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Die
Erfindung betrifft ein Farbwechselsystem für eine Anlage zur Serienbeschichtung
von Werkstücken
wie namentlich Fahrzeugkarossen.
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Die
bisher in Beschichtungsanlagen dieser Art üblichen Farbwechsler bestehen
bekanntlich aus einem pneumatisch von Magnetventilen gesteuerten Ventilblock
mit jeweils einer der wählbaren
Farben zugeordneten Farbventilmodulen, die aneinandergereiht an
einen allen Farben gemeinsamen Farbkanal angeschlossen sind, dessen
Ausgang zu den zu versorgenden Zerstäubern führt. Weitere Ventilmodule sind
für Spülzwecke
vorgesehen. Diese Farbwechsler ermöglichen zwar eine rasche Umstellung
von einer Farbe zur anderen während
des Lackierbetriebes, haben aber verschiedene prinzipielle Nachteile. Vor
allem verlängert
sich mit wachsender Anzahl an Farben beim Farbwechsler und folglich
an aneinandergereihten Farbsteuerventilen die gemeinsame Farbleitungsstrecke
des Farbwechselsystems. Diese Tatsache wirkt sich negativ auf den
Farb- und Spülmittelverbrauch
aus. Nachteilig ist auch, dass aus Platzgründen die zerstäubernahe
Installation des Farbwechslers im Lackierarm der Lackiermaschine auf
derzeit 24 Farben begrenzt ist. Ferner steigt mit der Anzahl an
Farben auch die Anzahl an Magnetventilen, die aufwendig und platzraubend
sind, sowie die Anzahl an Steuerleitungen vom Magnetventil zum Farbsteuerventil,
wodurch hohe Aufwendungen an Installationsmaterialien, Energieketten
usw. notwendig sind. Auch wird der zur Verfügung stehende Bauraum in der
Maschine durch die Steuerleitungen eingeschränkt. Überdies sind die bekannten
Farbwechsler insofern nicht unbedingt betriebssicher, als bei fehlerhafter
Parallelansteuerung von zwei Farbventilen gleichzei tig verschiedene
Farben in den gemeinsamen Farbkanal gelangen können.
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Aus
der
US-A-3674207 ist
ein Farbwechselsystem für
eine Anlage zur Serienbeschichtung von Fahrzeugkarossen bekannt
mit einer Anordnung mehrerer an je eine Farbversorgungsleitung angeschlossener
Farbversorgungsventile für
Beschichtungsmaterial mit wählbaren
unterschiedlichen Farben, an die über ein Verbindungsglied ein
Zerstäuber anschließbar ist.
Das Verbindungsglied ist mittels einer Antriebsvorrichtung an das
Versorgungsventil für die
jeweils gewählte
Farbe in einer vorgegebenen Bewegungsrichtung ankuppelbar und von
ihm trennbar. Die Farbversorgungsventile sind in einer quer zu der
Kupplungsbewegungsrichtung liegenden Ebene dem Verbindungsglied
gegenüberliegend
angeordnet, und mit einer Positionssteuervorrichtung ist das Verbindungsglied
quer zu der Kupplungsbewegungsrichtung in eine Position bewegbar,
in der das Verbindungsglied mit dem jeweils gewählten Farbversorgungsventil
ausgerichtet ist.
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Ferner
wurde in der u. a. als
WO
01/51216 A2 und
EP
1 246 703 A2 veröffentlichten
Patentanmeldung eine Beschichtungsanlage mit einem Andock-Farbwechselsystem
beschrieben, das auf der einen Seite eine stationäre Grundplatte
mit einer matrixartigen Anordnung von jeweils an Farbversorgungsleitungen
angeschlossenen Rückschlagventilen
enthält.
Auf der anderen Seite ist eine parallel zu der Ebene der Rückschlagventile
verschiebbare und zum Andocken an die Ventile senkrecht zu deren Ebene
bewegbare Anschlusseinheit vorgesehen, die eine zu einem Zerstäuber führende Farbleitungsstrecke,
Spülleitungsstrecken
sowie einen pneumatisch betätigbaren
Stößel zum Öffnen des
jeweiligen Rückschlagventils
enthält.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Farbwechselsystem anzugeben,
das die geschilderten Nachteile bekannter Farbwechsler vermeidet und
bei praktisch beliebig großer
Anzahl wählbarer Far ben
eine auf die geringstmögliche,
von der Farbanzahl unabhängige
Länge verkürzte gemeinsame
Farbstrecke ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Gegenstands nach dem Patentanspruch
1 gelöst.
