DE10049541A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abgeben eines dosierten Flüssigkeitsstroms - Google Patents

Abstract

Ein Lackzerstäuber 9 wird kontinuierlich mit einem dosierten Lackstrom beschickt, der durch den Dosierhub eines Kolbens 3 in einem Arbeitszylinder 2 abgegeben wird. Am Ende des Dosierhubs wird der Kolben 3 in gesteuerter Weise zurückbewegt, während gleichzeitig mittels einer Nachfülldosiereinrichtung 16 Lack in die Zylinderkammer 6 des Arbeitszylinders nachgefüllt wird. Die Nachfüllmengendosierung ist so bemessen, daß sie exakt der Summe aus dem jeweiligen Lackbedarf des Zerstäubers 9 und der Volumenvergrößerung der Zylinderkammer 6 infolge der Rückhubbewegung des Kolbens 3 entspricht. Die Nachfülldosiereinrichtung 16 ist ebenfalls als Kolbendosiereinrichtung mit einem Nachfüllzylinder 17 und einem Nachfüllkolben 18 ausgebildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abgeben eines dosierten Flüssigkeitsstroms, insbesondere eines Lackstroms, bei dem die Flüssigkeit mittels eines in seiner Geschwindigkeit gesteuerten Kolbenhubs aus der Zylinderkammer eines Arbeitszy­ linders abgegeben wird und nach zumindest teilweiser Leerung der Zylinderkammer in diese Flüssigkeit nachgefüllt wird, wobei der Kolben entsprechend zurückgefahren wird.

Ein solches Verfahren, das zum Dosieren von Lacken und anderen Flüssigkeiten eingesetzt wird, ist bekannt. Dazu wird ein Kol­ bendosiergerät eingesetzt, dessen Flüssigkeitsabgabe durch den geregelten Kolbenvorschub eingestellt wird. Dieser geregelte Kolbenvorschub wird üblicherweise durch einen Stellantrieb für den Kolben realisiert. Mit dem bekannten Kolbendosiergerät läßt sich dem jeweiligen Bedarf entsprechend exakt dosieren.

Nachteilig ist jedoch, daß die Dosierung unterbrochen und der Arbeitszylinder neu befüllt werden muß, wenn der Kolben die Endstellung des Dosierhubs (Ausstoßhubs) erreicht hat. Die Do­ sierung kann erst wieder aufgenommen werden, nachdem der Kolben einen Rückhub ausgeführt hat und der Arbeitszylinder nachge­ füllt wurde. Aus diesem Grunde wird dieses Kolbendosiersystem vorzugsweise dann eingesetzt, wenn ohnehin eine diskontuierli­ che Förderung der Flüssigkeit vorgesehen ist, beispielsweise wenn bei der Lackierung einzelner Wirkstücke die Förderung (Dosierung) des Beschichtungsmaterials zwischen den einzelnen Werkstücken betriebsmäßig unterbrochen werden muß. Dann kann das Nachfüllen des Arbeitszylinders problemlos zwischen zwei voneinander getrennten Beschichtungsvorgängen erfolgen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannte Kol­ bendosierung so zu gestalten, daß die Flüssigkeit ohne Unter­ brechungen kontinuierlich und dosiert abgegeben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur kon­ tinuierlichen Flüssigkeitsabgabe mit der Umsteuerung des Kol­ bens in den Rückhub Nachfüllflüssigkeit dosiert in die Zylin­ derkammer eingeleitet wird, wobei die Nachfülldosierung jeweils der Summe aus dem abzugebenden Flüssigkeitsstrom und dem durch die Rückhubgeschwindigkeit bestimmten zusätzlichen Flüssig­ keitsaufnahmevolumen in der Zylinderkammer entspricht.

Zweckmäßigerweise erfolgt dabei das dosierte Nachfüllen gleich­ falls mittels eines in seiner Geschwindigkeit gesteuerten Kol­ benhubs.

