DE3423094C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Farb- Durchflußmenge eines motorgetriebenen Durchfluß-Steuerventils einer Farbspritzpistole mit häufigem Durchflußmengen-und Farb­ wechsel, vorzugsweise für das Fließband-Spritzen von Automo­ bilkarosserien, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist aus der EP-A-00 61 922 bekannt.

Bei dem bekannten Verfahren ist eine Regelung nur bei vorhan­ denem Farb-Durchfluß möglich. Vor dem Spritzvorgang ist das Ein-Aus-Ventil geschlossen und das Regelventil voll geöffnet. Wird nun das Ein-Aus-Ventil für den Spritzvorgang geöffnet, dann fließt zunächst die volle Durchflußmenge durch die Lei­ tung, und der Durchflußmengen-Fühler gibt ein Ist-Wert-Signal an das Regelsystem, das einen Vergleich mit dem Soll-Wert an­ stellt und den Durchlaß des Regelventils auf der Grundlage der festgestellten Differenz mittels eines Stellgliedes vermindert. Das bedeutet aber, daß die Mindestspritzzeit für die Ermögli­ chung einer Regelung größer sein muß als die Summe aus der Meßzeit, der Rechenzeit und der Änderungszeit des Regelventils. Bekanntlich arbeiten aber Durchflußmengen-Fühler vergleichswei­ se langsam, und die Änderungsgeschwindigkeit des Regelventils muß vergleichsweise niedrig sein, weil es sonst zu Überregelungen und damit zu sogenannten Einpendelvorgängen kommt. Damit er­ geben sich in der Praxis Zeiten von mehreren Sekunden. Dies mag für lange Spritzzeiten (beispielsweise 15 bis 30 min) kon­ stanter Durchflußmenge angängig sein, nicht jedoch bei kurzen Spritzzeiten (beispielsweise 30 sec) und bei häufigen Durch­ flußmengenänderungen während des Spritzvorgangs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, das vorbe­ kannte Verfahren so zu verbessern, daß eine selbsttätige Ein­ stellung der Durchflußmenge in kürzester Zeit und mit hoher Genauigkeit möglich ist. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Beim Erfindungsverfahren wird also vorab für jede Farbe eine Tabelle erstellt, in der verschiedenen Durchflußmengen-Werten jeweils ein Öffnungswert des Regelventils (bzw. ein bestimmtes Befehlssignal für das Regelventil-Steuerglied) zugeordnet ist. Die Erstellung dieser Tabelle erfolgt experimentell durch Spritzversuche, wobei diese Tabelle während der eigentlichen Spritzvorgänge automatisch verbessert werden kann. Wird nun ein Spritzvorgang durchgeführt, dann führt die Eingabe des Ta­ bellenwerts dazu, daß das Regelventil bereits auf den zugehö­ rigen Öffnungswert eingestellt wird. Erst daraufhin wird das Ein-Aus-Ventil geöffnet, und der Spritzvorgang beginnt. Nunmehr mißt der Farbdurchsatzmengen-Fühler den Ist-Wert, und bei Ab­ weichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert erfolgt eine Nachrege­ lung der Öffnungsgröße des Regelventils. Dabei ist jedoch von wesentlicher Bedeutung, daß es sich hierbei nur um geringe Än­ derungen der Öffnungsgröße des Regelventils handelt, die we­ sentlich kürzere Zeiten beanspruchen als die - erwähnten - Än­ derungen von voller Öffnungsweite auf den Soll-Wert der vorbe­ kannten Verfahren. Darüberhinaus aber kann, und dies ist von besonderer Bedeutung, auch die Änderungsgeschwindigkeit während des Spritzvorgangs erhöht werden, weil Überregelungen aufgrund der kleinen Regelausschläge hier weniger zu befürchten sind.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung des Erfindungsverfah­ rens ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.

