DE10111383A1 - Verfahren zur Förderung von Beschichtungspulver zu einer Beschichtungseinheit und zugehörige Pulverfördervorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Förderung von Beschichtungspulver zu einer Beschichtungseinheit, wobei abhängig von einer zur Erzeugung eines vorgebenen Pulvermassenstroms erforderlichen Förderluftmenge zur Förderung des Beschichtungspulvers eine wirksame Förderluftmenge bestimmt wird, DOLLAR A ein der Pulverbeschichtungseinheit zugeordneter Förderluft-Offsetwert bestimmt wird, der abhängig ist von einer Förderluftmenge, die zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Erzeugung eines Pulvermassenstrom-Bezugswertes notwendig ist, und die wirksame Förderluftmenge mit dem Förderluft-Offsetwert korrigiert wird.

Description

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung von Beschichtungspulver zu einer Pulver­ beschichtungseinheit und eine zugehörige Pulverfördervorrichtung einer Pulverbeschich­ tungsanlage und insbesondere einer elektrostatischen Pulverbeschichtungsanlage.

Bei bekannten Pulverbeschichtungsanlagen wird das Beschichtungspulver mittels Injektoren aus einem Vorratsbehälter gefördert. Diese Injektoren arbeiten üblicherweise nach dem Ven­ turirohrprinzip. Dem Injektor wird ein Luftstrom, der sogenannte Förderluftvolumenstrom, zugeführt. Dieser Förderluftvolumenstrom erzeugt ein Vakuum innerhalb des Injektors, so daß auf Grund dessen Wirkung Pulver aus dem Pulverbehälter in den Injektor angesaugt wird. Zudem fördert der Förderluftvolumenstrom das angesaugte Pulver zu einer Pulverbeschich­ tungseinheit oder Applikationseinheit, mit der das Pulver auf ein zu beschichtendes Werk­ stück aufgetragen wird. Dem Injektor wird zusätzlich die sogenannte Dosierluft zugeführt. Diese dient hauptsächlich zur Aufrechterhaltung des Luftstroms zur Förderung der Pulverpar­ tikel, falls mit dem Förderluftvolumenstrom alleine keine ausreichende Förderung zur Appli­ kationseinheit aufrecht erhalten werden kann. Der aus Förderluftvolumenstrom und Dosier­ luftvolumenstrom bestehende Luftvolumenstrom wird als Gesamtluftvolumenstrom bezeich­ net. Um optimale Beschichtungsergebnisse zu erreichen, muss die Geschwindigkeit des Ge­ samtluftvolumenstroms in gewissen Grenzen liegen. Die Geschwindigkeit des Gesamtluft­ volumenstroms darf einerseits nicht zu niedrig sein, da sonst das Pulver-Luft-Gemisch in den Förderleitungen nicht gleichmässig gefördert wird. Andererseits ist eine zu hohe Geschwin­ digkeit des Gesamtluftvolumenstroms ebenfalls nicht erwünscht, da in diesem Fall der an der Applikationseinheit austretende Luftstrom bereits auf dem Werkstück haftende Pulverpartikel wieder von dessen Oberfläche abblasen würde. Entscheidend für eine optimale Beschich­ tungsqualität ist unter anderem die Wahl des Gesamtluftvolumenstroms. Der Gesamtluftvo­ lumenstrom wird auf Grund von Erfahrungswerten für eine Anlagenkonfiguration gewählt. Dies sind beispielsweise Parameter wie Durchmesser und Länge der Förderleitungen. Eine weitere in der Praxis wichtige Grösse ist der Pulvermassestrom. Diese Grösse wird durch den jeweiligen Anwendungsfall definiert. Bei einem vorgewählten Gesamtluftvolumenstrom wird der Förderluftvolumenstrom so gewählt, daß der gewünschte Pulvermassestrom erreicht wird. Der Dosierluftvolumenstrom wird dann aus der Differenz zwischen Gesamtluft- und Förder­ luftvolumenstrom gebildet. Bei einer gewünschten Veränderung des Pulvermassestroms wird der Förderluftvolumenstrom entsprechend erhöht bzw. erniedrigt. Damit der Gesamtluftvolu­ menstrom auf dem vorgewählten Wert gehalten werden kann, wird der Dosierluftvolumenstrom entsprechend verändert. In der Praxis werden der Förderluft- und der Dosierluftvolu­ menstrom geregelt. Dies kann manuell oder automatisch mittels Druckreglern oder genauer mit Volumenstromreglern, wie beispielsweise in DE 197 13 668 A1 beschrieben, erfolgen. Weitere Beispiele für eine Pulverstromregelung gemäß dem Stand der Technik finden sich in EP 0 297 309 A und EP 0 412 289 A.

Der Gesamtluft- und der Förderluftvolumenstrom wird für eine Förder- und Applikationsein­ heit auf Grund des gewünschten Pulvermassestroms eingestellt und geregelt. Hierzu wird die Applikationseinheit auf ihren Arbeitspunkt hochgefahren, der Pulvermassestrom wird gemes­ sen und die erforderlichen Förderluft- und Dosierluftströme werden bestimmt. Durch die Vo­ lumenstromregelung des Förderluft- und Dosierluftvolumens werden diese Grössen konstant gehalten. Der an der Applikationseinheit austretende Pulvermassestrom kann hingegen auf Grund verschiedener Einflüsse trotz dieser Regelung stark vom gewünschten Wert abwei­ chen. Durch Verschleiss oder Ansinterungen von Beschichtungspulver in den Förderleitungen oder im Injektor ändern sich die Strömungsverhältnisse und damit auch der Pulverausstoss, d. h. der Pulvermassestrom bleibt nicht konstant. Der Pulvermassestrom ändert sich auch bei einem Austausch von Komponenten, beispielsweise beim Ersetzen eines verschlissenen In­ jektors oder Teilen davon durch neue Teile oder durch den Austausch von Förderleitungen unterschiedlicher Länge. Weiter kommt es vor, daß eine neue Förderleitung mit einem ande­ ren Durchmesser eingesetzt oder eine längere Förderleitung neu verlegt wird. Durch diese passiven und aktiven Eingriffe in das Beschichtungssystem werden jedesmal die Strömungs­ verhältnisse beeinflusst. Wobei immer vorausgesetzt wird, daß der Gesamtluftvolumenstrom konstant bleibt und der Förderluftvolumenstrom auf den eingestellten Wert geregelt wird.