Erfindungsgemäß wird auch während der Nachfüllphasen kontinu­ ierlich Flüssigkeit dosiert abgegeben, weil mit einer über das nachzufüllende Zylinderkammervolumen hinausgehenden Überschuß­ menge nachgefüllt wird, die genau dem Flüssigkeitsbedarf des Verbrauchers entspricht, so daß der Arbeitszylinder auch wäh­ rend des Rückhubs seines Kolbens bzw. der Nachfüllung eine ex­ akt dosierte Flüssigkeitsmenge abgibt. Da die Nachfüllphasen diskontinuierlich im Wechsel mit dem Dosierhub des Arbeitskol­ bens stattfinden, besteht kein Problem, stets ausreichend Nach­ füllflüssigkeit zur Verfügung zu stellen. Daher kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kontinuierlich Flüssigkeit in exakt dosierten Mengen abgegeben werden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Abge­ ben eines dosierten Flüssigkeitsstroms mit einem Arbeitszylin­ der, der über eine Abgabeleitung mit einem Abgabeventil mit ei­ nem Flüssigkeitsverbraucher und über eine Nachfüllleitung mit einem Nachfüllventil mit einer Versorgungseinrichtung für die Flüssigkeit verbunden ist, und mit einer Steuereinrichtung für den Stellantrieb des Arbeitszylinderkolbens und für die Betäti­ gung des Nachfüllventils.

Die mit diesen Merkmalen bereits bekannte Vorrichtung ist er­ findungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in die Nachfüll­ leitung eine Nachfülldosiereinrichtung eingebaut ist und daß eine Steuereinrichtung derart vorgesehen ist, daß während des gesamten Rückhubes des Arbeitszylinderkolbens das Nachfüllven­ til geöffnet und die Nachfülldosiereinrichtung betätigt ist und daß während des gesamten Ausstoßhubes des Arbeitszylinderkol­ bens das Nachfüllventil geschlossen und die Nachfülldosierein­ richtung abgeschaltet ist.

Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in der vorstehend bereits beschriebenen Weise kontinuierlich gearbeitet und kön­ nen exakt dosierte Flüssigkeitsmengen abgegeben werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Diese betreffen teilweise die speziellen Anforderungen, wie sie sich beim Lackieren mittels eines Zerstäubers mit anliegender Hoch­ spannung und bei der Verarbeitung von Mehrkomponenten-Lacken ergeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, die sich sämtlich auf eine Lackieranlage beziehen, werden nachfolgend anhand einer schema­ tischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Dosieren eines Lacks, der an einen Zerstäuber abgegeben wird;

Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Vorrichtung, die einem mit anliegender Hochspannung arbeitenden Zerstäuber zugeordnet und und mit zwei Potentialtrennventilen versehen ist;

Fig. 3 eine Dosiervorrichtung mit drei Nachfülldosierein­ richtungen für drei verschiedene Lackkomponenten; und

Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Vorrichtung für einen Zerstäuber mit anliegender Hochspannung, wobei zwei Potentialtrennventile vorgesehen sind.

Die Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 weist einen Arbeitszylinder 2 auf, in dem ein Kolben 3 arbeitet, dessen Bewegung über eine Kolbenstange 4 und einen Stellantrieb 5 umkehrbar steuerbar ist, so daß der Kolben 3 einen Dosierhub (in der Zeichnung ab­ wärts) und einen Rückhub (in der Zeichnung aufwärts) mit präzis geregelter Hubgeschwindigkeit ausführen kann.

An die Zylinderkammer 6 ist mit einem Abgabeventil 7 eine Abga­ beleitung 8 angeschlossen, die zu einem Zerstäuber 9 mit einer Austrittsdüse 10 zur Ausbildung eines Sprühstrahls 11 führt. Der Zerstäuber 9 ist mit einem weiteren Absperrventil 12 verse­ hen.

An die Zylinderkammer 6 ist ferner über ein Nachfüllventil 13 eine Nachfüllleitung 14 angeschlossen, die von einer Versor­ gungseinrichtung 15 in Form eines Vorratsbehälters für die do­ siert abzugebende Flüssigkeit, also den dem Zerstäuber 9 zuzu­ führende Lack, ausgeht.