Das Erfindungsverfahren wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Blockschaltskizze zur Erläuterung der Durchführung des Verfahrens und

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Steuer- und Regelvorgangs.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Farbspritzpistole be­ zeichnet, die von einer Farbzuführleitung 11 gespeist wird. Die Leitung 11 ihrerseits wird von einer Farbwechseleinheit 12 mit Farbe versorgt, die eine Reihe von Farbanschlüssen 12 ₁ bis 12 ₁₀ für verschiedene Farben, eine in ihr integrierte Spülgrup­ pe 12 a mit Anschlüssen 12 a ₁, 12 a ₂ und 12 a ₃ für Spülluft, Lö­ semittel und Schiebeluft und schließlich ein mit der Leitung 11 verbundenes Auslaßventil 12 b aufweist. In der Leitung 11 be­ finden sich - in Richtung von der Farbwechseleinheit 12 zur Pistole 10 - ein Durchflußmeßgeber 13, ein Durchfluß-Steuerven­ til 14 und ein Freigabeventil 15. Der Durchflußmeßgeber 13 gibt seine Meßsignale über eine Leitung 13 a an einen Mikrocom­ puter 16 weiter. Das Durchfluß-Steuerventil 14 wird über ein Ge­ triebe 17 von einem Schrittschaltmotor 18 betätigt, der über eine Ansteuerung 19 an einer Spannungsversorgung 20 liegt, die auch zur Energieversorgung des Mikroprozessors 16 dient. Das Ge­ triebe 17 ist über eine Meldeleitung 17 a und die Ansteuerung 19 über eine Steuerleitung 19 a mit dem Mikroprozessor 16 verbunden. Das Freigabeventil 16, vorzugsweise ein Magnetventil, kann ma­ nuell, etwa über einen Reed-Kontakt des Pistolenabzugs, über ein übergeordnetes Steuersystem, oder über die Verbindungsleitung 15 a vom Mikrocomputer 16 aus be­ tätigt werden. Mit 21 ist eine übliche Rückführleitung mit Ven­ til 21 a bezeichnet.

Der Mikrocomputer 16 ist ferner mit einer Einga­ be-Anzeige-Einrichtung 22 verbunden, und zwar über eine Sollwert­ leitung 22 ₁, eine Farbwechselleitung 22 ₂ und eine Freigabe­ leitung 22 ₃. Schließlich ist der Mikroprozessor 16 über eine Leitung 12 c mit der Farbwechseleinheit 12 verbunden.

Mit 23 ist eine übergeordnete Steuerung bezeich­ net, beispielsweise ein Großrechner, an welche der Mikrocomputer 16 über die Leitung 23 a angeschlossen ist.

Für den Betrieb der Anlage gibt die Bedienungs­ person über die Eingabe-Anzeige-Einrichtung 22 die gewünschte Farbart und einen Soll-Wert für den Durchfluß in den Mikrocom­ puter 16 ein, mit der Folge, daß dieser die Farbwechseleinheit 12 entsprechend einstellt und über die Ansteuereinheit 19 und/ oder das Getriebe 17 das Durchflußventil 14 auf diesen Soll- Wert einsteuert. Öffnet nun die Bedienungsperson das Freigabe­ ventil 15, etwa durch Betätigen des Pistolenabzugs oder durch Druck auf eine entsprechende Taste der Eingabe-Anzeige-Einheit 22, dann ergibt sich in der Leitung 11 eine Farbströmung, wo­ bei der Durchflußmeßgeber 13 dem Mikrocomputer 16 die Ist-Wer­ te des Durchflusses in der Leitung 11 übermittelt. Aufgrund die­ ser Ist-Werte regelt der Mikrocomputer 16 das Durchflußventil 14 auf den exakten Soll-Wert ein und sorgt dafür, daß dieser Soll-Wert exakt beibehalten wird. Wesentlich dabei ist, daß zu­ nächst eine schnelle Steuerung des Durchlaßventils 14 auf den - ungefähren - Soll-Wert erfolgt, wobei dies sowohl bei offenem als auch bei geschlossenem Freigabeventil 15 erfolgen kann, und daß dann auf der Grundlage der Messung der tatsächlichen Durchflußwerte, also der Ist-Werte, ein Regelvorgang zur Erzie­ lung und Erhaltung des exakten Soll-Werts durchgeführt wird.

