DE102011056496A1

DE102011056496A1 - Beschichtungsanlage und Verfahren zum Beschichten von Werkstücken

Info

Publication number: DE102011056496A1
Application number: DE102011056496A
Authority: DE
Inventors: Alfred Pregenzer; Michael DIETERICH
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-20
Also published as: US9988729B2; EP2791397A1; EP2791397B1; ZA201403941B; BR112014013903A2; RU2014122745A; MX2014006932A; WO2013087455A1; JP2015500401A; KR20140102209A; US20140291158A1; BR112014013903A8; CA2858237A1; CN103987880A

Abstract

Um eine Beschichtungsanlage zum Beschichten von Werkstücken, welche ein Tauchbecken, in das die Werkstücke zum Beschichten derselben einbringbar sind, ein Stromwandlungssystem zur Bereitstellung eines Beschichtungsstroms, der zum Beschichten der Werkstücke durch das Tauchbecken hindurchleitbar ist, und eine Elektrode, die in dem Tauchbecken anordenbar ist und die mit dem Stromwandlungssystem elektrisch verbunden ist, umfasst, zu schaffen, welche flexibel und zuverlässig betreibbar ist, wird vorgeschlagen, dass das Stromwandlungssystem eine Stromwandlungseinheit umfasst, die einen Leistungsschalter und einen Trenntransformator umfasst, wobei der Leistungsschalter eingangsseitig mit einer Versorgungsstromquelle verbindbar und ausgangsseitig mit dem Trenntransformator verbunden ist und wobei der Trenntransformator eingangsseitig mit dem Leistungsschalter und ausgangsseitig mit einer Elektrode verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage zum Beschichten von Werkstücken, welche ein Tauchbecken, in das die Werkstücke zum Beschichten derselben einbringbar sind, ein Stromwandlungssystem zur Bereitstellung eines Beschichtungsstroms, der zum Beschichten der Werkstücke durch das Tauchbecken hindurch leitbar ist, und eine Elektrode, die in dem Tauchbecken anordenbar ist und die mit dem Stromwandlungssystem elektrisch verbunden ist, umfasst.
Eine solche Beschichtungsanlage ist beispielsweise aus der DE 10 2004 061 791 A1 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtungsanlage bereitzustellen, welche flexibel und zuverlässig betreibbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Stromwandlungssystem eine Stromwandlungseinheit umfasst, die einen Leistungsschalter und einen Trenntransformator umfasst, wobei der Leistungsschalter eingangsseitig mit einer Versorgungsstromquelle verbindbar und ausgangsseitig mit dem Trenntransformator verbunden ist und wobei der Trenntransformator eingangsseitig mit dem Leistungsschalter und ausgangsseitig mit einer Elektrode verbunden ist.
Dadurch, dass das Stromwandlungssystem eine Stromwandlungseinheit umfasst, die einen Leistungsschalter und einen Trenntransformator umfasst, ist das Stromwandlungssystem flexibel einsetzbar. Vorzugsweise sind mehrere Stromwandlungseinheiten vorgesehen, welche jeweils einen Leistungsschalter und einen eingangsseitig mit dem Leistungsschalter verbundenen Trenntransformator umfassen.
Unter einem "Strom" ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ein elektrischer Strom zu verstehen.
Unter den Begriffen "verbindbar" und "verbunden" ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen sowohl eine unmittelbare als auch eine mittelbare elektrische Verbindung zu verstehen. Es kann bei einer mittelbaren Verbindung vorgesehen sein, dass zwischen zwei miteinander verbundenen oder verbindbaren Elementen oder Bauteilen weitere Elemente oder Bauteile angeordnet sind.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels des Leistungsschalters aus einem Versorgungsstrom der Versorgungsstromquelle ein vorgebbarer Beschichtungsstrom zur Zuführung zu einer Elektrode erzeugbar ist.
Insbesondere ist mittels des Leistungsschalters eine Stromstärke des Beschichtungsstroms einstellbar.
Günstig kann es sein, wenn mittels des Trenntransformators der Leistungsschalter galvanisch von der Elektrode getrennt ist.
Insbesondere ist mittels des Trenntransformators die Versorgungsstromquelle galvanisch von der Elektrode getrennt.
Günstig kann es sein, wenn der Leistungsschalter einen Leistungshalbleiter umfasst.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Leistungsschalter einen Insulated Gate Bi-Polar Transistor (IGBT) umfasst. Dies ermöglicht einen besonders zuverlässigen und verlustarmen Betrieb des Leistungsschalters und somit des Stromwandlungssystems.
