Einrichtung zum automatischen Beschichten von Wertstücken mit einer Spritzpistole Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum automa tischen Beschichten von Werkstücken mit Überzugsmate- rial mit einer Spritzpistole.
Bei bekannten Einrichtungen zur Automatisierung der Lackspritz- oder Pulversprüh-Technik werden die zu beschichtenden Werkstücke von einer Förderanlage an einer oder mehreren Spritzpistolen vorbeibewegt. Die Spritzpistolen sind entweder fest angeordnet oder wer den mittels einer Vorrichtung pendelnd auf und ab oder hin und her bewegt, wobei üblicherweise die Auslenkung und der Mittelpunkt dieser Schwingbewegung einstellbar sind. Sind Werkstücke ringsum zu beschichten, so wird jedem einzelnen Werkstück im Sprühstrahl eine zusätzli che Drehbewegung erteilt.
Zur Innenbeschichtung von z.B. rohrförmigen Werkstücken werden auch Spezialpi stolen verwendet, welche einen kegelmantelförmigen Sprühstrahl mit weitem Öffnungswinkel erzeugen und automatisch in den Werkstückraum eingesenkt werden. Auf kompliziert geformten Gegenständen lassen sich jedoch mit solchen oder ähnlichen Vorrichtungen ein wandfreie und insbesondere gleichmässig dicke Schichten nicht herstellen.
Um auch Werkstücke komplizierter Form automatisch zu beschichten, werden aus mehreren einzelnen Spritzeinrichtungen Spritzanlagen zusammen gestellt, in welchen die Beschichtung jedes Werkstückes in mehreren Etappen stattfindet. Die Planung einer Spritzanlage erfolgt im allgemeinen anhand von an Probewerkstücken vorgenommenen Versuchsbeschich- tungen, so dass sich eine fertige Anlage jeweils nur für die ursprünglich vorgesehenen Werkstückformen eignet und eine Umstellung auf andere Formen nur mit grossen Schwierigkeiten möglich ist.
Fällt während des Betriebes der Anlage eine Spritzpistole aus, so müssen die dadurch entstandenen Beschichtungsfehler nachträglich von Hand korrigiert werden.
Zweck der Erfindung ist eine Einrichtung mit Spritz pistole, mit welcher auch kompliziert geformte Werk stücke automatisch einwandfrei beschichtet werden kön nen und welche es ermöglicht, Spritzanlagen nach dem Baukastenprinzip zusammenzustellen, die universelller verwendbar sind als die bekannten Anlagen und bei denen eine Handkorrektur der durch die Ausfälle von Spritzpistolen verursachten Beschichtungsfehler nicht mehr nötig ist.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch ge kennzeichnet, dass ein mindestens eine Spritzpistole tragender Trägerkopf auf einem Hubständer durch eine steuerbare Hub-Antriebsvorrichtung auf und ab beweg bar und die Hub-Antriebsvorrichtung durch eine auf eine Folge von Arbeitsschritten einstellbare Programmsteue rung gesteuert ist.
Um die Spritzpistole in einer hierzu senkrechten Richtung bewegen zu können, kann der Hubständer auf einem Wagen montiert sein, welcher durch eine steuerba re Wagen-Antriebsvorrichtung auf einer Führung ver schiebbar ist, wobei die Wagen-Antriebsvorrichtung vor zugsweise durch eine auf eine Folge von Arbeitsschritten einstellbare Programmsteuerung gesteuert ist.
Um die Spritzpistole auch in Richtung der dritten orthogonalen Raumachse bewegen zu können, kann der Hubständer-Wagen mit seiner Führung und seiner Wa- gen-Antriebsvorrichtung auf einem in Horizontalebene senkrecht zur Wagenführung durch eine steuerbare An triebsvorrichtung verschiebbaren Support befestigt und die Support-Antriebsvorrichtung durch eine auf eine Folge von Arbeitsschritten einstellbare Programmsteue rung gesteuert sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausfüh rungsbeispielen und der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine komplette Spritzpistolen-Einrichtung, mit einer einen Kreuzschienenverteiler enthaltenden Pro gramm-Steuerung, Fig. 2 den Programmierteil der Steuerung in Fig. 1, Fig. 3 ein Prinzipschema für eine beispielsweise Pro grammsteuerung und Fig. 4 eine mit Spritzpistolen-Einrichtungen der Fig. 1 zusammengestellte automatische Spritzanlage.
Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Einrich tung ist eine beispielsweise zur elektrostatischen Pulver beschichtung ausgebildete Spritzpistole 1 auf einem Trä= gerkopf 2 um eine horizontale Achse 3 drehbar befestigt. Im einfachsten Ausführungsbeispiel kann die Pistole 1 von Hand eingestellt und festgeklemmt werden, so dass die Sprühstrahlachse in der Horizontalebene liegt oder in einem gewünschten Winkel zu dieser geneigt ist.
Der Trägerkopf 2 ist auf einem Hubständer 4 befestigt, dessen auf einem Fuss 5 montierte Hubsäule 6 durch eine Antriebsvorrichtung 8 in vertikaler Richtung y-y aus- und einfahrbar ist. Der der Hubsäule 6 mit Trägerkopf 2 und Spritzpistole 1 einen ausreichend festen Stand ge währleistende Fuss 5 trägt ein staubdicht abgeschlossenes Gehäuse 7, in welchem die Hub-Antriebsvorrichtung 8 und der nötige Zubehör für diese untergebracht sind.
