ПОРОШКОВЫЙ РАСПЫЛИТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК B05B7/14 

Настоящее изобретение относится к устройству, используемому для введения отмеренного количества порошка из засыпной воронки в поток воздуха, в частности, более конкретно, относится к распылителю порошка, который может быть соединен с подводящим деагломератором для ввода отмеренного количества распыленного порошка в поток воздуха в виде облака движущихся частиц.

Ранее порошки распылялись различными способами. Использовались засыпные воронки для подвода порошков в движущийся поток воздуха. Однако засыпные воронки были неудовлетворительными для ввода порошка из-за связывания порошка или из-за наличия электростатических сил, которые существуют между частицами порошка. На скорость потока могли также повлиять такие переменные, как влажность, размер частиц, форма частиц, плотность, липкость материала, химический состав, конфигурация засыпной воронки и электростатические силы между частицами порошка. Дополнительные проблемы возникают, когда необходимо выдавать очень точно определенное количество порошка при постоянных мгновенных скоростях потока, а также когда распыляемый порошок стремится к агломерации.

Поэтому очень желательно разработать улучшенный порошковый распылитель, улучшенное сочетание порошкового распылителя и устройства для подвода порошка, а также улучшенное сочетание порошкового распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации. Также очень желательно разработать улучшенный порошковый распылитель, улучшенное сочетание порошкового распылителя и устройства для подвода порошка, а также улучшенное сочетание порошкового распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации, которые способны вводить очень точно отмеренные количества порошка в поддерживаемые постоянными потоки воздуха.

Засыпные воронки, даже снабженные вибраторами, хорошо известны нерегулярностью в отмеривании строго определенного количества порошка при его нанесении в качестве покрытия. Дополнительные проблемы возникают при покрытии широких объектов, когда порошок из засыпной воронки пытаются распылить в протекающем потоке воздуха, из-за того что поток воздуха, используемый для распыления, был более или менее двумерным в продольном и боковом направлениях. При покрытии широких полотен этот воздушный поток в основном плоский и имеет относительно небольшую скорость. В этом случае он не имеет напряжений, обусловленных высокими локальными градиентами скорости, требуемыми для деагломерации подаваемого порошка, и следовательно, облако может включать агломерированные частицы больших размеров и мощные потоки непостоянных концентраций частиц, являющиеся нежелательными во многих процессах. Поэтому очень желательно разработать улучшенный порошковый распылитель, улучшенное сочетание порошкового распылителя и устройства для подвода порошка, а также улучшенное сочетание порошкового распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации для покрытия широких полотен, которые могут производить облака неагломерированных частиц относительно постоянного размера, являющиеся относительно однородными как в поперечном, так и в продольном направлении полотна.

В последнее время точно отмеренные количества порошкового материала могут быть отмерены и введены в воздушные потоки, а также распылены при использовании подводящих устройств, таких как описаны в патенте США 5314090, а размер частиц в облаке может быть сделан более постоянным при использовании деагломератора такого, как описанный в патенте США 5035364. Хотя сочетание такого подводящего устройства для материала и деагломератора способно производить однородные облака частиц, причем однородные как по размеру частиц и их распределению, так и по ширине и длине облака, это сочетание все же не производит однородные облака частиц материала при покрытии широких полотен, в частности, при порошковом покрытии рулонных листов металла, а также при покрытии близко расположенных объектов на конвейере. Совмещение множества устройств для подвода материала и деагломераторов вплотную друг к другу производит облако, которое может быть однородным по размеру частиц в направлении вдоль потока. Однако все же имеется неоднородность в поперечном направлении облака из-за перекрытия и слоистости. Поэтому очень желательно разработать улучшенный порошковый распылитель, сочетание порошкового распылителя и устройства для подвода порошка, а также улучшенное сочетание порошкового распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации, способные производить облака из частиц материала, которые являются относительно однородными в продольном и поперечном направлениях облака и которые содержат частицы материала с относительно одинаковым размером частиц, относительно однородно распределенные внутри облака на больших площадях, которые, в частности, встречаются при покрытии широких полотен.

В последнее время точное измерение небольших количеств порошка может быть осуществлено с использованием устройства подачи материала, описанного в патенте США 5314090, путем применения длинной щетки, которая имеет длину в направлении оси больше, чем ширина покрываемого полотна. При использовании такого устройства могут быть поданы точно отмеренные количества порошка, однако без распыления и полной деагломерации. Полотна могут быть расположены горизонтально и при этом необходимо нанести покрытие на верх или низ или на верх и на низ полотна, а также могут быть расположены вертикально при необходимости нанесения покрытия на одну или обе стороны. Именно поэтому необходимо разработать улучшенный порошковый распылитель, улучшенное сочетание порошкового распылителя и устройства для подвода порошка, а также улучшенное сочетание порошкового распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации для использования при выполнении покрытий, расположенных как горизонтально, так и вертикально, которые производят облако частиц, являющееся высокооднородным в поперечном и продольном направлениях, а также по размеру частиц и по распределению размеров частиц. Также необходимо разработать улучшенный порошковый распылитель, улучшенное сочетание порошкового распылителя и устройства для подвода порошка, а также улучшенное сочетание порошкового распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации, которое может быть использовано для направления облака частиц, которое является однородным как в поперечном и продольном направлениях, так и по размеру частиц и распределению размеров частиц как на верхнюю сторону горизонтальных полотен, размещенных ниже распылителя, так и на нижнюю сторону горизонтальных полотен, размещенных выше распылителя, или на противоположную сторону полотен, расположенных вертикально.

Для того чтобы обеспечить однородность и многосторонность, необходимо разработать улучшенный порошковый распылитель, улучшенное сочетание порошкового распылителя и устройства для подвода порошка, а также улучшенное сочетание распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации для такого использования в различных приложениях при разумной цене.

В конечном итоге необходимо разработать улучшенный порошковый распылитель, улучшенное сочетание порошкового распылителя и устройства для подвода порошка, а также улучшенное сочетание порошкового распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации, которые имеют все ранее указанные особенности.

Краткое описание изобретения
Поэтому задачей настоящего изобретения является разработка улучшенного порошкового распылителя, улучшенного сочетания порошкового распылителя и устройства для подвода порошка и улучшенного сочетания порошкового распылителя с устройствами для подвода порошка и его деагломерации.

Также задачей изобретения является создание улучшенного порошкового распылителя, улучшенного сочетания порошкового распылителя и устройства для подвода порошка, а также улучшенного сочетания порошкового распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации, которые могут вводить очень точно отмеренные количества порошка в постоянно управляемые потоки воздуха.

Также задачей изобретения является разработка улучшенного порошкового распылителя, улучшенного сочетания порошкового распылителя и устройства для подвода порошка, а также улучшенного сочетания порошкового распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации для операций по покрытию широких полотен, которые могут производить облака относительно постоянных по размерам деагломерированных частиц материала в поперечных сечениях, которые являются относительно постоянными как в поперечном, так и в продольном направлениях полотна.

Также задачей изобретения является производство улучшенного порошкового распылителя, улучшенного сочетания порошкового распылителя и устройства для подвода порошка, а также улучшенного сочетания порошкового распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации, которые способны производить облака частиц, которые являются практически однородными как в поперечном и продольном направлении, так и по размеру частиц, а также по распределению размеров частиц.

Также задачей изобретения является разработка улучшенного сочетания порошкового распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации и улучшенного распылителя, а также улучшенного деагломератора для использования при покрытии порошком горизонтальных и вертикальных поверхностей, которые производят облако частиц, являющееся высокооднородным как в поперечном и продольном направлениях, так и по размеру частиц, а также по распределению размеров частиц.

Также задачей изобретения является разработка улучшенного порошкового распылителя, улучшенного сочетания порошкового распылителя и устройства для подвода порошка, а также улучшенного сочетания порошкового распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации, которые могут быть использованы для направления облака частиц, которое является однородным как в поперечном и продольном направлениях, так и по размеру частиц, а также по распределению размеров частиц как к верхней стороне горизонтальных полотен, расположенных ниже распылителя, так и к нижней стороне горизонтальных полотен, расположенных выше распылителя или сочетания, или к противоположным сторонам вертикально расположенных полотен или частей, расположенных по вертикали.

Также задачей изобретения является разработка улучшенного порошкового распылителя, улучшенного сочетания порошкового распылителя и устройства для подвода порошка, а также улучшенного сочетания порошкового распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации для таких применений в различных применениях при разумной цене.