Diese beschriebenen Einflüsse wirken sich auf jede einzelne Pulverfördereinrichtung aus. In einer Pulverbeschichtungsanlage werden üblicherweise mehrere Applikationseinheiten mit zugehörigen Pulverfördereinrichtungen gleichzeitig eingesetzt. Für eine optimale Beschich­ tungsqualität wird ein einheitlicher Pulverausstoss bei allen Applikationseinheiten gewünscht. Dies erfordert eine aufwendige Einrichtprozedur, bis bei allen Einheiten ein etwa gleicher Pulvermassestrom am Austritt erreicht wird. Auf Grund unterschiedlicher Längen der För­ derleitungen eine unterschiedliche Leitungsführung und/oder Unterschiede in den Applikati­ onseinheiten selbst muss der Fördervolumenstrom jeder Einheit individuell eingestellt wer­ den. Trotz dieses aufwendigen Einrichtens ergeben sich für jede Applikationseinheit aufgrund der oben beschrieben Einflüsse Abeweichungen von dem vorgegebenen Pulverausstoß, so daß ein gewünschter konstanter Pulverausstoss für die Gesamtanlage praktisch fast nicht erreicht werden kann und sich in der Praxis sehr große, die Beschichtungsqualität beeinflussende Ab­ weichungen von den gewünschten Pulvermassenströmen ergeben.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Förderung von Beschichtungspul­ ver zu einer Pulverbeschichtungseinheit und eine zugehörige Pulverfördervorrichtung anzu­ geben, mit denen ein konstanter Pulvermassestrom, der von der Pulverbeschichtungseinheit ausgestoßen wird, über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten werden kann, auch wenn sich die Beschichtungsbedingungen verändern. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll es möglich sein, die Förder- und Dosierluftströme für die Pulverförderung auf einfache Weise nachzustellen, wenn sich die Beschichtungsbedingungen verändern. Ferner soll es möglich sein, in einer Pulverbeschichtungsanlage mit mehreren Pulverbeschichtungseinheiten alle Pulverbeschichtungseinheiten mit geringem Aufwand für die Abgabe eines gewünschten Pul­ vermassestroms einzustellen und, bei Veränderung der Beschichtungsbedingungen, nachzu­ stellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch eine Pulverfördervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst.

Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Förderung von Beschichtungspulver zu einer Pulverbe­ schichtungseinheit, insbesondere in einer elektrostatischen Pulverbeschichtungsanlage vor, wobei abhängig von einem vorgegebenen Pulvermassestrom, der von der Pulverbeschich­ tungseinheit abgegeben werden soll, eine erforderliche Förderluftmenge zur Förderung des Beschichtungspulvers eingestellt wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erforderliche Förderluftmenge abhängig von einer vorgegebenen Gesamtluftmenge, welche die Förderluftmenge und die Dosierluftmenge umfaßt. Für die Pulverbeschichtungs­ einheit wird aufgrund der erforderlichen Förderluftmenge eine wirksame Förderluftmenge, die im wesentlichen der um Druck- und Reibungsverluste bereinigten Förderluft entspricht, und ein Förderluft-Offsetwert bestimmt, der abhängig ist von einer Förderluftmenge, die zu einem gegebenen Zeitpunkt zur Erzeugung eines Pulvermassestrom-Bezugswertes nötig ist. Während die wirksame Förderluftmenge während des Betriebs einer Pulverbeschichtungsein­ heit weitgehend konstant bleibt, ist der Förderluft-Offsetwert abhängig von Veränderungen der Beschichtungsbedingungen im Laufe des Betriebs der Pulverbeschichtungseinheit, wie Verschleiß der Düsen, Ablagerung von Beschichtungspulver in den Förderleitungen oder auch der Austausch von Komponenten der Pulverfördereinheit. Bei Verwendung mehrerer Pulver­ beschichtungseinheiten kann sich der Förderluft-Offsetwert auch zwischen den einzelnen Pulverbeschichtungseinheiten variieren.

Der Förderluft-Offsetwert wird vorzugsweise bei einem Pulvermassestrom-Bezugswert er­ mittelt, bei dem die Pulverförderung gerade einsetzt und wenige einzelne Pulverpartikel ge­ fördert werden. Die Erfassung des Förderluft-Offsetwertes wird somit auf der Basis einer ein­ fachen Pulvermassestrom-Messung realisiert durch Definition eines Schwellwertes (z. B. Null), der überschritten sein muß, damit das Einsetzen der Pulvermasseförderung detektiert wird.

Erfindungsgemäß muß somit im Laufe des Betriebs einer Pulverbeschichtungsanlage und/oder bei Verwendung mehrerer Pulverbeschichtungseinheiten der Arbeitspunkt, d. h. die für einen gewünschten Pulverausstoß erforderliche Förderluftmenge, nicht für jede Pulverbe­ schichtungseinheit einzeln angefahren, und durch visuelle Beurteilung der Pulverwolke oder Messungen bestimmt werden, sondern die einmal ermittelte wirksame Förderluftmenge kann mit dem für die jeweilige Pulverbeschichtungseinheit zu einem bestimmten Zeitpunkt gelten­ den Förderluft-Offsetwert rechnerisch korrigiert werden. Die Bestimmung des Förderluft- Offsetwertes ist dabei einfacher als die Einstellung des Arbeitspunktes, weil für die Bestimmung des Förderluft-Offsetwertes nur das Überschreiten eines Pulvermassestrom- Bezugswertes, der null sein kann, erfaßt werden muß.

