DE10115463A1 - Zerstäuber für eine Beschichtungsanlage und Verfahren zu seiner Materialversorgung - Google Patents

Abstract

Der Zerstäuber einer elektrostatischen Beschichtungsanlage enthält eine Dosierpumpe, die zwischen das Zerstäubungsorgan und eine ebenfalls in dem Zerstäuber befindliche, als platzsparender Farbvorratsbehälter dienende molchbare Schlauchspirale geschaltet ist. Der Molch wird auf seiner einen Seite mit Druckluft beaufschlagt, um das auf seiner anderen Seite gespeicherte Farbmaterial zu der Dosierpumpe zu drücken, die es zu dem Zerstäubungsorgan fördert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zerstäuber und ein Verfahren zur Materialversorgung eines Zerstäubers für eine Beschichtungsma­ schine gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche. Bei dem Zerstäuber handelt es sich insbesondere um einen als Ganzes auswechselbar an einem Lackierroboter oder einer sons­ tigen Beschichtungsmaschine montierten beispielsweise elektro­ statischen Rotations- oder Luftzerstäuber für die Serienbe­ schichtung von Werkstücken wie beispielsweise Fahrzeugkaros­ sen.

Derartige Zerstäuber ermöglichen u. a. vorteilhafte Farbwech­ selkonzepte und einfache Potentialtrennung zwischen mit Di­ rektaufladung des Beschichtungsmaterials arbeitenden elektro­ statischen Zerstäubungsorganen und dem aus Sicherheitsgründen geerdeten Farbversorgungssystem, da die Vorratsbehälter bei der Beschichtung von dem geerdeten Versorgungssystem getrennt sind und zum Farbwechsel einfach und automatisch ohne oder auch mit dem eigentlichen Zerstäuber ausgewechselt werden kön­ nen. Bekannte Zerstäuber dieser Art enthalten mechanisch von einem Spindelantrieb betätigte Dosierzylinder (DE 196 10 588 A). Solche Dosierzylinder haben aber den durch ihre Bauform bedingten großen Platzbedarf. Insbesondere ihre Länge, die we­ gen der Kolbenstange etwa doppelt so groß ist wie der Kolben­ hub, beeinträchtigt vor allem bei Lackierrobotern oder sonsti­ gen Handhabungsgeräten die Erreichbarkeit von Werkstückberei­ chen wie beispielweise Fahrzeuginnenräumen. Es sind zwar auch schon Zerstäuber mit hydraulisch angetriebenen Dosierzylindern bekannt (EP 0 967 016 A), deren Druckflüssigkeit aber von ei­ ner außerhalb des Zerstäubers befindlichen Dosierpumpe zuge­ führt werden muß.

Darüber hinaus ergeben sich bei Dosierzylindern generelle Probleme wie u. a. hohe Anforderungen an Abstützung und Lage­ rung zur Gewährleistung der gewünschten Dosiergenauigkeit und Dynamik, die nicht nur den Konstruktionsaufwand erhöhen, son­ dern auch das beispielsweise vom Handgelenk eines Roboters zu tragende Gewicht des Zerstäubers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv einfachen, zuverlässigen und nicht zu schweren Zerstäuber an­ zugeben, dessen Vorratseinrichtung ohne hydraulische Dosierung auskommt und geringen Platzbedarf ermöglicht, sowie ein dem­ entsprechendes Verfahren zur Materialversorgung des Zerstäu­ bers.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche ge­ löst.

Die Erfindung eignet sich nicht nur, aber insbesondere für elektrostatische Zerstäuber, die als Ganzes auswechselbar an Lackierrobotern oder sonstigen Beschichtungsmaschinen montiert werden und hierbei auf einfache Weise sowohl die erforderliche Potentialtrennung von dem geerdeten Versorgungssystem der Be­ schichtungsanlage als auch schnellen und problemlosen Farb­ wechsel ohne wesentliche Verluste an Farbe und Spülmittel bei beliebiger Anzahl wählbarer Farben ermöglichen. Beispielsweise im Fall von Lackierrobotern ist auch von Vorteil, daß auf auf­ wendige Verschlauchungen in der Maschine verzichtet werden kann, da die interne Vorratseinrichtung des Zerstäubers bei abmontiertem Zerstäuber befüllt werden kann.

Der bevorzugte Einbau einer beispielsweise als Zahnradpumpe ausgebildeten Dosierpumpe in den Zerstäuber hat den Vorteil, daß sich durch dieses konventionelle, seit langem bewährte und zuverlässige Bauteil ein Dosierzylinder der bekannten Art er­ übrigt.

