具有改进清洁能力的旋转钟形杯喷雾装置的制作方法

本申请是申请号为201480062262.9的进入国家阶段的2014年10月10日提交的pct申请pct/us2014/060029的分案申请。

发明领域

本发明涉及旋转钟形杯喷雾器，并且更加具体地，涉及具有改善的喷雾能力、更长循环寿命以及改善的防结垢性能的喷雾器。

发明背景

旋转钟形杯喷雾器用于为工件涂漆，更具体地，它们用来为汽车或其它车体涂漆。已知的旋转喷雾器包括旋转钟形杯，该旋转钟形杯具有总体锥形的内前流动表面，其在内轴向中心开口和径向外喷雾边缘之间延伸。传统钟形杯喷雾器还包括偏转器，其大体绕中心轴线旋转对称，并且位于中心开口前方，使得通过中心开口进入钟形杯的油漆撞击偏转器的后表面，并且径向向外分散到杯的前分流表面，在其上流至杯的外边缘，在那里喷雾成细雾。

这样喷涂的漆已知按照曲折和湍流路径，从杯中心的喷嘴到外喷雾边缘。雾化受安装在中心马达轴上的杯的在高速旋转时产生的离心力的影响，高速通常为60-70,000rpm。

钟形杯可以具有不同的形状和构造。空气可以围绕杯的外周界供应以形成护罩，其同心地位于钟形杯外，毗邻雾化的涂层材料离开钟形杯处，以引导雾化的涂层材料以被控制的模式朝向要被涂覆的工件。

钟形主体可以具有大体锥形空腔，其在钟形主体的前端和远侧限定了内分流表面，内流表面从内涂层材料源延伸到径向外喷射边缘。在操作中，钟形杯围绕固定喷嘴旋转，喷嘴具有容纳在其中的通路或通道，通过其供应如油漆和清洁溶剂等材料。

钟形杯喷雾器的一个已知问题在于涂覆材料会在使用中的钟形杯的外暴露表面上积聚。在接下来的使用期间，积聚的涂覆材料可以从钟形杯去除，推入油漆流，并且非期望地与新涂覆材料混合，特别是在油漆改变后，并且在喷涂的工件上引起可见的缺陷。这些缺陷在工程用语中被称为“污点”。所以，高度期望有效地清除外表面的所有这些不想要的材料。

一个方案是单独馈送溶剂或射流空气到外周界表面，以清除或防止不想要的材料粘到上面。例如，参见美国专利5,862,988,5,707,009以及5,106,025。另一个方案，例如在美国专利5,707,009公开的，使用固定喷嘴，其具有从涂覆材料通道分离的多个通道，以递送溶剂到钟形杯的内流表面和外表面。由于溶剂通道独立于涂覆材料通道，钟形杯可以用溶剂(冲洗或清洁剂)冲洗，而不需要从油漆通道中去除油漆。与钟形杯共轴设置的馈送喷嘴，根据来自位于钟形杯的后端或近侧上游的源的命令递送溶剂或涂覆材料。

在美国专利5,707,009中，钟形杯具有位于钟形杯后段内的环形空腔，其与溶剂通道连通。环形空腔产生大环形空间，通过该大环形空间溶剂流经并且围绕向后的边缘移动到钟形元件的外表面(‘009,第2列,第3至第20行)。在使用期间，当钟形杯进行喷涂操作时，这个环形空腔倾向于油漆积聚，在接下来的涂覆中在工件上形成不想要的“污点”。需要钟形杯油漆涂覆器的外周界的改善的清洁。本发明致力于解决上述需求。

解决“污点”问题的更近的尝试在美国专利6,050,499中公开。其中，所提供的旋转杯喷雾器在杯中具有溶剂通道，溶剂通道将钟形杯的外周界表面与油漆储存器连通。通过通道流出至钟形杯的外周界表面的溶剂被引导至钟形杯的边缘释放边。辅助空气通过辅助空气出孔喷溅出，其在成形空气出孔的内侧上的径向位置设置在成形空气环的前端面。在清洗操作时，当溶剂被引导至钟形杯的前端面以洗去附着其上的油漆时，流出至钟形杯的外周界表面的溶剂通过辅助空气和成形空气的动作强制地推压至钟形杯的外周界表面上。