Die wirksame Förderluftmenge ergibt sich im wesentlichen aus der bei der ersten Einstellung der Pulverbeschichtungseinheit einmal ermittelten erforderlichen Förderluftmenge minus den Förderluft-Offsetwert, der zur Überwindung der Reibungs- und Druckverluste notwendig ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für eine Pulverbeschichtungseinheit einmal die wirksame Förderluftmenge und ein Förderluft- Offsetwert und anschließend zu späteren Zeitpunkten weitere Förderluft-Offsetwerte be­ stimmt, und nach der Bestimmung eines jeden Förderluft-Offsetwertes wird jeweils ein För­ derluft-Sollwert aus einer Addition der wirksamen Förderluftmenge und des zugehörigen Förderluft-Offsetwertes berechnet. Somit können im Laufe des Betriebs einer oder mehrerer Pulverbeschichtungseinheiten die Änderungen der Beschichtungsbedingungen bei der Ein­ stellung des Arbeitspunktes einfach dadurch berücksichtigt werden, daß zu der einmal ermit­ telten, für die Förderung eines bestimmten Pulvermassestroms notwenigen wirksamen För­ derluftmenge der jeweilige Offsetwert addiert wird, ohne daß, wie im Stand der Technik, die Pulverbeschichtungseinheit auf ihren Arbeitspunkt gefahren und bei diesem Arbeitspunkt der ausgestoßene Pulvermassestrom und die erforderliche Förderluftmenge bestimmt werden müssen.

Ebenso wie die zeitliche Veränderung der Beschichtungsbedingungen einer Pulverbeschich­ tungseinheit können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Abweichungen verschiede­ ner Pulverbeschichtungseinheiten untereinander bzw. in bezug auf eine Referenz- Pulverbeschichtungseinheit zu einem bestimmten Zeitpunkt berücksichtigt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß für jede Pulverbeschich­ tungseinheit eine Pulvermassestrom-Bezugskurve als Funktion der Förderluftmenge bestimmt werden kann, wobei sich diese Pulvermassestrom-Bezugskurve im Laufe des Betriebs der Pulverbeschichtungseinheit verschiebt bzw. die entsprechenden Kurven unterschiedlicher Pulverbeschichtungseinheiten zueinander versetzt sein können, wobei die vorschobenen oder versetzten Kurven in erster Näherung parallel zueinander sind. Es wird daher ein Förderluft- Offsetwert bestimmt, der kennzeichnend ist für die Verschiebung der Pulvermassestromkurve einer Pulverbeschichtungseinheit im Lauf der Zeit oder des Versatzes der Pulvermassestrom­ kurven mehrerer Pulverbeschichtungseinheiten untereinander, und die einmal ermittelte Pul­ vermassestrom-Bezugskurve wird um diesen Förderluft-Offsetwert verschoben, um eine kor­ rigierte Pulvermassestrom-Bezugskurve zur Bestimmung eines Förderluft-Sollwertes für die zugehörige Beschichtungseinheit zu dem fraglichen Zeitpunkt zu erhalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Regelung der Förderluftmenge abhängig von dem von der Pulverbeschichtungseinheit abzugebenen Pulvermassestrom. Hier­ zu werden jeweils zu Eichzeitpunkten Sollwerte für die Förderluft und, bei vorgegebener Ge­ samtluftmenge, die Dosierluft gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ermittelt und an­ schließend werden die Förderluftmenge und die Dosierluftmenge abhängig von diesen Soll­ werten geregelt. Erfindungsgemäß können der Förder- und Dosierluftvolumenstrom oder die entsprechenden Luftdrücke als Regelgrößen verwendet werden. Auch eine Kombination aus beidem in einer überlagernden Regelschleife ist möglich.

Die Erfindung sieht auch eine Pulverfördervorrichtung zur Förderung von Beschichtungspul­ ver zu einer Pulverbeschichtungseinheit vor. Diese umfaßt einen Injektor, der eine Förder­ luftmenge empfängt und Beschichtungspulver zu der Pulverbeschichtungseinheit fördert, eine Förderluft-Einstellvorrichtung, einen Pulver-Sensor zur Erfassung des geförderten Pulvermas­ sestroms oder einer hiervon abhängigen Größe, beispielsweise die Überschreitung eines be­ stimmten Schwellwertes, sowie eine Steuereinrichtung mit einem Speicher, die mit dem Pul­ ver-Sensor verbunden ist. Die Steuereinrichtung bestimmt abhängig von einer zur Erzeugung eines vorgegebenen Pulvermassestrom erforderlichen Förderluftmenge eine wirksame För­ derluftmenge. Im Laufe des Betriebs der Pulverbeschichtungseinheit ermittelt und speichert die Steuereinrichtung einen oder mehrere der Pulverbeschichtungseinheit zugeordnete Förderluft-Offsetwerte gemäß dem oben beschriebenen Verfahren und verwendet diese zum Kor­ rigieren der wirksamen Förderluftmenge, um so immer die erforderliche Förderluftmenge einstellen zu können. Die erforderliche Förderluftmenge ist bei einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform abhängig von einer vorgegebenen Gesamtluftmenge, welche zusätzlich eine Do­ sierluftmenge umfaßt, wobei diese Werte empirisch, durch visuelle Beobachtung oder auto­ matisch und/oder mit Hilfe von Kurvendiagrammen ermittelt werden können.

