-
Die
Erfindung betrifft ein Dosiersystem für eine Beschichtungsanlage
zur insbesondere serienweisen Beschichtung von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Bei
der Beschichtung von Werkstücken
wie z.B. Fahrzeugkarossen oder deren Teilen mit Lack oder anderen
Beschichtungsmitteln wie Dicht- oder Klebstoffen ist bekanntlich
eine möglichst
genaue Dosierung des dem Applikator zugeführten Beschichtungsmaterials
erforderlich. Die Dosierung erfolgt bedarfsabhängig, d.h. während der
Beschichtung muss der Volumenstrom (Durchflussmenge pro Zeiteinheit)
des dem Applikator zugeführten
Beschichtungsmaterials in Abhängigkeit
von den jeweiligen Teilbereichen des Werkstücks mit hoher Präzision und
kurzen Ansprechzeiten änderbar
sein, wobei die jeweiligen Sollwerte in der übergeordneten Anlagensteuerung
gespeichert sind und von ihr vorgegeben werden.
-
An
Dosiersysteme für
Beschichtungsanlagen werden in der Praxis erhebliche und zum Teil schwierig
realisierbare Anforderungen gestellt, vor allem an die Genauigkeit,
die in vielen Fällen
absolut und hinsichtlich Dosierschwankungen mindestens ± 1 % vom
Sollwert betragen soll, und zwar mit hoher Wiederholgenauigkeit
bei Temperatur-, Viskositäts- und
Druckschwankungen. Wegen der erforderlichen Genauigkeit wird vorzugsweise
stufenlose Volumenregelung verlangt. Die Bestandteile des Dosiersystems
müssen
u.a. zur Vermeidung von Aushärtungen möglichst
totraumfrei sein. Besondere Anforderungen ergeben sich bei der Dosierung
von speziellen Beschichtungsstoffen wie beispielsweise NAD-Material
(Nichtwässrige
Polymerdisper sion), für
die u.a. spezielle Messeinrichtungen erforderlich sind, oder bei
Materialien, bei deren Applikation hoher Dosierdruck erreicht wird,
z.B. im Fall von PUR bis 400 bar. Unterschiedliche Bedingungen ergeben
sich hinsichtlich des Volumenstroms, also der Durchflussmenge, die
in typischen Fällen
z.B. zwischen 2 und 50 ccm/sec betragen kann. Weitere Anforderungen betreffen
die zulässigen
Einschwing- und Reaktionszeiten des Systems (< 40 ms bis zum Erreichen von ± 5 des
Sollwerts), frei programmierbare Einstellbarkeit des Vordrucks mit
geringer Reaktionszeit (< 100 ms)
und automatische dynamische Anpassung des Vordrucks bei Viskositätsänderungen
des Beschichtungsmaterials, die Möglichkeit der automatischen Kalibrierung
bei Materialänderungen
sowie geringe Verzögerungszeiten
bei Betriebsbeginn. Generell sollen nicht nur der Anlagen- und Wartungsaufwand, sondern
insbesondere in Hinblick auf die Montage in oder an Applikationsrobotern
auch Gewicht und Abmessungen der Systembestandteile möglichst
gering sein.
-
Für Beschichtungsanlagen
sind unterschiedliche Dosiersysteme mit kontinuierlicher oder diskontinuierlicher
Dosierung des Beschichtungsmaterials bekannt. Kontinuierliche Dosiersysteme
haben prinzipielle Vorteile wie relativ geringen Aufwand (niedrige
Kosten), kontinuierlichen Materialfluss, großen Dosierbereich, kurze Zykluszeiten
ohne Nachfüllzeiten
und kompakte Abmessungen. Bekannte kontinuierliche Dosiersysteme
sind aber für
manche Anwendungsfälle
zu ungenau. Sie können
Druckregler mit einfachen Regelkreisen enthalten, mit denen lediglich
eine Druckregelung oder unter Verwendung einer Durchflussmesszelle
eine Mengenregelung durchgeführt
wird, oder auch Durchflussregler, in deren Regelkreisen z.B. Regelventile
als Stellglied und Durchflussmesszellen als Istwertgeber verwendet
werden können.
