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Die
Erfindung betrifft einen Farbdosierzylinder zur Versorgung einer
Farbausgabedüse
mit einem Farbmaterial für
Lackierungsanlagen, welcher wenigstens eine Spülvorrichtung für den Farbdosierzylinder
aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Farbdosierzylinder
zur Versorgung einer Farbausgabeöffnung
mit einem Farbmaterial für
Lackierungsanlagen, der ein abnehmbares Kopfverschlussstück aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lackierungsanlage. Darüber hinaus
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Spülen eines Farbdosierzylinders.
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Lackierungsanlagen
sind seit vielen Jahren bekannt und haben sich bewährt, um
unterschiedlichste Materialien mit einem Farbauftrag zu versehen.
Bei einem derartigen Farbauftrag können primär optisch/ästhetische Ziele im Vordergrund
stehen (Farbgebung eines Gegenstands). Ebenso kann auch der Schutz
eines Materials – bei spielsweise Schutzlackierung
von Metallen – als
primäres
Ziel im Vordergrund stehen. In der Regel spielen beide Erwägungen eine
Rolle. Grundsätzlich
wird bei derartigen Lackieranlagen eine Farbe von einem Vorratsbehälter bereitgestellt
und über
entsprechende Rohr- bzw.
Schlauchleitungen zu einer Farbausgabedüse transportiert (z. B. Spritzpistole),
an der die Farbe ausgegeben wird. Um eine möglichst fein verteilte Farbausgabe
zu ermöglichen,
und damit einerseits ein optisch einwandfreies Lackierungsergebnis
zu erzielen, und andererseits gleichzeitig Farbmaterial einsparen
zu können,
wird die Farbe in Form eines fein zerstäubten Farbnebels unter hohem
Druck von der Farbausgabedüse
ausgegeben. Da die dabei erforderlichen Drücke erzeugt und von den verwendeten
Komponenten beherrscht werden müssen,
resultiert daraus ein nicht unerheblicher Aufwand der Lackierungsanlage
bzw. der Lackdosiersysteme. Darüber
hinaus ist zu berücksichtigen,
dass im Zuge der heutigen Automatisierung die Lackierungssysteme weitgehend
automatisiert werden sollen, und so beispielsweise die Farbausgabedüse häufig an
einem Roboterarm montiert ist.
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Andererseits
nimmt die Nachfrage der Kunden nach lackierten Werkstücken in
einer persönlichen ”Individualfarbe” zu. Dies
führt in
zunehmendem Maße
in vielen Branchen zu sehr kleinen Stückzahlen je Farbe. Auch wenn
Hersteller bei Lackierungsvorgängen
grundsätzlich
bestrebt sind, möglichst
viele Gegenstände,
die jeweils mit der gleichen Farbe lackiert werden sollen, zu einer
Gruppe zu gruppieren, die nacheinander lackiert wird, nimmt daher
die Anzahl der Farbwechsel in der Produkti on zwangsläufig zu.
Ein derartiger Farbwechsel ist jedoch nicht unproblematisch.
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Einerseits
beansprucht ein Farbwechsel einer Lackierungsanlage stets eine gewisse
Zeitdauer. Während
des Spülvorganges
kann die Lackierungsanlage nicht zum Lackieren verwendet werden.
Weiterhin soll im Rahmen eines Spülvorgangs möglichst wenig Lack verworfen
werden. Darüber
hinaus soll auch die Menge an Spülmittel,
die bei einem Spülvorgang
der Lackierungsanlage eingesetzt wird, möglichst gering gehalten werden.
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Diese
Anforderungen führten
in der Vergangenheit bereits zu einer ganzen Reihe von Entwicklungen
auf dem Gebiet verlustarmer Kleinstmengenversorgungen für Lackierungsanlagen.
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Ein
derartiger bekannter Aufbau liegt in Form eines Fließbechers
vor, der über
ein Lackfreigabeventil des Fließbechers
mit einer Zahnradpumpe in Verbindung steht. Der Fließbecher
steht dabei unter Atmosphärendruck.
Die Druckerhöhung
des Lacks auf den zur Zerstäubung
erforderlichen Hochdruck erfolgt in der Zahnradpumpe. Von der Zahnradpumpe
ausgehend wird das Farbmaterial unter Hochdruck stehend über Versorgungsschläuche an
den Zerstäuber
transportiert, wo es in Form eines Farbnebels ausgegeben wird. Ein
Vorteil einer derartigen Lackierungsanlage mit Fließbecher
und Zahnradpumpe besteht in dem einfachen Aufbau der Anlage. Darüber hinaus
kann auch während
des Betriebs Farbe in den Fließbecher
nachgefüllt
werden. Dadurch ist eine einfache, kontinuierliche Farbdosierung
möglich.
Den genannten Vorteilen stehen jedoch einige Nachteile entgegen.
So muss bei einem Farbwechsel der Fließbecher manuell gereinigt werden.
Dazu wird der Fließbecher
mit einem Spülmittel befüllt und
manuell mit einem Pinsel von Hand gereinigt. Dies ist naturgemäß aufwändig und
zeitraubend. Zwar ist es möglich,
den Farbversorgungsschlauch, den Zerstäuber und die Zahnradpumpe automatisch
zu reinigen, jedoch ist auch hier die zum Reinigen erforderliche
Zeit recht groß,
und auch die Menge an erforderlichem Spülmittel ist nicht unerheblich.
