DE60214125T2 - Membranvorrichtung zur Behandlung eines Zuluftstroms für eine Spritzlackiereinrichtung - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzlackiereinrichtung mit einer Membran zur Behandlung von Druckluft und zur Produktion von modifizierter, an Stickstoff reicher Luft, die frei von Verunreinigungen ist.
- Die Erfindung bietet die Möglichkeit, bei der Benutzung die Austrittstemperatur insbesondere der modifizierten, an Stickstoff reichen Druckluft zu verändern, die als ein Trägerfluid bei Spritzlackiereinrichtungen benutzt wird.
- Es ist bekannt, dass Spritzlackiereinrichtungen des bekannten Typs aus Pistolen oder Düsen bestehen, in die ein unter Druck (etwa 3 bis 5 Bar) stehender Luftstrom und eine Zufuhr der zu sprühenden Farbe befördert werden.
- Die Luft dient als ein Vektor, der die Farbe mit sich trägt und sie auf die zu lackierende Fläche überträgt.
- Beispiele für die Anwendung der Spritzlackierung durch Druckluft sind Fahrzeugkarosserien, Möbel, Gegenstände aus Kunststoffmaterialien, die durch integrierte Glasfasern verstärkt sind, Boote, Flugzeuge, Lederartikel im Allgemeinen usw.
- Es ist auch bekannt, dass, um die Lackierungsqualität zu verbessern, eine Beseitigung jeglicher Verunreinigung, die sich an die Farbe binden kann, sowie ein möglichst gleichmäßiges und schnelles Trocknen der aufgebrachten Farbschicht erforderlich sind.
- Auf diese Weise wird die Möglichkeit reduziert, dass die Farbe Verunreinigungen und Feuchtigkeit aus der Druckluft oder auch der Umgebungsluft aufnimmt, insbesondere dann, wenn die Arbeit in einer unkontrollierten Umgebung stattfindet.
- Um also die Qualität der Lackierung zu verbessern, wird der Druckluftstrom getrocknet, um das Kondensat zu entfernen (beispielsweise indem die Luft durch einen Kühlzyklustrockner mit niedriger Temperatur geführt wird, im Allgemeinen bis zu einem Taupunktwert von nicht unter +3°C), und gefiltert, um Spuren von Öl und andere Verunreinigungen zu entfernen (indem die Luft z.B. mit Hilfe von Koaleszenzfiltern oder Aktivkohlefiltern gefiltert wird).
- Bei dem Spritzlackierungsverfahren, das als HVLP (High Volume Low Pressure – hohes Volumen und niedriger Druck der Druckluft) bezeichnet wird, ist außerdem die Benutzung eines Stroms erwärmter Luft bekannt, um das Trocknen der Farbe zu beschleunigen, und um die Übertragungseffizienz zu verbessern, d.h. die Ausnutzung der verwendeten Farbe.
- Systeme des bekannten Typs weisen jedoch einige Nachteile auf, da verschiedene Farben und Flächen unterschiedliche Spritzbedingungen erforderlich machen können (insbesondere in Bezug auf Druck und Temperatur des Trägerfluids).
- Dies gilt ebenso für die Umgebungsbedingungen, da sich beispielsweise die Arbeitsparameter stark verändern können, wenn eine Arbeit bei einer Zimmertemperatur von +30°C ausgeführt wird, gegenüber einer Temperatur von +5°C.
- Auch sind bekannte Systeme nicht immer zufrieden stellend, wenn eine hohe Reinheit der Druckluft und ein hoher Trocknungsgrad benötigt werden.
- In allen Fällen weisen die Lackierungssysteme des bekannten Typs den Nachteil auf, dass sie auf die Benutzung von Luft als Trägerfluid beschränkt sind, und deshalb ein Problem der möglichen Oxidation der Farben mit sich bringen.
