DE19944744A1

DE19944744A1 - Verfahren zum Ausgleichen von Luftströmungen und Druckgefällen in Lackierkabinen

Info

Publication number: DE19944744A1
Application number: DE19944744A
Authority: DE
Inventors: Dimitar Filev; Ernest Henry Tong; Yu-Ning Liu
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2000-06-15
Also published as: JP2000167453A; US6226568B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen Ausgleich von Luftflüssen in einer komplexen Farbspritzkabine mit einer Serie Zelle, die durch einen gemeinsamen Luftfluß versorgt werden, der durch einen Versorgungsventilator mit einstellbarer Geschwindigkeit eingebracht und dann in nach unten gerichtete Strömungen für jede der Zellen aufgeteilt wird, begleitet durch Querflüsse zwischen den Zellen. Die nach unten gerichteten und Querflüsse konvergieren zu Abgasflüssen, die mittels eines Abgasventilators mit einstellbarer Geschwindigkeit abgezogen werden, wobei das System Steuerelemente zur Änderung der nach unten gerichteten und/oder Querflüsse besitzt, und ferner Mittel zum Führen des Abgasflusses durch einen Wasserwäscher für Farbabfall mit einstellbarer Venturispaltbreite. Das Verfahren umfaßt (a) Einstellen einer Abgasventilator-Geschwindigkeit und Venturispaltbreite durch Korrelieren der gestörten Abgasluft Geschwindigkeitsdaten mit einer erwünschten Abgasluft-Geschwindigkeit bei einem erwünschten Abgasdruckabfall, um eine Zielventilatorkurve als Funktion des Druckabfalls und der Abgasfluß-Geschwindigkeit zu erhalten, wobei die Einstellung der Geschwindigkeit des Abgasventilators und der Venturispaltbreite von dieser Kurve abgeleitet wird; und (b) Einstellen der Zuführventilator-Geschwindigkeit und Steuerposition für jeden Querflußdämpfer durch Lösen einer objektiven Optimierungsfunktion für die Summe der Querflüsse durch Verwendung von gestörten ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleichen von Luftströmungen und Druckgefällen in einer Serie miteinander verbundener Lackierzellen einer Lackier kabine oder -anlage mit Förderband, und insbesondere ein zweiteiliges Aus gleichsverfahren, das zunächst die Abgas-Flussparameter einstellt und danach die Zuführ-Flussparameter, um die erwünschten nach unten gerichteten und Quer- Strömungen innerhalb der Anlage oder Kabine zu erzielen.

Eine typische Automobil Lackierkabine besitzt eine Abfolge aufeinanderfolgender Behandlungszellen, von denen jede ihrer eigenen Bedürfnisse hinsichtlich durch fließender Luftströmungen besitzt. Die große Anzahl von Flußsteuerelementen (nämlich Ventilatoren, Dämpfer, Abgasventuri-Düseneinstelleinrichtungen), die in Serie oder parallel angeordnet sein können, werden dazu verwendet, viele nach unten gerichtete und Quer-Strömungen zu schaffen, die sich von Zelle zu Zelle ändern. Um ausgeglichene Luftflüsse durch die gesamte Lackieranlage zu erzie len, wurde beim Stand der Technik im wesentlichen ein Sequenzverfahren einge setzt, wobei bestehende Zufuhr-, Abzugs- und Querflussvolumina gemessen und ein oder mehrere Teile des Steuersystemes nacheinander eingestellt werden. Nach dem ein derartiges Teil eingestellt wurde, werden die Flüsse wieder gemes sen und andere Teile des Steuersystems eingestellt. Diese Schritte werden so häufig wiederholt, wie notwendig, um einen ausgeglichenen Zustand anzunähern. Dieses System kann aber niemals absolutes Gleichgewicht durch dieses Verfahren erzielen, da die Einstellung eines Teils des Systems stets einen anderen Teil des Systems aus dem Gleichgewicht bringt. Dies wird dann ein Nährungsverfahren, welches in seiner Effizienz und seinen Ergebnissen nicht optimal ist.

Beispielsweise wird bei der Auswahl eines zuerst einzustellenden Teil des Systems häufig die Einstellung der Ventilatorgeschwindigkeit als erstes versucht; lineare Ventilatorgeschwindigkeits-Annahmen werden durchgeführt (unter Verwendung der vom Hersteller gelieferten Ventilator-Geschwindigkeitskurven), wobei diese Annahmen, Umwelts- und Abhängigkeitsauswirkungen auf die Ventilatorge schwindigkeit als Resultat des Systems, in dem dieser sich befindet, nicht berück sichtigen können. Falls die Ansaug- oder Ausstoß-Ventilatorgeschwindigkeitswerte - resultierend aus einem ersten Versuch, zu hoch oder zu niedrig sind - werden andere Annahmen durchgeführt, wie die Ventilatorgeschwindigkeit zu ändern ist, wobei diese nachfolgenden Annahmen zu vielen Versuchseinstellungen führen, wobei niemals der optimale Satz ausbalancierter Luftflüsse durch die verschiede nen Zellen erzielt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum schnellen Ausgleichen der Luft flüsse in einer komplexen Lackierspritzkabine unter Verwendung von Störungsda ten zu schaffen, das es einem Betreiber ermöglicht, schnell eine genaue Abgas ventilatorgeschwindigkeit so wie eine Venturispaltgröße an jedem Zellenauslaß einzustellen, und so schnell eine genaue Zuführ-Ventilatorgeschwindigkeit mit ge nauen Dämpferpositionen zum Erhalt eines im Gleichgewicht befindlichen Quer flußzustandes zu erzielen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Un teransprüchen. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist dies ein Verfahren zum schnellen Ausgleichen von Luftflüssen in einer komplexen Lackspritzkabine mit einer Folge von Zellen, die durch einen gemeinsamen Luftfluß versorgt werden; der durch einen Zuführ-Ventilator mit einstellbarer Geschwindigkeit eingebracht wird und so dann in nach unten gerichtete Flüsse für jede Zelle, begleitet von Querflüssen zwischen den Zellen, aufgeteilt wird, wobei die nach unten gerichteten und die Querflüsse zu einem Abgasfluß zusammenlaufen, der durch einen Abgas ventilator mit einstellbarer Geschwindigkeit abgezogen wird, wobei das System Steuerelemente zu Änderung der nach unten gerichteten und/oder Quer-Flüsse einsetzt, und Mittel, um den Abgasfluß durch einen Farbabfall-Wasserwäscher mit einer einstellbaren Venturispaltbreite passieren zulassen, besitzt, das aufweist:

