DE102010049808B4 - Method for monitoring at least one property of fluidized powder and powder coating method - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Überwachung von Eigenschaften von fluidisiertem Pulver (3) in einer Fluidisiervorrichtung, wobei eine Messstelle (6) zumindest eines Drucksensors (5) so in das fluidisierte Pulver (3) in der Fluidisiervorrichtung eingebracht wird, dass mit dem Drucksensor (5) ein Druck an der Messstelle (6) messbar ist, ein Druck des fluidisierten Pulvers (3) an der Messstelle (6) gemessen wird, und aus dem gemessenen Druck zumindest eine Eigenschaft des fluidisierten Pulvers (3) bestimmt wird, wobei eine Messstelle (11) zumindest eines weiteren Drucksensors (10) an einer Oberfläche des fluidisierten Pulvers (3) angeordnet wird, wobei mit dem einen Drucksensor (5) die Dichte des fluidisierten Pulvers (3) und mit dem weiteren Drucksensor (10) die Füllhöhe des fluidisierten Pulvers (3) in der Fluidisiervorrichtung bestimmt wird, und wobei die überwachten Eigenschaften die Füllhöhe des fluidisierten Pulvers (3) in der Fluidisiervorrichtung und die Dichte des fluidisierten Pulvers umfassen.Method for monitoring properties of fluidized powder (3) in a fluidizing device, wherein a measuring point (6) of at least one pressure sensor (5) is introduced into the fluidized powder (3) in the fluidizing device such that a pressure is applied to the pressure sensor (5) at the measuring point (6) is measurable, a pressure of the fluidized powder (3) at the measuring point (6) is measured, and from the measured pressure at least one property of the fluidized powder (3) is determined, wherein a measuring point (11) at least a further pressure sensor (10) is arranged on a surface of the fluidized powder (3), with one pressure sensor (5) the density of the fluidized powder (3) and with the further pressure sensor (10) the filling level of the fluidized powder (3) in the fluidizing apparatus, and wherein the monitored characteristics include the filling level of the fluidized powder (3) in the fluidizing apparatus and the density of the fluidized powder SEN.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von zumindest einer Eigenschaft eines fluidisierten Pulvers und ein Verfahren zur Pulverbeschichtung.The invention relates to a method for monitoring at least one property of a fluidized powder and a method for powder coating.
Fluidisiertes Pulver eröffnet einen weiten Bereich von Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Oberflächenbehandlung von Objekten. Besonders geeignet ist es u. a. zum Lackieren. Mit lösemittelfreiem Pulverlack lassen sich hoch beanspruchbare und dekorative Beschichtungen erzielen, gleichzeitig wird den gesetzlichen Forderungen nach einer Reduzierung der Lösemittelemissionen beim Lackieren („VOC-Verordnung”) in idealer Weise entsprochen. Weitere Vorteile sind der hohe Materialnutzungsgrad bei einer Kreislaufführung des nicht auf den Werkstücken abgeschiedenen Pulverlacks, der Wegfall von Lackschlamm und flüssiglacktypischen Abfällen sowie die Substitution von Mehr-Schicht-Flüssiglackierungen durch Ein-Schicht-Pulverlackierungen.Fluidized powder opens up a wide range of applications in the area of surface treatment of objects. It is particularly suitable u. a. for painting. Solvent-free powder coating makes it possible to achieve highly durable and decorative coatings, while meeting the legal requirements for reducing solvent emissions during coating ("VOC Regulation") in an ideal way. Further advantages are the high degree of material utilization when circulating the powder coating not deposited on the workpieces, the elimination of paint sludge and liquid-type waste and the substitution of multi-layer liquid coatings by single-coat powder coatings.
Allerdings lassen die immer höheren Qualitäts- und Flexibilitätsanforderungen bei gleichzeitig zunehmendem Kosten- und Zeitdruck inzwischen auch deutlich die Grenzen der heutigen Pulverlackiertechnologie erkennen. Die bisherigen Konzepte zur automatischen Pulverbeschichtung sind insbesondere bezüglich der Steuerung und Einhaltung von unterschiedlichen Prozessbedingungen sowie deren individueller Optimierung nicht ausreichend flexibel. Dies wirkt sich unter anderem in zu langen Produktionszeiten bei häufigem Teilewechsel und kleinen Losgrößen, in Qualitätsschwankungen und in zu hohem Pulverlackverbrauch aus. Der sich verschärfende internationale Konkurrenzdruck führt in diesem Zusammenhang bereits zur Abwanderung von Beschichtungsaufträgen zu manuell arbeitenden Pulverlackierbetrieben in Niedriglohnländern.However, the ever-increasing demands on quality and flexibility coupled with increasing cost and time pressure mean that the limits of today's powder coating technology are clearly recognizable. The previous concepts for automatic powder coating are not sufficiently flexible, in particular with regard to the control and compliance with different process conditions and their individual optimization. Among other things, this has an effect on too long production times with frequent parts changes and small batch sizes, quality fluctuations and excessive powder coating consumption. The intensifying international competitive pressure in this context already leads to the migration of coating orders to manual powder coating plants in low-wage countries.
