PL222641B1 - Urządzenie do bezkontaktowego deponowania ciepła w wielkogabarytowych metalowych elementach konstrukcyjnych do zastosowań lakierniczych - Google Patents

Abstract

Urządzenie do bezkontaktowego deponowania ciepła w wielkogabarytowych, metalowych elementach konstrukcyjnych do zastosowań lakierniczych ma na manipulacyjnym ramieniu żurawia nośnego zawieszoną przegubowo skrzynię aparaturowa (2) wyposażoną w uchwyty manipulacyjne (2.a) w wzbudnik elektromagnetyczny (2.b) oraz wyposażona jest w mikroprocesorowy układ pomiarowo - sterujący, który połączony jest z panelem operatorskim (2.d) z przyciskami sterującymi manipulacyjnego ramienia żurawia nośnego oraz równolegle z układem pomiarowym (2.c) i wzbudnikiem elektromagnetyczny (2.b).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do bezkontaktowego deponowania ciepła w wielkogabarytowych metalowych elementach konstrukcyjnych do zastosowań lakierniczych.

Z publikacji opisu patentowego US 6,302,961 jest znane urządzenie do nakładania płynnej powłoki na elementy takie jak wirniki silników elektrycznych. Urządzenie to posiada wiele uchwytów, które przemieszczają się względem indukcyjnych urządzeń nagrzewających. Po nałożeniu płynnej powłoki, wirniki silników elektrycznych przemieszczają się w pobliżu indukcyjnych urządzeń elektryc znych, gdzie wirniki są podgrzewane.

Ponadto, z publikacji opisu patentowego DE 19626209A1 jest znane urządzenie z elementem nagrzewanym indukcyjnie, które nagrzewa się w komorze i oddaje ciepło do komory, w której znajduje się element pokryty medium powlekającym.

Z kolei, z publikacji opisu patentowego JP 2004243218 (A) jest znane urządzenie, w którym element, który ma być pokryty lakierem, jest przemieszczany z pozycji A, w której element jest pokrywany lakierem, do pozycji B, w której element pokryty lakierem jest podgrzewany za pomocą nagrzewającego urządzenia indukcyjnego niskiej częstotliwości.

Znane jest z opisu zgłoszeniowego wynalazku P. 396322 urządzenie do nakładania powłoki lakierniczej na elementy metalowe, które składa się z zbiornika z elementami metalowymi, urządzenia dostarczającego medium lakiernicze do nałożenia na elementy metalowe i urządzenia wytwarzające zmienne pole elektromagnetyczne powodujące nagrzewanie elementów metalowych. Zbiornikiem jest niemetalowy bęben z komorą i otworem umożliwiającym dostęp do komory na elementy metalowe, który jest przymykany przemieszczalną pokrywą, zamocowaną przemieszczalnie względem bębna i obudowy bębna, względem której niemetalowy bęben jest zamontowany obracalnie dookoła własnej osi. Z kolei urządzeniem wytwarzającym zmienne pole elektromagnetyczne powodujące nagrzewanie elementów metalowych jest wzbudnik indukcyjny nagrzewnicy indukcyjnej, wygrzewający indukcyjnie elementy metalowe za pomocą zmiennego pola magnetycznego, umieszczony na zewnątrz komory bębna, do której jest doprowadzane medium lakiernicze za pomocą urządzenia dostarczającego medium lakiernicze do nałożenia na elementy metalowe.

Nakładanie powłok lakierniczych na stalowe elementy konstrukcyjne stosuje się w celach ochronnych i estetycznych. Przeważnie ochrona antykorozyjna ma znaczenie podstawowe, z tego względu pierwsza nakładana warstwa, stanowiąc podkład dla kolejnych warstw lakierniczych, posiada główną funkcję ochronną. Proces sieciowania medium lakierniczego analizowany, w kontekście zastosowanego medium lakierniczego to: odparowanie rozpuszczalnika z wyodrębnieniem fazy stałej, polimeryzacja, krzepnięcie lub krystalizacja, który w każdym przypadku jest zależny od temperatury. Czas sieciowania jest nieliniową malejącą funkcją temperatury zależną od rodzaju użytego medium. Optymalna wartość temperatury dla procesu sieciowania jest zwykle wyższa od temperatury pokoj owej (dla warunków normalnych), a w przypadku mediów specjalnych zapewniających najwyższe parametry ochrony powierzchni osiąga wartości rzędu 230-280°C. W przypadku obiektów o gabarytach nieprzekraczających kilku metrów stosowane jest sieciowanie w środowisku pieca lakierniczego ogrzewanego elektrycznie, gazowo lub indukcyjnie o stosownie dobranej temperaturze, o tyle w przypadku obiektów wielkogabarytowych sytuacja jest bardziej złożona z uwagi na ograniczenia inżyni eryjne i ekonomiczne w budowie i użytkowaniu pieców o dużych gabarytach.