Die Förderluft-Einstellvorrichtung umfaßt vorzugsweise Förderluftregler, die als Druckregler, Volumenstromregler, Massestromregler oder dergleichen ausgebildet sein können. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Pulver-Sensor ein Schwellwert-Sensor, der bei Über­ schreiten eines Schwellwertes des Pulvermassestroms, z. B. null, ein Signal erzeugt.

Die erfindungsgemäße Pulverfördervorrichtung wird vorzugsweise in einer elektrostatischen Pulverbeschichtungsanlage eingesetzt.

Kurze Beschreibung der Figuren

Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm mit drei Meßkurven des Pulvermassestroms im Verhältnis zum För­ derluftvolumenstrom bei konstantem Gesamtluftvolumenstrom für eine Pulverbe­ schichtungseinheit zu den Zeitpunkten t = 0, t = 2 Tage, t = 4 Tage;

Fig. 2 ein ähnliches Diagramm wie Fig. 1, wobei die drei Meßkurven jeweils um ihren zugehörigen Förderluft-Offsetwert verschoben sind; und

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Pulverförder­ vorrichtung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die Praxis und Versuche zeigen, daß sich die Abhängigkeit zwischen Pulvermassestrom und Förderluftvolumenstrom _FL im Verlaufe der Zeit stark verändert. Fig. 1 zeigt beispiel­ haft den Zusammenhang zwischen Pulvermassestrom und Förderluftvolumenstrom für ver­ schiedene Zeitpunkte im Laufe des Betriebs einer Applikationseinheit. Zum Zeitpunkt t = 0 wird die Pulverfördereinrichtung der Applikationseinheit eingerichtet. Dabei wird der ge­ wünschte Gesamtluftvolumenstrom eingestellt bzw. vorgewählt und der Förderluftvolumen­ strom so eingestellt, daß der gewünschte Pulvermassestrom zur Applikationseinheit gefördert wird. Der Arbeitspunkt P1 zum Zeitpunkt t = 0 ist in Fig. 1 ersichtlich. Der Förderluft- und der Dosierluftvolumenstrom werden geregelt und konstant gehalten. Im Verlaufe der Zeit, beispielsweise im Laufe eines oder mehrerer Tage, verschiebt sich der Arbeitspunkt auf Grund geänderter Strömungsverhältnisse, die beispielsweise durch Verschleiss hervorgerufen werden. Bei konstantem Gesamtluft- und Förderluftvolumenstrom sinkt der Pulverma­ ssestrom. Die Arbeitspunkte P2 und P3 zur Zeit t = 2 Tage, bzw. t = 4 Tage sind in Fig. 1 ein­ gezeichnet. Dies verdeutlicht, daß nach einer gewissen Zeit trotz geregelter Förder- und Do­ sierluft eine grosse Differenz zwischen dem gewünschten und dem tatsächlich geförderten Pulvermassestrom entsteht. Um den gewünschten Pulvermassestrom wieder zu erreichen, würde im Stand der Technik die Förderluft kontinuierlich erhöht bis sich bei konstantem Ge­ samtluftstrom der Sollwert für den Pulvermassestrom wieder einstellt. Dies ist jedoch sehr zeitaufwendig und erfordert eine Messung oder zumindest Abschätzung des sich ergebenden Pulvermassestroms und somit einige Erfahrung.

Wird eine Beschichtungsanlage mit mehreren Applikationseinheiten betrachtet, zeigt sich eine ähnliche Abhängigkeit zwischen Pulvermassestrom und Förderluftvolumenstrom _FL. Die drei Kurven der Fig. 1 können in diesem Fall je einer Applikationseinheit zu einem be­ stimmten Zeitpunkt, und nicht einer zeitlichen Veränderung zugeordnet werden, d. h. in die­ sem Fall sind die drei Kurven eine Momentaufnahme. Die unterschiedlichen Abhängigkeiten zwischen Pulvermassestrom und Förderluftvolumenstrom bei den drei Applikationeinheiten ergibt sich beispielsweise auf Grund unterschiedlicher Längen der Förderleitungen oder durch die unterschiedliche Leitungsführungen. In der Praxis wird bei vorgegebenem Gasamtluftvo­ lumenstrom der Förderluftvolumenstrom für jede Applikationseinheit so eingestellt, daß jede Applikationeinheit den gewünschten Pulverausstoss aufweist. Dies erforderte im Stand der Technik einen hohen zeitlichen Aufwand, welcher bei Änderungen an der Anlage, beispiels­ weise beim Wechsel von Komponenten, wiederholt werden muss.

Durch die Erfindung werden diese zeitaufwendigen Prozeduren vermieden. Wie die Fig. 1 zeigt, verschiebt sich die Abhängigkeit zwischen Pulvermassestrom und Förderluft­ volumenstrom _FL im Verlaufe der Zeit in erster Näherung lediglich um einen gewissen Offsetwert, wobei die Kurven für die verschiedenen Zeitpunkte als näherungsweise parallel betrachtet werden. Weiter zeigt sich, daß die Pulverförderung erst ab einem gewissen Wert des Förderluftvolumenstroms einsetzt. Diese Erkenntnisse werden in der vorliegenden Erfindung ausgenutzt. Der Förderluftwert, bei dem die Pulverförderung einsetzt, wird als Förder­ luft-Offsetwert zum Ausgleichen von Reibungs- und Druckverlusten in dem Beschichtungs­ system verwendet.

Die Verschiebung der Abhängigkeit zwischen Pulvermassestrom und Förderluft­ volumenstrom _FL im Verlaufe der Zeit wird mittels dieses Offsetwerts kompensiert.