Die zunehmenden Anforderungen an die Flexibilität automatischer Pulverbeschichtungsanlagen bezüglich Teilevielfalt, unterschiedlicher Losgrößen und kundenspezifischen Schichteigenschaften erfordern deshalb in hoch industrialisierten Regionen weitergehende Lösungen in Form von intelligenten und gleichzeitig wirtschaftlichen Überwachungs- und Regelsystemen (bis hin zu selbstoptimierenden Systemen). Die Beherrschung des Pulverlackkreislaufs (u. a. die Vermeidung von Feinkornanreicherungen) ist dabei ein zentraler Punkt.The increasing demands placed on the flexibility of automatic powder coating systems in terms of parts diversity, batch sizes and customer-specific coating properties therefore require further solutions in highly industrialized regions in the form of intelligent and economic monitoring and control systems (right down to self-optimizing systems). Mastery of the powder coating cycle (including the avoidance of fine grain enrichment) is a key issue here.
In Pulverbeschichtungsanlagen wird das Pulver normalerweise zurückgewonnen, wenn es sich nicht auf dem zu beschichtenden Objekt abgelagert hat. Eine solche Rückgewinnung kann z. B. mittels Filtern und/oder Zyklonen erfolgen. Das rückgewonnene Pulver wird dann der Fluidisiervorrichtung wieder zugeführt, so dass es wieder zur Beschichtung zur Verfügung steht. Im Normalfall reichern sich hierbei allerdings feinere Partikel des Partikelgrößenspektrums im Pulver an.In powder coating plants, the powder is usually recovered if it has not been deposited on the object to be coated. Such recovery can z. B. by means of filters and / or cyclones. The recovered powder is then returned to the fluidizing apparatus so that it is again available for coating. In the normal case, however, finer particles of the particle size spectrum accumulate in the powder.
Feinkornanreicherung ergibt sich z. B. dadurch, dass in der Regel feine Partikel mit einem geringeren Wirkungsgrad als grobe Partikel auf Werkstücken abgeschieden werden. Sie sind daher im Overspray (das heißt jenem Anteil des Pulvers, der auf das Objekt gesprüht wird, aber nicht auf dem Objekt verbleibt) anteilmäßig stärker vorhanden und reichern sie sich bei der Rückgewinnung über den Filter- bzw. Zyklonabscheider im Kreislauf an. Dadurch verändert sich die Pulver-Dosiermenge hin zum Werkstück, die Schichtdicke und Schichtdickengleichmäßigkeit sowie die optische Verlaufsqualität der applizierten Pulverlackschicht.Fine grain enrichment results z. B. in that usually fine particles are deposited with a lower efficiency than coarse particles on workpieces. They are therefore in the overspray (ie that portion of the powder that is sprayed onto the object, but does not remain on the object) proportionately stronger and accumulate in the recuperation of the filter or cyclone in the circulation. As a result, the powder dosing quantity changes towards the workpiece, the layer thickness and layer thickness uniformity, as well as the optical quality of the applied powder coating layer.
Bei sehr hohem Anteil feiner Pulverteilchen treten „Mauslöcher” (engl.: „Ratholes”) im Pulverfluid auf, die ab einer gewissen Feinheit des Pulvers auch durch Anwendung von Vibration der Fluidisiervorrichtung nicht mehr eingeebnet werden können. Bei den Mauslöchern handelt es sich um Kanäle, die sich vertikal von einem Sinterboden, über welchem das Pulver fluidisiert wird, durch das Pulverfluid zur Oberfläche bilden, und durch die ein großer Teil der Fluidisierluft entweicht, so dass weite Bereiche des Pulverfluids nicht mehr ausreichend durchströmt werden. In weiten Bereichen des Pulvers befindet sich dadurch die Fluidisierluftgeschwindigkeit unterhalb des Auflockerungspunktes VAP. Das Pulver verhält sich nun nicht mehr wie eine Flüssigkeit, bei der Gesetze wie beim hydrostatischen Druck gelten.With a very high proportion of fine powder particles, "mouse holes"("Ratholes") occur in the powder fluid, which can not be leveled beyond a certain fineness of the powder, even by using vibration of the fluidizing device. The mouse holes are channels which vertically form from a sintered bottom, over which the powder is fluidized, through the powder fluid to the surface and through which a large part of the fluidizing air escapes, so that large areas of the powder fluid are no longer sufficiently traversed become. As a result, the fluidizing air velocity is located below the loosening point V AP in large areas of the powder. The powder no longer behaves like a liquid with laws such as hydrostatic pressure.
Diesem Problem wurde nach dem Stand der Technik auf unterschiedliche Weise begegnet. Im einfachsten Fall erfolgte die Überwachung der Beschichtung manuell. Der Anlagenführer bemerkt den Effekt der Feinkornanreicherung i. d. R. durch die Schichtdickenabnahme am Werkstück, die er durch Anpassung der Sprühparameter auszugleichen versucht sowie durch größere werdende Schichtdickenschwankungen und Veränderung der optischen Verlaufsqualität der applizierten Pulverlackschicht. Manchmal wird im Pulver-Fluid von Hand „gefühlt”, ob das Pulver „gut” fluidisiert.This problem has been addressed in different ways in the prior art. In the simplest case, the coating was monitored manually. The operator notes the effect of fine grain enrichment i. d. R. by the reduction in thickness on the workpiece, which he tries to compensate by adjusting the spray parameters and by increasing expectant film thickness variations and change the optical quality of the applied powder coating layer. Sometimes, in the powder fluid, it is "felt" by hand whether the powder fluidises "well".
