CN102355955A - 用于静电喷涂装置的监控方法和监控设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于静电喷涂装置(1)的监控方法和监控设备(6)，该静电喷涂装置(1)使用涂层剂喷涂部件(3)，该涂层剂借助于高压设备(4)进行电力充电，其中该监控方法包括下列步骤：确定高压设备(4)的第一操作变量(IB)，将第一操作变量(IB)与限值(IG)进行比较，如果第一操作变量(IB)与限值(IG)之间的比较指示静电喷涂装置(1)的故障，则发起安全措施。提出了根据操作模式灵活地调整限值(IG)。

Description

用于静电喷涂装置的监控方法和监控设备
本发明涉及一种用于静电喷涂装置的监控方法和相应的监控设备，该静电喷涂装置使用借助于高压设备进行充电的涂层剂来喷涂部件。
相关的工业标准(例如EN 50176、EN 50348)规定这种静电喷涂装置必须包括监控设备，以防止工作电流的不允许的升高。这些监控设备对照最大和/或最小可允许的限值连续地检查高压设备的电操作变量(例如，工作电流)的实际值。
在静电喷涂装置的电压控制的操作中，工作电流通常与最大可允许的限值进行比较。
另一方面，如果电流控制的操作的可能备选方案用于静电喷涂装置，则通常将工作电压与电压的最小可允许的限值进行比较。
如果所测量的电操作变量超过或落在规定限值之下，则根据工作模式(电流控制或电压控制)，作为安全措施，立即切断高压电源。
用于静电喷涂装置的上述常规监控方法在处理高电阻清漆涂料(在Ransbrug标度上＞400kΩ)时操作得令人满意。然而，当喷涂机动车辆主体部件时，越来越多地使用低电阻清漆涂料(在Ransbrug标度上＜300kΩ)，低电阻清漆涂料常常具有高固体含量，因为在一方面流经待喷涂的部件的喷涂喷涂电流和另一方面流过喷涂装置的其余部分的装置电流之间的比率由于所使用的清漆涂料的低电阻总是较不有利，所以安全阈值的限值必须被设定得越来越高，从而这具有某些安全风险。
不同批次或不同生产系列之间的清漆涂料的电阻波动进一步加重了这一问题。例如，喷涂喷涂电流和装置电流之间的比率到目前为止是10∶1，而在使用低电阻清漆涂料的情况下，喷涂电流与装置电流的比率可能是1∶2。甚至存在喷涂电流等于2μA而装置电流等于50μA的装置。因此，例如，具有高固体含量的清漆涂料展示了低电阻。此外，溶剂和添加剂使清漆涂料更导电或更不导电。另外，当清漆涂料正循环时，特殊效应粒子(例如，金属薄片)形成导电路径。这导致具有明显更严重的效应的装置电流波动。
此外，喷涂电流和装置电流都取决于喷涂电压。这使其本身感到不利，特别是在大装置电流的情况下更是如此，这因为如果例如在多个不同的电压处执行喷涂，则用于监控的限值必须设定在所使用的最高电压处。这导致在正常工作电流和用于安全切断的限值之间的噪声比变得越高，喷涂电压就越低。
从DE 199 03 824 A1中已知一种监控方法，然而在该方法中，并不是根据电操作变量来调适限值的。
此外，从DD 31812 A中已知一种限流电路，然而在该限流电路中，必须针对每种类型的喷涂、待喷涂的每个部分的形状和每个湿润度单独地设定限值。因此从该文件中并没有获知限值的自动调适。
这也适用于US 2008/0203198 A1，其中同样地必须根据待喷涂的部件来设定限值。
从US 2007/0227445 A1也没有获知根据喷涂装置的电操作变量来自动设定限值操作变量。
最后，US 4 073 002根本没有公开任何限值调适。相反，该文献只提供了自动导致稳定的限流电阻。
因此，本发明的目的是提供一种用于静电喷涂装置的改进的监控方法和改进的监控设备。
尤其希望避免现有技术的上述问题。
依照独立权利要求，该目的是由根据本发明的监控方法和根据本发明的监控设备来实现的。