Die Ausbildung des Farbvorratsbehälters als Schlauchwicklung hat den Vorteil, daß einerseits wegen der im Vergleich mit üb­ lichen zylindrischen Farbbehältern erheblichen Verringerung des Durchmessers entsprechend geringere Farbewechselverluste an Farbe und Spülmittel auftreten und andererseits die kon­ struktive Flexibilität vor allem im Hinblick auf Platzeinspa­ rung entscheidend verbessert wird. Ähnliches gilt für die ebenfalls mögliche Verwendung einer mehr oder weniger starren Rohrspirale als Farbvorratsbehälter.

Da die Schlauchwicklung bzw. Rohrspirale vorzugsweise gemolcht wird, um das Beschichtungsmaterial über die Dosierpumpe zu dem Zerstäubungsorgan zu fördern und ggf. Restfarbe zurück in Richtung zu dem geerdeten Versorgungssystem der Beschichtungs­ anlage zu drücken, ergibt sich zugleich eine sehr einfache Möglichkeit der Reinigung der Schlauchinnenwand der Vor­ ratseinrichtung durch den Molch in an sich bekannter Weise.

An dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen am Handgelenk eines Lackierroboters mon­ tierten Luftzerstäuber;

Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen des Farbversorgungs­ konzepts für einen Zerstäuber der hier be­ schriebenen Art; und

Fig. 4 eine allgemeinere Darstellung des Zerstäubers.

Gemäß Fig. 1 ist an dem Handgelenk 1 eines Roboters ein Zerstäuber Z montiert, in dessen Gehäuse 3 im vorderen Bereich ein Luftzerstäubungsorgan 4 angeordnet ist, dessen Aufbau und Funktionsweise an sich bekannt sind und daher keiner Beschrei­ bung bedürfen. Der weitgehend zylindrische Hauptteil des Gehäuses 3 enthält eine beispielsweise koaxial in der Gehäuse­ mitte angeordnete Dosierpumpe DP, beispielsweise eine Zahnrad­ pumpe ebenfalls an sich bekannter Art und Funktionsweise. Die Dosierpumpe DP ist über einen Ventilblock 22 (Fig. 2) an das Zerstäubungsorgan 4 angeschlossen und umsteuerbar, so daß sie in den beiden entgegengesetzten Richtungen fördern kann. Der (nicht dargestellte) Antrieb der Dosierpumpe DP ist zweckmäßig mechanisch ausgeführt, z. B. mit einer biegsamen Welle, die ih­ rerseits über Kegelräder und ein Ritzelgetriebe an der Robo­ terhandachse angetrieben werden kann (durch Verdoppeln der üb­ licherweise als "Achse 6" bezeichneten Roboterachse). Eine andere Möglichkeit ist der Direktantrieb der Dosierpumpe DP durch einen in dem Zerstäuber befindlichen Elektromotor.

In dem die Dosierpumpe DP umgebenden, im wesentlichen ringför­ migen Raum 8 im zylindrischen Teil des Gehäuses 3 ist eine Farbschlauchwicklung 10 der dargestellten, beispielweise dop­ pellagigen Spiralform angeordnet, die als Vorratsbehälter für das Beschichtungsmaterial dient. Das eine Schlauchende ist an die dem Zerstäubungsorgan 4 abgewandte Seite der Dosierpumpe DP angeschlossen, während das andere Schlauchende mit einem externen Druckluftanschluß (V3A in Fig. 2) in Verbindung steht.

Ein besonderes Merkmal der als Vorratsbehälter dienenden Schlauchwicklung 10 ist die Molchbarkeit. Der in dem Farb­ schlauch FM der Schlauchwicklung 10 befindliche Molch 12 kann durch Druckluft von dem erwähnten Druckluftanschluß durch die gesamte Schlauchwicklung geschoben werden, um das darin be­ findliche Beschichtungsmaterial zu der Dosierpumpe DP zu drücken. Hierfür geeignete Molche sind an sich bekannt.

Bei der folgenden Erläuterung der Betriebsweise sei angenom­ men, daß der Zerstäuber Z am Flansch 14 lösbar am Roboterhand­ gelenk 1 montiert ist und zum Befüllen der Schlauchwicklung 10 mit Beschichtungsmaterial abgenommen und an die in Fig. 2 dargestellte, auch als Zerstäuberwechsel- und Spülstation dienen­ de Befüllstation 20 angeschlossen wird.