Deshalb wurde schon in den 90er Jahren die Idee einer objektiven Überwachung der Beschaffenheit des Pulvers diskutiert. Dabei wurde u. a. von der Überwachung des Partikelgrößenspektrums mittels laseroptischer Messverfahren ausgegangen, eine in der Praxis zu teure und zu komplizierte Technik. Am Fraunhofer IPA wurde mittels eines triboelektrischen Sensors das Mischungsverhältnis eines Mehrkomponenten-Gemenges (Pulverlack) als Regelgröße eingesetzt um den Pulverkreislauf zu regeln (wie z. B. in der
Einige Ansätze zur Erhöhung der Prozesssicherheit von Pulverbeschichtungsanlagen wie die Pulvermassenstromüberwachung mittels Mikrowellensensor, mittels Differenzdruckmessung im Injektor oder im fluidisierten Pulver (
Messmethoden haben sich aufgrund nicht beherrschter Störgrößen sowie aufgrund der hohen Kosten nicht durchsetzen können. In der Praxis ist der Pulverkreislauf daher nach wie vor ungeregelt.Measuring methods have not been able to assert themselves due to uncontrolled disturbances as well as due to the high costs. In practice, the powder circuit is therefore still unregulated.
Die
Die
Die
Desweiteren sei auf die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit welcher zumindest eine Eigenschaft von fluidisiertem Pulver messbar bzw. überwachbar ist, wobei die Messung bzw. Überwachung automatisierbar ist und schnell mit hoher Präzision und geringem Aufwand durchführbar ist.Object of the present invention is therefore to provide a method with which at least one property of fluidized powder can be measured or monitored, the measurement or monitoring can be automated and can be performed quickly with high precision and low cost.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Überwachung von zumindest einer Eigenschaft von fluidisiertem Pulver in einer Fluidisiervorrichtung nach Anspruch 1 und durch das Verfahren zur Pulverbeschichtung nach Anspruch 13.This object is achieved by the method for monitoring at least one property of fluidized powder in a fluidizing apparatus according to claim 1 and by the powder coating method according to claim 13.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung von zumindest einer Eigenschaft von fluidisiertem Pulver wird in einer Fluidisiervorrichtung durchgeführt. Es wird hierbei ein Messbereich zumindest eines Druck-Messgerätes bzw. Drucksensors, vorzugsweise eines Differenzdruck-Messgerätes, besonders bevorzugt eines Differenzdruck-Feinmessgerätes oder -sensors, in das fluidisierte Pulver in der Fluidisiervorrichtung so eingebracht, dass ein Druck, welcher im fluidisierten Pulver vorherrscht, am Ort des Messbereiches durch das Druckmessgerät gemessen werden kann. Es wird dann aus dem gemessenen Druck auf zumindest eine Eigenschaft des fluidisierten Pulvers geschlossen.The method according to the invention for monitoring at least one property of fluidized powder is carried out in a fluidizing device. In this case, a measuring range of at least one pressure measuring device or pressure sensor, preferably a differential pressure measuring device, particularly preferably a differential pressure measuring device or sensor, is introduced into the fluidized powder in the fluidizing device such that a pressure which prevails in the fluidized powder, can be measured at the location of the measuring range by the pressure gauge. It is then concluded from the measured pressure on at least one property of the fluidized powder.
Differenzdrucksensoren sind hier bevorzugt, da sich überraschenderweise herausgestellt hat, dass diese während des Fluidisierens nicht verschmutzen, anders als andere Drucksensoren. Möglicherweise liegt dies daran, dass sich die Sonde selbst freibläst.Differential pressure sensors are preferred here, since it has surprisingly been found that they do not pollute during fluidization, unlike other pressure sensors. This may be due to the fact that the probe blows itself.
Vorzugsweise wird für die Druckmessungen eine Messsonde, die den Messbereich aufweist, parallel gegen eine Strömungsrichtung eines Fluidisiergases in der Fluidisiervorrichtung eingeführt. Die Messsonde kann beispielsweise ein Schlauch sein, wobei dessen Öffnung, die in dem fluidisierten Gas angeordnet wird, den Messbereich darstellt. Vorzugsweise steht eine Fläche des Messbereiches, also beispielsweise die Öffnungsfläche des Schlauches, senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluidisiergases, so dass also ein Normalenvektor auf der Fläche des Messbereiches parallel zur Strömungsrichtung steht.Preferably, for the pressure measurements, a measuring probe having the measuring range is introduced in parallel against a flow direction of a fluidizing gas in the fluidising device. By way of example, the measuring probe can be a tube, wherein its opening, which is arranged in the fluidized gas, represents the measuring area. Preferably, one surface of the measuring region, that is, for example, the opening surface of the tube, is perpendicular to the flow direction of the fluidizing gas, so that a normal vector is parallel to the flow direction on the surface of the measuring region.
Besonders bevorzugt wird mit einer Differenzdruckmessvorrichtung eine Druckdifferenz des Druckes am Messbereich zum statischen Luftdruck gemessen. Vorzugsweise wird hierbei eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluidisiergases, durch welches das Pulver fluidisiert wird, in der Fluidisiervorrichtung konstant gehalten. Auf diese Weise können Einflüsse der Strömungsgeschwindigkeit auf die Messergebnisse ausgeschlossen werden.With a differential pressure measuring device, it is particularly preferable to measure a pressure difference between the pressure at the measuring range and the static air pressure. Preferably, a flow rate of the fluidizing gas through which the powder is fluidized is kept constant in the fluidizing device. In this way influences of the flow velocity on the measurement results can be excluded.