И наконец, задачей изобретения является разработка улучшенного порошкового распылителя, улучшенного сочетания порошкового распылителя и устройства для подвода порошка, а также улучшенного сочетания порошкового распылителя, устройств для подвода порошка и деагломерации, которые имеют все вышеуказанные особенности.

В более широком аспекте изобретение обеспечивает создание улучшенного порошкового распылителя, включающего цилиндрический поддон, цилиндрический эластично деформируемый элемент, закрепленный на валу для вращения вокруг оси в пределах поддона. Поддон смонтирован коаксиально этому элементу. Элемент и поддон образуют между собой цилиндрическую полость Вентури, в которую подается порошок. Полость Вентури имеет входное и выходное отверстия, радиально удаленные друг от друга. Используется средство для вращения элемента в пределах поддона при скоростях, превышающих скорости, необходимые для отрыва порошка от элемента центробежными силами. Элемент создает поток окружающего воздуха через полость Вентури и распыляет и разрушает агломераты порошка, подаваемого во входное отверстие полости Вентури, формируя тем самым однородно движущееся облако частиц материала, которое является однородным как вдоль, так и поперек указанной оси. Изобретение также включает распылитель с устройством подачи и сочетание распылителя с устройством для деагломерации порошка и его подачи, которое описано в патенте США 5314090, которое, в частности, применимо при покрытии широких полотен для производства облака частиц, являющегося однородным как в поперечном и продольном направлениях полотна, так и по распределению частиц и размеру частиц внутри однородного облака потока.

Указанные задачи решаются с помощью признаков независимых пунктов формулы 1, 2, 31 и зависимых пунктов 3-30, 32-50.

Краткое описание чертежей
Вышеупомянутые и другие особенности и объекты изобретения и способ их достижения станут более очевидными и само изобретение станет более понятным при использовании ссылок на последующее описание одного из воплощений изобретения вместе с сопровождающими чертежами, в которых:
фиг. 1 представляет собой общий и фрагментарный вид улучшенного изобретенного распылителя, смонтированного под обычной засыпной воронкой, для использования в процессе покрытия порошком верхней части поверхности широкого полотна, причем один из концов снят для облегчения обзора устройства;
фиг. 2 представляет собой поперечное сечение устройства, показанного на фиг.1, вдоль линии сечения 2-2 на фиг.1;
фиг.3 представляет собой общий и фрагментарный вид изобретенного улучшенного распылителя, как на фиг.1, смонтированного под стандартной подающей засыпной воронкой устройства покрытия порошком нижней поверхности широкого полотна;
фиг. 4 представляет собой поперечное сечение устройства, приведенного на фиг.3, построенного существенно вдоль линии сечения 4-4 из фиг.3;
фиг. 5 представляет собой общий и фрагментарный вид улучшенного изобретенного распылителя, как на фиг.1 и 3, установленного под устройством для подачи порошка такого, как описано в патенте США 5134090, используемого в процессе покрытия порошком левой стороны широкого полотна, причем полотно или подложка перемещаются вертикально;
фиг.6 представляет собой общий и фрагментарный вид, как на фиг.1, 3 и 5, устройства, аналогичного показанному на фиг.5, для покрытия правой стороны того же полотна;
фиг. 7 представляет собой вид в плоскости распылителя и устройства для подачи порошка, аналогичного показанному на фиг.5, для покрытия в основном вертикально размещенных и в основном горизонтально перемещаемых подложек для покрытия, в котором порошковый распылитель расположен под углом по отношению к подложке, желоб для порошка разделен на сегменты, а крыло в основном цилиндрической формы;
фиг. 8 представляет собой вид устройства, как на фиг.7, но для другого варианта распылителя и устройства подачи порошка, показанного на фиг.5-7, в котором распылитель порошка в основном расположен горизонтально, а подложка расположена в основном вертикально и перемещается в основном горизонтально, а крыло по спирали поднято вверх от распылителя;
фиг. 9 представляет собой фрагментарный и общий вид щетки распылителя и крыла, отсоединенных от устройства, показанного на фиг.8; и
фиг. 10 представляет собой фрагментарное поперечное сечение, как на фиг. 2, еще одного варианта распылителя, установленного для использования в процессе нанесения порошка на верхнюю поверхность, причем один конец снят для улучшения обзора устройства.

Описание конкретного воплощения изобретения
На фиг. 1 и 2 показан распылитель порошка 10 в качестве одной из частей оборудования 12 для покрытия порошком широких полотен, установленный над подложкой 14 из широкого полотна для покрытия верхней стороны 16 подложки 14. Оборудование 12 включает устройство для подвода порошка 18 и распылитель 10. Устройство для подвода порошка показано как обычная засыпная воронка 20, которая может быть снабжена вибратором 22 при необходимости. Засыпная воронка 20 имеет внизу открытую щель 24, через которую порошок падает на распылитель 10, находящийся под ней. В других реализациях устройство для подачи порошка 18 может быть удлиненным устройством подачи таким, какое описано в патенте США 5134090, показанным на фиг.5 и 6, и которое будет описано подробно далее. Полное содержание описания патента США 5314090 включено здесь для ссылки.

Показанный распылитель 10 включает поддон 26, крыло 50 и цилиндрический распылительный элемент 28, закрепленный на цапфах для вращения вокруг горизонтальной оси 30 в направлении стрелки 31. Поддон 26 также имеет цилиндрическую форму. Поддон 26 и элемент 28 установлены коаксиально по отношению друг к другу. Поддон 26 частично охватывает элемент 28. Элемент 28 и поддон 26 удалены друг от друга таким образом, чтобы между ними образовалась цилиндрическая полость Вентури 32, в которую подается порошок из устройства подачи 18. Полость Вентури 32 имеет входное отверстие непосредственно под открытой щелью 24 устройства подачи 18. Полость Вентури 32 также имеет выходное отверстие 38, радиально удаленное от входного отверстия 34 распылителя.

Крыло 50 смонтировано вплотную с щеткой 28 и простирается от выходного отверстия полости Вентури 38 в направлении области, куда должно быть направлено облако агломерированных частиц.

Засыпная воронка 20, поддон 26, распылительный элемент 28, полость Вентури 32, входное отверстие 34, выходное отверстие 38 и крыло 50 могут быть удлинены так, чтобы выходить за пределы всей ширины поперечного размера подложки 14, какой бы ни был ее поперечный размер. В конкретных реализациях этот поперечный размер был более 6 футов (1,8 м). Не известно причин, почему этот поперечный размер в конкретных реализациях не мог бы составлять десятки метров или соответствовать поперечному размеру наиболее больших подложек, подлежащих обработке.

Распылительный элемент 28 соединен с валом 40 мотора через трансмиссию 42 и подсоединен к мотору 44. Мотор 44 и трансмиссия 42 вращают вал 40 и элемент 28 в направлении стрелки 31 со скоростью, превышающей скорость, необходимую для отбрасывания порошка от элемента центробежными силами. Скорость элемента 28 увлекает воздух через полость Вентури с довольно значительным нарастанием скорости, достаточным для введения порошка в поток воздуха, для перемешивания воздуха и порошка в гомогенную смесь и для разрушения агломератов частиц за счет столкновений частиц с щетиной щетки и со стенкой и формирования частиц относительно одинакового размера.

Скорость элемента 28 также может заряжать частицы полученного гомогенного облака, причем каждую частицу одинаковым зарядом. За счет выбора непроводящего материала щетинок элемента 28 и непроводящего материала частиц заряд одной полярности может быть придан каждой частице облака частиц в то время, когда она покидает распылитель. Этот процесс общеизвестен как трибоэлектрический эффект. Заряд, находящийся на частицах, полезен, так как он помогает рассеиванию частиц однородного облака как в продольном, так и в поперечном его направлении в то время, когда оно покидает распылитель. Этот заряд увеличивает также площадь, в пределах которой облако полностью однородно по распределению размеров частиц, по размерам частиц и по плотности частиц.

Этот трибоэлектрический эффект также имеет свои недостатки, когда поддон 26 и крыло 50 сделаны из проводящих материалов, так как электрический заряд частиц наводит противоположный электрический заряд на поддоне 26 и крыле 50 такой, что частица притягивается к поддону 26 и крылу 50 и одновременно на них образуются агломераты частиц. В зависимости от проводимости материала частиц частицы могут аккумулироваться и агломерировать на кромке 91 поддона 26 или крыла 50 до такой степени, что агломерированный материал частиц может отпасть от кромки 91 на покрываемую подложку внизу. Вообще говоря, такое агломерирование не может быть допущено при покрытии верхней поверхности полотна, так как этот материал частиц, который агломерирует, ранее или позже упадет на покрываемую поверхность, вызывая повреждения покрываемой поверхности.