Dies liegt insbesondere an der schlechten Spülbarkeit der Zahnradpumpe.
Bedingt durch die Zahnräder
liegen relativ viele verwinkelte Stellen in der Zahnradpumpe vor,
die nur sehr schlecht gereinigt werden. Typische Zeitdauern für einen
Spülvorgang
liegen bei etwa 2 bis 5 Minuten. Auch wenn zum Teil Bypassventile
verwendet werden, um das verwendete Spülmittel kombiniert mit Druckluftimpulsen durch
die Zahnradpumpe hindurchlaufen zu lassen, ist der Verbrauch an
Spülmittel
dennoch sehr hoch. Ein weiterer Nachteil liegt in der Verwendung
einer Zahnradpumpe begründet.
Eine Zahnradpumpe unterliegt einem betriebsmäßigen Verschleiß. Dies
verursacht zunächst
einmal entsprechende Kosten, die mit dem erforderlichen zyklischen
Austausch der verschlissenen Zahnradpumpen einhergehen. Darüber hinaus
führt der
Verschleiß zu
einer stetig abnehmenden Förderwirkung
der Zahnradpumpe. Demzufolge ist eine regelmäßige Nachjustage der Lackierungsanlage
erforderlich, um von einer Pumpendrehzahl, Pumpenbetriebsdauer usw.
auf die ausgegebene Farbmenge schließen zu können. Auch dies erweist sich
als zeitraubend und nachteilig.
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Um
die Probleme, die mit der Verwendung einer Zahnradpumpe verknüpft sind,
zu umgehen, wurde bereits die Verwendung von Dosierzylindern erwogen.
Bei derartigen Dosierzylindern handelt es sich um ein Zylinderrohr,
in dem ein Kolben verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben steht
beispielsweise über
eine Zahnstange mit einer elektromotorischen Antriebseinheit in
Verbindung. Der Druckaufbau und die Mengendosierung der im Dosierzylinder befindlichen
Farbe erfolgt durch eine Volumenänderung
des Dosierzylinderinnenraums mittels einer Verschiebung des Kolbens.
Darin liegt ein großer
Vorteil, denn der Dosierzylinder unterliegt im Wesentlichen keinem
betriebsmäßigen Verschleiß. Dadurch
ist auch eine Pumpennachjustage, wie sie bei Zahnradpumpen unbedingt
erforderlich ist, entbehrlich. Das Einfüllen neuer Farbe geschieht
durch ein Öffnen
des Dosierzylinders. Das Öffnen
bekannter Dosierzylinder erfolgt durch Abschrauben eines Zylinderkopfs des
Dosierzylinders. Um die im Zylinder befindlichen hohen Drücke beherrschen
zu können,
wird der Zylinderkopf mit Hilfe eines Schraubverschlusses bzw. mit
Hilfe mehrerer Schraubverschlüsse
am Zylinderrohr festgeschraubt. Nachteilig ist es dabei, dass ein Öffnen und
Verschließen
des Dosierzylinders sehr aufwändig
und zeitraubend ist. Dies hat üblicherweise
Betriebsunterbrechungen im Bereich mehrerer Minuten zur Folge, was
naturgemäß unerwünscht ist.
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Auch
bei Dosierzylindern ist bei einem Farbwechsel eine Reinigung des
Dosierzylinders erforderlich. Die Reinigung kann prinzipiell dadurch
erfolgen, dass der Dosierzylinder aufgeschraubt wird und mit Hilfe
eines Spülmittels
und eines Pinsels per Hand gereinigt wird. Zwischenzeitlich wurden
jedoch auch automatische Spülvorrichtungen
für derartige Dosierzylinder
vorgeschlagen. Die Spülvorrichtung wird
dabei im Bereich des Zy linderkopfs vorgesehen und reinigt den Innenraum,
wenn sich der Kolben in einer oberen Position befindet. Die Reinigung
erfolgt über
mehrere Spülbohrungen.
Dabei wird Spülmittel über mehrere
Spülbohrungen,
die im Bereich des Zylinderkopfs vorhanden sind, in tangentialer
Richtung in den Zylinderraum eingespritzt. Wenigstens eine erste
Bohrung ist dabei nach oben zum Deckel hin gerichtet, wenigstens
eine zweite nach unten zum Kolben hin gerichtet. Dadurch erfolgt
ein entsprechender Spülmittelaustrag
zu der Kolbenoberfläche bzw.
der Zylinderkopfoberfläche
hin, damit diese optimal gereinigt werden. Der Spülmittelaustritt
(wobei das Spülmittel
mit Farbe verunreinigt ist) erfolgt in der Mitte des Zylinders durch
eine zentrisch angeordnete Bohrung im Zylinderkopf.
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Auch
wenn derartige Dosierzylinder grundsätzlich funktionstüchtig sind,
so weisen diese dennoch Nachteile auf, die sich beim Betrieb derartiger Dosierzylinder
als nachteilig erweisen. Insbesondere ist der Spülmittelverbrauch nach wie vor
recht hoch.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Dosierzylinder
vorzuschlagen, der in Handhabung und Betrieb vorteilhafter ist.
Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes
Spülverfahren
vorzuschlagen.
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Die
Vorrichtungen bzw. das Verfahren gemäß der unabhängigen Patentansprüche lösen diese Aufgabe.