Die zumindest eine Eigenschaft, die aus dem gemessenen Druck geschlossen wird, kann u. a. eine Füllhöhe des fluidisierten Pulvers in der Fluidisiervorrichtung, eine Dichte oder Schüttdichte des fluidisierten Pulvers, eine Fluidisierbarkeit des Pulvers und/oder eine mittlere Teilchengröße des fluidisierten Pulvers sein. The at least one property that is deduced from the measured pressure may include a fill level of the fluidized powder in the fluidizer, a density or bulk density of the fluidized powder, a fluidizability of the powder, and / or an average particle size of the fluidized powder.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird mit zumindest zwei Drucksensoren ein Druck gemessen. Dabei kann bevorzugt der Messbereich eines der Sensoren in dem Fluid angeordnet sein und der Messbereich eines weitern Sensors kann an einer Oberfläche des Fluides angeordnet sein. Diese Oberfläche ist jene, an welcher der Fluidisierbehälter nach oben offen ist, also die Grenzfläche oder der Grenzbereich zwischen fluidisiertem Pulver und darüber befindlicher Luft. Auf diese Weise können Schüttdichte und Füllhöhe des Pulvers bestimmt werden. Dabei besteht der folgende Zusammenhang, mittels dessen die Schüttdichte und Füllhöhe bestimmt werden können.In a particularly advantageous embodiment of the invention, a pressure is measured with at least two pressure sensors. In this case, preferably, the measuring range of one of the sensors can be arranged in the fluid, and the measuring range of a further sensor can be arranged on a surface of the fluid. This surface is the one at which the fluidizing container is open at the top, that is, the interface or boundary between fluidized powder and air above it. In this way, bulk density and filling level of the powder can be determined. In this case, the following relationship exists, by means of which the bulk density and filling level can be determined.
Ab dem Auflockerungspunkt VAP, bei dem die Luftgeschwindigkeit so hoch ist, dass die Kraft aus Differenzdruck und Querschnitt gleich der Gewichtskraft der Schüttgutsäule ist, gilt bei gut fluidisierbaren/rieselfähigen Pulvern wie beim hydrostatischen Druck einer Wassersäule der Zusammenhang (Gleichung 1):
- Δp:
- Differenzdruck [Pa]
- ρss:
- Schüttdichte des luftdurchströmten Pulvers [kg/m3]
- g:
- Erdbeschleunigung [m/s2] (g = 9,81)
- Δl:
- Füllhöhe des Pulverfluids [m]
- Ap:
- Differential pressure [Pa]
- p ss :
- Bulk density of the air-flowed powder [kg / m 3 ]
- G:
- Gravitational acceleration [m / s 2 ] (g = 9.81)
- .DELTA.l:
- Filling level of the powder fluid [m]
Der Differenzdruck ist damit bei gut fluidisiertem Pulver abhängig von
- – der Füllhöhe des Pulvers Δl (annähernd linearer Zusammenhang),
- – dem Bereich in dem gemessen wird (unten höherer Differenzdruck, oben geringerer Differenzdruck) sowie der
- – Schüttgutdichte ρss des luftdurchströmten Pulvers.
- The filling level of the powder Δl (approximately linear relationship),
- - The range in which is measured (below higher differential pressure, above lower differential pressure) and the
- - Bulk density ρ ss of the air-flowed powder.
Erhöht man die Luftgeschwindigkeit bei gut fluidisiertem Pulver weiter über den Auflockerungspunkt VAP, dann dehnt sich das Volumen des Pulverfluids aus, so dass das Produkt aus ρss und Δl gleich bleibt. Bei den durchgeführten Untersuchungen wird aber vorzugsweise die Füllhöhe konstant gehalten, so dass bei höheren Luftgeschwindigkeiten die Differenzdrücke aufgrund der verringerten ρss abnehmen. Es wird vorzugsweise die Füllhöhe bestimmt und beim Feststellen einer Abweichung von einem Sollwert dann die Pulvermenge und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidgases so geregelt bzw. eingestellt, dass die Füllhöhe den Sollwert möglichst genau annimmt.If the air velocity is further increased above the loosening point V AP with a well-fluidized powder, then the volume of the powder fluid expands so that the product of ρ ss and Δl remains the same. In the investigations carried out, however, the filling level is preferably kept constant, so that at higher air velocities the differential pressures decrease due to the reduced ρ ss . The fill level is preferably determined, and then the powder quantity and / or the flow velocity of the fluid gas is regulated or adjusted when a deviation from a desired value is detected such that the fill level assumes the setpoint as precisely as possible.