Агломерирование на кромке 91 может быть сведено к минимуму путем изготовления поддона 26 и крыла 50 из непроводящего материала. Однако иногда поддон 26 и крыло 50 желательно делать из проводящего материала, как будет упомянуто далее.

При конкретном варианте, иллюстрированном на фиг.1 и 2, поддон 26 и крыло 50 сделаны из непроводящего материала. В конкретных примерах этот непроводящий материал может быть поликарбонатом, акрилом или ацетатным (acetal) материалом. В этой конкретной реализации порошок не подвергался агломерации на нем, а поддон 26 и крыло 50 не заряжались по индукции до такой степени, чтобы на нем возникала агломерация порошка. Эксперименты показывают, что любой материал, имеющий проводимость в диапазоне от 10 в 10-й степени до 10 в 16-й степени, в рамках изобретения может быть рассмотрен как непроводящий.

В других конкретных вариантах, таких как показанные на фиг.1 и 2, поддон 26 и крыло 50 сделаны из проводящих материалов, таких как металл, так как требуется прочность как поддона 26, так и поверхностей 93, 94. В каких-то реализациях поверхность 93 не имеет неровностей и отполирована до среднеквадратического отклонения, равного 125. Аналогично поверхность крыла 94 отполирована до среднеквадратического отклонения, равного 125.

В конкретном варианте, иллюстрацией к которому является фиг.10, поддон 26 в основной части сделан из проводящего металла, такого как нержавеющая сталь, для прочности и более продолжительной работы, а кромка 91 сделана из непроводящего материала, такого как поликарбонат, акрил, ацетат или полиэтилен, так как структурная прочность обеспечивается металлом основной части 95. Таким образом, поддон 26 имеет проводящую часть 95 и непроводящую часть 96. Непроводящая часть 96 простирается от кромки 91 до, как минимум, самой нижней точки 98 на поддоне 26, как показано. Части 95, 96 могут быть соединены вместе любым из известных способов. Фиг.10 показывает части поддона 95 и 96, соединенные язычками и углублениями 99 так, что часть 96 поддона может быть вставлена в концевую часть части 94 поддона до совмещения. Таким способом поверхность 92 поддона 26 может быть сделана непрерывной. В некоторых реализациях поверхность 92 полируется до среднеквадратического отклонения, равного 125.

Крыло 50 имеет аэродинамическую поверхность 94, расположенную наружу от элемента 28, поверхность 104, расположенную концом в непосредственной близости от элемента 28, и заднюю поверхность 106. Как показано на фиг.1 и 10, аэродинамическая поверхность 94 может быть искривленной или плоской. Поверхность 94 непосредственно примыкает к элементу 28 и продолжается наружу от элемента 28 так, чтобы направлять облако наружу от облака, выходящего из выходного отверстия 38 полости Вентури. Конец 104 может быть плоским или искривленным, как показано на фиг.1 и 10. На фиг.10 концевая поверхность 104 является искривленной с радиусом немного большим, чем радиус элемента 28, и по форме цилиндрической. Как задняя поверхность 106, так и противоположная концевая поверхность 102 могут быть плоскими или искривленными в зависимости от желания. В конкретном варианте, приведенном на фиг.10, каждая из этих поверхностей плоская и имеет угол откоса, предназначенный для того, чтобы препятствовать собиранию на нем порошка, а также направлять собирающийся на нем порошок от покрываемой поверхности. Порошок удерживается от накапливания на поверхности 94 как из-за отсутствия наведенного электрического заряда, так и благодаря скорости воздушного потока, движущегося через поверхность 94. С другой стороны, концевая поверхность 102 имеет небольшой поток воздуха, движущийся через ее поверхность. Таким образом, в большинстве реализации поверхность 102 имеет угол по отношению к горизонтали в диапазоне от 80 до 100^o. В большинстве случаев угол откоса порошка составляет 80^o. Задняя поверхность 106 так же, как поверхность 102, имеет небольшой поток воздуха к поверхности. Таким образом, поверхность 106 будет собирать на себе порошок, если угол откоса не максимизирован. Однако порошок, накапливающийся на задней поверхности 106, если она имеет угол по отношению к горизонтали более чем угол откоса порошка, всегда будет возвращаться после его накапливания на поверхности путем его падения на поверхность и на вращающийся элемент 28. В конкретных реализациях поверхность 106 имеет угол по отношению к горизонтали от 45 до 70^o.

На фиг. 1 и 2 показано, что поверхность 94 должна быть искривленной. Поверхность 102 проходит от этой искривленной поверхности перпендикулярно последней. Задняя поверхность 106 проходит от засыпной воронки 18 к крылу 50, имея отверстия для возврата 110. Фиг. 3, 4, 5 и 6, как показано, имеют аналогичные поверхность 94, задние поверхности 106 и перпендикулярные поверхности 78. Отверстия для возврата 110 размещены в поверхности 78, как показано.

Элемент 28 функционирует как воздуходувка совместно с поддоном 26 для направления воздуха и порошка, входящего в него через полость Вентури 32, так и в качестве переносчика порошка, как это описано в патенте США 5314090.

Скорость вращения элемента 28 и удаление элемента 28 от поддона связаны так, чтобы требуемый воздух, проходящий через полость Вентури 28, имел достаточно большую скорость для распыления порошка, поступающего во входное отверстие полости Вентури 34, а также чтобы порошок равномерно распылялся в виде облака, выходящего из выходного отверстия полости Вентури 38. В характерных вариантах выходом распылителя 28 является щетка такая, как описана в патенте США 5314090.

Щеткой 28 может быть любой цилиндрический элемент, который имеет сердцевину и радиально расположенные щетинки любого типа. Щетинки могут быть расположены плотно или удалены друг от друга, размещены упорядочено или случайным образом, длинными или короткими, тонкими или толстыми, относительно твердыми или относительно гибкими и при этом сделаны из материалов в диапазоне от металлов до пластиков и естественных нитей. Диаметральный размер сердцевины и длина щетинок также могут изменяться. Выбор щетинок зависит от функций щетки и типа распыляемого порошка.

Если распылитель используется для распыления больших количеств порошка в небольшое количество воздуха, тогда щетка должна нести некоторое количество порошка между щетинками перед распылением. В этом случае длина щетины должна быть больше, чем обычно для того, чтобы увеличить объем переносимого щеткой между щетинками порошка.

Если используемый порошок имеет тенденцию к агломерации или имеются трудности по его перемещению в распылителе, тогда гибкие щетинки имеют преимущество ввиду того, что гибкость щетинок облегчает передвижение и деагломерацию порошка.

Если желательно уменьшить размер частиц, тогда требуется щетка с жесткой щетиной. Длина и материал щетинок определят длительность работы щетки в каждом конкретном применении.

Величина заряда отдельных частиц из облака частиц, покидающих распылитель 10, в общем увеличивается при увеличении скорости вращения элемента 28, при уменьшении проводимости материала щетинок и при уменьшении проводимости материала частиц. В большинстве применений исполнение щеточного элемента 28 может также изменяться и в конечном итоге регулируется путем изменения скорости вращения распылительного элемента 28. В характерных вариантах, в которых требуются деагломерация и уменьшение размеров частиц, выбирается щетка с щетинками из специальных материалов, имеющими определенный поперечный диаметр и определенную продольную длину. Щетинки могут быть круглыми или квадратными в поперечном сечении. Если они являются квадратными в поперечном сечении, то эластичная гибкость щетинки в направлении вращения и в поперечном к нему направлении может отличаться. Это важно, так как и агломерация, и уменьшение размеров частиц, как полагают, зависят от столкновений частиц со щетинками, в которых щетинка воздействует на частицу и потом перемещается в сторону перпендикулярно направлению движения, обеспечивая возможность соударения частицы с другой щетинкой. Таким образом, чем плотнее расположены щетинки, тем больше возникает столкновений щетинок с частицами. Отношение длины к поперечному размеру в направлении вращения и скорость вращения щетки определяют силу столкновения между частицей и щетинкой. Отношение длины к размеру поперек направления вращения и плотность щетинок, а также вращательная скорость щетки определяют количество столкновений, которые возникнут между частицами и щетинками.