Die Stromwandlungseinheit umfasst vorzugsweise eine Gleichrichtungsvorrichtung und/oder Glättungsvorrichtung, welche eingangsseitig mit der Versorgungsstromquelle verbindbar und ausgangsseitig mit dem Leistungsschalter verbunden ist. Auf diese Weise kann der Stromwandlungseinheit Wechselstrom zugeführt werden, welcher mittels der Gleichrichtungsvorrichtung und/oder Glättungsvorrichtung zur Bereitstellung desselben an dem Leistungsschalter in einen Gleichstrom wandelbar ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Stromwandlungseinheit eine Gleichrichtungsvorrichtung und/oder Glättungsvorrichtung umfasst, welche eingangsseitig mit dem Trenntransformator und ausgangsseitig mit einer Elektrode verbunden ist. Auf diese Weise kann das mittels des Leistungsschalters erzeugte, hochfrequente Rechtecksignal für eine gleichmäßige Beaufschlagung der Elektrode mit Beschichtungsstrom besonders einfach geglättet werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Stromwandlungseinheit eine Gleichrichtungsvorrichtung und/oder Glättungsvorrichtung umfasst, mittels welcher ein Dreiphasenwechselstrom der Versorgungsstromquelle zur Erzeugung eines Gleichstroms mit niedriger Welligkeit wandelbar ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stromwandlungssystem mindestens zwei im Wesentlichen identisch ausgebildete Stromwandlungseinheiten umfasst.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Stromwandlungseinheiten als Module ausgebildet sind und somit insbesondere in sich abgeschlossene, austauschbare und/oder funktional voneinander unabhängige Funktionseinheiten des Stromwandlungssystems sind.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Beschichtungsanlage mindestens zwei Stromwandlungseinheiten umfasst, welche mit jeweils einer Elektrode elektrisch verbunden sind.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Beschichtungsanlage mindestens zwei Stromwandlungseinheiten umfasst, welchen voneinander verschiedene Elektrodengruppen zugeordnet sind. Auf diese Weise sind mindestens zwei Elektrodengruppen mittels zweier voneinander verschiedener Stromwandlungseinheiten unabhängig voneinander ansteuerbar und/oder regelbar.
Vorzugsweise ist jeder Elektrode eine separate Stromwandlungseinheit zugeordnet. Auf diese Weise kann eine besonders flexible Ansteuerung der Elektroden in dem Tauchbecken durchgeführt werden.
In dem Tauchbecken sind vorzugsweise mehrere Beschichtungsbereiche gebildet. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mehrere Beschichtungsbereiche in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind. Ferner kann vorgesehen sein, dass mehrere Beschichtungsbereiche in einer Förderrichtung der Werkstücke hintereinander angeordnet sind.
Jedem Beschichtungsbereich ist vorzugsweise eine Elektrode, insbesondere eine Elektrodengruppe, zugeordnet.
Eine Elektrodengruppe kann eine oder mehrere Elektroden umfassen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Elektrode als eine Dialysezelle ausgebildet ist.
Günstig kann es sein, wenn eine Elektrode im Wesentlichen plattenförmig, zylindrisch oder halbzylindrisch ausgebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Elektrode als eine flache, beispielsweise plattenförmige, eine halbrunde, beispielsweise halbzylinderschalenförmige, oder als eine runde, beispielsweise zylinderförmige, Dialysezelle ausgebildet ist.
Die Beschichtungsanlage umfasst vorzugsweise eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Stromwandlungssystems.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuerungsvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung mehrerer Stromwandlungseinheiten des Stromwandlungssystems dient.
Mittels der Steuerungsvorrichtung sind vorzugsweise mehrere Stromwandlungseinheiten, welchen voneinander verschiedene Elektrodengruppen zugeordnet sind, im Wesentlichen unabhängig voneinander steuerbar und/oder regelbar.
Vorzugsweise ist eine gezielte räumliche Stromverteilung in dem Tauchbecken realisierbar.
Vorteilhaft kann es sein, wenn mittels der Steuerungsvorrichtung mehrere Stromwandlungseinheiten, welchen voneinander verschiedene Elektrodengruppen zugeordnet sind, derart miteinander koordinierbar sind, dass die Stromstärke und/oder eine räumliche Verteilung des Beschichtungsstroms zur Anpassung desselben an die Geometrie der Werkstücke und/oder an einen Förderweg der Werkstücke und/oder zur Kompensation einer irregulären Funktion einer Stromwandlungseinheit gezielt beeinflussbar sind.
Unter einer "irregulären Funktion" einer Stromwandlungseinheit ist insbesondere ein Defekt oder ein Totalausfall der Stromwandlungseinheit zu verstehen. Ferner liegt eine "irreguläre Funktion" vor, wenn ein mittels einer Stromwandlungseinheit bereitgestellter Beschichtungsstrom einen vorgegebenen Wert, insbesondere eine vorgegebene Stromstärke, unterschreitet.
Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Elektrode, welche mit der Stromwandlungseinheit elektrisch verbunden ist, eine Anode ist. Die Werkstücke bilden dann vorzugsweise Kathoden.