Bei höherer Füllhöhe wird ein insgesamt höherer Differenzdruck gemessen als bei geringerer Füllhöhe. Beim langsamen Austauchen der Sonde nimmt der Differenzdruck ab (Gesetzmäßigkeit wie beim hydrostatischen Druck, Gleichung (1), außer bei sehr geringem Abstand zum Sinterboden, da dann der hohe Staudruck der ausströmenden Luft Messwerte verfälscht). Bei sonst gleichen Bedingungen werden höhere Differenzdrücke gemessen, wenn die Fluidisiervorrichtung zusätzlich mit einer Vibration beaufschlagt wird, da dann „Mauslöcher” sich schließen. Aus kleineren Fluidisierluftgeschwindigkeiten resultieren höhere Differenzdrücke, da der Füllstand konstant gehalten wird und die Dichte des Pulver-Fluids bei geringer Durchströmung mit Fluidisierluft zunimmt (siehe Gleichung (1)).If the filling level is higher, an overall higher differential pressure is measured than at a lower filling level. During slow evacuation of the probe, the differential pressure decreases (regularity as in hydrostatic pressure, equation (1), except at a very small distance to the sinter bottom, because then the high back pressure of the outflowing air falsifies measured values). Under otherwise identical conditions, higher differential pressures are measured when the fluidizing device is additionally subjected to vibration, since then "mouse holes" close. Lower fluidizing air velocities result in higher differential pressures because the fill level is kept constant and the density of the powder fluid increases with low flow fluidizing air (see equation (1)).
Eine Verringerung der Teilchengröße und die Ausbildung von Mauslöchern lässt sich durch die Veränderung des Druckes im Pulver feststellen. Mit Verringerung der durchschnittlichen Teilchengröße des Pulvers verringert sich der mit der Druckmessvorrichtung gemessene Wert mehr und mehr und wird proportional zum dynamischen Druck (Staudruck) mit
- Δpdyn:
- Dynamischer Druck/Staudruck
- ρL:
- Dichte der Luft [kg/m3] (1,2004)
- VL:
- Geschwindigkeit der Luft [m/s]
- Δpdyn:
- Dynamic pressure / dynamic pressure
- ρ L :
- Density of air [kg / m 3 ] (1,2004)
- VL:
- Speed of air [m / s]
Zusätzlich gehen dabei die sich verfeinernde Partikelgröße sowie Hohlraumanteile in die Gleichung mit ein, die sich als Störgröße erweisen, da sie im Fluidisierbett lokal unterschiedlich sind (Gleichung 3): mit
- Ψ:
- Hohlraumanteil des Verhältnisses Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen
- λL:
- Druckverlustbeiwert von Reynoldszahl und Partikelgeometrie abhängig
- Δl:
- Füllhöhe des Pulverfluids [m]
- ds:
- Partikelgröße [m]
- VL:
- Geschwindigkeit der Luft [m/s]
- Ψ:
- Void fraction of the ratio void volume to total volume
- λL:
- Pressure loss coefficient depends on Reynolds number and particle geometry
- .DELTA.l:
- Filling level of the powder fluid [m]
- ds:
- Particle size [m]
- VL:
- Speed of air [m / s]
Ein abnehmender Differenzdruck, beispielsweise bei Feinkornanreicherung, stellt für die Füllstandshöhenüberwachung bzw. -regelung eine Störgröße dar, da die Messsonde, die sich an der Oberfläche des Pulver-Fluids befindet und der Füllstandsüberwachung dient, wenn sie aus dem Pulver-Fluid (durch abnehmende Füllhöhe und damit verbundenem abnehmendem Differenzdruck) austaucht eine Maßnahme zum Ausgleich des Füllstandes einleitet, beispielsweise Pulver dem Pulverkreislauf oder dem Fluidisierbett zudosiert, um den Füllstand konstant zu halten. Die Messung der den Füllstand überwachenden Sonde an der Oberfläche des Pulvers ist aber nur dann aussagekräftig, wenn das Pulver hinreichend gut fluidisiert ist, da sonst bei schlechter oder fehlender Fluidisierung der (Differenz-)Druck auch dann abnimmt, wenn der gewünschte Füllstand erreicht oder überschritten wird. Bei schlechter oder fehlender Fluidisierung ist nämlich das Austauchen oder Eintauchen der Drucksonde nicht mehr über die Druckänderung feststellbar. Es würde daher immer mehr Pulver zudosiert.A decreasing differential pressure, for example in the case of fine grain enrichment, represents a disturbance variable for the level height monitoring, because the measuring probe, which is located on the surface of the powder fluid and the fill level monitoring serves, if they are made of the powder fluid (by decreasing filling height and associated decreasing differential pressure) emerges a measure to compensate for the level initiates, for example, powder added to the powder circuit or the Fluidisierbett to keep the level constant. However, the measurement of the level monitoring probe on the surface of the powder is only meaningful if the powder is fluidized sufficiently well, otherwise in poor or missing fluidization of (differential) pressure decreases even when the desired level reached or exceeded becomes. In fact, in the case of poor or missing fluidization, it is no longer possible to ascertain that the pressure probe has dipped or dipped in via the pressure change. It would therefore be added more and more powder.
Hinzu kommt als weiterer Aspekt, dass bei schlechter oder fehlender Fluidisierung, z. B. durch Feinkornanreicherung, das Volumen des Pulvers im Fluidisierbehälter deutlich kleiner wäre als im fluidisierten Zustand, so dass die Füllhöhenmessung einen zu geringen Füllstand ergäbe, obwohl die Pulvermenge korrekt ist. Die genannte Regelung würde hier zu einem Zudosieren von Pulver und damit zu einer Überdosierung führen.In addition comes as a further aspect that in case of poor or missing fluidization, z. B. by fine grain enrichment, the volume of the powder in the fluidizing tank would be much smaller than in the fluidized state, so that the Füllhöhenmessung would give too low a level, although the powder amount is correct. The aforementioned regulation would lead here to a metered addition of powder and thus to an overdose.