a) Einstellen einer Abgas-Ventilatorgeschwindigkeit und einer Venturispaltbreite durch Korrelation der gestörten Abgasfluß-Geschwindigkeitsdaten mit einer er wünschten Abgasflußgeschwindigkeit bei einem erwünschten Abgasdruckabfall über den Venturispalt, um eine Ziel-Ventifatorkurve als Funktion des Druckabfalls und der Abgas-Flußgeschwindigkeit zu schaffen, wobei die Einstellung für die Ventilatorgeschwindigkeit und die Venturispaltbreite aus einer derartigen Kurve abgeleitet wird;
b) Einstellen einer Zuführ-Ventilatorgeschwindigkeit in Positionen für jeden Quer flußdämpfer durch Lösen einer objektiven Optimierungsfunktion für die Summe der Querflüsse unter Verwendung von gestörten Zuführventilatorgeschwindigkeits- und Querflußgeschwindigkeitswerten, die bestimmte optimale Querflußgeschwindig keiten bei einer spezifischen gemeinsamen Luftzuführgeschwindigkeit festsetzt, von der die Zuführventilatorgeschwindigkeit und die Querflußdämpferpositionen abgeleitet werden können.

Nach einem zweiten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum schnelleren Ausgleichen der Luftflüsse in einem Lackierkabinensystem mit einer Serie von Zellen, die mit einem Luftfluß versorgt werden, der durch einen Zuführ ventilator mit einstellbarer Geschwindigkeit eingebracht und so dann in nach unten gerichtete Ströme für jede Zelle, eingeschlossene Querflüsse zwischen den Zellen, aufgeteilt wird, wobei die nach unten gerichteten Strömungen und die Querflüsse zu einem Abgasfluß zusammenlaufen, der durch einen Abgasventilator mit ein stellbarer Geschwindigkeit abgezogen wird, wobei das System Steuerelemente zur Änderung der nach unten gerichteten und/oder Querflüssen besitzt, sowie Mittel, um den Abgasfluß durch einen Farbabfall-Wasserwäscher zu leiten, der einen Venturispalt einstellbarer Breite besitzt, das aufweist: (a) Ändern der Abgasfluß- Geschwindigkeit durch (I) Sammeln von Abgasflußdaten durch Auswählen und Berechnen einer Zielabgas-Luftflußgeschwindigkeit und Messen der tatsächlichen anfänglichen Betriebsabgas-Luftflußgeschwindigkeit als auch des anfänglichen Betriebsdruckabfalls des Abgasflusses über die Venturispaltbreite, (II) Finden einer Einstellgeschwindigkeit für den Abgasventilator und einer Einstellbreite für den Venturispalt, die die Ziel-Abgasvolumen-Luftflußgeschwindigkeit durch Korrelieren gemessener gestörter Abgasfluß- und gestörter Venturi-Druckabfall-Daten mit den Ziel- und Anfangsbetriebsdaten für den Abgasfluß und das Venturi, und (III) Ein stellen der Abgasventilatorgeschwindigkeit entsprechend diesen Erkenntnissen, (b) Ändern der nach unten gerichteten so wie der Quer-Flüsse durch (I) Auswählen und Berechnen von Daten für eine Ziel-Geschwindigkeit der nach unten gerichte ten und Quer-Flüsse, als auch Kabinen-Druckwerte, (II) Messen der tatsächlichen (III) Berechnen einer optimierten Kombination von Steuerelementen, die die nach unten gerichteten und Quer-Flüsse bei einem Zielzellendruck bewirkt, wobei die Berechnungen eine objektive Funktion zur gleichzeitigen Erfüllung aller Zielge schwindigkeiten der nach unten gerichteten und Quer-Flüsse einsetzen, und (IV) Einstellen der Steuerelemente entsprechend der optimierten Berechnung, um ein ausgeglichenes System zu erhalten.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung sowie bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele näher erläutert, auf die sie jedoch keineswegs beschränkt ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Kraftfahrzeug-Lackierkabine mit mehre ren Zellen und einem komplexen Luftfluß;

Fig. 2 eine vergrößerte schematische Schnittansicht einer der Zellen der Lackier kabine;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Steuerung für Automobil- Lackierkabi nen, die Steuerungen für die Querflüsse und Ventilatoren mit einstellbarer Ge schwindigkeit zeigt (letzteres erfordert das Auseinandernehmen der Ventilatorschei benräder);

Fig. 4 eine graphische Darstellung der System- und Ventilatorkurven, aufgetragen als Funktion der Luftflußgeschwindigkeit und des Druckabfalls; und

Fig. 5 eine vergrößerte graphische Darstellung ähnlich der Fig. 4, die aber erläu tert, wie die Lösungs-Zielpunkte eingestellt werden können.