Als Antriebsvorrichtung wird zweckmässig ein Gleichstrom motor verwendet, welcher ein häufiges Umschalten ohne Störungen ertragen kann, beispielsweise ein sogenannter Scheibenläufermotor. Drehrichtung, Drehgeschwindigkeit und Laufzeit des Motors sind durch eine an späterer Stelle ausführlich beschriebene Programmsteuereinrich- tung 9 gesteuert, so dass die Spritzpistole jeweils mit einer eingestellten Vorschubgeschwindigkeit um eine vor gegebene Strecke auf- oder abbewegt wird.
Zur Bestim mung der von der Pistole jeweils zurückzulegende Wegstrecke wird vorzugsweise eine elektrische Brücken schaltung benutzt, in welcher ein eingestellter Sollwert mit dem von einem Weggeber bekannter Bauart abgege bene Istwert verglichen und bei Gleichheit der Werte der Motor ausgeschaltet oder über einen Weiterschaltimpuls auf eine andere Betriebsart umgeschaltet wird.
Zur automatischen Beschichtung eines Werkstückes 10 wird die Spritzpistole längs einer aus einer Folge geradliniger Teilstrecken bestehenden Bewegungsbahn geführt, wobei jeder Teilstrecke eine bestimmte Vor schubgeschwindigkeit der Pistole und Pulverdosierung zugeteilt wird. Bei dem bisher beschriebenen Teil der Einrichtung besteht die mögliche Bewegungsbahn der Spritzpistole aus einer Folge vertikaler Teilstrecken, und jede Teilstrecke der Folge ist durch den Ordinatenwert ihres Endpunktes bestimmt.
Zur Programmierung der Bewegungsbahn enthält die Steuerung einen Kreuzschie- nenverteiler 11, auf welchen für jede der Teilstrecken ein Ordinatenwert als Sollwert, eine Vorschubgeschwindig- keit (Motor-Drehgeschwindigkeit) und die Pulverdosie rung eingestellt werden kann. Die Programmsteuerung der gesamten Einrichtung wird an einem speziellen Beispiel noch eingehend dargelegt werden.
Aus der vorstehenden kurzgefassten Beschreibung der Programm steuerung ist ersichtlich, dass bereits der bisher beschrie bene Teil der Einrichtung zur Beschichtung einfach geformter Werkstücke mit Vorteil eingesetzt werden kann, insbesondere dann, wenn die Werkstücke mit konstanter Geschwindigkeit an der Spritzpistole vorbei geführt werden.
Eine Kleinspritzanlage, in welcher aus- schliesslich einfach geformte Werkstücke beschichtet werden sollen, wird demnach einen oder mehrere solche Spritzpistolen-Hubständer 4 umfassen, wobei deren Füs- se auf Räder gesetzt werden können, wenn die Hubstän der leicht transportabel sein sollen.
Diese Spritzpistolen-Hubständer können leicht weiter ausgebaut werden. Es kommt häufig vor, dass auf gewis sen Spritz-Teilstrecken die Sprühstrahlachse in der Hori zontalebene liegen und auf anderen Teilstrecken mit letzterer einen bestimmten Winkel einschliessen soll.
Um die Sprühstrahlachse programmgemäss in der Vertikal ebene verstellen zu können, wird die Drehachse 3 der Spritzpistole 1 von einem Motor 12 angetrieben, welcher beispielsweise auf dem Trägerkopf 2 montiert und durch ein Gehäuse 13 staubdicht abgedeckt ist, wie dies Fig. 1 zeigt. In vielen Fällen ist es zur Erzielung einwandfreier Schichten ausreichend, wenn die Sprühstrahlachse über einen genügend grossen Winkel in Schritten von z.B. 10 verstellt werden kann.
Die Steuerung des Achsen- Antriebsmotors 12 erfolgt dann zweckmässig über den genannten Kreuzschienenverteiler 11, so dass für jeden Arbeitsschritt neben der Soll-Wegstrecke, der Vor schubgeschwindigkeit und der Pulverdosierung auch die vertikale Neigung der Sprühstrahlachse eingestellt wer den kann. Statt dessen kann die Steuerung des Achsen- Antriebsmotors 12 auch selbständig erfolgen, indem jedes Verstellen des Neigungswinkels der Spritzpistole als separater Beschichtungsschritt betrachtet wird.
Die benö tigte Anzahl Schrittachsen im Kreuzschienenverteiler ist dann allerdings grösser, die Arbeitsweise der Einrichtung aber auch universeller und genauer. So können beispiels weise zylindrische Flächenteile von Werkstücken be schichtet werden, indem in einem ersten Arbeitsschritt die Drehachse 7 der Spritzpistole 1, auf die Achse des zylindrischen Flächenteils gebracht und in den folgenden Arbeitsschritten die Spritzpistole gedreht wird, so dass der Sprühstrahl den Flächenteil ein oder mehrere Male überstreicht. In Weiterbildung des Hubständers wird auch die Hubsäule 6b auf ihrem Fuss 5 um ihre Achse drehbar befestigt.
