專利名稱：電泳浸涂設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電泳浸涂設備，包括a)至少一個浸涂池，所述浸涂池可用漆液填充并且待涂裝的物體可以浸入所述浸涂池中；b)至少一個電極，該電極具有第一極性并設置在所述浸涂池中；c)至少一個電源單元，該電源單元由交流電壓產生具有確定的剩余紋波的直流電壓，其一個極可連接到所述具有第一極性的電極而其另一個極可連接到待涂裝的物體，并且該電源單元具有用于降低剩余紋波的平滑元件。
背景技術：
市場上已知這種電泳的、通常是陽離子電泳的浸涂設備。這種浸涂設備必須能夠提供已平滑的直流電壓，其電壓水平可變以適應給定的情況。僅在極少數情況下要求電源單元較長時間地提供最大可能的直流電壓。更普遍的是要求與最高電壓相比降低的直流電壓的情況，并且與這種情況相關的時間段要長得多。為了產生直流電壓，已知的電源單元具有晶閘管(Thyristor)橋式電路。使用相位截止法控制該橋式電路，使得在平滑之后形成所需大小的直流電壓。這種方法具有很多缺點。首先，由晶閘管橋式電路直接產生的輸出電壓具有很高的紋波，該紋波的頻率為產生直流電壓的交流電壓的頻率。為了平滑該電壓所需的平滑元件要求非常大的平滑扼流圈，該平滑扼流圈不僅很貴而且很重并占據很大空間。盡管使用了這種昂貴的平滑元件，在已知的陽離子電泳浸涂設備中在陽極與待涂裝的物體之間的電壓還殘留不可忽視的剩余紋波，這對獲得的最終涂層產生不利影響。此外，還損害通常在浸涂池中圍繞陽極設置的滲析單元的耐久性。另外，這些已知的電源單元的cosφ較小。
發明內容
因此，本發明的目的是這樣設計開頭所述類型的電泳浸涂設備，以利用成本和復雜性較低的電路技術，使電源單元的輸出電壓具有較低的剩余紋波。
根據本發明如下實現該目的，即d)電源單元包括da)未加控制的二極管橋式整流器；db)IGBT電路，該IGBT電路包括產生具有在5～30kHz范圍的重復頻率和可變脈沖寬度的脈沖的可控振蕩器，以及由振蕩器的脈沖控制的功率晶體管。
因此，根據本發明，不再使用晶閘管橋式電路來產生要求的直流電壓。改為采用已經以類似設計在電鍍過程中使用的電路布置。當然，在電鍍過程中所應用的電壓和功率遠小于在電泳浸涂設備中的電壓和功率。這種供電裝置的核心思想在于，對由未加控制的二極管橋式整流器產生的可預平滑的電壓進行脈寬調制，并以遠高于電網頻率的較高的頻率進行所述調制。可使用較小的LC元件對以這種方式產生的脈沖平滑至極小的剩余紋波。這種電源單元的已平滑的輸出電壓的水平直接正比于由功率晶體管輸出的電壓脈沖的占空系數。在電極與物體之間建立進行電泳涂裝所需的電場的已平滑電壓的較低剩余紋波如此小，從而產生非常好的最終涂裝層，尤其是較光滑的表面；這可通過顯著減小所使用的平滑扼流圈的尺寸來實現。較低的剩余紋波還對滲析單元的使用壽命產生積極作用。
振蕩器的重復頻率優選約為20kHz。在該頻率下功率晶體管也能夠毫無問題地工作；此外，該頻率足夠高，從而不會給所產生的矩形脈沖的平滑帶來任何困難。
二極管橋式整流器具有六個用于三相電流的三個相進行全波整流的二極管是有利的。
通常借助于傳送系統使帶涂裝的物體移動到浸涂池，浸入浸涂池，移動通過浸涂池，從浸涂池中提升出來，然后繼續移動以進一步處理。在這種情況下根據本發明的一種設計方案是適宜的，其中在傳送方向上前后相繼設置多個通常彼此電隔離的區域，每個區域都具有電源單元、與有關區域的物體電接觸并可連接到電源單元的一個極的觸軌(Stromschiene)、以及至少一個具有第一極性的電極。將整個設備劃分為單獨電運行的前后順續的區域能夠使電場在空間位置上與物體上漆層的累進結構相適應，例如沿傳送方向升高。通過使各區域電隔離，可以避免在過渡區域內不希望的相互影響。
在這種情況下，如果在物體從一個觸軌變換到另一個觸軌期間相鄰區域的觸軌彼此電連接，在物體的這個變換過程中電壓比也始終保持確定。