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Dazu
wird vorgeschlagen, einen Farbdosierzylinder der zuvorderst genannten
Art dahingehend weiterzubilden, dass die Spülvorrichtung wenigstens zwei
Spülmittelaustrittsöffnungen
aufweist. Überraschenderweise
hat sich nämlich
gezeigt, dass es für die
Qualität,
die Geschwindigkeit und die Effizienz des Spülverfahrens nicht nur auf die
Anzahl und die Anordnung der Spülmitteleintrittsöffnungen
ankommt, sondern ganz im Gegenteil die Spülmittelaustrittsöffnungen
einen überwiegenden
Anteil am Spülergebnis
haben. Der Einfluss der Spülmittelaustrittsöffnungen
ist oftmals größer als
der Einfluss der Spülmitteleintrittsöffnungen.
So haben die Erfinder festgestellt, dass das Lösen der Lackreste von der Zylinder-
bzw. Kolbeninnenwand beim Spülvorgang nur
einen Teil der Problemlösung
darstellt. Die eigentliche Problemlösung ist vielmehr darin zu
sehen, dass die bereits gelösten
Farbmittelreste auch von der Zylinderwand wegbewegt werden und aus
dem Zylinderinnenraum nach außen
abtransportiert werden. Wenn das Spülmittel tangential in den Dosierzylinder
eingespritzt wird, bewegt sich dieses mitsamt der in ihm befindlichen,
gelösten
Lackreste annähernd
auf einer Kreisbahn bzw. Spiralbahn im Zylinderkopf. Aufgrund der
Zentrifugalkraft werden die Lacktröpfchen nach außen getrieben.
Wenn nun die Spülmittelaustrittsöffnung,
so wie dies bislang bei Farbdosierzylindern der Fall ist, radial
in der Mitte des Dosierzylinders vorgesehen wird, so hat die Strömung im
Dosierzylinder zwar einen Strömungsanteil in
Richtung zur zentrischen Bohrung im Zylinderkopfdeckel, jedoch kann
diese Strömung
aufgrund der Zentrifugalkraft nicht alle Lackpartikel mitreißen. Dementsprechend
kann die Spülwirkung
bei Farbdosierzylindern deutlich verbessert werden, wenn nicht nur
eine, sondern wenigstens zwei oder mehr Spülmittelaustrittsöffnungen
vorgesehen werden. Diese sind vorzugs weise in unterschiedlichen
Bereichen der Wandungen des Farbdosierzylinders vorgesehen.
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Vorteilhaft
ist es, wenn wenigstens eine Spülmittelaustrittsöffnung tangential
angeordnet ist und/oder wenigstens eine Spülmittelaustrittsöffnung mittig,
insbesondere in einer Axialrichtung des Farbdosierzylinders angeordnet
ist. Unter einer axialen bzw. einer tangentialen Ausrichtung einer Öffnung ist insbesondere
die mechanische Ausrichtung der entsprechenden Öffnung und/oder die Hauptströmungsrichtung
des durch sie hindurchtretenden Fluids, wenn die Öffnung in
Betrieb ist, zu verstehen. Die mittig angeordnete, gegebenenfalls
in einer Axialrichtung angeordnete Spülmittelaustrittsöffnung ist
besonders gut geeignet, wenn ein Grobspülvorgang durchgeführt wird,
bei dem größere Farbmengen
entfernt werden sollen. Auch ist diese Öffnung geeignet, wenn Farbpartikelreste
initial gelöst
werden sollen. Die tangential angeordnete Spülmittelaustrittsöffnung ist
insbesondere geeignet, um bereits gelöste Farbmittelreste auf besonders
effektive Weise aus dem Dosierzylinderhohlraum hinauszubefördern. Bei einer
derartigen tangential angeordneten Spülmittelaustrittsöffnung,
die insbesondere im radial äußeren Bereich
des Dosierzylinders vorgesehen ist, ist die Zentrifugalkraft, die
bei einer wirbelförmigen
Strömung
auf die Farbpartikel einwirkt, nicht von Nachteil, sondern im Gegenteil
sogar förderlich,
um diese aus dem Innenraum des Farbdosierzylinders herauszubefördern. Es
kann vorgesehen werden, dass die Spülmittelaustrittsöffnungen
gleichzeitig geöffnet sind,
oder nacheinander geöffnet
werden. Auch Mischformen sind möglich.
Für eine
ent sprechende Ansteuerung können
geeignete ansteuerbare Ventile vorgesehen werden.
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Möglich ist
es, wenigstens eine Spülmitteleintrittsöffnung,
insbesondere lediglich eine Spülmitteleintrittsöffnung,
welche insbesondere in einer tangentialen Richtung angeordnet ist,
vorzusehen. Das tangentiale Einspritzen führt zu einem Wirbel, der besonders
effektiv Farbpartikel, insbesondere solche, die auf einer radialen
Wandung des Farbdosierzylinderinnenraums haften, löst. Es ist
vollkommen ausreichend, eine einzelne (horizontal ausgerichtete) tangentiale
Spülmitteleintrittsöffnung vorzusehen,
da sich das Spülmittel
nach dem Austritt aus der Spülmitteleintrittsöffnung auf
der Zylinderinnenwand gleichmäßig nach
oben und unten verteilen kann. Im Stand der Technik ging man bislang
davon aus, dass das eingespritzte Spülmittel eine axiale Richtungskomponente
aufweisen muss, um die Kolbenoberfläche bzw. die Zylinderkopfinnenoberfläche effektiv
reinigen zu können.