Abgesehen von ihrer relativ geringen Dosiergenauigkeit reagieren
diese Dosiersysteme an sich auch relativ langsam auf Sollwertänderungen, was
beispielsweise die Beschichtungsqualität beim Applizieren von Kleberbahnen
oder beim Nahtabdichten bemerkbar herabsetzt, wegen der Ein- und Ausschaltsprünge insbesondere
am Anfang und Ende der Bahnen, aber auch bei Mengenänderungen auf
der applizierten Bahn. Bekannt und üblich sind ferner kontinuierliche
Dosiersysteme, die volumetrisch mit Zahnraddosierpumpen dosieren.
Diskontinuierliche Dosiersysteme enthalten dagegen typisch Kolbendosierer,
die in Ausführung
als Einzel- oder Doppeldosierer mit elektrischem Servodosierantrieb bekannt
sind und ohne geschlossenen Regelkreis arbeiten können, zweckmäßig aber
druckabhängig
gesteuert werden. Dem Dosiersystem kann zweckmäßig ein Druckregler zur Gewährleistung
eines möglichst
konstanten Eingangsdrucks vorgeschaltet werden.
-
-
Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, auf einfache
Weise kontinuierliche Dosierung mit hoher Dosiergenauigkeit und
geringen Reaktionsverzögerungen
zu ermöglichen.
-
Dies
wird durch die Merkmale der Patentansprüche erreicht.
-
Das
hier beschriebene zwei- oder mehrstufige Dosiersystem kann mit geringem
Bau-, Steuerungs- und Instandhaltungsaufwand als reines Durchflusssystem
mit der Möglichkeit
kontinuierlicher Endlosdosierung realisiert werden, das im Gegensatz
zu bekannten kontinuierlichen Systemen den Vorteil größtmög licher
Dosiergenauigkeit (in der Regel weniger als 1 % Abweichung vom Sollwert)
hat. Eine vergleichbare Genauigkeit war bisher nur mit diskontinuierlichen
Kolbendosierern erreichbar.
-
Das
System arbeitet nach dem Master-Slave-Prinzip mit der ersten Dosierstufe
als Master und der zweiten Dosierstufe als Slave. Für die erste
Dosierstufe kann zweckmäßig eine
vorteilhaft einfache, kompakte, kosten- und wartungsgünstige Dosiereinrichtung
an sich bekannter Art verwendet werden wie beispielsweise ein verschleiß- und wartungsarmer Durchflussregler
mit einem Dosierventil als Stellglied oder auch ein noch einfacherer
dosierender Druckregler. Für
die zur Feindosierung erforderliche zweite Dosierstufe kann dagegen
beispielsweise eine Kolbendosiereinrichtung verwendet werden, die
konventionellen Kolbendosierern ähnlich
sein kann, im Gegensatz zu diesen aber nicht mit periodischem Füllen und
Entleeren diskontinuierlich fördert,
sondern lediglich das von der ersten Dosierstufe kommende, kontinuierlich
hindurchfließende
Beschichtungsmaterial zur Vergrößerung oder
Verkleinerung der Durchflussmenge beaufschlagen muss. Wegen dieses
prinzipiellen Unterschieds kann der Feindosierer kleiner, kompakter
und leichter sein als diskontinuierliche Kolbendosierer, wodurch
er besonders gut für die
Montage in oder an einem Roboterarm (z.B. auf Achse 3) oder mitfahrend
(auf Achse 7) geeignet ist, was wiederum wegen der kurzen Entfernung
des Dosiersystems vom Applikator zur Erhöhung der Dosiergenauigkeit
beiträgt.
Da der Feindosierer mechanisch weniger beansprucht wird, ist er
auch weniger verschleißanfällig und
wartungsaufwändig
als übliche
Kolbendosierer.
-
Die
erste Dosiervorrichtung arbeitet vorzugsweise im geschlossenen Regelkreis.