Der Offsetwert wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch Detektion des Beginns der Pulverförderung bestimmt. Zur Detektion der Pulverförderung wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Messung der Tribospannung, welche bei der Förderung von Pulverpartikeln durch Reibung erzeugt wird, vorgeschlagen. Diese Messmethode wird auch zur Überwachung einer Pulverbeschichtungsanlage in der DE 197 17 353 A1 beschrie­ ben. Alternative Mittel zur Detektion des Beginns der Pulverförderung könnten aber auch Vorrichtungen und Verfahren zum Messen der Pulvermasse pro Volumeneinheit oder der Geschwindigkeit eines Pulver-Luft-Stroms oder des Pulvermassestroms während der Förde­ rung des Pulver-Luft-Gemisches sein. Diese Methoden sind in den Schriften DE 44 06 046 und DE 196 50 112 offenbart.

Der Offsetwert muss erfindungsgemäß nicht notwendig bei Beginn der Pulverförderung be­ stimmt werden. Denkbar ist auch, den Offset bei einem bestimmten Pulvermassestrom- Bezugswert zu bestimmen.

In Fig. 1 ist der Offsetwert _{Offset_0} für eine Applikationseinheit zum Zeitpunkt t = 0 darge­ stellt. Dieser Offsetwert kann abgespeichert und zur Bildung einer "wirksamen Förderluft­ menge" Δ_FL = _FL - _{Offset_0}, also einer um den Offsetwert bereinigten Größe, verwendet werden.

Wenn im Laufe des Betriebs einer Pulverbeschichtungseinheit eine Veränderung des Pulver­ massestroms festgestellt wird, kann eine Kalibrierprozedur gestartet werden. Dies gilt bei­ spielsweise für den Fall, daß die Veränderung des Pulvermassestroms durch eine visuelle Kontrolle erkannt wird. Eine Kalibrierprozedur kann auch in regelmäßigen Zeitintervallen automatisch ausgelöst werden. Auch bei Verwendung von entsprechenden Detektoren zur Erfassung des Pulvermassestroms kann die Neukalibrierung der Applikationseinheit auf einen neuen Offset-Wert insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn die Abweichung des Pulver­ massestroms so groß ist, daß sie durch einen üblichen Regelalgorithmus, welcher die Förder­ luft abhängig von dem erfaßten Pulvermassestrom regelt, nicht mehr ausreichend ausgegli­ chen werden kann.

Bei der Kalibrierprozedur wird die Pulverförderung durch die Applikationseinheit unterbro­ chen und der Fördervolumenstrom bis auf _FL = 0 reduziert. Anschließend wird der Förder­ luftvolumenstrom in vordefinierten Schritten erhöht, bis das Einsetzen der Pulverförderung erfaßt wird, d. h. es werden nur einige wenige Pulverpartikel gefördert, der Pulvermassestrom ist noch sehr klein, jedoch größer als null, was von einem Detektor signalisiert werden kann. Der zu diesem Zeitpunkt erreichte Förderluftvolumenstrom wird als neuer Offsetwert _{Offset_1} für den Zeitpunkt t₁ < 0 abgespeichert. Mit diesem neuen Offsetwert kann ein neuer Sollwert für den Förderluftvolumenstrom Δ_{FG_1} = Δ_FL + _{Offset_1} bestimmt werden. Nach der Kali­ brierung ergibt sich somit ein neuer Sollwert für den Förderluftvolumenstrom, der um die Differenz der beiden Offsetwerte _{Offset_0}, _{Offset_1} verändert, d. h. bei der gezeigten Ausfüh­ rungsform erhöht ist, wodurch sich ein entsprechend angepaßter Pulvermassestrom einstellt.

Zwischen zwei Kalibrierprozeduren ist der Offsetwert und somit der Sollwert für den Förder­ volumenstrom konstant und die Applikationseinheit wird auf diesen neuen Förderluftvolu­ menstrom eingestellt und geregelt, bis eine erneute zu große Abweichung des Pulverma­ ssestroms vom gewünschten Wert erfaßt wird oder aus anderem Grund eine neue Kalibrie­ rung durchgeführt werden soll. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muß somit während des Betriebs der Applikationseinheit nicht ständig der Pulvermassestrom erfaßt und der För­ derluftvolumenstrom abhängig davon geregelt werden, sondern der Förderluftvolumenstrom wird aufgrund des einmal ermittelten wirksamen Förderluftvolumenstroms, korrigiert durch den Förderluft-Offsetwert, eingestellt und geregelt.

Fig. 2 zeigt die Kurven der Fig. 1, welche jeweils um die zugehörigen Offsetwerte _{Offset_0}, _{Offset_1} und _{Offset_2} korrigiert wurden. In Fig. 2 sind zusätzlich der wirksame Förderluftvolumenstrom Δ_FL sowie die sich der zu den Zeitpunkten t₁, t₂ und t₃ ergebende Arbeitspunkte P1, P2, P3 bzw. Pulvermasseströme eingezeichnet. Aus einem Vergleich der Fig. 1 und 2 ergibt sich deutlich, daß durch die erfindungsgemäße Kalibrierung eine we­ sentlich geringere Abweichung von dem ursprünglich eingestellten, gewünschten Pulverma­ ssestrom erreicht werden kann.

