-
Hintergrund
der Erfindung und Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung von Beschichtungspulver
zu einer Pulverbeschichtungseinheit und eine zugehörige Pulverfördervorrichtung
einer Pulverbeschichtungsanlage und insbesondere einer elektrostatischen
Pulverbeschichtungsanlage.
-
Bei
bekannten Pulverbeschichtungsanlagen wird das Beschichtungspulver
mittels Injektoren aus einem Vorratsbehälter gefördert. Diese Injektoren arbeiten üblicherweise
nach dem Venturirohrprinzip. 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 Pulverbeschichtungseinheit oder Applikationseinheit,
mit der das Pulver auf ein zu beschichtendes Werkstück aufgetragen
wird. Dem Injektor wird zusätzlich
die sogenannte Dosierluft zugeführt.
Diese dient hauptsächlich
zur Aufrechterhaltung des Luftstroms zur Förderung der Pulverpartikel,
falls mit dem Förderluftvolumenstrom
alleine keine ausreichende Förderung
zur Applikationseinheit aufrecht erhalten werden kann. Der aus Förderluftvolumenstrom
und Dosierluftvolumenstrom bestehende Luftvolumenstrom wird als
Gesamtluftvolumenstrom bezeichnet. Um optimale Beschichtungsergebnisse zu
erreichen, muss die Geschwindigkeit des Gesamtluftvolumenstroms
in gewissen Grenzen liegen. Die Geschwindigkeit des Gesamtluftvolumenstroms
darf einerseits nicht zu niedrig sein, da sonst das Pulver-Luft-Gemisch
in den Förderleitungen
nicht gleichmässig
gefördert
wird. Andererseits ist eine zu hohe Geschwindigkeit 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 Beschichtungsqualität
ist unter anderem die Wahl des Gesamtluftvolumenstroms. Der Gesamtluftvolumenstrom
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 Förderluftvolumenstrom
gebildet. Bei einer gewünschten
Veränderung
des Pulvermassestroms wird der Förderluftvolumenstrom
entsprechend erhöht
bzw. erniedrigt. Damit der Gesamtluftvolumenstrom auf dem vorgewählten Wert
gehalten werden kann, wird der Dosierluftvolumen strom entsprechend verändert. In
der Praxis werden der Förderluft-
und der Dosierluftvolumenstrom geregelt. Dies kann manuell oder
automatisch mittels Druckreglern oder genauer mit Volumenstromreglern,
wie beispielsweise in
DE
197 13 668 A1 beschrieben, erfolgen.
-
In
der Druckschrift
DE
43 25 044 A1 ist eine Pulverfördervorrichtung beschrieben,
in der eine Vielzahl vorbestimmter Pulverförderraten und eine Vielzahl
von Förderluftraten
gespeichert werden, die, als Eichdiagramm für bestimmte Gesamtluftraten
vorgesehen sind. Ein Computer berechnet darauf basierend die erforderliche
Förderluftrate
für einen
gewählten
Pulverraten-Sollwert.
-
Die
Druckschrift
GB 2 105
854 A beschreibt eine Vorrichtung zum Messen der Flußrate entlang des
Förderwegs
einer Pulverbeschichtungseinrichtung. Die Druckdifferenz entlang
einer Leitung wird gemessen und kann verwendet werden, um die Flußrate eines
Pulverförderers
zu steuern.
-
-
-
Der
Gesamtluft- und der Förderluftvolumenstrom
wird für
eine Förder-
und Applikationseinheit auf Grund des gewünschten Pulvermassestroms eingestellt
und geregelt. Hierzu wird die Applikationseinheit auf ihren Arbeitspunkt
hochgefahren, der Pulvermassestrom wird gemessen und die erforderlichen Förderluft-
und Dosierluftströme
werden bestimmt. Durch die Volumenstromregelung 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 abweichen. 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 Injektors oder Teilen davon durch neue Teile
oder durch den Austausch von Förderleitungen
unterschiedlicher Länge. Weiter
kommt es vor, daß eine
neue Förderleitung mit
einem anderen Durchmesser eingesetzt oder eine längere Förderleitung neu verlegt wird.