在典型的涂覆操作中，会需要涂覆材料的不同流动构造，由此需要改变流动引导的部件。对于一些已知的钟形杯，整个钟形杯必须从供应歧管脱开，并且必须附连全部新组件，并且这种必须在每次涂覆操作重复的程序需要涂覆材料的流动构造的变化，由此导致喷漆循环的中断和不想要的时间耽误。从前述偏转器径向向外的油漆连续排出直接撞击钟形杯的向前径向向内分散锥形表面。这种连续的涂覆材料在杯的内流动表面上的撞击能够引起这种表面的过早磨损，由此导致过早但是必需的杯置换，伴随着随之而来的时间耽误，以及在生产循环中不想要的中断。本发明大幅减轻了这种问题，并且与其实施例之一结合，具有整体的新结构的优势，其提供高速旋转杯绕其轴线的精确旋转平衡，以上所有因此延长了杯在其生产循环中的寿命。

技术实现要素：

提供一种旋转钟形杯喷雾装置，具有改善的、完整的清洁能力。该装置包括旋转钟形杯喷雾器，具有在其近侧安装在可旋转马达轴上的可旋转钟形杯部件，所述杯具有在马达轴远侧的锥形分散开口，并且通过与所述杯固定或成一体的空心毂与其连接，在那里杯和毂匹配。所述马达轴为空心并容纳不同流体的供应管道。所述供应管道在它们的上游端部连接于相应的流体供应储存器，每个管道延伸入所述毂以按需求对其供应期望流体。所述供应管道包括至少一个油漆供应管道，用于通过传统喷嘴向所述杯的内前锥形分散表面供应油漆，其中在操作中所述油漆被雾化并且施加于基体工件。还提供至少一个溶剂清洁剂供应管道，作为成形空气的供应。所述匹配的杯和毂在其远侧接收所述马达轴，所述毂、轴和杯尺寸确定为在所述杯的外后表面和邻近所述马达轴之间提供环形间隙。这个间隙毗邻所述马达轴轴向延伸有效和较大距离。所述配合的杯和毂包括在其中形成的多个溶剂通道，其从所述杯的所述空腔从入口开口延伸，并且在所述毂的主体内延伸，以绕过环形间隙。每个所述通道然后在相对于中间开口大体朝后的方向上在杯和毂内延伸入歧管通道，该歧管通道周向绕所述杯的旋转轴线延伸，由此通过这种周向的歧管通道将所有所述溶剂通道互相连接。所述匹配的杯和毂还包括多个溶剂排出通道，其从所述周向歧管通道基本朝后延伸，每个排出通道延伸到靠近于所述环形间隙的远侧的出口开口。在喷雾器清洁期间，引入所述装置的清洁溶剂部分地经过所述油漆喷嘴到达所述杯的前表面，以及部分地通过所述毂和溶剂通道，使得经过所有上述的溶剂歧管和排出通道的溶剂被引至并引入环形间隙并且在流经所述杯的主轴线方向的基本上游的流动方向上直接撞击在所述马达轴上，并且所述溶剂然后穿过所述间隙并且流到所述钟形杯的外后表面上，由此钟形杯的内表面和外表面和马达轴两者都由所述溶剂的注射入装置时的冲洗动作所清洁。

溶剂通道的数量必须足以有效地清洁装置，并且在其中形成的八(8)个溶剂通道通常足够并且是优选的，尽管更多或更少的溶剂通道对于特定应用或许是足够的。

以类似的方式，其中具有三十(30)个排出通道的装置也是优选的，但是更多或更少的在特定情况下可以是足够的和有效的。

在优选的实施例中，钟形杯在具有锥形分散前表面的前壁和具有外后表面的朝后壁之间是空心的。所述杯可以由分离的前壁部件和后壁部件构成，其中杯的壁部件和毂都通过焊接固定在一起。