- Aus
US5840098 ist ein System zum Behandeln der Luft bekannt, wobei ein Druckluftstrom mittels einer Membran unter gesteuerten Druck- und Temperaturbedingungen getrennt wird.US5840098 offenbart nicht die Steuerung des Prozentanteils des Sauerstoffs in der behandelten Luft, die als Farbträgerfluid benutzt werden soll, um die Qualität der Spritzlackiervorgänge zu verbessern. - Aus
US3737626 ist außerdem ein Lufterhitzer bekannt, um getrocknete Luft zu erzeugen, die als Farbträgerfluid bei Spritzlackiervorgängen benutzt werden soll. -
US3737626 offenbart weder die Benutzung von Stickstoff als Farbträgerfluid, um eine Oxidation der Farbe zu verhindern, noch die Benutzung von Trennmembranen zur Lufttrocknung, um die getrocknete Luft zu erhalten, wobei zugleich die Effizienz des Trocknungssystems verbessert wird. - Entsprechend ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Behandeln der Zuführluft bereitzustellen, insbesondere für Spritzlackiereinrichtungen, angepasst, um die oben genannten Nachteile zu eliminieren.
- Es ist eine weitere Aufgabe, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Behandeln der Zuführluft bereitzustellen, insbesondere für Spritzlackiereinrichtungen, das eine hohe Ergiebigkeit und eine relativ hoher Zuverlässigkeit hinsichtlich der Eigenschaften der modifizierten, an Stickstoff reichen Luft aufweist, die für die unterschiedlichen Temperaturen behandelt wird.
- Es ist außerdem eine Aufgabe, ein Einrichtung mit vielseitiger Einsetzbarkeit und leichter Einstellbarkeit bereitzustellen, bei der Hohlfaser-Membranen zum Behandeln der Druckluft benutzt werden, um eine modifizierte Luft zu erhalten, die reich an Stickstoff ist.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Spritzlackieren bereitzustellen, das die Nachteile bekannter Systeme beseitigen kann.
- Die genannten sowie weitere Aufgaben werden allesamt durch eine Einrichtung und ein Verfahren erreicht, wie in den beiliegenden Ansprüchen beschrieben.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen anhand der folgenden genauen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform verdeutlicht werden, die unter Bezugnahme auf ein nicht beschränkendes Beispiel und unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren erfolgt, wobei:
-
1 ein Diagramm einer ersten Ausführungsform der Einrichtung zur Luftbehandlung gemäß der Erfindung ist; -
2 eine zweite Ausführungsform der Einrichtung der Erfindung zeigt; -
3 eine dritte Ausführungsform der Einrichtung der Erfindung zeigt; -
4 eine vierte Ausführungsform der Einrichtung zeigt. - Gemäß der Erfindung und unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren umfasst eine Einrichtung zur Luftbehandlung:
- – einen Einlass für die unter Druck stehende Luft „AIR IN";
- – eine Einheit G2 zur Behandlung der Luft mit Hilfe von Hohlfaser-Trennmembranen;
- – eine
Heizeinheit G1 zum Aufheizen der Luft, die entweder stromaufwärts von
Einheit G2 (
1 und2 ) oder stromabwärts von dieser Einheit (3 und4 ) angeordnet ist; - – eine
Speichereinheit G3 für
die behandelte Luft, die optional ist und zwischen der Auslasseinheit G2
und der Anwendung angeordnet ist. Die Einheit G3 umfasst vorzugsweise
einen Tank
20 mit thermischer Isolierung21 , um Druckschwankungen der entweichenden Luft während des Lackiervorgangs zu beseitigen. Die Einheit G3 kann in ein Gehäuse26 eingeführt sein, das vorzugsweise aus einem extrudierten Profilabschnitt aus Aluminium hergestellt ist, vorzugsweise von zylindrischer Form oder quadratischem Querschnitt; - – einen Auslass für die behandelte Luft „AIR OUT";
- – ein
Thermometer
11 , um die Temperatur der Luft zu messen und anzuzeigen, die in Einheit G2 eintritt; - – einen