Die Elektrode, welche mit der Stromwandlungseinheit elektrisch verbunden ist, ist insbesondere eine stationäre, in dem Tauchbecken räumlich fest angeordnete Elektrode, insbesondere Anode.
Vorzugsweise sind sämtliche Elektroden, welche mit Stromwandlungseinheiten elektrisch verbunden sind, stationäre Elektroden, insbesondere Anoden.
Grundsätzlich kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Elektrode, welche mit einer Stromwandlungseinheit elektrisch verbunden ist, eine Kathode ist. Die Kathode kann dann eine stationäre Elektrode in dem Tauchbecken oder ein Werkstück sein.
Die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Kombination aus einer Versorgungsstromquelle und einer Beschichtungsanlage.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Kombination aus einer Versorgungsstromquelle und einer Beschichtungsanlage.
Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Kombination vorgesehen, dass der Leistungsschalter einer Stromwandlungseinheit der Beschichtungsanlage ohne galvanische Trennung eingangsseitig an die Versorgungsstromquelle anschließbar oder angeschlossen ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Leistungsschalter der Stromwandlungseinheit mittels einer elektrischen Leitung direkt an eine Dreiphasenwechselstrom-Versorgungsleitung der Versorgungsstromquelle anschließbar ist. Die notwendige galvanische Trennung zwischen der Versorgungsstromquelle und einer Elektrode erfolgt dann vorzugsweise nur durch den Trenntransformator, welcher eingangsseitig mit dem Leistungsschalter und ausgangsseitig mit einer Elektrode verbunden ist.
Die Kombination aus einer Versorgungsstromquelle und einer Beschichtungsanlage weist vorzugsweise ferner die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Beschichten von Werkstücken bereitzustellen, welches flexibel und zuverlässig, insbesondere mittels der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage und/oder der erfindungsgemäßen Kombination aus einer Beschichtungsanlage und einer Versorgungsstromquelle, durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:

– Einbringen von Werkstücken in ein Tauchbecken zum Beschichten der Werkstücke;
– Erzeugen eines Beschichtungsstroms aus einem Versorgungsstrom mittels eines Stromwandlungssystems, welches eine Stromwandlungseinheit umfasst, die einen Leistungsschalter und einen Trenntransformator umfasst, wobei der Leistungsschalter eingangsseitig mit einer Versorgungsstromquelle und ausgangsseitig mit dem Trenntransformator verbunden ist und wobei der Trenntransformator eingangsseitig mit dem Leistungsschalter und ausgangsseitig mit einer in dem Tauchbecken angeordneten Elektrode verbunden ist; und
– Hindurchleiten des Beschichtungsstroms durch das Tauchbecken zum Beschichten der Werkstücke.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten von Werkstücken weist vorzugsweise die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage und/oder mit der erfindungsgemäßen Kombination aus einer Versorgungsstromquelle und einer Beschichtungsanlage beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Stromstärke des Beschichtungsstroms mittels des Leistungsschalters der Stromwandlungseinheit eingestellt wird. Der Beschichtungsstrom wird dann mittels des Trenntransformators der Stromwandlungseinheit einer in dem Tauchbecken angeordneten Elektrode zugeführt.
Ferner können die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage, die erfindungsgemäße Kombination aus einer Beschichtungsanlage und einer Versorgungsstromquelle und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten von Werkstücken die nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
Insbesondere durch die Verwendung mehrerer Stromwandlungseinheiten des Stromwandlungssystems können benachbarte Stromwandlungseinheiten den von einer ausgefallenen Stromwandlungseinheit bereitgestellten Beschichtungsstrom vorzugsweise zusätzlich aufbringen. Eine entsprechende Steuerung und/oder Regelung der Stromwandlungseinheiten des Stromwandlungssystems erfolgt vorzugsweise mittels der Steuerungsvorrichtung.
Vorzugsweise wird die benötigte Gesamtbeschichtungsenergie, das heißt der benötigte Gesamtbeschichtungsstrom, auf mehrere Stromwandlungseinheiten des Stromwandlungssystems verteilt. Hierdurch können mehrere Spannungspotentiale zum Beschichten der Werkstücke bereitgestellt werden, wodurch sich ein Beschichtungsergebnis verbessern lässt.
Bei der Verwendung von mehreren Stromwandlungseinheiten können diese vorzugsweise völlig autark stromgeführt oder spannungsgeführt angesteuert werden.
In Abhängigkeit von der Bestückung des Tauchbeckens mit Elektroden, insbesondere Anoden, beispielsweise flache, halbrunde oder runde Dialysezellen, welche die Anoden bilden, kann vorgesehen sein, dass die Elektroden paarweise mit jeweils einer Stromwandlungseinheit verbunden sind.