In die Nachfüllleitung 14 ist eine Nachfülldosiereinrichtung 16 eingebaut, die einen Nachfüllzylinder 17 mit einem Nachfüllkol­ ben 18 aufweist, der über eine Kolbenstange 19 mittels eines Stellantriebs 20 steuerbar ist, wobei die Ausbildung entspre­ chend der Darstellung mit dem Arbeitszylinder 2 und den zuge­ ordneten Elementen übereinstimmen kann. So weist der Nach­ füllzylinder 17 eine Nachfüllkammer 21 auf, die über ein Ver­ sorgungsventil 22 mit der Versorgungseinrichtung 15 und über ein Weiterleitungsventil 23 mit der Zylinderkammer 6 des Ar­ beitszylinders 2 verbunden ist.

Ferner ist eine gemeinsame Steuereinrichtung 24 vorgesehen, von der Steuerleitungen 25 und 26 zu den Stellantrieben 5 bzw. 20 führen. Weitere Ventilsteuerleitungen 27, 28, 29, 30 verbinden die Steuereinrichtung 24 mit den Ventilen 13 und 7 sowie 22 und 23, um diese Absperrventile zwischen ihrer Schließstellung und ihrer Offenstellung umzusteuern.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung ermöglicht eine konti­ nuierliche Lackzuführung in mittels Kolbenhub exakt gesteuerter Dosierung, ohne daß die Lackzuführung unterbrochen werden muß, um nach dem Verbrauch einer Lackcharge eine weitere Lackcharge zur Verfügung zu stellen. In einer ersten Arbeitsphase (Dosierphase) ist die Zylinderkammer 6 des Arbeitszylinders 2 mit Lack gefüllt und wird dieser Lack bei geschlossenem Nach­ füllventil 13 und geöffnetem Abgabeventil 7 dadurch an den Zer­ stäuber 9 abgegeben, daß der Kolben 3 im Arbeitszylinder 2 mit exakt gesteuertem Dosierhub, also mit einer dem Lackbedarf je Zeiteinheit entsprechenden Geschwindigkeit abwärts bewegt wird. Am Ende des Abwärtshubs des Kolbens 3 wird in eine zweite Ar­ beitsphase (Nachfüllphase) umgesteuert. Bei weiterhin geöffne­ tem Abgabeventil 7 werden gleichzeitig der Kolben 3 aufwärts bewegt (Rückhub) und das Nachfüllventil 13 geöffnet. Gleichzei­ tig wird auch die Nachfülldosiereinrichtung 16 betrieben, wozu bei geschlossenem Versorgungsventil 22 und geöffnetem weiter­ leitungsventil 23 der Nachfüllkolben 18 mittels des Stellan­ triebs 20 abwärts bewegt wird, und zwar mit einer solchen Ge­ schwindigkeit, daß aus der Nachfüllkammer 21 in die Zylinder­ kammer 6 Lack mit einer Durchsatzmenge übertritt, die größer als der Lackbedarf des Zerstäubers 9 ist. Die benötigte Lack­ menge strömt weiterhin durch die Abgabeleitung 8 zum Zerstäuber 9, während die in die Zylinderkammer 6 geförderte Überschuß­ menge als Nachfüllanteil in der Zylinderkammer 6 verbleibt, weil die Rückhubgeschwindigkeit des Kolbens 3 so gesteuert ist, daß sich das Volumen der Zylinderkammer 6 genau um das Volumen der überschüssigen Lackmenge vergrößert. Dementsprechend be­ rücksichtigen die Steuerungen der Stellantriebe 5 und 20 nicht nur den jeweiligen Lackbedarf des Zerstäubers 9 sondern sind darüber hinaus aufeinander abgestimmt, was durch die gemeinsame Steuereinrichtung 24 bewirkt wird, die dazu in dem Fachmann auf dem Gebiet der Steuerungs- und Regelungstechnik bekannter Weise ausgebildet ist.