Die Feindosierung muss dagegen nicht in allen Fällen in einem eigenen geschlossenen
Regelkreis er folgen. Ähnliche Vorteile
ergeben sich auch dann, wenn als Feindosierer andere Einrichtungen
einschließlich
kontinuierlich fördernder
bzw. mit kontinuierlichem Durchfluss arbeitender Dosierpumpen an
sich bekannter Art verwendet werden, deren Förderwirkung umsteuerbar ist,
so dass sie den Druck oder Volumenstrom des Beschichtungsmaterials
sowohl erhöhen
als auch herabsetzen können,
und deren Antriebsmotor zur Korrektur des von der ersten Dosiereinrichtung
eingestellten Druck- oder Volumenstromwerts steuerbar ist. Hierfür kommen
z.B. einfache Zahnraddosierpumpen, ventillose Drehkolbenpumpen (
EP 1 348 487 ) oder doppelt
wirkende Kolbenpumpen (etwa gemäß Patentanmeldung
EP 05 111 273.8 oder 4-Ventil-Hochdruckpumpen
z.B. der Firma Rexson) in Betracht. Auch ebenfalls für andere
Zwecke an sich bekannte, mit rotierenden Spindeln arbeitende Schraubenpumpen
können
zweckmäßig verwendet
werden.
-
Eine
weitere Möglichkeit
ist eine Feindosierung unter Verwendung einer sollwertabhängig gesteuerten
Applikatordüse
als zweite Dosiereinrichtung, beispielsweise im geschlossenen Regelkreis
in der aus der
EP 1
346 775 A1 an sich bekannten Weise, wonach als Stellglied
das Hauptnadelventil eines Zerstäubers
dient, der auch den elektrischen oder pneumatischen Antrieb dieses
Dosierventils und/oder eine zugehörige Durchflussmesseinrichtung
enthalten kann.
-
Bei
dem hier beschriebenen System greift der Feindosierer in der Regel
nur ein, wenn die von der vorgeschalteten Dosierstufe eingestellte
Ausflussrate nicht genau den vorgegebenen Sollwerten entspricht,
also korrigiert werden muss. Je nach Anwendungsfall kann der Feindosierer
Druck oder Volumen des Beschichtungsmaterials justieren. Besonders
vorteilhaft kann der Feindosierer bei plötzlichen Änderungen des Sollwerts für Druck
oder Ausflussrate die dann notwendige Druckanpassung extrem kurzfristig
realisieren. Entsprechendes gilt beispielsweise auch für die erforderliche Übersteuerung
bei der aus der
EP 1 481 736 bekannten
Schlauchatmungskompensation. Dadurch wird z.B. beim Nahtabdichten
die Applikationsqualität
wesentlich verbessert, insbesondere auch am Anfang und Ende der
applizierten Naht.
-
Neben
dem Vorteil geringer Reaktionszeiten bei schnellen Volumen- oder
Druckänderungen
während
des laufenden Applikationsvorgangs hat die Erfindung weitere Vorteile
wie u.a. die Möglichkeit
der präzise
dosierten Applikation sowohl sehr kleiner als auch großer Volumenströme sowie
universelle Verwendbarkeit für
unterschiedliche Beschichtungsaufgaben und Materialien. Zu den erfindungsgemäß dosierbaren
Materialien gehören
beispielsweise thixotropes Material, NAD-Material und PUR.
-
Die
Erfindung eignet sich zwar für
beliebige Beschichtungsstoffe einschließlich Lack, vor allem aber
für hochviskoses
Beschichtungsmaterial, wie es z.B. bei Klebeapplikationen (wie Türfalzkleben
bei Fahrzeugkarossen), zum Unterbodenschutz oder bei der Dichtstoffapplikation
benötigt
wird. Beispielsweise beim Nahtabdichten (Sealing) mit Airless-Zerstäubung, bei
der das Beschichtungsmaterial bekanntlich im Gegensatz zu Rotations-
oder Luftzerstäubung
allein durch den Eingangsdruck der Applikationsdüse zerstäubt und die Applikationsmenge
demgemäß direkt
durch den Druck an der Düse
bestimmt wird, erweist sich die Erfindung als besonders vorteilhaft. Ähnliche
Vorteile ergeben sich bei ebenfalls durch Luftzerstäubung appliziertem
Material für
den Unterbodenschutz von Karossen. Allgemein ist die Erfindung immer
dann vorteilhaft, wenn vor dem Öffnen des
Hauptventils (z.B. der Hauptnadel) des Applikators ein definierter
Vordruck eingestellt werden muss.