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Die
Erfindung beruht auf dem Grundprinzip, über an- und abkuppelbare Medienkupplungen
einen gewünschten
Farbwechsel zu realisieren, indem der zerstäuberseitige Kupplungsteil durch
eine als Positionssteuervorrichtung dienende Handhabungshilfe mit
dem jeweiligen Kupplungsteil des Farbversorgungssystems einer ganz
bestimmten Farbe verbunden wird.
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Durch
die Erfindung ergibt sich vor allem bei steigender Farbanzahl eine
drastische Verkürzung der
gemeinsamen Farbleitungsstrecke im Farbwechsler, dessen Länge von
der Anzahl an Farben unabhängig
ist. Eine Folge ist Einsparung an Farbe und Spülmittel. Ferner kann auf die
bisher notwendigen Magnetventile zur Ansteuerung von Farbventilen verzichtet
werden, wodurch der Investitions-, Installations- und Montageaufwand
sinkt und überdies
eine Raumersparnis erreicht wird. Mit den Magnetventilen entfallen
auch die zugehörigen
Steuerluftleitungen für
jedes einzelne Farbventil der bekannten Farbwechsler und deren Platzbedarf.
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Zu
weiteren Vorteilen gehört
die Vermeidung der Parallelansteuerung von Farbventilen, da immer nur
eine Verbindung zu der gemeinsamen Farbleitungsstrecke bestehen
kann. Ferner ergeben sich im Vergleich mit den bekannten Farbwechslern
Einsparungen an Installationsmaterial sowie an Montage- und Inbetriebnahmeaufwand.
Insgesamt werden vor allem bei großer Farbzahl weniger Bauteile
benötigt. Je
nach Anwendungsfall kann das Farbwechselsystem sehr kompakt mit
optimaler Schlauchführung realisiert
werden, was vor allem beim Einbau in räumlich begrenzten Lackierarmen
wichtig ist.
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Bei
bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung können
die Medienkupplungen einseitig oder beidseitig absperrend sein,
wobei an sich bekannte Absperrorgane verwendet werden können. Für die Medienkupplungen
des Farbversorgungssystems werden als Absperrorgane Rückschlagventile verwendet.
Die Medienkupplung insbesondere des zerstäuberseitigen Farbwechselsystems
kann ein Farbventil und Funktionsventile beispielsweise für Verdünnung, Pulsluft
und Rückführung enthalten. Ferner
enthält
die Medienkupplung des zerstäuberseitigen
Farbwechselsystems eine durch einen Stößel gebildete Vorrichtung zum Öffnen der
Medienkupplungen des Farbversorgungssystems.
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Die
Handhabungshilfe für
das Zusammenführen
der Medienkupplungen kann einen elektrischen Antrieb für Bewegungen
in einem kartesischen Koordinatensystem haben, dessen x-, y- und
z-Achsen die möglichen
Bewegungsrichtungen definieren. Die Achsenbewegungen sind in diesem
Fall linear und können
beispielsweise längs
Verfahrschienen erfolgen. Die Positionierung der jeweiligen Medienkupplung
des Farbversorgungssystems und/oder der Medienkupplung des zerstäuberseitigen
Farbwechselsystems wird hier durch die x- und y-Richtungen übernommen.
Dabei müssen
vor dem Ankuppeln die Achsen der miteinander zu verbindenden Medienkupplungen
gegenseitig ausgerichtet werden, so dass sie in einer Linie fluchten.
Die Bewegung in z-Richtung kann dagegen dafür verwendet werden, die Medienkupplungen
des Farbversorgungssystems und des zerstäuberseitigen Farbwechselsystems
zusammenzukuppeln. In bestimmten Anwendungsfällen ist es auch möglich, auf
eine Achse der x-/y-Führung
zu verzichten und nur eine lineare Positionierung (Linearführung) vorzunehmen.