Die Drehung der Hubsäule 6 erfolgt hierbei wiederum durch einen Antriebsmotor 12', wel cher in dem am Säulenfuss befindlichen Gehäuse 7 staubdicht eingeschlossen ist und ebenso gesteuert wird, wie der Antriebsmotor für die Pistolendrehachse. Die Spritzpistole kann damit auch eine Drehbewegung in der Horizontalebene ausführen.
Wie in Fig. 1 weiter ersichtlich ist, ist der Säulenfuss 5 des Hubständers 4 auf einen Wagen 14 montiert, welcher in senkrecht zur Vertikalachse der Säule 6 verlaufenden Führungsschiene 24 geführt ist. Durch Verschieben des Wagens 14 auf seinen Führungen wird die Spritzpistole nun auch in der zweiten orthogonalen Raumkoordinaten achse x-x bewegt.
Der Antrieb des Wagens 14 erfolgt beispielsweise über Ketten und Kettenräder durch einen Getriebemotor 15, welcher von einer Programmsteuerung gesteuert und zur Herleitung eines Istweg-Signals mit einem Weggeber gekoppelt ist. Die Programmsteuerung ist ähnlich aufge baut wie die bereits vorstehend kurz beschriebene.
Die Antriebsvorrichtung mit allem Zubehör, wie z.B. Relais sind in Gehäusen 16 untergebracht, welche an den Enden der Führungsschiene 24 befestigt sind. Zwischen den Wagenenden und den Gehäusen sind Balgen 17 angeordnet, welche zusammen mit den Gehäusen 16 Antrieb und Führung des Wagens 14 staubdicht ab- schliessen. Anstelle eines Kettenantriebes kann jede be liebige andere geeignete Antriebsart gewählt werden, wie z.B. ein Hydraulikzylinder mit Servoventil.
Dieser Teil der Einrichtung mit Wagen, Führungs schiene und Antrieb wird zweckmässig als separate Baueinheit konstruiert und hergestellt, wobei der Wagen 14 so ausgebildet ist, dass auf ihn der Hubständer leicht, beispielsweise durch Aufstecken, befestigt werden kann.
Um die Spritzpistole auch in der dritten orthogonalen Raumachse z-z bewegen zu können, werden beispielswei se auf einer Montageplatte 18 zwei weitere solche Wagen-Baueinheiten mit ausreichendem Abstand vonein ander und zueinander parallel verlaufenden Führungs schienen 24', 24" montiert, so dass die erstgenannte den Hubständer 4 tragenden Wagen-Baueinheit mit ihren Schutzkästen 16 auf den Wagen 14', 14" dieser weiteren Baueinheiten befestigt werden kann. In den Fig. 2 und 3 sind Einzelheiten einer beispiels weisen Programmsteuerung mit Kreuzschienenverteiler der vorstehend bereits kurz erläuterten Art ersichtlich.
Gemäss Fig. 2 weist die Frontplatte des Steuergerätes 9 eine Vielzahl in vertikalen und horizontalen Achsen angeordnete Löcher 19 auf. In die Löcher können wahlweise Stecker 20 eingeführt werden, und jeder eingeführte Stecker verbindet zwei sich kreuzenden Schie nen des Kreuzschienenverteilers.
Dieses Lochschema umfasst: die Befehlsachsen B, B,,, BZ für Bewegung der Spritzpistole in Richtung der orthogonalen Raumachsen, B@ und B$ für Drehung der Spritzpistole um x'-x' und y'-y', B, für die Vor schubgeschwindigkeit und Bd für die Pulverdosis, eine Anzahl Sollwertachsen zur Einstellung entsprechender Sollwerte,
wobei in Fig. 2 der Einfachheit wegen lediglich zehn Sollwertachsen Wo-W" für ein schrittweises Wei terbewegen der Spritzpistole in Richtung der orthogona- len Raumachsen eingezeichnet sind, und schliesslich eine grössere Anzahl Schrittachsen S,-S" die die Befehls und die Sollwertachsen kreuzen, so dass durch Stecken einer Schrittachse im Feld der Befehlsachsen dem betref fenden Arbeitsschritt ein Arbeitsvorgang u.
durch Stecken derselben Schrittachse im Feld der Sollwertachse das Ausmass dieses Arbeitsvorganges zugeteilt wird. Fig. 3 zeigt das Prinzipschema für eine solche Steuerschaltung, wobei jedoch aus Gründen besserer Übersicht nur die Steuerung der Spritzpistolen-Bewegung in Richtung der orthogonalen Raumachsen x, y, z ausführlicher dargestellt ist.
Jede Befehlsachsen-Schiene B, bis Ba ist an ein Relais R1 bis R7 angeschlossen. Jede der die Befehls schienen kreuzenden Schrittschienen S1 bis S5 ist an einen der in einer Ebene eines Drehwählers Dr liegende Kontakte a bis a5 angeschlossen und der Schleifer 21a dieser Drehwählerebene ist mit einer Stromquelle (nicht dargestellt) für die Erregung der Relais R1 bis R7 verbunden. Jedes Relais R1 bis R7 weist eine Anzahl Arbeitskontakte auf, welche in die betreffende Steuer schaltung mit den entsprechenden Sollwertschienen ge schaltet sind.