-
Wie
schon erwähnt
wurde, kann mit dem hier beschriebenen System der Druck oder der
Volumenstrom des dem Applikator zugeführten Beschichtungsmaterials
geregelt werden, in beiden Fällen
jeweils mit dem Ziel einer genauen und bedarfsabhängig steuerbaren
Dosierung des applizierten Beschichtungsmaterials. Bei der Druckregelung
kann vorausgesetzt werden, dass jedem Druckwert am Eingang des Applikators
ein bekannter, genau bestimmter Ausflussmengenwert des applizierten
Materials entspricht, der in kompensierbarer Abhängigkeit von sonstigen Faktoren
wie Temperatur und/oder Viskosität
beispielsweise durch die geometrische Form und Größe einer
Applikationsdüse
gegeben ist. Bei Druckregelung ist also für die gewünschte Dosierung eine zu dem
geregelten Druck passende Düse zu
verwenden oder für
eine gegebene Düse
der ihr entsprechende Druck an der Düse zu erzeugen. Ob Druck oder
Volumenstrom geregelt wird, hängt
von praktischen Erfordernissen des jeweiligen Anwendungsfalls ab.
Beispielsweise kann hierbei das jeweilige Beschichtungsmaterial
eine Rolle spielen, doch kann auch für dasselbe Material ein Druckregelsystem
wegen seines geringeren Aufwands oder ein Volumenstromregelsystem
wegen dessen höherer
Genauigkeit bevorzugt werden.
-
An
dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 ein
mehrstufiges Dosiersystem gemäß der Erfindung;
-
2 die
schematische Darstellung eines für
den Regelkreis eines Feindosierers des Systems nach 1 verwendbaren
Stellglieds; und
-
3 ein
vereinfachtes Ersatzmodell des Regelsystems nach 1 in
seiner Ausbildung als Druckregler mit Feindosierung.
-
Das
in 1 dargestellte Dosiersystem ist so konzipiert,
dass es wahlweise sowohl zur Druckregelung als auch zur Volumenstromregelung
verwendet werden kann. Nicht alle Bestandteile sind also für den jeweiligen
Fall erforderlich.
-
Das
von einem Applikator 10 zu applizierende Beschichtungsmaterial,
beispielsweise für
Fahrzeugkarossen oder deren Teile benötigtes Sealingmaterial, wird
von einer Materialversorgungseinrichtung 12 durch eine
Eingangsleitung 13 und einen Materialdruckregler 14 einer
ersten Dosiereinrichtung 20 und von dort durch eine Verbindungsleitung 21 einer zweiten
Dosiereinrichtung 30 zugeführt. Vom Ausgang der zweiten
Dosiereinrichtung 30 fließt das Beschichtungsmaterial
durch eine Leitung 31, beispielsweise eine Schlauchleitung,
zu dem Eingang des Applikators 10. Die Materialförderung
wird durch den in den Leitungen 13, 21 und 31 herrschenden
Druck bewirkt. Die gestrichelten Linien stellen z.B. elektrische oder
pneumatische Signalsteuerleitungen dar.
-
Der
Materialdruckregler 14 dient zur Einregelung des Vordrucks
des Dosiersystems am Materialeingang der ersten Dosiereinrichtung 20 und
enthält
zu diesem Zweck ein in die Eingangsleitung 13 geschaltetes
Stellventil 22 und einen zugehörigen Drucksensor 23.
Das Stellventil 22 kann in an sich bekannter Weise von
einer in der Applikationssteuerung 40 enthaltenen zugehörigen Regeleinrichtung (nicht
dargestellt) im geschlossenen Regelkreis in Abhängigkeit von dem Druck-Istwert, der von
dem Drucksensor 23 am Materialausgang des Stellventils 22 gemessen
wird, und einem vorgegebenen gewünschten
Vordruck-Sollwert gesteuert werden. Der Material druckregler 14 wird
hierbei auf einen konstanten Materialdruck eingestellt, der größer ist
als der im Applikationsbetrieb erforderliche Maximaldruck im System.