所述杯的前壁可以形成为从所述杯的靠近外喷涂边缘的向外的位置延伸到靠近毂的向内位置的前盖，所述盖通过焊接固定到两个位置。

所述装置可以用于在工件基体上施加油漆，并且在需要或想要的时候，用于将溶剂清洁剂提供到和通过喷雾器，其中杯的前与后表面和马达轴的外表面两者同时被清洁。

本发明的另一个实施例包括旋转钟形杯喷雾装置，其包括如上所述的旋转钟形杯喷雾器，并且其中所述装置包括流动偏转器，其靠近喷嘴定位在杯内侧。通过喷嘴供应的油漆然后撞击在偏转器上，并且从那里径向向外偏转。按照本发明的装置包括锥形的可替换的套筒插入件，其紧邻杯的前表面与所述杯轴向对称地放置。插入件的远侧面放置成在流出油漆的直接向外径向流动路径中，由此这个插入件吸收冲击在其上的油漆的冲击力。

杯和插入件优选地构造成，在插入件插入时，插入件的前表面的角度基本类似于杯的前表面的锥度，由此插入件在杯和插入件两者上提供基本不中断的油漆流动。

插入件由硬度超过所述钟形杯硬度的材料构造成。套筒插入件优选由不锈钢构造，但是其它材料例如热塑性塑料、热固性塑料、陶瓷以及其它金属对于特定应用可能是合适的。插入件通常是硬度值超过30hrc的材料，并且优选地超过60hrc。

在另一个优选实施例中，所述杯具有至少一个在其中形成的平衡凹部，其在紧邻插入件的杯的前表面中。凹部一般周向地绕装置的旋转的轴线放置，那里需要保证在操作中杯的旋转平衡。所述杯可以具有在其中形成的多个所述平衡凹部。

附图说明

附图中：

图1是本发明的旋转钟形杯喷雾装置的侧视图，部分以虚线示出；

图2是如图1所示的钟形杯和其壳体的侧视图，部分剖开且为剖视图；

图3是按照本发明的优选实施例的钟形杯喷雾器和材料供应喷嘴的截面图；

图4是本发明的装置沿着图3的线4-4剖取的截面示意图；

图5是在图3所示的钟形喷雾器的部分截面图，其示意地示出喷涂操作期间通过那里的油漆的流动；

图6是在图3所示的钟形喷雾器的部分截面图，其示意地示出清洁/冲洗期间通过那里的清洁剂的流动；以及

图7是分解立体图，部分以横截面示出了本发明的旋转喷雾装置的部件。

具体实施方式

提供旋转钟形杯喷雾装置。钟形杯喷雾器具有由马达轴驱动的可旋转的钟形杯部件，所述组件尺寸确定为以在杯的外后表面和马达轴之间提供环形间隙，所述间隙在轴向上毗邻所述轴延伸有效和很大的距离。溶剂通道在杯组件内这样延伸，以绕过环形间隙并且排入靠近其远侧的间隙。在喷雾器清洁期间，引入到装置中的溶剂部分经过喷涂喷嘴到杯的前表面，并且部分通过溶剂通道，排入环形间隙并且直接撞击到马达轴上，然后流动到杯的外表面上。

钟形杯的内表面和外表面的两者和马达轴同时清洁。所述装置可以包括可替换的套筒，其在外流油漆的直接朝外的径向流动路径上放置在杯内部紧邻其前表面，由此吸收油漆撞击其上的力。套筒具有超过钟形杯硬度的硬度。所述杯可以具有至少一个平衡凹口，其紧邻套筒在其中形成，以保证装置的平衡。