每個電源單元可有選擇地連接到所有區域內的每個第一極性的電極的本發明的實施形式特別是可變的，在一個電源單元發生故障的情況下尤其如此。如果一個電源單元由于發生故障而失效，可以借助于另一個電源單元至少維持應急運行。
如果在至少一個電源單元的后面連接由電源單元的已平滑的輸出電壓產生矩形脈沖序列的脈沖整形器，則尤其可在中空體的內表面上實現顯著改善的涂裝效果。由此能夠盡可能消除導電中空結構作為法拉第籠的作用，這種作用防止靜電場進入內部。
矩形脈沖的重復頻率在1～10kHz之間、優選等于或接近5kHz是有利的。
下面參照附圖詳細地說明本發明的實施例，附圖中圖1示意性示出電泳浸涂設備的總體電路布置；圖2示出圖1的設備中使用的電源單元的電路圖；圖3示出由圖2的電源單元發出的脈沖序列；
圖4示出可連接到圖2中所示的電源單元的輸出上的脈沖整形器；圖5示出由圖4中所示的脈沖整形器發出的脈沖序列。
具體實施例方式
首先參照圖1。在該圖中以參考標號1表示浸涂池，在運行中該浸涂池注入液體涂料。在該浸涂池1中浸入要涂裝的物體，例如汽車車身。這可以以連續通過法實現，其中要涂裝的物體安裝在一個傳送裝置上，該傳送裝置使物體移動以進入、通過和離開浸涂池1。然而，也可選擇以節拍浸涂法(Takt-Tauchverfahren)在浸涂池1中對物體進行涂裝。為了下文描述的目的，假定采用連續通過法；以箭頭2表示要涂裝的物體的移動方向。
為了沉積包含在液體涂料中的涂料微粒，例如顏料、接合劑以及填充劑微粒，在物體通過浸涂池1時物體表面被置于在多個陽極3與物體表面之間建立的電場的陰極電位。在該電場中涂料微粒朝物體遷移并且沉積在物體表面上。
在浸涂池1中產生上述電場的整個布置劃分為三個電隔離的區域A、B和C。區域A為入口區域，區域B為主區域，區域C為出口區域。每個區域A、B、C包含一組與物體的移動路徑相鄰布置的陽極3A或者3B和3C，所述陽極分別并聯。此外，每個區域A、B、C具有處于陰極電位的觸軌4A、4B、4C，物體通過適當的滑動接觸始終與所述觸軌保持連接。最后，每個區域A、B、C都配設有各自的電源單元5A、5B、5C，所述電源單元的負極連接到觸軌4A、4B、4C并且經由所述觸軌最終連接到待涂裝的物體，而其正極與相應的陽極組3A、3B、3C連接。三個電源單元5A、5B、5C分別由三相變壓器6的次級線圈6A、6B、6C饋電。
經過一個包括三根導線7A、7B、7C的組實現電源單元5A、5B、5C與陽極組3A、3B、3C之間的連接，所述導線在浸涂池1的整個長度上延伸。每個電源單元5A、5B、5C可有選擇地連接到各導線7A、7B、7C。然而，正常運行狀態是電源單元5A連接到線7A，電源單元5B連接到線7B，電源單元5C連接到線7C。
導線7A經由支線8A連接到陽極組3A，導線7B經由支線8B連接到陽極組3B，導線7C經由支線8C連接到陽極組3C。因此，該布置使得在必要時，例如在電源單元5A、5B或5C之一發生故障時的應急運行期間，每個陽極組3A、3B、3C可以由各個電源單元5A、5B、5C供給陽極電壓。
每個電源單元5A、5B、5C的正極可以分別連接到各自相配的沿物體的移動方向(箭頭2)延伸的線路段9A、9B、9C。通常，線路段9A、9B、9C彼此電隔離。但在必要時它們可以借助于開關10、11彼此連接。支線12A、12B、12C分別從線路段9A、9B、9C延伸到相應的觸軌4A、4B、4C。因此也可以由選擇地由各電源單元5A、5B、5C對觸軌4A、4B、4C供電，但通常電源單元5A分配給觸軌4A，電源單元5B分配給觸軌4B，電源單元5C分配給觸軌4C。
支線12A和12B經由可控晶閘管13彼此連接，支線12B和12C通過可控晶閘管14彼此連接。晶閘管13、14通常是截止的，從而保持觸軌4A、4B和4C之間的電隔離。
在觸軌4A與4B以及觸軌4B與4C彼此電隔離的中斷處附近，沿著物體的移動路徑設置有值勤傳感器(Anwesenheitssensor)16、17、18、19。這些傳感器確定物體何時處于相關位置，并且觸發用于啟動晶閘管13、14的信號，這在下文詳細說明。