В характерных вариантах щетина может включать натуральные щетинки, синтетические полимерные щетинки и металлические щетинки. Длина щетинок изменяется от относительно коротких до чрезвычайно длинных. Поперечный размер щетинок может превышать размер распыляемых частиц как в 2-3 раза, так и в 50 раз, причем по отношению к самым большим частицам. На практике щетинки имеют ограничение по максимальному поперечному размеру от 4 до 15000 микрон и длину от нескольких сантиметров до нескольких метров.

В то время как влияние отношения продольной длины к поперечному размеру щетинок на уменьшение размера частиц и способность к деагломерации элемента 28 весьма ощутимо, кажется, что полный диаметр щетки 28 имеет меньшее влияние на деагломерацию и уменьшение размеров частиц. При выборе элемента 28 большего диаметра возрастает продольная длина полости Вентури в направлении потока воздуха и, таким образом, возрастает количество столкновений между частицами и щетинками. Однако сила столкновений между щетинками и частицами определяется твердостью щетины и вышеупомянутым отношением продольной длины и поперечным размером щетинки. Таким образом, увеличение диаметра элемента 28 и сохранение того же самого отношения длины к поперечному размеру щетинки просто увеличивает количество столкновений частиц, а не тип возникающих столкновений. Таким образом, главным в большинстве применений является отношение длины к поперечному размеру щетинки и свойства материала щетины, а не диаметр щетки 28.

Однако в характерных реализациях отношение длины к поперечному размеру щетинок изменяется от 200 к одному до примерно 800 к одному, длина щетинок изменяется примерно от половины дюйма (1,25 см) до 5 дюймов (12,5 см). Поперечные размеры щетинок в направлении вращения изменяются примерно от 0,001 (0,002 см) до 0,062 дюйма (0,155 см), поперечные размеры щетинок в направлении, поперечном направлению вращения, изменяются в диапазоне примерно от 0,001 (0,002 см) до 0,062 дюйма (0,155 см) и отношение длины щетинки к поперечному размеру изменяется в диапазоне примерно от 200 к одному до 800 к одному.

В некоторых реализациях поддон 26, элемент 28 и крыло 50 могут быть удлинены для процессов покрытия широких полотен или могут иметь отношения длины к диаметру элемента 28 меньше чем 1, если это необходимо. В некоторых реализациях толщина полости Вентури или расстояние между элементом 28 и поддоном 26 заключена примерно от 0,001 (0,002 см) до 0,100 дюйма (0,25 см), а элемент 28 вращается со скоростью примерно от 700 до 4000 об/ мин в зависимости от диаметрального размера ротора и интенсивности в фунтах в минуту, с которой желательно распылять порошок изобретенным улучшенным распылителем. Дополнительно в этих реализациях элемент 28 удален от концов поддона, которые убраны с чертежей для наглядности роторного элемента 28 и полости Вентури 32, и удален от крыла 50 на расстояние примерно от 0,001 (0,002 см) до 0,020 дюйма (0,05 см). В этих характерных реализациях порошок, имеющий размеры частиц примерно от 2 до 300 микрон, может быть распылен в виде однородного облака частиц материала, имеющего относительно постоянный размер частиц, равномерно распределенных в облаке как в направлении потока, так и в его поперечном направлении.

В качестве засыпной воронки 20 может быть использована любая стандартная засыпная воронка, предназначенная для использования с порошковым материалом. Засыпная воронка может быть симметричной, как показано на фиг.1 и 2, или может быть асимметричной, имеющей, к примеру, вертикальную стенку и стенку, расположенную под углом как к вертикальной, так и горизонтальной. Желательно, чтобы обе стенки засыпной воронки имели угол по отношению к горизонту больший, чем угол откоса как материала стенок засыпной воронки, так и подводимого порошкового материала. Засыпная воронка устанавливается независимо от порошкового распылителя 10 и может быть установлена на пружинной подвеске (не показано) и снабжена вибратором 22, как упоминалось ранее.

Нижнее отверстие 24 засыпной воронки, как показано, размещается над входным отверстием 32 полости Вентури. Входное отверстие полости Вентури 32 в конкретной реализации может быть сходящимся для того, чтобы захватывать весь порошок, падающий из засыпной воронки 20 в распылитель 10. Выходное отверстие 38 полости Вентури 32 и крыло 50 направлены и необходимы для подвода потока материала частиц, однородно распыленных в объеме воздуха, во входную область 46 стандартного электростатического устройства для покрытия 48. Направление облака на цель сопровождается использованием крыла 50 и методов на базе эффекта Коанды для потока газа. Крыло 50 может служить цели загораживания верхней части распылительного элемента так, чтобы поддерживать атмосферу вокруг распылителя с наименьшим возможным содержанием пыли.

Совершенно удивительно, но облако, покидающее выходное отверстие полости Вентури 38, не отбрасывается от быстровращающегося элемента 28, как это можно было ожидать. Наоборот, оказывается, что однородное облако взвешенных частиц материала следует дугообразной поверхности элемента 28 по окружности вокруг элемента по меньшей мере на 90^o и даже на 360^o. Поэтому необходимо крыло, которое снимает и удерживает облако от следования за элементом 28.

Назначением крыла является не только снятие облака с элемента 28, но и направление облака, как это нужно, в желаемую область. Таким образом, во всех реализациях передняя кромка крыла должна фактически примыкать к периферии элемента 28. Из опыта оказывается, что элемент 28 функционирует хорошо, если он размещен как можно ближе к щетке.

Совершенно удивительным в работе распылителя 10 является то, что область между порошковым распылителем 10 и устройством для покрытия 48 не обязательно должна быть полностью ограждена, так как облако частиц, выходящих из полости Вентури, в основном следует, во-первых, дугообразной траектории вращения элемента 28 и потом, во-вторых, поверхности крыла 94 и не будет распыляться в пространстве, окружающем распылитель в неуправляемых условиях так, как это бывает при работе порошковых распылителей других конструкций. Оказывается, что распылитель 10 придает облаку значительную скорость так, что эффект Коанды преобладает над влиянием на облако частиц, которое оказывает существенно неподвижный окружающий воздух.

Как только облако направлено во входную область 46 устройства электростатического покрытия 48, облако оказывается под воздействием электрического поля ионизации электродов 52 устройства для покрытия и потока газа, перемещающего облако через устройство для покрытия 48. В конкретных реализациях устройство для покрытия 48 может быть любым из тех, которые описаны в патенте США 5279863, содержание описания включено здесь для ссылки.

В характерных реализациях крыло 50 может быть прикреплено или к засыпной воронке 20 и при этом подвергаться вибрации вместе с ним для того, чтобы минимизировать накопление на нем порошка, или закреплено независимо или прикреплено к поддону 26.

На фиг. 3 и 4 показан распылитель 10 и устройство 12 для использования при покрытии нижней поверхности 53 подложки 14. Устройство для подвода порошка 18 сделано также в виде засыпной воронки 20. На фиг.3 и 4 засыпная воронка 20 показана без вибратора 22, но с устройством для загрузки 54, размещенным около засыпной воронки 20 для поддержания засыпной воронки полной порошка. Аналогично в других реализациях устройство по фиг.1 и 2 может быть снабжено подающим устройством 54 и может быть использовано с или без вибратора 22. Скорость, с которой работает подающее устройство 54, должна быть взаимосвязана со скоростью работы распылителя 10 так, чтобы поддерживался непрерывный и соответствующий поток порошка из подающего устройства 54 через засыпную воронку 20 и через распылитель 10 в устройство для покрытия.

В этой реализации засыпная воронка 20 и распылитель могут быть идентичны описанным ранее. Однако крыло 50 размещено вплотную к выходу 38 так, чтобы перекрывать промежуток между поддоном 26 и областью входа 46 устройства для покрытия. Крыло 50 может иметь форму и может размещаться в соответствии с обычными методами, действующими в газовых потоках. Облако частиц материала, однородно распределенных в нем, снимается с элемента 28 и подается на вход 46 устройства для покрытия 48, как только облако попадет под воздействие электрического поля устройства 48, его движение в устройстве 48 управляется разряжением в устройстве и гравитацией, как обычно.

Удивительно, но только небольшое количество порошка не деагломерировалось при использовании распылителя до такого размера частиц, при котором порошок был бы полностью взвешен в воздухе. Практически весь порошок, поступивший в распылитель 10 из устройства для подачи порошка 18, был полностью деагломерирован до требуемого размера частиц и распылен, и не было порошка, не распыленного в воздухе и вышедшего через порошковый дренаж 56 на его нижнем ребре. Поэтому предположительно в большинстве вариантов порошковый дренаж 56, предназначенный для отвода частиц больших размеров, которые не могут находиться во взвешенном состоянии в облаке, выходящем из распылителя 10, не является необходимым, а является лишним в составе распылителя 10.