Um zu vermeiden, dass der Regelkreis bei z. B. Feinkornanreicherung das Pulver überdosiert, wird daher vorzugsweise gleichzeitig mit einem anderen Drucksensor ein weiterer Messwert, vorzugsweise die Dichte des Pulvers, bestimmt. Verlässt dieser Messwert den Sollbereich, z. B. wegen Feinkornanreicherung, so kann z. B. ein Alarm ausgelöst werden, der dem Bediener der Anlage signalisiert, dass das Pulver nicht mehr ausreichend fluidisiert wird und die Füllstandsregelung dadurch nicht mehr prozesssicher arbeitet. Möglich wäre auch, automatisch Maßnahmen zur Verbesserung der Fluidisierung einzuleiten.To avoid that the control loop at z. As fine grain enrichment overdoses the powder, therefore, another measured value, preferably the density of the powder, is preferably determined simultaneously with another pressure sensor. If this measured value leaves the target range, eg. B. because of fine grain enrichment, so z. B. an alarm can be triggered, which signals the operator of the system that the powder is no longer sufficiently fluidized and the level control is no longer process reliable. It would also be possible to automatically initiate measures to improve the fluidization.
Bevorzugterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem Fluidisierbehälter der Fluidisiervorrichtung durchgeführt. Dabei kann das Pulver über einem Druckgasnetz oder einem Sinterboden angeordnet sein. Dem Fluidisierbehälter kann von unterhalb des Druckgasnetzes oder des Sinterbodens Fluidisiergas zugeführt werden, welches dann durch das Druckgasnetz oder den Sinterboden in das Pulver strömt. Hierdurch wird das Pulver, welches zunächst auf dem Druckgasnetz oder Sinterboden lag, fluidisiert.The method according to the invention is preferably carried out in a fluidizing container of the fluidizing device. In this case, the powder can be arranged over a compressed gas network or a sintered bottom. The fluidizing can be supplied from below the compressed gas network or the sintering bottom fluidizing gas, which then flows through the compressed gas network or the sintered soil in the powder. As a result, the powder, which was initially on the compressed gas network or sintered bottom, fluidized.
Besonders bevorzugt ist die Pulverbeschichtung, in der die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommen kann, eine elektrostatische Pulverlackierung, bei der das Pulver elektrisch aufgeladen wird und durch Kraftwirkung eines elektrischen Feldes auf das zu beschichtende Objekt aufgebracht wird. Die Stärke der elektrostatischen Pulverlackierung liegt neben der völligen Lösemittelfreiheit in der Möglichkeit der Pulverrückgewinnung von nicht auf dem Werkstück abgeschiedenem Pulver. Das rückgewonnene Pulver wird dabei über Filter bzw. Zyklone dem Fluidisierbett wieder zugeführt, aus dem es wieder elektrostatisch versprüht wird.Particularly preferably, the powder coating in which the present invention can be used, an electrostatic powder coating in which the powder is electrically charged and applied by force of an electric field to the object to be coated. The strength of the electrostatic powder coating is in addition to the total freedom from solvents in the possibility of powder recovery of not deposited on the workpiece powder. The recovered powder is fed back via filters or cyclones to the fluidizing bed, from which it is electrostatically sprayed again.
Die Genauigkeit der Bestimmung des Verfahrens kann weiter deutlich erhöht werden, indem das Verfahren mehrmals durchgeführt wird und dabei die Fluidisiervorrichtung bzw. der Fluidisierbehälter abwechselnd mit einer Vibration beaufschlagt wird und nicht mit einer Vibration beaufschlagt wird. Eine der Messungen dauert dabei bevorzugt jeweils mehr als 20 s, besonders bevorzugt mehr als 40 s, besonders bevorzugt mehr als 50 s und/oder weniger als 150 s, vorzugsweise weniger als 100 s, besonders bevorzugt weniger als 80 s, besonders bevorzugt 60 s.The accuracy of the determination of the method can be further increased significantly by the method is carried out several times, while the fluidizing or the fluidization is alternately applied to a vibration and is not acted upon by a vibration. One of the measurements preferably takes in each case more than 20 s, particularly preferably more than 40 s, particularly preferably more than 50 s and / or less than 150 s, preferably less than 100 s, more preferably less than 80 s, particularly preferably 60 s.
Darüber hinaus ist es möglich, die Messungen mit oder ohne Vibration ein oder mehrmals zeitabhängig durchzuführen, so dass man eine zeitliche Entwicklung des Druckes erhält. Hierdurch kann u. a. eine Frequenz einer Schwankung des Druckes in dem Pulver gemessen werden. Es hat sich gezeigt, dass in schlecht fluidisierbarem Pulver, also insbesondere solchem mit einem zu hohen Anteil an feinem Pulver, die Schwankungen Schwingungsdauern im Bereich von 2 s bis 20 s bei einer mittleren Amplitude von ca. 2 Pa aufweisen, während in gut fluidisierbarem Pulver mit einer hinreichend großen Teilchengröße die mittlere Amplitude nur um weniger als 1 Pa schwankt (Standardabweichung). Hierdurch lässt sich in einer zeitabhängigen Messung gut fluidisierbares Pulver von schlecht fluidisierbarem Pulver unterscheiden.In addition, it is possible to perform the measurements with or without vibration one or more times depending on time, so that one obtains a temporal evolution of the pressure. This can u. a. a frequency of fluctuation of the pressure in the powder is measured. It has been shown that in poorly fluidisable powders, ie in particular those with too high a proportion of fine powder, the fluctuations have oscillation durations in the range from 2 s to 20 s with an average amplitude of about 2 Pa, while in a readily fluidisable powder with a sufficiently large particle size, the mean amplitude varies only by less than 1 Pa (standard deviation). In this way, in a time-dependent measurement, it is possible to distinguish readily fluidisable powder from poorly fluidizable powder.