本发明包括一般技术教导：不严格规定用于检查静电喷涂装置的安全相关的电操作变量(例如，工作电流或工作电压)的限值，而是根据操作对其灵活地设定，以便确保最小的可能噪声比。从而，可以更精细地调适监控功能使之适合于相应的操作条件，由此在有故障的情况下响应更快，所以也确保了改进的安全。
用于本发明目的的术语“噪声比”优选地考虑所监控的电操作变量(例如，工作电流)的瞬时值和限值之间的差。
在本发明的一个变形中，为安全相关的第一操作变量(例如，工作电流或工作电压)或为静电喷涂装置的第二操作变量规定目标值，使得接着根据所规定的目标值来开环或闭环控制第一操作变量被。然后根据所规定的目标值来调整限值。在这种情况下，可以根据目标值从所存储的分配表中读出各种限值。从分配表读出相应的限值的缺点是需要花费精力来维持定义所规定的目标值和所产生的限值之间的关系的分配表。
从而，在本发明的一个变形中，所监控的安全相关的操作变量与闭环控制的操作变量相同。例如，静电喷涂装置的工作电流可以形成安全相关的操作变量，也发生工作电流的闭环控制。
在本发明的另一变形中，相反，所监控的安全相关的操作变量不与静电喷涂装置的闭环控制的操作变量相同。从而，在本发明的这种变形中，它不是被监控的静电喷涂装置的闭环控制的操作变量，而是另一操作变量。例如，可以闭环控制静电喷涂装置的工作电压，而根据安全相关的操作变量来监控工作电流作。
由于维持分配表的上述缺点，所以存在操作员在每种情况中只针对所使用的最高目标值规定最高限值的可选的选择，因此例如根据所规定的函数关系针对不同的目标值来自动计算限值。在这种情况下，从而确定在喷涂装置在操作中时可能出现的最大目标值。接着针对这个最大目标值设定相关联的限值。接着，根据瞬时目标值以及最大目标值的限值的函数来自动确定其它目标值的限值。
然而，在本发明的优选示例性实施例中，用于安全监控的限值的设定是完全自动化的，因此不仅减少了努力，而且同时增强了安全性增加了，这是因为故意或无意地被设定得太高的限值可能不再出现。
使用这个示例性实施例，应当提到的是，用于给涂层剂充电的工作电流通常由“装置电流”和“喷涂电流”组成，其中装置电流流经喷涂装置而不流经待喷涂的部件，而喷涂电流流经待喷涂的部件而不流经喷涂装置。
装置电流实质上取决于高压电源的输出电压以及所使用的涂层剂和可选的冲洗剂的电阻。在恒定的输出电压处，装置电流在喷涂过程期间是恒定的。此外，装置电流也可以取决于线条的横截面、线条长度和包括返回线条的线条的数量。
相反，喷涂电流是可变的操作变量，其根据各种参数(例如，涂抹器-工件距离、工件几何尺寸等)在给定的范围内变化。
当监控静电喷涂装置的工作电流时，可以根据装置电流和/或喷涂电流来调整用于安全监控的限值。例如，可以通过将规定的噪声比加到所确定的装置电流或喷涂电流来计算用于安全监控的限值。
在本发明的另一示例性实施例中，通过测量并临时存储安全相关的操作变量(例如工作电流)的实际值来自动确定用于安全监控的限值。然后可以根据至少一个以前确定的和临时存储的安全相关的操作变量的实际值来调整用于瞬时安全监控的限值。例如，可以通过将规定的噪声比加到以前确定的和临时存储的实际值中的一个来计算瞬时限值。从而在限值的这种计算中，考虑了安全相关的操作变量的以前测量的实际值。这个示例性实施例具有不需要额外的传感器的优点。这种安全监控的技术原理具有以下事实基础：例如在火花放电(spark-over)的情况下不允许的过电流出现得非常快，使得通过限值的时延跟踪确保了发生安全切断，而不管可变的限值。
优选地适用于针对安全检查的限值的任何自动设定的基本条件是：限值必须只在设备的功率和/或法定规则所规定的窗口内是可变的。以这种方式，确保了在(例如，由于喷涂装置的染污)对负载电阻进行缓慢变化的情况下，安全切断仍然在危险情况可能发生之前出现。因此，本发明优选地还提供关于限值是否在规定的可允许操作范围内的待执行的检查。如果用于安全监控的所计算的限值在规定的可允许操作范围之外，则可以设置错误标志，以便可以采取适当的对策。此外，在这种情况下可以将限值设定为规定的可允许操作范围的最接近的最大值或最小值。