Um eine kontinuierlich ausgeglichene Steuerung aller Querflüsse in einer komple xen Lackierspritzkabine mit mehreren Zellen oder Zonen zu erzielen, müssen derar tige Flüsse bei vorherbestimmten Zielgeschwindigkeiten gehalten werden, unab hängig von Fluktuationen im Zufluß oder Abfluß auf Grund von Wetterbedingungen, Aufbau von Verunreinigungen in den Durchflußpassagen, Änderungen im Gebäude Ventilationssystem oder Änderungen irgendeines Druckgradienten über die Zelle. Querflußgeschwindigkeiten werden üblicherweise geändert, indem die Ventilatorge hängig von Fluktuationen im Zufluß oder Abfluß auf Grund von Wetterbedingun gen, Aufbau von Verunreinigungen in den Durchflußpassagen, Änderungen im Gebäude Ventilationssystem oder Änderungen irgendeines Druckgradienten über die Zelle. Querflußgeschwindigkeiten werden üblicherweise geändert, indem die Ventilatorgeschwindigkeiten für den Zufluß und/oder den auf die jeweiligen Zellen oder Zonen der Kabine aufgeteilten Fluß durch Einstellen der Querflußverbin dungsdämpfer geändert werden. Eine Identifikation der geeigneten Kombination derartiger Einstellungen für die Versorgungsventilator-Geschwindigkeit und die Dämpfereinstellungen, um alle Zielquerflüsse zu erzielen, ist extrem komplex und außerordentlich schwierig auf Grund der großen Anzahl zu erzielender betroffener Variablen. Es ist auch schwierig, da andere Variable, wie die Abgasventilator- Geschwindigkeit und der Einfluß der Abgasventurispaltbreite mit den üblichen Va riablen normalerweise nicht betrachtet wurden. Änderungen an einem Ende der Zelle beeinflussen die Bedingungen am anderen Ende der Zelle, wodurch das Fin den eines Gleichgewichts durch sequentielle Schritte oder Zonen eine rohe Annä herung, wenn nicht gar unmöglich, wird.

Die Vorrichtungselemente einer komplexen Automobillackierkabine sind schema tisch in Fig. 1 dargestellt. Die Kabinenanordnung 10 verwendet elektrostatische Farbspritzaufbringmoduln 11 und 12 in einigen der Zellen 13 der Anordnung, um das Spritzen der Seitenabdeckungen 14, der oberen Abdeckungen 15 und der Endabdeckungen 16 von Autokarosserien durchzuführen. Ein derartiges Spritzen wird mit Spritzglocken 39 (mit 90.000 Volt oder mehr geladen) mit Spritzköpfen durchgeführt, die relativ nahe der Zieloberflächen sind. Jeder innere Arbeitsraum 29 jeder Zelle 13 ist offen und mit der benachbarten Zelle über große Wandöff nungen 18, durch die die Karosseriekörper passieren können, wenn sie kontinuier lich gefördert werden, verbunden. Ein großes Luftvolumen passiert jede Zelle 13, um flüchtige Emissionen aus den miteinander verbundenen Zellen 13 abzuführen, wobei die Emissionen unterschiedliche Mengen suspendierter Farbpartikel enthal ten. Derartige Emissionen müssen, wie gesetzlich gefordert; entfernt werden. Um die Emissionsentfernung zu vereinfachen, wird nicht nur eine große Luftmenge in die Anordnung 10 durch die Einlässe 19 durch elektrische Hochleistungs- Versorgungsventilatoren geblasen, sondern auch aus der Anordnung durch große Hochleistungs-Abgasventilatoren abgezogen oder -gesaugt. Die Luft wird durch derartige Ventilatoren zunächst durch die Leitungen 21 gedrückt (aufgeteilt in die Leitungen 21a und 21b) die Dämpfer 22 für die Steuerung des Hauptluftflusses aufweisen können.

Wie spezieller in Fig. 2 dargestellt, wird der Luftfluß durch ein oberes Plenum 23 für jede Zelle 13 geführt, wo der Luftfluß eine Diffuserplatte 23a trifft, welche den Luftfluß über die gesamte Fläche des oberen Plenums verteilt. Eine Gruppe längli cher Taschenfilter (hier 24, 25, 26) hängen von der unteren Wand 23b jedes Zellplenums 23. Nach Austritt aus den Taschenfiltern fließt die Luft in und über ein zweites oder unteres Plenum 28 und trifft auf eine Wand 27, die die Decke oder die Spitze jeder Kammer 29 jeder Zelle bildet. Die Wand 27 ist üblicherweise aus einem Stahlgewebe aufgebaut, über das ein synthetisches grobes Luftfiltermedium 27a gleichmäßiger Dichte einfach gelegt ist, das dazu, den nach unten gerichteten Luftfluß allgemein gleichmäßig über die gesamten Decke der Kammer 29 verteilt. Die Luft, die durch ein derartiges Medium verläuft, bewirkt einen nach unten ge richteten Fluß 30 (siehe den nach unten gerichteten Pfeil in Fig. 2), der sich um den Kraftfahrzeugkörper 17 als auch um die Ausrüstung, wie ein Spritzmodul 11, bewegt.

Der Luftfluß wird so dann durch einen länglichen Venturispalt 31 abgesaugt, der sich in einer Abdeckung 31 unterhalb des Gewebebodens 32 jeder Zelle 13 befin det. Die Abdeckung 31 und der Venturispalt 31a sind Teil eines Wasserwäscher- Luftreinigungssystems 34, das zusätzlich Einrichtungen für einen Wasservorhang, der über die Abdeckung 31 wäscht, liefert, es Farbstoffpartikel sammelt, wenn sie herunterfallen oder durch die Luftflüsse auf das Waschwasser gedrückt werden. Die Mischung von Wasser und Luft, die aus dem Wäscher 34 austritt, wird sodann in einen Filter 36, der in einem unteren Plenum 35 liegt, gerichtet, danach wird die Luft durch einen Nebelabscheider 37 bewegt und durch einen Abgasstapel 38 in die Umgebung, angesaugt durch den Abgasventilator 33, entlassen.