Der in Fig. 2 mit ZA bezeichnete Zerstäuber enthält den zwi­ schen die Dosierpumpe DPA und das hier als Rotationsglocke dargestellte Zerstäubungsorgan geschalteten Ventilblock 22 mit dem üblichen Hauptnadelventil HNA für das von der Pumpe DPA gespeiste Zerstäubungsorgan und einem abzweigenden Farbversor­ gungsventil VIA. Von der die Dosierpumpe DPA auf ihrer entge­ gengesetzten Seite mit dem Farbschlauch FMA verbindenden Lei­ tung zweigt über ein Ventil V2A eine Spül- und Rückführungs­ leitung ab. An dem der Pumpe DPA abgewandten Ende ist der Farbschlauch FMA an eine Druckluftleitung mit einem Druckluft­ ventil V3A angeschlossen.

Die Befüllstation 20 enthält ein mit dem zerstäuberseitigen Wechselsystem WZA zusammenkuppelbares Wechselsystem WWS, zu dem ein mechanisch mit der Dosierpumpe DPA kuppelbarer An­ triebsmotor M gehört. Ferner enthält die Station 20 eine bei angekuppeltem Zerstäuber mit dem Ventil V2A verbundene Spül­ ventilanordnung SV mit einem Spülmittelventil 510, einem Puls­ luftventil PL10 und einem Rückführungsventil RF10 sowie einen mit dem Ventil VIA verbundenen Farbwechsler FW mit Farbventi­ len F1-F4, Spülmittel- und Pulsluftventilen S bzw. PL und ei­ nem Rückführungsventil RF. Aus dem Farbwechsler FW wird das gewählte Beschichtungsmaterial durch das Ventil VIA und die Dosierpumpe DPA in das ihr zugewandte Ende des molchbaren Farbschlauches FMA gedrückt, um diesen zu befüllen, wobei der Molch 12A in Richtung zu dem entgegengesetzten Schlauchende geschoben wird.

Während der Zerstäuber ZA befüllt wird, kann mit einem an die Roboterhandachse 1 (Fig. 1) angekoppelten anderen Zerstäuber ZB beschichtet werden, wie in Fig. 3 gezeigt ist, wo die Fig. 2 entsprechenden Elementen mit B statt A bezeichnet sind. Das zerstäuberseitige Wechselsystem WZB ist mit dem roboterseitigen Wechselsystem WR zusammengekuppelt. Über das Ventil V3B wird der molchbare Farbschlauch FMB mit Druckluft beauf­ schlagt, so daß das in dem Schlauch gespeicherte Beschich­ tungsmaterial von dem Molch 12B zu der Dosierpumpe DPB ge­ drückt und von dieser zu dem Zerstäubungsorgan gefördert wird. Bei einem Zerstäubertausch mit Farbwechsel ergibt sich somit der folgende Zyklus.

Lackieren mit Zerstäuber ZB und erster Farbe: Der Zerstäuber ZB befindet sich am Roboter. Die beiden Hälften des Wechsel­ systems WZB und WR und auch der Antrieb für die Dosierpumpe DPB sind eingekuppelt. Die Ventile V1B und V2B sind geschlos­ sen. Das Ventil V3B gibt Druckluft frei, wodurch der Molch 12B angetrieben wird. Der Molch drückt seinerseits bei seiner Be­ wegung im Farbschlauch FMB zwischen den Ventilen V3B und V2B die erste Farbe zur Dosierpumpe DPB, die mit der eingestellten Lackierdrehzahl die Farbe dosiert, wobei sie von dem Motor M im Roboter angetrieben wird. Der Molch trennt hierbei den Lack von der als Molchtreibmedium dienenden Druckluft und sorgt gleichzeitig für die Reinigung der Farbschlauchwände. Bei ge­ öffnetem Hauptnadelventil HNB strömt der Farblack zu dem Zer­ stäubungsorgan. Der Zerstäuber ZB arbeitet unter Hochspannung.

Start eines Farbwechselprogramms in der Zerstäuberwechsel-, Spül- und Befüllstation 20: Bei einem anstehenden Farbwechsel wird durch die Anlagensteuerung ein automatisches Spül- und Andrückprogramm gestartet. Während des Versprühens der ersten Farbe durch den Zerstäuber ZB wird der andere Zerstäuber ZA, der sich in der Zerstäuberwechsel- und Spülstation 20 befin­ det, für die nächste Lackieraufgabe vorbereitet. Hier sind die beiden Hälften des Wechselsystems WZA und WWS eingekuppelt. Alle Ventile der Station 20 befinden sich in ihrer Grundstel­ lung.