Soll beispielsweise im fünften Arbeitsschritt nicht beschichtet werden, so wird im Feld der Befehls achsen der Kreuzungspunkt S5-Bd und im Feld der Sollwertachsen der Kreuzungspunkt S5-Wo gesteckt. Kommt dann der Schleifer 21a des Drehwählers Dr auf den Kontakt a5, so wird das Relais R7 erregt und seine Arbeitskontakte schalten die Pulverzufuhr zur Spritzpi stole ab. Ausführlicher dargestellt ist in Fig.3 eine Gleichstrom-Nachlaufsteuerung für die Bewegung der Spritzpistole in Richtung der orthogonalen Raumachsen.
Jede der diese Sollwertschienen kreuzenden Schrittschie nen S1 bis S5 ist an einen der in einer anderen Ebene des genannten Drehwählers liegenden Kontakte b1 bis b5 angeschlossen. Das eine Ende der Widerstandskette Sp liegt am einen Pol einer Steuerspannungsquelle B und ihr anderes Ende an einem Satz parallel geschalteter Arbeits kontakte r1 1, r12, r13, der Relais R1, R2, R3.
Von jedem Arbeitskontakt führt eine Leitung zum Potentiometer WGl, WG2 bzw. WG3 des zugehörigen Weggebers und von da zum anderen Pol der Steuerspannungsquelle. Die Sollwertschienen Wo bis W6 sind an die einzelnen Stufen eines aus einer Widerstandskette Sp bestehenden Span- nungsteilers angeschlossen und der Schleifer 21b dieser Drehwählerebene liegt am einen Eingang, dem Sollwert eingang eines Brückenverstärkers BV, dessen anderer Eingang,
der Istwerteingang über einen zweiten Satz Arbeitskontakte r21, r22, r23 mit den Abgriffen der Weggeber-Potentiometer verbunden ist. An den Ausgang des Brückenverstärkers BV sind über weitere Arbeits kontakte r31, r32, r33 der genannten Relais R1, R2, R3 Leistungsverstärker LVl, LV2, LV3 angeschlossen, welche die Antriebsvorrichtungen S1, S2, S3 zur Bewe gung der Hubsäule bzw. der Wagen in der beschriebenen Einrichtung steuern bzw. speisen.
Ist beispielsweise im Feld der Befehlsachsen die Schrittachse S3 und die Befehlsachse BZ und im Feld der Sollwertachsen der Sollwert W5 gesteckt, so wird, wenn die Schleifer des Drehwählers die Schrittschienen S3 erreichen, das Relais R3 erregt und seine Arbeitskontakte r13, r23, r33 schliessen. Damit wird der Weggeber WG3 eingeschaltet und der Brückenverstärker erhält an seinen beiden Eingängen das entsprechende Sollwert- und Istwert- Signal zugeführt.
Sind die beiden Signale verschieden, so wird die Differenzspannung im Brückenverstärker ver stärkt und je nach Verstimmung der Brücke wird über die Kontakte r33 ein polarisiertes (Links-Rechts-) Signal an den Leistungsverstärker LV3 abgegeben. Diesem Signal entsprechend werden die Antriebsmotoren in den Wagen-Baueinheiten in Gang gesetzt, und die Wagenein heit mit der Hubsäule wird in z-Richtung verschoben bis das Istwertsignal dem Sollwertsignal gleich ist.
Bei Gleichheit von Ist- und Sollwertsignal wird vom Brük- kenverstärker BV über einen zweiten Ausgang e an den Drehwähler Dr ein Weiterschaltimpuls abgegeben und sein Schleifer tastet die nachfolgende Schrittschiene S4 ab. Die technische Ausbildung eines nach einem solchen oder ähnlichen Prinzip arbeitender Programmsteuerungen ist jedem Fachmann auf diesem Gebiet geläufig. Schal tungseinzelheiten sind hierbei jeweils durch die speziellen Wünsche oder Anforderungen bestimmt und es sind viele Variationen möglich.
So kann beispielsweise die Sollwert einstellung für die verschiedenen Wegstrecken statt schrittweise auch dekadisch erfolgen, indem z.B. entspre chende Decodiereinrichtungen zugeschaltet werden, wo durch die Lochzahl beim Kreuzschienenverteiler verklei nert wird.
Die Programmsteuerung kann auch so ausge bildet sein, dass während eines Arbeitsschrittes mehrere Befehle gleichzeitig aufgeführt werden können, z.B. eine gleichzeitige Bewegung in allen drei orthogonalen Rich tungen, so dass die Spritzpistole auf einer schrägen Bahn geführt wird, wobei ausserdem die Vorschubgeschwindig- keit in jeder Achsenrichtung verschieden sein kann. In einem solchen Fall wird ein Weiterschaltimpuls an den Drehwähler erst abgegeben, wenn alle Teilbewegungen zuende geführt sind.
Die Betriebsweise der Spritzpistolen-Einrichtung sei an einem einfachen Beschichtungsbeispiel näher erläu tert. Es soll der in Fig. 1 gezeigte einseitig offene Kasten 10 mit einem Pulver elektrostatisch beschichtet werden. Es wird angenommen, dass der gezeigte Kasten beschich tet werden kann, indem die Spritzpistole 1 auf einer zusammenhängenden aus geraden Teilstrecken in Rich tung der orthogonalen Raumachsen zusammengesetzten Bahn 22 bewegt wird.