-
Die
erste Dosiereinrichtung 20 enthält ein in die Verbindungsleitung 21 geschaltetes
Dosierventil 22, das in an sich bekannter Weise als Stellglied
eines geschlossenen Regelkreises dient und von einem beispielsweise
elektrischen umsteuerbaren Motor M20 mit zugehörigem Getriebe G betätigt wird, sowie
einen eigenen Drucksensor 23, der den Druck am Materialausgang
des Dosierventils 22 misst. Eine ebenfalls in der Applikationssteuerung 40 enthaltene zugehörige Regeleinrichtung
(nicht dargestellt) kann den Motor M20 in Abhängigkeit von dem Druck-Istwert
des Drucksensors 23 und/oder in Abhängigkeit von einem Istwertgeber
am Ausgang der zweiten Dosiereinrichtung 30 und von den
in der üblichen
Weise mit dem Istwert verglichenen Sollwerten steuern. Die Sollwerte
sind für
die gewünschte
Dosierung des Beschichtungsmaterials während der Applikation bedarfsabhängig veränderlich
und werden dem Regelkreis von der übergeordneten automatischen
Anlagensteuerung (nicht dargestellt) vorgegeben.
-
Die
zweite Dosiereinrichtung
30 dient zur Feindosierung des
Beschichtungsmaterials und enthält
bei dem dargestellten Beispiel eine Zylindereinheit
32,
in der ein Kolben
33 von einem umsteuerbaren Motor M30 über ein
Getriebe G in beiden Richtungen verschiebbar ist. Der Kolben begrenzt
die erste Zylinderkammer
34, die einen an die Verbindungsleitung
21 angeschlossenen
Materialeingang und einen an die Leitung
31 angeschlossenen
Materialausgang hat und im Übrigen
druckdicht geschlossen ist. Konstruktiv kann die Zylindereineheit
32 den
aus Beschichtungsanlagen an sich bekannten Kolbendosierern (beispielsweise
EP 1 252 936 ,
EP 1 314 483 ,
EP 1 384 885 usw.) oder auch ebenfalls
an sich bekannten Kolbenpumpen ent sprechen, von denen sie sich aber
durch ihre im Folgenden erläuterte
prinzipiell andersartige Funktion und Betriebsweise als Stellglied eines
geschlossenen Regelkreises unterscheidet. Die Verbindungsleitung
21 enthält zwischen
dem Materialausgang der ersten Dosiereinrichtung
20 und dem
Materialeingang der ersten Zylinderkammer
34 ein Rückschlagventil
35,
um bei zusätzlichem
Druckaufbau durch den Feindosierer einen Druckrückschlag zu dem Dosierventil
22 zu
verhindern.
-
An
den über
die Leitung 31 mit dem Applikator 10 verbundenen
Materialausgang der ersten Zylinderkammer 34 des Feindosierers
ist ein weiterer Drucksensor 36 angeschlossen, der den
von ihm gemessenen Druck-Istwert einer weiteren (nicht dargestellten)
Regeleinrichtung in der Applikationssteuerung 40 zuführt, die
bei einer möglichen
Funktionsweise des Systems den Istwert mit von der übergeordneten
Anlagensteuerung vorgegebenen (der gewünschten Ausflussmenge beim
Applizieren entsprechenden) Drucksollwerten vergleichen und entsprechende
Steuersignale dem Motor M30 des Feindosierers zuführen kann.
Ist der Druck des Beschichtungsmaterials zu niedrig, wird er durch
den Antrieb des Kolbens 33 in Richtung in die Zylinderkammer 34 erhöht, während zu
hoher Druck durch entsprechendes Vergrößern der Zylinderkammer 34 durch
den Motor M30 herabgesetzt wird. Der Motor M30 wird nur zur Korrektur
von Abweichungen der Istwerte von den Sollwerten betätigt. Meistens
steht der Kolben 33 dagegen währen der dosierten Applikation
des Beschichtungsmaterials still.
-
Wenn
in Applikationspausen die Düse
des Applikators 10 durch das übliche Hauptnadelventil oder
dergleichen geschlossen ist, kann es zweckmäßig sein, den Messwert des
bei der oben beschriebenen Funktionsweise direkt auf den Feindosierer
wirkenden Drucksensors 36 gemäß einer anderen Funktion auch
zur Einstellung des statischen Drucks im System, also am Materi aleingang
des Feindosierers zu verwenden. Dieser statische Druck kann von einer
in der Applikationssteuerung 40 enthaltenen Regeleinrichtung
eingestellt werden, eventuell unter Verwendung der Zylindereinheit 32.
