РАСПЫЛИТЕЛЬ МАТЕРИАЛА ПОКРЫТИЯ И СПОСОБ ПОПОЛНЕНИЯ ТАКОГО РАСПЫЛИТЕЛЯ МАТЕРИАЛОМ ПОКРЫТИЯ Российский патент 2013 года по МПК B05B13/04 B05B15/10 

Область техники

Настоящее изобретение относится к распылителю, который предназначен для перемещения роботом с целью распыления материала покрытия по направлению к покрываемым изделиям. Настоящее изобретение также относится к способу пополнения такого распылителя материалом покрытия. Термин «материал покрытия» употребляется для обозначения жидкого материала, такого, как грунтовка, краска или лак.

Предшествующий уровень техники

В документе FR-A-2887474 описан распылитель, содержащий корпус, прикрепленный к запястному шарниру руки многоосного робота, который перемещает распылитель относительно покрываемых изделий. Покрываемыми изделиями в этом документе являются кузова автомобилей, транспортируемые посредством конвейера. Распылитель также имеет емкость для материала покрытия, заключенный в проксимальной части корпуса. Емкость имеет цилиндрическую форму, которая проходит вдоль главной оси, совпадающей с осью распылителя. В корпусе установлены турбина и распылительный элемент в форме колокольной чашки. Как показывают сравнительные примеры 1 и 2 документа FR-A-2887474, распылительный элемент распыляет материал покрытия, по существу, в направлении распыления, которое проходит по главной оси распылителя и его емкости. Иными словами, главная ось емкости коллинеарна с направлением распыления.

Таким образом, распылитель имеет удлиненную форму, которая ограничивает его маневренность, т.е. его пригодность для достижения областей, которые являются труднодоступными, в частности, находятся изнутри кузова автомобиля.

Кроме того, длина и узость соединительного канала и питающего канала создают большие потери напора, что может уменьшить расход растворителя и тем самым замедлить операции очистки. Для сбора отходов при очистке распылителя необходим специальный канал с малыми потерями напора. Поэтому стадия очистки в обычном краскораспылительном устройстве длится около 20 секунд (с) и вызывает вероятность потери краски, составляющую около 25 кубических сантиметров (см³).

Краткое изложение существа изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы устранить эти недостатки, предложив распылитель, который является маневренным, компактным и простым в обращении посредством робота.

С этой целью, в изобретении предложен распылитель для распыления материала покрытия по направлению к изделиям, на которые надлежит нанести покрытие, содержащий:

корпус, оснащенный фланцем для крепления распылителя к роботу, при этом робот и/или фланец определяет оконечную ось, вокруг которой должен двигаться распылитель относительно покрываемых изделий,

емкость для материала покрытия, заключенную в проксимальной части корпуса и проходящую вдоль главной оси, и

средство распыления для распыления материала покрытия, которое расположено в дистальной части корпуса, причем средство распыления имеет распылительный элемент, выполненный с возможностью распыления материала покрытия, по существу, в направлении распыления.

Этот распылитель характеризуется тем, что направление распыления и главная ось емкости являются сходящимися.

Посредством этого изобретения, емкость, заключенная в корпусе, имеет угловое смещение относительно направления распыления, что облегчает распыление в полостях, а также очистку и пополнение емкости.

В соответствии с другими преимущественными, но не обязательными отличительными признаками изобретения, взятыми в отдельности или в технически реализуемом сочетании:

угол между главной осью емкости и направлением распыления находится в диапазоне от 50° до 100° и предпочтительно равен 90°;

оконечная ось образует с направлением (Y₅₀) распыления угол, который находится в диапазоне от 110° до 130° и предпочтительно равен 120°;

расстояние между центром тяжести распылителя и оконечной осью выбрано меньшим, чем 80 миллиметров (мм), а предпочтительно меньшим, чем 20 мм;

высота распылителя, измеренная в направлении распыления, выбрана меньшей, чем 450 мм, а предпочтительно, меньшей, чем 400 мм;

распылитель имеет, по меньшей мере, одно отверстие для соединения с контуром подачи материала покрытия, расположенное на внутренней поверхности распылителя, и имеет соединительный канал, соединяющий отверстие с емкостью, причем соединительный канал имеет длину, меньшую, чем или равную 50 мм;