Obwohl nicht in jeder Kammer oder Zelle 13 Farbspritzen stattfinden muß, migrie ren die Farbstoffemissionen im benachbarte Kammern als Querfluß und demzufol ge in die Dämpfersteueröffnungen zwischen den Zellen, oder als Resultat der Öff nungen 40, 41, 42 usw. in den aufrechten Trennwänden 43, 44, 45 der Kabine, wo bei die Öffnungen die Bewegung von Kraftfahrzeugkörpern zwischen den Zellen mittels einer Transferlinie 46 ermöglichen. Dem zufolge muß jede Kammer 29 von Farbstoffemissionen gereinigt werden und so werden große Luftflüsse durch jede Zelle bewegt.

Die Komplexität des Ausgleichens der verschiedenen nach oben gerichteten Flüs se 30, Querflüsse 47 und Abgasflüsse 48 ist in Fig. 3 dargestellt. Eine typische Farbspritzkabine enthält eine Anzahl Zellen oder Zonen 13 (wie A-P). Dämpfer 22 werden in den meisten Zuführleitungen eingesetzt. Die Querflüsse 47 müssen auf Grund der in der spezifischen Zelle oder Zone durchzuführenden Arbeit variieren, wobei aber das gesamten System ausgeglichen sein muß. Beispielsweise werden in Zelle A die zu spritzenden Körperabdeckungen mit klebenden Tüchern abge wischt, um Staub zu entfernen; in Zelle B werden manuell betriebene Farbspritzpi stolen verwendet, um verborgene Stellen zu überziehen, wie unter der Haube oder zwischen der Kabine und dem Bett bei einem Lastkraftwagen; in Zelle C bedecken Roboter-Farbspritzköpfe Innenbereiche wie Türinnenseiten; in Zelle D bedecken Roboter-Farbspritzeinrichtungen spezielle Außenoberflächen, wie das Innenbett eines Lastkraftwagens; in Zelle E werden rotierende Farbspritzglocken verwendet, um einen leichten Basisüberzug auf Außenabdeckungen aufzubringen; in Zelle F werden Roboter mit sich hin- und herbewegenden Luftspritzpistolen eingesetzt, um einen dickere Basisüberzug auf die gleichen Außenabdeckungen aufzubringen; in Zelle G werden manuell betriebene Spritzeinrichtungen eingesetzt, um den Basis überzug auf nicht in den Zellen E und F erreichte Flächen aufzubringen; Zelle H ist ein leerer Tunnel, der dazu verwendet wird, um es den Basisüberzugsfeststoffen zu ermöglichen, zu verdampfen (Flash-off), bevor der endgültige Klarlacküberzug aufgebracht wird; in Zelle I wird ein leichter Sprühnebel Klarlack durch einen Ro boter aufgebracht; in der Zelle J darf dieser verdampfen, dies wird aber üblicher weise nicht benötigt; in Zelle K werden sich hin und her bewegende Robotersprüh köpfe verwendet, um Klarlack mit größerem Druck aufzubringen; in Zelle L werden manuell betriebene Spritzeinrichtungen verwendet, um den Klarlack auf Flächen, die in den Zellen I und K nicht erreicht wurden, aufzubringen; Zelle M ist eine In spektionszone; in Zelle N wird Verdampfen erlaubt (Lösungsmittel verdampfen); in Zelle O wird Infrarotheizen meist bei 148°C (300° F) durchgeführt und nur so lange, bis eine harte Haut oder Oberfläche auf den gespritzten Abdeckungen auftritt; und in Zelle T wird das Farbstoffsystem durch Heißluft-Konvektionsheizung gründlich getrocknet.

Es ist erwünscht, das die Kabine passierende Luftvolumen durch Ausgleich der Querflüsse zu reduzieren, nicht nur, um den Energieverbrauch zu reduzieren, son dern auch, um die Farbübertragseffizienz zu verbessern. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ausgleich der komplexen Automobillackiersprühkabine, um schnell alle notwendigen Betriebsbedingungen zu erfüllen, besteht im wesentlichen aus zwei kritischen Schritten. Zunächst besteht ein explizites Verfahren zum Berechnen der exakten Farbwäscherfläche und der Abgasventilator-Geschwindigkeit, um ein korrigiertes Abgasluftvolumen und Druckabfall (durch den Farbkabinen- Abgaswäscher) zu erhalten. Zweitens wird ein in einer Computersoftware einge setztes Berechnungsschema verwendet, um die notwendigen Einstellungen für die Zufuhr-Ventilatorgeschwindigkeit und die Querflußluftdämpfer zur Herstellung der erwünschten nach unten gerichteten und Quer-Flußgeschwindigkeiten in der Spritzkabine wohl bei korrigiertem Abgasfluß als auch Abzugsdruckabfall herzu stellen.

Die Steueraspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens können durch ein Compu ter gesteuertes Ausgleichssystem erzielt werden. Sensoren für langsamen Luftfluß 52 können neben jedem Querflußdämpfer 50 eingesetzt werden, wobei der Sensor bei der Messung von Luftflußrichtung und Luftflußgeschwindigkeit (sogar im niedri gen Bereich von +/- 0,025 Meter pro Sekunden) genau arbeitet. Der digitale Aus gang der Sensoren wird einem Mikroprozessor 53 zugeführt, welcher wiederum die Information zum Einsatz bei einer Steuerung mit programmierbarer Logik umwan delt, die die Querflußdämpfer und die Venturispaltbreite einstellt. Eine Betreiber schnittstelle mit der Steuerung, kann durch Verwendung eines Tisch-PC 55 oder durch eine entfernte Terminaleinheit verwirklicht werden.

