DE10233633B4

DE10233633B4 - Vorrichtung zum Dosieren oder Fördern eines auf Hochspannungspotential aufgeladenen Beschichtungsmittels in einer Beschichtungsanlage

Info

Publication number: DE10233633B4
Application number: DE10233633A
Authority: DE
Inventors: Rainer Melcher; Stefano Giuliano
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: EP1384885B1; ATE306615T1; ES2248688T3; DE10233633A1; EP1384885A1

Abstract

Vorrichtung (1, 1', 1'') zum Dosieren oder Fördern eines auf Hochspannungspotential aufgeladenen Beschichtungsmittels in einer Beschichtungsanlage, mit einem Dosierzylinder (2), einem Dosierkolben (3) und/oder einer Kolbenstange (6), die aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolierende Material des Dosierzylinders (2), des Dosierkolbens (3) und/oder der Kolbenstange (6) ein Zugelastizitätsmodul und/oder ein Biegeelastizitätsmodul aufweist, der größer als 10 GPa ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren oder Fördern eines auf Hochspannungspotential aufgeladenen Beschichtungsmittels in einer Beschichtungsanlage, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Beschichtungsanlagen zur Beschichtung von Werkstückoberflächen, wie beispielsweise Kraftfahrzeugkarosserieteilen, mit einem Beschichtungsmaterial, wie beispielsweise einem Lack, werden Dosiervorrichtungen eingesetzt, um das Beschichtungsmittel zu dosieren.

Es ist beispielsweise aus der EP 0 640 017 B1 bekannt, derartige Dosiervorrichtungen als Kolbendosierer auszuführen, wobei ein Dosierkolben in einem Dosierzylinder axial bewegt wird, um das Beschichtungsmittel zu dosieren. Hierbei befindet sich das zu dosierende Beschichtungsmittel in dem Dosierzylinder auf der einen Seite des Dosierkolbens und kann von dem Dosierkolben aus dem Dosierzylinder heraus gedrückt werden. Der Antrieb des Dosierkolbens kann mechanisch über einen Spindelantrieb und eine Kolbenstange erfolgen, die auf den Dosierkolben wirkt.

Es ist weiterhin bekannt, den Dosierzylinder und die Kolbenstange bei einem derartigen Kolbendosierer aus einem elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff zu fertigen, um eine Dosierung von Beschichtungsmittel zu ermöglichen, das elektrisch auf eine Hochspannung aufgeladen wurde.

Nachteilig an derartigen bekannten Dosiervorrichtungen ist die Tatsache, dass die Dosiergenauigkeit bei schnellen Sollwertänderungen der Dosiermenge und bei großen Förderdrücken unbefriedigend ist.

Weiterhin ist aus der DE 43 03 463 A1 eine Fördervorrichtung zur Förderung eines Beschichtungsmittels bekannt, wobei die mechanischen Bauteile (d. h. Rotor und Stator) aus Steifigkeits- und Festigkeitsgründen aus Metall bestehen und zur Potentialtrennung jeweils eine Beschichtung aus elektrisch isolierendem Material aufweisen.

Nachteilig an dieser Fördervorrichtung ist jedoch die Tatsache, dass zur Potentialtrennung eine separate Beschichtung auf die mechanischen Bauteilen aufgebracht werden muss, die darüber hinaus verschleißanfällig ist.

Ferner ist aus der DE 37 41 968 C3 eine weitere Ausführungsform einer herkömmlichen Dosierpumpe bekannt, die jedoch nicht zur Förderung von Beschichtungsmittel in einer Beschichtungsanlage vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, bei den vorstehend beschriebenen bekannten Dosiervorrichtungen die Dosiergenauigkeit insbesondere bei großen Förderdrücken und bei schnellen Sollwertänderungen der Dosiermenge zu verbessern.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Dosiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf der technischen Erkenntnis, dass die unbefriedigende Dosiergenauigkeit durch eine mechanische Nachgiebigkeit der elektrisch isolierenden Materialien der Dosiervorrichtung verursacht wird. So bestehen der Dosierzylinder und die Kolbenstange bei den bekannten Kolbendosiervorrichtungen aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, der sich insbesondere bei hohen Förderdrücken geringfügig verformt.