Durch diese passiven und aktiven Eingriffe in das Beschichtungssystem
werden jedesmal die Strömungsverhältnisse
beeinflusst. Wobei immer vorausgesetzt wird, daß der Gesamtluftvolumenstram
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 Beschichtungsqualität 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, einer unterschiedlichen Leitungsführung und/oder Unterschiede
in den Applikationseinheiten selbst muss der Fördervolumenstrom jeder Einheit individuell
eingestellt werden. Trotz dieses aufwendigen Einrichtens ergeben
sich für
jede Applikationseinheit aufgrund der oben beschrieben Einflüsse Abweichungen
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 Abweichungen von den gewünschten Pulvermassenströmen ergeben.
-
Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Pulverfördervorrichtung
zur Förderung
zu einer Pulverbeschichtungseinheit und eine zugehörige Pulverfördervorrichtung
anzugeben, 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
Pulvermassestroms einzustellen und, bei Veränderung der Beschichtungsbedingungen,
nachzustellen.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch
1 sowie durch eine Pulverfördervorrichtung
mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst.
-
Die
Erfindung sieht ein Verfahren und eine Pulverfördervorrichtung zur Förderung
von Beschichtungspulver zu einer Pulverbeschichtungseinheit, insbesondere
in einer elektrostatischen Pulverbeschichtungsanlagenach Anspruch
15 vor, wobei abhängig
von einem vorgegebenen Pulvermassestrom, der von der Pulverbeschichtungseinheit
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
Pulverbeschichtungseinheit 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 Pulverbeschichtungseinheit 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 Pulverbeschichtungseinheiten kann sich der
Förderluft-Offsetwert auch
zwischen den einzelnen Pulverbeschichtungseinheiten variieren.
-
Der
Förderluft-Offsetwert
wird vorzugsweise bei einem Pulvermassestrom-Bezugswert ermittelt, bei
dem die Pulverförderung
gerade einsetzt und wenige einzelne Pulverpartikel gefördert werden.
Die Erfassung des Förderluft-Offsetwertes
wird somit auf der Basis einer einfachen 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
Pulverbeschichtungseinheit 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
geltenden Förderluft-Offsetwert
rechnerisch korrigiert werden. Die Bestimmung des Förderluft-Offsetwertes ist
dabei einfacher als die Einstellung des Arbeitspunktes, weil für die Bestim mung
des Förderluft-Offsetwertes
nur das Überschreiten
eines Pulvermassestrom-Bezugswertes,
der null sein kann, erfaßt
werden maß.
-
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
bestimmt, und nach der Bestimmung eines jeden Förderluft-Offsetwertes wird
jeweils ein Förderluft-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 Einstellung des Arbeitspunktes
einfach dadurch berücksichtigt
werden, daß zu
der einmal ermittelten, für
die Förderung
eines bestimmten Pulvermassestroms notwenigen wirksamen Förderluftmenge
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 Pulverbeschichtungseinheit können mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
auch Abweichungen verschiedener 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 Pulverbeschichtungseinheit
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 Pulvermassestromkurven mehrerer
Pulverbeschichtungseinheiten untereinander, und die einmal ermittelte
Pulvermassestrom-Bezugskurve wird um diesen Förderluft-Offsetwert verschoben,
um eine korrigierte 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.
Hierzu werden jeweils zu Eichzeitpunkten Sollwerte für die Förderluft
und, bei vorgegebener Gesamtluftmenge, die Dosierluft gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren ermittelt und anschließend werden die Förderluftmenge
und die Dosierluftmenge abhängig
von diesen Sollwerten 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 Beschichtungspulver zu einer Pulverbeschichtungseinheit vor.