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Anstelle
einer x- und y-Führung
zur Positionierung und Ausrichtung der betreffenden Medienkupplung
kann auch ein Drehtisch verwendet werden. Auch in diesem Fall kann
die Ankuppelbewegung in z-Richtung
erfolgen, doch ist auch eine andere Richtung relativ zur Drehbewegung
möglich. Durch
eine zusätzliche
Linearbewegung der zerstäuberseitigen
Medienkupplung wird ferner die Möglichkeit
geschaffen, die kreisförmige
Anordnung der Medienkupplungen des Farbversorgungssystems zweireihig
auszuführen.
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Statt
eines elektrischen Antriebs für
die x-/y-Positionierung kann auch ein pneumatischer Antrieb gewählt werden.
In diesem Fall besteht die besondere Möglichkeit, zur Verringerung
der Anzahl an Ventilfunktionen und zur Verkleinerung des Bauraumes
eine Linearführung
mit binärcodierten
Hubbewegungen zu realisieren.
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Auch
der oben erwähnte
Drehtisch kann statt eines elektrischen Antriebs pneumatisch angetrieben werden.
Auch in diesem Fall kann eine binärcodierte Dreheinheit verwendet
werden.
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Zur
Positionierung besteht die Möglichkeit, die
Medienkupplung des zerstäuberseitigen
Farbwechselsystems und/oder die Medienkupplungen des Farbversorgungssystems
zu handhaben. In vielen Fällen
ist die Handhabung der Farbversorgung trotz eines eventuell größeren mechanischen
Aufwandes zu bevorzugen, da sich bei dieser Variante Farbwechselverluste
im Farbwechselsystems fast vollkommen vermeiden lassen.
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Wenn
ein Molch dazu verwendet wird, den in der Schlauchleitung ggf. verbleibenden
Lack nach einem Beschichtungsvorgang zurück in die Farbversorgung zu
drücken,
kann es zweckmäßig sein,
direkt am Farbausgang der zerstäuberseitigen
Medienkupplung nach einem Farbdruckregler eine Dosierpumpe zu platzieren.
Soll keine Dosierpumpe verwendet werden, kann es zur Vermeidung
von Farbverlusten in diesem Systemteil sinnvoll sein, bei einem
Farbwechsel die zerstäuberseitige
Medienkupplung mitsamt Farbdruckregler zu handhaben. Wenn aber eine
Dosierpumpe der zerstäuberseitigen
Medienkupplung unmittelbar nachgeschaltet ist, ist es zur Vermeidung
von Farbverlusten erforderlich, entweder den gesamten Farbversorgungsteil
oder die zerstäuberseitige
Medienkupplung mitsamt Farbdruckregler und Dosierpumpe zu handhaben.
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
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1 zeigt das Prinzip des hier beschriebenen
Farbwechselsystems.
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Gemäß 1A,
wo das System im entkuppelten Zustand dargestellt ist, sind Medienkupplungen 1 des
Farbversorgungssystems in beliebiger Anzahl an je eine Farbversorgungsleitung
für eine
der wählbaren
Farben angeschlossen. Die Medienkupplungen 1 enthalten
die Farbversorgungsventile F1, F2, F3 ..., die in einer quer zu
der durch den Pfeil 3 angedeuteten Kupplungsbewegungsrichtung
liegenden Ebene dem Anschlussventil einer oder mehrerer Medienkupplungen 2 des
zerstäuberseitigen
Farbwechselsystems gegenüberliegen.
Durch die Pfeile 4 sind die mindestens erforderlichen Freiheitsgrade
für die
Bewegung der Medienkupplungen 1 und/oder 2 angedeutet.
Wenn es sich bei den in der Zeichenebene liegenden Pfeilen 4 um
die x- und z-Richtungen eines Koordinatensystems handelt, kann ein
weiterer Freiheitsgrad die y-Richtung senkrecht hierzu sein. 1B zeigt
dasselbe System im gekuppelten Zustand, bei dem die Medienkupplungen 1 und 2 farbleitend
miteinander verbunden sind.