Das systematische Verfahren erhält schnell Zielparameter, nach unten gerichtete Flüsse, Querflüsse, Wäscher-Druckabfälle und geeigneten Kabinendruck, indem das Verfahren im wesentlichen in zwei Phasen durchgeführt wird; (a) Einstellen der Geschwindigkeit des Abgasventilators 33 und des Venturispaltes 49, indem ge störte Abgasluftflußdaten für einen erwünschten Luftfluß bei einem ausgewählten Druckabfall hergestellt werden, um eine Zielventilatorkunre als Funktion des Druck abfalls und der Abgasfließ-Geschwindigkeit herzustellen, wobei die Einstellung der Ventilatorgeschwindigkeit und der Venturiespaltbreite aus der Kurve abgeleitet werden; (b) Einstellen der Geschwindigkeit der Versorgungsventilatoren 20 und der Positionen für die Querflußdämpfer 50, indem eine objektive Optimierungsfunktion für die Summe der Querflüsse 47 unter Verwendung gestörter Versorgungventila tor-Geschwindigkeitswerte und der Querfluß-Geschwindigkeitswerte gelöst wird, so daß die Lösung optimale Querfließgeschwindigkeiten bei einer spezifischen Luft zufuhrgeschwindigkeit, aus der die Zufuhr-Ventilatorgeschwidigkeit und Querfluß dämpferpositionen abgeleitet werden können, liefert.

Detaillierter werden in der ersten Phase zunächst die nach unten gerichteten Strö mungswerte 30 und die Querflüsse 47 ausgewählt und auf die Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen des Spritzverfahrens gegründet. Die Zielzuführ- und Abgasvolumen-Flußgeschwindigkeiten werden nach Kenntnis der planen Fläche jeder Zone oder Zelle 13 berechnet. Nach dem tatsächlichen Betriebszufluß wer den Abgas- und Querflußvolumina gemessen, um festzustellen, wo die Lackierka bine gerade arbeitet. Die Kabinenzufuhrvolumen sollten an der Decke 27 der Kabi ne unter Verwendung konventioneller Druckflächen- oder Plustanemometer ge messen werden. Zufuhrluftvolumina müssen Deckenhindernisse, die durch die Trägersturktur veranlaßt werden könnten, berücksichtigen. Querflüsse sollten unter Verwendung eines akustischen Anemometers gemessen werden. Eine Querfluß messung unterhalb des Grats 32 und oberhalb des Wäschers 34 wird notwendig, falls die Fläche unterhalb des Grats nicht durch Abtrennungen aufgeteilt ist. Das Abgasvolumen wird aus den Zuführ- und Querflußvolumina berechnet. Der Wä scherdruckabfall wird gemessen, in dem eine Drucksonde in das Abgasplenum 35 gehalten wird. Die Abgasluftgeschwindigkeit aus der Spritzkabine in den sauberen Raum wird auch gemessen, dies zeigt an, ob die Kabine sich auf positivem oder negativem Druck gegenüber ihrer Umgebung befindet.

Ein wesentlicher Aspekt dieser ersten Phase besteht darin, daß schnell die richti gen Abgasvolumina Flußraten und Wäscherdruckabfall am Venturispalt durch Va riation der Breite eingestellt werden. Wie in Fig. 4 gezeigt, mißt die erste Phase den Basis Liniendruckabfall über das Venturi (Δ P_b) und die Luftvolumen Flußrate durch das Venturi (Q_b), um eine Basislinien-Betriebsbedingung (Punkt b Fig. 4) zu definieren. Eine parabolische Kurve 60 wird durch den Basislinienpunkt b und den Ursprung des Graphen (Punkt 0) gezogen. Dies ist die Basislinien Abgassystem kurve. Die Gleichung für diese Basislinien Systemkurve ist:

Man nimmt einen Punkt t auf dem Graph, der den Ziel-Venturi-Druckabfall (Δ P_t) und Luftvolumen Flußrate (Q_t) repräsentiert, und zieht X, eine parabolische Kurve 61, durch den Zielpunkt t und den Ursprung 0, um die Zielsystemkurve für die Zielabgas-Betriebsbedingung zu erhalten. Die Gleichung für diese Zielabgas- Systemkurve ist:

Man definiert die Basislinien-Ventilatorkurve 62 durch Stören des physikalischen Systems durch Abschalten des Wasserflusses, während der Abgasvenülator bei der gleichen Geschwindigkeit weiterläuft und Messen des Druckabfalls (Δ B_p) und der Luftvolumen-Flußrate (Q_p) durch das Venturi. Der Punkt p auf der Darstellung wird so dann als Störbetriebszustand markiert. Eine gerade Linie wird dann durch den Basislinienpunkt (b) und den Störungspunkt (p) gezogen, die die Ventilatorkurve 62 bei der Basislinien-Ventilatorgeschwindigkeit rpm_b simuliert. Die Gleichung dieser Linie, (die die Abgasventilaorkurve bei der Basislinien- Abgasventilatorgeschwindigkeit(rpm_b) repräsentiert), ist:

Eine Zielventilatorkurve 63 wird zunächst durch Auffinden des Schnittpunktes i der Basislinien-Abgasventilatorkure 62 und der Zielabgassystemkurve 61 gefunden, und nachfolgendes Berechnen der Luftvolumenflußgeschwindigkeit (Qi) an diesem Punkt unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung erhalten.

Der Druckabfall bei P_i = K² _Qi. Die durch den Punkt t gezogene Linie 63 muß paral lel zur Basislinien-Abgasventilatorkurve 62 verlaufen, um die Zielabgasventilator kurve zu repräsentieren. Unter Verwendung des nachfolgenden Ventilatorgesetzes wird die Zielabgasventilatorgeschwindigkeit rpm unter Verwendung der Daten der Punkte t und i berechnet.

Die neue Scheibengröße 64 (siehe Fig. 2) für den Abgasventilator kann entspre chend dieser Berechnung für die Zielventilatorgeschwindigkeit rpm_t, bestimmt wer den. Der Antriebsriemen für den Abgasventilator wird in diese neue Scheibenposi tion bewegt.