Во всех вариантах подложка 14 перемещается конвейерным способом относительно распылителя 10, устройства для подачи порошка 18 и устройства для покрытия 48. Направление перемещения подложки, то есть движется ли непокрытая подложка от распылителя 10 или к распылителю 10, зависит от процесса покрытия. Как и в других процессах электростатического покрытия, может быть более желательным подвергать непокрытую подложку воздействию более концентрированного облака, выходящего из распылителя 10. В других процессах покрытия может дать преимущество возрастание концентрации порошка в облаке при перемещении покрываемой подложки к распылителю.

В общем не имеет значения проводимость поддона 20 и крыла 50 в реализации, приведенной на фиг.3 и 4, так как показанные реализации приспособлены для покрытия нижней поверхности подложки. Так как все оборудование размещено ниже покрываемой поверхности, любые падения агломерата из устройства не повлияют на покрытие поверхности.

На фиг. 5 и 6 засыпная воронка 20 показана замененной на устройство для подачи порошка 60, описанное в патенте США 5314090. Как показано, устройство для подачи порошка 60 из этого патента способно подводить повторяющиеся и точно отмеренные количества порошка к изобретенному распылителю 10. Таким образом, устройство для подачи порошка 60 может быть использовано тогда, когда управление подводом порошка к распылителю является более критичным для процесса и когда требуется управление лучше, чем возможное при использовании засыпной воронки 20, как было описано ранее.

Устройство для подачи порошка 60 питается от засыпной воронки 62, которая функционирует как резервуар для устройства подачи порошка 60. Засыпная воронка 62 может в какой-то реализации быть идентичной засыпной воронке 20 и может быть оборудована или использована как с вибратором 22, так и без него. Как показано, засыпная воронка 62 имеет нижнее отверстие 24, которое открывается в кожух 64, в котором закреплен на цапфах упругодеформируемый элемент или щетка 66 для вращения в направлении стрелки 67. Элемент 66 прикреплен к валу 68, который вставлен в противоположные стенки (не показано) кожуха 64. Один конец вала присоединен к мотору с переменной скоростью вращения 70. Кожух 64 имеет внутреннюю часть 72, нижнюю часть 74, верхнюю часть 76 и пару боковых частей 78. Кожух 64 полностью охватывает элемент 66.

Элемент 66 в общем цилиндрический. Кожух 64 может быть сделан из пластика или любого другого подходящего непроводящего материала. В других реализациях кожух 64 сделан из прозрачного пластика или же имеет дверцу для доступа в кожух 64 (не показано) таким образом, что во время работы можно наблюдать и делать регулировки. Элемент 66 размещен в кожухе 64 так, чтобы закрывать отверстие засыпной воронки 24.

В большинстве характерных реализаций желательно, чтобы элемент 66 являлся щеткой, имеющей множество щетинок 80, размещенных с постоянной плотностью вокруг сердцевины 81 и отходящих радиально от нее. Щетинки 80 могут являться натуральными нитями или нитями из любого подходящего материала, чтобы щетка 66 была способна удерживать порошок от падения из засыпной воронки 20 через нижнее отверстие 24. Щетинки 80 должны иметь подходящую длину и размер для выбранной скорости вращения, щетка 66 позволяет порошку из засыпной воронки 20 точно проникать между щетинками 80, переноситься щеткой 66 при ее вращении и проходить в отмеренном количестве через выходное отверстие 82 в нижней части 74 к изобретенному распылителю. Как описано в патенте США 5314090, скорость, с которой вращается элемент 66, всегда ниже необходимой для отрыва материала порошка от элемента 66 центробежными силами.

Скорость потока порошка через засыпную воронку 20 через выходное отверстие 82 зависит, кроме всего прочего, от темпа скорости, с которой щетка 66 вращается в направлении стрелки 67, диаметра щетки 66, емкости порошка в щетке 66 и размера отверстия 24. Емкость порошка в щетке 66 зависит от длины и плотности щетинок 80. Скорость потока порошка из засыпной воронки 20 через устройство для подвода 60 вносит вклад в суммарную скорость порошка к распылителю 10.

Выход 82 устройства подачи 60 расположен так, что порошок при выходе падает во входное отверстие 34
полости Вентури 32 таким же образом, как было описано ранее по отношению к размещению нижнего отверстия 24 засыпной воронки 20, как показано на фиг. 1-4. Как показано на фиг.5 и 6, кожух 64 может быть снабжен поддоном 26 и крылом 50 так, чтобы образовался общий кожух как для элемента 66, так и для элемента 28. Такой кожух продолжал бы поддон 26 вверх до зацепления с засыпной воронкой 62 устройства для подачи материала 60 и крылом 50 для охвата элемента 66 и образования вместе с поддоном 26 как выходов 34, 82 для разделения элементов 66, 28, так и для правильного формирования входа 34 и выхода 38 полости Вентури 32.

Как на фиг.5, так и на фиг.6 подложка 44 может перемещаться по направлению к или от распылителя 10. Более того, выход 38 распылителя 10 и облако материала частиц может быть направлен при помощи дефлектора вниз, как показано на фиг.5 или 6, или вверх, при необходимости. Этот выбор обычно зависит от размера частиц и распределения размеров частиц в облаке, а также требуется или нет использовать влияние гравитации на смещение больших частиц на подложке.

В общем не имеет значения проводимость поддона 20 и крыла 50 в варианте, приведенном на фиг.5 и 6, так как приведенная реализация приспособлена для покрытия вертикально расположенных подложек. Поскольку все оборудование размещено по одну сторону поверхности, подлежащей покрытию, постольку падающие из устройства агломераты не повлияют на покрытие поверхности.

В вариантах, представленных на фиг.1-6, имеются различия в структуре. Поддон 26 и элемент 28 могут быть любого диаметра. Количество порошка, которое может быть распылено при помощи распылителя 10, тем больше, чем больше элемент 28 и поддон 26, чем больше полость Вентури 32 и чем больше объем воздуха, в котором может быть распылен порошок.

Если в качестве элемента 28 используется щетка, то длина щетинок становится переменной. Однако так как щетка 28 вращается со скоростью большей, чем скорость, с которой порошок будет покидать распылитель под воздействием центробежных сил, влияние длины щетинок не является критичным.

Однако расстояние между щеткой и поддоном является критичным и зависит от элемента 28 и его скорости. В характерных реализациях это расстояние изменяется в диапазоне примерно от 0,005 (0,012 см) до 0,100 дюйма (0,25 см). Элемент 28, вращающийся со скоростью, достаточной для отрыва частиц, подлежащих распылению, от элемента 28 центробежными силами должен быть способен подавать достаточно турбулентный воздух в полость Вентури со скоростью, необходимой для распыления порошка в этом воздухе. Итак, расстояние между элементом 28 и поддоном 26 может быть больше, если скорость элемента 28 больше, и наоборот. В конкретных примерах желательно, чтобы элемент 28 имел диаметр 2 дюйма (5 см) или больше и вращался со скоростями примерно от 700 до 4000 об/ мин.

Вертикальное расстояние между нижним отверстием 24 засыпной воронки и входом полости Вентури или входным отверстием 34 также может изменяться. Это может быть любое расстояние, которое может пролететь порошок при эффективной подаче в полость Вентури. В характерных вариантах это расстояние может изменяться в диапазоне от одного дюйма (2,5 см) до 6 футов (183 см) или больше.

Радиальное удаление входного отверстия 34 в полость Вентури и выходного отверстия или выхода 38 может также изменяться. В конкретных примерах это расстояние было примерно от 180 до 45^o. В вариантах, приведенных на фиг.5 и 6, в которых изобретенный распылитель 10 соединен с устройством для подачи материала, описанным в патенте США 5314090, отношение между диаметрами элемента 66 и элемента 28 может выражаться любым числом, в большинстве вариантов это отношение равно или больше единицы, соответственно отношение скоростей лучше всего поддерживать как можно более высоким. Расстояние между осями элементов 28 и 66, измеренное между валами, обычно только больше одного диаметра, но где-то может быть примерно от нескольких дюймов (см) до 6 футов (183 см) или более.