Die Verformung des zur elektrischen Isolierung verwendeten Kunststoffmaterials führt bei den bekannten Kolbendosiervorrichtungen zum einen zu einer Ausweitung und einer Längendehnung des Dosierzylinders, was mit Dosierfehlern verbunden ist.

Zum anderen führt die Nachgiebigkeit des bei der bekannten Kolbendosiervorrichtung verwendeten Kunststoffmaterials zu einer Stauchung bzw. einer Dehnung der Kolbenstange, was ebenfalls mit Dosierfehlern verbunden ist.

Die Erfindung umfasst deshalb die allgemeine technische Lehre, anstelle des herkömmlicherweise verwendeten Kunststoffes ein Material zu verwenden, das bei einem ausreichenden elektrischen Isolationsvermögen hinreichend starr ist, um die vorstehend beschriebenen Dosierfehler zu vermeiden.

Vorzugsweise wird hierbei anstelle des herkömmlicherweise verwendeten Kunststoffes ein Material verwendet, das nicht nur elektrisch isolierend und hinreichend starr ist, sondern auch eine hohe mechanische Verschleißfestigkeit aufweist.

Vorzugsweise wird deshalb ein elektrisch isolierendes Material verwendet, das ein Zugelastizitätsmodul und/oder ein Biegeelastizitätsmodul aufweist, das größer als 10 GPa ist. Derartig starre Werkstoffe verformen sich im Betrieb einer Dosiervorrichtung nicht nennenswert, wodurch die Dosiergenauigkeit erhöht wird.

Vorzugsweise liegt das Zugelastizitätsmodul bzw. das Biegeelastizitätsmodul des verwendeten Werkstoffs sogar über 100, 200 oder sogar 300 GPa, um auch bei großen Förderdrücken Verformungen und daraus resultierende Dosierfehler zu vermeiden.

Das elektrisch isolierende und starre Material der mechanischen Bauteile der Dosier- bzw. Fördervorrichtung weist hierbei vorzugsweise einen spezifischen elektrischen Widerstand auf, der größer als 10⁴ Ohm·cm ist, wobei beliebige Werte oberhalb dieses Grenzwertes möglich sind.

Besonders geeignet ist als elektrisch isolierendes Material ein keramisches Material oder ein Silikat, da diese Werkstoffe einen großen Elastizitätsmodul aufweisen.

Vorzugsweise wird hierbei ein oxidkeramisches Material verwendet, da Oxidkeramiken eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit haben. Beispielsweise können Al₂O₃, MgO, ZrO₂, Al₂TiO₅, Steatit oder Cordierit allein oder in beliebiger Kombination untereinander verwendet werden. Vorteilhaft an oxidkeramischen Materialien besteht in der Kombination einer großen mechanischen Steifigkeit mit einem guten elektrischen Isolationsvermögen bei hoher mechanischer Verschleißbeständigkeit.

Es ist jedoch auch möglich, ein nicht-oxidkeramisches Material zu verwenden, wie beispielsweise SSiC, SiC, SSN, RBSN oder B₄C, wobei beliebige Kombinationen dieser Materialien möglich sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Dosiervorrichtung einen Dosierzylinder und einen Dosierkolben auf, der in dem Dosierzylinder verschiebbar gelagert ist, wobei der Dosierzyinder und/oder der Dosierkolben mindestens teilweise aus dem vorstehend beschriebenen elektrisch isolierenden und starren Material bestehen.

Der mechanische Antrieb des Dosierkolbens kann beispielsweise durch eine Kolbenstange erfolgen, die ebenfalls aus dem vorstehend beschriebenen elektrisch isolierenden und starren Material bestehen kann. Beispielsweise kann die Kolbenstange mit einem elektrischen Antriebsmotor verbunden sind, um die Kolbenstange anzusteuern. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die Kolbenstange mit einem Hydraulikantrieb oder einem Pneumatikantrieb verbunden ist.

Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Kolbendosiervorrichtung in einer Beschichtungsanlage liegen die Antriebsseite und die Auslass- bzw. Ansaugseite der Kolbendosiervorrichtung unter Umständen auf einem unterschiedlichen elektrischen Potential, so dass eine elektrische Isolation zwischen der Ein- bzw. Auslassseite der Kolbendosiervorrichtung einerseits und der Antriebsseite der Kolbendosiervorrichtung andererseits erforderlich ist. Diese elektrische Isolation wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Kolbenstange und der Zylinder aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, das jedoch mechanisch hinreichend starr ist, um Dosierfehler weitgehend zu vermeiden. Hierbei bildet also die Baulänge der Kolbendosiervorrichtung in der Zylinderachse eine Isolierstrecke. Zur Erreichung des erforderlichen Isolationsvermögens können die Kolbenstange und der Dosierzylinder aus den vorstehend beschriebenen Werkstoffen bestehen.

Darüber hinaus ist es auch möglich, auf eine Kolbenstange zu verzichten, indem der Dosierkolben direkt mit einem Antriebsmedium beaufschlagt wird. Hierbei weist der Dosierzylinder auf einer Seite des Dosierkolbens vorzugsweise einen ersten Ein- bzw. Auslass für das zu fördernde Medium und auf der anderen Seite des Dosierkolbens einen zweiten Ein- bzw. Auslass für ein Antriebsmedium auf. Die Stellung bzw. die Bewegung des Dosierkolbens kann dann gesteuert werden, indem der Druck in dem Antriebsmedium entsprechend eingestellt wird.

Eine Variante der Erfindung sieht bei einer Kolbendosiervorrichtung vor, dass der Dosierzylinder einen Innenquerschnitt aufweist, der von einer Kreisform abweicht, während der Dosierkolben einen entsprechend formangepassten Außenquerschnitt aufweist, so dass der Dosierkolben in dem Dosierzylinder axial verschiebbar ist. Eine derartige Formgebung des Dosierzylinders und des Dosierkolbens verhindert eine Verdrehung des Dosierkolbens relativ zu dem Dosierzylinder, so dass auf eine separate Verdrehsicherung verzichtet werden kann.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Kolbendosiervorrichtung mit einem Spindelantrieb des Dosierkolbens zum Einsatz in einer Beschichtungsanlage,
2 eine erfindungsgemäße Kolbendosiervorrichtung mit einem pneumatischen Antrieb des Dosierkolbens sowie
3 eine Kolbendosiervorrichtung mit einem hydraulischen Antrieb des Dosierkolbens.
Die Querschnittsansicht in 1 zeigt schematisch eine Kolbendosiervorrichtung 1 zum Einsatz in einer Beschichtungsanlage zum Beschichten von Kraftfahrzeugkarosserieteilen mit einem Lack, wobei derartige Beschichtungsanlagen an sich bekannt sind und deshalb im Folgenden nicht weiter beschrieben werden.
Die Kolbendosiervorrichtung 1 weist einen Dosierzylinder 2 auf, in dem ein Dosierkolben 3 axial verschiebbar gelagert ist, wobei der Dosierkolben 3 den Innenquerschnitt des Dosierzylinders 2 im Wesentlichen vollständig ausfüllt.
Innerhalb des Dosierzylinders 2 befindet sich unterhalb des Dosierkolbens 3 ein Dosiervolumen 4, das im Betrieb mit einem Beschichtungsmittel gefüllt ist, wobei das Beschichtungsmittel 4 aus dem Dosiervolumen durch eine Öffnung 5 in der unteren Stirnseite des Dosierzylinders 2 heraus gedrückt werden kann.
Der Antrieb des Dosierkolbens 3 erfolgt hierbei durch eine Kolbenstange 6, die an der Oberseite des Dosierkolbens 3 befestigt ist und durch einen Antriebsmotor 7 mittels einer Antriebsspindel 8 axial verschoben wird. Eine Drehung der Antriebsspindel 8 führt also zu einer entsprechenden Axialverschiebung des Dosierkolbens 3 und damit zu einer entsprechenden Dosierung des Beschichtungsmittels.
Die Kolbenstange 6 und der Dosierzylinder 2 bestehen hierbei aus einem elektrisch isolierenden Material, um eine Dosierung eines unter Hochspannung stehenden Beschichtungsmaterials zu ermöglichen. In diesem Ausführungsbeispiel wird hierzu Al₂O₃ verwendet, das ein Elastizitätsmodul von 360...410 GPa aufweist und somit wesentlich starrer ist als der üblicherweise verwendete Kunststoff. Die Verwendung eines derartigen oxidkeramischen Materials für den Dosierzylinder 2 und die Kolbenstange 6 kombiniert vorteilhaft eine hervorragende elektrische Isolation mit einer großen mechanischen Festigkeit.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Kolbendosiervorrichtung 1' stimmt weitgehend mit der vorstehend beschriebenen und in 1 dargestellten Kolbendosiervorrichtung 1 überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird und für entsprechende Bauteile entsprechende Bezugszeichen verwendet werden, die zur Unterscheidung lediglich mit einem Strich versehen sind.
Die Besonderheit der Kolbendosiervorrichtung 1' besteht darin, dass der Antrieb der Kolbenstange 6' durch einen pneumatischen Antrieb 9 erfolgt, der indirekt über eine zusätzliche Stange 6'' auf die Kolbenstange 6' wirkt.
Schließlich zeigt 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kolbendosiervorrichtung 1'', das ebenfalls weitgehend mit der vorstehend beschriebenen und in 1 dargestellten Kolbendosiervorrichtung übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird und im Folgenden für entsprechende Bauteile entsprechende Bezugszeichen verwendet werden, die zur Unterscheidung lediglich mit zwei Strichen versehen sind.
Die Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass zum Antrieb des Dosierkolbens 3'' keine Kolbenstange vorgesehen ist.
Vielmehr weist der Dosierzylinder 2'' an seiner Oberseite einen Ein- bzw. Auslass 10 für ein Antriebsmedium auf, das in den Bereich innerhalb des Dosierzylinders 2'' oberhalb des Dosierkolbens 3'' gepresst werden kann, um den Dosierkolben 3'' axial zu bewegen. Die Bewegung bzw. Stellung des Dosierkolbens 3'' lässt sich also durch den Druck in dem Raum oberhalb des Dosierkolbens 3'' steuern.