Im Rahmen dieses Dokumentes wird die Fluidisierbarkeit, oder auch Rieselfähigkeit, gemäß der französischen Norm T 30 A doc 396 (Sames-Fluidimeter) mit dem sogenannten R-Wert bestimmt. R steht hier für die Rieselfähigkeit oder Fluidisierbarkeit. Bei gut fluidisierbaren Pulvern liegt vorzugsweise R > 180. Reichert sich bei der Kreislaufführung des Pulvers Feinkorn an, sinkt R auf kleiner als 120 ab. Vorzugsweise ist also gut fluidisierbares Pulver solches mit R > 130, besonders bevorzugt > 150, besonders bevorzugt > 180 und schlecht fluidisierbares Pulver vorzugsweise solches mit R < 120, besonders bevorzugt R < 100.In the context of this document, the fluidisability, or else free-flow, is determined according to the French standard T 30 A doc 396 (Sames fluidimeter) with the so-called R value. R here stands for the flowability or fluidizability. In the case of powders which are readily fluidisable, R> 180 is preferably present. When fine grain is recirculated during the recycling of the powder, R drops to less than 120. Preferably, therefore, a fluid which is readily fluidisable is one of R> 130, more preferably> 150, more preferably> 180, and a poorly fluidisable powder, preferably one of R <120, more preferably R <100.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem separaten Fluidisierbehälter durchgeführt, der nicht jener Fluidisierbehälter ist, in dem das Pulver zur Beschichtung fluidisiert wird. Es wird hierzu aus dem Pulverstrom in jenem Bereich, wo das Pulver dem Fluidisierbehälter zur Beschichtung zugeführt wird oder in jenem Bereich, wo das Pulver, welches im Beschichtungsvorgang nicht aufgetragen wurde, rückgeführt wird, ein Teil des Pulvers abgezweigt und in eine zusätzliche Fluidisiervorrichtung bzw. einen zusätzlichen Fluidisierbehälter geleitet, wo ein Fluidisierungsprozess auf das abgezweigte Pulver angewendet wird und hierbei das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Wird das Verfahren in der erfindungsgemäßen Pulverbeschichtungsvorrichtung durchgeführt, so weist diese in diesem Fall also zumindest zwei Fluidisiervorrichtungen bzw. zumindest zwei Fluidisierbehälter auf, nämlich einen zur Fluidisierung zur Beschichtung und einen zur Fluidisierung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.In an advantageous embodiment, the method according to the invention is carried out in a separate fluidizing container, which is not that fluidizing container in which the powder is fluidized for coating. It is for this purpose from the powder stream in that area where the powder is supplied to the fluidizing tank for coating or in the area where the powder, which was not applied in the coating process, recycled, diverted a portion of the powder and into an additional fluidizing or passed an additional fluidizing, where a fluidization process is applied to the branched powder and in this case the inventive method is performed. If the method is carried out in the powder coating apparatus according to the invention, then in this case it has at least two fluidizing devices or at least two fluidizing containers, namely one for fluidization for coating and one for fluidization for carrying out the method according to the invention.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren beispielhaft erläutert werden. Die in den Figuren gezeigten Merkmale können erfindungsgemäß auch unabhängig vom konkreten Beispiel realisiert sein und untereinander beliebig kombiniert werden. Gleiche Bezugszeichen entsprechen gleichen oder entsprechenden Merkmalen.In the following, the invention will be explained by way of example with reference to some figures. The features shown in the figures can be inventively realized independently of the specific example and combined with each other as desired. Like reference numerals correspond to the same or corresponding features.
Es zeigtIt shows
Die Fluidisiervorrichtung ist nun mit einer Differenz-Drucksonde
Bei der Anreicherung von feinem Pulver im Pulverlackkreislauf bei der Pulverrückgewinnung bleibt der Differenzdruck zunächst konstant (im Fallbeispiel bis zu einem D(v, 0.5)) von etwa 40 μm (siehe Gleichung (1)), dann bilden sich bei zunehmender Verfeinerung des Pulvers die Mauslöcher
Bei höherer Füllhöhe wird ein insgesamt höherer Differenzdruck gemessen als bei geringerer Füllhöhe. Beim langsamen Austauchen der Sonde nimmt der Differenzdruck ab (Gesetzmäßigkeit wie beim hydrostatischen Druck, siehe Gleichung (1), außer bei sehr geringem Abstand zum Sinterboden, da dann der hoher Staudruck der ausströmenden Luft die Messwerte verfälscht). Bei sonst gleichen Bedingungen werden höhere Differenzdrücke bei Vibration gemessen, da sich dann „Mauslöcher” schließen. Aus kleineren Fluidisierluftgeschwindigkeiten resultieren höhere Differenzdrücke, da der Füllstand konstant gehalten wird und die Dichte des Pulver-Fluids bei geringer Durchströmung mit Fluidisierluft zunimmt (siehe Gleichung (1)).If the filling level is higher, an overall higher differential pressure is measured than at a lower filling level. During slow evacuation of the probe, the differential pressure decreases (regularity as in hydrostatic pressure, see equation (1), except at a very small distance to the sinter bottom, because then the high back pressure of the outflowing air falsifies the measured values). Under otherwise identical conditions, higher differential pressures are measured during vibration, since then "mouse holes" close. Lower fluidizing air velocities result in higher differential pressures because the fill level is kept constant and the density of the powder fluid increases with low flow fluidizing air (see equation (1)).