Spülen des Zerstäubers ZA: Beim anschließenden Spülvorgang be­ findet sich der Molch 12A im Farbschlauch FMA nahe vor dem Ventil V2A, da angenommen wird, daß er beim letzten Lackier­ vorgang die gesamte im Farbschlauch befindliche Farbe ausge­ drückt hat (eventuell mit Ausnahme eines Sicherheitsvolumens). Das Ventil V3A ist geöffnet, so daß der Molch mit Druckluft beaufschlagt ist. Nun öffnet das Ventil V2A, wodurch das durch wechselseitiges Öffnen der Ventile V10 und PL10 am Steuerven­ til SV entstehende Spülmittel-Luft-Gemisch über die mit Spül­ drehzahl laufende Dosierpumpe DPA und durch das geöffnete Ven­ til HNA strömt. Dadurch wird der Zerstäuber ZA vom Ventil V2A über die Dosierpumpe DPA gespült. (Beim Spülen ist der Druck der den Molch über das Ventil V3A beaufschlagenden Druckluft größer als der Druck des Spülmittel-Luft-Gemisches.) Die Do­ sierpumpe DPA wird von dem Motor M in der Station 20 angetrie­ ben. Kurzzeitig wird dann bei geschlossenem Ventil HNA über das Ventil VIA bei geöffnetem Ventil RF der Farbwechsler FW gespült. Zum Abschluß des Spülvorgangs kann das gesamte System mit einem kurzen Pulsluftintervall trockengeblasen werden.

Andrücken der zweiten Farbe im Zerstäuber ZA: Der Molch 12A befindet sich bei geöffnetem Ventil V3A in der Nähe des Ven­ tils V2A. Nach beendetem Spülvorgang werden die Ventile F2, VIA, V2A und RF10 geöffnet, wodurch die zweite Farbe in den Farbkanal gelangt. Die Dosierpumpe DPA läuft rückwärts mit An­ drückdrehzahl. Nach einer vom Steuerprogramm entsprechend dem Fördervolumen der Dosierpumpe vorgegebenen Zeit wird das Ven­ til V2A geschlossen, so daß eventuell im Farbschlauch verblie­ benes Spülmedium verdrängt und das System entlüftet wird. Nachdem das Ventil V2A geschlossen ist, wird der Molch von der Lacksäule gegen den Druck der Druckluft zu seiner anderen End­ position in der Nähe des Ventils V3A geschoben. Nach Erreichen der gewünschten Farbmenge mit Hilfe der Dosierpumpe ist der Andrückvorgang beendet. Alle erwähnten Ventile gehen wieder in ihre Grundstellung. Der Zerstäuber ZA ist nun für den nächsten Lackiervorgang vorbereitet und verharrt in der Station 20 bis zum nächsten Zerstäuberwechsel.

Start des Zerstäuberwechselprogramms und Wechsel vom Zerstäu­ ber ZB zum Zerstäuber ZA: Nach Beendigung des Lackiervorgangs mit dem Zerstäuber ZB werden die Dosierpumpe DPB gestoppt, das Ventil HNB geschlossen und anschließend die Hochspannung he­ runtergefahren. Nun kann der Zerstäuber ZB gegen den Zerstäu­ ber ZA ausgewechselt und beispielsweise ein nächstes Werkstück mit der zweiten Farbe lackiert werden.

Die beschriebene Betriebsweise ist nur ein Beispiel. Das in Fig. 4 allgemeiner dargestellte erfindungsgemässe Zerstäubersy­ stem mit dem Anschlussflansch 16, der molchbaren Leitungsspi­ rale 10, der beispielsweise nur in Richtung zum Zerstäubungs­ organ 4 fördernden Pumpe P und der dazwischengeschalteten Ven­ tileinheit 22 kann auf beliebige sonstige Weise betrieben werden.

Die Erfindung ist auch nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt. Insbesondere kann die als Vorratsbehälter dienende Schlauchwicklung oder Rohrspirale auch ohne nachgeschaltete Dosierpumpe zur Platzeinsparung vorteilhaft sein. Andererseits kann eine im Zerstäuber zwischen den Farbvorratsbehälter und das Zerstäubungsorgan geschaltete Dosierpumpe auch für belie­ bige andersartig geformte Behälter zweckmäßig sein.

