DE60120633T2 - Automatische Spritzpistole - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft Pistolen zum Auftragen von Beschichtungssubstanzen, wie beispielsweise Farbe, chemische Substanzen, Pulver und ähnliches durch Spritzen.
• Genauer gesagt, betrifft diese Erfindung eine automatische Spritzpistole des Typs, der eine Spritzdüse und Durchlässe zum Anschluss an Leitungen für Druckluft und eine unter Druck stehende zu spritzende Substanz über einen Anschluss- und Haltesockel aufweist.
• Pistolen dieses Typs werden in großem Umfang verwendet, beispielsweise in der Kraftfahrzeugindustrie zum Lackieren der Fahrgestelle von Kraftfahrzeugen. Bei diesen Anwendungen ist eine Robotereinrichtung, die relativ zu diesen Fahrgestellen bewegt werden kann, mit einer Vielzahl von derartigen automatischen Pistolen ausgestattet. Diese Einrichtungen sind mit Regeleinheiten ausgestattet, die mit Druckmessern ausgestattet sind, um auf analoge Weise den Druck der Druckluft anzuzeigen, die den verschiedenen Pistolen zugeführt wird. Der Druck der Druckluft kann mittels spezieller Ventile in Übereinstimmung mit den Betriebsparametern, wie beispielsweise Art der Farbe, erforderliche Dicke der Beschichtung, Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen den Fahrgestellen und den Pistolen, gegenseitiger Abstand usw., manuell eingestellt werden.
• Der Druck der zu spritzenden Substanz, in diesem Fall Farbe, wird ebenfalls durch spezielle Drehknöpfe, die jeweils direkt an der entsprechenden Pistole angebracht sind, manuell eingestellt.
• Ähnliche Anordnungen werden für andere Anwendungsgebiete verwendet, wie beispielsweise das Spritzen von chemischen Substanzen zum Gerben von Leder, von Pulvern in der Lebensmittelindustrie, usw.
• Die oben beschriebenen manuellen Einstellungen sind offensichtlich von dem Wissen und der Erfahrung der Bedienperson abhängig und können insbesondere keine Garantie für Wiederholbarkeit bieten. Dies ist nicht nur ein Problem im Zusammenhang mit der Gleichmäßigkeit der Qualitätsmerkmale des Farbgebungsvorgangs, sondern hat auch Auswirkungen auf die sogenannte Farbauftragseffektivität. Dieser Begriff wird verwendet, um das Verhältnis zwischen der Menge der effektiv aufgetragenen Farbe und der Menge der von der Spritzdüse der Pistole spritzten Farbe zu bezeichnen und wird als Prozentzahl angegeben. Es handelt sich hier um einen ausschlaggebenden Wert bezüglich der Kosteneffektivität des Spritzsystems und ebenfalls bezüglich der Umweltbelastung, die sich aus der Flüchtigkeit der gespritzten Substanz ergibt, die in einigen Fällen giftig und auf jeden Fall nicht umweltfreundlich ist. Bei den traditionell eher hohen Spritzdrücken (5–6 Bar) bietet die automatische Spritzpistole eine geringe Farbauftragseffektivität, typischerweise in einer Größenordnung von 30–40%. Hierdurch werden eine umfangreiche Materialverschwendung und folglich hohe Emissionen verursacht, die insbesondere bei Farben, die mit Lösungsmitteln verdünnt wurden, besonders schädlich sind. Die neueren Standards auf diesem Gebiet empfehlen niedrigere Spritzdrücke von beispielsweise nicht mehr als 1–2 Bar, um das Ausmaß der schädlichen Emissionen zu verringern. Die automatischen Spritzpistolen, die mit diesen niedrigen Drücken arbeiten, sogenannte HVLP (High Volume Low Pressure – hohes Volumen niedriger Druck) Spritzpistolen, sind in der Lage, eine Farbauftragseffektivität von mindestens 65% zu garantieren, natürlich unter der Voraussetzung, dass die entsprechenden Einstellungen korrekt ausgeführt wurden. Bei den manuellen Einstellmethoden kann dies jedoch nicht immer garantiert werden, auch wenn die strukturelle und funktionelle Gestaltung der Pistole geeignet sind, um eine derartige Farbauftragseffektivität zu erreichen.