Die Flanke beim Austauchen der Messsonde aus dem Fluid (in den Diagrammen in
Als Grenzwert für den Schwellwertschalter
Dabei ist in einem Fluidisierbehälter
Die Fluidisiervorrichtung weist im gezeigten Beispiel außerdem eine Vorrichtung
Zu erkennen ist, dass ab einer mittleren Partikelgröße von ca. 40 μm der gemessene Differenzdruck höher ist, wenn der Fluidisierbehälter mit einer Vibration beaufschlagt wird. Der Grund hierfür ist, dass sich ohne Vibration Mauslöcher bilden, die zu einem Abfall des Druckes führen. Bei Beaufschlagung des Fluidisierbehälters mit Vibration können diese bis zu einer minimalen Partikelgröße noch geschlossen werden, so dass das Absinken des Druckes erst bei kleineren Partikelgrößen auftritt.It can be seen that from a mean particle size of about 40 microns, the measured differential pressure is higher when the fluidizing tank is subjected to a vibration. The reason for this is that, without vibration, mousetracks are formed, leading to a drop in pressure. When the fluidizing container is subjected to vibration, it can still be closed up to a minimum particle size, so that the drop in pressure only occurs with smaller particle sizes.
Zu erkennen ist, dass die Differenzdrücke bei grobem, gut fluidisierbarem Pulver im Wesentlichen konstant auf hohem Niveau liegen. Bei schlecht fluidisierbarem Pulver sinkt der Differenzdruck mit der Zeit bis auf Null ab.It can be seen that the differential pressures of coarse, readily fluidisable powder are substantially constant at a high level. With poorly fluidisable powder, the differential pressure decreases with time to zero.
Die Unterschiede hinsichtlich der Differenzdrücke zwischen vibriertem und unvibriertem Pulver bei der Feinkornanreicherung kommen besonders stark zur Geltung, wenn während der Feinkornanreicherung alternierend die Vibration an und wieder ausgeschaltet wird (Dauer einer Sequenz: 60 s). Dann können auch geringe Verschiebungen des Korngrößenspektrums messtechnisch erfasst werden. Dies ist beispielhaft in
Da aber bei den meisten Pulverbeschichtungsprozessen die Anforderung besteht, die Fluidisierung des Pulvers durch zusätzliche Vibration des Fluidisierbehälters zu verbessern, lässt sich dieser Effekt zur Überwachung bzw. zukünftig Regelung des Pulverkreislaufes nur dann technisch nutzen, wenn beispielsweise ein Teilstrom aus dem Rückgewinnungspulver oder dem zu applizierenden Pulver entnommen wird und der Differenzdruck dieses Pulvers z. B. in einem Mini-Fluidisierbehälter bei alternierend vibrierter und unvibrierter Fluidisierung gemessen wird. Je nach Anforderung und Automatisierungsgrad der Anlage kann zukünftig die beschriebene Anordnung mit der einfachen Variante direkt aus dem die Sprühpistolen versorgenden Fluidisierbehälter oder auch mit der komplizierteren aber hinsichtlich der Überwachung und Regelung der Feinkornanreicherung genaueren Teilstrom-Methode (alternierendes An- und Ausschalten der Vibration) betrieben werden.However, since there is a requirement in most powder coating processes to improve the fluidization of the powder by additional vibration of the fluidizing, this effect for monitoring or future regulation of the powder circuit can only be used technically, if, for example, a partial stream of the recovery powder or to be applied Powder is removed and the differential pressure of this powder z. B. is measured in a mini-Fluidisierbehälter with alternately vibrated and unvibrated fluidization. Depending on the requirements and degree of automation of the system, the described arrangement with the simple variant can in future be operated directly from the fluidizing tank supplying the spray guns or also with the more complicated partial flow method (alternating switching on and off of the vibration) with regard to the monitoring and control of the fine grain enrichment become.
Eine weitere Methode zur Überwachung und/oder Regelung der Beschaffenheit des Pulverfluids mit fluidisiertem, aber nicht vibriertem Pulver, die besonders geeignet ist, wenn im Teilstrom Pulver gemessen wird, (sonst nur geringe Unterschiede), stellt die Messung der Differenzdruckschwankungen im kurzwelligen Bereich dar, wobei beispielsweise Wellenlängen im Bereich von ca. 2 bis 20 s eine mittlere Amplitude von ca. 2 Pa beim schlecht fluidisierbaren Feinpulver aufweisen, während gut fluidisierbares, grobes Pulver nur um eine mittlere Amplitude (Standardabweichung) von < 1 Pa schwankt. Dies ist in
Das Pulver wird der Sprühpisole aus einem Fluidisierbehälter
An die Beschichtungskabine ist eine Absaugvorrichtung
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