Befindet sich am Ende der Nachfüllphase der Kolben 3 des Ar­ beitszylinders in seiner oberen Anschlagstellung, wird wieder in die bereits beschriebene Dosierphase übergegangen, in wel­ cher der Zerstäuber 9 ausschließlich aus dem in der Zylinder­ kammer 6 vorhandenen Lackvorrat gespeist wird. An dieser Do­ sierphase ist die Nachfülldosiereinrichtung 16 nicht beteiligt, so daß der Nachfüllkolben 18 und sein Stellantrieb 20 in ihrer Stellung verharren können. Dieser diskontinuierliche Betrieb der Nachfülldosiereinrichtung 16 ermöglicht ein problemloses Nachfüllen der Nachfüllkammer 21 mit Lack aus der Versorgungs­ einrichtung 15.

Da in der Zeichnung der Arbeitszylinder 2 und der Nachfüllzy­ linder 17 in gleicher Größe dargestellt sind, sei darauf hinge­ wiesen, daß der Nachfüllzylinder 17 eine Nachfüllkammer 21 von größerem Volumen als die Zylinderkammer 6 aufweist, damit in der Nachfüllphase die Zylinderkammer 6 vollständig nachgefüllt werden kann. Das größere Kammervolumen erfordert keinen größe­ ren Zylinder sondern kann auch durch einen längeren Hubweg des Nachfüllkolbens 18 erreicht werden.

Die Vorrichtung 31 gemäß Fig. 2 stimmt mit der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 weitgehend überein, so daß für die entsprechenden Teile gleiche Bezugszeichen vorgesehen sind und auf eine er­ neute Beschreibung verzichtet wird.

Abweichend von Fig. 1 ist ein Zerstäuber 32 vorgesehen, der in bekannter Weise elektrisch aufgeladene Lacktröpfchen versprüht, weswegen wie angedeutet am Zerstäuber 32 Hochspannung anliegt. Wie gleichfalls in Fig. 2 angedeutet, ist eine Versorgungsein­ richtung 33 vorgesehen, die sich auf Erdpotential befindet. Um diese trotz der elektrischen Leitfähigkeit des Lacks zu ermög­ lichen, sind im Vergleich zur Fig. 1 zusätzlich zwei Poten­ tialtrennventile 34 und 35 in die Nachfüllleitung 14 eingebaut, eines zwischen der Versorgungseinrichtung 33 und dem Nach­ füllzylinder 17 und eines zwischen diesem und dem Arbeitszylin­ der 2. Derartige Potentialtrennventile sind beispielsweise aus der DE 197 56 488 A1 bekannt.

Die Potentialtrennventile 34 und 35 werden in nicht dargestell­ ter Weise ebenfalls von der Steuereinrichtung betätigt, wobei während der vorbeschriebenen Nachfüllphase das Potentialtrenn­ ventil 35 geöffnet ist, damit der Lack von der Nachfüllkammer 21 zur Zylinderkammer 6 strömen kann, und das Potentialtrenn­ ventil 34 geschlossen ist, damit dann an dieser Stelle die elektrisch leitende Fluidverbindung unterbrochen ist.

Die Vorrichtungen 40 gemäß Fig. 3 und 41 gemäß Fig. 4 ent­ sprechen weitgehend den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen 1 bzw. 31, unterscheiden sich also voneinander auch nur da­ durch, daß die Vorrichtung 40 für ein Zerstäuben ohne elektri­ sche Aufladung und die Vorrichtung 41 für ein Zerstäuben mit elektrischer Aufladung der Sprühtröpfchen vorgesehen sind. Dementsprechend werden in Fig. 3 und 4 für entsprechende Teil die selben Bezugsziffern verwendet. Soweit Teile mit den­ jenigen der Fig. 1 und 2 übereinstimmen, werden ebenfalls dieselben Bezugszahlen verwendet, wobei jedoch ein Unterschei­ dungsstrich angefügt ist. Es bedarf daher keiner erneuten Er­ läuterung dieser Teile, vielmehr kann insoweit auf die vorste­ henden Ausführungen zu Fig. 1 und 2 verwiesen werden.