Druckmesser
14b , um den Druck der getrockneten Luft anzuzeigen und zu messen, der von einem Druckminderer13 erzeugt wird; - – einen
Druckmesser
14a , um den Druck in Tank G3 anzuzeigen und zu steuern, wenn dieser vorgesehen ist; - – einen
Flussregler
10 stromabwärts von der Membraneinheit G2, um den Stickstoffanteil in der behandelten Luft zu verändern; - – einen
Temperaturregler
16 , um die Temperatur der Luft anzupassen, die in die Einheit G2 eintritt; - – eine
Einheit
15 zum Steuern der Vorheizeinheit G1 basierend auf der Einstellung des Reglers16 . - Genauer ausgedrückt, kann die Einrichtung außerdem umfassen:
- – ein
Dreiwegeventil
18 , das durch die elektronische Steuereinheit15 gesteuert wird, und das stromaufwärts von der Membraneinheit G2 zum Ablassen etwaigen Kondensats angeordnet ist; - – eine
Filtereinheit
1 , um die Druckluft zu filtern, die der Vorheizeinheit G1 zugeführt werden soll; - – Instrumente zur Steuerung und Bedienung;
- – ein
Rückschlagventil
2 für die Luft, die in die Vorheizeinheit G1 eintritt; - – ein
Rückschlagventil
19 für die Luft, die aus der Membraneinheit G2 austritt, nach dem Flussregler10 ; - – einen
Druckmesser
12a , um den Druck der Luft stromaufwärts von der Filtereinheit1 zu kalibrieren; - – einen
Druckmesser
12b , um den Druck der Luft nach der Filtereinheit1 zu kalibrieren. - Insbesondere:
- – besteht
die Vorheizeinheit G1 aus einer Spirale
5 , die um einen Widerstand3 gewickelt und in einem Gehäuse4 aufgenommen ist, das vorzugsweise aus einem extrudierten Profilabschnitt aus Aluminium hergestellt ist, vorzugsweise von zylindrischer Form oder quadratischem Querschnitt. - Alternativ kann die Herstellung der Spirale
5 von Einheit G1 wegfallen, indem das Gehäuse4 als ein Tank für die aufzuheizende Luft dient. - Vorzugsweise ist die Spirale
5 ein Rohr aus Kupfer oder Aluminium des flottierenden Spiraltyps, und der Widerstand3 ist ein Widerstand gepanzerten Typs, dessen veränderbare Temperatur durch eine Steuerdiode oder einen elektronischen Mikroprozessorkreis gesteuert wird. Die Einheit G2 umfasst ein Gehäuse6 , das vorzugsweise aus einem extrudierten Profilabschnitt aus Aluminium besteht, beispielsweise von zylindrischer Form oder quadratischem Querschnitt, in dem ein Membranmodul7 aufgenommen ist, das in dem Gehäuse6 von einem Paar von Ringen8 abgestützt ist. - Vorzugsweise ist das Gehäuse
6 ein Gehäuse des Typs, das dazu angepasst ist, geöffnet zu werden, und Modul7 ist ein Modul des austauschbaren Typs, so dass es leicht ersetzt werden kann, beispielsweise durch ein Stickstofftrennmodul derselben Größe. - Die Steuerinstrumente können zusätzlich zu dem Thermometer
11 und dem Druckmesser14b einen weiteren Druckmesser14a zum Steuern des Luftdrucks in Tank20 umfassen. - Die Filtereinheit
1 ist eine Filtereinheit des kombinierten Typs, Klasse 1 ISO 8573-1, um den Ölgehalt auf Werte < 0,001 mg/m3 und den Öldampfgehalt auf Werte < 0,003 mg/m3 zu senken. - Im Betrieb (in der in
1 und2 gezeigten Ausführungsform) dringt die Druckluft durch die Filtereinheit1 , vorbei an dem Rückschlagventil2 , und tritt in die Spule5 im Inneren des Gehäuses4 ein. Beim Verlassen der Spule5 dringt die Luft durch das Dreiwegeventil18 , das etwaiges Kondensat ablässt, und tritt in die Lufttrocknungseinheit7 im Inneren des Gehäuses6 ein. - Vorzugsweise lässt das Ventil
18 , das von der elektrischen Steuereinheit15 betätigt wird, die Luft erst dann durch die Membran dringen, wenn eine vorgegebene Schwellentemperatur erreicht ist, die von einem Thermostat17 gesteuert wird. - Die Luft von Membran