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Vorteilhaft
ist es, wenn wenigstens eine Spülvorrichtung
in einem Kopfbereich des Farbdosierzylinders ausgebildet ist. In
diesem Fall kann die Spülvorrichtung
tätig werden,
wenn der Farbdosierzylinder nur noch einen kleinen Innenraum aufweist.
Dadurch können
die Farbmengen, die durch den Spülvorgang
verloren gehen, verkleinert werden. Gleichzeitig kann auch der Spülvorgang
schneller erfolgen und mit weniger Spülmittel durchgeführt werden.
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Weiterhin
ist es möglich,
wenigstens eine Spülmitteleintrittsöffnung mit
wenigstens zwei unterschiedlichen Medien zu beaufschlagen, insbesondere
mit zwei unterschiedlichen Spülmitteln
und/oder einem Spülmittel
und einem gasförmigen
Medium. Diese Beaufschlagung mit unterschiedlichen Medien kann entweder
gleichzeitig (Spülmittel-Gas-Mischung)
oder nacheinander (z. B. zwei Spülmittel)
erfolgen. Bei der Verwendung unterschiedlicher Spülmittel
können
diese in unterschiedlichen Verfahrensschritten ausgegeben werden,
wobei die Spülmittel auf
die jeweilige Spülaufgabe
hin optimiert sind. Durch die vorgeschlagene Einspritzung eines
Spülmittel-Gasgemischs kann
darüber
hinaus die Effektivität
des Spülvorgangs
nochmals gesteigert werden. Bevorzugt ist dabei die Zugabe von Luft,
insbesondere von Druckluftpulsen (oder anderen Gaspulsen). Insbesondere
kann dadurch die Geschwindigkeit des Spülvorgangs erhöht werden
und die Menge an erforderlichem Spülmittel verringert werden.
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Möglich ist
es, eine elektrisch isolierte Anordnung des Farbaufnahmeraums des
Farbdosierzylinders vorzusehen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen,
dass Kolben, Zylinderrohr und Zylinderkopf (einschließlich Spritzpistole)
galvanisch isoliert zur Umgebung aufgebaut sind. Der Kolbenantrieb
(z. B. eine Zahnstange, in die ein angetriebenes Zahnrad eingreift)
kann dazu elektrisch isolierend ausgeführt werden. Beim genannten
Beispiel mit einer Zahnstange kann beispielsweise die Zahnstange
aus einem Isolator aufgebaut sein. Dadurch ist es möglich, elektrostatische
Lackierverfahren, die besonders geringe Lackverluste zeigen, besonders
leicht zu implementieren.
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Weiterhin
wird ein Farbdosierzylinder zur Versorgung einer Farbausgabeöffnung mit
einem Farbmaterial für
Lackierungsanlagen vorgeschlagen, der ein abnehmbares Kopfverschlussstück aufweist, und
der dahingehend weitergebildet wird, dass wenigstens eine Schnellverschlussvorrichtung
zur Befestigung des Kopfstücks
dient. Bei Verwendung einer derartigen Schnellverschlussvorrichtung
kann das Kopfstück
besonders einfach und schnell abgenommen und wieder aufgesetzt werden.
Dies ist besonders bei einem etwaigen Wechsel von Farbmaterial von
Vorteil, da dadurch die Produktionsunterbrechung zeitlich minimiert
werden kann. Obwohl man bisher davon ausging, dass bei den in Farbdosierzylindern
auftretenden Drücken
Schraubverschlussverspannungen unentbehrlich sind, um eine ausreichende
Dichtigkeit des Farbdosierzylinders zu erreichen, haben die Erfinder
feststellen können,
dass auch bei Verwendung von Schnellverschlussvorrichtungen eine
ausreichende Dichtigkeit erreicht werden kann.
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Möglich ist
es dabei, die Schnellverschlussvorrichtung als selbstverrastende
Schnellverschlussvorrichtung auszubilden. D. h., dass die Schnellverschlussvorrichtung
so ausgebildet ist, dass sie sich unter einer Betriebslast von selbst
in der verschlossenen Stellung hält,
zumindest wenn sie vorab ordnungsgemäß verschlossen wurde. Dies
kann durch geeignete Vorsprünge,
Ausnehmungen, Auflaufschrägen,
Hinterschneidungen und dergleichen erzielt werden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn wenigstens eine Schnellverschlussvorrichtung als Bajonettverschlusseinrichtung
ausgebildet ist. Derartige Bajonettverschlüsse haben sich bewährt und
sind als Schnellverschlussvorrichtung auch für den vorgesehenen Zweck sehr
gut geeignet. Da Bajonettverschlüsse
an sich auch bekannt sind, können
Umgewöhnungszeiten
für das
Bedienpersonal minimiert werden.
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Möglich ist
es, dass wenigstens eine Schnellverschlussvorrichtung durch eine
Drehbewegung, vorzugsweise eine Drehbewegung des Kopfverschlussstücks, verschließbar ist.
Gerade mit einer Drehbewegung können
besonders große
Kräfte
realisiert werden, beispielsweise wenn eine geeignete Hebellänge vorgesehen
wird. Insbesondere kann die Drehbewegung ein festes Andrücken des
Kopfverschlussstückes
an den restlichen Farbdosierzylinderteilen bewirken.