Im Vergleich zu Fig. 1 und 2 liegt die Besonderheit bei den Vorrichtungen 40 und 41 gemäß Fig. 3 bzw. 4 darin, daß nicht von einer einzigen Versorgungseinrichtung für einen (bereits gemischten) Lack ausgegangen wird, sondern daß der Arbeitszy­ linder 2' ausgehend von drei verschiedenen Lackkomponenten nachgefüllt wird.

Gemäß Fig. 3 ist eine Nachfülldosiereinrichtung 16' vorgese­ hen, die drei Nachfüllzylinder 42, 43 und 44 aufweist, die je­ weils dem Nachfüllzylinder 17 der Fig. 1 und 2 entsprechen und mit einer eigenen Versorgungseinrichtung 45, 46, 47 für eine spezifische Lackkomponente verbunden sind. Die den drei Nachfüllzylindern 42, 43, 44 zugeordneten Stellantriebe 20' sind jeweils über eine eigene Steuerleitung 26' mit der gemein­ samen Steuereinrichtung 24' verbunden, und entsprechendes gilt für das jeweilige Paar von Ventilen 22' 23', die in die Nach­ füllzweigleitungen 48 bzw. 49 bzw. 50 eingebaut sind, die in die zum Arbeitszylinder 2' führende gemeinsame Nachfüllleitung 14' einmünden. In diese von allen drei Lackkomponenten durch­ strömte gemeinsame Nachfüllleitung 14' ist ein Mischer 51 ein­ gebaut.

Bei der Vorrichtung 40 gemäß Fig. 3 ersetzen die drei Nach­ füllzylinder 42, 43, 44 den Nachfüllzylinder 17 gemäß Fig. 1. Sie werden somit stets gleichzeitig betrieben bzw. hinsichtlich der Stellantriebe 20' und der Ventile 22', 23' umgeschaltet. Allerdings können die drei Nachfüllkolben 18' (bei gleicher Kolbenfläche) mit unterschiedlicher Geschwindigkeit abwärts be­ wegt werden, um das vorgesehene Mischungsverhältnis zwischen den verschiedenen Lackkomponenten einzuhalten. Im übrigen wird die Vorrichtung 40 genauso betrieben, wie es anhand von Fig. 1 bereits erläutert wurde.

Entsprechendes gilt für die Vorrichtung 41 gemäß Fig. 4. Die Vorrichtung 41 unterscheidet sich von der Vorrichtung 40 gemäß Fig. 3 dadurch, daß in die gemeinsame Nachfüllleitung 14' zwi­ schen dem Mischer 51 und dem Arbeitszylinder 2' ein zusätzli­ cher Nachfüllzylinder 52 sowie vor diesem ein Potentialtrenn­ ventil 34' und hinter diesem ein Potentialtrennventil 35' ein­ gebaut sind. Dadurch wird es wiederum möglich, einen Zerstäuber 32' einzusetzen, der mit anliegender Hochspannung arbeitet.

Der zusätzliche Nachfüllzylinder 52 ist wiederum wie der Nach­ füllzylinder 17 gemäß Fig. 1 ausgebildet und dementsprechend mit einem Kolben 53 versehen, der über eine Kolbenstange 54 mittels eines Stellantriebs 55 verlagert wird. Auch dieser Stellantrieb 55 ist über eine Steuerleitung 56 mit der gemein­ samen Steuereinrichtung 24' verbunden, während Ventilsteuerlei­ tungen 57 und 58 zu den beiden Ventilen 59 bzw. 60 führen, die dem zusätzlichen Nachfüllzylinder 52 zugeordnet sind. Somit bilden die hier beschriebenen Teile 52 bis 60 wiederum eine Nachfülldosiereinrichtung 61 für den Arbeitszylinder 2'.