распылитель также имеет клапан для управления расходом материала покрытия и очищающего материала через распылитель, причем этот клапан образует часть соединительного канала;

средство распыления имеет питающий канал, предназначенный для питания распылительного элемента, причем питающий канал проходит от емкости к распылительному элементу, при этом питающий канал имеет длину, меньшую, чем или равную 300 мм, и максимальный диаметр, меньший, чем или равный 5 мм, а предпочтительно, меньший, чем или равный 4 мм;

емкость имеет поршень для проталкивания материала покрытия по направлению к средству распыления, а распылитель также имеет исполнительный механизм для перемещения поршня вдоль главной оси, при этом исполнительный механизм заключен в корпусе между емкостью и фланцем;

емкость выполнена в форме цилиндра, имеющего круглое основание и объем, находящийся в диапазоне от 200 см³ до 1000 см³, а диаметр цилиндра емкости находится в диапазоне от 50 мм до 120 мм и предпочтительно равен 101 мм; и

средство распыления имеет приводное средство для приведения распылительного элемента во вращение вокруг оси вращения, которая, по существу, совпадает с направлением распыления.

В изобретении также предложен способ пополнения вышеуказанного распылителя материалом покрытия, характеризующийся тем, что включает в себя следующие этапы, на которых:

сливают весь материал любого покрытия, остающийся в емкости, через питающий канал и через распылительный элемент;

открывают клапан, вызывая протекание очищающего материала в емкость и в очистной канал, причем весь очищающий материал протекает ниже по течению от емкости через распыляющий элемент; и

отрывают клапан, вызывая протекание материала покрытия в соединительный канал и в очистной канал таким образом, что емкость наполняется новым материалом покрытия.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает сечение распылителя, согласно изобретению;

фиг.2 изображает вид в увеличенном масштабе части II конструкции согласно фиг.1.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

На фиг.1 показан распылитель 1, включающий в себя корпус 11, емкость 10 и средство 5 распыления. Распылитель 1 предназначен для распыления жидкого материала, такого, как краска, грунтовка или лак, по направлению к покрываемым изделиям, таким, как кузова автомобилей. Функция емкости 10 состоит в том, чтобы содержать материал, подлежащий распылению.

Корпус 11 оснащен средствами крепления к роботу 2 многоосного типа. Кожух робота 2 показан на фиг.1 штрихпунктирными линиями. Робот 2 предназначен для перемещения распылителя 1 относительно покрываемых изделий. Для установки распылителя 1 на роботе 2, корпус 11 оснащен фланцем 19, которому в этом примере придана форма буртика. Средство для крепления распылителя 1 к роботу 2 содержит комплект винтов, упирающихся во фланец 19. Фланец 19 находится на поверхности раздела между роботом 2 и распылителем 1. На практике, фланец может иметь различные формы - в той мере, в какой это дает возможность сочленять корпус с роботом, тем самым выполняя функцию основания для распылителя.

Фланец 19 определяет оконечную ось Y₁₉, вокруг которой распылитель 1 перемещается относительно покрываемых изделий. Оконечная ось Y₁₉ называется «оконечной», поскольку она совпадает с последней осью робота 2 перед самим распылителем 1. Когда робот 2 является многоосным роботом, упомянутый робот 2 имеет, по меньшей мере, шесть осей для перемещения распылителя 1, включая оконечную ось Y₁₉. Таким образом, в варианте осуществления, показанном на фиг.1 и 2, оконечная ось Y₁₉ определяется фланцем 19 и роботом 2. В альтернативном варианте, оконечная ось может определяться только роботом, а не фланцем.

Корпус 11 выполнен из проксимальной части 11.1 и дистальной части 11.2. Емкость 10 заключена в проксимальной части 11.1, т.е. она заключена в объем, ограниченный кожухом 17 корпуса 11. В данной заявке на патент, термины «проксимальная» и «дистальная» употребляются применительно к фланцу 19. «Проксимальная» обозначает элемент (часть), относительно близкий к фланцу 19, тогда как прилагательное «дистальный» означает элемент (часть), расположен дальше от фланца.

