DE19543548C2 - System und Verfahren zur Bereitstellung und Wechsel der Materialien zum Spritzlackieren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Bereitstellung und den Wechsel der Materialien zum Spritzlackieren, das insbesondere für die Verarbeitung kleiner Mengen geeignet ist. Mit der automatisierten Lackversorgung kann auch in relativ kleinen Lackierereien und dem damit verbundenen häufigen Wechsel verschiedener Lacke, die manuell verarbeitet werden, automatisiert gearbeitet und ein ökonomischer Umgang mit Farb,- Lösungs- und Härterkomponenten erreicht werden. Mit dem System können Ein- und Mehrkomponentensysteme in gleicher Weise eingesetzt werden.

In kleinen Lackierbetrieben werden üblicherweise kleine Mengen an Lacken verarbeitet, die insbesondere im Reparatursektor zu häufigen Farbwechseln führen. Dabei tritt ein hoher Aufwand für das Ansetzen der verschiedenen Lacke und der entsprechend hohe Reini­ gungsaufwand auf. Bei Zweikomponentenlacken, die in besagten kleineren Betrieben häufig eingesetzt wer­ den, werden diese in der Regel immer in einer über­ schüssigen Menge angemischt und verursachen so Reste, die, da nicht mehr weiter verwertbar, als Sonderab­ fall entsorgt werden müssen.

Weiter ist es nachteilig, daß sämtliche Arbeitsmit­ tel, die mit dem jeweils angemischten Lack in Berüh­ rung kommen, vollständig mit organischen Lösungsmit­ teln gereinigt werden müssen. Da die Reinigung in der Regel ebenfalls manuell durchgeführt wird, sind die durch die organischen Lösungsmittel hervorgerufenen Schadstoffemissionen zu beachten, und das Lösungsmit­ tel, das in relativ großer Menge verbraucht wird, muß ebenfalls entsorgt oder aufwendig wiederaufbereitet werden.

In der DE 32 21 326 A1 ist eine Anlage zum maschinel­ len Farbspritzen von Serienteilen beschrieben, mit der gleichzeitig mehrere parallel betriebene maschi­ nengeführte Farbzerstäubungseinrichtungen Verwendung finden. Hierbei treten andere Probleme auf, als dies im Reparatursektor mit der Verarbeitung kleiner stän­ dig wechselnder Mengen der Fall ist, und es werden Lacke verarbeitet, die in ihrer Art prinzipiell gleich sind. Ein Wechsel zwischen Einkomponenten- und Mehrkomponentensystemlacken ist daher bei derartigen Anlagen überhaupt kein Problem. Die in der DE 32 21 326 A1 beschriebene Anlage ist im wesentlichen darauf gerichtet, die Führung des Lackes zu den ein­ zelnen Farbzerstäubungseinrichtungen zu steuern. Ein weiteres Problem, das in diesem Dokument angesprochen ist, betrifft die Reinigung der Anlage durch speziel­ le Spülvorgänge, die an die speziellen Bedingungen einer solchen Großserienanlage geknüpft sind. Mit dem fast kontinuierlichen Betrieb einer solchen Anlage, die eigentlich nur nach der Verarbeitung einer rela­ tiv großen Menge eines Lackes bei einem Farbwechsel unterbrochen wird, ist zwar die im Anschluß daran erforderliche Reinigung der einzelnen Komponenten und Leitungen ein Problem, das jedoch in der Großserie wesentlich einfacher zu beherrschen ist, als dies bei kleinen Anwendern der Fall ist. Dabei kann aus ökono­ mischer Sicht auch die Aufarbeitung der anfallenden verunreinigten Lösungsmittel durchgeführt werden, die somit nicht die Bedeutung hat wie bei Kleinanlagen.

In gleicher Weise sind auch die Emissionen, die ins­ besondere durch die Lösungsmittel auftreten, bei ei­ ner Großserienanlage wesentlich unkritischer und ein­ facher zu beherrschen, als dies auf dem Reparatursek­ tor der Fall ist. In Großserienanlagen kommen über­ wiegend automatisierte Farbzerstäubungseinrichtungen zur Anwendung, die Schutzmaßnahmen für das Bedienper­ sonal weitgehend überflüssig machen.