Claims

Vorrichtung (1, 1', 1'') zum Dosieren oder Fördern eines auf Hochspannungspotential aufgeladenen Beschichtungsmittels in einer Beschichtungsanlage, mit einem Dosierzylinder (2), einem Dosierkolben (3) und/oder einer Kolbenstange (6), die aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolierende Material des Dosierzylinders (2), des Dosierkolbens (3) und/oder der Kolbenstange (6) ein Zugelastizitätsmodul und/oder ein Biegeelastizitätsmodul aufweist, der größer als 10 GPa ist.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolierende Material der mechanischen Bauteile (2, 6) einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, der größer als 10⁴ Ωcm ist.
Vorrichtung (1, 1', 1'') Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolierende Material ein keramisches Material oder ein Silikat ist.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolierende Material ein oxidkeramisches Material ist.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolierende Material Al₂O₃, MgO, ZrO₂, Al₂TiO₅, Steatit oder Cordierit ist oder einzelne oder mehrere dieser Materialien enthält.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolierende Material ein nichtoxidkeramisches Material ist.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolierende Material SSiC, SiSiC, SSN, RBSN oder B₄C ist oder eine einzelne oder mehrere dieser Materialien enthält.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierzylinder (2'') auf einer Seite des Dosierkolbens (3'') einen ersten Ein- bzw. Auslaß (5'') für das Fördermedium und auf einer anderen Seite des Dosierkolbens (3'') einen zweiten Ein- bzw. Auslaß (10) für ein Antriebsmedium aufweist.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (6) mit einem Antriebsmotor (7) verbunden ist.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (6') mit einem Hydraulikantrieb oder einem Pneumatikantrieb (9) verbunden ist.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierzylinder (2) einen Innenquerschnitt aufweist, der von einer Kreisform abweicht.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einem elektrisch isolierenden Material bestehenden mechanischen Bauteile (2, 6) dem in dem Fördermedium herrschenden Förderdruck ausgesetzt sind.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus elektrisch iso lierendem Material bestehenden mechanischen Bauteile (2, 6) gleichzeitig als Isolationsbauteil dienen und die bei der Dosierung bzw. Förderung entstehenden Zugkräfte übertragen.