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Möglich ist
es weiterhin, eine Schließerkennungseinrichtung
zur Erkennung eines festen Verschlusses des Farbdosierzylinders
vorzusehen. Eine derartige Schließerkennungseinrichtung kann
einen Betrieb der Anlage (Ausdrücken
von Farbe und/oder Durchführung
eines Spülvorgangs)
unterbinden, wenn beispielsweise die Gefahr besteht, dass das Kopfverschlussstück nicht
definitiv verschlossen wurde. Dies kann zu einer Gefährdung von
Anlagenteilen bzw. des Bedienpersonals führen, was naturgemäß unerwünscht ist.
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Der
beschriebene Farbdosierzylinder mit abnehmbarem Kopfverschlussstück kann
im Übrigen auf
eine beliebige Weise mit einem der bereits beschriebenen Merkmale
kombiniert werden. Er weist dann die entsprechenden Vorteile in
analoger Weise auf.
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Insbesondere
ist eine Lackierungsanlage von Vorteil, welche wenigstens einen
Farbdosierzylinder gemäß dem bereits
beschriebenen Aufbau bzw. gemäß den vorgeschlagenen
Weiterbildungsmöglichkeiten
aufweist. Auch eine derartige Lackierungsanlage weist die bereits
genannten Vorteile in analoger Weise auf.
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Weiterhin
wird ein Verfahren zum Spülen
eines Farbdosierzylinders vorgeschlagen, bei dem ein in einem ersten
Spülschritt
zugeführtes
Spülmittel durch
eine erste Spülmittelaustrittsöffnung austritt und
ein in einem zweiten Spülschritt
zugeführtes Spülmittel
zumindest auch durch eine zweite Spülmittelaustrittsöffnung austritt.
Es hat sich herausgestellt, dass ein derartiges zweistufiges Verfahren,
bei dem unterschiedliche Spülmittelaustrittsöffnungen verwendet
werden, ein besonders effektives Spülverfahren darstellt. Insbesondere
können
die Spülzeiten und
der Spülmittelverbrauch
deutlich verringert werden. Dabei bleibt es nicht ausgeschlossen,
dass auch noch weitere Spülschritte
vorgesehen werden. Auch kann das in den jeweiligen Spülschritten
zugeführte
Spülmittel
gleichartig oder unterschiedlich sein und gegebenenfalls noch mit
zusätzlichen
Medien (beispielsweise mit einer Druckluftbeaufschlagung, die zumindest
teilweise pulsartig erfolgen kann), erfolgen. Möglich ist es auch, dass in
einem zwischen dem ersten und dem zweiten Spülschritt liegenden zeitlichen
Bereich beide Spülmittelaustrittsöffnungen gleichzeitig
offen sind. Eine jeweilige Parametrierung kann in Abhängigkeit
der jeweiligen Geometrie des Farbdosierzylinders und der jeweils
verwendeten Farben angepasst werden.
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Insbesondere
ist es möglich,
bei einem der Spülschritte,
insbesondere beim ersten Spülschritt, den
Spülmittelaustritt
durch eine mittig angeordnete, insbesondere axial angeordnete Spülmittelaustrittsöffnung erfolgen
zu lassen. Der erste Spülschritt
ist besonders effektiv, um größere Farbmengen
auszuspülen
bzw. um an den Innenwänden
des Farbdosierzylinders anhaftende Farbreste besonders effektiv
initial zu lösen.
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Möglich ist
es darüber
hinaus, bei einem der Spülschritte,
insbesondere beim zweiten Spülschritt, den
Spülmittelaustritt
durch eine tangential angeordnete Spülmittelaustrittsöffnung erfolgen
zu lassen. Ein derartiger Spülmittelaustritt
ist insbesondere dafür
geeignet, bereits gelöste
Farbpartikel besonders effektiv aus dem Innenraum des Farbdosierzylinders herauszuführen.
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Vorzugsweise
erfolgt bei zumindest einem der Spülschritte eine Beaufschlagung
des Spülmittels
durch Gasdruckpulse. Dies kann die Effektivität des Spülvorgangs nochmals steigern.
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Zusätzlich oder
alternativ ist es möglich,
zumindest zwei unterschiedliche Spülmittel zu verwenden. Insbesondere
können
für die
unterschiedlichen Spülschritte
unterschiedliche Spülmittel
verwendet werden. Auch hier kann das Spülergebnis gegebenenfalls verbessert
werden.
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Die
vorgeschlagene Vorrichtung bzw. das vorgeschlagene Verfahren wird
im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
schematische Ansicht einer Lackierungsanlage mit einem Dosierzylinder;
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2 die
Anordnung von Fluidöffnungen
in schematischer Ansicht von oben gesehen;
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3 die
Anordnung von Fluidöffnungen
in einer Dosierzylinderwand;
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4 ein
Zylinderkopfverschlussteil von oben gesehen;
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5 ein
Bajonettverschlusseingriff in eine Dosierzylinderwand;
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6 ein
Zylinderkopfverschlussteil im schematischen Querschnitt.
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1 zeigt
in schematischer Ansicht die unterschiedlichen Komponenten einer
Lackieranlage 1, bei der ein Dosierzylinder 2 als
Farbquelle bzw. als Druckerhöhungspumpe
für die
auszugebende Farbe verwendet wird. Die Farbe befindet sich in einem Hohlraum 3 des
Dosierzylinders, der von einer Zylinderwand 4, einem verschiebbaren
Kolben 5 und einem lösbar
befestigten Zylinderkopfverschluss 6 umgrenzt wird. Das
Volumen des Hohlraums 3 kann durch Verschieben des Kolbens 5 in
der Zylinderwand 3 variiert werden. Zum Verschieben des
Kolbens 5 ist dieser über
eine Zahnstange 7 mit einer Antriebseinheit 8 verbunden.