Diese Bewegungsbahn in Fig. 1 ist strichliert eingezeichnet und besteht, wie ersichtlich aus einer ersten Teilstrecke in x-Richtung, welcher eine Teilstrecke in z-Richtung und eine Teilstrecke in y- Richtung folgen. Daran schliesst sich eine kurze Teil strecke wieder in x-Richtung und eine längere in y- Richtung an usw.
Das ganze Programm wird zweckmäs- sig in Abschnitte aufgeteilt, der erste Abschnitt soll im behandelten Beschichtungsbeispiel z.B. die vorstehend genannten Schritte umfassen. In der Steuereinrichtung wird, z.B. durch öffnen eines Schalters 23 die automati sche Weiterschaltung des Drehwählers Dr ausgeschaltet und der Drehwähler von Hand auf die einzelnen Schritt schienen S1 <B>...</B> S5 eingestellt. Bei ausgeschalteter Spritzpi stole wird nun der erste Programmabschnitt Schritt für Schritt gesteckt.
Zur weiteren Erläuterungsei angenom men, dass die Sollwertachsen WO bis W9 (Fig. 2) für schrittweisen Vorschub reit einer Schrittlänge von z.B. 5 cm ausgelegt sind. Im ersten Arbeitsschritt wird die Spritzpistole in Ausgangsstellung gebracht (Punkt 1 in "Fig.1), wozu ein "Anheben der Pistole um 15 cm erforder lich sein soll.
Auf den Schrittachsen S1 (Fig.2) wird demnach die Befehlsachse B, und der Sollwert WR3 gesteckt. Im nächsten Arbeitsschritt soll sich die Pistole um 25 cm nach links bewegen. Auf den Schritt achsen S2 wird folglich die Befehlsachse B,t und der Sollwert WS gesteckt.
Im dritten Arbeitsschritt soll sich die Spritzpistole in z-Richtung um 20 cm vorbewegen, hierzu werden auf den Schrittachsen S3 die Befehlsach sen BZ und der Sollwert W4 gesteckt. Die im vierten Arbeitsschritt gewünschte Aufwärtsbewegung der Spritz pistole um z.B. 20 cm wird - erreicht, indem auf der Schrittachse S4 die Befehlsachse B, und der Sollwert W7 gesteckt. werden.
Im fünften Arbeitsschritt soll sich -die Pistole um 10 cm nach rechts verschieben, auf Schrittachse S5 wird folglich die Befehlsachse Bx und der Sollwert W3 gesteckt, da beim vorhergehenden y Schritt auf W4 gesteckt worden war. Nachdem auf diese Weise der erste Programmabschnitt gesteckt worden ist, wird die Pistole zurückgeführt und bei -eingeschalteter Automatik zur Probe gespritzt. Eventuell vorhandene Steckfehler werden korrigiert, und dann wird auf den nächsten Programmabschnitt übergegangen. Ist dann das ganze Programm einwandfrei gesteckt, so kann zur automatischen Beschichtung der Werkstücke übergegan gen werden.
Es kann nun vorkommen, dass in einem Betrieb während einer längeren Zeit eine geringe Anzahl ver schiedener Werkstücktypen serienmässig beschichtet wer den. In solchen Fällen empfiehlt es sich zusätzlich zum Kreuzschienenverteiler 11 feste Programmspeicher, wie Lochkarten 26, Lochstreifen oder Magnetbänder zu verwenden. Die Steuereinrichtung erhält dann hierzu geeignete Abtastv´rrichtungen 25, wobei jedoch das jeweils gewünschte Programm zuerst im Kreuzschienen verteiler gesteckt und dann auf den festen Programmspei cher übertragen vrird.
Für kompliziert geformte Werkstücke sind, wie ein gangs bereits erwähnt, meist automatische Beschichtungs- anlagen erforderlich. Wie Fig.4 zeigt, lässt sich eine solche automatische Beschichtungsanlage aus den vorste hend beschriebenen Spritzpistolen-Einrichtungen sehr leicht zusammenstellen. Hierzu werden eine oder mehrere solcher kompletter Einrichtungen 27 oder auch Teilein richtungen 28, 29 in einer Strasse angeordnet, welche von den zu beschichtenden Werkstücken 30 durchlaufen wird.
Am Ende der Beschichtungsstrasse wird eine komplette 'Einrichtung 31 angeordnet, welche die z.B. durch Ausfall irgendeines Programmteiles entstandenen Beschichtungs- fehler zu korrigieren hat. Fällt beispielsweise auf der Beschichtungsstrasse eine" Spritzpistole aus, so erhält diese diese letzte komplette Einrichtung deren Programm zugeteilt, indem sie entweder an die Programmsteuerung der ausgefallenen Pistole angeschlossen wird oder das Programm auf ihren eigenen Kreuzschienenverteiler ge steckt wird.
Die automatische Serienbeschichtung wird hierbei nicht oder nur für ganz kurze Zeit unterbrochen und alle aus der Strasse auslaufenden Werkstücke sind einwandfrei beschichtet.