Емкость 10 в целом имеет форму цилиндра, ограниченного цилиндрической поверхностью 10.1 и круглым основанием 10.2. Емкость 10 проходит вдоль главной оси X₁₀, которая на фиг.1 горизонтальна. Объем V₁₀, указанный на рассматриваемом чертеже, соответствует максимальному объему емкости 10. Емкость 10 имеет диаметр D₁₀, составляющий 100 мм, и длину L₁₀, находящуюся в диапазоне от 50 мм до 100 мм. Объем V₁₀ емкости 10 составляет около 0,8 литра (л), т.е. около 800 см³. На практике, диаметр D₁₀ находится в диапазоне от 50 мм до 120 мм, а объем V₁₀ находится в диапазоне от 200 см³ до 1000 см³.

В емкости 10 расположен поршень 18.1 в форме диска, предназначенный для вытеснения из него материала покрытия по направлению к средствам 5 распыления, как подробнее описывается ниже. Поршень 18.1 установлен с возможностью перемещения в поперечном направлении вдоль оси X₁₀. Распылитель 1 дополнительно включает в себя исполнительный механизм 18 для поступательного перемещения поршня 18.1 вдоль главной оси X₁₀. Исполнительный механизм 18 снабжен электрическим двигателем или любым другим приводом. Исполнительный механизм 18 имеет удлиненную форму, которая проходит вдоль главной оси X₁₀. Исполнительный механизм 18 находится в проксимальной части 11.1 корпуса 11 в пространстве, которое ограничено, во-первых, емкостью 10, а во-вторых, фланцем 19.

Средство 5 распыления содержит колокольную чашку 51, которая образует распылительный элемент, и турбину 52, которая образует средство, предназначенное для приведения колокольной чашки во вращение вокруг оси Y₅₁ вращения. Средство 5 распыления дополнительно содержит форсунку 53, установленную в центральной полости турбины 52, располагающуюся ниже по течению часть 54 питающего канала 4 и клапан 55 распылителя, который управляет расходом текучих сред через форсунку 53, а значит, и через колокольную чашку 51.

Во время распыления краски, клапан 55 распылителя открывает располагающуюся ниже по течению часть питающего канала 4, тем самым обеспечивая протекание краски через форсунку 53 по колокольной чашке 51. Турбина 52 приводит колокольную чашку 51 во вращение с большой скоростью. Как известно, колокольная чашка 51 распыляет краску, превращая ее в мелкодисперсные капли, которые образуют аэрозоль 50. Аэрозоль 50, по существу, следует в направлении Y₅₀ распыления, достигая покрываемого изделия. Колокольная чашка 51 выполнена с возможностью распыления краски, по существу, в направлении Y₅₀ распыления. Поскольку колокольная чашка 51 обладает круговой симметрией, аэрозоль 50 принимает форму параболоида или пули, обладающую круговой симметрией относительно направления Y50 распыления. Направление Y50 распыления, по существу, совпадает с осью Y₅₁ вращения колокольной чашки 51.

Средство 5 распыления расположено в дистальной части 11.2 корпуса 11. Дистальная часть 11.2 образует кожух, который содержит средство 5 распыления. Дистальная часть 11.2 выступает относительно проксимальной части 11.1 в месте, где находится емкость 10.

Главная ось X₁₀ емкости 10 перпендикулярна направлению 50 распыления, т.е. она образует угол A₁₀, составляющий 90°, с направлением Y₅₀ распыления. На практике, угол A₁₀ находится в диапазоне от 50° до 100°. Таким образом, главная ось Х₁₀ и направление Y₅₀ распыления являются сходящимися.

В данной заявке на патент прилагательное «сходящиеся» обозначает два направления, которые не коллинеарны, которые не совпадают и которые не параллельны. Иными словами, когда главная ось X₁₀ и направление Y₅₀ распыления копланарны, прилагательное «сходящиеся» указывает, что они также пересекаются. Когда главная ось Х₁₀ и направление Y₅₀ распыления не копланарны, прилагательное «сходящиеся» указывает, что ортогональная проекция главной оси Х₁₀ в плоскости, параллельной главной оси Х₁₀ и содержащей направление Y₅₀ распыления, пересекается с направлением Y₅₀ распыления.