Um die Venturispaltbreite zu bestimmen, werden Wasser und Abgasventilator ab gestellt. Der Rückabschnitt der Kabine wird betreten und die Venturispaltöffnung 49 für die Basislinienfall w_t gemessen. Die Zielventurispaltöffnung (w_t) wird dann unter Venrwendung der nachfolgenden Gleichung und Daten der Punkte t und b berechnet und die Spaltweite dementsprechend eingestellt:

Nachdem die Ventilatorgeschwindigkeit durch Änderunung seiner Antriebsradein stellung eingestellt wurde und die Venturispaltbreite entsprechend der eingestellten Werte, kann eine Bestätigung der eingestellten Werte durch Messen des Druck abfalls und der Luftvolumenflußgeschwindigkeit durch das Venturi (Δ P_t und Q_t) erhalten werden. Die Zielwerte Delta P_t, Q_t werden dann verglichen.

Wie in Fig. 5 gezeigt, sollten in den meisten Fällen die Punkte t und t' ausrei chend nahe aneinander sein (Δ P_t',Q_t') würden sich innerhalb 10% von (Δ P_t, Q_t) befinden. Falls dies der Fall ist, muß keine weitere Aktion durchgeführt werden. Falls der Punkt t' weiter als 10% vom Zielpunkt t entfernt ist, muß Punkt t' als neu er Basislinienpunkt b' genommen werden und das Stören des Systems wiederholt werden, um eine neue Basislinien-Ventilatorkurve zu finden. Danach wird über prüft, ob der Original-Zielpunkt (Δ P_t, Q_t) auf dieser neuen Basislinien- Ventilatorkurve oder nahe der Kurve liegt. Falls dies der Fall ist, wird ein geeigneter Punkt auf der neuen Basislinien-Ventilatorkurve als Kompromißzielpunkt ange nommen. Danach wird eine neue Venturispaltbreite bestimmt. Hier ist keine Venti latorwiedereinstellung notwendig. Falls der Original-Zielpunkt (Δ P_t, Q_t)) sehr weit von der neuen Basislinie-Ventilatorkurve ist, muß die Bestimmung einer neuen Zielventilatorkurve wiederholt werden und eine neue Zielventilator-Geschwindigkeit, nach Einstellung des Ventilators, unter Bestimmung der neuen Venturispaltbreite und Wiedereinstellung der Venturispaltbreite, bis die Zielwerte erreicht werden, bestimmt werden.

Nachdem die Abgas-Ventilatorgeschwindigkeit und Venturispaltbreite eingestellt wurden, müssen die Zuführ-Ventilatorgeschwindigkeit und die Querflußdämpfer in der zweiten Phase eingestellt werden. Dies wird dadurch erzielt, indem eine objek tive Optimierungsfunktion gelöst wird, die die zugeführte Luft, wie sie in der Kabine verteilt wird, simuliert. Gestörte Daten werden in die Funktion als Variablen einge geben, während diese gleichzeitig für die verschiedenen Querflußgeschwindigkei ten bei einer spezifischen gemeinsamen Luftzufuhrgeschwindigkeit gelöst wird. Die Ventilatorgeschwindigkeit für eine derartige Zuführgeschwindigkeit wird dann ab geleitet und eingestellt. Dämpferpositionen für die abgeleiteten Querflußgeschwin digkeiten werden ebenfalls eingestellt.

Detaillierter umfaßt die zweite Phase den Erhalt der Zufuhr- Ventilatorgeschwindigkeit und der Querflüsse, indem die richtige Kombination der Einstellungen für derartige Zuführ-Ventilatorflüsse und die verschiedenen Quer flußdämpfereinstellungen identifiziert werden, die alle Zielwerte erreichen werden. Die gesamte Lackierkabine wird als einzelnes System behandelt und die objektive Funktion ermöglicht gleichzeitige Lösung für alle Einstellungen gleichzeitig und erzielt so die Zielparameter gleichzeitig.

Die Summe der Druckdifferenzen zwischen benachbarten Zonen der Kabine müs sen den Druckdifferenzen über die gesamte Kabine gleichen (Die Druckdifferenzen sind eine Funktion der Luftgeschwindigkeit zwischen den Zellen und ein Ver lustkoeffizient). Dieses Problem kann als folgende nicht-lineare Optimierungsfunk tion dargestellt werden:

f_i (k_i) = (K₁V₁ ² + K₂V₂ ² + K₃V₃ ²f . . . K_n V_n ²) - ΔP

Wobei K_b gleich exp (λ₁) ist, wobei V_i's die gemessenen Geschwindigkeiten an den Zonengrenzen sind und Δp die gemessene Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Kabine. Die Gleichung wird für verschiedene Verlustkoeffi zienten K an den Zonengrenzen gelöst. Der zusätzliche Parameter (λ₁) wird so eingeführt, daß die K's als exponentielle Funktionen von (λ₁) ausgedrückt werden, um positive Lösungen für die K's zu erhalten.

Sobald die Verlustkoeffizienten K bestimmt wurden, kann ein begrenztes Optimie rungsproblem gelöst werden, um einen verwendbaren Satz Querflußgeschwindig keiten zu bestimmen:

Minimiere

dies wird eingesetzt in: (K₁ V₁ ² + K₂V₂ ² + K₃V₃ ³. . . K_nV_n ²) = ΔP

Wobei die V_i's die brauchbare Geschwindigkeit sind, die aus dem obigen Problem abgeleitet werden und V_it's entsprechende Zielwerte sind, wobei N die Gesamtzahl der betrachteten Quergeschwindigkeiten und Δp die gemessene Druckdifferenz zwischen Eingang und Ausgang der Kabine ist. Aus diesem brauchbaren Satz Ge schwindigkeiten kann die Luftzufuhr zu den Zonen, nachdem das Volumengleich gewicht für jede Zone erreicht wurde bestimmt werden. Bei bekannten Leitungs größen, den bestehenden Luftzufuhr-Flußvolumina und bestehenden Zufuhr- Ventilatorgeschwindigkeiten können angenäherte Dämpfer- und Zufuhr-Ventilator- Umdrehungs-Geschwindigkeitseinstellungen unter Annahme einer linearen propor tionalen Beziehung zwischen dem Flußvolumen durch eine Leitung und einer ent sprechenden Leitungsgröße und zwischen dem zugeführten Volumen und der Ventilatorgeschwindigkeit bestimmt werden.