Во всех реализациях изобретения порошок, выходящий из полости Вентури 32, следует контуру крыла 50 и с его помощью направляется к цели. Порошок, проходящий через полость Вентури, деагломерируется, распыляется, приобретает заряд благодаря трибоэлектрическому эффекту, если щетинки щетки являются непроводящими, так что когда он выходит из полости Вентури 32, он является заряженным, причем каждая частица порошка имеет одинаковый заряд. Таким образом порошок, выходящий из полости Вентури 32, подвергается постоянному распылению поперек и вдоль подложки как действием турбулентного потока воздуха, в котором распыляются частицы, так и силами отталкивания одинаково заряженных частиц.

Облако частиц следует вдоль кривой, образуемой крылом 50, благодаря скорости облака поперек крыла. В характерных реализациях, при которых распылитель порошка размещен на расстоянии примерно от 4 (144 см) до 6 футов (183 см) от подложки, обнаружено, что облако частиц может быть направлено на подложку, сохраняя однородность, при ширине следа примерно от 2 (5 см) до 6 дюймов (15 см), причем оно остается однородным как в продольном, так и в поперечном направлении подложки. За пределами внешних границ следа степень однородности концентрации частиц облака резко падает. Этот след в реализациях, приведенных на фиг.1 и 2, где облако частиц направляется к цели, находящейся ниже распылителя, и где гравитация воздействует на облако частиц, направляя распыленные частицы к цели, составляющий, как было описано ранее, от 2 (5 см) до 6 дюймов (15 см), может расшириться от 4 (10 см) до 10 дюймов (25 см). Аналогично, когда сила притяжения, действующая на облако частиц, противодействует движению облака частиц, выходящего из полости Вентури 32, как это имеет место в реализациях, приведенных на фиг.3 и 4, ранее описанный след шириной от 2 (5 см) до 6 дюймов (15 см) может уменьшиться по ширине до примерно 1-3 дюйма (2,5 см-7,5 см).

В любом случае из-за этого явления возникает проблема при однородном покрытии вертикально расположенных подложек, находящихся на расстоянии от изобретенного распылителя большем, чем от 4 (10 см) до 6 дюймов (15 см). Например, при однородном покрытии вертикально расположенной подложки высотой 12 дюймов (30 см), движущейся горизонтально, с помощью изобретенного распылителя, расположенного вплотную к его нижней границе, будут покрыты однородно только нижние 4-6 дюймов (10-15 см) подложки, а смещение порошка на верхних 6 дюймах (15 см) подложки будет значительно меньше, чем на нижних 6 дюймах (15 см) подложки.

На фиг. 7 показано сочетание распылителя с устройством подачи порошка, предназначенное для покрытия в основном вертикально расположенных и горизонтально перемещаемых подложек с поперечными размерами большими, чем примерно 2-4 дюйма (5-10 см). Как показано на фиг.7, устройство подачи порошка 60, имеющее полную структуру ранее описанного устройства подачи порошка 60, установлен выше, чем подложка 84. Распылитель 10, размещенный ниже устройства подачи 60, имеет элемент 28, установленный далее от подложки и расположенный под углом как к вертикали, так и к горизонтали, как это показано. Желоб для спуска порошка 86 проходит от нижнего отверстия 82 к входному отверстию 34 полости Вентури, через него порошок падает из устройства подачи порошка 60 в полость Вентури 32, образуемую поддоном 26, окружающим щеточный элемент 28. Крыло 50 продолжается от выходного отверстия 38 полости Вентури по направлению к подложке 84. Крыло 50 и поддон 26 и элемент 28 одинаково удалены от подложки 84 и имеют расстояние между выходным отверстием полости Вентури и подложкой в характерных реализациях в 4-6 дюймов (10-15 см) над всей продольной длиной распылителя 10.

Так как устройство подачи порошка 60 и распылитель 10 могут иметь любую длину, вариант, приведенный на фиг.7, может быть использован для покрытия вертикально расположенных и горизонтально перемещаемых листовых материалов или массива частей, подвешенных вертикально и перемещаемых горизонтально в любом поперечном измерении и по высоте.

В общем не имеет значения степень проводимости поддона 20 и крыла 50 в реализации, приведенной на фиг.7, так как показанная реализация предназначена для покрытия вертикально расположенных подложек. Так как оборудование размещено с одной стороны поверхности, предназначенной для покрытия, агломераты, выпадающие из устройства, не повлияют на покрытие поверхности.

На фиг. 8 и 9 показан другой вариант распылителя, устройства для подачи порошка и деагломератора, предназначенного для использования с вертикально размещенными и горизонтально перемещаемыми подложками ранее описанного типа. В этой реализации устройство подачи порошка 60 должно быть размещено над распылителем 10, желоб для порошка 86 проходит между выходом 82 устройства подачи порошка 60 и входным отверстием 34 полости Вентури 32, а распылитель оборудован крылом 50, которому придана форма спирали, имеющим переднюю кромку 88 в форме спирали для того, чтобы снимать облако частиц с элемента 28, цилиндрическую в поперечном сечении и в форме спирали заднюю кромку 90, которое вдоль всей длины размещено на расстоянии примерно от 4 до 6 дюймов (10-15 см) от подложки, подлежащей покрытию. Эта реализация полезна только для тех подложек, которые имеют поперечные размеры или вертикальную высоту меньше, чем вертикальная высота спиралевидного крыла 50 плюс-минус от одного до 6 дюймов (1-15 см).

В некоторых реализациях устройство подачи 60 может находиться над подложкой 84 или с одной стороны подложки 84, распылитель при этом всегда должен быть размещен вплотную к нижнему ребру 92 подложки 84, а спиралевидное крыло 50 должно простираться над полным вертикальным измерением подложки 84, как показано.

На фиг. 9 показан общий вид поддона 26, щеточного элемента 28 и спиралевидного крыла 50 распылителя 10, приведенного на фиг.8, для того чтобы лучше показать форму крыла 50 и его относительное положение по отношению к выходу 38 полости Вентури и входному отверстию 34 полости Вентури.

Желоб для порошка 86, показанный на фиг.7, должен состоять из сегментов и иметь удаленные и в общем параллельные и в общем вертикальные стенки. Показанный на фиг.8 желоб 86 должен быть несегментированным и не должен иметь частей или стенок между противоположными концами. Такие желоба являются взаимозаменяемыми и зависят от размеров подложки и свойств порошка, подлежащего распылению.

В общем случае не имеет значения степень проводимости поддона 20 и крыла 50 в реализации, приведенной на фиг.8 и 9, так как реализация приспособлена для покрытия вертикально расположенных подложек. Так как все оборудование расположено на одной стороне поверхности, подлежащей покрытию, агломераты, выпадающие из устройства, не повлияют на покрытие поверхности.

В процессе работы порошок из засыпной воронки 20 подается через нижнее отверстие 24 во входное отверстие 34 полости Вентури 32 в реализациях, приведенных на фиг.1-4. Потоком порошка в полость Вентури 32 можно управлять по выбору или задавая требуемый размер отверстия 24 или управляя работой вибратора 22. Как только порошок входит в полость Вентури 32, элемент 28 увлекает газовый носитель через полость Вентури при сравнительно высокой скорости и турбулентности. Элемент 28 распыляет весь порошок, входящий в контакт с этим элементом, в то время как элемент 28 вращается со скоростью, превышающей необходимую для отбрасывания от него порошка центробежной силой. Размер частиц, зависящий от материала частиц и степени твердости щетинок 80 элемента 28, также может быть уменьшен в распылителе 10 при изменении скорости щетки, если это необходимо. Порошок, распыленный в газовом носителе в виде облака, выходит из выходного отверстия 38 полости Вентури. Это облако в общем однородно по количеству порошка на единицу объема газового носителя, а также по распределению размеров частиц и по распределению частиц как в направлении газового потока, так и в его поперечном направлении. Более того, распределение размеров частиц в общем постоянно в облаке, если степень турбулентности газового носителя внутри полости Вентури достаточна для агломерации порошка. В любом случае при соответствующем выборе скорости элемента порошок относительно постоянного размера может быть относительно однородно распределен в облаке как с точки зрения плотности частиц, так и с точки зрения распределения размеров частиц.