Insbesondere zur Beschichtung von unsymmetrischen Körpern können in vertikaler Richtung geteilte Dialysezellen vorgesehen sein, wobei jeweils eine Stromwandlungseinheit vorgesehen ist, welche einen Teil der Dialysezelle mit Beschichtungsstrom versorgt.
Durch die Verwendung von individuell stromgeführten oder spannungsgeführten Elektroden, insbesondere Anoden, welchen jeweils separate Stromwandlungseinheiten zugeordnet sind, können auch unsymmetrische Werkstücke optimal beschichtet werden. Insbesondere kann durch eine solche Einzelansteuerung der Elektroden ein nichtsymmetrischer, nicht geradliniger Verlauf eines Förderwegs, längs welchem die Werkstücke durch das Tauchbecken gefördert werden, ausgesteuert werden.
Die notwendige galvanische Trennung erfolgt vorzugsweise nicht durch Transformatoren auf der Eingangsseite, sondern durch einen in der Stromwandlungseinheit eingebauten Trenntransformator auf der Hochfrequenzseite. Die Frequenz f_p beträgt vorzugsweise ungefähr 20 kHz. Die Stromwandlungseinheiten können vorzugsweise direkt an das normale Leistungsnetz angeschlossen werden.
Bei Ausfall einer Stromwandlungseinheit wird die Beschichtung des zu beschichtenden Werkstücks vorzugsweise von einer der anderen Stromwandlungseinheiten über die dieser anderen Stromwandlungseinheit zugeordnete Elektrode mit übernommen.
Mittels der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage kann vorzugsweise eine Energieeinsparung erfolgen, da kaum Blindleistung benötigt wird (cosφ ≥ 0,97 über den kompletten Spannungsbereich von 0 V bis ungefähr 400 V). Der Trenntransformator wird vorzugsweise so ausgelegt, dass die Scheinleistung zumindest näherungsweise der Wirkleistung entspricht. Die Einspeisung kann vorzugsweise aus dem normalen Hallennetz erfolgen.
Durch eine deutlich reduzierte Oberwellenbelastung ist vorzugsweise eine sehr geringe Netzbelastung erreichbar.
Durch eine bevorzugt sehr geringe Restwilligkeit (kleiner 1% über den kompletten Strom- und Spannungsbereich) wird vorzugsweise eine verbesserte Beschichtungsqualität erhalten. Ferner kann die Beschichtungsqualität vorzugsweise durch eine gleichmäßige stromgeführte Fahrweise optimiert werden.
Durch eine gezielte Beschichtung aufgrund der Einzelansteuerung der Stromwandlungseinheiten und somit der mit den Stromwandlungseinheiten verbundenen Elektroden, insbesondere Anoden, kann ein Verbrauch von Beschichtungsmaterial vorzugsweise reduziert werden.
Ferner kann durch eine gleichmäßige stromgeführte Fahrweise ein Verschleiß der Stromabnehmer und der Elektroden, insbesondere der Anoden, reduziert werden.
Aufgrund des vorzugsweise modularen Aufbaus kann die Beschichtungsanlage ohne großen Aufwand bei Bedarf erweitert werden.
Die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage eignet sich zum Einsatz in sämtlichen Bereichen, in welchen ein elektrochemischer Beschichtungsprozess, insbesondere Lackbeschichtungsprozess, durchgeführt werden soll.
Die Beschichtungsanlage ist vorzugsweise eine Elektrotauchlackieranlage.
Der Beschichtungsstrom ist vorzugsweise ein Lackierstrom.
Die Werkstücke sind mittels der Beschichtungsanlage vorzugsweise lackierbar.
Weitere Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Kombination aus einer Beschichtungsanlage und einer Versorgungsstromquelle;
2 eine schematische Darstellung einer Stromwandlungseinheit eines Stromwandlungssystems der Beschichtungsanlage aus 1;
3 eine schematische Darstellung der Beschichtungsanlage aus 1 mit einer ersten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, bei welcher jeder Elektrodengruppe aus jeweils zwei Elektroden eine Stromwandlungseinheit des Stromwandlungssystems der Beschichtungsanlage zugeordnet ist;
4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, bei welcher jeder Elektrode eine separate Stromwandlungseinheit zugeordnet ist und die Elektroden als halbzylindrische Dialysezellen ausgebildet sind;
5 eine der 4 entsprechende schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, bei welcher in vertikaler Richtung geteilte, flache Dialysezellen vorgesehen sind, wobei für jede Teil-Dialysezelle eine separate Stromwandlungseinheit vorgesehen ist;
6 eine der 4 entsprechende schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, bei welcher eine zylindrische Dialysezelle vorgesehen ist, die in einem oberen Bereich eines Tauchbeckens der Beschichtungsanlage angeordnet und parallel zu einer Förderrichtung einer Fördervorrichtung der Beschichtungsanlage ausgerichtet ist;
7 eine der 6 entsprechende schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, wobei die zylindrische Dialysezelle in einem unteren Bereich des Tauchbeckens angeordnet ist;
8 eine der 7 entsprechende schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, bei welcher eine halbzylindrische Dialysezelle vorgesehen ist, welche sich quer zu der Förderrichtung der Fördervorrichtung der Beschichtungsanlage erstreckt; und
9 eine der 4 entsprechende schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, bei welcher zwei flache Dialysezellen und zwei in einem unteren Bereich des Tauchbeckens angeordnete zylindrische Dialysezellen vorgesehen sind.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine in den 1 bis 9 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Beschichtungsanlage umfasst ein Tauchbecken 102, welches mit einem Tauchbad 104 aus Beschichtungsflüssigkeit gefüllt ist, und ein Stromwandlungssystem 106, mittels welchem Strom aus einer Versorgungsstromquelle 108 für eine Vielzahl von Elektroden 110 der Beschichtungsanlage 100 bereitstellbar ist.