In entsprechender Weise wie bei der Kalibrierung einer Applikationseinheit im Laufe des Betriebs dieser Einheit können auch mehrere verschiedene Applikationseinheiten oder Grup­ pen aus Applikationseinheiten bei der Einrichtung einer Pulverbeschichtungsanlage sowie im Laufe des Betriebs in bezug auf eine Bezugs-Applikationseinheit eingestellt werden. Dies gilt unter der Voraussetzung, daß alle Applikationseinheiten, welche im Verhältnis zueinander eingestellt wurden, einen ähnlichen Verlauf, uns insbesondere eine ähnliche Steigung ihrer Pulvermassestromkurve als Funktion des Förderluftvolumenstroms aufweisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung der Förderluft zur Förderung von Be­ schichtungspulver kann manuell, insbesondere aufgrund einer visuellen Beobachtung der ab­ gegebenen Pulverwolke der Applikationseinheit sowie automatisch beispielsweise in vorge­ gebenen Zeitintervallen ausgelöst werden. Das Starten der Kalibrierprozedur ist abhängig von der Umgebung, in welcher die Applikationseinheit eingesetzt wird, und den konstruktiven Einzelheiten sowie der Anwendung der Applikationseinheit. Bei Anwendungen mit starker Belastung und hohem Verschleiß sollte die Kalibrierprozedur häufiger gestartet werden als bei geringerer Belastung. Ferner sollte die Kalibrierprozedur auch nach einem Wechsel von Komponenten der Beschichtungsanlage, wie dem Injektor oder den Förderleitungen der Ap­ plikationseinheit durchgeführt werden.

Durch die Korrektur des einmal ermittelten wirksamen Förderluft-Volumenstroms mit den Offsetwerten werden Veränderungen des Pulvermassestroms, die sich im Verlaufe des Be­ triebs einer Pulverfördereinrichtung ergeben, oder die Unterschiede der von verschiedenen Pulverfördereinrichtungen abgegebenen Pulvermasseströme wesentlich reduziert, ohne das jede einzelne Pulverfördereinrichtung zu jedem Kalibrierzeitpunkt auf ihren Arbeitspunkt gefahren werden muß, um dort den jeweiligen für den gewünschten Pulvermassestrom erfor­ derlichen Förderluftvolumenstrom für jedes Gerät einzeln zu ermitteln.

Ein noch genaueres, wenn auch aufwendigeres Verfahren zur Einstellung der Förderluftmen­ ge zur Förderung von Beschichtungspulver kann erzielt werden, wenn zusätzlich zu dem Offsetwert auch die Steigungen der einzelnen Kurven, welche beispielsweise in Fig. 1 ge­ zeigt sind, kompensiert werden. Zu diesem Zweck werden zum Kalibrierzeitpunkt wenigstens zwei Meßpunkte, beispielsweise beim Einsetzen der Pulverförderung und bei Erreichen eines vorgegebenen Pulvermassestroms, benötigt. Dadurch kann eine vereinfachte Kurve des Pul­ vermassestroms abhängig vom Förderluftvolumenstrom in Form einer Geraden ermittelt wer­ den, deren Steigung und Offsetwert bekannt ist. Eine dieser Geraden für eine der Applikati­ onseinheiten, vorzugsweise zum Zeitpunkt t = 0, kann als Referenzkurve definiert werden. Bei der Einstellung des Förderluftvolumenstroms für anderen Applikationseinheiten zu an­ deren Zeitpunkten kann die Bezugskurve nun zusätzlich zu der Verschiebung mit dem Offsetwert auch durch Drehen aufgrund der neu ermittelten Steigung korrigiert werden, um einen neuen Sollwert für den Förderluftvolumenstrom zu ermitteln.

Fig. 3 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pulverför­ dereinrichtung. Mittels eines Injektors 1 wird aus einem Pulverbehälter 2 nach dem Venturi­ rohrprinzip Pulver 3 angesaugt. Ein Förderluftstrom transportiert das Pulver-Luft-Gemisch in einer Förderleitung 4 zu einer Applikationseinheit 5, in welcher das Pulver elektrostatisch aufgeladen und auf ein zu beschichtendes Werkstück 6 gesprüht wird. Zur Aufladung des Pulvers kann die Applikationseinheit einen Hochspannungserzeuger (nicht gezeigt) enthalten, an eine externe Hochspannungsquelle angeschlossen sein oder den Triboeffekt ausnützen. Zusätzlich zur Förderluft kann eine Dosierluft in den Unterdruckbereich des Injektors oder stromabwärts des Unterdruckbereichs, entweder innerhalb des Injektors 1 oder stromabwärts von diesem in der Förderleitung 4 eingebracht werden. Die Förder- und Dosierluft gelangen von einer Druckluftquelle 9 jeweils über einen entsprechenden Luftregler 7, 8 in eine Förder­ luft- und eine Dosierluftleitung 18, 19. Die Luftregler 7, 8 können Druckregler oder bevorzugt Volumenstromregler sein. Der Förderluftvolumenstromregler 8 erhält über eine Signalleitung 10 ein Sollwertsignal _FL-Soll und der Dosierluftvolumenstromregler 7 über eine Signallei­ tung 11 ein Sollwertsignal _DL-Soll. Die Volumenstromregler 7, 8 halten den Förderluft- bzw. Dosierluftvolumenstrom auf einem vorgegeben Wert. Die Schrift DE 197 13 668 be­ schreibt eine solche Volumenstromregelung im Detail. Die beiden Sollwertsignale _FL-Soll und _DL-Soll werden dabei in einer Steuerung 14, z. B. SPS oder PC, gebildet. Dazu wird ein gewünschter Gesamtluftvolumenstrom _GL-Soll variabel über einen Eingang 15 eingegeben. Weiter wird der erforderliche Förderluftvolumenstrom _FL-Soll ebenfalls variabel über einen weiteren Eingang 16 eingegeben. Alternativ kann auch der gewünschte Pulvermassestrom - Soll in die Steuerung 14 eingegeben werden, die dann den erforderlichen Förderluftvolumen­ strom abhängig von diesen Werten und einer Messung oder visuellen Bewertung des Pulver­ massestrom am Austritt der Applikationseinheit bei der Einrichtung der Pulverbeschichtungs­ anlage erstmals einstellt. Dies ergibt einen Sollwert _FL-Soll für den Förderluftvolumen­ strom, der somit manuell oder automatisch bestimmt werden kann. Der Sollwert _DL-Soll für den Dosierluftvolumenstrom wird durch Bilden der Differenz _GL-Soll - _FL-Soll ermittelt.

