DE10136720A1

DE10136720A1 - Dosing system for a coating device

Info

Publication number: DE10136720A1
Application number: DE10136720A
Authority: DE
Inventors: Hans Schumacher; Michael Baumann; Marcus Frey; Juergen Haas; Frank Herre; Hans-Juergen Nolte
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2003-02-13
Also published as: DE50212853D1; EP1279440B1; EP1279440A3; ATE410237T1; EP1279440A2; ES2314012T3

Abstract

The dosing system has a container (1) for the coating material, containing a sliding piston (2), biased in the coating material ejection direction via a Pressurized air source (5), its movement controlled by an electromechanical drive (7) with an electric motor (15) and a drive spindle (14), coupled to the piston via a flexible tension element (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem für eine Beschichtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a metering system for a Coating device according to the preamble of claim 1.

Insbesondere handelt es sich um ein Dosiersystem für an Robotern oder sonstigen Beschichtungsmaschinen montierte Zerstäuber für die Serienbeschichtung von Werkstücken wie beispielsweise Fahrzeugkarossen. Bekannte Beschichtungsmaschinen dieser Art oder deren Zerstäuber enthalten mechanisch von einem elektromechanischen Spindelantrieb betätigte Dosierzylinder (DE 196 10 588, EP 0693319), die aber den durch ihre Bauform bedingten großen Platzbedarf haben. Die Länge dieser bekannten Dosiersysteme, die wegen der Kolbenstange etwa doppelt so groß ist wie der Kolbenhub, beeinträchtigt bei Lackierrobotern und sonstigen Handhabungsgeräten die Erreichbarkeit von Werkstückbereichen wie beispielsweise Fahrzeuginnenräumen. Neben der Baugröße haben diese Dosierzylinder aber auch aufgrund der konstruktionsbedingten Elastizitäten des Spindelantriebs, also u. a. des erforderlichen Spiels der Getriebe- und anderen Antriebselemente nicht die in manchen Fällen gewünschte extrem hohe Dosiergenauigkeit. Darüber hinaus haben sie unzureichendes Dynamikverhalten bei schnellen Änderungen des Dosiersollwerts, der die jeweils benötigte Ausflussmenge des zu dem Zerstäubungsorgan geförderten Beschichtungsmaterials vorgibt. In particular, it is a dosing system for Atomizers mounted on robots or other coating machines for the series coating of workpieces such as Vehicle bodies. Known coating machines of this type or their atomizers mechanically contain one Electromechanical spindle drive operated dosing cylinders (DE 196 10 588, EP 0693319), but which by its design have a large space requirement. The length of this known Dosing systems that are about twice as large because of the piston rod is like the piston stroke, affected by painting robots and other handling devices the accessibility of Workpiece areas such as vehicle interiors. In addition to the Size of these dosing cylinders are also due to the design-related elasticities of the spindle drive, so u. a. the required play of the gear and others Drive elements not the extreme desired in some cases high dosing accuracy. In addition, they have insufficient Dynamic behavior with rapid changes of the dosing setpoint, which is the amount of outflow required for each Spray material promoted coating material.

Es sind zwar auch schon Zerstäuber mit hydraulisch angetriebenen Kolben-Zylindereinheiten bekannt (EP 0967016), deren Druckflüssigkeit aber von einer außerhalb des Zerstäubers befindlichen Pumpe oder Dosiereinheit zugeführt werden muss. Hierfür ist beträchtlicher mechanischer Aufwand mit vielen Schnittstellen für das Dosiermedium erforderlich, besonders bei lösbar und während des Beschichtungsbetriebes ggf. zusammen mit dem Zerstäuber wechselbar montierten Dosierzylindern. Ferner ist auch bei diesen bekannten Systemen nur eine begrenzte Dosiergenauigkeit möglich, u. a. durch Schlupf z. B. aufgrund von Spülkanälen an der Dosierpumpe. There are also atomizers with hydraulic driven piston-cylinder units known (EP 0967016), the Hydraulic fluid from one outside the atomizer located pump or dosing unit must be supplied. Therefor is considerable mechanical effort with many Interfaces for the dosing medium are required, especially for detachable and possibly during the coating operation together with the Atomizer changeable mounted dosing cylinders. It is also only limited in these known systems Dosing accuracy possible, u. a. by slip z. B. due to flushing channels on the dosing pump.