Um eine genauere Bestimmung der Einstellungen für den Zuführventilator oder die Dämpfereinstellung zu schaffen, kann eine jakobinische Empfindlichkeitsmatrix verwendet werden, um die Antwortverhalten jeder Querflußgeschwindigkeit auf eine Änderung eines unabhängigen Parameters zu definieren. Die jakobinische Matrix wird zunächst durch systematisches Stören des Systems und Messen der entsprechenden Antworten, falls die systemunabhängigen Parametern geändert werden, halten, wobei die jakobinische Matrix unter Verwendung des Verfahrens nach Brydon aktualisiert wird. Durch kontinuierliches Aktualisieren der jakobini schen Matrix hat der Betreiber stets Kenntnis der tatsächlichen Antwort des Sy stems oder der Fabrik. Sobald die Empfindlichkeitsmatrix bestimmt wurde, können Einstellungen der unabhängigen Variablen durch Minimieren der Fehler Funktion berechnet werden (diese ist der Unterschied zwischen gemessenen Werten von V und dem Zielwert). Dies ähnelt dem Einsatz eines ableitenden Verfahrens, zur Su che des Minimum einer kontinuierlichen Funktion. In diesem Fall bedeutet die Mi nimierung der objektiven Funktion die Minimierung der Fehlerfunktion (Differenzen zwischen den gemessenen und Zielwerten von V).

Während die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen detailliert erläutert wurde, ist dem Fachmann, an den sich diese Erfindung wendet, offensichtlich, daß verschiedenartigste alternative Ausführungsformen und Ausgestaltungen zur Durchführung der Erfindung, wie sie unter den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche fallen, möglich sind.

Bezugszeichenliste

10

Kabinenanordnung

11

Farbspritzaufbringmodul

12

Farbspritzaufbringmodul

13

Zelle

14

Seitenabdeckung

15

obere Abdeckung

16

Endabdeckung

17

Kraftfahrzeugkörper

18

Wandöffnung

19

Einlaß

20

Versorgungsventilator

21

Leitung

22

Dämpfer

23

Zellplenum

23

a Diffuserplatte

23

b untere Wand

24

Taschenfilter

25

Taschenfilter

26

Taschenfilter

27

Wand

28

unteres Plenum

29

innerer Arbeitsraum

30

nach unten gerichteter Fluß

31

Abdeckung

31

a Venturispalt

32

Gewegeboden

33

Abgasventilator

34

Wasserwäscher-Luftreinigungssystem

35

unteres Plenum

36

Filter

37

Nebelabscheider

38

Abgasstapel

39

Spritzglocke

40

Öffnung

41

Öffnung

42

Öffnung

43

Kabine

44

Kabine

45

Kabine

46

Transferlinie

47

Querflüsse

48

Abgasflüsse

49

Venturispalt

50

Querflußdämpfer

52

Luftfluß

53

Mikroprozessor

55

Tisch-PC

60

parabolische Kurve

61

Zielabgassystemkurve

62

Basislinien-Ventilatorkurve

63

Zielventilatorkurve

64

Scheibengröße

Claims

1. Verfahren zum schnellen Herstellen eines Gleichgewichtes von Luftflüssen in einer komplexen Lackierkabine mit einer Serie Zellen, die von einem gemeinsamen Luftfluß gespeist wird, der durch einen Zuführventilator mit einstellbarer Geschwin digkeit eingebracht und sodann in nach unten gerichtete Strömungen für jede der Zellen geteilt wird, begleitet von Querströmungen zwischen den Zellen, wobei die nach unten gerichteten und Quer-Flüsse in Abgasflüsse konvergieren, die durch einen Abgasventilator mit einstellbarer Geschwindigkeit abgezogen werden, wobei das System Steuerelemente zum Ändern der nach unten gerichteten und/oder Quer-Flüsse aufweist und ferner Mittel, um den Abgasfluß durch einen Wasserwä scher für Lackabfall mit einer einstellbaren Venturispaltbreite zu leiten, das auf weist:

a) Einstellen einer Abgasventilatorgeschwindigkeit und Venturispaltbreite durch Korrelieren der Daten einer gestörten Abgasflußgeschwindigkeit mit einer er wünschten Abgasflußgeschwindigkeit bei einem erwünschten Abgasdruckabfall, um eine Zielventilatorgeschwindigkeit als Funktion des Druckabfalls und der Ab gasfließgeschwindigkeit zu erhalten, wobei die Einstellung für die Abgasventilator geschwindigkeit und die Venturispaltbreite aus dieser Kurve abgeleitet werden;
b) Einstellen einer Zuführventilatorgeschwindigkeit und -steuerposition für jeden Querflußdämpfer durch Lösen einer objektiven Optimierungsfunktion für die Sum me der Querflüsse unter Verwendung von gestörten Zuführ- Ventilatorgeschwindigkeitswerten und Querfluß-Geschwindigkeitswerten, die opti male Querflußgeschwindigkeiten bei einer spezifischen Luftzuführgeschwindigkeit bestimmen, aus denen die Zuführventilator-Geschwindigkeit und die Querflußge schwindigkeits-Dämpferpositionen abgeleitet werden können.

