覆物品的高度，所述往復運動的垂直行程的長度也能隨之改變。這個行程長度應較之所述物品的全長至少大出50毫米。
離開葉輪的粉末顆粒由于以下四種力量被散射到要涂覆的物品上a)離心力b)空氣動力c)靜電場吸力d)沖力a)離心力傳遞到粉末顆粒上的離心力是由于葉輪的旋轉所致。任何在切線方向的滑動量被裝在葉輪內的徑向翅片所減弱。
所述已充電的粉末被喂入到旋轉的葉輪中去并由于離心力而作基本上是徑向的均勻噴射，但沒有任何切向的滑動量，這是由于配置了一個向上的斜面θ1而達到的。角度θ1的上限是一個靜止角，在這個靜止角時，粉末的徑向運動將被遲緩下來，這樣就可完成粉末的積聚然后將之均勻分配到若干個翅片中去。于是θ1的角度將被選擇為低于該靜止角，例如大致為0至30度。達到最佳的粉末均勻分配而不致造成過份的積聚的角度大致為10度。
徑向翅片Z的數量是從埃克推薦值(Eckrecommendations)導出Z=8.5Sin B21d1d2= 18]]>以及從斯梯潘諾夫推薦值(Steppenhoffrecommendations)導出Z＝1/3 B2＝30從以上的兩者之間的數值經綜合考慮后選出實際使用的較好平均值為Z＝(18+30)/2＝24其中，在這些公式中，B2＝葉片的出口角＝90度d1＝葉片部的內徑d2＝葉片部的外徑用于徑向葉片的較好選擇是流線型的。
這些徑向葉片的角速度被傳送到粉末顆粒上去并由于離心力的作用這些粉末顆粒在所述葉輪的底部表面上開始徑向移動并獲致一個足夠的射出速度得以在要涂覆的物品上附著下來。
b)空氣動力當所述旋轉著的葉輪上的翅片將空氣作徑向噴射時，這將導致在葉輪的中心部產生一個低于大氣壓的壓力，這又產生了一個軸向的空氣流。空氣通過葉輪軸與圓柱形罩殼之間的空間被抽吸來用于運送粉末顆粒到要涂覆的物品上去。空氣離開葉輪的速度是可調節的以使它將不致于給小的物品造成任何大的振蕩，但又足以克服所述法拉第筒效應。
c)靜電場吸力粉末通過一個噴嘴組件被喂入到所述葉輪中。該噴嘴組件由32個電極所組成，并被連接到一個高電壓發電器，該發電器產生100仟伏負電壓從而建立了一個強的靜電場。粉末通過這個強的靜電場時就被充電了。這些已充電了的粉末當被葉輪散射時，由于靜電吸引的作用而更進一步被推向已接地的要涂覆的物品上去了。
在沒有任何外部的電暈發生電極的情況下，所述已充電了的粉末得以均勻地附著在對法拉第筒效應敏感的物品上了。
d)沖力葉輪盤是碟形的，當粉末在離心力作用下在葉輪的斜表面上滑動時，對于粉末顆粒來說，傳遞了一個向上的運動分力。這個向上的分力傳遞了足夠的沖力以幫助粉末顆粒涂覆到要涂覆的物品的下部表面上去。
本發明將配合附圖以實施例來作進一步描述。
附圖簡要說明
圖1是本發明的用于粉末涂覆小件物品的粉末涂覆裝置的平面示意圖;
圖2是圖1所示裝置的側視立面圖;
圖3是圖2所示噴涂室的放大比例的側視立面圖;
圖4是圖2和3所示的旋轉葉輪的平面圖;
圖5是圖4所示的葉輪沿V-V線的剖視圖;
圖6是用于將粉末充電的噴嘴組件的剖視圖;
圖7是用于懸掛和旋轉每個要涂覆的物品的裝置的部分剖視、部分立面圖;
圖8是一個類似于圖3的葉輪形狀的變型的視圖;
圖9是采用圖8的葉輪的類似于圖2的裝置的視圖;
圖10是用于物品輸送帶的變型設備的平面圖。