Diese umfaßt
einen Injektor, der eine Förderluftmenge
empfängt
und Beschichtungspulver zu der Pulverbeschichtungseinheit fördert, eine
Förderluft-Einstellvorrichtung,
einen Pulver-Sensor zur Erfassung des geförderten Pulvermassestroms oder
einer hiervon abhängigen
Größe, beispielsweise
die Überschreitung
eines bestimmten Schwellwertes, sowie eine Steuereinrichtung mit
einem Speicher, die mit dem Pulver-Sensor verbunden ist. Die Steuereinrichtung bestimmt
abhängig
von einer zur Erzeugung eines vorgegebenen Pulvermassestrom erforderlichen
Förderluftmenge
eine wirksame Förderluftmenge.
Im Laufe des Betriebs der Pulverbeschichtungseinheit ermittelt und
speichert die Steuereinrichtung einen oder mehrere der Pulverbeschichtungseinheit
zugeordnete För derluft-Offsetwerte
gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren und verwendet diese zum Korrigieren der
wirksamen Förderluftmenge,
um so immer die erforderliche Förderluftmenge
einstellen zu können.
Die erforderliche Förderluftmenge
ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
abhängig
von einer vorgegebenen Gesamtluftmenge, welche zusätzlich eine
Dosierluftmenge umfaßt,
wobei diese Werte empirisch, durch visuelle Beobachtung oder automatisch
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 Überschreiten
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:
-
1 ein
Diagramm mit drei Meßkurven
des Pulvermassestroms im Verhältnis
zum Förderluftvolumenstrom
bei konstantem Gesamtluftvolumenstrom für eine Pulverbeschichtungseinheit
zu den Zeitpunkten t = 0, t = 2 Tage, t = 4 Tage;
-
2 ein ähnliches
Diagramm wie 1, wobei die drei Meßkurven
jeweils um ihren zugehörigen
Förderluft-Offsetwert
verschoben sind; und
-
3 ein
Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Pulverfördervorrichtung.
-
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
-
Die
Praxis und Versuche zeigen, daß sich
die Abhängigkeit
zwischen Pulvermassestrom ṁ und Förderluftvolumenstrom V .FL im Verlaufe der Zeit stark verändert. 1 zeigt
beispielhaft den Zusammenhang zwischen Pulvermassestrom und Förderluftvolumenstrom
für verschiedene
Zeitpunkte im Laufe des Betriebs einer Applikationseinheit. Zum
Zeitpunkt t = 0 wird die Pulverfördereinrichtung
der Applikationseinheit eingerichtet. Dabei wird der gewünschte Gesamtluftvolumenstrom
eingestellt bzw. vorgewählt
und der Förderluftvolumenstrom
so eingestellt, daß der
gewünschte
Pulvermassestrom zur Applikationseinheit gefördert wird. Der Arbeitspunkt P1
zum Zeitpunkt t = 0 ist in 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 Pulvermassestrom. Die Arbeitspunkte P2 und P3 zur Zeit
t = 2 Tage, bzw. t = 4 Tage sind in 1 eingezeichnet.
Dies verdeutlicht, daß nach
einer gewissen Zeit trotz geregelter Förder- und Dosierluft 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 Gesamtluftstrom 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 ṁ und Förderluftvolumenstrom V .FL. Die drei Kurven der 1 können in
diesem Fall je einer Applikationseinheit zu einem bestimmten Zeitpunkt,
und nicht einer zeitlichen Veränderung
zugeordnet werden, d.h. in diesem 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 Gesamtluftvolumenstrom 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, beispielsweise
beim Wechsel von Komponenten, wiederholt werden muss.
-
Durch
die Erfindung werden diese zeitaufwendigen Prozeduren vermieden.
Wie die 1 zeigt, verschiebt sich die
Abhängigkeit
zwischen Pulvermassestrom ṁ und Förderluftvolumenstrom V .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 Erfin dung ausgenutzt. Der
Förderluftwert,
bei dem die Pulverförderung
einsetzt, wird als Förderluft-Offsetwert
zum Ausgleichen von Reibungs- und Druckverlusten in dem Beschichtungssystem
verwendet.
