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Verfahren und Vorrichtung zum Belüften von Farbspritzanlagen
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Belüften
von Farbspritzanlagen, wobei die Farbnebel durch einen durch die Anlage geführten
Luftstrom abgeführt werden.
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Bekannte Farbspritzanlagen werden als Kabinen ausgebildet und können
in den meisten Fällen auch als Einbrennanlagen verwendet werden. Die Anlage besteht
dabei zumeist aus der Spritzkabine bzw. dem Arbeitsraum, einem Zuluftsystem, umfassend
Zuluftkanäle, Zuluftventilator und Vorfilter, sowie einem Abluftsystem, umfassend
Abluftkanäle, Abluftventilator und eine Wascheinrichtung zum Auswaschen der Farbstoffe
aus der Abluft. Bei den bekannten Anlagen wird über das Zuluftsystem Frischluft
angesaugt, auf die gewünschte Arbeitstemperatur erwärmt und so in die Kabine eingeblasen,
dass ein Luftstrom die Kabine von der Decke zum Fussboden durchströmt. Dadurch wird
der Farbnebel, der beim Spritzen auftritt, gegen den Boden abgeführt. Im Boden der
Kabine befinden sich Oeffnungen, durch welche die Luft abgesaugt und einer Anlage
zum Auswaschen der Farbstoffe zugeführt wird. Das Auswaschen erfolgt durch bekannte
Systeme, wie z.B. Versprühen von Wasser
über Sprühdüsen oder unter
Durchführen der Luft durch einen Wasservorhang. Um zu verhindern, dass Farb- bzw.
Staubpartikel, die sich auf dem Boden ablagern, durch den Luftstrom aufgewirbelt
werden, wird die ganze Bodenfläche unterhalb des begehbaren Bodenrostes mit Wasser
bedeckt, was zu einem Abbinden des Staubes führen soll. Nach dem Reinigen wird die
Abluft von einem Abluftventilator über die Abluftkanäle ins Freie ausgeblasen. Das
Wasser, das zum Auswaschen der Farbstoffe benutzt wird, muss ebenfalls einem Reinigungsprozess
unterworfen werden oder die Schmutzkonzentration anderweitig so stark gesenkt werden,
dass sie allfälligen Abwasservorschriften entspricht.
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Zur Belüftung einer Spritzkabine mittlerer Grösse, die z.B. für das
Spritzen von Personenwagen Verwendung findet, müssen bis zu 20'000 m3 Luft pro Stunde
durch die Kabine geführt werden.
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Diese Luft muss auf eine Betriebstemperatur von 25 - 300 C aufgewärmt
werden, was insbesondere in der kalten Jahreszeit einen erheblichen Energiebedarf
bzw. grosse Heizkosten verursacht.
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Diese Heizkosten erhöhen die Betriebskosten einer Farbspritzanlage
um einen wesentlichen Betrag.
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Zudem erfordert die Einrichtung für das Auswaschen der Farbstoffe
aus der Abluft zusätzliche Aufwendungen und es muss für die Wasser- und Luftführung
unterhalb des Kabinenbodens ein aufwendiges und kompliziertes Fundament erstellt
werden. Dieses muss zudem so ausgeführt werden, dass kein Abwasser ungewollt aus
der Anlage austreten kann. In vielen Fällen wurde das Abwasser bis heute ohne weitere
Reinigung dem Kanalisationsnetz zugeführt,
was jedoch heute nicht
mehr verantwortet werden kann. Abwasservorschriften verbieten'im übrigen in vielen
Fällen die Abführung solcher Abwässer ins Abwassersystem oder belasten das Unternehmen
mit recht hohen Gebühren. Um diesen Vorschriften nachzukommen müssen in vielen Fällen
zusätzliche Reinigungseinrichtungen für das Abwasser aus der Farbspritzanlage installiert
werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die erwähnten Nachteile zu vermeiden
und insbesondere den Energieverlust bzw. Energiebedarf der Anlage zu reduzieren,
eine bessere und einfachere Filtrierung der Abluft zu ermöglichen und die Erstellungs-
und Betriebskosten einer Farbspritzanlage zu verringern.