7 dringt durch den Flussregler10 , das Rückschlagventil19 , und anschließend den Druckminderer13 , und wird einsatzbereit in einer Speicherkammer20 gespeichert, wobei sie bei spielsweise für eine Spritzlackiereinrichtung bestimmt ist, indem sie den Druckminderer13 passiert. - In der Ausführungsform aus
3 und4 ist die Position der Einheiten G1 und G2 umgekehrt, so dass die Luftaufheizung nach der Behandlung mit Hilfe der Membranen stattfindet. - Die Steuerinstrumente, die möglicherweise in einer Tafel
9 versammelt sind, ermöglichen die Prüfung von: - – dem
Temperaturwert am Membraneintritt (Thermometer
11a ), dem eine Austrittstemperatur entspricht, die von einer Kühlung abhängt, die in der jeweils benutzten Membran stattfindet (normalerweise auf etwa 15°C bis etwa 50°C), und die von einem Thermometer11b gemessen wird; - – dem
Druck am Austritt der Einrichtung (Druckmesser
14b ), und dem Druck an dem Austritt der Filtereinheit1 (Druckmesser12b ). - Deshalb ist es je nach der gewünschten Anwendung und finalen Temperatur der behandelten Luft ausreichend, Regler
16 zu betätigen, um über die elektronische Steuereinheit15 die Temperatur des Widerstands3 zu modifizieren, und also die Vorheizung der Luft, die in die Membranen eintritt. - Wenn der Taupunktwert modifiziert werden soll, ist es stattdessen ausreichend, den Flussregler
10 zu betätigen. - Schließlich wird der Druckminderer
13 betätigt, wenn der Druck der getrockneten Luft eingestellt werden soll. - Die Membraneinheit
7 besteht aus einem Modul zur Erzeugung modifizierter, an Stickstoff reicher Luft, wobei es der Flussregler10 selbst ermöglicht, die Reinheit des erzeugten Stickstoffs einzustellen. Außerdem kann eine Steuerung und automatische Anpassung der Betriebswerte erreicht werden, indem die elektronische Steuereinheit15 mit Anfangseinstellungswerten versorgt wird, und eine Rückkopplung der gemessenen Temperaturwerte an dem Eintritt oder Austritt der Membranen benutzt wird, um die Aufheizung der Luft anhand der Temperatureinstellungswerte und des tatsächlichen Temperaturwerts automatisch anzupassen. - Ebenso können eine Einstellung und eine adaptive Steuerung der Druckwerte sowie der Werte anderer Parameter bereitstellt werden, wie z.B. des Trocknungsgrades der behandelten Luft, oder der Reinheit des erzeugten Stickstoffs, falls eine Steuerung dieser Werte gewünscht wird.
- In
2 und4 sind Ausführungsformen der Vorrichtung gezeigt, wobei die Gehäuse4 ,6 ,26 übereinander angeordnet sind, und alle mit Deckeln27 ,28 ,29 versehen sind, die dazu angepasst sind, leicht geöffnet werden zu können, um ein leichtes Ersetzen der jeweiligen Einheiten G1, G2, G3 zu ermöglichen. - Die Einrichtung kann außerdem einen Ein/Aus-Schalter
22 zur Verbindung mit einem elektrischen Stromversorgungsnetzwerk, und Signalmittel, wie z.B. Anzeigeleuchten23 und24 , um jeweils einen Bereitschaftsstatus bzw. einen Produktionsstatus zu signalisieren, sowie einen Zähler aufweisen, um die Arbeitsstunden der Einrichtung aufzuzeichnen. - Vorteilhaft wird mit einer Einrichtung, wie sie in
1 und2 gezeigt ist, ein weiterer Vorteil erzielt, d.h. die Qualität der Luft zum Spritzen wird verbessert, ebenso wie die Effizienz der Stickstoff-Trennmembran. - Tatsächlich weisen die Trennmembranen eine maximale Effizienz von etwa 56°C auf, die einer Austrittstemperatur zwischen etwa 15°C bis 40°C entspricht, und es ist genau im Bereich um 35°C bzw. 56°C, wo die optimalen Werte für viele Typen des Lackierens und die Effizienz der Membranen liegen.
- In jedem Fall dienen diese mittleren Werte nur als Beispiele, da die Betriebswerte von ihnen je nach Typ der benutzten Membranen und nach Anwendung der Einrichtung abweichen können.