Кроме того, дистальная часть 11.2 проходит, по существу, в направлении Y₅₀ распыления. В проекции, находящейся в плоскости фиг.1, оконечная ось Y₁₉ образует угол A₁₉ около 120° с направлением Y₅₀ распыления. На практике, угол A₁₉ находится в диапазоне от 110° до 130°. Такой угол A₁₉ придает высокую компактность распылителю 1, и тем самым, приемлемую маневренность роботу 2.

Как показано на фиг.2, распылитель 1 имеет отверстие 104.1 для соединения с контуром подачи краски (не показан), который является частью пополняющего устройства. Отверстие 104.1 расположено на стыковочной поверхности 15 дистальной части 11.1. Краска и растворитель поступают в распылитель 1 через отверстие 104.1 соответственно в течение стадии заполнения емкости 10 и в течение стадии очистки распылителя 1.

Распылитель 1 также включает в себя соединительный канал 13, соединяющий отверстие 104.1 с емкостью 10, а точнее - с ее основанием 10.2. Соединительный канал 13 проходит в дистальной части 11.1 таким образом, что оказывается прямолинейным и перпендикулярным основанию 10.2 и стыковочной поверхности 15. Соединительный канал 13 имеет длину L₁₃, измеряемую параллельно главной оси X₁₀. Длина L₁₃ составляет около 50 мм. На практике, длина L₁₃ меньше или равна 100 мм.

Соединительный канал 13 сформирован в части клапана 100, который управляет расходом краски и растворителя в распылителе 1. Точнее, второй канал 112 ограничивает расположенную выше по течению часть соединительный канала 13.

Клапан 100 имеет корпус 101, первый канал 111 и отличающийся второй канал 112, а в этом корпусе по этим каналам могут протекать текучие среды, которые используются во время этапов наполнения емкости 10, распыления и очистки, т.е. эти текучие среды представляют собой краску, растворитель и сжатый воздух. Клапан 100 также имеет первую иглу 130 и вторую иглу 160, которые служат для обеспечения протекания текучих сред или предотвращения их протекания. Первая игла 130 и вторая игла 160 заключены в корпусе 101. Кроме того, первая игла 130 ограничивает выемку, приспособленную для приема существенной части второй иглы 160.

Кроме того, в этом примере питающий канал 4, состоящий из располагающейся выше по течению части 14 и располагающейся ниже по течению части 54 и проходящий от основания 10.2 емкости 10 до колокольной чашки 51, имеет длину около 260 мм, которую нужно минимизировать, и максимальный диаметр 4 мм. На практике, длина питающего канала 4 меньше или равна 300 мм, а его максимальный диаметр меньше или равен 5 мм. Форсунка 53 имеет диаметр, который может составлять 3 мм. Форсунка 53 имеет длину, которая является относительно малой, так что создает ограниченные потери напора.

Распылитель 1 также имеет очистной канал 16.1, который проходит между клапаном 100 и средством 5 распыления. Очистной канал 16.1 условно показан пунктирными линиями на фиг.1 и 2. Очистной канал соединен с первым располагающимся ниже по течению сегментом 16.2 и со вторым располагающимся ниже по течению сегментом 16.3. Располагающийся ниже по течению сегмент 16.2 раскрывается по направлению к колокольной чашке 51. Второй располагающийся ниже по течению сегмент 16.3 раскрывается в форсунку 53.

Очистной канал 16.1, а затем первый и второй располагающиеся ниже по течению сегменты 16.2 и 16.3 пропускают растворитель к средству 5 распыления и в них с тем, чтобы очистить или промыть форсунку 53 и поверхности колокольной чашки 51. Более конкретно, на этапе очистки - для удаления краски, осевшей на сплошных поверхностях, - используются потоки сжатого воздуха и растворителя.

Клапан 100 является, в частности, компактным. Длина L₁₃ канала 13 относительно мала, что делает возможным минимизацию потерь краски и потребления растворителя в течение этапов очистки и пополнения емкости 10.