Die Betriebsweise der Vorrichtung 41 gemäß Fig. 4 ergibt sich aus den bereits gemachten Ausführungen.

Claims (9)

1. Verfahren zum Abgeben eines dosierten Flüssigkeitsstroms, insbesondere eines Lackstroms, bei dem die Flüssigkeit mit­ tels eines in seiner Geschwindigkeit gesteuerten Kolbenhubs aus der Zylinderkammer (6) eines Arbeitszylinders (2) abge­ geben wird und nach zumindest teilweiser Leerung der Zylin­ derkammer (6) in diese Flüssigkeit nachgefüllt wird, wobei der Kolben (3) entsprechend zurückgefahren wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur kontinuierlichen Flüssigkeitsabgabe mit der Umsteuerung des Kolbens (3) in den Rückhub Nach­ füllflüssigkeit dosiert in die Zylinderkammer (6) eingelei­ tet wird, wobei die Nachfülldosierung jeweils der Summe aus dem abzugebenden Flüssigkeitsstrom und dem durch die Rück­ hubgeschwindigkeit bestimmten zusätzlichen Flüssigkeitsauf­ nahmevolumen in der Zylinderkammer (6) entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dosierte Nachfüllen gleichfalls mittels eines in seiner Ge­ schwindigkeit gesteuerten Kolbenhubs erfolgt.

3. Vorrichtung zum Abgeben eines dosierten Flüssigkeitsstroms gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 mit einem Arbeitszylin­ der (2), der über eine Abgabeleitung (8) mit einem Abgabe­ ventil (7) mit einem Flüssigkeitsverbraucher (9, 32) und über eine Nachfüllleitung (14) mit einem Nachfüllventil (13) mit einer Versorgungseinrichtung (15, 33, 45 bis 47) für die Flüssigkeit verbunden ist, und mit einer Steuerein­ richtung (24) für den Stellantrieb (5) des Arbeitszylinder­ kolbens (3) und für die Betätigung des Nachfüllventils (13), dadurch gekennzeichnet, daß in die Nachfüllleitung (14) eine Nachfülldosiereinrichtung (16, 61) eingebaut ist und daß eine Steuereinrichtung (24) derart vorgesehen ist, daß während des gesamten Rückhubes des Arbeitszylinderkolbens (3) das Nachfüllventil (13) geöffnet und die Nachfüll­ dosiereinrichtung (16, 61) betätigt ist und daß während des gesamten Ausstoßhubes des Arbeitszylinderkolbens (3) das Nachfüllventil (13) geschlossen und die Nachfülldosierein­ richtung (16, 61) abgeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Steuereinrichtung (24) für den Arbeitszy­ linderkolben (3), das Nachfüllventil (13) und die Nachfüll­ dosiereinrichtung (16, 61) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachfülldosiereinrichtung (16, 61) von einem Nach­ füllzylinder (17, 52) mit einem Nachfüllkolben (18, 53) ge­ bildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, insbesondere für einen unter Hochspannung stehenden Verbraucher wie einen Lackzerstäuber (32), dadurch gekennzeichnet, daß in die Nachfüllleitung (14) vor und hinter der Nachfülldosier­ einrichtung (16, 61) jeweils ein Potentialtrennventil (34 bzw. 35) eingebaut ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Nachfülldosiereinrich­ tungen (16') für eine entsprechende Zahl von unterschiedli­ chen Flüssigkeitskomponenten an die Nachfüllleitung (14') angeschlossen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Nachfüllleitung (14') hinter den Nachfülldosiereinrich­ tungen (16') ein Mischer (51) eingebaut ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, insbesondere für einen unter Hochspannung stehenden Verbraucher wie einen Lackzer­ stäuber (32'), dadurch gekennzeichnet, daß in die Nachfüll­ leitung (14') vor dem Arbeitszylinder (2') eine gemeinsame Nachfülldosiereinrichtung (61) sowie vor und hinter dieser jeweils ein Potentialtrennventil (34', 35') eingebaut sind.