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Diese Aufgabe wird verfahrensgemäss dadurch gelöst, dass während des
Spritzens ein wesentlicher Anteil der Abluft wieder dem Zu luftstrom beigemischt
wird und während der Zeiten zwischen dem Spritzen die Abluft bis zu 100 % als Zu
luftstrom in die Anlage zurückgeführt wird.
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Die Vorrichtung zur Lösung der Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet,
dass Zuluft- und Abluftsystem über eine Mischeinrichtung miteinander verbunden sind,
diese Mischeinrichtung in einer Extremstellung das Zuluftsystem vollständig vom
Abluftsystem abtrennt und in der anderen Extremstellung das Abluftsystem zu einem
geschlossenen Kreislauf mit dem Zuluftsystem verbindet und die Mischeinrichtung
in der normalen Spritzbetriebsstellung etwa 30 % des Abluftkanal-Querschnittes mit
dem Zuluftsystem verbindet.
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Mit dem vorliegenden Verfahren und der Vorrichtung können der Energiebedarf
bzw. die Energiekosten ganz erheblich reduziert werden, wobei eine noch bessere
Ausnutzung der Abwärme möglich wird, wenn im Luftkreislauf ein Wärmeaustauscher
angeordnet ist und über diesen Warmeaustauscher mit der Abluft, die aus der Anlage
abgeführt wird, die Frischluft vorgewärmt wird. Als Wärmeaustauscher können alle
bekannten Einrichtungen verwendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es zweckmässig
ist, Plattenwärmeaustauscher zu verwenden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ergibt sich
dadurch, dass zwischen dem Abluftkanal und der Ansaugseite des Frischluftventilators
ein Bypass angeordnet ist. Dieser Bypass ermöglicht eine Regulierung der Druckverhältnisse
zwischen dem Abluft- und dem Zuluftsystem.
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Im weiteren folgt daraus der Vorteil, dass Zuluft- und Abluftgebläse
gleich gross gewählt werden können, wobei Zuluft- und Abluftgebläse vorteilhafterweise
eine Baueinheit bilden.
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Die erfindungsgemässe Anlage bedarf keiner Auswaschanlage für die
Abluft und damit auch keiner Reinigungseinrichtungen für das Abwasser. Dies folgt
bei der erfindungsgemässen Vorrichtung daraus, dass das Abluftfiltersystem mehrere
Durchlassöffnungen aufweist, über welche je ein bandförmiges Filtervlies gespannt
ist, dieses Filtervlies beidseitig der Oeffnung mit je einer Aufroll- bzw.
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Abrolleinrichtung verbunden ist und über jeder Durchlassöffnung zwischen
Bodenrost und Filtervlies ein auswechselbares Grob-Filterelement angeordnet ist.
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Es ist auch möglich, das Filtervlies oder auch das gesamte Abluftfiltersystem
in demjenigen Teil des Abluftkanals anzuordnen, der den Bodenraum mit dem Gebläse
verbindet. Der Filter wird in diesem Fall normalerweise quer zur Strömungsrichtung
im Kanal angeordnet.
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Der Einbau erfolgt zweckmässigerweise mittels eines kastenförmigen
Einschubes, welcher Auf- und Abrolleinrichtungen für das Filtervlies und einen Antrieb
aufweist. Der Grobfilter kann weiterhin unterhalb des Bodenrostes oder ebenfalls
im Abluftkanal angeordnet werden.
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Durch diese Ausführung des Abluftfiltersystems kann die Abluft vollständig
von Farb- und anderen Staubpartikeln gereinigt werden.
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Sie kann dadurch ohne Verschmutzungsgefahr für die nachfolgenden Anlagen
dem Abluft- bzw. Zuluftventilator zugeführt werden und über das Zuluftsystem in
der Anlage umgewälzt werden.