-
Darstellungsgemäß ist zusätzlich zu
dem Drucksensor 36 am Materialausgang der Zylindereinheit 32 eine
Durchflussmesszelle 37 in die Leitung 31 geschaltet,
die bei einer ebenfalls möglichen
Funktionsweise des Systems den Volumenstrom des zu dem Applikator 10 fließenden Beschichtungsmaterials
misst und diesen Istwert der zugehörigen Regeleinrichtung in der
Applikationssteuerung 40 zuführt. Die Regeleinrichtung kann
somit durch Vergleich dieses Istwerts mit Sollwerten für den momentan
erforderlichen Volumenstrom oder mit entsprechend umgerechneten
Drucksollwerten die als Stellglied dienende Zylindereinheit 32 der
zweiten Dosiereinrichtung 30 zur direkten Volumenstromregelung
ansteuern.
-
Da
die Durchflussmesszelle 37 den Volumenstrom des zu dem
Applikator 10 fließenden
Beschichtungsmaterials misst, der sich als Ergebnis beider Dosiereinrichtungen 20 und 30 ergibt,
kann es ferner zweckmäßig sein,
mit dem Messwert der Durchflussmesszelle 37 zusätzlich auch
den Regelkreis der ersten Dosiereinrichtung anzusteuern. Bei Kenntnis
des jeweiligen Drucks an beiden Dosiereinrichtungen lassen sich
beide Regelkreise separat steuern. Die Messwerte der Durchflussmesszelle 37 können in
der Applikationssteuerung 40 in entsprechende Druckwerte
umgerechnet werden.
-
Wenn
kein durch den Volumenstrom gesteuertes Regelsystem, sondern ein
ausschließlich druckgesteuertes
Dosiersystem realisiert werden soll, könnte die Durchflussmesszelle 37 auch
entfallen. Gemäß einer
nicht dargestellten weiteren Ausführungsform der Erfindung ist
es aber andererseits möglich, auch
die dem Feindosierer vorgeschaltete erste Dosiereinrichtung in direkter
Abhängigkeit
von dem beispielsweise in der Verbindungsleitung 21 gemessenen
Volumenstrom anzusteuern.
-
Bei
den oben beschriebenen Funktionen kann vorausgesetzt werden, dass
die Druck- bzw. Volumenstrommesswerte am Ausgang der zweiten Dosiereinrichtung
30 in
genau definierbarer Relation zu den entsprechenden Werten unmittelbar
am Applikator
10 stehen. Diese Relation kann bei der Installation
oder Kalibrierung der Beschichtungsanlage ermittelt werden und bleibt
dann unverändert,
wobei Störeinflüsse wie
z.B. Schlauchatmung in an sich bekannter Weise (vgl. etwa
EP 1 481 736 und
EP 1 298 504 ) kompensiert
werden können.
Auch an sich variable Faktoren wie Temperaturänderungen und die Viskosität des verwendeten
Beschichtungsmaterials können
in der Applikationssteuerung
40 durch bekannte Relationen
rechnerisch berücksichtigt
werden. In ähnlicher
Weise können
in der Applikationssteuerung bei der Kalibrierung des Systems feste
Relationen zwischen Druck und Volumenstrom und/oder Ausflussmenge
gespeichert werden.
-
Es
kann allerdings auch zweckmäßig sein, einen
zusätzlichen
Drucksensor 42 direkt an den Materialeingang des Applikators 10 anzuschließen. Der Messwert
dieses Drucksensors 42 ist für die eigentliche Dosierregelung
gemäß den obigen
Erläuterungen
nicht notwendig, doch kann er z.B. in der Applikationssteuerung 40 bei
der Adaption des Systems dazu dienen, die Einflüsse von Temperatur und/oder Viskosität zu eliminieren.
In anderen Fällen
kann es dagegen zweckmäßig sein,
beispielsweise für
besonders schnelle Regelung das Dosiersystem mit Hilfe eines Drucksensors
am Applikator zu regeln.