Celem wynalazku jest rozwiązanie zagadnienia wygrzewania niestandardowych, wielkogabarytowych elementów metalowych dla procesów lakierniczych.

Urządzenie do bezkontaktowego deponowania ciepła w wielkogabarytowych metalowych elementach konstrukcyjnych według wynalazku, charakteryzuje się tym, że na manipulacyjnym ramieniu żurawia nośnego, zawieszona jest przegubowo skrzynia aparaturowa, wyposażona w uchwyty manipulacyjne, w wzbudnik elektromagnetyczny oraz zaopatrzona jest w mikroprocesorowy układ pomiarowo-sterujący. Układ elektryczny i elektroniczny nagrzewnicy indukcyjnej oraz manipulacyjne ramię żurawia nośnego usytuowane są na platformie wózka jezdnego. Ponadto wzbudnik elektromagnetyczny jest sterowany ramieniem nośnym w co najmniej trzech niezależnych kierunkach w stosunku do nieruchomo usytuowanego nagrzewanego elementu.

Urządzenie wyposażone jest w mikroprocesorowy układ pomiarowo-sterujący, który połączony jest z panelem operatorskim, z przyciskami sterującymi manipulacyjnego ramienia żurawia nośnego oraz równolegle z układem pomiarowym i wzbudnikiem elektromagnetycznym. Z kolei układ elektryczny i elektroniczny nagrzewnicy indukcyjnej działa korzystnie w zakresie częstotliwości roboczych 30-80 kHz

PL 222 641 B1 i korzystnie zawiera koncentratory pola elektromagnetycznego, chłodzone cieczą pracujące w układzie pętlicowym. Natomiast układ pomiarowy składa się z co najmniej jednej pirometru i kamery termowizyjnej, korzystnie operującej w paśmie długości fali λ=8-13 μm, a panel operatorski wyposażony jest w ekran dotykowy pełniący funkcję interfejsu.

Urządzenie według wynalazku udostępnia nierozwiązany dotychczas w dziedzinie lakiernictwa problem skutecznego wygrzewania niestandardowych wielkogabarytowych elementów metalowych dla procesów lakierniczych metodą indukcji elektromagnetycznej. Rozwiązanie według wynalazku eliminuje konieczność transportu elementu wielkogabarytowego do urządzenia lakierniczego, co pozwala na uzyskanie wyraźnej poprawy efektywności. Proces wygrzewania niestandardowych, wielkogabarytowych elementów metalowych w miejscu ich składowania realizowany jest poprzez manipulacyjne ramię żurawia nośnego z pełnym manualnym sterowaniem z wykorzystaniem układu pomiarowego kontrolującego i sterującego w czasie rzeczywistym rozkładem temperatury oraz układem automatycznego odcięcia mocy w wypadku przekroczenia temperatury maksymalnej w elemencie wielkogabarytowym, co stanowi rozwiązanie od dawna oczekiwane w lakiernictwie. Wytworzenie na powierzchni lakierniczej elementu wielkogabarytowego gradientu temperatury w kierunku od podłoża metalicznego do chłodnej atmosfery lakierni całkowicie eliminuje wady klasycznych rozwiązań grzania piecowego. Przy takim rozkładzie temperatury w powłoce uzyskuje się najpierw wiązanie i utwardzenie warstwy przyściennej powłoki, co oznacza, że powłoka pokrywa materiał z odwzorowaniem jego faktury, nawet przy względnie grubej warstwie lakierniczej. Zastosowanie technologii indukcyjnej wysokiej częstotliwości do nagrzewania elementów wielkogabarytowych w miejscu ich składowania sprawia, że ogrzewany jest tylko obiekt docelowy a ciepło przepływa w kierunku od wewnątrz obiektu na zewnątrz poprzez tworzącą się powłokę lakierniczą, co generuje szereg pozytywnych efektów związanych z poprawą właściwości mechanicznych i estetycznych powstającej powłoki lakierniczej. Taki kierunek transportu ciepła w powłoce lakierniczej eliminuje większość niekorzystnych efektów związanych z nadmiarową powierzchnią skondensowanej zewnętrznej warstwy powłoki lakierniczej, ponieważ kondensacja przebiega w odwrotnym kierunku. W takim procesie fakt utwardzenia warstwy najbardziej zewnętrznej oznacza całkowite zakończenie sieciowania całej powłoki lakierniczej. Urządzenie w postaci samobieżnego mobilnego stanowiska lakierniczego do wygrzewania ciepłem indukowanym bezpośrednio wewnątrz elementu wielkogabarytowego według wynalazku prowadzi do znacznego wzrostu jakości powłoki elementów wielkogabarytowych, rozumianej jako szereg cech technologicznych wpływających korzystnie na właściwości antykorozyjne, mechaniczne i estetyczne oraz wpływa na znaczne zwiększenie wydajności procesu lakierniczego przy najwyższej możliwej sprawności energetycznej tego procesu.