• Aus der US-A-5645884 und der US-A-4593360 sind computergesteuerte Regelsysteme für automatische Spritzpistolen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, die jedoch nicht unbedingt geeignet sind, um die erforderlichen Werte für die Farbauftragseffektivität zu erreichen.
• Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die oben genannten Probleme zu lösen und insbesondere eine automatische Spritzpistole des oben genannten Typs zur Verfügung zu stellen, deren Funktionalität nicht ausschließlich von den Kenntnissen und Fähigkeiten der die Einstellungen vornehmenden Bedienperson abhängig ist, sondern die auch in der Lage ist, eine Farbauftragseffektivität sicherzustellen, die wesentlich höher als die der bereits bekannten computergesteuerten Spritzpistolen ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Ziele durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale erreicht.
• Wie oben erwähnt wurde, stehen die Optimierungsparameter der Auftragseffektivität in direkter Beziehung zu der Art der zu spritzenden Substanz, der Dicke der zu erzielenden Beschichtung, der Position der Pistole relativ zu der zu beschichtenden Oberfläche, der relativen Bewegungsgeschwindigkeit usw. Diese Parameter können einfach klassifiziert und katalogisiert werden und sind geeignet, durch einfache Algorithmen in spezielle Computerprogramme eingegeben zu werden, mit denen die elektronische Regeleinheit betrieben wird. Zusätzlich zu der Sicherstellung der konstanten Aufrechterhaltung von Qualitätsstandards bei einem maximalen Auftragseffektivitätsniveau kann auf diese Weise die Anpassung der Pistole an unterschiedliche Anwendungen sofort und in sicherer Weise erfolgen, da dies nicht von dem Wissen der Bedienperson abhängig ist.
• Die automatische Spritzpistole umfasst normalerweise einen axial beweglichen Stift zum Einstellen der Öffnung der Spritzdüse: in diesem Fall sieht die Erfindung vor, dass dieser Stift funktionell mit einem angetriebenen Betätigungselement verbunden ist, das an der elektronischen Regeleinheit angeschlossen ist. Auf diese Weise werden alle möglichen Einstellungen der automatischen Spritzpistole gemäß der vorliegenden Erfindung automatisiert.
• Diese Erfindung wird durch die folgende genaue Beschreibung unter Bezugnahme auf die ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel zeigenden beigefügten Zeichnungen besser erklärt, wobei:
• 1 eine perspektivische schematische Ansicht einer automatischen Spritzpistole dieser Erfindung ist und
• 2 eine schematische Ansicht ist, die das Einstellsystem der Pistole gemäß dieser Erfindung zeigt.
• Unter anfängliche Bezugnahme auf die 1 umfasst eine automatische Spritzpistole gemäß dieser Erfindung im Wesentlichen einen Körper 1 mit einer Spritzdüse 2, der ein axial beweglicher Stift zugeordnet ist, dessen freies Ende mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet wurde, um die Öffnung der Düse 2 einzustellen. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet zwei von diametral gegenüberliegenden Teilen der Spritzdüse 2 axial hervorstehende Elemente, die ihrerseits mit Durchflussöffnungen 5 versehen sind.
• Die Spritzdüse 2 und die Durchflussöffnungen 5 stehen in bekannter Weise mit den entsprechenden Fluiddurchlässen in einem Anschluss- und Haltesockel 6, an dem der Körper 1 befestigt ist, in Verbindung. Der Sockel 6 ist so ausgebildet, dass er, normalerweise in einer einstellbaren Weise, an einer Halterung 7, die beispielsweise aus dem Arm eines Spritzroboters besteht, befestigt werden kann.
• Die Fluiddurchlässe sind in der 2 schematisch dargestellt (ohne den Anschluss an den Körper 1, der jedoch in konventioneller Weise erfolgt). Die Durchlässe umfassen einen ersten Durchlass 8, an den eine Leitung 9 zum Zuführen von Druckluft von einer Druckluftquelle 11 über ein erstes Magnetventil 10 angeschlossen ist; einen zweiten Durchlass 12, an den eine zweite Leitung 13 zum Zuführen von Druckluft angeschlossen ist, die über ein zweites Magnetventil 14 ebenfalls mit der Quelle 11 verbunden ist; einen dritten Durchlass 15 zum Zuführen von Druckluft, der über eine dritte Leitung 23 und ein Magnetventil 16 ebenfalls mit der Quelle 11 verbunden ist; einen Durchlass 17 bzw. einen Durchlass 18 (optional) zum Zuführen und Rückführen einer unter Druck stehenden zu spritzenden Substanz, beispielsweise einer Mischung aus Farbe und einem Lösungsmittel. Der Durchlass 17 ist über eine Hydraulikpumpe 20, insbesondere eine Getriebepumpe, und eine Leitung 24 mit einer Zufuhrquelle 19 für die zu spritzende Substanz verbunden. Der Durchlass 18 führt die gespritzte überschüssige Farbe über eine Leitung 25 zu der Pumpe 20 zurück.