Als Antrieb der Antriebseinheit 8 ist vorliegend ein Elektromotor 9 verwendet.
Um den Elektromotor 9 (einschließlich dessen Stromversorgung)
galvanisch von dem Dosierzylinder 2 bzw. der Spritzpistole 10 zu
trennen, kann die Zahnstange 7 aus einem elektrischen Isolator
gefertigt sein. Dadurch ist es möglich,
Dosierzylinder 2 bzw. Spritzpistole 10 auf ein
Hochspannungsniveau zu legen und dadurch ein elektrostatisches Lackieren zu
ermöglichen.
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Bei
einem Spritzbetrieb der Lackieranlage 1 bewegt die Antriebseinheit 8 den
Kolben 5 nach innen, d. h. auf den Zylinderkopfverschluss 6 zu.
Das Volumen des Hohlraums 3 nimmt ab. Die im Hohlraum 3 befindliche
Farbe wird dadurch über
einen Auslasskanal 11 in eine Farbleitung 12 gedrückt, welche über ein
elektrisch ansteuerbares Wechselventil 13 zur Spritzpistole 10 führt. Hier
wird die Farbe als feiner Farbnebel 14 von der Spritzpistole 10 freigesetzt.
Die Spritzpistole 10 kann entweder als Handspritzpistole
ausgeführt
sein und von einem Benutzer (Lackierer) geführt werden. Ebenso ist es möglich, dass
die Spritzpistole 10 beispielsweise an einem Roboterarm
montiert ist.
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Damit
die im Hohlraum 3 des Dosierzylinders 2 befindliche
Farbe nicht anderweitig entweichen kann, ist zwischen Kolben 5 und
Zylinderwand 4 ein Kolbenring 15 vorgesehen. Ebenso
ist zwischen Zylinderkopfverschluss 6 und Zylinderwand 4 ein
Dichtring 16 vorgesehen. Der Dichtring 16 ist
dabei teilweise in einer nutförmigen
Ausnehmung des Zylinderkopfverschlusses 6 aufgenommen.
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Zum
Hohlraum 3 des Dosierzylinders 2 führen im
Wesentlichen drei Zugangsöffnungen 17, 18, 19.
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Eine
erste Zugangsöffnung
liegt in Form einer zentralen Axialöffnung 17 vor. Die
zentrale Axialöffnung 17 führt zum
im Zylinderkopfverschluss 6 ausgebildeten Auslasskanal 11 und
von dort weiter zur Farbleitung 12. Je nach Betriebszustand
der Lackieranlage 1 dient sie der Ausgabe von Farbe bzw. von
Spülflüssigkeit,
was im Folgenden noch näher
erläutert
wird.
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Weiterhin
ist eine tangentiale Einlassöffnung 18 sowie
eine tangentiale Auslassöffnung 19 vorgesehen.
Diese dienen als Spülmittelzuführöffnung 18 bzw.
als Spülmittelaustrittsöffnung 19,
was ebenfalls im Folgenden noch näher erläutert wird. Tangentiale Einlassöffnung 18 und
tangentiale Auslassöffnung 19 sind
in tangentialer Richtung in der Zylinderwand 4 angeordnet.
Unter einer tangentialen Richtung ist dabei nicht eine tangentiale
Richtung im streng mathematischen Sinne zu versehen. Vielmehr kann
die tangentiale Zuführöffnung 18 bzw.
die tangentiale Auslassöffnung 19 auch
eine gewisse radiale Komponente aufweisen. Beispielsweise können die Öffnungen
einen Winkel von 0 bis 15°,
insbesondere 5 bis 10° gegenüber der
exakten Tangentialrichtung aufweisen.
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Die
tangentiale Einlassöffnung
steht mit einer Spülmittelvorlaufleitung 20 in
Verbindung. Die tangentiale Auslassöffnung 19 ist mit
einer Spülmittelauslassleitung 21 verbunden.
In der Spülmitteleinlassleitung 20 sowie
in der Spülmittelauslassleitung 21 ist
jeweils mindestens ein vorzugsweise pneumatisch schaltbares oder
auch elektrisch schaltbares Schaltventil 22, 23 vorgesehen,
die den Durchgang durch die entsprechende Leitung 20, 21 freigeben und
versperren können.
Es ist auch möglich,
zusätzlich
eine Druckpulsquelle an die tangentiale Einlassöffnung 18 anzuschließen. Denkbar wäre es auch,
für die
Druckpulsquelle eine separate Einlassöffnung in der Zylinderwand 4 vorzusehen.
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Am
Anfang des Betriebs der Lackieranlage 1 wird der Kolben 5 mit
Hilfe der Antriebseinheit 8 in seine unterste Position
gefahren. Ein Bediener der Lackieranlage 1 öffnet den
Zylinderkopfverschluss 6 mit Hilfe des Handgriffs 24.
Dazu ist eine Drehbewegung um die Achse des Zylindermantels in tangentialer
Richtung zur Achse des Zylindermantels 4 erforderlich.