Ustabilizowanie takiego kierunku gradientu temperatury powłoki lakierniczej w trakcie procesu sieciowania powłoki w podwyższonej temperaturze ma istotny wpływ na jej mierzalne parametry:

• zwiększa adhezyjność powłoki (wartość siły przylegania jednostkowego elementu powierzchni powłoki), • zwiększa jednorodność grubości powłoki na powierzchniach wertykalnych - poprzez skrócenie czasu rozpływności mokrej powłoki, • zmniejsza szorstkość między innymi poprzez skrócenie czasu ekspozycji na kurz i wilgoć atmosferyczną, • zmniejsza porowatość między innymi poprzez ustabilizowanie kierunku odgazowania powłoki przez pary rozcieńczalników.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia widok całego urządzenia w widoku perspektywicznym, Fig. 2 - przedstawia skrzynię aparaturową z oprzyrządowaniem w widoku perspektywicznym, Fig. 3 - uproszczony schemat blokowy mikroprocesorowego układu pomiarowo-sterującego.

Urządzenie do bezkontaktowego deponowania ciepła w wielkogabarytowych metalowych elementach konstrukcyjnych do zastosowań lakierniczych (Fig. 1 i Fig. 2) składa się z wózka jezdnego 1, na którego platformie 1.b w obudowie usytuowany jest układ elektryczny i elektroniczny nagrzewnicy indukcyjnej 1.c zawierający elementy elektryczne i elektronicznie działającej w zakresie częstotliwości roboczych 30-80 kHz oraz żuraw nośny 1.a. Na platformie 1.b umieszczone jest ruchome manipulacyjne ramię żurawia nośnego z przyciskami sterującymi 1.a.1 zakończone dwuramiennym widełkowym uchwytem 1.a.2, na którym umocowana jest na przegubach 1.c i 1.d skrzynia aparaturowa 2. Skrzynia aparaturowa 2 wyposażona w dwa uchwyty manipulacyjne 2.a obsługiwane przez operatora urządzenia 3, w wzbudnik elektromagnetyczny 2.b stanowiący końcowy element roboczy układu

PL 222 641 B1 rezonansowego nagrzewnicy indukcyjnej 1.c, w układ pomiarowy 2.c składający się z dwóch kamer termowizyjnych i pirometrów oraz panel operatorski 2.d z ekranem dotykowym pełniącym funkcję interfejsu pozwalającego na obserwację termowizyjną oraz realizujący wymianę informacji procesowych z pozostałymi podzespołami urządzenia. Korzystnie kamery termowizyjne operują w paśmie długości fali λ=11—13 pm. Przy czym, układ rezonansowy nagrzewnicy indukcyjnej zawiera koncentratory pola elektromagnetycznego chłodzone cieczą pracujące w układzie pętlicowym. Z kolei wzbudnik elektromagnetyczny 2.b sterowany jest ramieniem nośnym 1.a.1 z przyciskami sterującymi w pięciu niezależnych kierunkach w stosunku do nieruchomo usytuowanego elementu nagrzewanego 4.

Deponowanie ciepła w elemencie wielkogabarytowym 4, urządzeniem według wynalazku realizowane jest za pomocą zaawansowanego układu automatycznego pomiarowo-sterowniczego. (Fig. 3), który to poprzez mikroprocesorowy układ pomiarowo-sterujący 1.c.1, połączony jest z panelem operatorskim 2.d, z przyciskami sterującymi manipulacyjnego ramienia żurawia nośnego 1.a.1 oraz równolegle z układem pomiarowym 2.c i z wzbudnikiem elektromagnetycznym 2.b.