首先參閱圖1到7，根據本發明的裝置，包括一個封閉的噴涂室2，該噴涂室2在其上部有一個由馬達4驅動的輸送帶3。該輸送帶3形成了一個環形道5，在輸送帶的站臺6處物品被裝載上去并在站臺7處被卸下來。為了圖面清楚起見，用來限定輸送帶行走路線的那些支架已從圖上刪去。粉末涂覆組件包括一個由馬達9通過一個電絕緣軸10驅動的旋轉葉輪8。該馬達9和葉輪8裝在一個由馬達13驅動的往復運動機構12的桿11上。圍繞著軸10延伸的是一個不能旋轉的不導電的套筒14，該套筒14與馬達9在垂直方向上一起移動。在套筒14上裝了一個不能旋轉的噴嘴組件15。從一個高電壓發電器17處來的高電壓電纜16將高電壓供應給噴嘴組件15。通過另一根高電壓電纜19將一排電阻器18連接到噴嘴組件15上用來有選擇地將積聚在噴嘴組件上的電荷進行放電。要進行噴涂的粉末涂料被儲存在一個流態化的倉斗20內，已被流態化的粉末從該倉斗20處被一個噴氣式泵21抽吸并通過一根管子22被運送到葉輪組件8處。粉末被投射到所述葉輪8的中心處23。如圖3所示，該葉輪是碟形的以使粉末排出通道27相對于葉輪的旋轉軸線向上和向外傾斜出去，第一步以與旋轉軸線垂直線成一角度為θ1，然后成一更大的角度為θ2。裝填在葉輪中的粉末由于離心力的作用以及通道27的斜度而得以成均勻狀態地散射出去。該葉輪組件8包括兩個盤成為一組，上部盤24如圖所示有若干個徑向翅片或隔板25，而下部盤則作為一個罩蓋26。如圖3和4所示，翅片25最好具有一個橫斷面為隨著半徑增大而向內傾斜的形狀，以使它們在葉輪的外端處較之其內端處為薄。
要涂覆的物品28懸掛在輸送帶3中的連接環29處并連續地或間歇地圍繞一個垂直軸線轉動著以使該物品受到一個均勻的粉末涂覆。沒有粘著在物品上的多余的粉末30被收集進一個在室2底部的倉斗31中，這些粉末借助于馬達34驅動的離心式鼓風機或排氣機33的抽吸而通過風管32。這樣的生成物空氣/粉末混合物被喂入到一個旋風分離器35中去。回收的粉末36被收集在該分離器殼體的底部并由噴氣式泵37抽吸通過一根管子39運送到一個小的旋風分離器38中去，這樣就將粉末和空氣重新分離了。從小型旋風器38來的已分離好的粉末掉落到一個篩子機倉斗40中，在此處粉末被過篩后被送回進倉斗20中，這樣就保持了用于粉末循環的一個閉合的周期。用來補充已經粘結到涂覆好的物品上的新鮮粉末當需要時可被喂入倉斗20中，由于這并不成為本發明主題的一部分，因此毋庸贅述。
如圖7所示，在輸送帶上的每個連接環29上懸掛一個物品，當輸送帶動作而物品則圍繞著葉輪移過時，連接環29可以轉動，這樣就將物品圍繞它的重心產生旋轉以向葉輪露出它的未被涂覆過的那些表面。這是借助于連接環29上所帶的旋轉齒輪48來完成的。該齒輪帶有一個可懸掛物品28的吊鉤50并和圍繞著輸送帶環行的部分路線延伸的一個齒條52相嚙合。在這種情況下的該齒輪、吊鉤以及物品都由于輸送帶相對于齒條的運動而被轉動起來。
從圖中可以看到噴嘴是不能旋轉的但能與葉輪組件一起作往復運動。該葉輪并不連接到高電壓源因而它上面的電壓可以浮動。高電壓電纜16被連接到噴嘴組件以建立一個強大的靜電場穿過正在離開噴嘴的粉末并將這些粉末顆粒充電，然后這些粉末顆粒從噴嘴組件15中排出來并進入葉輪的中心。在這種情況下，將不會產生法拉第筒效應。碟形的葉輪和向上的出口通道保證了排出的粉末顆粒有一個垂直的運動分力，這個力量與重力起反作用并有助于將粉末附著到復雜的表面上去。
如圖6所示，噴嘴組件15裝在一個夾持器41上并具有一個通過電纜16連接到高電壓發電器17以及通過電纜19連接到電阻器排18的導電銷45。銷45還被連接到一個內部導電套管43。該套管43內裝有32個電極針44、這些電極針間彼此以軸向間隔10毫米和徑向間隔90度分布著。該導電套管以壓配合進入一個絕緣的噴嘴體46。高電壓也借助于銷47傳導到電極桿42。這些32個電極44、導電套管43和電極桿42協助產生一個強大的放射式的靜電場。該套管43最好由聚四氟乙烯(PTFE)制成并攙入石墨以使它變得導電。
雖然在套管43和桿42之間的周向空間是所示的為中空圓柱形，但它也可以具有其他橫斷面形狀。例如，它可在朝向它的出口端向外張開以降低粉末的速度并由此增加粉末停留在充電場中的時間。