Am Injektor 1 oder an der Förderleitung 4 stromabwärts des Injektors 1 befindet sich ein De­ tektor 12 zur Erfassung des geförderten Pulvermassestromes. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Detektors ist in der Schrift DE 197 17 353 detailliert beschrieben. Der darin beschrie­ bene Detektor erfasst den Tribostrom, welche bei der Reibung geförderter Pulverpartikel ent­ steht. Der Detektor 12 liefert der Steuerung 14 über eine Signalleitung 13 schon dann ein Si­ gnal, wenn einige Pulverpartikel den Detektor 12 passieren. Der Beginn der Pulverförderung kann somit sehr genau detektiert werden. Der Detektor 12 kann somit Werte für die Einstel­ lung des Arbeitspunktes und die Bestimmung des Offsetwertes gemäß dem oben beschriebe­ nen Verfahren liefern.

In der Steuerung 14 oder in einer übergeordneten Einheit ist eine Kalibrierprozedur 17 ent­ halten, welche manuell oder automatisch ausgelöst werden kann. Nach Auslösung der Proze­ dur wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zunächst die Pulverförderung bzw. der Förderluftvolumenstrom auf Null reduziert. Danach wird der Förderluftvolumen­ strom schrittweise erhöht, wobei der Gesamtluftvolumenstrom stets konstant gehalten wird. Die Schrittweite kann als fester Wert abgelegt sein oder über einen variablen Eingang einge­ geben werden. In der Praxis muß die Schrittweite nicht konstant sein; um eine schnelle Annä­ herung an den gesuchten Offsetwert zu erreichen, kann ein geeigneter Algorithmus eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Förderluft auf einen Anfangswert x eingestellt werden. Falls bei dem Wert x die Pulverförderung noch nicht eingesetzt, wird die Förderluft auf x + n er­ höht - gegebenenfalls mehrmals und mit einer geeigneten Anpassung von n; andernfalls wird sie auf einen Wert x - n herabgesetzt. Wenn erfaßt wird, daß die Pulverföderung eingesetzt hat, wird die Förderluft gegebenenfalls nochmals z. B. auf x + n - n/2 herabgesetzt, u. s. w., bis der Förderluftvolumenstrom erreicht wird, bei dem in Abhängigkeit der Strömungsverhältnis­ sen in den Förderleitungen 4 die Pulverförderung gerade einsetzt. Dies wird mit dem Detektor 12 am Injektor 1 erfasst und über die Signalleitung 13 der Steuerung 14 mitgeteilt. Auf Grund dieses Signals wird der Wert des Förderluftvolumenstroms, bei der die Förderung beginnt, als Offsetwert _Offset abgespeichert. Mittels dieses Offsetwerts wird der wirksame Förderluftvo­ lumenstrom Δ_FL = _FL - _Offset gebildet und abgespeichert, wobei _FL der bei der ersten Einrichtung der Pulverbeschichtungsanlage ermittelte erforderliche Förderluftvolumenstrom ist.

Diese Differenz Δ_FL werden als der wirksame Förderluftvolumentstrom für die nachfol­ genden Einstellungen der Förderluft verwendet. Wenn nun Änderungen des Pulverma­ ssestroms festgestellt werden, muß lediglich die Kalibrierprozedur neu gestartet werden. Da­ bei wird ein neuer Offsetwert ermittelt und gespeichert, der zur Berechnung eines neuen Sollwertes für den Förderluftvolumenstrom _FL-Soll = Δ_FL + _{Offset_neu} dient. Zusätzlich wird ein neuer Sollwert für den Dosierluftvolumenstrom V_DL-Soll aus der Differenz der Ge­ samtluft und der Förderluft, V_GL-Soll - _FL-Soll gebildet. Die Volumenstromregler 7, 8 er­ halten über die Signalleitungen 10, 11 die entsprechenden neuen Sollwertsignale und regeln die Volumenströme entsprechend.

Die Steuereinrichtung 14 weist vorzugsweise einen (nicht gezeigten) Speicher zur Speiche­ rung des wirksamen Förderluftwertes, wenigstens des aktuellen Offset-Wertes, und der er­ mittelten Sollwerte auf. Der Offsetwert kann jeweils mit dem aktuell geltenden Offsetwert überschrieben werden oder es können mehrere Offsetwerte, beispielsweise für verschiedene Einheiten, gleichzeitig gespeichert sein.

Während in Fig. 3 die Regelung nur einer Applikationseinheit 5 dargestellt ist, weist eine elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage in der Regel mehrere solche Applikationseinhei­ ten auf. Jeder Applikationseinheit werden erfindungsgemäß eine Fördereinrichtung 1, ein Förderluftregler 7 und ein Dosierluftregler 8 zugeordnet, welche von einer gemeinsamen oder einer eigenen Steuereinheit 14 gesteuert werden. Somit kann jede Applikationseinheit 5 unab­ hängig von den anderen kalibriert und die Pulverabgabe durch die Applikationseinheit 5 mit Hilfe der Förderluft und der Dosierluft geregelt werden. Dies ist zweckmäßig, da beispiels­ weise unterschiedlich lange Förderleitungen eingesetzt werden und der Verschleiß der Kom­ ponenten in den verschiedenen Applikationseinheiten 5 unterschiedlich sein kann. Die Steue­ rung 14 kann, wie erwähnt, die Steuerung für alle Applikationseinheiten 5 übernehmen. Zu Beginn einer Produktionscharge sollte für jede Applikationseinheit 5 eine Kalibrierung durchgeführt werden; d. h. für jede Applikationseinheit 5 wird ein zugehöriger Offsetwert erfaßt. Die beschriebene Kalibrierprozedur kann für jede einzelne Applikationseinheit manuell oder automatisch und für alle Applikationseinheiten gleichzeitig oder nacheinander ausgelöst werden.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims (17)