Claims (32)
- Spritzlackiereinrichtung, enthaltend: – einen Einlass für unter Druck stehende Luft (AIR IN); – eine Heizeinheit (G1) zum Aufheizen der Druckluft; – Mittel (
3 ,15 ,16 ) zur Regulierung des Aufheizens der behandelten Luft; – Mittel (13 ) zur Druckregulierung der behandelten Luft; – einen Auslass für die Luft (AIR OUT), die als Farbträgerfluid benutzt wird; dadurch gekennzeichnet, dass es eine mit Hohlfaser-Membranen arbeitende Trenneinheit (G2) zur Produktion von modifizierter, an Stickstoff reicher Luft enthält, und Mittel (10 ,19 ) zur Regulierung des Restgehaltes von Sauerstoff in der behandelten Luft. - Einrichtung nach Patentanspruch 1, weiter enthaltend ein Thermometer (
11 ) zum Messen und Anzeigen der Temperatur der in die Einheit (G2) eintretenden Luft. - Einrichtung nach Patentanspruch 1, weiter enthaltend einen Druckmesser (
14b ) zum Anzeigen und Regulieren des Druckes der behandelten Luft. - Einrichtung nach Patentanspruch 1, weiter enthaltend ein Dreiwegeventil (
18 ) stromaufwärts der Einheit (G2). - Einrichtung nach Patentanspruch 1, weiter enthaltend eine Filtereinheit (
1 ) für die Luft, die für die Einheit (G2) bestimmt ist. - Einrichtung nach Patentanspruch 1, weiter enthaltend eine Instrumententafel (
9 ). - Einrichtung nach Patentanspruch 1, weiter enthaltend ein Rückschlagventil (
2 ) für die in die Einheit (G1) eintretende Luft. - Einrichtung nach Patentanspruch 1, weiter enthaltend ein Rückschlagventil (
19 ) für die aus der Membraneinheit (G2) austretende Luft. - Einrichtung nach Patentanspruch 5, weiter enthaltend einen Druckmesser (
12 ) zum Kalibrieren des Luftdruckes stromaufwärts der Filtereinheit (1 ). - Einrichtung nach Patentanspruch 1, bei welcher die Vorheizeinheit (G1) aus einem Widerstand (
3 ) besteht, um den eine Serpentine (5 ) für den Luftdurchlauf gewunden ist, wobei der Widerstand und die Serpentine in einem zylindrischen Gehäuse (4 ) angeordnet sind. - Einrichtung nach Patentanspruch 10, bei welcher die Spirale (
5 ) ein Kupfer- oder Aluminiumrohr von einem flottierenden Spiraltyp ist. - Einrichtung nach Patentanspruch 1, bei welcher die Vorheizeinheit (G1) aus einem Widerstand besteht, angeordnet in einem zylindrischen Gehäuse, das mit dem Lufteinlass und der Einheit (G2) in Verbindung steht.