2. Verfahren, wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die objektive Optimierungsfunktion für Schritt (b) ist:
f_i (k_i) = (K₁V₁ ² + K₂V₂ ² + K₃V₃ ²f . . . K_n V_n ²) - ΔP
wobei K = exp (λ₁), V_i die gemessene Geschwindigkeit an der Zonengrenze und Δ p die gemessene Druckdifferenz zwischen dem Eingang und Ausgang der Kabine ist.

3. Verfahren, wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasventilatorgeschwindigkeit und die Venturispaltbreite aus den Gleichungen abgeleitet werden.

4. Verfahren zur schnellen Einstellung eines Gleichgewichts der Luftflüsse in ei nem Lackierkabinensystem mit einer Serie Zellen, die mit einem Luftfluß versorgt werden, der durch einen Versorgungsventilator mit einstellbarer Geschwindigkeit eingebracht und so dann in nach unten gerichtete Flüsse für jede Zelle aufgeteilt wird, eingeschlossen Querflüsse zwischen den Zellen, wobei die nach unten ge richteten und die Quer Flüsse in einen Abgasfluß konvergieren, der durch einen Abgasventilator mit einstellbaren Geschwindigkeit abgezogen wird, wobei das Sy stem Steuerelemente zur Änderung der nach unten gerichteten und/oder Querflüs se, und Mittel: zur Führung des Abgasflusses durch einen Wasserwäscher für Lackabfall mit einer einstellbaren Venturispaltbreite besitzt, das aufweist:

a) Ändern der Abgasflußgeschwindigkeit durch
- 1. Sammeln von Abgasflußdaten durch Auswählen und Berechnen einer Zielab gas-Luftflußgeschwindigkeit, dann Messen der tatsächlichen anfänglichen Be triebsabgas-Flußgeschwindigkeit, als auch Messen des anfänglichen Betriebs druckabfalls der Abgasflußgeschwindigkeit über die Venturispaltbreite; (II) Finden einer Geschwindigkeitseinstellung für den Abgasventilator und einer Venturispalt breiteneinstellung, die die Zielabgasvolumen-Luftflußgeschwindigkeit erzielen, in dem der gemessene gestörte Abgasfluß und die gemessenen Venturidruckabfall daten mit den Ziel- und Anfangsbetriebsdaten für den Abgasfluß und das Venturi korreliert werden, und (III) Einstellen der Abgasventilatorgeschwindigkeit entspre chend diesen Erkenntnissen; und
b) Ändern der nach unten gerichteten und Querströmungen durch (I) Auswählen und berechnen von Daten für nach unten gerichtete und Querflußzielströmungs- Geschwindigkeiten und Kabinendruckwerte;
- 1. Messen der tatsächlichen nach unten gerichteten und Querfluß- Luftflußgeschwindigkeiten- und Kabinendruckwerte, indem ein oder mehrere Steu erelemente gestört werden um nach Daten der unten gerichtete und Querfluß- Geschwindigkeiten als auch Kabinendruckwerte zu generieren;
- 2. Berechnen einer optimierten Kombination von Steuerelementen, die die nach unten gerichteten und Querströmungen bei einem Zielkabinendruck bewirken, wo bei die Berechnung eine objektive Funktion verwendet, die gleichzeitig allen Ziel werten der nach unten gerichteten und Querflußgeschwindigkeiten genügt; und
- 3. Einstellen der Steuerelemente gemäß den optimierenden Berechnungen, um eine ausgeglichenes System zu erhalten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei in Schritt (a) (II) zur Änderung der Abgas flußgeschwindigkeit eine Zielsystemkurve des Venturidruckabfalls als Funktion der Luftvolumen-Flußgeschwindigkeit hergestellt wird und eine Ventilatorkurve unter Verwendung einer Kombination gemessener gestörter Daten für Abgasflüsse und Druckabfälle, und nach Lokalisierung des Schnittpunktes der Kurven die Zielabgas- Ventilatorgeschwindigkeit durch Inbezugsetzen einer ausgewählten Zielventilator- Flußgeschwindigkeit mit der Flußgeschwindigkeit an dem Schnittpunkt berechnet wird, und Berechnen des Zielventurispaltes durch In bezugsetzen des Produktes der gemessenen Abgasflußgeschwindigkeiten und der Quadratwurzel der gemes senen Venturidruckabfälle mit dem Produkt der Zielflußgeschwindigkeit und der quadratischen Wurzel des Venturidruckabfalls.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die objektive Funkti on durch die Summe der Druckdifferenzen zwischen benachbarten Zellen, die gleich den Druckdifferenzen über die gesamte Kabine sein muß, repräsentiert wird, wobei die Druckdifferenzen zwischen den Zellen eine Funktion der Luftgeschwin digkeit zwischen den Zellen und ein Verlustkoeffizient K ist, wobei der bestimmte brauchbare Satz Querflußgeschwindigkeiten durch begrenzte Optimierung der nachfolgenden Gleichung berechnet wird:
f_i (k_i) = (K₁V₁ ² + K₂V₂ ² + K₃V₃ ²f . . . K_n V_n ²) - ΔP
Wobei die Gleichung durch gleichzeitiges Berechnen der Querflußgeschwindig keiten und, der Abgas-Flußgeschwindigkeiten gelöst wird, wobei die Zuführventi lator-Geschwindigkeit so abgeleitet wird, daß die Querflüsse in Richtung der Ziel werte gedrückt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Resultate des Einsatzes der objektiven Funktion durch Verwendung einer jakobinischen Empfind lichkeitsmatrix der Querflußgeschwindigkeit verfeinert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Störung des Sy stems durch Abschalten des Wassers im Farbabfallwäscher durchgeführt wird, während der Abgasventilator bei gleicher Geschwindigkeit bei den der Messungen läuft.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelemente Ventilatoren mit einstellbarer Geschwindigkeit und einstellbare Dämpfer für den Fluß in jeder Leitung oder Öffnung zwischen den Zellen sind.