DE10115472A1 - Ventileinheit für eine elektrostatische Beschichtungsanlage - Google Patents

Abstract

Das Hauptnadelventil eines elektrostatischen Zerstäubers hat zur potentialfreien Schaltstellungsabfrage eine opto-elektronische Sensoreinrichtung mit Lichtwellenleitern, deren Stirnflächen einem reflektierenden Element eines mit der Ventilnadel verschiebbaren Baugliedes gegenüberstehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 insbesondere für einen im Betrieb unter Hochspannung stehenden Zerstäuber für die Serienbe­ schichtung beispielsweise von Fahrzeugkarossen.

In bekannten elektrostatischen Rotations- oder Luftzerstäubern dieser Art (DE 43 06 800 A bzw. Dürr/Behr "EcoGun ESTA") wird die Farbleitung am Eintritt in das Zerstäubungsorgan mit einem Farbnadelventil geöffnet und geschlossen, dem sogenannten Hauptnadelventil, dessen Ventilnadel von dem Kolben eines pneumatischen Ventilantriebs unter Steuerung durch das überge­ ordnete Programmsteuersystem der Beschichtungsanlage aus der Schließstellung gegen die Kraft einer Rückstellfeder in die Öffnungsstellung gezogen wird.

Für die übergeordnete Anlagensteuerung ist eine Rückmeldung mindestens einer und vorzugsweise beider Schaltstellungen des Haupt- oder Farbnadelventils erwünscht. Beispielsweise bei nicht elektrostatischen Luftzerstäubern war es möglich und üb­ lich, die gewünschten Schaltstellungssignale mit am Ventilan­ trieb angebrachten Hallsensoren oder induktiven Sensoren zu erzeugen. Diese elektrischen Sensoren können aber nicht in e­ lektrostatischen Zerstäubern verwendet werden, die während des Betriebes unter Hochspannung stehen. Obwohl auch hier eine Schaltstellungsabfrage wichtig wäre, gab es dafür bisher keine realisierbare Möglichkeit.

Die Erfassung der Schaltstellung einer Ventilnadel zur Steue­ rung des Farbflusses erfolgt einerseits zur Überwachung der Schaltfunktion durch Rückmeldung und andererseits auch zur Ventilsteuerung. Durch die Erfassung der Zeit zwischen dem Ansteuersignal einer Ventilnadel und der Rückmeldung der Schalt­ stellungsänderung und dem Vergleich mit einem vorgegebenen Sollwert können betriebsbedingte Abweichungen (z. B. durch Bau­ teilverschleiß) erkannt und steuerungstechnisch kompensiert werden. Dadurch ist besonders bei Lackierrobotern, die mit ho­ hen Lackiergeschwindigkeiten und häufigem Ein-/Ausschalten von Ventilnadeln arbeiten, eine bessere Konstanz der Prozeßabläufe möglich.

Es gibt zwar auch pneumatische Sensoren zur Abfrage der Schaltstellung von Ventilen, die aber für die hier betrachte­ ten dynamischen Prozesse zu langsam sind.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Ven­ tileinheit anzugeben, deren Schaltstellung auch unter Hoch­ spannung möglichst verzögerungsfrei abfragbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche ge­ löst.

Durch die Erfindung wird eine potentialfreie und deshalb auch für elektrostatische Zerstäuber geeignete Schaltstellungs­ signalisierung beispielsweise zur Hauptnadelabfrage ermög­ licht. Auch die Schaltstellung anderer in einem elektrostati­ schen Zerstäuber oder in sonstigen unter Hochspannung stehen­ den Bestandteilen einer Beschichtungsanlage befindlicher Ven­ tile kann in der hier beschriebenen Weise abgefragt werden. Bei dem Ventil kann es sich beispielsweise auch um ein Mem­ branventil handeln.

An dem in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel dargestellten elektrostatischen Rotationszerstäuber für Direktaufladung des Beschichtungsmaterials wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den Rotationszerstäuber mit der Ventilein­ heit; und

Fig. 2 und Fig. 3 zwei abgewandelte Ausführungsformen.