Способ пополнения распылителя 1 материалом покрытия, например, краской, включает в себя, прежде всего, этап, на котором сливают всю и любую краску, остающуюся в емкости 10. Любую такую остаточную краску сливают через второй питающий канал 4 и через колокольную чашку 51.

Затем открывают клапан 100, чтобы вызывать протекание всего растворителя в емкость 10, в очистной канал 16.1 и в располагающиеся ниже по течению сегменты 16.2 и 16.3, а затем - ниже по течению от емкости 10 через колокольную чашку 51 в место, где растворитель можно собрать. Потом клапан 100 открывают, чтобы вызвать протекание краски в соединительный канал 13 и тем самым наполнить емкость 10 краской нового оттенка цвета. Иными словами, распылитель 1 может не содержать никакого контура для сбора отходов краски и отходов растворителя.

Кроме того, высота H₁ распылителя 1, изменяемая в направлении Y₅₀ распыления, составляет около 390 мм. На практике, высоту H₁ распылителя 1 выбирают меньшей, чем 450 чем, а предпочтительно - меньшей, чем 400 мм.

Такая высота H₁ упрощает для распылителя 1 и для робота 2 доступ в труднодоступные области и отвод из них, а это важно ввиду того, что минимальное расстояние между колокольной чашкой 51 и покрываемым изделием во время электростатического распыления составляет около 200 мм. Следовательно, расположение емкости 10 таким образом, что ее главная ось X₁₀ не параллельна направлению Y₅₀ распыления, придает приемлемую компактность распылителю 1, а значит и превосходную маневренность роботу 2. Термин «маневренность» употребляется как означающий способность распылителя 1 или робота 2 достигать областей, являющихся труднодоступными, в частности, находящихся внутри кузова автомобиля.

Что касается эквивалентного веса, то центр тяжести распылителя 1 располагается ближе к оконечной оси Y₁₉, чем центр тяжести известного распылителя. Центр d тяжести, показанный на фиг.1, - это центр тяжести распылителя 1, когда емкость 10 наполнена, каковой она является во время стадии распыления. Когда емкость опорожняется, центр тяжести располагается относительно ближе к центру тяжести G₁, потому что вес краски, содержащейся в емкости 10, становится пренебрежимо малым по сравнению с весом распылителя 1.

Расстояние H₁₉ между центром d тяжести и оконечной осью Y₁₉ составляет около 10 мм. Расстояние H₁₉ изменяется «по кратчайшему пути», т.е. перпендикулярно оконечной оси Y₁₉. На практике, расстояние H₁₉ выбирают меньшим, чем 80 мм, а предпочтительно, меньшим, чем 20 мм. Центр тяжести известного распылителя обычно находится на расстоянии более 100 мм от оконечной оси.

Такое положение центра G₁ тяжести при таком расстоянии H₁₉ делает возможной минимизацию моментов инерции распылителя 1 вокруг оконечной оси Y19.

Поэтому появляется возможность ограничить силы, которые должен генерировать робот 2, что обеспечивает его перемещение с ускорением, которое больше, чем у робота, оснащенного известным распылителем.