Anschließend
nimmt der Bediener den Zylinderkopfverschluss 6 nach oben
ab, so dass der Zugang zum Hohlraum 3 des Dosierzylinders 2 frei
ist. Sodann kann der Benutzer Farbe in den Hohlraum 3 einfüllen. Anschließend verschließt er den
Dosierzylinder mit Hilfe des Zylinderkopfverschlusses 6.
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Ein
Sicherheitsschalter 25 kontrolliert dabei den korrekten
Sitz des Zylinderkopfverschlusses 6 im Zylindermantel 4.
Wenn ein korrekter Sitz des Zylinderkopfverschlusses 6 im
Zylindermantel 4 nicht festgestellt werden kann, kann der
Lackiervorgang nicht gestartet werden.
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Da
der Zylinderkopfverschluss 6 mit einer Art Bajonettverschluss
an der Zylinderwand 4 befestigt ist, kann das Öffnen und
das Schließen
besonders schnell und einfach erfolgen. Der gesamte Befüllvorgang
verkürzt
sich dadurch nicht unerheblich.
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Der
Lackiervorgang selbst erfolgt durch ein langsames Einpressen des
Kolbens 5 in den Dosierzylinder 2. Da der Antrieb 7, 8 des
Kolbens 5 im Wesentlichen keinem Betriebsverschleiß unterliegt,
ist die Fördermenge über die
Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebseinheit genau einstellbar.
Auch ist eine Nachjustierung nicht erforderlich, wie sie beispielsweise
bei Zahnradpumpen notwendig ist. Die Dosierung des ausgegebenen
Lacks kann somit hochgenau erfolgen.
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Wenn
der im Hohlraum 3 befindliche Lack nahezu vollständig ausgegeben
ist und der Kolben 5 seine obere Endstellung erreicht hat,
kann ein Spülvorgang
des Hohlraums 3 des Dosierzylinders 2 erfolgen.
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Dazu
wird ein zweistufiges Spülverfahren gestartet.
In einer ersten Stufe wird das erste Schaltventil 22 geöffnet und
die Schaltstellung des Wechselventils 13 gewechselt. Durch
diese Schaltstellung strömt
Spülmittel über die
Spülmittelvorlaufleitung 20 und
die tangentiale Einlassöffnung 18 in
tangentialer Richtung in den Hohlraum 3 des Dosierzylinders 2 ein.
Die entstehende Fluidströmung
bewirkt ein effektives Lösen
von Farbpartikeln, die sich an den Oberflächen, die den Hohlraum 3 des
Dosierzylinders 2 begrenzen, abgelagert haben. Durch die
Schaltstellung des Wechselventils 13 kann das eingespritzte Spülmittel über die
zentrale Axialöffnung 17,
den Auslasskanal 11, die Farbleitung 12 (die jetzt
als Spülausgabeleitung 12 dient),
das Wechselventil 13 und die Ausgabeleitung 26 ausgegeben
werden.
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Nach
Ablauf einer Zeitdauer von beispielsweise 10 Sekunden wird die Schaltstellung
des Wechselventils 13 erneut gewechselt, so dass das Ventil
vollständig
geschlossen ist, und das zweite Schaltventil 23 geöffnet. Das
erste Schaltventil 22 verbleibt unverändert in der geöffneten
Position. Nunmehr wird die über
die tangen tiale Einlassöffnung 18 tangential
einströmende
Spülflüssigkeit über die
tangentiale Auslassöffnung 19 und
die Spülmittelauslassleitung 21 abgeleitet.
Aufgrund der tangentialen Einströmung
der Spülflüssigkeit
werden im Hohlraum 3 verbliebene Farbpartikel aufgrund
der Zentrifugalkraft tendenziell nach außen in Richtung zur Zylinderwand 4 hin
bewegt. Damit haben die Farbpartikel eine Tendenz, der zentralen
Axialöffnung 17 auszuweichen.
Da nunmehr der Spülmittelauslass über die
tangentiale Auslassöffnung 19 erfolgt,
wirkt sich die Zentrifugalkraft in diesem zweiten Spülschritt nicht
mehr nachteilig, sondern im Gegenteil förderlich aus.
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Am
Ende des Spülvorgangs
werden die beiden Schaltventile 22, 23 wieder
geschlossen, die Schaltstellung des Wechselventils 13 erneut
geändert,
der Kolben 5 des Dosierzylinders 2 von der Antriebseinheit 8 nach
unten bewegt, und der Dosierzylinder 2 steht somit für eine erneute
Befüllung
zur Verfügung.
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In
den 2 und 3 ist die Lage und die Art der
Anordnung der unterschiedlichen Einlass- und Auslassöffnungen 17, 18, 19 nochmals
veranschaulicht. In der Zylinderwand 4 sind die tangentiale Einlassöffnung 18 und
die tangentiale Auslassöffnung 19 jeweils
in im Wesentlichen tangentialer Richtung angeordnet. Die Ein- bzw.
Auslassöffnung 18, 19 sind
als eine Art Einfräsung
in die Zylinderwand 4 ausgebildet, so dass im Wesentlichen
keine Teile von der Zylinderwand 4 nach innen in den Hohlraum 3 hervorstehen.