可以根据高压设备的瞬时电功率来设定限值的上述可允许的操作范围。因此，一个示例性实施例提供了高压设备的例如将由电流和电压测量确定的瞬时功率。然后，可以根据高压设备的瞬时功率来调整用于安全监控的上述可允许的操作范围。
优选地，所监控的安全相关的操作变量是在静电喷涂装置中对涂层剂进行充电的电流，其中可以考虑工作电流、装置电流和/或喷涂电流中的一个。
然而，可选地，所监控的安全相关的操作变量是静电喷涂装置的高压设备对涂层剂进行充电的电压也是可能的。
此外，所监控的安全相关的操作变量也可以是不同的操作变量(例如，电流和电压)的组合，或者可以包括导出的变量，例如特别是电流和/或电压的时间导数。
然而，本发明在静电喷涂装置的所监控的安全相关的操作变量方面不限于通过例子的方式在本说明书描述中提到的特定的操作变量。
而且，应当提到的是，在静电喷涂装置的电压控制的操作和电流控制的操作的情况下，本发明都是可实现的。
如果根据本发明的监控导致安全相关的操作变量超过或落在限值之下，则发起安全措施。例如，这可以采取光或声警报信号的形式。然而在本发明的优选实施例中，安全措施包括切断高压设备或至少安全相关的操作变量的闭环或开环向下控制，以便其返回到可允许的值范围。
此外应当提到的是，本发明不限于上述监控方法，而是还包括相应的监控设备，该监控设备执行根据本发明的监控方法。为此目的，根据本发明的监控设备按照惯例最初包括测量元件，用于测量静电喷涂装置的高压设备的安全相关的操作变量(例如，工作电流)。
此外，根据本发明的监控设备包括用于将安全相关的操作变量(例如，工作电流)与规定的限值进行比较比较器单元。
根据本发明的监控设备此外还具有安全设备，用于如果安全相关的操作变量和规定的限值之间的比较指示静电喷涂装置的故障则发起安全措施(例如，紧急切断)。根据本发明的安全设备与现有技术的不同在于：根据操作灵活地设定限值，并且这可以自动进行。
在一个示例性实施例中，根据本发明的监控设备包括闭环控制器，用于根据规定的目标值值对安全相关的操作变量或另一操作变量进行闭环控制，其中安全设备根据规定的目标值调整限值。为此目的，可以提供分配表，该分配表包含各个目标值的相关联的限值。
最后，本发明还包括具有如上所述的监控设备的完整的静电喷涂装置。
本发明的其它有利的另外的开发在从属权利要求中进行标识或在下文通过参考附图以及本发明的优选示例性实施例的描述进行更详细地解释。附图如下示出：
图1是静电喷涂装置的示意图，
图2示出的图示出了静电喷涂装置的工作电流相对于时间的波动，
图3示出的图示出了在所使用的电压改变的情况下工作电流和相关联的喷涂电流和装置电流部分的时间分布曲线，
图4A是根据本发明的监控设备的示意图，
图4B示出的流程图示出了由根据图4A的监控设备执行的监控方法，
图5A示出了根据本发明的监控设备的可选的示例性实施例，
图5B示出的流程图示出了由图5A所示的监控设备执行的监控方法，
图6A示出了根据本发明的监控设备的可选的示例性实施例，
图6B示出的流程图示出了由根据图6A的监控设备执行的监控方法，以及
图7以流程图形式示出了根据本发明的可选的监控方法。
图1示出根据本发明的静电喷涂装置1的示意图，例如，该静电喷涂装置1可以包括作为涂敷设备的旋转喷雾器2，用于喷涂机动车辆主体部件3。然而喷涂装置1原则上还适合于喷涂其它部件。此外还应当提到的是，也可以使用另一静电涂敷设备来代替旋转喷雾器2。
在这种情况下，所涂敷的涂层剂由高压电源4充电，而将待喷涂的机动车辆主体部件3电接地。
然后，高压电源4输出工作电流IO，其作为装置电流II部分地流经由涂层剂电源5，而另一部分以喷涂电流IC的形式流经待喷涂的机动车辆主体部件3。从而工作电流IO由两个部分组成，即装置电流II和喷涂电流IC。
装置电流II实质上取决于高压电源4的输出电压以及所使用的涂层剂和可选地冲洗剂的电阻。因此，在恒定的输出电压处，装置电流II也是恒定的。