粉末通過喂給管道22被喂入噴嘴組件15并保持在強大的靜電場中一個足夠長的時間以獲得徹底的充電，這樣可減少過多的噴涂。
如圖1，2，3所示的總布置是為自動化工作用來涂覆小件物品的。當該同樣的粉末涂覆裝置用來涂覆大的表面面積時，通過葉輪的粉末流通量可由通過多個噴嘴組件來喂入粉末以增加之。供應充電了的粉末到葉輪去的噴嘴數目是可以選擇的以適合于要進行散射的粉末的數量或者在規定時間要進行粘附的粉末數量而不致于妨害粉末充電效率或轉送效率。大體積的物品可由增加輸送帶彎道的直徑來加以涂覆，這個直徑是與要搞粉末涂覆的物品大小成比例的。
為了更有效地將充電了的粉末粘著在大體積的物品上并從粉末噴涂器離得遠一些，靠近物品的粉末的速度將保持不變，這是由于將圖3和5中所示的葉輪替換成一個帶有不同的碟形角θ2以及較大的直徑的葉輪，但具有同樣數目的翅片。
現有再參閱圖8和9，示出了旋轉葉輪和噴嘴組件的變型。圖2和圖9中，同樣地對圖3和圖8共用的零件使用同樣的編號。
如圖8和9所示的系統，高電壓供應是起源于一個高電壓發電器67，該發電器67被裝在一個附著在套管14底部的殼體65內。高電壓發電器67通過一根屏蔽電纜66從適當的外部動力裝置有控制的供應一個高頻率而相對來說的低電壓。一根高電壓導線60將高電壓發電器的輸出連接到噴嘴組件15上去。
放電電阻器68同樣地被裝在附著在套管14底部的殼體65內并連接到一根電纜69上，該電纜69使得在噴嘴組件15上的末端電壓受到監視并在外部顯示出來，例如由一個裝在動力裝置上的顯示器顯示出來，該動力裝置是喂給該高壓發電器的。
在使用中，該裝置如上所述的工作起來，高電壓通過導線60施加到噴嘴組件15上，當粉末通過噴嘴組件時并與固定在噴嘴組件的電極或電針以及中心電極相接觸而得以充電。法拉第筒效應基本上得以避免。
圖9所示的裝置具有兩個噴嘴組件15(為了清楚起見，圖8中只示出其中一個)，這將使粉末流通量得以增加。這能較多地改進整個裝置的效率，因為它基本上保證了在單位時間內能被涂覆的粉末的數量。當裝置用來涂覆大表面面積的物品時，這是特別重要的。一般來說，對于小件物品，則一個單獨的噴嘴組件就可運送足夠的涂覆粉末。
在效率上進一步的改進可由圖10所示的平面圖中采用的輸送帶形式來得到。示意地示出了一個輸送帶路線100，帶有物品的裝置可以沿著這條路線運動。部分輸送帶路線將這些物品送進一個基本上是封閉的殼體101，并具有一個進口102和一個出口103。在殼體101內，輸送帶路線形成兩個彎道103和104，每個彎道由一個約為270°的圓弧通道所組成。在每個彎道的中間安置了由上述的固定的噴嘴和旋轉的葉輪所組成的粉末排出單元。可以看出這樣一來大體積的物品可以穿過那兩個彎道103和104而不需要相對于它們在輸送帶上的懸掛裝置作旋轉運動，然而它們仍將對位于每個彎道中心的葉輪露出它們的對面的兩側，這樣就使得要涂覆的大件物品的兩側除了當物品掛在輸送帶上沿著其路線運動時促使形成了相對于固定殼體101的轉動外不再需要在涂覆過程中圍繞它們自身的垂直軸線作依旋轉運動了。這對大件板型物品來說顯得特別有利，因為這些板型物品要在其兩對面進行涂覆，但它們不能旋轉，否則其邊緣部份將靠上所述中心葉輪盤從而產生問題，不去轉動這樣的板型件的進一步好處是由于對輸送帶速度的限制是由轉位機構引起的，沒有了轉位機構，這個限制就可置于不顧，從而可將輸送帶速度調整到有利于高粉末流通量的使用并提供了一個要涂覆物品的全面的，高的產量。
應當注意的是當增加了葉輪的粉末流通量時，聚集在噴涂室內的粉末應當保持在一個安全的粉末/空氣濃度內以避免任何爆炸的危險。這種安全措施已超出本發明的范圍，因此不在此處加以贅述。
權利要求
