EP1134033B1 - Verfahren zum elektrostatischen Beschichten eines Werkstücks sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum elektrostatischen Beschichten eines Werkstücks sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP1134033B1
EP1134033B1 EP01101707A EP01101707A EP1134033B1 EP 1134033 B1 EP1134033 B1 EP 1134033B1 EP 01101707 A EP01101707 A EP 01101707A EP 01101707 A EP01101707 A EP 01101707A EP 1134033 B1 EP1134033 B1 EP 1134033B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
operating current
coating
workpiece
application device
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01101707A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1134033A2 (de
EP1134033A3 (de
Inventor
Jan Reichler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Original Assignee
Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG filed Critical Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Publication of EP1134033A2 publication Critical patent/EP1134033A2/de
Publication of EP1134033A3 publication Critical patent/EP1134033A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1134033B1 publication Critical patent/EP1134033B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/08—Plant for applying liquids or other fluent materials to objects
    • B05B5/10—Arrangements for supplying power, e.g. charging power

Definitions

  • DE 37 09 510 A1 extends this strategy to include external factors, e.g. the humidity in the spray booth or the spatial relationship between the workpiece and the application device, by entering in each case adapted set values for the operating current.
  • external factors e.g. the humidity in the spray booth or the spatial relationship between the workpiece and the application device
  • the distance A I between application device and workpiece as an additional control parameters is brought into play.
  • the operating current is namely not only dependent on the voltage but also on this distance.
  • the distance control therefore provides the possibility to keep both the operating current and the voltage within predetermined limits and thereby to achieve the desired coating result, if a mere voltage change is not sufficient for this purpose.
  • Such a method can be easily in a digital control program, eg for a Meßwerter shockedsungs juice implement with corresponding control inputs and outputs.
  • the change in distance is also used in this way to set the voltage value normally used for the operating current control again centrally into a predefined "window". This ensures that a sufficient possible voltage swing is available for subsequently required operating current control steps, so that a more time-consuming distance control can be dispensed with for these control steps.
  • the voltage source and the application device can preferably be deactivated if the actual distance value A I is not within predefined limits for the distance. Such deactivation is a sure means of countering problems that may be encountered in achieving an improper clearance.
  • a preferably used method detects the operating parameters of the coating apparatus in an initialization coating operation and deposits them in a memory cooperating with the tracking device, wherein the application device is tracked and operated according to the operating parameters stored in the memory during coating passes following the initialization coating passage.
  • An operating parameter change in the context of the operating current control which takes place during a coating pass following the initialization coating pass, can thus be detected, stored in the memory and taken into account for the coating pass subsequent to this coating pass.
  • Such changes in the operating parameters in the subsequent coating operations can be caused by statistical tolerances of the workpiece or the relative position between the application device and the workpiece, but also by drift effects of the coating device.
  • the knowledge of the operating parameters in the coating passages preceding the current coating pass can hereby be used to reduce control actions taking place for the reasons stated above.
  • the consideration can be such that when saving the changed by the current coating passage operating parameters that these corresponding old operating parameters are overwritten.
  • Such a procedure is recommended for longer-term drift processes of the coating apparatus, in which the knowledge of the operating parameters in each case the last coating pass is sufficient to avoid future regulatory intervention for a longer period of time.
  • the consideration can take place in that an operating parameter for the following coating cycle is calculated and stored from the operating parameters changed in the current coating cycle and the old operating parameters corresponding thereto.
  • Such a procedure is recommended for the statistical sources of error mentioned above. Averaging minimizes the number of future regulatory interventions required.
  • the calculation can be done by weighted averaging. Such a calculation is simple, requires only a small computing capacity and is quite sufficient for most applications.
  • Object of the present invention is further to develop a device of the type mentioned in such a way that it allows the simultaneous compliance of operating current and voltage within given limits.
  • the coating device shown schematically in Figure 1 has an application device 1, by means of the electrically charged coating powder 2 (shown by the dotted lines in Figure 1), for example a paint powder, on a workpiece 3, for example, a body element of a vehicle is applied.
  • the flow of the charged coating powder 2 delivered by the application device 1 to the workpiece 3 predetermines a momentary operating current I I.
  • the application device 1 is a known rotary atomizer, which is in communication with a reservoir for the coating powder, not shown.