-
Wenn
bei geschlossener Applikationsdüse kein
Material appliziert wird, ist es in vielen Fällen zweckmäßig, den Material fluss aus
der Leitung 31 zu dem Applikator 10 nicht zu unterbrechen,
sondern das Beschichtungsmaterial in einem Zirkulationskreis kontinuierlich
zu der Materialversorgung vor der Einrichtung 12 zurückzuleiten,
beispielsweise um Materialänderungen
oder Absetzen des Materials zu vermeiden. Der Zirkulationskreis
kann durch den Applikator 10 hindurchführen, wie es bei Beschichtungsanlagen
an sich bekannt ist. Zu diesem Zweck ist die zu dem Applikator 10 führende Leitung 31 mit
einer Rückführleitung 51 über ein
Umschaltventil 50 verbunden, das während der Applikation geschlossen
ist und bei geschlossener Applikationsdüse des Applikators 10 geöffnet wird.
-
Der
Zirkulationskreis muss jedoch nicht bis zu dem Applikator 10 oder
sogar – wie
in diesem Ausführungsbeispiel – bis durch
den Applikator 10 hindurch gehen. Alternativ besteht bei
einem Applikationsroboter auch die Möglichkeit, dass der Zirkulationskreis
nur bis zu einem der Roboterarme reicht, beispielsweise bis zum
Vorderarm (Roboterachse 3).
-
Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann
der Zirkulationskreis darstellungsgemäß durch die Zylindereinheit 32 hindurchführen. Die
Rückführleitung 51 mündet hierbei
in einen Materialeinlass der zweiten Zylinderkammer 39,
die sich auf der zu der ersten Zylinderkammer 34 entgegengesetzten
Seite des Kolbens 33 befindet, und eine an einen Materialauslass
der zweiten Zylinderkammer 39 angeschlossene Ausgangsleitung 51' bildet dann
die Fortsetzung des Zirkulationskreises. Die Ausgangsleitung 51' ist an das
dargestellte Wegeumschaltventil 53 angeschlossen, von dem
aus der Zirkulationskreis weiter zurück bis zu dem Zirkulationsanschluss 52 vor dem
Eingang der Materialversorgungseinrichtung 12 führt.
-
Die
Funktion des Umschaltventils 53 besteht darin, die Zylinderkammer 39 über die
Ausgangsleitung 51' des
Zirkulationskreises selektiv entweder mit dem Zirkulationsanschluss 52 oder über die
Gegendruckleitung 55 mit der Eingangsleitung 13 des
Dosiersystems zu verbinden. Da die zweite Zylinderkammer 39 bis
auf die Ein- und Ausgänge
des Zirkulationskreises druckdicht geschlossen ist, ergibt sich durch
diese Ausgestaltung auf einfache Weise die Möglichkeit, dass während der
Applikation bei geschlossenem Umschaltventil 50 die zweite
Zylinderkammer 39 über
das Wegeumschaltventil 53 mit dem Materialversorgungsdruck
des Dosiersystems beaufschlagt werden kann. Die Druckbeaufschlagung
hat den Vorteil, dass der Dosierantrieb mit dem Motor M30 für zur Feindosierung
erforderlichen Stellbewegungen des Kolbens 33 nur relativ
geringe Kräfte
aufbringen muss, die zur Überwindung
einer Druckdifferenz zwischen den beiden Zylinderkammern 34 und 39 erforderlich
sind. Der Aufbau des Gegendrucks ermöglicht vorteilhaft eine kleinere
und kompaktere Bauweise des Feindosierers bezüglich des Antriebs, was wiederum
eine Verbesserung der Genauigkeit und der Reaktionszeit ermöglicht.
Wenn der Zirkulationskreis nicht durch die Zylindereinheit 32 führt, kann
das Umschaltventil 53 entfallen und der Gegendruck in der
zweiten Zylinderkammer 39 durch die Leitung 55 direkt
aus der Materialversorgung hergeleitet werden.