Mittels der Beschichtungsanlage 100 sind Werkstücke 112, beispielsweise Fahrzeugkarosserien 114, beschichtbar, insbesondere lackierbar, indem die Werkstücke 112 mittels einer Fördervorrichtung 116 in das Tauchbecken 102 eingebracht, in einer Förderrichtung 118 durch das Tauchbecken 102 hindurchgeführt und wieder aus dem Tauchbecken 102 entnommen werden, wobei während des Aufenthalts der Werkstücke 112 in dem Tauchbecken 102 ein Strom durch das Tauchbad 104 in dem Tauchbecken 102 hindurchgeleitet wird.
Zur Zuleitung des Stroms zu dem Tauchbad 104 in dem Tauchbecken 102 dienen die Elektroden 110, wobei die Werkstücke 112 Kathoden 120 bilden und wobei stationär in dem Tauchbecken 102 angeordnete Elektroden 110 Anoden 122 bilden.
Die Anoden 122 sind in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gleichmäßig oder ungleichmäßig in dem Tauchbecken 102 verteilt angeordnet und mit jeweils einer Stromwandlungseinheit 124 des Stromwandlungssystems 106 elektrisch verbunden.
Zum Betrieb der Beschichtungsanlage 100 wird Strom benötigt, welcher mittels der Versorgungsstromquelle 108 bereitstellbar ist.
Zur Durchführung eines Beschichtungsvorgangs wird somit eine Kombination 126 aus der Beschichtungsanlage 100 und der Versorgungsstromquelle 108 benötigt.
Die vorstehend beschriebene Kombination 126 aus der Beschichtungsanlage 100 und der Versorgungsstromquelle 108 funktioniert wie folgt:
Mittels der Versorgungsstromquelle 108 wird ein Versorgungsstrom, insbesondere ein Dreiphasendrehstrom, bereitgestellt. Da dieser Drehstrom nicht direkt an die Elektroden 110 angelegt werden kann, sondern in Gleichstrom gewandelt werden muss, um einen Beschichtungsvorgang durchführen zu können, wird der Versorgungsstrom mittels des Stromwandlungssystems 106 umgewandelt. Insbesondere wird mittels des Stromwandlungssystems 106 ein Gleichstrom, welcher nachfolgend auch als Beschichtungsstrom bezeichnet wird, erzeugt.
Mittels der Fördervorrichtung 116 werden Werkstücke 112, insbesondere Fahrzeugkarosserien 114, in das Tauchbad 104 in dem Tauchbecken 102 eingebracht und längs der Förderrichtung 118 durch das Tauchbecken 102 hindurchgeführt. Dabei wird an die Elektroden 110 der Beschichtungsstrom, welcher mittels des Stromwandlungssystems 106 aus dem Versorgungsstrom erzeugt wird, angelegt. Ein elektrischer Stromfluss von den Anoden 122 zu den durch die Werkstücke 112 gebildeten Kathoden 120 führt dazu, dass sich an den Werkstücken 112 Beschichtungsmaterial ablagert und diese somit beschichtet werden.
Die Bereitstellung des Beschichtungsstroms an den einzelnen Anoden 122 erfolgt mittels einzelner Stromwandlungseinheiten 124 des Stromwandlungssystems 106.
Wie 2 zu entnehmen ist, umfasst jede Stromwandlungseinheit 124 einen Eingang 130, mit welchem die Stromwandlungseinheit 124 an die Versorgungsstromquelle 108 anschließbar ist.
Ferner umfasst die Stromwandlungseinheit 124 eine Gleichrichtungsvorrichtung 132 zur Erzeugung eines Gleichstroms aus dem Dreiphasendrehstrom der Versorgungsstromquelle 108 und zur Zuführung des Gleichstroms zu einem Leistungsschalter 134 der Stromwandlungseinheit 124.