Изобретение относится к распылителю, который предназначен для перемещения роботом с целью распыления материала покрытия по направлению к покрываемым изделиям. Распылитель содержит корпус и емкость для материала покрытия, находящуюся в проксимальной части корпуса и проходящую вдоль главной оси. Распылитель также содержит средство распыления в дистальной части корпуса, содержащее распылительный элемент, предназначенный для распыления материала покрытия в основном направлении распыления. Угол между главной осью емкости и направлением распыления находится в диапазоне от 50 до 100° и предпочтительно равен 90°. Оконечная ось образует с направлением распыления угол, который находится в диапазоне от 110 до 130° и предпочтительно равен 120°. Способ пополнения распылителя материалом покрытия содержит этапы, на которых сливают весь материал любого покрытия, остающийся в емкости, через питающий канал и через распылительный элемент. Затем открывают клапан, вызывая протекание очищающего материала в емкость и в очистной канал. Весь очищающий материал ниже по течению от емкости протекает через распыляющий элемент. Кроме того, открывают клапан, вызывая протекание материала покрытия в соединительный канал таким образом, что емкость наполняется новым материалом покрытия. Техническим результатом изобретения является его маневренность, компактность и простота в обращении посредством робота. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Распылитель (1) для распыления материала покрытия по направлению к покрываемым изделиям, содержащий:
корпус (11), снабженный фланцем (19) для крепления распылителя (1) к роботу (2), причем робот (2) и/или фланец (19) определяет оконечную ось (Y₁₉), вокруг которой должен двигаться распылитель (1) относительно покрываемых изделий,
емкость (10) для материала покрытия, размещенную в проксимальной части (11.1) корпуса (11) и проходящую вдоль главной оси (X₁₀), и
средство (5) распыления для распыления материала покрытия, расположенное в дистальной части (11.2) корпуса (11) и имеющее распылительный элемент (51), выполненный с возможностью распыления материала покрытия, по существу, в направлении (Y₅₀) распыления,
причем направление (Y₅₀) распыления и главная ось (X₁₀) емкости (10) являются сходящимися,
отличающийся тем, что угол (A₁₀) между главной осью (X₁₀) емкости (10) и направлением (Y₅₀) распыления находится в диапазоне от 50° до 100° и предпочтительно равен 90°, при этом оконечная ось (Y₁₉) образует с направлением (Y₅₀) распыления угол, который находится в диапазоне от 110° до 130° и предпочтительно равен 120°.

2. Распылитель (1) по п.1, отличающийся тем, что расстояние (H₁₉) между центром (G₁) тяжести распылителя (1) и оконечной осью (Y₁₉) выбрано меньшим, чем 80 мм, а предпочтительно, меньшим, чем 20 мм.

3. Распылитель (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что высота (H₁) распылителя (1), измеренная в направлении (Y₅₀) распыления, выбрана меньшей, чем 450 мм, а предпочтительно, меньшей, чем 400 мм.

4. Распылитель (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно отверстие (104.1) для соединения с контуром подачи материала покрытия, расположенное на внутренней поверхности (15) распылителя (1), и имеет соединительный канал (13), соединяющий отверстие (104.1) с емкостью (10), причем соединительный канал (13) имеет длину (L₁₃), меньшую чем или равную 50 мм.

5. Распылитель (1) по п.4, отличающийся тем, что он также имеет клапан (100) для управления расходом материала покрытия и очищающего материала через распылитель (1), причем этот клапан (100) образует часть соединительного канала (13).

6. Распылитель (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что средство (5) распыления имеет питающий канал (4), предназначенный для питания распылительного элемента (51) и проходящий от емкости (10) к распылительному элементу (51), при этом питающий канал имеет длину, меньшую чем или равную 300 мм, и максимальный диаметр, меньший чем или равный 5 мм, а предпочтительно, меньший чем или равный 4 мм.

7. Распылитель (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что емкость (10) имеет поршень (18.1) для проталкивания материала покрытия по направлению к средству (5) распыления, причем распылитель (1) также имеет исполнительный механизм (18) для перемещения поршня (18.1) вдоль главной оси (X₁₀), при этом исполнительный механизм (18) заключен в корпусе (11) между емкостью (10) и фланцем (19).

8. Распылитель (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что емкость (10) выполнена в форме цилиндра (10.1), имеющего круглое основание (10.2) и объем (V₁₀), находящийся в диапазоне от 200 см³ до 1000 см³, а диаметр (D₁₀) цилиндра (10.1) емкости находится в диапазоне от 50 мм до 120 мм и предпочтительно равен 101 мм.

9. Распылитель (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что средство (5) распыления имеет приводное средство (52) для приведения распылительного элемента (51) во вращение вокруг оси (Y₅₁) вращения, которая, по существу, совпадает с направлением (Y₅₀) распыления.

10. Способ пополнения распылителя (1) по п.5 материалом покрытия, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых
a) сливают весь материал любого покрытия, остающийся в емкости (10), через питающий канал (4) и через распылительный элемент (51);
b) открывают клапан (100), вызывая протекание очищающего материала в емкость (10) и в очистной канал (16.1), причем весь очищающий материал ниже по течению от емкости (10) протекает через распыляющий элемент (51); и
c) открывают клапан (100), вызывая протекание материала покрытия в соединительный канал (13) таким образом, что емкость (10) наполняется новым материалом покрытия.