Probleme hinsichtlich Dosiergenauigkeit und Dynamik ergeben sich auch bei anderen bekannten Zerstäubern mit Zylinderbehältern für das Beschichtungsmaterial, deren Kolben durch Druckluft angetrieben wird (US 5310120, JP 8-229446). Problems with dosing accuracy and dynamics arise with other well-known atomizers Cylinder containers for the coating material, their pistons through Compressed air is driven (US 5310120, JP 8-229446).

Aufgabe der Erfindung ist, ein einfaches, kompakt zu bauendes Dosiersystem der betrachteten Gattung anzugeben, das mit hoher Dosiergenauigkeit und bei Sollwertänderungen mit höchstmöglicher Dynamik arbeitet. The object of the invention is a simple, compact to build Dosing system of the genus under consideration, that with high Dosing accuracy and with setpoint changes with works with the highest possible dynamics.

Diese Aufgabe wird durch das in den Patentansprüchen angegebene Dosiersystem gelöst. This object is achieved by what is stated in the claims Dosing system solved.

Im Gegensatz zu bekannten Dosierzylindern mit Druckluftantrieb wirkt erfindungsgemäß die erste Antriebseinrichtung, vorzugsweise eine pneumatische oder mechanische Druckeinrichtung, nur als Vorspanneinrichtung für den Kolbenantrieb. Die eigentliche Dosierung erfolgt durch das Zugelement, das nur eine zu dem Vorspanndruck entgegengesetzte Kraft auf den Kolben ausübt und dessen durch diesen Vordruck bewirkte Bewegung in genau dem gewünschten Maße zulässt. Da alle mechanischen Übertragungselemente zwischen dem Kolben und der die Ausflussmenge des Beschichtungsmaterials bestimmenden mechanischen zweiten Antriebseinrichtung unter ständiger Zugbelastung stehen, entfallen die Toleranzen der bekannten elektromechanischen Kolbenantriebe, so dass sich eine wesentlich genauere Dosierung ergibt. Zugleich folgt das System aufgrund des Vordrucks direkt, schlupffrei und schnell auch sprunghaften Sollwertänderungen. In contrast to known dosing cylinders with compressed air drive acts according to the invention the first drive device, preferably a pneumatic or mechanical pressure device, only as a preloading device for the piston drive. The real one Dosing is done by the tension element, which is only one to the Bias pressure exerts opposite force on the piston and the movement caused by this form in exactly that desired dimensions. Since all mechanical Transmission elements between the piston and the the flow rate of the Coating material determining mechanical second Drive device under constant tensile load, the tolerances of the known electromechanical are eliminated Piston drives, so that there is a much more precise dosage. At the same time, the system follows directly based on the form, slip-free and rapid, sudden setpoint changes.

Aufgrund der möglichen kompakten Bauweise eignet sich das hier beschriebene Dosiersystem besonders vorteilhaft für den Einbau in Zerstäuber und räumlich begrenzte Bereiche von Beschichtungsmaschinen. Due to the possible compact design, this is suitable here dosing system described particularly advantageous for installation in atomizers and confined areas of Coating machines.

An dem in der Zeichnung schematisch und vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. At the schematic and simplified in the drawing illustrated embodiment, the invention is explained in more detail.