Wie insbesondere aus 2 gut zu erkennen ist, sind
die tangentiale Einlassöffnung 18 und
die tangentiale Auslassöffnung 19 in
zueinander entgegengesetzten Richtungen angeordnet. Dadurch kann
sich eine erhöhte
Wirbelbildung im Innenraum 3 des Dosierzylinders 2 ergeben,
was ein besseres Reinigungsergebnis bewirken kann. Weiterhin sind
die tangentiale Einlassöffnung 18 und
die tangentiale Auslassöffnung 19 übereinander,
also versetzt gegeneinander angeordnet. Auch dadurch beeinflussen
sich die beiden tangentialen Öffnungen 18, 19 nicht
störend,
so dass eine nochmals gesteigerte Reinigungswirkung erzielt werden
kann. Es wird darauf hingewiesen, dass die tangentiale Einlassöffnung 18 und
die tangentiale Auslassöffnung 19 nicht
unbedingt an einer in etwa identischen radialen Position angeordnet
werden müssen
(Versatz von 0° gegeneinander).
Vielmehr können
auch unterschiedliche radiale Positionen realisiert werden, wie
insbesondere ein Winkel von 30°,
45°, 60°, 90°, 120°, 145°, 160°, 180°, 210°, 225°, 240°, 270°, 310°, 325° und 330°.
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Die
in 2 angedeutete zentrale Axialöffnung 17 ist im Zylinderkopfverschluss 6 (siehe 1) ausgebildet.
Sie befindet sich im Wesentlichen im radialen Zentrum der Zylinderwand 4.
Leichte Abweichungen können
sich jedoch als vorteilhaft erweisen, beispielsweise aus strömungstechnischen
oder aus fertigungstechnischen Gründen.
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In
den 4 bis 6 ist die bajonettartige Verschlussweise
des Zylinderkopfverschlusses 6 näher skizziert. Dabei zeigt 4 den
Zylinderkopfverschluss 6 in einer schematischen Draufsicht
von oben. 6 zeigt den Zylinderkopfverschluss 6 in
einem schematischen Querschnitt.
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Wie
insbesondere aus 6 gut ersichtlich ist, ist der
Zylinderkopfverschluss 6 im Wesentlichen aus zwei scheibenartigen
Hauptbaugruppen 27, 28 gebildet. Der obere Ring 27 weist
einen Handgriff 24 und mehrere Stifte 29 auf,
die in entsprechende Eingriffsausnehmungen 30 der Zylinderwand 4 hineinragen
(siehe 5). Der obere Ring 27 ist formschlüssig mit
der unteren Scheibe 28 verbunden. Die formschlüssige Verbindung
ist derart ausgebildet, dass das obere und das untere Element 27, 28 gegeneinander
verdreht, aber nicht voneinander abgehoben werden können. In
der Mitte der unteren Scheibe 28 ist der Auslasskanal 11 ausgebildet,
der an einer Seite die zentrale Axialöffnung 17 des Hohlraums 3 des Dosierzylinders 2 bildet.
Am anderen Ende des Auslasskanals 11 ist vorliegend ein
Schraubgewinde 31 vorgesehen, an das die Farbleitung 13 angeschraubt werden
kann. Weiterhin ist am radial äußeren Bereich
der unteren Scheibe 28 eine Aufnahmenut vorgesehen, in
der sich ein Dichtring 16 befindet.
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Diese
Bauform vermeidet, dass während
der zum Verschließen
des Zylinders erforderlichen Drehbewegung des Ringes 27 der
an der Scheibe 28 befestigte Dichtring 16 in tangentialer
Richtung mit verdreht werden muss. Dadurch wird der Verschleiß des Dichtringes 16 erheblich
reduziert.
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Wenn
der Zylinderkopfverschluss 6 von einem Benutzer an der
Zylinderwand 4 befestigt werden soll, so setzt dieser zunächst die
Stifte 29 des oberen Ringes 27 des Zylinderkopfverschlusses 6 in die
axialen Bereiche 32 der Eingriffsausnehmungen 30 in
der Zylinderwand 4 ein. Anschließend verdreht er die beiden
Scheiben 28, 27 mit Hilfe des Handgriffs 24 gegeneinander,
so dass die Stifte 29 an der Einführschräge 33 der Eingriffsausnehmungen 30 in
der Zylinderwand 4 entlang gleiten. Dadurch wird der Zylinderkopfverschluss 6 in
den Dosierzylinder 2 hineingedrückt. Nach Überschreiten einer Nase 34 gelangen
die Stifte 29 schließlich
in einen Hinterschneidungsbereich 35 der Eingriffsausnehmung 30 in
der Zylinderwand 4. Der Zylinderkopfverschluss 6 ist
dadurch sicher am Dosierzylinder 2 arretiert. Die Endstellung
der Stifte 29 im Hinterschneidungsbereich 35 der
Eingriffsausnehmungen 30 wird zusätzlich durch Sicherungsschalter 25 detektiert.
Wenn diese einen korrekten Sitz des Zylinderkopfverschlusses 6 melden,
kann die Lackieranlage 1 gestartet werden.
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Als
sinnvoll haben sich bislang drei, vier oder fünf Stifte 29 bzw.
Eingriffsausnehmungen 30 erwiesen. Im Übrigen ist es ausreichend,
wenn lediglich in einer Eingriffsausnehmung 30 ein Sicherungsschalter 25 ausgebildet
ist. Die Eingriffsausnehmungen 30 bzw. die Stifte 29 können jeweils
den gleichen radialen Abstand voneinander aufweisen. Möglich ist
es aber auch, durch eine Variation der radialen Abstände der
Stifte 29 voneinander den Zylinderkopfverschluss 6 verdrehsicher
gegenüber
dem Dosierzylinder 2 auszugestalten.