  • the application device 1 is connected via a high-voltage line 5 to a high-voltage source 6, which is connected to the workpiece 3 via a ground line 7.
  • the high voltage source 6 cooperates with a high voltage controller 8.
  • the instantaneous actual value of the set voltage at the high-voltage source 6 is denoted by U I.
  • the application device 1 for coating the surface of the workpiece 3 is movable relative to the latter via a guide element 9.
  • the guide element 9 of the application device 1 provides five degrees of freedom of movement. These are the translational degrees of freedom in the directions of the axes X, Y and Z and the rotational degrees of freedom about the axes X and Y.
  • the movement of the application device 1 via the guide element 9 is controlled by a tracking device 10 connected thereto.
  • the instantaneous distance of the delivery element 4 of the application device 1 to the workpiece 3 is denoted by A I.
  • the tracking device 10 as well as the high-voltage control 8 are controlled by a control device designated overall by the reference numeral 11, which will now be described with reference to FIG. 2:
  • the tracking device 10 is connected via a control line 12 to the output of a differential voltage control computer 13.
  • the differential voltage control computer 13 receives the measured signal of a current measuring device 15 via a measured data line 14 for measuring the operating current actual value I I.
  • the differential voltage control computer 13 can retrieve default values from a memory 17 via a data line 16.
  • the differential voltage control computer 13 is connected via a bidirectional data line 18 is coupled to a central control computer 19, which in turn is connected via a Meß stylist für 20 with a high-voltage meter 21 for measuring the actual voltage value U I and a data line 22 with a memory 23 with default values.
  • the control computer 19 has two output data lines 24, 25:
  • the output data line 24 is connected to the high-voltage controller 8, and the output data line 25 is connected to a distance calculator 26.
  • the latter is coupled to a distance measuring device 27 via a measuring data line 28 and to a memory 29 with default values via a data line 30.
  • the distance calculator 26 is connected to an emergency stop circuit 32, which has a mechanically operated emergency stop switch 33.
  • a control line 39 connects the distance calculator 26 with the control line 12 between the differential voltage control computer 13 and the tracking device 10.
  • the distance calculator 26 is connected to a distance coordinate calculator 35.
  • the latter is connected via a bidirectional data line 36 with a coordinate control computer 37 in connection. This can write coordinates via a bidirectional data line 38 in a memory 40 and read from this.
  • the coordinate control computer 37 is coupled to the tracking device 10.
  • the coating device works during coating of workpieces as follows:
  • a position control is thereby ensured that the longitudinal axis of the application device 1 is aligned perpendicular to the surface of the workpiece 3 to be coated.
  • the tracking program ensures the maintenance of a certain distance between the application device 1 and the workpiece 3, unless intervened in the manner described below for controlling the operating current in another way in the tracking program.
  • the high voltage source 6 ensures that the electrodes of the application device 4 with respect to the workpiece 3 are at high voltage potential.
  • the electrically charged coating powder 2 is therefore attracted to the workpiece 3, whereby the latter is coated, without there being a significant amount of not adhering to the workpiece 3 coating powder overspray, which would have to be recycled or disposed of.
  • the operating current actual value I I and the actual voltage value U I by means of the control device 11 to a predetermined value regulated within certain limits.
  • the query of the actual value of these parameters takes place at periodic intervals. The part of the coating process, the between two queries is hereinafter referred to as "coating step”.
  • the differential voltage control computer 13 of the control device 11 acquires, via the coupled current measuring device 15, the operating current actual value I I and compares this with an operating current desired value I S stored in the memory 17. If the actual operating current value I I is within the limits of the operating current tolerance range which are predetermined by minimum or maximum values for the operating current also stored in the memory 17, there is no readjustment and the differential voltage control computer 13 controls the tracking device 10 via the control line 12 then, according to the Nachmarinprogramm the next preprogrammed movement step of the guide member 9 causes, wherein the distance between application device 1 and workpiece 3 remains unchanged.
  • the DifferenzHars Kunststoffrechner 13 calculates a differential voltage dU by forming the difference between operating current actual value I I and operating current setpoint I S and these multiplied by a likewise stored in the memory 17 negative proportionality factor c 1 .
  • This voltage difference dU is the differential voltage control computer 13 via the data line 18 to the control computer 19 on.