相反，喷涂电流IC是可变的量，其根据各种参数(例如，旋转喷雾器2和机动车辆主体部件3之间的距离、机动车辆主体部件3的几何尺寸等)在给定的范围内变化，这在图2也是很明显的。
此外根据图3很明显的是，输出电压u(t)的减小导致在t＝t1和t＝t2之间的时段中在较低电压处出现明显较大的噪声比，由此用于探测临界状态的系统的敏感度下降。因此需要改进喷涂装置1，以便确保最小的可能噪声比。
图4A示出了根据本发明的监控设备6，其有执行对工作电流IO的安全监控以避免安全临界操作状态的任务。
监控设备6按照惯例最初包括功率控制器7、实际值检测器检测器8和闭环控制器9。实际值检测器8确定工作电流IO的实际值IACT以及实际值UACT，并将实际值UACT转发到闭环控制器9，闭环控制器9根据规定的目标值UDES和所确定的实际值UACT计算目标/实际值差，并使用相应的控制信号s2启动功率控制器7，使得工作电压的实际值UACT被调节到规定的目标值UDES并根据工作电流IO来设定。
此外，提供了测量装置电流II并将装置电流II传输到安全设备11的测量元件10。然后，安全设备11根据装置电流II计算相应的限值ILIMIT，并将该限值ILIMIT与工作电流IO的实际值IACT进行比较。如果工作电流IO的实际值IACT超过以这种方式计算的限值ILIMIT，则安全设备11产生用于启动功率控制器7的启动信号s1，然后功率控制器7相应地向下调节工作电流IO或切断系统。
现在将参考图4B中的流程图，在下文中描述由根据图4A的监控设备6所执行的根据本发明的监控方法。
在第一步骤S1中，测量元件10首先测量装置电流II。
接着，安全设备11根据所测量的装置电流II和规定的噪声比INOISE来确定工作电流IO的限值ILIMIT，如下式：
ILIMIT＝II+INOISE
接着测量高压电源4的电功率PEL，这在步骤S3中进行并且为了简单起见没有更详细地描述。
在随后的步骤S4中，根据高压电源4的电功率PEL来确定允许用于限值ILIMIT的窗口。
在步骤S5中，接着检查前面计算的限值ILIMIT是否超过了最大可允许的限值ILIMIT，MAX。
如果是这种情况，则在步骤S6中将限值ILIMIT确定为最大可允许的限值ILIMIT，MAX。
否则，在另一步骤S7中检查前面计算的限值ILIMIT是否落在最小可允许的限值ILIMIT，MIN之下。
如果是这种情况，则在步骤S8中使限值ILIMIT与最小可允许的限值ILIMIT，MIN相等。
接着在步骤S9中测量工作电流IO，为此目的，使用实际值检测器8。
于是在步骤S10中检查所测量的工作电流IO是否超过限值ILIMIT。
如果是这种情况，则在步骤S11中切断高压设备4，安全设备11相应地启动功率控制器7。
否则，再次在无限循环中执行在图4B中示出的监控方法。
图5A所示的监控设备6在很大程度上与上面描述并在图4A中示出的监控设备6相对应，为了避免重复，参考上面的描述，其中相同的参考数字用于相应的细节。
这个示例性实施例的唯一特别的特征是，限值ILIMIT不是根据装置电流II计算的，而是根据喷涂电流IC计算的。在其它方面这个示例性实施例以及还有根据图5B的流程图与上面的示例性实施例相对应，因此参考上面的解释。
根据图6A的示例性实施例部分地与上述示例性实施例相对应，为了避免重复，参考上面的描述，其中相同的参考数字用于相应的细节。
这个示例性实施例的特别特征在于以下事实：由于根据规定的把目标值UDES或从规定的目标值UDES产生的值IDES来进行对限值ILIMIT的计算，所以可以省略测量元件10可被省却。因此，在根据图6B的流程图中的步骤S2，根据规定的目标值UDES和规定的噪声比INOISE来限值ILIMIT，如下式：
ILIMIT＝f(UDES)+INOISE
在其它方面，这个示例性实施例实质上也与上面的示例性实施例相对应，参考上面的描述来避免重复。