Proces deponowania ciepła w elemencie wielkogabarytowym 4 jest monitorowany termowizyjnie w czasie rzeczywistym, korzystnie w dwóch zakresach średnic kontowych obrazowania poprzez układ pomiarowy 2.c, który zawiera dodatkowo pirometryczny czujnik automatycznego odcięcia mocy w wypadku przekroczenia temperatury maksymalnej system stabilizacji mocy deponowanej w funkcji temperatury zbieranej podczas analizy obrazów termowizyjnych. Zastosowany indukcyjny system grzewczy z elementem wykonawczym w postaci wzbudnika elektromagnetycznego 2.b działającego w zakresie częstotliwości roboczych 30-80 kHz powoduje skrośne generowanie ciepła w stalowych elementach o miąższościach profilu (1.0-50 mm), a następnie jego migrację przez powierzchnię elementu wielkogabarytowego 4. Na panelu operatorskim 2.d wyświetlane są dodatkowo aktualne wartości zmiennych procesowych oraz danych z układu pomiarowego 2.c. Każdy z podzespołów układu komunikuje się z panelem operatorskim 2.d poprzez mikroprocesorowy układ pomiarowo-sterujący 1.c.1 odpowiedzialny za automatyczne sterowanie, akwizycję i obróbkę danych dostarczonych z układu pomiarowego 2.c oraz z pozostałych podzespołów.

Taki proces deponowania ciepła w elemencie wielkogabarytowym 4 powoduje wytworzenie na powierzchni lakierniczej gradientu temperatury w kierunku od podłoża stalowego do chłodnej atmosfery lakierni co całkowicie eliminuje wady klasycznych rozwiązań grzania piecowego. Przy takim rozkładzie temperatury w powłoce uzyskuje się najpierw wiązanie i utwardzenie warstwy przyściennej powłoki (najbardziej wewnętrznej) co oznacza, że powłoka pokrywa materiał z idealnym odwzorowaniem jego faktury nawet przy względnie grubej warstwie lakierniczej eliminując m.in. efekt „skórki pomarańczowej” oraz efekty typu „krypt”, „spływów” i „sopli” w oczywisty sposób prowadząc do podwyższenia jakości oszczędności czasu, energii i znacznego zwiększenia przepustowości lakierni.

Z kolei napędzany wózek jezdny 1, korzystnie, z napędem elektrycznym stanowi platformę nośną dla układu żurawia nośnego 1.a oraz zawieszonego na nim wzbudnika elektromagnetycznego 2.b. Urządzenie pozwala operatorowi 2 na deponowanie ciepła w metalową konstrukcję elementu wielkogabarytowego 4, bez konieczności ich przemieszczania.

Rozwiązanie według wynalazku ma zastosowanie do wygrzewania niestandardowych wielkogabarytowych elementów metalowych dla procesów lakierniczych metodą indukcji elektromagnetycznej w miejscu ich składowania

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do bezkontaktowego deponowania ciepła w wielkogabarytowych metalowych elementach konstrukcyjnych do zastosowań lakierniczych składające się z nagrzewnicy indukcyjnej oraz z układów pomiarowo-sterujących, znamienne tym, że na manipulacyjnym ramieniu żurawia nośnego 1.a.1 zawieszona jest przegubowo skrzynia aparaturowa 2, wyposażona w uchwyty manipulacyjne 2.a, w wzbudnik elektromagnetyczny 2.b, z ramieniem nośnym 1.a.1 przemieszczającym się w co najmniej trzech niezależnych kierunkach w stosunku do nieruchomo usytuowanego nagrzewanego elementu 4, ponadto urządzenie wyposażone jest w mikroprocesorowy układ pomiarowo-sterujący 1.c.1.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że na platformie 1.b wózka jezdnego 1 usytuowany jest układ elektryczny i elektroniczny nagrzewnicy indukcyjnej 1.c.

   PL 222 641 B1
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że manipulacyjne ramię żurawia nośnego 1.a.1 usytuowane jest na platformie 1.b wózka jezdnego 1.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że mikroprocesorowy układ pomiarowo-sterujący połączony jest z panelem operatorskim 2.d, z przyciskami sterującymi manipulacyjnego ramienia żurawia nośnego 1.a.1 oraz z układem pomiarowym 2.c i wzbudnikiem elektromagnetycznym 2.b.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ elektryczny i elektroniczny nagrzewnicy indukcyjnej 1.c działa korzystnie w zakresie częstotliwości roboczych 30-80 kHz i korzystnie zawiera koncentratory pola elektromagnetycznego, chłodzone cieczą pracujące w układzie pętlicowym.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1 albo 4, znamienne tym, że układ pomiarowy 2.c składa się z co najmniej jednego pirometru i kamery termowizyjnej, korzystnie operującej w paśmie długości fali λ=8-13 μm.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że panel operatorski 2.d wyposażony jest w ekran dotykowy pełniący funkcję interfejsu.