Eine aus den beschriebenen Spritzpistolen-Einrich- tungen aufgebaute Beschichtungsanlage kann ohne Schwierigkeiten umgestellt, ergänzt und ausgebaut wer den, je nachdem, wie es die gerade vorliegenden Be- schichtungsprobleme erfordern.
Device for the automatic coating of valuable items with a spray gun The invention relates to a device for the automatic coating of workpieces with coating material with a spray gun.
In known devices for automating paint spraying or powder spraying technology, the workpieces to be coated are moved past one or more spray guns by a conveyor system. The spray guns are either fixedly arranged or who moves the pendulum up and down or back and forth by means of a device, the deflection and the center of this oscillating movement usually being adjustable. If workpieces are to be coated all around, each individual workpiece is given an additional rotary movement in the spray jet.
For the internal coating of e.g. tubular workpieces are also special pistols used, which generate a cone-shaped spray jet with a wide opening angle and are automatically sunk into the workpiece space. However, such or similar devices cannot produce perfect and, in particular, uniformly thick layers on objects of complex shape.
In order to automatically coat workpieces with complex shapes, spray systems are put together from several individual spray devices, in which the coating of each workpiece takes place in several stages. A spraying system is generally planned on the basis of test coatings carried out on sample workpieces, so that a finished system is only suitable for the workpiece shapes originally intended and a changeover to other shapes is only possible with great difficulty.
If a spray gun fails while the system is in operation, the resulting coating errors must be corrected manually afterwards.
The purpose of the invention is a device with a spray gun, with which even complex-shaped work pieces can be automatically coated properly and which makes it possible to assemble spray systems according to the modular principle that are more universally usable than the known systems and in which a manual correction of the by the Coating errors caused by spray gun failures are no longer necessary.
The device according to the invention is characterized in that a carrier head carrying at least one spray gun can be moved up and down on a lifting stand by a controllable lifting drive device and the lifting drive device is controlled by a programmable controller which can be set to a sequence of work steps.
In order to be able to move the spray gun in a direction perpendicular thereto, the lifting stand can be mounted on a carriage which is slidable on a guide by a steerable carriage drive device on a guide, the carriage drive device preferably being followed by a sequence of work steps adjustable program control is controlled.
In order to be able to move the spray gun in the direction of the third orthogonal spatial axis, the lifting stand carriage with its guide and its carriage drive device can be attached to a support that can be displaced in the horizontal plane perpendicular to the carriage guide by a controllable drive device and the support drive device through a program controller that can be set to a sequence of work steps.
The invention is explained in more detail with reference to Ausfüh approximately examples and the accompanying drawings.
The drawings show: FIG. 1 a complete spray gun device with a program control containing a crossbar distributor, FIG. 2 the programming part of the control in FIG. 1, FIG. 3 a schematic diagram for an example program control and FIG. 4 an automatic spray system assembled with spray gun devices of FIG. 1.
In the device shown schematically in Fig. 1 Einrich a trained for example for electrostatic powder coating spray gun 1 on a Trä = gerkopf 2 about a horizontal axis 3 is rotatably mounted. In the simplest exemplary embodiment, the pistol 1 can be set and clamped by hand so that the spray jet axis lies in the horizontal plane or is inclined to this at a desired angle.
The carrier head 2 is attached to a lifting stand 4, the lifting column 6 of which is mounted on a foot 5 and can be extended and retracted in the vertical direction y-y by a drive device 8. The lifting column 6 with support head 2 and spray gun 1 a sufficiently firm stand ge ensuring foot 5 carries a dust-tight housing 7 in which the lifting drive device 8 and the necessary accessories for this are housed.
A direct current motor is expediently used as the drive device, which can withstand frequent switching without interference, for example a so-called pancake motor. The direction of rotation, the speed of rotation and the running time of the motor are controlled by a program control device 9, which will be described in detail later, so that the spray gun is moved up or down a predetermined distance at a set feed rate.
To determine the distance to be covered by the pistol, an electrical bridge circuit is preferably used, in which a set target value is compared with the actual value given by a known type of displacement sensor and, if the values are equal, the motor is switched off or a switch pulse to another operating mode is switched.
For the automatic coating of a workpiece 10, the spray gun is guided along a movement path consisting of a series of linear sections, each section being assigned a certain advance speed of the gun and powder metering. In the part of the device described so far, the possible path of movement of the spray gun consists of a sequence of vertical sections, and each section of the sequence is determined by the ordinate value of its end point.
To program the trajectory, the control contains a cross rail distributor 11, on which an ordinate value as a setpoint value, a feed rate (motor rotational speed) and the powder metering can be set for each of the sections. The program control of the entire facility will be explained in detail using a specific example.
From the above brief description of the program control it can be seen that the previously described part of the device for coating simply shaped workpieces can be used to advantage, especially when the workpieces are guided past the spray gun at a constant speed.
A small injection molding system, in which only simply shaped workpieces are to be coated, will accordingly comprise one or more such spray gun lift stands 4, the feet of which can be placed on wheels if the lift stands are to be easily transportable.
These spray gun lift stands can easily be expanded. It often happens that on certain spray sections, the spray jet axis is in the horizontal plane and should include a certain angle with the latter on other sections.