-
Die
Verschiebung der Abhängigkeit
zwischen Pulvermassestrom ṁ und Förderluftvolumenstrom V .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 beschrieben.
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 Förderung
des Pulver-Luft-Gemisches sein. Diese Methoden sind in den Schriften
DE 44 06 046 A1 und
DE 196 50 112 C1 offenbart.
-
Der
Offsetwert muss erfindungsgemäß nicht notwendig
bei Beginn der Pulverförderung
bestimmt werden. Denkbar ist auch, den Offset bei einem bestimmten
Pulvermassestrom-Bezugswert
zu bestimmen.
-
In 1 ist
der Offsetwert V .Offset_0 für eine Applikationseinheit
zum Zeitpunkt t = 0 dargestellt. Dieser Offsetwert kann abgespeichert
und zur Bildung einer „wirksamen
Förderluftmenge" Δ V .FL = V .FL – V .Offset_0 also einer um den Offsetwert bereinigten Größe, verwendet
werden.
-
Wenn
im Laufe des Betriebs einer Pulverbeschichtungseinheit eine Veränderung
des Pulvermassestroms festgestellt wird, kann eine Kalibrierprozedur
gestartet werden. Dies gilt beispielsweise 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 Pulvermassestroms so groß ist, daß sie durch einen üblichen
Regelalgorithmus, welcher die Förderluft
abhängig
von dem erfaßten
Pulvermassestrom regelt, nicht mehr ausreichend ausgeglichen werden
kann.
-
Bei
der Kalibrierprozedur wird die Pulverförderung durch die Applikationseinheit
unterbrochen und der Fördervolumenstrom
bis auf V .FL = 0 reduziert. Anschließend wird
der Förderluftvolumenstrom 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 V .Offset_1 für den Zeitpunkt
t1 > 0
abgespeichert. Mit diesem neuen Offsetwert kann ein neuer Sollwert
für den
Förderluftvolumenstrom Δ V .FL_1 = Δ V .FL + V .Offset_1 bestimmt
werden. Nach der Kalibrierung ergibt sich somit ein neuer Sollwert
für den
Förderluftvolumenstrom,
der um die Differenz der beiden Offsetwerte V .Offset_0, V .Offset_1 verändert, d.h. bei der gezeigten
Ausführungsform erhöht ist,
wodurch sich ein entsprechend angepaßter Pulvermassestrom einstellt.
-
Zwischen
zwei Kalibrierprozeduren ist der Offsetwert und somit der Sollwert
für den
Fördervolumenstrom
konstant und die Applikationseinheit wird auf diesen neuen Förderluftvolumenstrom
eingestellt und geregelt, bis eine erneute zu große Abweichung des
Pulvermassestroms vom gewünschten
Wert erfaßt
wird oder aus anderem Grund eine neue Kalibrierung durchgeführt werden
soll. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
muß somit
während des Betriebs
der Applikationseinheit nicht ständig
der Pulvermassestrom erfaßt
und der Förderluftvolumenstrom
abhängig
davon geregelt werden, sondern der Förderluftvolumenstrom wird aufgrund
des einmal ermittelten wirksamen Förderluftvolumenstroms, korrigiert
durch den Förderluft-Offsetwert,
eingestellt und geregelt.
-
2 zeigt
die Kurven der
1, welche jeweils um die zugehörigen Offsetwerte V .
Offset_0,
Offset_1 und V .
Offset_2 korrigiert
wurden. In
2 sind zusätzlich der wirksame Förderluftvolumenstrom Δ V .
FL sowie die sich der zu den Zeitpunkten
t
1, t
2 und t
3 ergebende Arbeitspunkte P1, P2, P3 bzw.
Pulvermasseströme eingezeichnet.