Das dargestellte Dosiersystem enthält einen zylinderartigen Behälter 1, in dem ein Kolben 2 längs der Zylinderachse verschiebbar gelagert ist. Der Kolben 2 unterteilt den Behälterinnenraum in einen ersten Bereich 4 für die Antriebsenergie des Systems auf der in der Zeichnung oberen Seite und einen zweiten Bereich 3, in dem sich das zu dosierende Beschichtungsmaterial wie z. B. Farblack befindet. Als Antriebsmedium kann zweckmäßig Druckluft dienen, die von einer Quelle 5 durch einen Lufteinlass 10 kommend bei dem dargestellten Beispiel den ersten Behälterbereich 4 unter Druck setzt, dadurch den Kolben 2 in Richtung zu dem zweiten Behälterbereich 3 beaufschlagt und folglich das System in dieser Kraftrichtung vorspannt. Statt Druckluft können auch andere gasförmige oder auch flüssige Druckmedien verwendet werden, die im Gegensatz etwa zu den mit Dosierflüssigkeit arbeitenden bekannten Systemen nicht dosiert zugeführt werden müssen. Statt eines Druckmediums kann zur Erzeugung der Antriebs- oder Vorspannkraft für den Kolben aber auch eine mechanische Druck- oder Zugeinrichtung insbesondere mit einer Feder vorgesehen sein. The dosing system shown contains a cylinder-like container 1 , in which a piston 2 is slidably mounted along the cylinder axis. The piston 2 divides the container interior into a first area 4 for the drive energy of the system on the upper side in the drawing and a second area 3 , in which the coating material to be metered, such as. B. color varnish. Compressed air can expediently serve as the drive medium, which, coming from a source 5 through the air inlet 10 in the illustrated example, pressurizes the first container region 4 , thereby acting on the piston 2 in the direction of the second container region 3 and consequently prestressing the system in this direction of force. Instead of compressed air, other gaseous or liquid pressure media can also be used, which, in contrast to the known systems working with metering liquid, do not have to be metered in. Instead of a pressure medium, a mechanical pressure or tension device, in particular with a spring, can also be provided to generate the drive or preload force for the piston.

An einer unkontrollierten Bewegung aufgrund der bei dem dargestellten Beispiel vorgesehenen Druckbeaufschlagung wird der Kolben 2 von einem auf der Seite des ersten Bereiches 4 an dem Kolben angreifenden flexiblen Zugelement 6 gehindert, bei dem es sich um ein zugfestes und nicht längselastisches oder dehnbares Draht-, Flachband- oder Kettenglied od. dgl. aus Metall oder Kunststoff handeln kann. Das Zugelement 6 ist durch eine Öffnung 11 aus dem Behälter 1 herausgeführt und kann außerhalb des Behälters über Rollen 12, 12' in eine zweckmäßige Richtung beispielsweise parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens 2 umgelenkt werden. Das Zugelement 6 hat die Funktion, dem Kolbendruck zur Steuerung der Kolbenbewegung entsprechend der gewünschten Ausflussmenge nachzugeben, und ist zu diesem Zweck an seinem dem Kolben 2 abgewandten Ende mit einer programmgesteuerten elektromechanischen Antriebseinheit 7 verbunden. Bei dem dargestellten Beispiel ist das flexible Zugelement 6 an dem Gewinderad 13 einer Spindel 14 befestigt, die von einem Servomotor oder sonstigen programmgesteuerten elektrischen Motor 15 angetrieben wird. Der Motor 15 ist umsteuerbar, so dass beim Zurückfahren des Kolbens 2 in Richtung zum ersten Bereich 4 nach Beendigung eines Beschichtungsvorgangs das Zugelement 6 im entsprechenden Maße wieder aus dem Behälter 1 herausgezogen werden kann. The piston 2 is prevented from an uncontrolled movement due to the pressurization provided in the example shown by a flexible tension element 6 which acts on the piston on the side of the first region 4 and which is a tensile and not longitudinally elastic or stretchable wire or flat strip - Or chain link or the like. Can act from metal or plastic. The pulling element 6 is led out of the container 1 through an opening 11 and can be deflected outside the container via rollers 12 , 12 'in a suitable direction, for example parallel to the direction of movement of the piston 2 . The pulling element 6 has the function of giving in to the piston pressure for controlling the piston movement in accordance with the desired outflow quantity, and for this purpose is connected to a program-controlled electromechanical drive unit 7 at its end facing away from the piston 2 . In the example shown, the flexible tension element 6 is fastened to the threaded wheel 13 of a spindle 14 which is driven by a servo motor or other program-controlled electric motor 15 . The motor 15 can be reversed so that when the piston 2 moves back towards the first region 4 after the completion of a coating process, the pulling element 6 can be pulled out of the container 1 to the appropriate extent.