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Die Umschaltung der Mischeinrichtung von Spritzbetrieb auf Umluftbetrieb
und umgekehrt wird durch einen Fühler im Farbspritzsystem gesteuert, wobei die Steuerung
ein Verzögerungsglied enthält. Dieses Verzögerungsglied hat die Aufgabe, die Mischeinrichtung
nach dem Abbruch des Spritzens so lange auf der Stellung "Spritzbetrieb" zu halten,
d.h. einen gewissen Frischluftanteil zuzuführen, bis die Lösungsmittelkonzentration
in der Abluft genügend gesenkt ist. Diese Steuerung ermöglicht eine weitere Reduktion
der Energiekosten, danur dann Frischluft zugeführt wird, die aufgeheizt werden muss,
wenn dies vom Arbeitsverfahren her notwendig ist.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung befindet sich im Arbeitsraum
eine Messeinrichtung zur Ermittlung der Luftzusammensetzung, wobei diese Messeinrichtung
Steuerinformationen für die Mischeinrichtung abgibt. Diese Zusatzeinrichtung bringt
insbesondere dann Vorteile, wenn in der Intensität des Spritzvorganges oder der
Höhe der Lösungsmittelkonzentration häufig und unvoraussehbar grosse Aenderungen
auftreten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Farbspritzkabine
in schematischer Darstellung.
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In Figur 1 ist eine Farbspritzanlage im Längsschnitt dargestellt.
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Diese Farbspritzanlage umfasst einen Arbeitsraum 1, welcher von einem
Gehäuse 4 umgeben ist. Mit diesem Gehäuse 4 ist ein GerSteblock 6 verbunden, der
mit dem Arbeitsraum 1 eine Anlageneinheit bildet. Die ganze Anlageneinheit ruht
auf einer Unterlage bzw.
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einem Fundament 5. Der Arbeitsraum 1 weist im beschriebenen Beispiel
eine Grundfläche von etwa 4 x 7 m und eine lichte Höhe von ca. 2,5 m auf. Der Zugang
zum Arbeitsraum 1 befindet sich auf der linken Seite und kann in bekannter Weise
durch Flügeltore oder ähnliches verschlossen werden. In einer Farbspritzanlage bzw.
Spritzkabine der beschriebenen Art werden z.B. Personenwagen gespritzt. Im Arbeitsraum
1 befinden sich bekannte, nicht gezeichnete Einrichtungen zum Verspritzen der Farbe,
wie Farbspritzpistolen mit den entsprechenden Energiezuführungseinrichtungen.
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Während des Spritzens muss der Arbeitsraum 1 belüftet werden um einerseits
die mit der Raumluft vermischten Farbpartikel und Lösungsmittel abzuführen und andererseits
zu verhindern, dass die Konzentration der Lösungsmittel in der Luft so hoch wird,
dass sie für die im Arbeitsraum 1 anwesenden Personen schädlich würde. Die Luftzuführung
erfolgt dabei durch die Decke 27, in
welcher Oeffnungen 28 vorgesehen
sind, durch welche die Zuluft in Richtung der Pfeile 26 in den Arbeitsraum 1 einströmen
kann.
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Die Abführung der Luft erfolgt durch Oeffnungen 55 im Boden 45, welcher
durch Gitterroste 47 gebildet wird. Die Abluft strömt dabei durch ein Filtersystem
46 und durch einen Abluftkanal 21 zum Abluftventilator 9. Die Abluft strömt in Richtung
des Pfeiles 19 durch einen Abluftstutzen 16 in den Abluftventilator 9 und verlässt
diesen in Richtung des Pfeiles 23 oder, je nach Betriebszustand der Anlage, teilweise
bis nahezu im gesamten Umfang in Richtung des Pfeiles 25. Die Abluft, die den Ventilator
9 in Richtung des Pfeiles 23 verlässt, wird durch einen Abluftkanal 22 aus der Anlage
ausgeblasen. Vor dem Verlassen der Anlage durchströmt sie durch die Kanäle 44 einen
Plattenwärmeaustauscher 42.