• Der erste Durchlass 8 für das Zuführen von Luft und der Zufuhrdurchlass 17 für die zu spritzende Substanz sind mit der Spritzdüse 2 verbunden. Der zweite Zufuhrdurchlass 12 ist mit den Durchflussöffnungen 5 verbunden, um einen Druckluftstrom um den Umfang der Spritzdüse 2 herum auszustoßen. Der dritte Zufuhrdurchlass 15 ist auf der anderen Seite mit einem Regelsystem verbunden, das bekannt und aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, und durch das der Strom der Luft und der mit der Pistole zu spritzenden Substanz freigegeben bzw. abgesperrt wird.
• Der Zufuhrdurchlass 17 ist ebenfalls mit der Spritzdüse 2 verbunden, während der (optionale) Durchlass 18 zum Rückführen der nicht gespritzten Substanz zur Pumpe 20 verwendet wird.
• Gemäß dieser Erfindung ist ein elektronischer Druckwandler 26, 27, 28 bzw. 29 (und 32 soweit zutreffend) in jedem der Durchlässe 8, 12, 15, 17 (und 18 soweit zutreffend) innerhalb des Sockels vorgesehen. Die elektronischen Druckwandler 26–29 sind miniaturisiert und beispielsweise Keramikkondensatoren des Typs, wie er von der Firma ENTEC GmbH hergestellt und vertrieben wird. Diese Wandler geben digitale Signale aus, die den Druck innerhalb des entsprechenden Durchlasses 8, 12, 15, 17 (und 18 soweit zutreffend) anzeigen und die an eine elektronische Verarbeitungs- und Regeleinheit 30 weitergeleitet werden, die funktionell mit den Kontrollstufen der Magnetventile 10, 14 und 16 sowie mit der Pumpe 20 verbunden ist.
• Die Magnetventile 10 und 14 sind normalerweise vom proportionalen Typ, während das Magnetventil 16 ein einfaches Schaltventil ist.
• Die elektronische Regeleinheit 30 kann durch spezifische Algorithmen programmiert werden, so dass sie während des Betriebs den Druck der über das Magnetventil 10 bzw. das Magnetventil 4 zu der Spritzdüse 2 und den Durchflussöffnungen 5 geleiteten Luft sowie den Druck der zu spritzenden Substanz, die über die Pumpe 20 zu der Spritzdüse 2 geleitet wird, gemäß den Parametern für eine Optimierung der Farbauftragseffektivität automatisch einstellen kann. Die elektronische Regeleinheit 30 schaltet die Pistole ferner über das Regelmagnetventil 16 ein und aus.
• Gemäß einem zusätzlichen Aspekt dieser Erfindung ist die Regeleinheit 30 ebenfalls in der Lage, die axiale Einstellung des beweglichen Stifts 3 zum Ändern der Öffnung für die über die Düse 2 zu spritzende Substanz automatisch zu steuern. Zu diesem Zweck ist der Stift 3 funktionell mit einem angetriebenen Betätigungselement, das typischerweise ein elektrischer Motor 31 ist, verbunden, das seinerseits ebenfalls mit der elektronischen Regeleinheit 30 verbunden ist.
• Die Verwendung einer automatischen Spritzpistole gemäß dieser Erfindung ist besonders vorteilhaft in Kombination mit identischen automatischen Pistolen zum Herstellen von komplexen Spritzsystemen: in diesem Fall können die verschiedenen Pistolen und die entsprechenden elektronischen Druckwandler sowie die entsprechenden elektrischen Betätigungselemente durch dieselbe elektronische Regeleinheit 30 gemeinsam oder unabhängig voneinander gesteuert werden.