Eine ähnliche Lösung für die Großserienproduktion ist auch in US 4 993 353 beschrieben. Wobei ein Farbwech­ selsystem verwendet wird, daß auch bei vorzunehmenden Farbwechseln gespült werden kann. Dabei sollen ver­ schiedene Farbwechselblöcke zur Verringerung der Ver­ luste führen, indem ein Wechselblock in der Nähe der Spritzpistole angeordnet wird.

In der DE 43 29 101 A1 ist eine Kaskadenförmige An­ ordnung von Farbwechseleinheiten beschrieben, die eine verbesserte Spülbarkeit sichern soll.

Die DE 38 21 440 A1 betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Einrichtung zum Zuführen von Spritzgut zu einer Mehrzahl von Spritzständen, bei der es auf die Überwachung und Steuerung von als Ringleitung verwendeten Lackversorgungsleitungen geht, die bis dahin Probleme bereitet hatten. Auch hier ist ein in der Großserie einsetzbares System beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, auch in kleineren Lackierbetrieben in auto­ matisierter Form Lacke und andere Materialien zu ver­ arbeiten, wobei die erforderliche Menge an Lack, Här­ ter bzw. Spülmittel minimiert werden soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe unter Anwendung der im Anspruch 1 genannten Merkmale sowie nach einem Verfahren nach Anspruch 5 gelöst. Vorteil­ hafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich mit den in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmalen.

Bei dem erfindungsgemäßen System wird gewährleistet, daß die als Einzelmodule ausgebildeten Komponenten so aufeinander abgestimmt sind, daß die jeweils erfor­ derliche Menge an Lack, Härter und Spülmittel gering gehalten wird. Dies wird neben anderen Maßnahmen da­ durch erreicht, daß die Verbindungsleitungen so kurz wie möglich gehalten werden und mit Hilfe einer spei­ cherprogrammierbaren Steuerung die jeweils anzumi­ schende Menge auf das unbedingt erforderliche Maß reduziert wird.

Dabei gelangt der in Vorratsbehältern zwischengela­ gerte Lack und gegebenenfalls zuzugebender Härter aus ebenfalls gesondert angeordneten Vorratsbehältern in jeweils getrennte Wechselblöcke für Lack und Härter. Aus den Wechselblöcken wird mit Fördereinrichtungen, bevorzugt Zahnradpumpen, einmal der Lack und bei Mehrkomponentenlacksystemen auch Härter in eine Mischeinheit und von dieser zu einem Applikator, mit dem der Lack auf das entsprechende Werkstück aufge­ bracht werden kann, gefördert.

Die Wechselblöcke stehen über Leitungen mit einem weiteren Spülmittelbehälter in Verbindung, aus dem zur Reinigung des Systems Spülmittel in die Wechsel­ blöcke und die sich daran anschließenden Einzelmodu­ le, die bei einem Lackwechsel gereinigt werden müs­ sen, geleitet wird.

Mit der bereits erwähnten speicherprogrammierbaren Steuerung kann auch der Spülvorgang entsprechend gün­ stig beeinflußt werden. So bewirkt die Steuerung, daß nach der Bearbeitung eines Einkomponentenlackes le­ diglich der Lackwechselblock und die anderen dem Einkomponentenlack ausgesetzten Elemente des Systems gereinigt werden müssen und die Härterseite des ge­ samten Systems bei der Reinigung unberücksichtigt bleibt.

Die speicherprogrammierbare Steuerung überwacht au­ ßerdem, daß der Spülvorgang nicht nur vor jedem Lack­ wechsel durchgeführt wird, sondern auch automatisch nach einer in seiner Länge vorgebbaren Stillstands­ zeit durchgeführt wird.

Bevorzugt wird ein Sammelbehälter für verschiedene Lacke verwendet, der beispielsweise die verschiedenen in einer Schicht bzw. an einem Tag zu verarbeitenden Lacke aufnimmt und diese über Leitungen zu einer Lackwechseleinheit mit einer entsprechenden Anzahl von Farbwechselblöcken gelangen. Die Förderung des jeweils ausgewählten Lackes kann dabei mit Hilfe von Druckluft, die über ein zentrales Druckluftsystem zuführbar ist, erfolgen. An der Lackwechseleinheit sind weiter Eingänge für Druckluft und das zur Reini­ gung erforderliche Spülmittel vorhanden.