1. Verfahren zur Förderung von Beschichtungspulver (3) zu einer Pulverbeschichtungsein­ heit (5), wobei abhängig von einer zur Erzeugung eines vorgegebenen Pulvermassenstrom (-Soll) erforderlichen Förderluftmenge zur Förderung des Beschichtungspulvers eine wirksame Förderluftmenge (Δ_FL) bestimmt wird,
ein der Pulverbeschichtungseinheit (5) zugeordneter Förderluft-Offsetwert (_Offsett) be­ stimmt wird, der abhängig ist von einer Förderluftmenge, die zu einem bestimmten Zeitpunkt (t₁, t₂) zur Erzeugung eines Pulvermassenstrom-Bezugswertes notwendig ist, und
die wirksame Förderluftmenge (Δ_FL) mit dem Förderluft-Offsetwert (_Offset) korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Pulverbe­ schichtungseinheit (5) zu einem ersten Zeitpunkt (t₀) die wirksame Förderluftmenge (Δ_FL) und zu dem ersten und zu weiteren Zeitpunkten (t₀, t₁, t₂) Förderluft-Offsetwerte (_Offset) bestimmt und gespeichert werden und daß nach der Bestimmung eines Förder­ luft-Offsetwertes jeweils ein Förderluft-Sollwert (_FL-Soll) aus einer Addition der wirk­ samen Förderluftmenge (Δ_FL) und des zugehörigen Förderluft-Offsetwertes (_Offset) berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderluft- Offsetwert (_Offset) einer Förderluftmenge entspricht, bei der die Pulverförderung gerade einsetzt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Pulverbeschichtungseinheiten (5) vorgesehen sind und die wirksame För­ derluftmenge für eine der Pulverbeschichtungseinheiten (5) bestimmt wird, für jede der Pulverbeschichtungseinheiten (5) ein zugeordneter Förderluft-Offsetwert bestimmt und ein Förderluft-Sollwert aus einer Addition der wirksamen Förderluftmenge und des zuge­ ordneten Förderluft-Offsetwert berechnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Pulverbe­ schichtungseinheiten (5) zu verschiedenen Zeitpunkten Förderluft-Offsetwerte bestimmt werden.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Pulverbeschichtungseinheit (5) eine Pulvermassenstrom-Bezugskurve als Funktion der Förderluftmenge ermittelt wird, ein dieser Pulverbeschichtungseinheit (5) zugeordneter Förderluft-Offsetwert bestimmt wird, und die Pulvermassenstrom- Bezugskurve um den Förderluft-Offsetwert verschoben wird, um eine korrigierte Pulver­ massenstrom-Kurve zur Bestimmung eines Förderluft-Sollwertes für die entsprechende Pulverbeschichtungseinheit (5) zu erhalten.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Förderluftmenge abhängig von einer vorgegebenen Gesamtluftmenge bestimmt wird, welche die Förderluftmenge und eine Dosierluftmenge umfaßt.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderluftmenge abhängig von der korrigieren wirksamen Förderluftmenge gere­ gelt wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Förderluftmenge und als Förderluft-Offsetwert ein Förderluftvolumenstrom oder ein Förderluftdruck verwendet werden.

10. Pulverfördervorrichtung zur Förderung von Beschichtungspulver zu einer Pulverbe­ schichtungseinheit (5), insbesondere gemäß dem Verfahren nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, mit
einem Injektor (1), der eine Förderluftmenge empfängt und Beschichtungspulver zu der Pulverbeschichtungseinheit (5) fördert,
einer Förderluft-Einstellvorrichtung (7),
einem Pulver-Sensor (12) zur Erfassung einer von dem geförderten Pulvermassenstrom abhängigen Größe,
einer Steuereinrichtung (14) mit einem Speicher, die mit dem Pulver-Sensor (12) verbun­ den ist, zur
Bestimmung einer wirksamen Förderluftmenge abhängig von einer zur Erzeugung ei­ nes vorgegebenen Pulvermassenstrom erforderlichen Förderluftmenge;
Bestimmung eines der Pulverbeschichtungseinheit (5) zugeordneten Förderluft- Offsetwertes, der abhängig ist von einer Förderluftmenge, die zu einem bestimmten Zeit­ punkt zur Erzeugung eines Pulvermassenstrom-Bezugswertes nötig ist, und
Korrigieren der wirksamen Förderluftmenge mit dem Förderluft-Offsetwert.

11. Pulverfördervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die För­ derluft-Einstellvorrichtung (7) einen Förderluftregler, insbesondere einen Druckregler, ei­ nen Volumenstromregler und/oder einen Massenstromregler, umfaßt.

12. Pulverfördervorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulver-Sensor (12) ein Schwellwert-Sensor ist, der bei Überschreiten eines Pulvermas­ sestromschwellwertes ein Signal erzeugt.

13. Pulverfördervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulver-Sensor (12) einen von den geförderten Pulverpar­ tikeln in dem Injektor (1) oder zugehörigen Pulverförderleitungen (4) erzeugten Tribo­ strom erfaßt.

14. Pulverfördervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14) die wirksame Förderluftmenge abhängig von einer vorgegebenen Gesamtluftmenge bestimmt.

15. Pulverfördervorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Dosier­ luftregler (8), der eine Dosierluftmenge abhängig von der vorgegebenen Gesamtluftmenge und der korrigierten wirksamen Förderluftmenge regelt.

16. Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage mit einer Pulverfördervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15.

17. Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage nach Anspruch 16, mit mehreren Pulverbe­ schichtungseinheiten (5), denen jeweils ein Injektor (1), eine Förderluft- Einstellvorrichtung (7) und ein Pulver-Sensor (12) zugeordnet sind.