Vor der ersten Inbetriebnahme, beispielsweise am Morgen vor Produktionsbeginn, wird eine Durchflußmengen- Tabelle erstellt. Das bedeutet, daß man für jede Farbe für verschiedene Durchflußwerte die Positionen des Schrittmotors 18 bzw. des Getriebes 17, welche bestimmten Öffnungsweiten des Durchfluß-Steuerventils 14 entsprechen, festlegt. Das Erstellen der Tabelle kann auch selbsttätig durch den Mikroprozessor erfolgen, wozu jedoch ein Farbfluß (Test-Sprühen) erforderlich ist. Liegt eine lineare Abhängigkeit vor, dann genügen für jede Farbe zwei Daten, ist die Abhängigkeit nicht linear, dann sind mehrere Tabellenwerte zu erstellen, wobei deren Anzahl von der gefor­ derten Anfangsgenauigkeit abhängt. In der Praxis hat sich ge­ zeigt, daß zufriedenstellende Ergebnisse dann erreicht werden, wenn der Tabellenfehler unter zehn Prozent liegt, die Abwei­ chung des Tabellen-Soll-Wertes vom tatsächlichen Soll-Wert also zehn Prozent nicht überschreitet. Die erstellten Tabel­ lenwerte werden dann im Mikrocomputer 16 abgespeichert. Wird nun die Produktion begonnen, dann gibt die Bedienungsperson oder das übergeordnete Steuerungssystem - wie erwähnt - in den Mikrocomputer den gewünschten Durch­ flußmengen-Soll-Wert und die gewünschte Farbe ein. Der Mikrocomputer betätigt dann auf der Grundlage der abgespeicherten Tabelle den Schrittmotor 18 und/oder das Getriebe 17 und stellt damit das Durchfluß-Steuer­ ventil 14 auf einen Apriliori-Wert ein, der einer Durchflußmenge nahe dem Durchflußmengen-Soll-Wert, beispielsweise mit einer Abweichung von maximal ±10%, entspricht. Wird durch Öffnen des Freigabeventils 15 die Strömung in der Leitung 11 in Gang gesetzt, dann übermittelt der Durchflußmengengeber 13 dem Mikrocomputer 16 fortlaufend die tatsächlichen Ist-Werte der Durchflußmenge und der Mikrocomputer 16 regelt auf der Grundla­ ge eines Vergleichs zwischen Ist-Wert und Soll-Wert das Ventil 14 nach, bis Ist-Wert und Soll-Wert übereinstimmen, was in der Praxis als gegeben angesehen werden kann, wenn die Abweichung unter drei Prozent liegt. Wird ein neuer Soll-Wert eingegeben, dann errechnet der Mikrocomputer 16 auf der Grundlage der ab­ gespeicherten Tabelle die neue Position des Schrittmotors und stellt das Ventil 14 auf den neuen Apriliori-Wert ein, wozu Zei­ ten bis maximal etwa 1 Sekunde erforderlich sind. Anschließend erfolgt dann wiederum der erwähnte Regelvorgang bis zur Er­ reichung der Übereinstimmung zwischen Soll-Wert und Ist-Wert. Wie erwähnt kann dabei die Einstellung des Apriliori-Wertes so­ wohl im Ruhezustand (keine Farbströmung) als auch im Betriebs­ zustand (Farbströmung) erfolgen; der Regelvorgang dagegen er­ fordert verständlicherweise das Vorliegen einer Farbströmung.

Bezüglich der abgespeicherten Tabelle ist zu berücksichtigen, daß bei gegebener Öffnungsweite des Ventils 14 die Durchlaßmenge von der Viskosität der hindurchströmenden Farbe abhängig ist, wobei die Viskosität ihrerseits eine Funktion der Temperatur ist. Temperaturänderungen während des Tages führen also dazu, daß die beispielsweise am Morgen abgespei­ cherte Tabelle ungenauer wird. Aus diesem Grund ist es zweck­ mäßig, den Mikrocomputer mit einem Tabellen-Korrekturprogramm zu versehen, das in Abhängigkeit von einem Temperaturgeber oder von den während des Betriebs vom Durchflußgeber 13 gemes­ senen Abweichungen der Apriliori-Werte von den Ist-Werten selbst­ tätig eine Korrektur der Tabelle vornimmt.

Beim Farbwechsel wird das Durchfluß-Steuerven­ til 14 ganz geöffnet, um so die Farbwechselzeit möglichst kurz zu halten. Während des Farbwechsels erfolgt nämlich eine Spü­ lung der Leitung mit Lösungsmittel und Spülluft. Dabei wäre es nicht sinnvoll, Durchflußmessungen und/oder Regelungen vorzu­ nehmen, weil lediglich von Bedeutung ist, daß der Spülvorgang schnell durchgeführt werden kann. Nach dem Spülgang wird das Ventil 14 auf den neu angewählten Soll-Wert eingestellt bzw. kehrt zu dem Soll-Wert vor Farbwechsel zurück.