Parallel dazu sind entsprechende Vorratsbehälter für Härter vorhanden, die in gleicher Weise einer Härter­ wechseleinheit mit Härterwechselblöcken zuführbar sind. Sowohl die Lackwechseleinheit als auch die Här­ terwechseleinheit sind über Leitungen, in die jeweils eine Fördereinheit integriert ist, mit einer Misch­ einheit verbunden, in der die Komponenten ausreichend vermischt werden. Aus der Mischeinheit gelangt je nachdem der Einkomponenten- bzw. Mehrkomponentenlack zum Applikator und kann aus diesem auf das zu lackie­ rende Werkstück gespritzt bzw. gesprüht werden.

Als Applikatoren können Handspritzpistolen, automa­ tisch-pneumatische Zerstäuber oder Airless-Zerstäuber eingesetzt werden. Es besteht aber auch die Möglich­ keit, einen Elektrostatikeinsatz bei einem manuellen automatischen Zerstäuber zu verwenden. Werden pneuma­ tische Handpistolen zur Applikation eingesetzt, kön­ nen vor der Handpistole ein Druckbegrenzungsventil und in der Druckluftversorgung der Pistole ein Strö­ mungswächter eingebaut werden. Diese Elemente sichern, daß nur dann Lack gefördert wird, wenn die pneumatische Handpistole betätigt wird, d. h., daß die Nadel geöffnet ist.

Mit dem erfindungsgemäßen System kann sowohl der Ma­ terialeinsatz als auch die als Sonderabfall zu ent­ sorgenden Reste kleingehalten werden. Durch die Au­ tomatisierung der gesamten Reinigung im fast voll­ ständig geschlossenen System verringert sich die Lö­ sungsmittelemission, und der negative Einfluß durch Berührung und Einatmen wird weitestgehend vermieden. Der hohe Automatisierungsgrad sichert außerdem, daß der Zeitaufwand gegenüber der bisherigen manuellen Arbeitsweise stark verringert wird.

Die speicherprogrammierbare Steuerung kann die ver­ schiedenen Aufgaben steuern und so das gesamte System gezielt beeinflussen. So werden mit Hilfe der spei­ cherprogrammierbaren Steuerung die einzelnen Wechsel­ blöcke für die verschiedenen Lacke und Härter ange­ steuert. Weiter werden von ihr getrennt Dosierpumpen einmal für den Lack und zum anderen den ausgewählten Härter zur exakten Einstellung des richtigen Mi­ schungsverhältnisses beeinflußt. Eine andere Aufgabe, die mit dieser Steuerung erfüllt wird, ist die automatische Ablaufsteuerung der Spülzyklen, die einen Spülvorgang bei jedem Lackwechsel auslöst, wo­ bei gesichert wird, daß nur die unbedingt erforderli­ chen Leitungen und Komponenten des Systems gereinigt werden. Ein Spülvorgang wird ebenfalls automatisch angefordert, wenn das System über einen bestimmten Zeitraum, der über ein Bedienfeld auch eingegeben werden kann, nicht benutzt worden ist. Die Länge der Stillstandszeit, nach der ein automatischer Spülvor­ gang ausgelöst wird, kann auch in einem Speicher ab­ gelegt sein und entsprechend der vorab verarbeiteten Materialien variabel sein.

Über das Bedienfeld ist es weiter möglich, die zu verarbeitenden Materialien oder andere Parameter ein­ zugeben. Daneben muß auch die Möglichkeit bestehen, einen Spülvorgang mit einer Eingabe zu erzwingen.

Bei dem erfindungsgemäßen System können die einzelnen Elemente durch Auswahl und Dimensionierung so aufein­ ander abgestimmt werden, daß die Menge der verschie­ denen Materialien (Lack, Härter, Spülmittel) sehr kleingehalten werden kann. Hierbei können beispiels­ weise der freie Leitungsquerschnitt und die Förder­ leistung der Pumpen soweit aufeinander abgestimmt werden, daß nur die tatsächlich mit dem verwendeten Applikator zu verarbeitende Menge bis zu diesem ge­ fördert wird, also die Differenz zwischen geförderter und verarbeitbarer Menge des gemischten Lackes annä­ hernd Null ist.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft beschrie­ ben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Systems, bei dem verschiedene Elemente verschiedenen Aufgaben zugeordnet sind;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems, und

Fig. 3 ein weiteres Blockschaltbild zur Darstel­ lung der Aufgaben einer erfindungsgemäßen speicherprogrammierbaren Steuerung.