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Der Plattenwärmeaustauscher 42 wird gleichzeitig von der über einen
nicht gezeigten Ansaugstutzen angesaugten Frischluft durch die Kanäle 43 durchströmt,
welche über den Frischluftkanal 20 in Richtung des Pfeiles 18 in den Zuluftventilator
8 geführt wird. Die Zuluft verlässt den Ventilator 8 in Richtung des Pfeiles 25
und tritt in den Zuluftkanal 24 ein. In diesem Kanal 24 ist ein Lufterhitzer 40
angeordnet, der in bekannter Weise ausgebildet und durch eine Oelfeuerung oder andere
Einrichtungen beheizt wird. Die im Lufterhitzer 40 anfallenden Rauchgase werden
durch ein Rauchrohr 41 aus der Anlage abgeführt. Nach dem Durchströmen des Lufterhitzers
40 gelangt die Zuluft in den Raum über der Decke 27 und von hier wieder in den Arbeitsraum
1.
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Das Gebläse, welches aus dem Zuluftventilator 8 und dem Abluftventilator
9 gebildet wird, besitzt eine gemeinsame Welle 10, welche in den Lagern 11 und 12
in bekannter Weise gelagert ist.
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Die beiden Ventilatoren 8 und 9 sind gleich gross und weisen auch
die gleiche Luftleistung auf, wodurch genormte Ventilatortypen eingesetzt werden
können. Auf der Welle 10 befindet sich eine Antriebseinrichtung 13, z.B. eine Riemenscheibe,
über welche das Gebläse angetrieben wird.
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Auf der Austrittsseite des Gebläses ist eine Mischeinrichtung 30 angeordnet,
durch welche der Abluftstrom aufgeteilt werden kann.
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Diese Mischeinrichtung besteht aus einer Ablenkplatte 31, einer Betätigung
32 und einer Steuerung 33. Anstelle der gezeigten Einrichtung 30 können auch andere
bekannte Einrichtungen Verwendung finden. Während des normalen Spritzbetriebes,
d.h.
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während der Zeit, in welcher Farbe verspritzt wird, steht die Ablenkplatte
30 in einer Stellung, wo etwa 30 % der Austrittsfläche aus dem Abluftventilator
9 mit dem Zuluftkanal 24 verbunden werden. Dadurch werden etwa 30 % der Abluft in
das Zuluftsystem 3 zurückgeführt, wodurch eine erhebliche Erhöhung der Zulufttemperatur
erreicht werden kann. Abhängig vom erwarteten Spritzbetrieb kann die Steuereinrichtung
33 so eingestellt werden, dass im Arbeitsraum 1 eine maximale Lösungsmittelkonzentration
in der Umluft nicht überschritten wird. Bei Anlagen mit stark wechselnden Betriebsbedingungen
kann im Arbeitsraum 1 eine Messeinrichtung 34 angebracht werden, welche die Lösungsmittelkonzentration
misst und abhängig von diesen Messungen Steuerinformationen an die Steuereinrichtung
33 weiterleitet.
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Ueber die Steuereinrichtung 33 wird dann die Ablenkplatte 31 in eine
Stellung gebracht, wo das Mischverhältnis zwischen Abluft und Frischluft wiederum
eine Rückführung der Lösungsmittelkonzentration auf den gewünschten Wert zur Folge
hat.