In order to be able to adjust the spray jet axis according to the program in the vertical plane, the axis of rotation 3 of the spray gun 1 is driven by a motor 12, which is mounted, for example, on the carrier head 2 and covered in a dust-tight manner by a housing 13, as shown in FIG. In many cases it is sufficient to achieve perfect layers if the spray jet axis extends over a sufficiently large angle in steps of e.g. 10 can be adjusted.
The axis drive motor 12 is then conveniently controlled via the aforementioned crossbar distributor 11, so that for each work step, in addition to the target distance, the advance speed and the powder dosage, the vertical inclination of the spray jet axis can also be set. Instead of this, the control of the axis drive motor 12 can also take place independently in that each adjustment of the angle of inclination of the spray gun is viewed as a separate coating step.
The required number of step axes in the crossbar distributor is then greater, but the way the device works is also more universal and precise. For example, cylindrical surface parts of workpieces can be coated by bringing the axis of rotation 7 of the spray gun 1 onto the axis of the cylindrical surface part in a first work step and rotating the spray gun in the following work steps so that the spray jet covers one or more surface parts Times. In a further development of the lifting stand, the lifting column 6b is also attached to its base 5 so that it can rotate about its axis.
The rotation of the lifting column 6 takes place here in turn by a drive motor 12 ', wel cher is enclosed dust-tight in the housing 7 located on the column base and is also controlled, as is the drive motor for the gun rotation axis. The spray gun can thus also perform a rotary movement in the horizontal plane.
As can also be seen in FIG. 1, the column foot 5 of the lifting stand 4 is mounted on a carriage 14 which is guided in guide rail 24 running perpendicular to the vertical axis of the column 6. By moving the carriage 14 on its guides, the spray gun is now also moved in the second orthogonal spatial coordinate axis x-x.
The carriage 14 is driven, for example, via chains and sprockets by a geared motor 15 which is controlled by a program control and coupled to a position encoder to derive an actual path signal. The program control is built up similarly to that already briefly described above.
The drive device with all accessories, such as Relays are accommodated in housings 16 which are fastened to the ends of the guide rail 24. Bellows 17 are arranged between the ends of the car and the housings, which bellows, together with the housings 16, seal the drive and guide of the car 14 in a dust-tight manner. Instead of a chain drive, any other suitable drive type can be selected, e.g. a hydraulic cylinder with servo valve.
This part of the device with carriage, guide rail and drive is expediently designed and manufactured as a separate structural unit, the carriage 14 being designed so that the lifting stand can be easily attached to it, for example by plugging it on.
In order to be able to move the spray gun in the third orthogonal spatial axis zz, two more such car assemblies are for example mounted on a mounting plate 18 with sufficient spacing from one another and parallel guide rails 24 ', 24 ", so that the former is the Lifting stand 4 carrying car unit with its protective boxes 16 on the car 14 ', 14 "of these further units can be attached. 2 and 3 details of an example program control with crossbar distributor of the type already briefly explained above can be seen.
According to FIG. 2, the front plate of the control unit 9 has a plurality of holes 19 arranged in vertical and horizontal axes. Plug 20 can optionally be inserted into the holes, and each plug inserted connects two intersecting rails of the crossbar distributor.
This hole pattern includes: the command axes B, B ,,, BZ for moving the spray gun in the direction of the orthogonal spatial axes, B @ and B $ for rotating the spray gun around x'-x 'and y'-y', B, for the front feed rate and Bd for the powder dose, a number of setpoint axes for setting corresponding setpoints,
2, for the sake of simplicity, only shows ten setpoint axes Wo-W "for a stepwise further movement of the spray gun in the direction of the orthogonal spatial axes, and finally a larger number of step axes S, -S" that cross the command and the setpoint axes , so that by inserting a step axis in the field of command axes the work step concerned a work process u.
by inserting the same step axis in the field of the setpoint axis the extent of this work process is assigned. 3 shows the basic diagram for such a control circuit, but for reasons of a better overview only the control of the spray gun movement in the direction of the orthogonal spatial axes x, y, z is shown in more detail.
Each command axis rail B to Ba is connected to a relay R1 to R7. Each of the step rails S1 to S5 crossing the command rails is connected to one of the contacts a to a5 lying in a plane of a rotary selector Dr and the slider 21a of this rotary selector plane is connected to a power source (not shown) for energizing the relays R1 to R7. Each relay R1 to R7 has a number of normally open contacts which are connected to the relevant control circuit with the corresponding setpoint rails.
If, for example, there is no coating in the fifth work step, the intersection point S5-Bd is inserted in the field of the command axes and the intersection point S5-Wo is inserted in the field of the setpoint axes. Then comes the grinder 21a of the rotary selector Dr on the contact a5, the relay R7 is energized and its working contacts switch off the powder supply to the Spritzpi stole. A direct current follow-up control for the movement of the spray gun in the direction of the orthogonal spatial axes is shown in greater detail in FIG.
Each of the step rails S1 to S5 crossing these setpoint rails is connected to one of the contacts b1 to b5 located in a different plane of said rotary selector. One end of the resistance chain Sp is at one pole of a control voltage source B and its other end at a set of parallel working contacts r1 1, r12, r13, the relays R1, R2, R3.