In dem in Fig. 1 gezeigten Schema sind in vier Stu­ fen den verschiedenen Arbeitsaufgaben jeweils die zu verwendenden Arbeitselemente zugeordnet, wobei die Arbeitsaufgaben in der linken Spalte und die Arbeits­ elemente in der rechten Spalte des Schemas aufgenom­ men worden sind.

In der ersten Arbeitsstufe werden verschiedene Vor­ ratsbehälter für jeweils zu verwendende verschiedene Stammlacke, verschiedene Härter und den Reiniger vor­ gesehen. Als Vorratsbehälter kommen bevorzugt Druck­ behälter zur Anwendung, aus denen der Lack, der Här­ ter bzw. das Spülmittel unter Einwirkung von Druck­ luft gefördert werden kann. Es können jedoch auch drucklose Behälter verwendet werden, aus denen das jeweilige Material allein durch den Einfluß der Schwerkraft gefördert werden kann. In der nächsten Stufe sind für die Materialauswahl verschiedene Wech­ seleinheiten für den ausgewählten Stammlack und den dazu passenden Härter mit Farbwechselblöcken vorgese­ hen. Für das dosierte Fördern sind nachfolgend Pumpen erforderlich, die den zu verarbeitenden Lack und für den Fall eines Mehrkomponentenlackes den Härter in einen Mischer führen und aus diesem in vorgegebener Menge zur Applikation zur Spritzpistole fördern, aus der der gemischte Lack auf das Werkstück aufgetragen werden kann.

Im in der Fig. 2 dargestellten Blockschaltbild sind die wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Sy­ stems bis auf die speicherprogrammierbare Steuerung und die Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Arbeitselementen dargestellt. Bei diesem Beispiel sind in einem Druckbehälter 1 vier einzelne Behälter 1' für verschiedene Stammlacke aufgenommen. Aus den Einzelbehältern 1' kann je nach Vorgabe, die durch Eingabe über ein nicht dargestelltes Bedienfeld an der speicherprogrammierbaren Steuerung bestimmt wird, der jeweilige Lack ausgewählt werden. Es können je­ doch auch mehr oder weniger Einzelbehälter 1' in ei­ nem solchen Sammelbehälter 1 aufgenommen werden. Über Verbindungsleitungen kann der ausgewählte Lack zur Lackwechseleinheit 2 geführt werden, wobei verschie­ dene Lackwechselblöcke in der Lackwechseleinheit an­ geordnet sind. Die Lackwechseleinheit 2 ist über eine weitere Leitung mit einem Vorratsbehälter 4 für ein Spülmittel und einem zentralen Druckluftsystem 3 ver­ bunden.

Parallel zur Lackwechseleinheit 2 ist eine Härter­ wechseleinheit 5 vorhanden, in die über Leitungen verschiedene Härter je nach ausgewähltem Stammlack aus Vorratsbehältern 6 und 6' geführt werden können. Zur Härterwechseleinheit 5 bestehen auch Verbindungen für Spülmittel aus dem Spülmittelvorratsbehälter 4 und dem zentralen Druckluftsystem 3.

Aus der Lackwechseleinheit 2 und dem entsprechenden Lackwechselblock gelangt der Lack über eine Zahnrad­ pumpe 7 dosiert in eine Mischeinheit 8, dabei wird die Pumpenleistung der Zahnradpumpe 7 von der nicht dargestellten speicherprogrammierbaren Steuerung so beeinflußt, daß bei einem Mehrkomponentenlack die Lackmenge und die in einer parallelen Leitung zuge­ führte Menge an Härter, die mit der Zahnradpumpe 7' gefördert wird, im erforderlichen Mischungsverhältnis eingestellt wird. Dabei sind die Pumpenleistungen bevorzugt so aufeinander abzustimmen, daß nur die Menge gefördert wird, die auch mit der bei diesem Beispiel als Applikator dienenden pneumatischen Hand­ pistole 9 verarbeitet werden kann. Zwischen der Mischeinheit 8 und der Handpistole 9 sind ein Druck­ begrenzungsventil 10 und ein Druckregelventil 11 an­ geordnet. Diese sichern in Verbindung mit einem an der Handspritzpistole 9 vorhandenen Strömungswächter 12, daß nur Lack gefördert wird, wenn die Pistole 9 betätigt worden ist, d. h. die Nadel geöffnet ist.