  • the control computer 19 adds the difference voltage dU obtained to the voltage actual value U I , which it retrieves from the high-voltage measuring device 21, and thus calculates a new voltage value U N , which theoretically returns to the permissible range of the operating current actual value I I. If the discharge current actual value I I is too large (cf. the example above), the new voltage value U N is less than the voltage actual value U I.
  • the control computer 19 sends the new voltage value U N to the high-voltage controller 8 via the data line 24 further. This then sets the actual voltage value U I to the new voltage value U N.
  • the differential voltage control computer 13 receives from the high-voltage controller 8 an OK signal on the voltage adjustment performed.
  • the reduction of the high voltage to the new, lower voltage value U N has led to a sufficient decrease of the operating current actual value I I in the allowable voltage range.
  • the control of the operating current actual value I I by the controller 11 is not carried out by tracking the voltage U I , but by tracking the distance A. I between application device 1 and workpiece 3. This ensures that the actual voltage value U I can be kept within the allowable voltage range.
  • the control computer 19 is in this case via the data line 25, the operating current actual value I I and the operating current target value I S to the distance calculator 26 on.
  • the difference between operating current actual value I I and operating current desired value I S which is multiplied by a positive proportionality factor c 2 stored in memory 29, is then used to calculate a distance difference dA.
  • the distance calculator By adding the distance difference value dA with the distance-actual value A I retrieved from the distance measuring device 27, the distance calculator then calculates a new distance A N.
  • the distance calculator 26 actuates the emergency stop circuit 32 via the control line 31, which deactivates the coating device.
  • the distance calculator 26 transmits the new distance value A N via the data line 34
  • Distance coordinate calculator 35 which calculates the coordinate correction to be set for the application device 1 from the new distance A N. This coordinate correction is transmitted to the coordinate control computer 37 via the data line 36.
  • the coordinate control computer 37 calculates the new position that the Applikätions Rhein 1 should take during the current coating step, so that the operating current I I during this coating step, the predetermined operating current setpoint I s reached.
  • the coordinates newly calculated by the coordinate control calculator 37 are transmitted via the data line 41 to the tracking device 10 for controlling a corresponding tracking step.
  • the differential voltage control computer 13 receives an O.K. signal via the control line 12 via the distance tracking carried out.
  • the differential voltage control computer 13 then takes in the next query the comparison already described above between operating current actual value I I and operating current target value I S again.
  • the current operating parameters are stored in the memory 40 at each coating step. If, as described above, a tracking step is not required in a coating step, then the current coordinates are stored in the memory 40 by the tracking device 10 via the coordinate computing computer and the current operating current and voltage values.
  • a first coating pass (initialization coating pass) for a workpiece of new geometry or orientation to the application device 1
  • the tracking program for the tracking device 10 is modified, so that the necessary to regulate the operating current distance changes are taken into account by the tracking steps in the initialization coating passage in guiding the application device 1 in the subsequent coating passes equal. The same applies to the correct voltage values.
  • control device 11 can be completely eliminated in subsequent coating passes with the same workpiece type.
  • these new operating parameters can overwrite the corresponding old operating parameters so that each new coating pass for a workpiece has the respective preceding one as "starting point" for the "fine regulation".
  • starting point for the "fine regulation”.
  • the new operating parameters may be stored in separate memory locations of the memory 40. By comparing the operating parameters at a given coating step within the coating passage conclusions can be drawn on the future drift behavior.
  • the memory 40 may then communicate with the coordinate control computer 37 to calculate expected coordinates in the next coating pass. These are then converted into corresponding changes in the tracking program for the next coating cycle. As a result, there is virtually a "holding" of the distance between the application device 1 and the workpiece 3 as well as the operating voltage and thus drift compensation, which reduces the frequency and size of the control interventions.
  • coordinate control calculators 37 and memory 40 may cooperate within an optionally weighted averaging so that operating parameters corresponding to an average sized workpiece are obtained, which in turn minimizes the number of control steps required.
  • the absolute value of the proportionality factor c 2 for calculating the change in distance in the distance calculator 26 may be selected in an alternative embodiment of the coating device such that the distance change overcompensates the deviation of the actual discharge current value I I.
  • the distance A I would be increased so that it would result in an actual operating current value I I , which would be smaller than the operating current command value I S. So that the correct actual operating current value I I is nevertheless obtained, the distance calculator outputs a voltage correction value U K which is determined by means of a third proportionality factor c 3 and the difference between the actual operating current value I I and the operating current desired value I S was calculated in the distance calculator 26, via a data line 41 (shown in phantom in Fig. 2) to the high-voltage controller 8 on.