-
Der
Gegendruck in der zweiten Zylinderkammer 39 könnte auch
von einer von der Materialversorgung getrennten Druckquelle (z.B.
einer Pneumatik) erzeugt werden. Ferner könnte der die Kolbenbewegung
unterstützende
Druckwert in der zweiten Zylinderkammer 39 entsprechend
den gewünschten
Bewegungen des Kolbens 33 änderbar sein, wobei sich Überdruck
oder Unterdruck bezüglich
der ersten Zylinderkammer 34 ergeben kann.
-
Das
Prinzip der Verwendung einer Zylindereinheit wie z.B. der Einheit 32 in 1 als
Stellglied eines Druck- oder Volumenstrom-Regelkreises mit Druckunterstützung in
der zweiten Zylinderkammer 39 ist in 2 dargestellt.
Der gemäß dem Doppelpfeil 57 regelnde
Dosierantrieb des Kolbens 33 muss jeweils nur die Differenz
zwischen dem Druck P2 in der ersten Zylinderkammer 34,
durch die das Material mit geregeltem Druck oder Volumenstrom kontinuierlich
hindurchfließen
kann, und dem unterstützenden Druck
P1 in der zweiten Zylinderkammer 39 überwinden. Ein derartiges Stellglied
kann über
das Ausführungsbeispiel
nach 1 hinaus auch für beliebige andere Regelkreise
sinnvoll sein, eventuell auch ohne die Druckunterstützung.
-
In 3 ist
ein Ersatzmodell der Regelkreise des Dosiersystems gemäß 1 in
seiner Ausbildung als Druckregler mit Feindosierung dargestellt. Es
kann zur Simulierung des Regelverhaltens und zur Durchführung von
Berechnungen dienen, die für die
Realisierung der verschiedenen Funktionen und für die gegenseitige regelungstechnische
Abstimmung der beiden Dosiereinrichtungen in Bezug aufeinander erforderlich
sein können.
-
In Übereinstimmung
mit 1 ist die erste Dosiereinrichtung 20 über die
Verbindungsleitung 21 mit der als Feindosierer dienenden
zweiten Dosiereinrichtung 30 verbunden, von der die Schlauchleitung 31 zu
dem Applikator führt.
Die zugehörigen,
in der Applikationssteuerung 40 (1) befindlichen elektronischen
Regeleinrichtungen 60 bzw. 61 für die erste
Dosiereinrichtung 20 bzw. für die zweite Dosiereinrichtung 30 können übliche Universal-PID-Regler sein,
die zur Durchführung
des Soll-Ist-Abgleichs die Messwerte der Druck- oder Durchflusssensoren
beispielsweise mit einer Abtastperiode in der Größenordnung von 50 ms abtasten.
Darstellungsgemäß sind bei de
Regler 60 und 61 von den bei 64 dargestellten
Sollwerten gesteuert. Bei der anfänglichen Kalibrierung des Systems
kann die Relation zwischen Volumenstrom und Druck erfasst und als „Basiskurve" gespeichert werden,
die später
bei zu großer Differenz im laufenden Betrieb korrigiert werden kann.
Die verschiedenen Funktionen des Regelsystems einschließlich des
durch Drehzahl und Hub gekennzeichneten Dosierantriebs M30 des Feindosierers
können
auf Monitoren 62, 63 bzw. 64 angezeigt werden.
Bei 65 und 66 können selektiv Störgrößen wie
z.B. wellige Druckschwankungen oder ein Ausfall der Materialversorgung
manuell simuliert werden.
-
Das
beschriebene Ausführungsbeispiel
lässt sich
im Rahmen der Erfindung in verschiedener Hinsicht abwandeln und
insbesondere vereinfachen. Beispielsweise kann ein System vorgesehen
sein, das nur aus der Kombination eines sollwertgesteuerten Materialdruckregelkreises
oder eines Dosierventils mit einer Feindosierung besteht. Auch der
etwaige Druckschwankungen der Materialversorgung ausgleichende Materialdruckregler 14 ist
nicht immer notwendig. Ferner sind Ausführungsbeispiele denkbar, bei
denen nur die zur Feindosierung dienende zweite Dosiereinrichtung
im geschlossenen Regelkreis gesteuert wird, nicht aber die vorgeschaltete erste
Dosiereinrichtung, die in diesem Fall nur von den Sollwerten gesteuert
würde.