Над порошком, используемым в аспираторе 10, совершается очень небольшая механическая работа элементом 28 или гравитационными силами. Когда с аспиратором 10 используется устройство для подачи порошка 60, в аспиратор 10 могут быть поданы очень точно отмеренные количества порошка. Управляя потоком порошка из засыпной воронки 62 в устройство подачи при помощи стандартных средств и управляя скоростью элемента 66, в аспиратор 10 можно подать очень точно отмеренные количества порошка. Вибрация и гравитация перемещают порошок из засыпной воронки 62 внутрь элемента 66, который переносит порошок к выходу 82, совершая очень небольшую механическую работу над порошком. В характерных вариантах, в которых элемент представляет собой щетку, порошок попадает между щетинками 80, щетка вращается и с помощью гравитации освобождает порошок и направляет через выход 82. Поэтому, выбирая степень вибрации (если используется вибратор 22), кожух, имеющий выходное отверстие 24 заданного размера, щетку 66 и скорость вращения, можно подать очень точно отмеренные количества порошка в изобретенный аспиратор 10.

Во время вращения элемента 66 этот элемент подвергается воздействию порошка в засыпной воронке 62 и наполняется порошком между щетинками и вращается над выходом 82, через который элемент 66 сбрасывает порошок, переносимый элементом. Как только порошок сброшен с устройства подачи 18 или 60 в аспиратор 10, порошок входит в полость Вентури 32 через входное отверстие 34 полости Вентури и подхватывается быстро движущимся газовым носителем, который протягивается через полость Вентури элементом 28. Элемент 28 вбрасывает весь порошок в газовый носитель с помощью центробежной силы и перемещает турбулентный газовый носитель через полость Вентури по направлению к выходу 38 из полости Вентури. Как только порошок покидает выходное отверстие 38 полости Вентури, однородное облако частиц следует по кривой, задаваемой элементом 28, до тех пор пока оно не будет снято с элемента 28 крылом 50, и направляется крылом 50 в соответствии с обычными законами течения газа по направлению ко входу 46 устройства для покрытия 48. Как показано на фиг. 1 и 2, облако от выхода 38 может быть направлено вниз при помощи изобретенного аспиратора 10 для покрытия верхней стороны подложки. Как показано на фиг.3 и 4, аспиратор 10 может направлять облако частиц от выхода 38 полости Вентури вверх так, чтобы покрывать нижнюю сторону подложки. Подложки могут быть покрыты по обеим сторонам, будучи ориентированы как горизонтально, так и вертикально, как показано на фиг.1-4, фиг.5 и 6 и фиг.7-9 соответственно.

Производительность порошкового распылителя 10 во всех реализациях управляется темпом поступления порошка внутрь полости Вентури 32 от устройства подачи 20 или 60. Плотность частиц облака, создаваемого изобретенным распылителем 10, является функцией количества порошка, поступившего в распылитель 10, и количества газового носителя, проходящего через полость Вентури. В большинстве практических применений количество газового носителя, проходящего через полость Вентури, управляется расстоянием между поддоном 26 и элементом 28 и скоростью вращения элемента 28. Чем меньше расстояние, тем меньше газового носителя, чем больше расстояние, тем больше газового носителя. Аналогично количество порошка, поступающего в полость Вентури от устройства подачи, является прежде всего функцией, в случае засыпной воронки 20, размера нижнего отверстия 24 и потока порошка через него или, в случае устройства подачи 60, скорости вращения и емкости элемента 66.

Распылитель производит относительно однородное облако материала частиц и направляет это облако в устройство электростатического покрытия в направлении вверх или в направлении вниз, как необходимо. При помощи изобретения создается улучшенный распылитель порошка и улучшенное сочетание распылителя с устройством подачи и улучшенное сочетание распылителя с устройством подачи и с деагломератором для всех операций по покрытию порошком.

В частности, распылитель необходим для покрытия широких полотен, так как он может производить облака материала частиц относительно постоянного размера в поперечных сечениях как вдоль полотна, так и поперек его, которые могут быть высокооднородными как по размеру частиц, так и по распределению размеров частиц. Используя устройство подачи частиц, такое как приведено в патенте США 5314090, с помощью изобретенного улучшенного распылителя, сочетания распылителя с устройством подачи и сочетания распылителя с устройством подачи и деагломерации могут быть распылены и нанесены на подложки любого поперечного размера, расположенные горизонтально, вертикально или под углом к нему, очень точно отмеренные количества материала частиц.

Порошковый распылитель, сочетание порошкового распылителя с устройством для подачи порошка и распылитель с устройством подачи и деагломерации порошка можно использовать для покрытия как верхней, так и нижней сторон горизонтально расположенных полотен и обеих сторон вертикально расположенных полотен. Порошковый распылитель, распылитель с устройством для подачи порошка и распылитель с устройством для подачи и деагломерации порошка можно использовать для питания оборудования порошкового покрытия при разумной стоимости установки и обслуживания.

В конечном итоге распылитель, распылитель с устройством для подачи порошка и распылитель с устройством для подачи и деагломерации порошка может быть создан в таком виде, который обеспечивает реализацию всех ранее упомянутых особенностей.

Так как характерная реализация изобретения показана и описана здесь с иллюстративной целью, то защита, предоставляемая любым патентом, который может быть выдан по данной заявке, не ограничивается только описанным примером, а распространяется на все структуры и устройства, которые попадают в объем формулы, приложенной к настоящему описанию.