  • U K is chosen so that on the one hand, the operating current reaches the operating current setpoint I S and on the other hand, the set by the high voltage control new voltage actual value U I is centrally as possible within the allowable voltage range.
  • the workpiece 3 to be coated contains windows or depressions which are to be left out during the coating, this can also be learned by the coating device in an "initialization pass" on a "master" piece. Within these areas, the tracking of the operating current I I is interrupted in a permissible range in the subsequent coating operations; if necessary, the entire application device 1 is taken out of service.

Landscapes

  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen Beschichten eines Werkstücks mit einer Beschichtungsvorrichtung, welche umfaßt:
    • a) eine Applikationseinrichtung für elektrisch geladenes Beschichtungsmaterial;
    • b) eine Spannungsquelle, die eine Spannung zwischen der Applikationseinrichtung und dem Werkstück erzeugt;
    • c) eine mit der Spannungsquelle zusammenarbeitende, eine Spannungssteuerung umfassende Regeleinrichtung für den Betriebsstrom, welcher durch den Fluß des elektrisch geladenen Beschichtungsmaterials von der Applikationseinrichtung auf das Werkstück vorgegeben ist;
    • d) eine Nachführeinrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Applikationseinrichtung während des Beschichtens;
      welches folgende Schritte umfaßt:
      • e) Erfassen eines Betriebsstrom-Ist-Werts II;
      • f) Vergleichen des Betriebsstrom-Ist-Werts II mit einem vorgegebenen Betriebsstrom-Soll-Wert IS;
      • g) Regeln des Betriebsstroms auf den Betriebsstrom-Soll-Wert IS.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche umfaßt:
    • a) eine Applikationseinrichtung für elektrisch geladenes Beschichtungsmaterial;
    • b) eine Spannungsquelle, die eine Spannung zwischen der Applikationseinrichtung und dem Werkstück erzeugt;
    • c) eine mit der Spannungsquelle zusammenarbeitende, eine Spannungssteuerung umfassende Regeleinrichtung für den Betriebsstrom, welcher durch den Fluß des elektrisch geladenen Beschichtungsmaterials von der Applikationseinrichtung auf das Werkstück vorgegeben ist;
    • d) eine Nachführeinrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Applikationseinrichtung während des Beschichtens;
  • Zum Erzielen eines guten Beschichtungsergebnisses bei der elektrostatischen Beschichtung trägt eine Reihe von Betriebsparametern der Beschichtungsvorrichtung bei. So wurde beim elektrostatischen Beschichten von Werkstücken mit Farblackpulvern festgestellt, daß das Erzielen einer gewünschten Farb-, Brillanz-, Effekt- und Glanzwirkung sowohl vom Betriebsstrom als auch von der Spannung zwischen der Applikationseinrichtung und dem Werkstück abhängt. Nur bei Einhalten relativ enger Grenzen sowohl für den Betriebsstrom als auch die Spannung ist eine effiziente und gleichzeitig homogene Beschichtung möglich, die die gewünschten Eigenschaften aufweist.
  • Bekannte elektrostatische Beschichtungsverfahren bzw. -vorrichtungen weisen zwar Regeleinrichtungen für den Betriebsstrom auf; der Betriebsstrom wird hierbei jedoch nur zur Vermeidung von Überschlägen zwischen der Applikationseinrichtung und dem Werkstück geregelt. Bei Vorliegen bestimmter Voraussetzungen wird die Stromregelung zugunsten einer Spannungsregelung aufgegeben, so daß Strom und Spannung nicht gleichzeitig innerhalb vorgegebener Grenzen gehalten werden.
  • Die DE 37 09 510 Al erweitert diese Strategie um die Berücksichtigung externer Faktoren, z.B. der Luftfeuchtigkeit in der Sprühkabine oder der räumlichen Beziehung zwischen Werkstück und Applikationseinrichtung, indem jeweils angepaßte Sollwerte für den Betriebsstrom eingegeben werden.
  • Bei einer aus der US 2 966 880 bekannten elektostatischen Beschichtungseinrichtung wird der Abstand zwischen Elektrode und Werkstück konstant gehalten, indem Änderungen des Feldstroms zwischen Elektrode und Werkstück erfasst und zum Nachführen der Elektrode verwendet werden. Eine gleichzeitige Regelung der Hochspannung erfolgt hier nicht.