Statt der Linear- oder translatorischen Antriebseinheit 7 des dargestellten Beispiels können auch andere Einrichtungen zur Steuerung der Folgebewegung des Zugelements 6 dienen, beispielsweise eine rotatorische Antriebseinheit mit einem Aufrollmechanismus zum Auf- und Abwickeln des Zugelements 6 während der Hin- und Herbewegung des Kolbens 2 in dem Behälter 1. Instead of the linear or translational drive unit 7 of the example shown, other devices can also be used to control the subsequent movement of the pulling element 6 , for example a rotary drive unit with a roll-up mechanism for winding and unwinding the pulling element 6 during the reciprocating movement of the piston 2 in the Tray 1 .

Wenn der Behälterbereich 4 unter Druck gesetzt werden soll, muss er gegen die Umgebung des Behälters abgedichtet sein. Zur Abdichtung an der Stelle der Herausführung des Zugelementes 6 aus dem Behälter 1 kann es genügen, beispielsweise einen das Zugelement bildenden Runddraht durch eine Dichtmanschette an der Öffnung 11 zu führen. In anderen Fällen kann es aber zweckmäßiger sein, auf eine Abdichtung der Herausführung 11 zu verzichten, auch um dem Zugelement 6 eine möglichst freie Bewegung zu ermöglichen, und dessen Weg bis zum Kolben 2 gegen die Umgebung offen, also druckfrei zu gestalten. Bei dem dargestellten Beispiel ist das Zugelement 6 zu diesem Zweck von einer längs der Bewegungsrichtung des Kolbens 2 beweglichen, beispielsweise balgartigen Umhüllung 17 umschlossen, die gegen den unter Druck setzbaren Behälterbereich 4 abdichtend an ihrem einen Ende an dem Kolben 2 und an ihrem anderen Ende an der die Herausführungsöffnung 11 umgebenden Wand des Behälters 1 befestigt ist. If the container area 4 is to be pressurized, it must be sealed off from the surroundings of the container. For sealing at the point where the pulling element 6 is led out of the container 1 , it may be sufficient to pass, for example, a round wire forming the pulling element through a sealing sleeve at the opening 11 . In other cases, however, it may be more expedient to dispense with a sealing of the lead-out 11 , also in order to enable the pulling element 6 to move as freely as possible, and to make its path up to the piston 2 open to the environment, that is to say free of pressure. In the example shown, the tension element 6 is enclosed for this purpose by a bellows-like sheath 17 which is movable along the direction of movement of the piston 2 and which seals against the pressurizable container region 4 at one end against the piston 2 and at its other end the wall of the container 1 surrounding the lead-out opening 11 is fastened.

In Abwandlung des beschriebenen Beispiels bestehen auch andere Möglichkeiten für die Druckbeaufschlagung des Kolbens in dem ersten Behälterbereich 4. Statt den Behälterbereich 4 selbst unter Druck zu setzen, kann man beispielsweise auch einen unter Druck setzbaren und dadurch expandierenden Balg od. dgl. einbauen, der den Kolben 2 in Richtung zu dem zweiten Behälterbereich 3 drückt. In a modification of the example described, there are also other possibilities for pressurizing the piston in the first container region 4 . Instead of pressurizing the container region 4 itself, it is also possible, for example, to install a bellows or the like which can be pressurized and thereby expanding and which presses the piston 2 in the direction of the second container region 3 .

Der das Beschichtungsmaterial enthaltende Behälterbereich 3 hat eine Materialauslassöffnung 19, an die eine zu dem Zerstäubungsorgan 20 des Zerstäubers, in den der Behälter 1 und vorzugsweise auch die anderen Bestandteile des Dosiersystems einschließlich der Antriebseinheit 7 vorteilhaft eingebaut sein können, führende Leitung angeschlossen ist. Das Zerstäubungsorgan 20 kann beispielsweise der Glockenteller eines elektrostatischen Rotationszerstäubers oder die Düse eines Luftzerstäubers od. dgl. sein. The container area 3 containing the coating material has a material outlet opening 19 , to which a line leading to the atomizing element 20 of the atomizer, into which the container 1 and preferably also the other components of the metering system including the drive unit 7 can advantageously be installed, is connected. The atomizing element 20 can be, for example, the bell cup of an electrostatic rotary atomizer or the nozzle of an air atomizer or the like.