Иобретение относится к устройству, используемому для введения отмеренного количества порошка из засыпной воронки в поток воздуха, в частности относится к распылителю порошка, который может быть соединен с подводящим деагломератором для ввода отмеренного количества распыленного порошка в поток воздуха в виде облака движущихся частиц. Распылитель порошка включает цилиндрический поддон, цилиндрический эластично деформируемый элемент, который закреплен на валу для вращения вокруг оси внутри поддона. Поддон установлен коаксиально элементу. Элемент и поддон образуют между собой цилиндрическую полость Вентури, в которую подается порошок. Полость Вентури имеет вход и выход, расположенные вдоль окружности. Имеется средство для вращения элемента внутри поддона со скоростями, превышающими скорость, необходимую для отбрасывания порошка от элемента центробежной силой. Элемент прокачивает окружающий воздух через полость Вентури и распыляет и деагломерирует порошок, подаваемый на вход полости Вентури, формируя тем самым однородное движущееся облако частиц материала, которое однородно как вдоль, так и поперек указанной оси. В изобретении также предложены сочетания распылителя с устройством подачи порошка и распылителя с устройством подачи и с устройством для деагломерации, которые, в частности, являются полезными в задачах покрытия широких полотен для производства облака, которое является однородным как в поперечном направлении, так и вдоль полотна и однородно как по распределению частиц, так и по размеру частиц в постоянно перемещающемся облаке. 3 с. и 47 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Порошковый распылитель, включающий поддон и цилиндрический элемент, причем цилиндрический элемент закреплен на валу для вращения вокруг своей оси, поддон выполнен цилиндрическим и размещен коаксиально элементу, при этом поддон частично окружает элемент, а последний и поддон установлены с образованием между собой цилиндрической полости Вентури, в которую подают порошок, причем полость Вентури имеет входное отверстие и выходное отверстие, которые удалены друг от друга по окружности, средства для вращения элемента внутри поддона со скоростями, превышающими скорости, требующиеся для отброса порошка от элемента центробежной силой, при этом элемент выполнен с возможностью подачи газа через полость Вентури и распыления порошка, поступающего во входное отверстие для производства однородного облака частиц материала, причем порошковый распылитель снабжен средствами для минимизации электрического заряда на поддоне и результирующей агломерации порошка на выходном отверстии. 2. Порошковый распылитель, включающий поддон и цилиндрический элемент, причем цилиндрический элемент закреплен на валу для вращения вокруг своей оси, поддон выполнен цилиндрическим и размещен коаксиально элементу, при этом поддон частично окружает элемент, а последний и поддон установлены с образованием между собой цилиндрической полости Вентури, в которую подают порошок, причем полость Вентури имеет входное отверстие и выходное отверстие, которые удалены друг от друга по окружности, средства для вращения элемента внутри поддона со скоростями, превышающими скорости, требующиеся для отброса порошка от элемента центробежной силой, при этом элемент выполнен с возможностью подачи газа через полость Вентури и распыления порошка, поступающего во входное отверстие для производства однородного облака частиц материала, причем поддон, смежный с выходным отверстием, выполнен из непроводящего материала. 3. Распылитель по п. 2, в котором непроводящий материал имеет проводимость примерно 10¹⁰ - 10¹⁶ Ом/см. 4. Распылитель по п. 2, в котором непроводящий материал выбран из группы материалов, состоящей из структурных полимерных материалов. 5. Распылитель по п. 2, в котором непроводящий материал выбран из группы структурных полимерных материалов, состоящей из поликарбонатов, акрилов, ацеталов и полиэтиленов. 6. Распылитель по п. 2, в котором поддон, смежный с выходным отверстием, выполнен заостренным, образуя кромку, смежную с элементом, причем поддон имеет поверхность, зависящую от кромки. 7. Распылитель по п. 6, в котором поверхность, зависящая от кромки, расположена перпендикулярно. 8. Распылитель по п. 2, в котором поддон выполнен из непроводящего материала от выходного отверстия до, по крайней мере, самой нижней точки полости Вентури. 9. Распылитель по п. 1 или 2, в котором выполнено крыло, удаленное от элемента примерно на расстояние 0,002 - 0,05 см, причем крыло имеет поверхность, простирающуюся от элемента вверх наружу от элемента, причем поверхность выполнена аэродинамически гладкой и имеет угол по отношению к горизонтали, крыло имеет концевую поверхность, удаленную от элемента, имеющую угол по отношению к горизонтальной поверхности больший, чем угол откоса, причем крыло имеет заднюю поверхность, имеющую угол по отношению к горизонтали больший, чем угол откоса. 10. Распылитель по п. 9, в котором непроводящий материал крыла имеет проводимость примерно 10¹⁰ - 10¹⁶ Ом/см. 11. Распылитель по п. 9, в котором угол аэродинамически гладкой поверхности и задней поверхности меньше 90^o, причем аэродинамически гладкая поверхность сформирована и расположена так, чтобы направлять облако от элемента, а также дополнительно включает объект, удаленный от крыла примерно на расстояние 2,5 - 15 см, при этом аэродинамически гладкая поверхность направляет облако к объекту. 12. Распылитель по п. 9, в котором угол аэродинамически гладкой поверхности меньше 90^o. 13. Распылитель по п. 9, в котором угол поверхности, удаленной от элемента, составляет около 90^o. 14. Распылитель по п. 9, в котором угол задней поверхности падения выполнен с обеспечением возможности любых накоплений порошка на нем с крыла по направлению к элементу для повторного использования. 15. Распылитель по п. 9, в котором угол задней поверхности заключен в диапазоне примерно 45 - 70^o. 16. Распылитель по п. 9, в котором угол аэродинамически гладкой поверхности заключен в диапазоне примерно 45 - 70^o. 17. Распылитель по п. 9, в котором крыло имеет поверхность в виде цилиндра, смежную с элементом, причем поверхность является минимальной. 18. Распылитель по п. 9, в котором объект выполнен удлиненным, элемент и поддон параллельны удлиненному объекту, крыло имеет кромки в виде спирали для того, чтобы простираться по всей поперечной ширине объекта. 19. Распылитель по п. 9, в котором объект выполнен удлиненным, а элемент, поддон и крыло расположены поперек объекта. 20. Распылитель по п. 1 или 2, в котором входное отверстие выполнено расходящимся. 21. Распылитель по п. 1 или 2, в котором выходное отверстие выполнено расходящимся. 22. Распылитель по п. 1 или 2, в котором элемент выполнен с возможностью вращения со скоростью примерно 700 - 4000 об. /мин. 23. Распылитель по п. 1 или 2, в котором полость Вентури имеет постоянную толщину между входным отверстием и выходным отверстием примерно 0,002 - 0,05 см. 24. Распылитель по п. 1 или 2, в котором элемент имеет диаметр больший, чем примерно 5 см. 25. Распылитель по п. 1 или 2, в котором размер частиц порошка изменяется в диапазоне 2 - 300 мкм. 26. Распылитель по п. 1 или 2, в котором элемент является щеткой. 27. Распылитель по п. 1 или 2, в котором порошок, поступающий в полость Вентури, имеет размер больше, чем порошок, выходящий из полости Вентури. 28. Распылитель по п. 1 или 2, в котором порошок выбран из группы порошков, состоящей из термореактивных и термопластичных органических полимеров, органических материалов и их комбинаций. 29. Распылитель по п. 1 или 2, в котором облако является относительно однородным трибоэлектрическим облаком частиц порошка, взвешенных в медленно движущемся потоке газового носителя. 30. Распылитель по п. 1 или 2, в котором объект удален от входного отверстия примерно на угол 45 - 240^o. 31. Порошковый распылитель, включающий поддон и цилиндрический элемент, причем цилиндрический элемент закреплен на валу для вращения вокруг своей оси, поддон выполнен цилиндрическим и размещен коаксиально элементу, при этом поддон частично окружает элемент, а последний и поддон установлены с образованием между собой цилиндрической полости Вентури, в которую подают порошок, причем полость Вентури имеет входное отверстие и выходное отверстие, которые удалены друг от друга по окружности, средства для вращения элемента внутри поддона со скоростями, превышающими скорости, требующиеся для отброса порошка от элемента центробежной силой, при этом элемент выполнен с возможностью подачи газа через полость Вентури и распыления порошка, поступающего во входное отверстие для производства однородного облака частиц материала, и выбран так, чтобы максимизировать столкновения частиц друг с другом и частиц с элементом и посредством этого деагломерировать и уменьшить размер частиц порошка, поступающего внутрь полости Вентури. 32. Распылитель по п. 31, в котором элемент является щеткой, имеющей щетинки, причем щетинки выбраны с поперечным размером и длиной и другими физическими свойствами совместно с физическими свойствами порошка, подаваемого в полость Вентури так, чтобы размельчить агломераты и уменьшить размер частиц порошка. 33. Распылитель по п. 32, в котором щетинки щетки выполнены эластичными с возможностью изгибания под действием столкновений между щетинками и частицами с увеличением степени деагломерации и уменьшения размера частиц порошка. 34. Распылитель по п. 31, в котором щетинки являются цилиндрическими, имеющими отношение длины к диаметру примерно 10 : 1 - 5000 : 1. 35. Распылитель по п. 31, в котором щетинки имеют в поперечном сечении форму параллелограмма, а отношение поперечной длины к продольной длине примерно 200 : 1 - 800 : 1. 36. Распылитель по п. 31, в котором щетинки имеют поперечное сечение в виде параллелограмма, который в направлении вращения щетинок толще, чем в его поперечном направлении, причем щетинки имеют большую твердость и меньшую гибкость в направлении вращения, чем в направлениях, поперечных к нему. 37. Распылитель по п. 31, в котором щетинки имеют длину примерно 1,25 - 12,5 см. 38. Распылитель по п. 31, в котором элемент и поддон оба имеют отношение длины к диаметру больше 1. 39. Распылитель по п. 31, в котором выполнено крыло, удаленное от элемента примерно на расстояние 0,002 - 0,05 см, и включает объект, удаленный от крыла примерно на расстояние 2,5 - 15 см, к которому направляется облако. 40. Распылитель по п. 39 или 9, в котором объект выполнен удлиненным, а элемент и поддон расположены под углом к объекту. 41. Распылитель по п. 39 или 9, в котором крыло имеет в поперечном сечении форму цилиндра. 42. Распылитель по п. 39 или 9, в котором крыло имеет аэродинамическую поверхность, причем поверхность плоская. 43. Распылитель по п. 39 или 9, в котором объект выполнен удлиненным, элемент и поддон параллельны объекту и крыло имеет кромки, имеющие винтовую форму, чтобы простираться вдоль всей поперечной ширины объекта. 44. Распылитель по п. 32, в котором щетинки выбраны из группы щетинок, состоящей из естественного волокна, синтетических полимерных щетинок и металлических щетинок. 45. Распылитель по п. 32, в котором поперечный размер щетинок заключен в диапазоне от превышающего размер частиц материала в 2 раза до превышающего размер частиц материала в 50 раз. 46. Распылитель по п. 32, в котором щетинки имеют поперечный размер в диапазоне примерно 0,002 - 0,155 см. 47. Распылитель по п. 32, в котором щетинки имеют отношение длины к поперечному размеру примерно 10 : 1 - 5000 : 1. 48. Распылитель по п. 32, в котором щетинки имеют размер в направлении вращения в диапазоне примерно 0,002 - 0,155 см. 49. Распылитель по п. 31, в котором щетинки имеют размер в направлении, поперечном направлению вращения, в диапазоне примерно 0,002 - 0,155 см. 50. Распылитель по п. 31, в котором щетинки имеют отношение длины щетинок к поперечному размеру в диапазоне примерно 200 : 1 - 800 : 1.

Приоритет по пунктам:
10.07.1996 по пп. 1-5, 9-50;
12.06.1997 по пп. 6-8.