Aus einem Vergleich der
1 und
2 ergibt
sich deutlich, daß durch
die erfindungsgemäße Kalibrierung
eine wesentlich geringere Abweichung von dem ursprünglich eingestellten,
gewünschten
Pulvermassestrom erreicht werden kann.
-
In
entsprechender Weise wie bei der Kalibrierung einer Applikationseinheit
im Laufe des Betriebs dieser Einheit können auch mehrere verschiedene
Applikationseinheiten oder Gruppen 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, und insbesondere
eine ähnliche
Steigung ihrer Pulvermassestromkurve als Funktion des Förderluftvolumenstroms
aufweisen.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Einstellung der Förderluft
zur Förderung
von Beschichtungspulver kann manuell, insbesondere aufgrund einer
visuellen Beobachtung der abgegebenen Pulverwolke der Applikationseinheit
sowie automatisch beispielsweise in vorgegebenen 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 Applikationseinheit durchgeführt
werden.
-
Durch
die Korrektur des einmal ermittelten wirksamen Förderluft-Volumenstroms mit
den Offsetwerten werden Veränderungen
des Pulvermassestroms, die sich im Verlaufe des Betriebs 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 erforderlichen Förderluftvolumenstrom für jedes
Gerät einzeln
zu ermitteln.
-
Ein
noch genaueres, wenn auch aufwendigeres Verfahren zur Einstellung
der Förderluftmenge zur
Förderung
von Beschichtungspulver kann erzielt werden, wenn zusätzlich zu
dem Offsetwert auch die Steigungen der einzelnen Kurven, welche
beispielsweise in 1 gezeigt 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 Pulvermassestroms abhängig vom
Förderluftvolumenstrom
in Form einer Geraden ermittelt werden, deren Steigung und Offsetwert
bekannt ist. Eine dieser Geraden für eine der Applikationseinheiten,
vorzugsweise zum Zeitpunkt t = 0, kann als Referenzkurve definiert werden.
Bei der Einstellung des Förderluftvolumenstroms
für andere
Applikationseinheiten zu anderen 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.
-
3 zeigt
schematisch eine mögliche
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Pulverfördereinrichtung.
Mittels eines Injektors
1 wird aus einem Pulverbehälter
2 nach
dem Venturirohrprinzip 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 Förderluft- und eine Dosierluftleitung
18,
19.
Die Luftregler
7,
8 können Druckregler oder bevorzugt
Volumenstromregler sein. Der Förderluftvolumenstromregler
7 erhält über eine
Signalleitung
10 ein Sollwertsignal V .
FL-Soll
und der Dosierluftvolumenstromregler
8 über eine Signalleitung
11 ein
Sollwertsignal V .
DL -Soll. Die Volumenstromregler
7,
8 halten
den Förderluftbzw.
Dosierluftvolumenstrom auf einem vorgegeben Wert. Die Schrift
DE 197 13 668 A1 beschreibt
eine solche Volumenstromregelung im Detail. Die beiden Sollwertsignale V .
FL-Soll und V .
DL-Soll
werden dabei in einer Steuerung
14, z.B. SPS oder PC, gebildet.
Dazu wird ein gewünschter
Gesamtluftvolumenstrom V .
GL-Soll variabel über einen
Eingang
15 eingegeben.
-
Weiter
wird der erforderliche Förderluftvolumenstrom V .FL-Soll ebenfalls variabel über einen
weiteren Eingang 16 eingegeben. Alternativ kann auch der
gewünschte
Pulvermassestrom ṁ-Soll
in die Steuerung 14 eingegeben werden, die dann den erforderlichen
Förderluftvolumenstrom
abhängig
von diesen Werten und einer Messung oder visuellen Bewertung des
Pulvermassestroms am Austritt der Applikationseinheit bei der Einrichtung
der Pulverbeschichtungsanlage erstmals einstellt. Dies ergibt einen
Sollwert V .FL-Soll für den Förderluftvolumenstrom, der somit
manuell oder automatisch bestimmt werden kann. Der Sollwert V .DL-Soll für
den Dosierluftvolumenstrom wird durch Bilden der Differenz V .GL-Soll-V .FL-Soll ermittelt.