上述浸涂設備的操作如下在正常操作下，要在浸涂池1中涂裝的物體沿箭頭2的方向靠近并且浸入所述浸涂池。通過合適的接觸裝置，物體首先與觸軌4A連接并且在液體涂料內移入在陽極組3A與物體表面之間建立的電場中。涂料微粒開始沉積在物體表面上。當物體接近陽極組3A的末端并因此進入值勤傳感器16的檢測范圍內時，連接兩個觸軌4A和4B的晶閘管13導通。當物體到達值勤傳感器17的檢測范圍時，晶閘管13再度截止。因此，兩個觸軌4A和4B僅在物體從觸軌4A向觸軌4B過渡期間切換為相同電位。
物體從這時開始在觸軌4B、從而也在其表面與陽極組3B之間建立的電場內移動通過液體涂料。通常，該電場大于入口區域A內的電場。在主區域B內大部分的涂層厚度沉積在物體表面上。當物體到達值勤傳感器18時，晶閘管14導通，從而觸軌4B與4C彼此連接。到物體到達值勤傳感器19的檢測范圍之前保持該連接，然后再斷開該連接。在出口區域C內電場一般再度稍微大于在前面區域A、B內的電場，使沉積在物體上的涂層的厚度達到其最終值。然后物體離開浸涂池1并以已知方式進一步處理。
如果例如電源單元5A失效，則可以這樣來維持應急運行，即另外的電源單元5B、5C中的一個承擔失效的電源單元5A的功能。為此，電源單元5A斷開與導線7A和線路段9A的連接。在例如電源單元5B與導線7A之間建立(附加的)連接。同時接通開關10。以這種方式，區域A和B并行/并聯地電操作。可以一直這樣直到電源單元5A被修復。
所有的電源單元5A、5B和5C原則上以相同的方式設計構造。圖2中示出電源單元5A的電路布置，從現在起參照圖2。
在圖2中可以看到被供給電網電壓的三相變壓器6和配設給電源單元5A的次級線圈6A。由次級線圈6A產生的、彼此相移120°的三個電壓相被供給未加控制的橋式電路19，如圖所示，該橋式電路19包含六個二極管20。對橋式電路19的輸出電壓進行預平滑的電容器21并聯到橋式電路19的輸出端。
該輸出電壓被供給一個本身已知的IGBT電路22。該電路包含至少一個可控功率晶體管23以及振蕩器24，所述振蕩器產生具有較高頻率、例如具有20kHz的重復頻率的矩形脈沖。通過振蕩器24的控制接線端25可以改變矩形脈沖的寬度，從而改變脈沖占空系數。振蕩器24的矩形脈沖被供給功率晶體管23的控制輸入端。
功率晶體管23的發射極經由反向連接的二極管27接地。在這個二極管27處，IGBT電路22的輸出電壓下降。該輸出電壓具有在圖3中示出的時間變化特性這是一種這樣的矩形脈沖，該矩形脈沖的重復頻率與IGBT電路22的振蕩器24的重復頻率一致，并且其寬度可通過IGBT電路的控制接線端25而改變。所述電壓脈沖的幅值由變壓器6的輸入電壓以及次級線圈6A的設計決定。
圖3中示出的IGBT電路22的輸出脈沖通過包含扼流圈28和電容器29的LC元件來平滑。該LC元件被調諧到振蕩器24的重復頻率并因此調諧到IGBT電路22的輸出脈沖。由于如上所述輸出脈沖的重復頻率較高，所以利用較小的扼流圈28和較小的電容器29就可以實現非常好的平滑。因此，在端子30上呈現的、電源單元5A的輸出電壓基本上沒有剩余紋波；所述剩余紋波能夠毫無困難地抑制在大約1％以下。此外，所描述的電源單元5A的cosφ遠小于在已知的、利用可控晶閘管橋式電路運行的電源單元中的cosφ。結果是具有較低表面粗糙度的、改善的涂層。
在圖3中示出被施加到二極管27上的、具有不同脈沖寬度的兩個示例性脈沖序列，以及出現現在圖2的電路布置的端子30上的、所述的已平滑的電壓。
電源單元5A、5B、5C可以電流控制或電壓控制的方式工作。
如果電源單元5A、5B和5C的輸出電壓不是直接施加到要涂裝的物體上而是首先施加到在圖4中示出的脈沖整形器50上，則在中空結構中可獲得比目前為止已知的更好的涂裝效果。脈沖整形器50由在電源單元5A、5B或5C的端子30處已平滑的輸出電壓產生重復頻率通常在1～10kHz范圍、優選等于或接近5kHz的矩形脈沖序列。