Der in Fig. 1 dargestellte Zerstäuber hat das übliche Hauptna­ delventil mit der Ventilnadel 1 zum Öffnen und Schließen des in der Zerstäuberglocke 4 mündenden Farbkanals 2. Die Ventil­ nadel ist längs ihrer Achse in dem den Farbkanal 2 enthalten­ den koaxialen Farbrohr 3 verschiebbar. Für die Ventilbetäti­ gung ist ein pneumatischer Ventilantrieb mit einem Kolben 6 vorgesehen, der zum Öffnen des Hauptnadelventils bei 7 mit Druckluft beaufschlagt wird und infolgedessen die an ihm be­ festigte Ventilnadel 1 gegen die Kraft einer auf seiner Rück­ seite angreifenden Druckfeder 8 in der Zeichnung nach rechts in die von der Zerstäuberglocke 4 abgewandte Richtung zieht. Insoweit ist der Zerstäuber an sich bekannt. Im Betrieb kann das gesamte Farbleitungssystem des Zerstäubers auf einem Hoch­ spannungspotential in der Größenordnung von beispielsweise 100 kV liegen.

Auf seiner der Ventilnadel 1 abgewandten Rückseite ist an den Kolben 6 ein Stößel- oder Schaftglied 10 angesetzt, das achs­ gleich mit der Ventilnadel 1 beispielsweise innerhalb der Druckfeder 8 angeordnet sein kann. Zweckmäßig am Umfang seines dem Kolben 6 abgewandten Endteils 11 hat das Schaftglied 10 darstellungsgemäß ein optisch reflektierendes Flächenelement 12. Die reflektierende Oberfläche des Elementes 12 kann eben sein und sich um den gesamten Umfang des im Querschnitt bei­ spielsweise viereckigen Endteils des Schaftes erstrecken.

Das mit dem reflektierenden Element 12 versehene Endteil 11 ist in der Zeichnung in den beiden Schaltstellungen des Haupt­ nadelventils dargestellt. Bei 11, 12 sind sie in der (linken) Schließstellung zu sehen, bei 11', 12' in ihrer (rechten) Ventilöffnungsstellung. Der Nadelhub H zwischen diesen beiden Schaltstellungen kann beispielsweise etwa 5 mm betragen.

Der Schaft 10 ist in einer zu der Nadelachse koaxialen Ausneh­ mung 14 des Ventilgehäuses verschiebbar, in die eine radial, also quer zur Nadelachse durch das Gehäuse verlaufende Öffnung 15 führt. In der Öffnung 15 sitzt ein Halte- und Positionie­ rungskörper 17 für zwei Lichtwellenleitereinheiten 20 und 21, deren optische Stirnflächen mit der Innenwand der Ausnehmung 14 fluchtend an den beiden Stellen liegen, an denen sich das reflektierende Element 12, 12' bei den beiden Schaltstellungen befindet. Das reflektierende Element liegt also bei geschlos­ senem Hauptnadelventil eng angrenzend der Stirnfläche der Lichtwellenleitereinheit 20 und bei geöffnetem Ventil der Stirnfläche der Einheit 21 gegenüber. Der gegenseitige Abstand der Mittelachsen der Einheiten 20, 21 entspricht dem Ventilna­ delhub H. Infolgedessen können die beiden Schaltstellungen durch Lichtsignale gemeldet werden, die entstehen, wenn Licht durch die betreffende Lichtwellenleitereinheit von außen zuge­ führt, von dem Element 11, 11' reflektiert und durch die selbe Lichtwellenleitereinheit (oder eventuell einen anderen Licht­ wellenleiter) zu einem opto-elektronischen Sensor (nicht dar­ gestellt) zurückgeleitet wird, der sich außerhalb des Hoch­ spannungsbereichs befinden kann.

Für den beschriebenen Zweck geeignete Lichtwellenleiter-Sen­ sorsysteme sind an sich bekannt und bedürfen keiner weiteren Beschreibung.