-
Am
Injektor
1 oder an der Förderleitung
4 stromabwärts des
Injektors
1 befindet sich ein Detektor
12 zur
Erfassung des geförderten
Pulvermassestromes. Ein Ausführungsbeispiel
eines solchen Detektors ist in der Schrift
DE 197 17 353 A1 detailliert beschrieben.
Der darin beschriebene Detektor erfasst den Tribostrom, welche bei
der Reibung geförderter
Pulverpartikel entsteht. Der Detektor
12 liefert der Steuerung
14 über eine
Signalleitung
13 schon dann ein Signal, 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 Einstellung des Arbeitspunktes und die Bestimmung des Offsetwertes gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren liefern.
-
In
der Steuerung 14 oder in einer übergeordneten Einheit ist eine
Kalibrierprozedur 17 enthalten, welche manuell oder automatisch
ausgelöst
werden kann. Nach Auslösung
der Prozedur wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zunächst die
Pulverförderung
bzw. der Förderluftvolumenstrom
auf Null reduziert. Danach wird der Förderluftvolumenstrom schrittweise
erhöht,
wobei der Gesamtluftvolumenstrom stets konstant gehalten wird. Die
Schrittweite kann als fester Wert abgelegt sein oder über einen
variablen Eingang eingegeben werden. In der Praxis muß die Schrittweite
nicht konstant sein; um eine schnelle Annäherung 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 erhöht – 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 Strömungsverhältnissen
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 V .Offset abgespeichert.
Mittels dieses Offsetwerts wird der wirksame Förderluftvolumenstrom Δ V .FL = V .FL – V .Offset gebildet und abgespeichert, wobei V .FL der bei der ersten Einrichtung der Pulverbeschichtungsanlage
ermittelte erforderliche Förderluftvolumenstrom
ist.
-
Diese
Differenz Δ V .FL werden als der wirksame Förderluftvolumentstrom
für die
nachfolgenden Einstellungen der Förderluft verwendet. Wenn nun Änderungen
des Pulvermassestroms festgestellt werden, muß lediglich die Kalibrierprozedur
neu gestartet werden. Dabei wird ein neuer Offsetwert ermittelt
und gespeichert, der zur Berechnung eines neuen Sollwertes für den Förderluftvolumenstrom V .FL = Δ V .FL + V .Offset_neu neu
dient. Zusätzlich
wird ein neuer Sollwert für
den Dosierluftvolumenstrom V .DL-Soll aus der
Differenz der Gesamtluft und der Förderluft, V .GL – V .FL-Soll gebildet. Die Volumenstromregler 7, 8 erhalten über die
Signalleitungen 10, 11 die entsprechenden neuen
Sollwertsignale und regeln die Volumenströme entsprechend.
-
Die
Steuereinrichtung 14 weist vorzugsweise einen (nicht gezeigten)
Speicher zur Speicherung des wirksamen Förderluftwertes, wenigstens
des aktuellen Offset-Wertes, und der ermittelten 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 3 die
Regelung nur einer Applikationseinheit 5 dargestellt ist,
weist eine elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage in der Regel mehrere
solche Applikationseinheiten 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 unabhängig von den anderen kalibriert
und die Pulverabgabe durch die Applikationseinheit 5 mit Hilfe der
Förderluft
und der Dosierluft geregelt werden. Dies ist zweckmäßig, da
beispielsweise unterschiedlich lange Förderleitungen eingesetzt werden
und der Verschleiß der
Komponenten in den verschiedenen Applikationseinheiten 5 unterschiedlich
sein kann. Die Steuerung 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
er faßt.
Die beschriebene Kalibrierprozedur kann für jede einzelne Applikationseinheit
manuell oder automatisch und für
alle Applikationseinheiten gleichzeitig oder nacheinander ausgelöst werden.