Nach Beendigung eines Beschichtungsvorgangs, bei dem der Kolben 2 den Behälterbereich 3 ganz oder teilweise entleert hat, wird er wieder in seine Ausgangsstellung zurückgeschoben. Das kann durch den Druck des Farb- oder sonstigen Beschichtungsmaterials bewirkt werden, das beim Einfüllvorgang u. U. durch die Auslassöffnung 19, vorzugsweise aber durch eine zusätzliche in den Bereich 3 führende Einlassöffnung gemäß dem Pfeil 21 in den Behälter 1 geleitet wird. Das Zugelement 6 wird im gleichen Maße von der Antriebseinheit 7 zurückgezogen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Antriebseinheit 7 den Kolben 2 gegen den auch beim Einfüllvorgang wirkenden Druck der Quelle 5zurückzieht, wobei sich der dadurch freiwerdende Bereich 3 mit dem Beschichtungsmaterial füllt. After a coating process has ended, in which the piston 2 has emptied the container area 3 completely or partially, it is pushed back into its starting position. This can be caused by the printing of the paint or other coating material that u. U. is passed through the outlet opening 19 , but preferably through an additional inlet opening leading into the region 3 according to the arrow 21 into the container 1 . The tension element 6 is withdrawn to the same extent by the drive unit 7 . Another possibility is that the drive unit 7 pulls the piston 2 back against the pressure of the source 5 which also acts during the filling process, the region 3 which is thereby freed from being filled with the coating material.

Claims

1. dosing system for a coating device with a container ( 1 ) and a piston ( 2 ) which is displaceable in the container and separates a first container region ( 4 ) from a second container region ( 3 ) containing the coating material to be dosed,
with at least one opening ( 19 , 21 ) for filling or emptying the second container area ( 3 ) and
with a first drive device ( 5 ) with which a driving force can be exerted on the piston ( 2 ) in the direction of the second container region ( 3 ),
characterized in that a pulling element ( 6 ) acts on the piston ( 2 ) on the side of the first container region ( 4 ), and
that the traction element ( 6 ) is connected to a second drive device ( 7 ) with which the movement of the piston ( 2 ) driven by the first drive device ( 5 ) for metering the coating material can be controlled.

2. Dosing system according to claim 1, characterized in that an electromechanical drive device ( 7 ) acts on the tension element ( 6 ).

3. Dosing system according to claim 1 or 2, characterized in that the pulling element ( 6 ) is a flexible wire, band or chain element connecting the piston ( 2 ) with the second drive device ( 7 ) located outside the container ( 1 ), and that the opening ( 11 ) through which the pulling element ( 6 ) is led out of the container ( 1 ) is sealed against the pressurizable container region ( 4 ).

4. Dosing system according to claim 3, characterized in that the pulling element ( 6 ) is enclosed by a sheath ( 17 ) which is movable along the direction of movement of the piston ( 2 ) and which seals against the pressurizable container region ( 4 ) at one end the piston ( 2 ) and at its other end the lead-out opening ( 11 ) is attached to the wall of the container ( 1 ).

5. Dosing system according to one of the preceding claims, characterized in that the second drive device ( 7 ) contains a spindle ( 14 ) which can be rotated by a controlled motor ( 15 ).

6. Dosing system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second drive device contains a roller rotatable by a controlled motor for winding and unwinding the tension element ( 6 ).

7. Dosing system according to one of the preceding claims, characterized in that the first drive device ( 5 ) on the side of the first container region ( 4 ) exerts a compressive force on the piston ( 2 ).

8. Dosing system according to one of the preceding claims, characterized in that the first drive device contains a source ( 5 ) for a pressure medium with which a pressure can be exerted on the piston ( 2 ) for driving the piston ( 2 ) thereon in the first container region ( 4 ).

9. Dosing system according to one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the first drive means a Includes driving force generating spring.

10. Dosing system according to one of the preceding claims, characterized in that to the outlet ( 19 ) of the second container region ( 3 ) an input line of the atomizing member ( 20 ) of an atomizer is connected, in which the metering system or at least the container ( 1 ) is arranged ,