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Wird der Spritzvorgang unterbrochen, ist nur noch eine verhältnismässig
geringe Frischluftmenge notwendig, um die Zunahme der Lösungsmittel in der Umluft
auszugleichen, da die zusätzlichen Lösungsmittel nur noch aus der austrocknenden
Farbe anfallen. Das Drucksystem der Spritzpistole ist deshalb mit einer Messeinrichtung
versehen, welche feststellt, ob die Spritzpistole in Betrieb ist oder nicht. Wird
die Spritzpistole ausser Betrieb gesetzt, wird ein Verzögerungselement in Gang gesetzt,
welches nach einer bestimmten vorgewählten Zeit einen Steuerbefehl an die Steuerung
33 abgibt, welcher bewirkt, dass die Ablenkplatte soweit ausgelenkt wird, dass praktisch
der gesamte Abluftstrom in den Zuluftkanal 24 eingeleitet wird. Dies bewirkt, dass
die gesamte Umluft nicht mehr weiter aufgeheizt werden muss und somit ganz erhebliche
Heizkosten eingespart werden können, da die effektiven Spritzzeiten nur einen verhältnismässig
geringen Anteil der gesamten Betriebszeit der Anlage ausmachen. Im Falle, wo die
gesamte Anlage durchlüftet werden soll, kann die Ablenkplatte 31 durch die Steuerung
33 in eine Stellung gebracht werden, wo sie mit der Trennfläche 14 zwischen Zuluftventilator
und Abluftventilator zusammenfällt, was zur Folge hat, dass die gesamte den Abluftventilator
9 durchströmende Abluftmenge in den Abluftkanal 22 eingeführt wird.
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Mit der Steuerung 33 der Mischeinrichtung 30 ist auch eine nicht gezeichnete
Frischluftklappe im Frischluftkanal 20 verbunden.
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Diese Klappe verschliesst den Frischluftkanal proportional zur Abluftmenge,
die aus dem Ventilator 9 wieder in den Zuluftkanal 24 zurückgeführt wird. Andererseits
gibt sie den Frischluftkanal vollständig frei, wenn die Mischeinrichtung 30 so gestellt
wird, dass die gesamte Abluft über den Abluftkanal 22 abgeführt wird.
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Um sowohl auf der Abluft- wie auf der Zuluftseite gleich grosse Ventilatoren
8 und 9 einsetzen zu können, ist zwischen dem Abluftkanal 21 und dem Frischluftkanal
20 ein Bypass 35 vorgesehen, über welchen ein Anteil von Abluft direkt vom Zuluftventilator
über den Ansaugstutzen 17 angesaugt wird. Dieser Bypass 35 ermöglicht gleichzeitig
auch die Regulierung der Druckverhältnisse innerhalb des Ventilatorsystems.
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Um zu verhindern, dass das Belüftungssystem und insbesondere die Bauteile
wie Ventilator und Wärmeaustauscher 42 durch starke Verschmutzungen in ihrer Funktionstüchtigkeit
beeinträchtigt werden, muss die Abluft im Kanal 21 praktisch vollständig frei von
Farbpartikeln sein. Die Anlage umfasst deshalb im weiteren ein neuartiges Abluftfiltersystem
46, wobei der gesamte Kabinenboden 45 mit einem Gitterrost 47 bedeckt ist und die
einzelnen Rostelemente auf Trägern 48 aufliegen, die über verstellbare Stützen 49
auf dem Fundament 5 abgestützt sind. Je nach Ausführungsformn der Spritzanlage können
sich die Träger 48 quer oder längs durch die Anlage erstrecken. Unterhalb der einzelnen
Gitterrostelemente 47 wird zwischen den Trägern 48 je eine
Filterwanne
50 eingelegt, die sich über die ganze Breite bzw.