In den Druckluftzuführungen sind Druckminderer 13 vorhanden zum Einstellen des Vordrucks bei den Druck­ behältern sowie zum Einstellen des benötigten Spül­ mitteldurchflusses.

Als zusätzliche Sicherungskomponente ist im Druck­ luftleitungssystem ein Druckwächter 14 vorhanden.

Im Blockschaltbild nach Fig. 3 sind die Funktionen und die Verbindungen der speicherprogrammierbaren Steuerung 15 wiedergegeben. Dabei geben die einge­ zeichneten Pfeile den Signalfluß wieder. Über eine Eingabe 18 können die Lackauswahl oder der Befehl zur Auslösung eines Spülvorganges eingegeben werden. Die speicherprogrammierbare Steuerung 15 gibt Signale an Magnetventile 16, die einzelne Blöcke der jeweiligen Wechseleinheiten 2 oder 5 freigeben, durch die der ausgewählte Lack bzw. der Härter zur jeweils zu ver­ wendenden Pumpe 7 oder 7' gelangen kann. Mit Pumpen­ relais 17 können die Pumpen 7 und 7' so beeinflußt werden, daß eine dosierte Zufuhr zur Mischeinheit 8 erreicht wird. Die Signale des Strömungswächters 12, des Druckwächters 14 und des Druckbegrenzungsventils 10 gelangen in die speicherprogrammierbare Steuerung 15 und werden von dieser bei der Beeinflussung des gesamten Systems, insbesondere der Magnetventile 16 und der Pumpenrelais 17 berücksichtigt.

Claims (5)

1. System zur Bereitstellung und Wechsel der Mate­ rialien zum manuellen Spritzlackieren in kleinen Mengen, bei dem verschiedene Lack- und Härter­ komponenten aus Vorratsbehältern (1, 6, 6') über jeweils getrennte Wechselblöcke (2, 5) einer Mischeinheit (8) und von dieser einem Applikator (9) mittels einer speicherprogrammierbaren Steuerung (15), gesteuert mit Fördereinrichtun­ gen (7, 7'), dosiert zuführbar sind, und bei dem das Leitungssystem sowie die Wechselblöcke (2, 5), die Fördereinrichtungen (7, 7') und die Mischeinheit (8) mit einem aus einem Spülmittel­ behälter (4) bereitstellbaren Spülmittel eben­ falls gesteuert zur Reinigung spülbar sind, wo­ bei mindestens ein Eingang der programmierbaren Steuerung (15) mit einem den Druck in der Spül­ leitung bei Farbaustausch überwachenden Druck­ wächter (14) verbunden ist und vor dem Applika­ tor (9) ein Druckbegrenzungsventil (10) und in der Druckluftversorgung des Applikators (9) ein Strömungswächter (12) angeordnet sind.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Steuerung (15), die Eingänge der Wechselblöcke (2, 5) und die Fördereinrichtungen (7, 7') nach Vorgabe zu verarbeitender Materialien und das Spülsystem bei Materialwechsel oder zeitabhängig ansteuert.

3. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Applikator (9) eine pneumatische Handpistole mit pneumatischer Zerstäubung, Hochdruckzerstäubung oder Hochdruckzerstäubung mit Luftunterstützung je­ weils sowohl mit als auch ohne Elektrostatik ist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelen Elemen­ te (1, 2, 4, 5, 6, 6', 7, 7', 8, 9, 10, 11, 12, 14) als aus­ tauschbare Module ausgebildet sind.

5. Verfahren zum Betreiben des Systems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabe zum Lackieren nur nach einem Spül­ vorgang vor einem Farbwechsel oder einem Spül­ vorgang nach Ablauf einer vorgebbaren Still­ standszeit des Systems gegeben wird.