本发明和优选实施例的详细描述最佳地参照附图提供，其中图1在侧视图示出本发明的旋转钟形杯喷雾装置10，包括钟形杯组件11和其壳体40。该装置示出安装在机器人手臂28(以虚线示出)上，，但在具体应用中也可使用其它装置，包括手持装置。如所示，供应管道延伸穿过手臂28，管道包括油漆供应管道18、电力管道24和地线26、溶剂供应管道20、以及空气供应管道22，用于在操作中雾化油漆的成形空气护罩。上游壳体32通过连接接头30、连接器34，35、以及接收器36将钟形杯装置10连接到机器人手臂28上，杯壳体40通过杯连接器38固定于其上，都如图所示。

图2在侧视图示出了钟形杯喷雾器10的部分剖开视图，其中钟形杯组件11包括在其壳体40中的油漆和溶剂供应喷嘴42，其通过延伸穿过其中的供应管道18(油漆)和20(溶剂)来供应材料。通过喷嘴42供应的材料从那里出去并且直接撞击到流动偏转器48上，流动偏转器48如图所示位于材料流动的直接路径上，以上所有在下面更详细地描述。在操作中，通过马达(未示出)驱动的其上固定有杯组件11的马达轴15，钟形杯组件11通常在60-70,000转/分下快速旋转。中心供应喷嘴42和通过其中的供应管道18，20保持固定。在图2中还示出的是空气管道50，在操作中通过其供应成形空气。

图3示出了本发明横截面中的钟形杯组件11，其中钟形杯优选地包括三个部件，包括如所示的外后部件12、轴向对称的主体或毂16、以及前盖44，所有部件12、毂16和盖44优选地通过焊接固定在一起，并且优选地由钛构造成，尽管对于特定的应用也可适用本领域技术人员所知的其它材料。

如刚刚描述且在图3中描述的空杯构造是优选的，但是也可想到采用其它特别是实心的杯构造，所有的都在本发明范围内。

杯的毂或主体16是空心的，具有如所示在其中形成的空腔17，下面详细描述，毂16和与其固定的杯构件12、44，如在图3中所示，螺纹地可附连于马达轴15的远侧。在其近侧延伸入毂16的是固定材料供应喷嘴42，具有如所示通过其延伸的油漆供应管道18和溶剂供应管道20。

在图3中还示出的是钟形杯连接插入件60，其在其远侧可附连于杯毂16，并且流动偏转器48通过支承件或连接器51附连于杯毂16。插入件和偏转器优选地由聚缩醛构造，并且相应地连接器由不锈钢构造，这在现有技术中都已知。在操作期间涂覆材料连续地和强迫地撞击在偏转器48上，为了延长偏转器48的使用寿命，如图中所示安装了冲击吸收按钮49，优选地由金属，比如不锈钢制造。

参照图3，从喷嘴42射出的油漆撞击在偏转器48、49上，并且从那里径向向外偏转，在向外地流到其被雾化的外杯边缘13之前，冲击杯组件11的内、远侧、外、倾斜锥形表面。在现有杯构造中，油漆冲击倾斜表面的速度使得经过一段时间，杯材料在这个区域被磨掉了。这种磨损能够导致在完成的工件上油漆质量的不可接受的变差，并且最终导致过早的钟形杯替换，两者补救起来都很贵。按照本发明，硬化的、可替换的磨损套筒62如在图3所示插入到杯中。套筒材料由硬度超过通常杯的硬度的材料构成，根据本发明套筒62的硬度超过30hrc(洛氏硬度)。优选地套筒硬度落在30-60hrc(洛氏硬度)的范围内。如上所示，不锈钢对于这种套筒是优选的材料，但是对于特定应用也可使用其它的材料。

如在图3中所示，套筒62通过尺寸确定为构造成轴向中心地紧贴配合在杯内来构造，并且使得油漆在其上流动的远侧表面具有在套筒62上和到相邻杯盖44的外远侧表面46上的基本不中断的流线。