• Natürlich können zahlreiche Änderungen an der Konstruktion und der Form des Ausführungsbeispiels der hier vorgestellten Erfindung vorgenommen werden, die alle im Rahmen des Konzepts liegen, das diese Erfindung kennzeichnet, die durch die folgenden Patentansprüche genau definiert wird. Zum Beispiel können die Druckwandler vollkommen oder teilweise direkt innerhalb des Körpers 1 der Pistole anstatt in dem Sockel 6 untergebracht sein.
• Weiter kann die elektronische Regeleinheit 30 funktionell mit zusätzlichen elektronischen Zufuhr- oder Volumenwandlern für die der Pistole zugeführte Luft und/oder die zu spritzende Substanz sowie mit zusätzlichen elektronischen Wandlern zum Messen der Temperatur der Luft und/oder der zu spritzenden Substanz verbunden sein. Die Signale von diesen Wandlern, die hier nicht dargestellt sind, weil sie im Bereich der Kenntnisse eines fachkundigen Technikers liegen, werden mit denjenigen, die oben beschrieben wurden, verknüpft und von der elektronischen Regeleinheit 30 verarbeitet, um die Auftragseffektivität während des Betriebs der Pistole zusätzlich zu optimieren.

Claims (4)

1. Automatisches Spritzsystem einschließlich einer Spritzpistole bestehend aus einem Körper (1) mit einer Spritzdüse (2) und Durchlässen (8, 12, 15, 17) um Versorgungsleitungen (9, 13, 23, 24) zur Zufuhr von Druckluft und einer zu spritzenden unter Druck stehenden Substanz über einen Anschluss- und Haltesockel (6) anzuschließen, wobei elektronische Druckwandler (26, 27, 28, 29) funktionell mit den Durchlässen (8, 12, 15, 17) verbunden sind, wobei die elektronischen Druckwandler (26, 27, 28, 29) mit einer elektronischen Regeleinheit (30) verbunden sind, wobei die Druckwandler (26, 27, 28, 29) einen ersten Wandler (26), der einem ersten Durchlass (8) zugeordnet ist, an den eine Leitung (9) zum Zuführen von Druckluft zur Spritzdüse (2) über ein erstes Magnetventil (10) angeschlossen ist, einen zweiten Wandler (27), der einem zweiten Durchlass (12) zugeordnet ist, an den eine Leitung (13) zum Zuführen von Druckluft zum Außenumfang der Spritzdüse (2) über ein zweites Magnetventil (14) angeschlossen ist, einen dritten Druckwandler (29), der einem Zufuhrdurchlass (24) für die über eine Pumpe (20) zu spritzende Substanz zugeordnet ist, sowie einen vierten Durchlass (28) umfassen, der mit einer Leitung (23) für Druckluft verbunden ist und die Pistole über ein drittes Magnetventil (16) steuert, wobei das erste, zweite und dritte Magnetventil (10, 14, 16) und die Pumpe (20) von der elektronischen Regeleinheit (30) gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Einheit vorgesehen ist, um in programmierbarer Weise den Druck der Luft und/oder der zu spritzenden Substanz entsprechend den Parametern für eine optimierte Förderleistung einzustellen und dass das System ferner elektronische Zufuhr- oder Volumenwandler für die Druckluft und die zu spritzende Substanz sowie elektronische Wandler zum Messen der Temperatur der Druckluft und der zu spritzenden Substanz umfasst, die funktionell mit der elektronischen Regeleinheit (30) verbunden sind.
2. Spritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzpistole einen axial beweglichen Stift (3) zum Einstellen der Öffnung der Spritzdüse (2) und ein angetriebenes und funktionell mit dem Stift (3) verbundenes Betätigungselement (31) aufweist, wobei die elektronische Regeleinheit (30) ferner so programmiert ist, dass sie die axiale Einstellung des beweglichen Stifts (3) zum Ändern der Öffnung für die über die Düse (2) zu spritzende Substanz mittels des elektrisch angetriebenen Betätigungselements (31) automatisch steuert.
3. Spritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwandler (26, 27, 28, 29) zumindest teilweise in dem Anschluss- und Haltesockel (6) untergebracht sind.
4. Spritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner einen fünften Druckwandler (32) umfasst, der mit einer zur Pumpe (30) führenden Rückführungsleitung (25) für die zu spritzende Substanz verbunden ist.