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Länge der Anlage erstreckt. In dieser Wanne sind rechteckige Oeffnungen
55 angebracht, die ein Absaugen der Luft aus dem Arbeitsraum 1 in den Abluftkanal
21 ermöglichen. Ueber die ganze Länge der Filterwanne 50 ist ein bandförmiges Filtervlies
51 gespannt, welches an einem Ende der Wanne 50 von einer Rolle 53 abgewickelt werden
kann und am anderen Ende der Wanne 50 auf eine andere Rolle aufgewickelt wird. Dieses
bandförmige Filtervlies 51 liegt direkt auf der gegen den Arbeitsraum 1 gerichteten
Oberfläche der Wanne 50 auf und kann bei Bedarf noch zusätzlich mit einem staubbindenden
mittel behandelt werden. Ueber den Durchlassöffnungen 55 in den Wannen 50 befinden
sich zwischen dem Filtervlies 51 und dem Bodenrost 47 noch zusätzliche Grobfilterelemente
52. Die Grobfilterelemente 52 scheiden aus der Umluft die gröbsten Partikel aus
und dem Filtervlies fällt die Aufgabe der Feinfiltrierung zu. Im Abluftkanal 21
befindet sich ein Unterdruckmessgerät, das mit dem Antrieb der Aufrolleinrichtung
für die Filterbänder 51 verbunden ist. Haben sich im Filtervlies 51 über den Durchlassöffnungen
55 in den Wannen 50 so viele Partikel abgelagert, dass der Durchlass verstopft wird,
so tritt im Abluftkanal 21 Unterdruck auf, welcher vom Messgerät registriert wird.
Das vom Messgerät abgegebene Signal bewirkt, dass der Aufrollantrieb der Filtervliesbänder
51 in Funktion gesetzt wird und alle Filtervliesbänder 51 um je die Länge einer
Durchlassöffnung verschoben werden. Dieser Vorgang läuft automatisch ab und bedarf
keines manuellen Eingriffes. Bleibt der Unterdruck im Abluftkanal 21 trotz Verschieben
der Filtervliese 51 bestehen,
so weist dies darauf hin, dass die
Grobfilter 52 verstopft sind.
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In diesem Falle wird ein akustisches oder optisches Signal abgegeben
und die Grobfilterelemente 52 sind von der Bedienungsperson manuell auszuwechseln.
Dies erfolgt in einfacher Weise, da nur der betreffende Bodenrost 47 abgehoben und
das verschmutzte Filterelement entfernt und ein neues eingesetzt werden muss.
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Entsprechende Klemmeinrichtungen sorgen dafür, dass die Filterelemente
52 in der gewünschten Betriebsposition über der jeweiligen Durchlassöffnung festgehalten
werden. Die beschriebene Betriebsweise und der neuartige Aufbau der Farbspritzanlage
ermöglichen eine Reduktion des notwendigen Hohlraumes unterhalb der Bodenfläche
45 um ca. 40 %, wobei auch gleichzeitig die Waschanlagen entfallen.
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Dadurch entfallen auch die Probleme mit den Abwasservorschriften,
da die verschmutzten Filtervliesrollen einer Verbrennungsanlage oder einer anderen
Verwertungseinrichtung zugeführt werden können. Infolge des Wegfalls des Wassersystems
kann die Anlage auch als vollständige Kompakteinheit anschlussfertig vorfabriziert
und auf einer ebenen Grundfläche aufgestellt werden. Die Anlage kann im weiteren
betriebs fertig verdrahtet werden und auf dem Montageplatz müssen nur noch die entsprechenden
elektrischen Anschlüsse miteinander verbunden werden. Dadurch, dass in der erfindungsgemässen
Bauart ein Wärmeaustauscher 42 eingebaut werden kann und Abluft und Zuluft in einfacher
Weise über eine Mischeinrichtung 30 miteinander vermischt werden können, ergibt
sich gegenüber herkömmlichen Anlagen eine Heizkosteneinsparung von ca. 70 %. Gleichzeitig
kann aber auch der Lufterhitzer 40 kleiner dimensioniert werden. Auch die Sparschaltung,
d.h. die Umschaltung von einer normalen Frischluftzufuhr auf die minimal
notwendige
Frischluftzufuhr während den Stillstandszeiten der Spritzpistole und umgekehrt,
führt zu ei'ner weiteren Reduktion der Heizkosten. Die beschriebene erfindungsgemässe
Anlage weist somit die Vorteile geringer bauseitiger Erstelluntskosten, möglichst
niedriger Betriebskosten und einer kompakten und einfachen Konstruktionsweise auf.