Der Leistungsschalter 134 ist als Insulated Gate Bi-Polar Transistor (IGBT) 136 ausgebildet und dient der Einstellung einer mittels der Stromwandlungseinheit 124 übertragenen elektrischen Leistung.
Der Leistungsschalter 134 ist eingangsseitig mit der Gleichrichtungsvorrichtung 132 und somit eingangsseitig mit der Versorgungsstromquelle 108 verbunden.
Ausgangsseitig ist der Leistungsschalter 134 mit einem Trenntransformator 138 der Stromwandlungseinheit 124 verbunden.
Der Trenntransformator 138 der Stromwandlungseinheit 124 dient der galvanischen Trennung der mit der Stromwandlungseinheit 124 verbundenen Elektrode 110 von der Versorgungsstromquelle 108.
Eingangsseitig ist der Trenntransformator 138 mit dem Leistungsschalter 134 verbunden. Ausgangsseitig ist der Trenntransformator 138 mit einer Elektrode 110, insbesondere einer Anode 122, verbunden. Da mittels des Trenntransformators 138 lediglich Wechselstrom übertragen werden kann, an die Anoden 122 jedoch Gleichstrom angelegt werden muss, sind zwischen dem Trenntransformator 138 und der Anode 122 eine Gleichrichtungsvorrichtung 140 und eine Glättungsvorrichtung 142 vorgesehen.
Mittels der Gleichrichtungsvorrichtung 140 kann der mittels des Trenntransformators 138 übertragene Wechselstrom gleichgerichtet werden. Anschließend kann dieser Strom mittels der Glättungsvorrichtung 142, welche beispielsweise als ein Filter 144 ausgebildet ist, geglättet werden, so dass der der Anode 122 zuzuführende Beschichtungsstrom eine möglichst geringe Welligkeit aufweist.
Die Gleichrichtungsvorrichtung 140 ist eingangsseitig mit dem Trenntransformator 138 und ausgangsseitig mit der Glättungsvorrichtung 142 verbunden.
Die Glättungsvorrichtung 142 ist eingangsseitig mit der Gleichrichtungsvorrichtung 140 und ausgangsseitig mit einem Ausgang 146 der Stromwandlungseinheit 124 verbunden.
Der Ausgang 146 der Stromwandlungseinheit 124 ist mit einer Elektrode 110, insbesondere Anode 122, verbunden.
Zur Steuerung und/oder Regelung der Stromwandlungseinheit 124, insbesondere sämtlicher Stromwandlungseinheiten 124 des Stromwandlungssystems 106, umfasst die Beschichtungsanlage 100 eine Steuerungsvorrichtung 148.
Die Steuerungsvorrichtung 148 kann zentral für sämtliche Stromwandlungseinheiten 124 vorgesehen sein.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass jede Stromwandlungseinheit 124 mit einer separaten Steuerungsvorrichtung 148 versehen ist. Vorzugsweise ist dann jeder Stromwandlungseinheit 124 ferner eine Schnittstelle 150 zugeordnet, so dass die Steuerungsvorrichtungen 148 der verschiedenen Stromwandlungseinheiten 124 direkt und/oder über eine übergeordnete (nicht dargestellte) Steuerungsvorrichtung miteinander kommunizieren können.
Mittels der in 2 dargestellten Stromwandlungseinheit 124 kann auf einfache Weise der mittels der Versorgungsstromquelle 108 bereitgestellte Dreiphasendrehstrom, welcher an dem Eingang 130 der Stromwandlungseinheit 124 anlegbar ist, in einen einer Anode 122 zuführbaren, am Ausgang 146 der Stromwandlungseinheit 124 bereitstellbaren Gleichstrom gewandelt werden.
Bevorzugte Anordnungen und Ausgestaltungen der Elektroden 110, insbesondere der Anoden 122, in dem Tauchbecken 102 der Beschichtungsanlage 100 sind in den nachfolgend beschriebenen 3 bis 9 dargestellt.
3 zeigt eine erste Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149, bei welcher zwei parallel zur Förderrichtung 118 der Fördervorrichtung 116 und parallel zueinander verlaufende Reihen 151 von Anoden 122 vorgesehen sind.
Jede Anode 122 ist dabei als eine flache, plattenförmige Dialysezelle 152 ausgebildet. Jede Dialysezelle 152 ist in vertikaler Richtung mehrfach geteilt, zum Beispiel zweigeteilt, wobei vorzugsweise beide Teile 154 der Dialysezelle 152 mit einer gemeinsamen Stromwandlungseinheit 124 verbunden sind.
Die beiden Reihen 151 von Anoden 122 sind in horizontaler Richtung zu beiden Seiten (rechts und links) eines Förderwegs der Werkstücke 112 angeordnet.