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Die
schrägbildliche
Ansicht der 2 zeigt das Farbwechselsystem
räumlich
in seiner Bauform mit x-, y-, und z-Führung. In der Zeichnung links
ist die dem Farbversorgungssystem zugewandte Kupplungshälfte mit
jedem Farbversorgungsventil zugeordnetem Rückschlagventil und Schlauchanschluss dargestellt.
Die Farbversorgungsventile können zweckmäßig in der
dargestellten oder einer anderen Gruppierung beispielsweise auf
einem gemeinsamen bewegbaren Tisch angeordnet sein. Rechts ist dagegen
die dem zerstäuberseitigen
Farbwechselsystem zugewandte Kupplungshälfte mit integriertem Verriegelungszylinder,
Stößel und
verschiedenen Ventilfunktionen zu sehen.
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3 zeigt
eine 2 entsprechende Bauform, bei der die dem Farbversorgungssystem
zugewandte Kupplungshälfte
mit integriertem Rückschlagventil
und Schlauchanschluss als Drehtisch ausgebildet ist. Diese Bauform
ist zu bevorzugen, wenn sehr kompakte Abmessungen gefordert werden,
beispielsweise für
den Einbau in den Lackierarm einer Lackiermaschine oder eines Lackierroboters. Der
Drehantrieb kann beispielsweise elektrisch sein, eventuell aber
auch pneumatisch. Wenn die Farbversorgungsventile darstellungsgemäß auf zwei
zueinander konzentrischen Kreisen angeordnet sind, ist zum Andocken
der beiden Kupplungshälften
zusätzlich
zu der Bewegung in z-Richtung ein beispielsweise pneumatischer Linearantrieb
für die
zerstäuberseitige
Kupplungshälfte
zur Bewegung in der x-/y-Ebene erforderlich, damit ein Wechsel zwischen den
beiden Versorgungsventilkreisen möglich ist.
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4 ist eine schematische Darstellung der x-,
y- und z-Führung
insbesondere für
die vom Zerstäuber
entfernte Montage des zerstäuberseitigen Farbwechselteils,
wobei 4B einen Schnitt durch 4A längs der
Ebene A-A darstellt. Mit FDR ist ein Farbdruckregler bezeichnet.
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5 ist
eine schematische Darstellung und Beschreibung der Medienkupplung
zur Erläuterung des
prinzipiellen Aufbaus. Die Anordnung der Ventile kann abweichend
von der dargestellten Orientierung auch in anderen Richtungen erfolgen.
Bei dem dargestellten Beispiel befindet sich der Zylinder zum Andocken
der beiden Kupplungshälften
im zerstäuberseitigen
Farbwechselsystem. Ebenso besteht die Möglichkeit, den Zylinder auf
der Farbversorgungsseite anzubringen.
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Darstellungsgemäß sind zwei
hintereinander angeordnete Zylinder vorgesehen, von denen der äußere Zylinder
Z2 die Andockbewegung durchführt, während der
innere Zylinder Z1 einen Stößel zum Öffnen des
auf der anderen Kupplungsseite befindlichen Rückschlagventils enthält. Die
Bezugszeichen 13 und 14 zeigen Nadelventile als
Funktionsventile für
Farbe, Verdünnung
und Pulsluft. Bezugszeichen 15 zeigt das Rückschlagventil
mit direktem Schlauchanschluss.
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Anhand
von 6 soll ein Farbwechselzyklus beispielsweise unter
Verwendung der Medienkupplung gemäß 5 erläutert werden.
Das System hat die folgenden Merkmale:
- – Als Absperrorgan
für die
Medienkupplungen des Farbversorgungssystems dient jeweils ein Rückschlagventil.
- – Die
Medienkupplung des zerstäuberseitigen Farbwechselsystems
enthält
die Funktionen Verdünnung
und Pulsluft zum Spülen
der gemeinsamen Farbleitungsstrecke. Die Funktion für Farbe ist
ebenfalls dargestellt, obwohl sie während des Farbwechsels an sich
nicht notwendig ist.
- – Die
Medienkupplung des zerstäuberseitigen Farbwechselsystems
enthält
einen Stößel zum Öffnen des
Rückschlagventils
der jeweiligen Medienkupplung des Farbversorgungssystems.