最后，图7以流程图的形式示出了根据本发明的监控方法的可选的示例性实施例，其与上述示例性实施例的不同实质上在于步骤S2和S3中的限值ILIMIT的计算。
因此，在这个示例性实施例中，当喷涂装置1在操作中时，工作电流IO连续被测量并被暂时存储。然后，根据以前的工作电流IO(t-ΔT)和规定的噪声比INOISE来计算限值ILIMIT，如下式：
ILIMIT＝IO(t-ΔT)+INOISE
这个变形具有的优点是不需要用于测量装置电流II或喷涂电流IC的额外传感器。该变形具有以下事实基础：例如在火花放电的情况下不允许的过电流出现得非常快，使得随着时间来跟踪限值确保了尽管有可变的限值但是安全切断仍然可以发生。
本发明不限于上述优选的示例性实施例。相反，很多变形和修改也是可能的，这些变形和修改也利用了本发明的构思，因此落在保护范围内。
参考数字的列表：
1 喷涂装置
2 旋转喷雾器
3 机动车辆主体部件
4 高压电源
5 涂层剂电源
7 功率控制器
8 实际值检测器
9 闭环控制器
10 测量元件
11 安全设备
II 装置电流
IO 工作电流
IC 喷涂电流

Claims (19)

1.一种用于静电喷涂装置(1)的监控方法，所述静电喷涂装置(1)使用涂层剂来喷涂部件，所述涂层剂借助于高压设备(4)进行电力充电，所述监控方法包括下列步骤：
a)确定所述高压设备(4)的第一操作变量(IO)，
b)将所述第一操作变量(IO)与限值(ILIMIT)进行比较，
c)如果所述第一操作变量(IO)与所述限值(ILIMIT)之间的比较指示所述静电喷涂装置(1)的故障，则发起安全措施，
其特征在于，
d)所述限值(ILIMIT)是根据操作灵活地设定的。
2.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于下列步骤：
a)规定所述高压设备(4)的所述第一操作变量(IO)或第二电操作变量(UACT)的目标值(UDES)，
b)根据所规定的目标值(UDES)对所述第一或第二操作变量(UACT)进行开环控制和/或闭环控制，
c)根据所规定的目标值(UDES)来调整所述限值(ILIMIT)。
3.根据权利要求2所述的监控方法，其特征在于，所述限值(ILIMIT)是根据所述目标值(UDES)从所存储的分配表中读出的。
4.根据权利要求2所述的监控方法，其特征在于，
a)确定当所述喷涂装置(1)在操作时出现的最大目标值(UDES)，
b)由操作员设定所述最大目标值(UDES)的限值(ILIMIT)，以及
c)根据瞬时目标值(UDES)和所述最大目标值(UDES)的所述限值(ILIMIT)来自动地确定其它目标值的限值(ILIMIT)。
5.根据前述权利要求的任一项所述的监控方法，其特征在于，
a)所述静电喷涂装置(1)的用于给所述涂层剂充电的所述工作电流(IO)由装置电流(II)和喷涂电流(IC)组成，
b)所述装置电流(II)是所述工作电流(IO)的流经所述喷涂装置(5)而不流经待喷涂的部件(3)的一部分，
c)所述喷涂电流(IC)是所述工作电流(IO)的流经所述待喷涂的部件(3)而不流经所述喷涂装置(5)的一部分，
d)用于与所述限值(ILIMIT)比较的所述第一操作变量是所述喷涂装置的工作电流(IO)。
6.根据权利要求5所述的监控方法，其特征在于用于确定所述限值(ILIMIT)的下列步骤：
a)确定所述装置电流(II)，
b)根据所确定的装置电流(II)调整所述限值(ILIMIT)。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的监控方法，其特征在于用于确定所述限值的下列步骤：
a)确定所述喷涂电流，
b)根据所确定的喷涂电流(IC)调整所述限值(ILIMIT)。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的监控方法，其特征在于，所述限值(ILIMIT)是通过将规定的噪声比(INOISE)加到所确定的装置电流(II)或加到所确定的喷涂电流(IC)来计算的。