In dem hier beschriebenen Zerstäuber kann sich u. a. auch die üb­ liche, für die elektrostatische Beschichtung erforderliche Hoch­ spannungskaskade befinden.

Claims (13)

1. Zerstäuber für eine Beschichtungsmaschine, der insbe­ sondere auswechselbar an einem bewegbaren Maschinenteil (1) montiert oder montierbar ist und in seinem Gehäuse (3) eine als Vorratsbehälter für das Beschichtungsmaterial dienende,
mit dem Zerstäubungsorgan (4) verbundene Vorratseinrichtung (FM) enthält,
und dem das Beschichtungsmaterial von einer Dosiereinrichtung (DP) zuführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Zerstäubergehäuse (3) eine Dosierpumpe (DP) befindet, die zwischen die Vorratsein­ richtung (FM) und das Zerstäubungsorgan (4) geschaltet ist.

2. Zerstäuber für eine Beschichtungsmaschine, der insbe­ sondere auswechselbar an einem bewegbaren Maschinenteil (1) montiert oder montierbar ist und in seinem Gehäuse (3) eine als Vorratsbehälter für das Beschichtungsmaterial dienende,
mit dem Zerstäubungsorgan (4) verbundene Vorratseinrichtung (FM) enthält,
und dem das Beschichtungsmaterial von einer Dosiereinrichtung (DP) zuführbar ist, insbesondere nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratseinrichtung durch eine spiralförmige Schlauchwicklung (10) oder eine Rohrspirale ge­ bildet ist.

3. Zerstäuber nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dosierpumpe (DP) räumlich innerhalb der Schlauchwicklung (10) oder Rohrspirale angeordnet ist.

4. Zerstäuber nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Dosierpumpe (DP) eine Zahnrad­ pumpe vorgesehen ist.

5. Zerstäuber nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe so umsteuerbar ist, daß sie in zueinander entgegengesetzten Richtungen fördern kann.

6. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die Schlauchwicklung (10) oder Rohrspirale bewegbarer Molch (12) vorgesehen ist, der das Be­ schichtungsmaterial aus dem Schlauch (FM) oder Rohr in Rich­ tung zu dem Zerstäubungsorgan (4) herausschiebt und zu diesem Zweck auf seiner dem Beschichtungsmaterial abgewandten Seite von einem Druckmedium beaufschlagt wird.

7. Zerstäuber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Molch (12) durch Druckluft angetrieben wird.

8. Zerstäuber nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schlauchwicklung (10) oder Rohrspirale an ihrem Materialauslaßende außerhalb des Schlauches (FM) oder Rohres an das externe Materialversorgungssystem (FW) des Zerstäubers angeschlossen oder anschließbar ist.

9. Zerstäuber nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die umsteuerbare Dosierpumpe (DP) in der einen Richtung das Beschichtungsmaterial aus der Vor­ ratseinrichtung (FM) zu dem Zerstäubungsorgan (4) fördert, während sie in der entgegengesetzten Förderrichtung zwischen ihr und dem Zerstäubungsorgan zugeführtes Beschichtungsmate­ rial in die Vorratseinrichtung (FM) fördert.

10. Zerstäuber nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe (DP) über eine fle­ xiblen Welle mit einem außerhalb des Zerstäubers angeordneten Motor (M) kuppelbar ist.

11. Zerstäuber nach Anspruch 10 an einem Lackierroboter, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Welle von einem in oder an dem Roboterhandgelenk (1), an dem der Zerstäuber mon­ tiert ist, angeordneten Zahnradgetriebe angetrieben wird.

12. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dosierpumpe (DP) von einem in dem Zerstäu­ ber befindlichen Elektromotor angetrieben wird.

13. Verfahren zur Materialversorgung eines Zerstäubers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Befüllen der Vor­ ratseinrichtung (FM) das Beschichtungsmaterial in die Verbindung zwischen der Vorratseinrichtung (W) und der Dosierpumpe (DP) geleitet und von der Dosierpumpe in die Vorratseinrichtung (FM) gedrückt wird, und daß bei der Beschichtung das Beschichtungsma­ terial durch Druckluft aus der Vorratseinrichtung (FM) in die Dosierpumpe (DP) gedrückt wird, die es zu dem Zerstäubungsorgan (4) fördert.