- – Als
Habungsvorrichtung wird eine elektrisch angetriebene Linearführung für die x-Richtung
und eine pneumatisch angetriebene Linearführung für die z-Richtung verwendet.
- – Es
wird die Medienkupplung des zerstäuberseitigen Farbwechselsystems
gehandhabt.
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Lackieren
mit der ersten Farbe: Die Achsen der Medienkupplung des Farbversorgungssystems F1
und der Medienkupplung des zerstäuberseitigen Farbwechselsystems
sind in x-Richtung ausgerichtet. Der Zylinder Z2 ist ausgefahren,
womit die beiden Kupplungshälften
eingekuppelt sind. Der Stößel Z1 ist
ebenfalls ausgefahren, womit das Rückschlagventil geöffnet wird.
Durch das geschaltete Ventil für
Farbe F gelangt die erste Farbe in die gemeinsame Farbleitungsstrecke
zu den angrenzenden Applikationsgeräten wie Farbdruckregler, Dosierpumpe
und Zerstäuber.
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Start
des Farbwechselprogramms: Bei einem anstehenden Farbwechsel wird
durch die Anlagensteuerung ein automatisches Spül- und Andrückprogramm gestartet.
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Spülen: Das
Spülen
wird in der von konventionellen Farbwechslern an sich bekannten
Weise durchgeführt.
Dabei wird der Stößel Z1 eingefahren, womit
das Rückschlagventil
geschlossen wird. Dadurch wird der Durchfluss der ersten Farbe F1
gesperrt. Beim Spülen
ist das Ventil für
diese Farbe geöffnet.
Die Ventile für
Verdünnung
und Pulsluft werden im Wechsel geöffnet. Dabei wird der gemeinsame
Farbweg vom Farbwechsler bis zum Zerstäuber gespült. Die Schnittstelle wird
automatisch mitgespült.
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Handhaben:
Nach beendetem Spülvorgang gehen
alle Ventile in ihren Ausgangszustand, und der Zylinder Z2 fährt wieder
ein, wodurch die beiden Kupplungshälften getrennt werden. Nun
wird durch die Linearführung
mit elektrischem Antrieb die Achse der zerstäuberseitigen Medienkupplung
in x-Richtung verfahren, bis sie mit der Achse der Medienkupplung
beispielsweise des Farbversorgungssystems F3 ausgerichtet ist. Anschließend fahren
nacheinander die Zylinder Z2 und Z1 aus, wodurch die beiden Kupplungshälften eingekuppelt
werden und die nächste
Farbe F3 in die gemeinsame Farbleitungsstrecke gelangt. Nach dem
Andrückvorgang
im Zerstäuber
laufen dieselben Vorgänge
wie beim Lackieren mit der ersten Farbe ab.
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7 zeigt
die Handhabung angebauter Ventilfunktionen für Anlagen und Verfahren mit
lösbaren
Zerstäubern,
also mit Zerstäuberwechselbetrieb. Hierbei
können
die an die Medienkupplung des zerstäuberseitigen Farbwechselsystems
angebauten Ventilfunktionen einzeln gehandhabt werden.
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In 8 ist
ein beispielsweise für
Sonderfarben verwendbarer Farbwechsler ebenfalls für Systeme
mit Zerstäubertausch
dargestellt. Die Zerstäuber ZA
solcher Systeme können
außer
der Zerstäubungsfunktion
auch die Funktionen der Farbbevorratung und der Farbdosierung enthalten
und nach jedem Lackiervorgang von einer Wechselvorrichtung gehandhabt
werden. Das Dosierorgan kann unmittelbar vor dem Zerstäubungsorgan
angeordnet werden, wodurch bei einem Farbwechsel nur sehr kurze Farbleitungsstrecken
entleert und gespült
werden müssen.
Außerdem
ist durch die Platzierung des Farbwechslers außerhalb des Lackierarmes eine theoretisch
unendliche Anzahl an Farben möglich. Gerade
bei einem solchen System ist es wünschenswert, auch im Bereich
des Farbwechslers Einsparungen zu erzielen.
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Da
bei solchen Systemen ohnehin geeignete Handhabungsvorrichtungen
für das
Handhaben des Zerstäubers
vorhanden sind, lässt
sich das hier beschriebene Farbwechselsystem mit Medienkupplungen
problemlos integrieren.