Eine in 4 dargestellte zweite Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Anoden 122 als halbrunde, nicht geteilte Dialysezellen 152 ausgebildet sind, welche in vertikaler Richtung ausgerichtet sind, wobei jeder Dialysezelle 152 eine separate Stromwandlungseinheit 124 zugeordnet ist. Insbesondere sind die Dialysezellen 152 im Wesentlichen halbzylinderschalenförmig ausgebildet.
Im Übrigen stimmt die in 4 dargestellte zweite Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 5 dargestellte dritte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass für jeden Teil 154 einer Dialysezelle 152 eine separate Stromwandlungseinheit 124 vorgesehen ist.
Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte dritte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 6 dargestellte vierte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 unterscheidet sich von der in 4 dargestellten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Anode 122 als eine runde Dialysezelle 152 ausgebildet ist. Eine runde Dialysezelle 152 ist insbesondere eine im Wesentlichen zylindrische Dialysezelle 152.
Die Dialysezelle 152 ist gemäß der in 6 dargestellten vierten Ausführungsform der Elektrodenanordnung 149 in einem oberen Bereich 156 des Tauchbeckens 102 angeordnet und erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Förderrichtung 118.
Im Übrigen stimmt die in 6 dargestellte vierte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 4 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 7 dargestellte fünfte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 unterscheidet sich von der in 6 dargestellten vierten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass Dialysezelle 152 in einem unteren Bereich 158 des Tauchbeckens 102 angeordnet ist.
Im Übrigen stimmt die in 7 dargestellte fünfte Ausführungsform der Elektrodenanordnung 149 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 6 dargestellten vierten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 8 dargestellte sechste Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 unterscheidet sich von der in 7 dargestellten fünften Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Dialysezelle 152 als eine halbzylinderschalenförmige Dialysezelle 152 ausgebildet ist.
Ferner ist die Dialysezelle 152 gemäß der in 8 dargestellten sechsten Ausführungsform der Elektrodenanordnung 149 nicht parallel, sondern quer zur Förderrichtung 118 ausgerichtet.
Im Übrigen stimmt die in 8 dargestellte sechste Ausführungsform der Elektrodenanordnung 149 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 7 dargestellten fünften Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 9 dargestellte siebte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass sowohl zwei flache, plattenförmige Dialysezellen 152 als auch zwei zylindrische Dialysezellen 152 vorgesehen sind, wobei die zylindrischen Dialysezellen 152 unterhalb der plattenförmigen Dialysezellen 152 angeordnet sind und wobei jede Dialysezelle 152 einer separaten Stromwandlungseinheit 124 zugeordnet ist.
Die flachen, plattenförmigen Dialysezellen 152 sind bezüglich der Förderrichtung 118 benachbart zueinander angeordnet.
Die runden Dialysezellen 152 sind in vertikaler Richtung versetzt zueinander angeordnet und parallel zueinander sowie parallel zur Förderrichtung 118 ausgerichtet.
Die Dialysezellen 152 sind nicht in der Förderrichtung 118 hintereinander angeordnet, sondern erstrecken sich zumindest abschnittsweise nebeneinander parallel zur Förderrichtung 118.
Im Übrigen stimmt die in 9 dargestellte siebte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Zur Anpassung an die Form und Größe der Werkstücke 112 können sämtliche Arten und Anordnungen der vorstehend beschriebenen Anoden 122, insbesondere der vorstehend beschriebenen Dialysezellen 152, beliebig miteinander kombiniert werden.
So können insbesondere die runden oder halbrunden Dialysezellen 152 zur Optimierung des Beschichtungsprozesses ergänzend zu flachen Dialysezellen 152 verwendet werden.
Durch die Verwendung von mehreren Stromwandlungseinheiten 124 für voneinander verschiedene Elektrodengruppen 160, insbesondere für die Verwendung einzelner Anoden 122, können die Stromstärke des Beschichtungsstroms und das elektrische Feld in dem Tauchbad 104 gezielt beeinflusst werden, um ein optimales Beschichtungsergebnis zu erhalten.
Ferner kann dadurch, dass voneinander unabhängige Stromwandlungseinheiten 124 mit jeweils separatem Trenntransformator 138 vorgesehen sind, ein Ausfall einer defekten Stromwandlungseinheit 124 dadurch kompensiert werden, dass mittels einer weiteren Stromwandlungseinheit 124 ein auf eine benachbarte Anode 122 abgegebener Beschichtungsstrom entsprechend verstärkt wird.