9.根据前述权利要求的任一项所述的监控方法，其特征在于下列步骤，
a)连续确定所述高压设备(4)的所述第一电操作变量(IO)或第二电操作变量的实际值(IACT)，
b)临时存储所确定的实际值(IACT)，
c)根据至少一个以前确定的并临时存储的实际值(IACT)来调整瞬时限值(ILIMIT)。
10.根据权利要求9所述的监控方法，其特征在于，所述瞬时限值(ILIMIT)是通过将规定的噪声比(INOISE)加到以前确定的并临时存储的实际值(IACT)中的一个来确定的。
11.根据前述权利要求的任一项所述的监控方法，其特征在于下列步骤，
a)检查所述限值(ILIMIT)是否在规定的可允许操作范围内，
b)如果所述限值(ILIMIT)在所述规定的可允许操作范围之外，则设定错误标志，和/或
c)如果所述限值(ILIMIT)在所述规定的可允许操作范围之外，则将所述限值(ILIMIT)设定为所述规定的可允许操作范围的最接近的最大值或最小值。
12.根据权利要求11所述的监控方法，其特征在于下列步骤：
a)确定所述高压设备(4)的瞬时功率(PEL)，
b)根据所述高压设备(4)的所述瞬时功率(PEL)调整所述规定的操作范围。
13.根据前述权利要求的任一项所述的监控方法，其特征在于，
a)所述第一操作变量(IO)是对所述涂层剂进行充电的电流，特别是所述工作电流、所述高压设备(4)的所述装置电流(II)或所述喷涂电流(IC)，或者是从该电流导出的变量，特别是该电流的时间导数，或者
b)所述第一操作变量是对所述涂层剂进行充电的电压(UACT)，或者是从该电压导出的变量，特别是该电压的时间导数。
14.根据前述权利要求的任一项所述的监控方法，其特征在于，所述安全措施包括下列措施：
a)产生光警报信号或声警报信号，和/或
b)切断所述高压设备(4)，和/或
c)减小所述高压设备(4)的所述第一电操作变量。
15.一种用于高压设备(4)的监控设备(6)，所述高压设备(4)用于在静电喷涂装置(1)中给涂层剂进行电力充电，所述监控设备(6)具有：
a)第一测量元件(8)，其用于测量所述高压设备(4)的第一操作变量(IO)，
b)比较器单元(11)，其用于将所述第一操作变量(IO)与规定的限值(ILIMIT)进行比较，以及
c)安全设备(11)，用于如果所述第一操作变量(IO)与所述限值(ILIMIT)之间的比较指示所述静电喷涂装置(1)的故障，则发起安全措施，
其特征在于，
d)所述安全设备(11)根据操作灵活地设定所述限值(ILIMIT)。
16.根据权利要求15所述的监控设备(6)，其特征在于，
a)所述静电喷涂装置(1)的用于给所述涂层剂充电的所述工作电流(IO)由装置电流(II)和喷涂电流(IC)组成，
b)所述装置电流(II)是所工作电流(IO)的流经所述喷涂装置(5)而不流经待喷涂的部件(3)的一部分，
c)所述喷涂电流(IC)是所述工作电流(IO)的流经所述待喷涂的部件(3)而不流经所述喷涂装置(5)的一部分，
d)第二测量元件(10)，用于测量所述装置电流(II)或所述喷涂电流(IC)，
e)所述安全设备(11)根据所述装置电流(II)和/或所述喷涂电流(IC)设定所述限值(ILIMIT)。
17.根据权利要求15到16的任一项所述的监控设备(6)，其特征在于用于根据规定的目标值(UDES)对所述第一操作变量(IO)或第二操作变量(UACT)进行闭环控制的闭环控制器(9)，所述安全设备(11)根据所述目标值(UDES)设定所述限值(ILIMIT)。
18.根据权利要求15到17的任一项所述的监控设备(6)，其特征在于，所述监控设备(6)执行根据前述权利要求的任一项的所述监控方法。
19.一种具有根据前述权利要求的任一项的监控设备(6)的静电喷涂装置(1)。
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