1.一種用于靜電粉末涂覆的裝置，包括一個噴涂室，該噴涂室在其上部有一個環行狀的輸送帶，該輸送帶的部分路線形成了基本上是封閉的彎道，其特征在于，包括提供了一個粉末噴涂組件，該組件有一個位于所述彎道內的旋轉的垂直軸線從而懸掛在輸送帶上要涂覆的物品被置于粉末噴涂的路線中。
2.根據權利要求1的裝置，其特征是，所說的粉末噴涂組件是適用于沿著旋轉軸線作往復運動的。
3.根據權利要求1或2的裝置，其特征是，所說的粉末噴涂組件由裝在一個不轉動的支架上的馬達來使之旋轉的，該支架又是沿著它的長度方向由另一個馬達來使之可作往復運動的。
4.根據權利要求3的裝置，其特征是，所說的支架的往復運動的幅度是可調的。
5.根據權利要求1或2的裝置，其特征是，所說的粉末噴涂組件包括一個旋轉的葉輪，靠近該葉輪上被置放了一個不能轉動的噴嘴組件用來導引出一個充電的粉末流到該葉輪的中心部位。
6.根據權利要求5的裝置，其特征是，所說的噴嘴組件包括一個不導電材料的管子，在該管子的內表面上有一根導電材料的管子，從該導電材料的管子的內壁上具有向內延伸的凸起物;還有一根中心的金屬桿并與那些凸起物端部徑向向內間隔開;還有用來將上述內管和桿兩者連接到高電壓源的裝置，以及用來對要進行涂覆的粉末送進該噴嘴組件的裝置，所述粉末是在內管和桿之間的周向空間內沿著噴嘴組件的軸向穿越流動的。
7.根據權利要求6的裝置，其特征是，所說的不導電的管子的部分外表面是帶有螺紋的。
8.根據權利要求5至7的其中任何一個裝置，其特征是，所說的葉輪是碟形的，該葉輪具有粉末排出通道，該通道相對于旋轉軸線是斜著向上并向外的。
9.一種用于靜電粉末涂覆的裝置，其特征在于，包括一個粉末噴涂組件，該組件具有一個基本上是垂直的旋轉軸;在該軸的底端帶有一個葉輪并栓緊在一起;一個不轉動的噴嘴組件支承在上述噴涂組件上并用來導引出已經進行靜電充電了的粉末流到達所述葉輪的中心;該葉輪有兩個部份，其下部呈碟形(凹形)內表面，在該內表面上具有與其制成一體的基本上是徑向的翅片，而其上部則具有凸形的表面并與上述翅片的頂端相接觸以限定若干個傾斜的和徑向輻射的粉末排出通道。
10.根據權利要求9的裝置，其特征是，所說的葉輪被緊固到旋轉軸的一端上，該旋轉軸是不導電材料制成的，而該旋轉軸被一個不轉動的套管所圍住，在該套管的下端則固裝了所說的噴嘴組件。
11.根據權利要求9或10的裝置，其特征是，所說的葉輪的凹形內表面包括一個具有大頂尖角的內側的截錐表面和一個鄰接于此的小頂尖角的外側的截錐表面。
12.根據權利要求1至8的其中任何一個裝置，其特征是，還包括連接到所說的噴涂室的裝置用來將室中多余的粉末抽出來并在一個密閉的路線中將這些粉末再循環送到噴嘴組件中去。
13.根據權利要求1至8的其中任何一個裝置，其特征是，當要涂覆的物品在環行輸送帶的至少部分路線上通過時，提供了將每個物品圍繞著它自身的重心來旋轉的裝置。
14.根據權利要求1至8，12和13的其中任何一個裝置，其特征是，所說的輸送帶的路線，從頂部看去，有兩個彎道形成了S形的一對相鄰的彎道，每個彎道擁有一個粉末噴涂組件。
全文摘要
一種靜電粉末涂覆裝置包括一個噴涂組件位于一個懸掛著若干個物品的輸送帶的彎道內，這些物品是要用粉末來涂覆的，然后進行熱處理以將粉末變為一種油漆性質的粘結覆蓋層或其類似物。該噴涂組件包括一個有縫隙的可圍繞一個垂直軸線旋轉的葉輪，并從一個固定的噴嘴來的充電的粉末射向葉輪的中心處以使葉輪上的葉片向粉末顆粒傳遞離心力。該葉輪和噴嘴組件可垂直作往復運動以使噴涂的粉末能越過懸掛著的和移動著的物品的整個長度上。
文檔編號B05D3/02GK1093023SQ93103560
公開日1994年10月5日 申請日期1993年4月3日 優先權日1993年4月3日
發明者蓋薩斯·亞施萬特·戈帕爾 申請人:英塔克出口公司