- Einrichtung nach Patentanspruch 10, bei welcher der Widerstand (
3 ) von einem gepanzerten Typ mit veränderbarer Temperatur ist. - Einrichtung nach Patentanspruch 13, bei welcher der Widerstand (
3 ) durch eine Steuerdiode oder durch einen elektronischen Mikroprozessorkreis gesteuert ist. - Einrichtung nach Patentanspruch 10, bei welcher das genannte Gehäuse (
4 ) aus einem extrudierten Profilabschnitt aus Aluminium besteht. - Einrichtung nach Patentanspruch 11, bei welcher die genannten Mittel (
3 ,15 ,16 ) zum Regulieren des Aufheizens der behandelten Luft aus einem Temperaturregler (16 ) für die in die Einheit (G2) eintretende Luft bestehen, sowie aus einer elektronischen Einheit (15 ) zum Steuern des Widerstandes (3 ) der Heizeinheit (G1), basierend auf der Einstellung des Reglers (16 ). - Einrichtung nach Patentanspruch 1, bei welcher die genannten Mittel zum Regulieren des Druckes der behandelten Luft aus einem Druckminderer (
13 ) bestehen, der dem Druckregler (14b ) zugeordnet ist. - Einrichtung nach Patentanspruch 1, bei welcher die genannten Mittel zum Regulieren des Restgehaltes an Sauerstoff in der behandelten Luft aus einem Flussregler (
10 ) bestehen, angeordnet stromabwärts der Membraneinheit (G2). - Einrichtung nach Patentanspruch 1, bei welcher die Einheit (G2) ein Gehäuse (
6 ) enthält, bestehend aus einem extrudierten Profilabschnitt aus Aluminium, in welchem ein Membranmodul (7 ) zur Luftabtrennung aufgenommen ist, welches Modul in dem Gehäuse (6 ) durch ein Paar von Ringen (8 ) gehalten ist. - Einrichtung nach Patentanspruch 19, bei welcher das Gehäuse (
6 ) geöffnet werden kann und das Modul (7 ) von einem austauschbaren Typ ist, so dass es leicht ersetzt werden kann. - Einrichtung nach Patentanspruch 6, bei welcher die Tafel (
9 ) das Thermometer (11 ), den Druckmesser (14 ), den Druckminderer (13 ), den Flussregler (10 ), den Temperaturregler (16 ) und zusätzlich einen weiteren Druckmesser (12 ) zum Steuern des Luftdruckes stromaufwärts der Filtereinheit (1 ) enthält. - Einrichtung nach Patentanspruch 5, bei welcher die Filtereinheit (
1 ) vom kombinierten Typ der Klasse 1 ISO 8573-1 ist, für Ölinhalt von < 0.001 mg/m3 und Öl-Dampf-Inhalt von < 0.003 mg/m3. - Einrichtung nach Patentanspruch 1, bei welcher die genannte Luftheizeinheit stromaufwärts der genannten Membraneinheit (G2) angeordnet ist.
- Einrichtung nach Patentanspruch 1, bei welcher die genannte Luftheizeinheit stromabwärts der genannten Membraneinheit (G2) angeordnet ist.
- Einrichtung nach Patentanspruch 1, enthaltend eine Speichereinheit (G3) für die behandelte Luft.
- Einrichtung nach Patentanspruch 25, bei welcher die genannte Einheit (G3) eine Speicherkammer (
20 ) mit einer thermischen Isolierung (21 ) enthält. - Verfahren der Spritzlackierung, enthaltend die folgenden Phasen: – Abgabe eines unter Druck stehenden Strahls eines Trägerfluids für die zu spritzende Farbe; – Mischen eines Farbflusses mit dem Strahl des unter Druck stehenden Trägerfluids; – Spritzen der erhaltenen Mischung auf einen zu lackierenden Gegenstand; dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Trägerfluid aus an Stickstoff reicher modifizierter Luft besteht.
- Verfahren nach Patentanspruch 27, bei welchem die an Stickstoff reiche modifizierte Luft durch Trennen mit Hilfe von Hohlfaser-Membranen zur Lufttrennung erhalten ist.
- Verfahren nach Patentanspruch 28, enthaltend die folgenden Phasen: – Zuführen von unter Druck stehender Luft; – regulierbares Aufheizen der zu trennenden Luft; – Behandlung der aufgeheizten Luft durch Trennmembranen bis zu einem vorgegebenen und regulierbaren Trenngrad; – Zuführen der behandelten Luft als Trägerfluid mit reguliertem Druck und Temperatur.
- Verfahren nach Patentanspruch 29, bei welchem die Luftbehandlungsphase ausgeführt wird bis zu Stickstoffgehaltwerten von 90–99.5%.
- Verfahren nach Patentanspruch 29, bei welchem das genannte regulierbare Aufheizen der zugeführten Luft, die Behandlung der aufgeheizten Luft bis zu einem vorgegebenen und regulierbaren Trennwert und die Regulierung der zugeführten Luft automatisch angepasst werden auf der Basis von vorgegebenen Temperatur-, Reinheits- und Druckwerten der zuzuführenden Luft und von gemessenen Temperatur, Reinheits- und Druckwerten der zugeführten Luft.
- Verfahren nach Patentanspruch 29, bei welchem die genannte Zufuhr der behandelten Luft als Trägerfluid bei einer Lufttemperatur zwischen 15°C und 50°C erfolgt.
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