在图3中还示出的是(几个中的)一个凹部或平衡点64，其形成在杯组件11的主体16内。需要杯组件的精确的平衡以保证在整个喷涂过程中每个钟形杯以平稳、无振动的方式旋转。为了获得这种平衡，如通过平衡设备限定的，少量材料在精确位置处被去除。已知现有技术中的杯，例如那些在美国专利5,707,009描述的，包括一个或多个在杯中产生的凹部。例如少量材料从杯主体的内部近侧表面被去除，即从环形空腔的上内表面去除。在涂覆过程期间，这个表面会经受油漆过量喷涂，其能够流进这些平衡凹部。在这些现有的杯中，尽管这种环形空腔，例如’009专利中的15，在涂敷过程后被清洗，这些凹口足够深来阻止冲洗剂彻底清洗它们，这样留下了捕集的油漆，只能在接下来的涂覆过程中排出，这样使涂覆表面结垢。如在图3中所示，按照本发明的平衡凹口位于杯主体16的前远侧表面内，位于保护性磨损套筒62之下。这种构造防止油漆残余找到任何开口空腔，由此彻底消除了这种结垢问题。

在本发明的关键在于流动通道54,56,58以及在杯部件12的后外近侧表面和马达轴15之间的环形间隙52，如图3所示。在现有的杯组件中，例如本文所述的在美国专利5,707,009中，在清洗循环中，冲洗剂通过离心力从内部引导至外杯表面并且然后横跨周界平均分散。冲洗剂可以中心分叉并且移向径向位于外表面中的收集空间(参考文件中的29、15)，从那里冲洗剂经过后、圆钟形拱顶边缘流动。“收集空腔”15，另外描述为储存器，轴向开口向后并且具有u形横截面，其在钟形元件的后方与边缘相邻。利用位于围绕中心轴线的角度间隔设置的冲洗通道，其中冲洗剂流经冲洗通道并进入环形收集空间15，并且最后到杯的后边缘上，所有的在参考文件的图1中示出。

与现有技术的钟形杯喷雾装置对比，本文的图3示出本发明的杯组件中的通道，其特别采用以有效地清洗钟形杯的所有操作表面和其上附连有杯并且驱动杯的马达轴。

在杯组件11中，配合的杯部件12和毂16如所示接收马达轴15的远侧，其中毂16、轴15以及杯部件12尺寸设置成在杯12的外后表面14和轴15之间提供相对窄的空隙52，空隙52毗邻于马达轴15轴向延伸有效和较大的距离，都如图所示。

如从图3中可见，涂覆循环之后，注射入系统的冲洗剂通过溶剂供应管道20向前流向并流到杯组件11的远侧前表面46上。同时，溶剂的一部分流过分叉溶剂供应通道21，排出进入杯主体16的空腔17。如所示，在杯中形成的多个溶剂通道54，从入口开口55从空腔17延伸穿过杯主体16，通道54延伸穿过毂和杯以此绕过环形间隙52，在间隙52上方和围绕其延伸，流出进入歧管通道56，其绕杯的旋转轴线周向延伸，以此将所有的溶剂通道54和歧管通道56流体地互相连接，如在图中所示。从歧管通道56，如所示形成的多个溶剂排出通道58，从歧管通道56大体向后延伸至间隙52，其中在临近环形间隙52的远侧处流出。如上所述注射的溶剂流入并通过溶剂通道54，进入歧管通道56并且通过排放通道58，所有的通道都流体连通，并且排入间隙52，使得它直接朝向并且撞击在马达轴15上，都如图所示。如此注射的溶剂由此冲洗并清洁杯的所有操作表面46、13和14，以及马达轴15。

同时溶剂通道54和排放通道58的特定数量可以对于不同的操作来变化，以有效地从所有操作表面清洗所有油漆残余，发现八(8)个溶剂通道54和三十(30)个排放通道58对于典型的涂覆操作是有效的，这些数量的多个相应通道是优选的。

图4为取自图3的线4-4的横截面示意图，其示出杯部件12，其中相对于在毂16中形成的溶剂通道54示出多个排放通道58，所有这些通道通过歧管通道56流体地互相连接，在图中不可见。