A line leads from each normally open contact to the potentiometer WG1, WG2 or WG3 of the associated displacement encoder and from there to the other pole of the control voltage source. The setpoint rails Wo to W6 are connected to the individual stages of a voltage divider consisting of a chain of resistors Sp and the slider 21b of this rotary selector level is at one input, the setpoint input of a bridge amplifier BV, the other input of which,
the actual value input is connected to the taps of the position encoder potentiometer via a second set of normally open contacts r21, r22, r23. At the output of the bridge amplifier BV r31, r32, r33 of said relays R1, R2, R3 power amplifier LVl, LV2, LV3 are connected via further working contacts, which drive devices S1, S2, S3 to move the lifting column or the carriage in control or feed the device described.
If, for example, the step axis S3 and the command axis BZ are inserted in the field of the command axes and the target value W5 is inserted in the field of the setpoint axes, then relay R3 is energized and its normally open contacts r13, r23, r33 close when the rotary selector slider reaches the step rails S3. The position encoder WG3 is switched on and the bridge amplifier receives the corresponding setpoint and actual value signal at its two inputs.
If the two signals are different, the differential voltage in the bridge amplifier is amplified and, depending on the detuning of the bridge, a polarized (left-right) signal is sent to the power amplifier LV3 via the contacts r33. According to this signal, the drive motors in the car units are set in motion, and the Wagenein unit with the lifting column is moved in the z-direction until the actual value signal is equal to the setpoint signal.
If the actual and setpoint signals are equal, the bridge amplifier BV emits a further switching pulse via a second output e to the rotary selector Dr and its slider scans the following step rail S4. Any person skilled in the art is familiar with the technical design of a program control operating according to such or a similar principle. Circuit details are determined by the special wishes or requirements and many variations are possible.
For example, the setpoint setting for the various distances can also be done decadically instead of step by step, e.g. Corresponding decoding devices are switched on, where the number of holes in the crossbar distributor is reduced.
The program control can also be designed so that several commands can be executed at the same time during a work step, e.g. a simultaneous movement in all three orthogonal directions, so that the spray gun is guided on an inclined path, and the feed rate can also be different in each axis direction. In such a case, an indexing pulse is only sent to the rotary selector when all partial movements have been completed.
The mode of operation of the spray gun device is explained in more detail using a simple coating example. The box 10, which is open on one side and shown in FIG. 1, is to be electrostatically coated with a powder. It is assumed that the box shown can be coated by moving the spray gun 1 on a continuous path 22 composed of straight sections in the direction of the orthogonal spatial axes.
This trajectory in FIG. 1 is drawn in dashed lines and, as can be seen, consists of a first section in the x direction, which is followed by a section in the z direction and a section in the y direction. This is followed by a short section again in the x direction and a longer section in the y direction, etc.
The whole program is expediently divided into sections, the first section in the coating example discussed should e.g. comprise the above steps. In the control device, e.g. by opening a switch 23, the automatic switching of the rotary selector Dr is switched off and the rotary selector is set manually to the individual steps S1 <B> ... </B> S5. With the spray gun switched off, the first program section is now inserted step by step.
For further explanation it is assumed that the setpoint axes WO to W9 (Fig. 2) for stepwise feed have a step length of e.g. 5 cm are designed. In the first step, the spray gun is brought into the starting position (point 1 in "Fig. 1), for which" lifting the gun by 15 cm should be required.
The command axis B and the setpoint value WR3 are accordingly placed on the step axes S1 (Fig. 2). In the next step, the gun should move 25 cm to the left. The command axis B, t and the target value WS are consequently placed on the step axes S2.
In the third work step, the spray gun should move forward by 20 cm in the z-direction, for this purpose the command axes BZ and the setpoint value W4 are placed on the step axes S3. The upward movement of the spray gun desired in the fourth step by e.g. 20 cm is achieved by inserting command axis B and setpoint W7 on step axis S4. will.
In the fifth work step, the pistol should move 10 cm to the right, the command axis Bx and the target value W3 are consequently placed on step axis S5, since W4 was placed on step axis S5. After the first program section has been set in this way, the gun is returned and, with the automatic system switched on, the test is injected. Any plugging errors that may be present are corrected and then the next program section is started. Once the entire program has been correctly set up, the workpieces can be coated automatically.
It can now happen that a small number of different workpiece types are coated in series over a long period of time. In such cases, it is advisable to use fixed program memories, such as punch cards 26, punched strips or magnetic tapes, in addition to the crossbar distributor 11. The control device then receives suitable scanning devices 25 for this purpose, but the respectively desired program is first plugged into the crossbar distributor and then transferred to the fixed program memory.
For workpieces with complex shapes, as already mentioned, mostly automatic coating systems are required. As FIG. 4 shows, such an automatic coating system can be assembled very easily from the spray gun devices described above. For this purpose, one or more such complete devices 27 or also Teilein devices 28, 29 are arranged in a line through which the workpieces 30 to be coated pass.
At the end of the coating line a complete device 31 is arranged, which e.g. has to correct coating errors caused by failure of any part of the program. If, for example, a "spray gun" fails on the coating line, this last complete device is assigned its program by either being connected to the program control of the failed gun or the program being plugged into its own crossbar distributor.
The automatic series coating is not interrupted or is only interrupted for a very short time and all workpieces leaving the road are perfectly coated.
A coating system constructed from the spray gun devices described can be converted, supplemented and expanded without difficulty, depending on how the current coating problems require it.