Die in den 1 bis 9 dargestellte Beschichtungsanlage 100 ist dadurch flexibel und zuverlässig betreibbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004061791 A1 [0002]

Claims

Beschichtungsanlage zum Beschichten von Werkstücken (112), umfassend: – ein Tauchbecken (102), in welches die Werkstücke (112) zum Beschichten derselben einbringbar sind; – ein Stromwandlungssystem (106) zur Bereitstellung eines Beschichtungsstroms, welcher zum Beschichten der Werkstücke (112) durch das Tauchbecken (102) hindurchleitbar ist; und – eine Elektrode (110), welche in dem Tauchbecken (102) anordenbar ist und welche mit dem Stromwandlungssystem (106) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromwandlungssystem (106) eine Stromwandlungseinheit (124) umfasst, die einen Leistungsschalter (134) und einen Trenntransformator (138) umfasst, wobei der Leistungsschalter (134) eingangsseitig mit einer Versorgungsstromquelle (108) verbindbar und ausgangsseitig mit dem Trenntransformator (138) verbunden ist und wobei der Trenntransformator (138) eingangsseitig mit dem Leistungsschalter (134) und ausgangsseitig mit einer Elektrode (110) verbunden ist.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Leistungsschalters (134) aus einem Versorgungsstrom der Versorgungsstromquelle (108) ein vorgebbarer Beschichtungsstrom zur Zuführung zu einer Elektrode (110) erzeugbar ist.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Trenntransformators (138) der Leistungsschalter (134) galvanisch von der Elektrode (110) getrennt ist.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (134) einen Insulated Gate Bi-Polar Transistor (IGBT) (136) umfasst.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromwandlungseinheit (124) eine Gleichrichtungsvorrichtung (132, 140) und/oder Glättungsvorrichtung (142) umfasst, welche eingangsseitig mit der Versorgungsstromquelle (108) verbindbar und ausgangsseitig mit dem Leistungsschalter (134) verbunden ist, und/oder dass die Stromwandlungseinheit (124) eine Gleichrichtungsvorrichtung (132, 140) und/oder Glättungsvorrichtung (142) umfasst, welche eingangsseitig mit dem Trenntransformator (138) und ausgangsseitig mit einer Elektrode (110) verbunden ist.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromwandlungssystem (106) mindestens zwei im Wesentlichen identisch ausgebildete Stromwandlungseinheiten (124) umfasst.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsanlage (100) mindestens zwei Stromwandlungseinheiten (124) umfasst, welche mit jeweils einer Elektrode (110) elektrisch verbunden sind.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsanlage (100) mindestens zwei Stromwandlungseinheiten (124) umfasst, welchen voneinander verschiedene Elektrodengruppen (160) zugeordnet sind.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode (110) als eine Dialysezelle (152) ausgebildet ist, welche im Wesentlichen plattenförmig, zylindrisch oder halbzylindrisch ausgebildet ist.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsanlage (100) eine Steuerungsvorrichtung (148) zur Steuerung und/oder Regelung des Stromwandlungssystems (106) umfasst.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuerungsvorrichtung (148) mehrere Stromwandlungseinheiten (124), welchen voneinander verschiedene Elektrodengruppen (160) zugeordnet sind, im Wesentlichen unabhängig voneinander steuerbar und/oder regelbar sind.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuerungsvorrichtung (148) mehrere Stromwandlungseinheiten (124), welchen voneinander verschiedene Elektrodengruppen (160) zugeordnet sind, derart miteinander koordinierbar sind, dass die Stromstärke und/oder eine räumliche Verteilung des Beschichtungsstroms zur Anpassung desselben an die Geometrie der Werkstücke (112) und/oder an einen Förderweg der Werkstücke (112) und/oder zur Kompensation einer irregulären Funktion einer Stromwandlungseinheit (124) gezielt beeinflussbar sind.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode (110), welche mit der Stromwandlungseinheit (124) elektrisch verbunden ist, eine Anode (122) ist und dass die Werkstücke (112) Kathoden (120) bilden.
Kombination aus einer Versorgungsstromquelle (108) und einer Beschichtungsanlage (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (134) einer Stromwandlungseinheit (124) der Beschichtungsanlage (100) ohne galvanische Trennung eingangsseitig an die Versorgungsstromquelle (108) anschließbar ist.
Verfahren zum Beschichten von Werkstücken (112), umfassend die folgenden Verfahrensschritte: – Einbringen von Werkstücken (112) in ein Tauchbecken (102) zum Beschichten der Werkstücke (112); – Erzeugen eines Beschichtungsstroms aus einem Versorgungsstrom mittels eines Stromwandlungssystems (106), welches eine Stromwandlungseinheit (124) umfasst, die einen Leistungsschalter (134) und einen Trenntransformator (138) umfasst, wobei der Leistungsschalter (134) eingangsseitig mit einer Versorgungsstromquelle (108) und ausgangsseitig mit dem Trenntransformator (138) verbunden ist und wobei der Trenntransformator (138) eingangsseitig mit dem Leistungsschalter (134) und ausgangsseitig mit einer in dem Tauchbecken (102) angeordneten Elektrode (110) verbunden ist; und – Hindurchleiten des Beschichtungsstroms durch das Tauchbecken (102) zum Beschichten der Werkstücke (112).