Fig. 2 zeigt ein typisches Beispiel für den Steuerungs- und Regelvorgang nach der Erfindung. Dabei ist auf der Ordinate die Durchflußmenge, auf der Abszisse der Zeitab­ lauf angegeben. Der Vorgang beginnt also mit einem Farbwechsel (voller Durchlaß für das Spülmittel) und endet mit einem Farb­ wechsel, wobei zwischen diesen beiden Farbwechseln drei verschie­ dene Soll-Werte 1, 2 und 3 vorgesehen sind. Bei jeder Soll-Wert- Änderung wird zunächst das Ventil 14 auf den Apriliori-Wert (Ta­ bellenwert) eingestellt, worauf dann die Regelung auf der Grundlage der gemessenen Ist-Werte erfolgt. Im gezeichneten Beispiel ist dabei angenommen worden, daß die Apriliori-Einstel­ lung auf den ersten Soll-Wert ohne Farbfluß (Freigabeventil 15 geschlossen), bei den beiden anderen Soll-Werten dagegen bei strömender Farbe (Freigabeventil 15 geöffnet) erfolgt. Der Vorgang entspricht in der Praxis dem Spritzen einer Automobil­ karosserie, die am Fließband an der Spritzstation vorbeigeführt wird und drei Zonen unterschiedlicher Farbauftragsstärke auf­ weist.

Sowohl die Vorrichtung als auch das Verfahren können Abwandlungen erfahren, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Eine sehr kostengünstige Ventilkonfiguration mit Antrieb besteht beispielsweise aus einem Nadelventil und einem Schrittmotor. Das Nadelventil besitzt einen Spindelan­ trieb. Diese Spindel ist direkt über eine Kupplung mit der An­ triebswelle des Schrittmotors verbindbar. Es entfällt damit das Getriebe und man erhält außerdem eine sehr hohe Auflösung von beispielsweise 1 : 5000. Im Falle einer Störung im Steuerungs­ system oder in der elektrischen Versorgung besitzt dann diese Ventilanordnung aus spindelgetriebenem Nadelventil und Schritt­ motor gute Notlaufeigenschaften, da zum einen der Schrittmotor und damit das Ventil in seiner Position verharren und zum an­ deren mit der Hand über ein Handrad, welches auf der Schritt­ motorachse befestigt ist, mechanisch eingestellt werden kann. Die möglichen Modifikationen des Verfahrens betreffen insbe­ sondere den Anschluß des Mikrocomputers an eine übergeordnete Anlage, etwa einen Großrechner. Damit wird es beispielsweise möglich, einen Datenaustausch zwischen der Werkstück-Förder­ einrichtung und der Spritzanlage herbeizuführen, derart, daß alle Gegebenheiten der Werstückszuführung auf die Spritzanlage übertragen werden und diese damit vollautomatisch arbeitet.

Die Erfindung ist bei Farbspritzgeräten aller Art anwendbar, also sowohl bei Rotationszerstäubern als auch bei Hochdruck­ zerstäubern als auch bei Druckluftzerstäubern, wobei im letzteren Fall auch eine entsprechende Druckströmungssteuerung der Druck­ luft denkbar ist.

Claims (2)

1. Verfahren zum Einstellen der Farb-Durchflußmenge eines motorgetriebenen Durchfluß-Steuerventils einer Farbspritz­ pistole mit häufigem Durchflußmengen- und Farbwechsel, vor­ zugweise für das Fließband-Spritzen von Automobilkarosserien, bei dem während des Farbdurchflusses durch das Durchfluß- Steuerventil die Durchflußmenge fortlaufend gemessen, die ermittelten Meßwerte als Ist-Werte mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und auf der Grundlage dieses Vergleichs das Durchflußsteuerventil auf den Soll-Wert nachgeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Folge von Zuord­ nungen zwischen Durchflußmengenwerten und elektrischen Ventil­ motor-Betätigungssignalen erstellt und als Näherungstabelle in einen Mikrocomputer eingegeben wird, daß dann bei jeder gewünschten Durchflußmengenänderung durch Anwählen des neuen Durchflußmengenwertes der Mikrocomputer veranlaßt wird, das tabellarisch zugehörige Betätigungssignal als Steuersignal dem Ventilmotor zuzuführen und so das Durchfluß-Steuerventil auf diesen Soll-Wert zumindest annäherungsweise einzustellen, worauf der Vergleich zwischen dem Soll-Wert und dem Ist-Werten der Durchflußmenge im Mikrocomputer durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichungen der Ist-Werte vom Soll-Wert während der An­ steuerungsphase auf etwa zehn Prozent, während der Regelphase auf etwa drei Prozent begrenzt werden.