圖4中示出的脈沖整形器50的原理是已知的。其包含一個并聯到輸入端51的電容器52以及一個繼而并聯到電容器52包括兩個IGBT晶體管53和54的串聯電路，這兩個晶體管被以矩形脈沖序列的所希望的頻率反向啟動。可在兩個IGBT晶體管53與54之間的點55處拾取所述矩形脈沖并以圖5中示出的形式呈現在脈沖整形器50的輸出端子上。
在應用脈沖整形器50的情況下，通常相關的電源單元5A、5B、5C是電流控制的，但其中電壓被限制在最大值以內以避免電壓在工件上的電弧放電。
權利要求
1.一種電泳浸涂設備，包括a)至少一個浸涂池，可用液體涂料填充所述浸涂池并且可將待涂裝的物體浸入所述浸涂池中；b)至少一個設置在所述浸涂池中具有第一極性的電極；c)至少一個電源單元，所述電源單元由交流電壓產生具有給定的剩余紋波的直流電壓，所述電源單元一個極可連接到所述具有第一極性的電極，而其另一個極可連接到待涂裝的物體，并且所述電源單元具有用于降低剩余紋波的平滑元件；其特征在于，d)所述電源單元(5)包括da)未加控制的二極管橋式整流器(19)；db)IGBT電路(22)，該IGBT電路包括以在5～30kHz范圍內的重復頻率產生具有可變脈沖寬度的脈沖的可控振蕩器(24)，以及由振蕩器(24)的脈沖控制的功率晶體管(23)。
2.根據權利要求1所述的電泳浸涂設備，其特征在于，所述振蕩器(24)的重復頻率約為20kHz。
3.根據權利要求1或2所述的電泳浸涂設備，其特征在于，所述二極管橋式整流器(19)具有六個用于對三相電流的三相進行全波整流的二極管(20)。
4.根據上述權利要求中任一項所述的電泳浸涂設備，其中，物體可借助于傳送系統移動通過所述浸涂池，其特征在于，該設備包含多個在傳送方向上前后相繼設置的、通常彼此電隔離的區域(A、B、C)，所述區域分別具有一電源單元(5A、5B、5C)、一與所述區域(A、B、C)中的物體電接觸并可與電源單元(5A、5B、5C)的一個極連接的觸軌(4A、4B、4C)以及至少一個具有第一極性的電極(3A、3B、3C)。
5.根據權利要求4所述的電泳浸涂設備，其特征在于，在物體從一個觸軌(4A、4B、4C)變換到另一個觸軌期間，相鄰區域(A、B、C)的觸軌(4A、4B、4C)可彼此電連接。
6.根據權利要求4或5所述的電泳浸涂設備，其特征在于，每個電源單元(5A、5B、5C)可有選擇地與所有區域(A、B、C)內的每個第一極性的電極(3A、3B、3C)連接。
7.根據上述權利要求中任一項所述的電泳浸涂設備，其特征在于，在至少一個電源單元(5A、5B、5C)的后面連接有脈沖整形器(50)，所述脈沖整形器由電源單元(5A、5B、5C)的已平滑的輸出電壓產生矩形脈沖序列。
8.根據權利要求7所述的電泳浸涂設備，其特征在于，所述矩形脈沖的重復頻率在1和10kHz之間。
9.根據權利要求8所述的電泳浸涂設備，其特征在于，所述矩形脈沖的重復頻率等于或接近5kHz。
全文摘要
本發明涉及一種電泳浸涂設備，它包括至少一個浸涂池(1)，可用液體涂料填充該浸涂池并且可將待涂裝物體浸入浸涂池中。至少一個電源單元(5A、5B、5C)由交流電壓產生具有確定的剩余紋波的直流電壓。電源單元的一個極連接到至少一個設置在浸涂池(1)中的第一極性的電極(3A、3B、3C)，而其另一個極連接到待涂裝物體。電源單元(5A、5B、5C)包括未加控制的二極管橋式整流器(19)和IGBT電路(22)，IGBT電路包括可控振蕩器(24)和功率晶體管(23)。可控振蕩器(24)以在5～30kHz范圍的重復頻率產生具有可變脈沖寬度的脈沖。功率晶體管(23)由所述脈沖控制。借助于較小的平滑元件將由功率晶體管產生的電壓脈沖平滑直到非常低的剩余紋波，這使獲得的所涂覆的保護涂層的質量、尤其是平整度和粗糙度非常好。電源單元(5A、5B、5C)還具有比目前已知的用于相同目的的晶閘管橋式電路更加改善的cosφ。
文檔編號C25D13/00GK1802457SQ200480015782
公開日2006年7月12日 申請日期2004年6月2日 優先權日2003年6月6日
發明者H·K·范卡普亨斯特, W·馬伊, B·拉貝, M·埃賓豪斯 申請人:艾森曼機械制造有限及兩合公司