图5示出了在涂覆循环中油漆流经钟形杯装置的流动方式，以及图6示出在清洁循环中清洁溶剂流经钟形杯装置的流动方式，其中所有在图3中使用的相同数字指代相同的部件。

参照图5，通过供应管道18注入和在压力下迫使达到并通过喷嘴42的油漆直接撞击在具有穿过其的小开孔的撞击按钮49上，其嵌入在流动偏转器48中，并且从那里径向向外偏转，如在图中通过所示的许多实线箭头代表的。油漆流动的一小部分，如所示并且在现有技术中所知，通过通道47到达偏转器48的前表面，并且所有油漆流到杯组件11的外边缘13，其在那里雾化并通过旋转杯的离心力施加到工件(未示出)上。

当在涂覆循环之间需要或想要清洁装置时，例如丙酮的清洁剂如在图6中所示注射入装置中，通过所示的许多虚线箭头示出。溶剂在压力下进入通过供应管道20，从那里部分继续向前通过喷嘴42，冲击偏转器和按钮48、49，并且部分流过分叉的溶剂供应通道21，其排入杯主体16中的空腔17。

从偏转器48、49径向向外流动的溶剂流过磨损套筒62，流过盖44的前(远侧)表面46，并且在杯边缘13流出，所有如由箭头指示的，随着其流动清洁杯远侧表面46和边缘13。如上所述，溶剂的小部分还流过通道47到达偏转器48的前表面，并且然后流经盖44的表面46。

从分叉供应管道21流入空腔17的清洁剂的部分首先进入溶剂通道54，由此绕过环形间隙52，并且然后流入周向歧管通道56，接下来如图所示其流过排出通道58，以最后直接撞击到马达轴15上并且然后围绕杯部件12的外近侧表面14流动，由此有效地清洁轴15和杯的外侧表面14。

图7是本发明的旋转钟形杯喷雾装置10的部件的分解立体图。沿着其上安装有空心钟形杯组件的马达轴15，示出油漆供应管道18和溶剂供应管道20穿过并且容纳在固定喷嘴42内，分叉溶剂供应管道21在图中也可见。具有外表面14和边缘13的钟形杯后盖12描述为与前盖44和毂16分离的部件，尽管这些部件在操作中是固定的。在杯部件12内示出以绕装置的中心轴线对称的定向布置的周向的溶剂歧管通道56和多个溶剂排放通道58。与杯部件12匹配的是毂/主体16，其具有环形内空腔17，匹配如所示通过螺纹实现。在毂16中形成的多个溶剂通道54中的两个在图7中可见。

在盖44中，示出三个凹部(或平衡点)64，其在杯盖44的远侧表面46形成，其如上文详述的原因提供在旋转钟形杯部件中迄今尚未见到的结构。尽管这种凹部64已知在工业中用于在旋转中平衡装置，但由于明显的原因这样的平衡点之前被放置在近侧位置，在杯部件的朝后的表面上，即在不具有磨损套筒的现有杯中，如果凹部放在油漆流动的杯的前远侧表面，则这些凹部会形成滞留流动区域，在那里会形成不期望的“污点”沉淀。本发明排除了那种可能性。

在图7的组件中，磨损套筒62毗邻杯盖44的前表面46在其中轴向对称配合。套筒46和杯盖44尺寸确定为使得两者精确地配合在一起以具有流体流经它们配合的表面的基本光滑的流线的流动。那就是，在组件上，套筒62的前表面相对于水平方向的角度基本类似于前盖44的表面46相对于水平方向的角度。

为完善组件，连接插入件60固定到毂16，该连接插入件60具有偏转器48和由支承件51固定其上的冲击按钮49，优选地如所示用螺纹固定。

尽管已经结合某些实施例和具体描述公开了本发明，然而对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明主旨的前提下，可对其进行修改和细节上的各种变化，这些修改和各种变化都认为是在以下的权利要求书的范围内。