Statt der dargestellten Anordnung des reflektierenden Flächen­ elements 12 auf verschiedenen oder allen Umfangsteilen am Ende des Schaftgliedes 10, die beliebige Drehstellungen des Schaf­ tes bezüglich der Lichtwellenleiter 20, 21 erlaubt, genügt an sich eine reflektierende Fläche nur an dem den Lichtwellenlei­ tern zugewandten Umfangsteil.

Die Schaltstellungsabfrage kann auch an anderen Stellen der Ventilnadel selbst oder eines mit ihr verschiebbaren Bauglie­ des erfolgen.

Ferner kann in manchen Fällen eine einzige Lichtwellenlei­ tereinheit zur Abfrage nur einer der beiden Schaltstellungen genügen.

Statt der radialen Anordnung der Lichtwellenleiter des darge­ stellten Ausführungsbeispiels ist es auch möglich, einen Lichtwellenleiter axial längs des Schaftgliedes anzuordnen, dessen Schaltstellung durch unterschiedlich starke Reflexion erkannt wird.

Eine andere Abwandlungsmöglichkeit ist die Anordnung mindes­ tens einer opto-elektronischen Lichtschranke beispielsweise an dem Schaftglied 10 zur potentialfreien Abfrage einer oder bei­ der Schaltstellungen. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsführung mit zwei radial auf entgegengesetzten Seiten des Schaftgliedes miteinander fluchtend angeordneten Lichtwellenleitern LWL1 und LWL2. In der dargestellten Schaltstellung kann der Leiter LWL2 vom Leiter LWL1 gesendete Lichtimpulse zu dem optoelektro­ nischen Wandler leiten, während in der anderen Stellung das Schaftgliedende die Lichtschranke schließt. Bei der Ausfüh­ rungsform nach Fig. 3 können dagegen beide Schaltstellungen aktiv abgefragt werden, da hier eine radial durch das Schaft­ glied führende, jeweils zwischen zwei miteinander fluchtende Lichtwellenleitern LWL1, LWL2 bzw. LWL1', LWL2' positionierte Bohrung 30 vorhanden ist.

Claims (7)

1. Ventileinheit für eine elektrostatische Anlage zur Serienbeschichtung von Werkstücken
mit einem ferngesteuert umschaltbaren Ventil, dessen bewegbares Ventilglied (1) zwischen zwei Schaltstellungen verschiebbar ist und in der einen Schaltstellung den Weg für ein durch das Ventil fließendes Medium freigibt, während das Ventil geschlossen ist, wenn sich das Ventilglied (1) in sei­ ner anderen Schaltstellung befindet,
insbesondere für einen im Betrieb unter Hochspannung stehenden Zerstäuber,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Abfrage der Schalt­ stellung des Ventils und zur Erzeugung eines entsprechenden Abfragesignals eine opto-elektronische Sensoreinrichtung mit mindestens einem Lichtwellenleiter (20, 21) an einem mit dem Ventilglied (1) verschiebbaren oder einen Teil des Ventil­ glieds bildenden Bauglied (10) vorgesehen ist.

2. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das verschiebbare Bauglied (10) mindestens eine op­ tisch reflektierende Fläche (12) hat, die der Sensorfläche des Lichtwellenleiters (20, 21) gegenübersteht, wenn sich das Ventilglied (1) in seiner zu meldenden Schaltstellung befin­ det.

3. Ventileinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für jede der Schaltstellungen je eine opto­ elektronische Sensoreinrichtung mit jeweils mindestens einem Lichtwellenleiter (20, 21) vorgesehen ist.

4. Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Ventilglied (1) die Ventil­ nadel eines Nadelventils ist.

5. Ventileinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das verschiebbare Bauglied (10) ein mit der Ventil­ nadel (1) achsgleich an den Kolben (6) des pneumatischen Ven­ tilantriebs angesetztes Schaftglied ist, das in einer Ausneh­ mung (14) des Ventilgehäuses verschiebbar ist, in die eine bezüglich der Nadelachse radiale Öffnung (15) für den oder die Lichtwellenleiter (20, 21) führt.

6. Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Ventilglied mit der Membran eines Membranventils verbunden ist.

7. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lichtwellenleiter (LWL1, LWL2) mindestens eine Lichtschranke für das Bauglied (10) bilden.