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9 zeigt
eine Ausführungsform
eines Farbwechselsystems, bei dem zwei separat mit dem Farbversorgungssystem
kuppelbare, jeweils mit einem Zerstäuber verbundene Medienkupplungen
A und B vorgesehen sind. U. a. für
schnelleren Farbwechsel kann beispielsweise für einen Zerstäuber ein
Farbwechsel durchgeführt
werden, während
der andere Zerstäuber
im Beschichtungsbetrieb arbeitet. Gleichzeitiger Farbwechsel für zwei Zerstäuber ist ebenfalls
möglich.
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Da
immer nur ein Farbstrang mit einer ganz bestimmten Farbe lackiert,
genügt
ein Absperrorgan, beispielsweise ein Rückschlagventil pro Farbe. Dem jeweiligen
Farbstrang (A oder B) wird jeweils eine Linearführung zugeordnet. Es ist auch
möglich, über eine
Linearführung
mit Greifer die jeweilige Medienkupplung zu bewegen, wodurch eine
Lineareinheit entfallen kann.
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Statt
der dargestellten linearen Anordnung der Farbversorgungsventile
F1–F8
ist auch eine kreisförmige
Anordnung mit Radialbewegungen möglich.
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Anhand 10–12 wird
ein für
das hier beschriebene Farbwechselsystem geeigneter pneumatischer
Linearantrieb mit binärer
Codierung erläutert.
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Von
der übergeordneten
Steuerung der Beschichtungsanlage kommende Signale (A, B, ... N) werden
je einem Zylinder ZA, ZB, ... ZN zugeordnet. Durch die Reihenschaltung
der Zylinder wird erreicht, dass die Eingangssignale der Zylinder
binär im
Dualcode codiert werden. Durch Decodierung ist es möglich, aus
n Eingangssignalen, also n Zylindern 2n Schaltstellungen,
also Ausgangssignale zu erhalten (für n = 0, 1, 2 ...). Das Decodierungssystem
für beispielsweise
n = 3 Eingangssignale in 2n = 8 Ausgangssignale
ist der Tabelle in 10 zu entnehmen.
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Diese
Logik kann beliebig weitergeführt
werden. So ist es möglich,
beispielsweise mit sechs Steuersignalen (A, B, C, D, E, F) als Eingangssignal 64 Ausgangssignale
für das
Abfahren der einzelnen Schaltpunkte zu erhalten. Ein pneumatischer
Linearantrieb mit einer solchen binären Codierung ist in 11 dargestellt.
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Soll
z. B. eine Gesamtstrecke S 8 gleiche Schaltpunkte besitzen, so erfolgt
die Aufteilung der einzelnen Hublängen der einzelnen Zylinder
gemäß 11.
Der Hub lässt
sich nach Lk = S × 2n mit
n = 0, 1, 2, ... und k = 1, 2, 3, ... berechnen.
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Es
gilt:
- S1,
S2, S:
- Abstand der einzelnen
Schaltpunkte
- Sges:
- Gesamte Strecke
- N:
- Anzahl an einzelnen
Schaltpunkte
- n:
- Variable für Zylinder
- L1,
L2, Lk:
- Einzelhub der jeweiligen
Zylinder
- Lges:
- Gesamthub
- k:
- Variable für Hub
Sges=
Lges
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Eine
Möglichkeit
zur Optimierung dieser Anordnung hinsichtlich der Baulänge besteht
darin, dass man Zylinder der Reihenschaltung je nach Bedarf parallel
anordnet. Ein dementsprechender pneumatischer Linearantrieb mit
binärer
Codierung in Kurzbauweise ist in 12 dargestellt.
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Für günstigere
Bauformen ist auch der Einsatz von ineinandergesteckten Hohlwellenzylindern denkbar.
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Die
hier als lineare Einheit dargestellte Anordnung kann in eine nach
dem gleichen Prinzip über verknüpfte Schwenkantriebe
in eine radiale oder kreisförmige
Einheit abgewandelt werden, wobei bestimmte Schaltpunkte am Umfang
abgefahren werden.