  • Eine andere Regelungsstrategie für eine Beschichtungseinrichtung geht aus der US 5 908 162 hervor. Hier wird der gewünschte Beschichtungsstrom bei konstantem Abstand zwischen Elektrode und Werkstück dadurch konstant gehalten, dass die wirksame Spannung nachgeregelt wird.
  • Bei den genannten Druckschriften wird jedoch nicht das grundsätzliche Problem behoben, sowohl Strom als auch Spannung innerhalb bestimmter Grenzen halten zu müssen, um optimale Beschichtungsergebnisse zu erzielen.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß der Betriebsstrom und die Spannung zwischen der Applikationseinrichtung und dem Werkstück gleichzeitig innerhalb vorgegebener Grenzen gehalten werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß folgende weitere Schritte durchgeführt werden:
    • a) Zunächst wird durch eine Veränderung der Spannung innerhalb vorgegebener Grenzen versucht, den Betriebsstrom-Ist-Wert II in einen zulässigen Regelbereich um den Betriebsstrom-Soll-Wert IS zu bringen;
    • b) Wenn dies nicht ausreicht, wird der Abstand AI zwischen Applikationseinrichtung und Werkstück so verändert, daß der Betriebsstrom-Ist-Wert II in den zulässigen Regelbereich um den Betriebsstrom-Soll-Wert IS gebracht wird.
  • Durch dieses Verfahren wird der Abstand AI zwischen Applikationseinrichtung und Werkstück als zusätzlicher Regelparameter ins Spiel gebracht. Der Betriebsstrom ist nämlich nicht nur von der Spannung sondern auch von diesem Abstand abhängig. Die Abstandsregelung schafft daher die Möglichkeit, sowohl den Betriebsstrom als auch die Spannung innerhalb vorgegebener Grenzen zu halten und dadurch das gewünschte Beschichtungsergebnis zu erzielen, wenn eine bloße Spannungsänderung hierfür nicht ausreicht.
  • Das Verfahren kann dabei die periodische Wiederholung der folgenden Schritte umfassen:
    • a) Erfassen eines Spannungs-Ist-Werts UI, der der Spannung zwischen der Applikationseinrichtung und dem Werkstück entspricht;
    • b) Berechnen eines neuen, zur Einstellung des Betriebsstroms in die vorgegebenen Grenzen theoretisch erforderlichen Spannungswerts UN unter Berücksichtigung des Spannungs-Ist-Wert UI und der Differenz zwischen Betriebsstrom-Ist-Wert II und Betriebsstrom-Soll-Wert IS;
    • c) Regeln des Betriebsstroms über eine Vorgabe des neuen Spannungswerts UN für die Spannungssteuerung, falls der theoretische neue Spannungswert UN innerhalb der vorgegebenen Grenzen für die Spannung liegt;
    • d) zumindest teilweises Regeln des Betriebsstroms über eine Änderung eines Abstands-Ist-Werts AI zwischen der Applikationseinrichtung und dem Werkstück mittels der Nachführeinrichtung, falls der theoretische neue Spannungswert UN nicht innerhalb vorgegebener Grenzen für die Spannung liegt.
  • Ein derartiges Verfahren läßt sich einfach in ein digitales Regelungsprogramm, z.B. für eine Meßwerterfassungskarte mit entsprechenden Steuerein- und -ausgängen, umsetzen.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden dann, wenn der zuvor eingestellte Spannungswert nicht im mittleren Bereich zwischen den vorgegebenen Grenzen für die Spannung liegt und der nächste theoretische neue Spannungswert UN nicht innerhalb der vorgegebenen Grenzen liegt, folgende Schritte durchgeführt:
    • a) Vorgeben eines neuen Spannungswerts UN für die Spannungssteuerung, der im wesentlichen zentral innerhalb der vorgegebenen Grenzen für die Spannung liegt;
    • b) Überkompensieren der Abweichung des Betriebsstrom-Ist-Werts II vom Betriebs-Soll-Wert IS durch eine entsprechende Änderung des Abstands AI.
  • Ist bei der Regelung der Betriebsparameter eine Abstandsänderung erforderlich, so wird in dieser Weise die Abstandsänderung auch dazu genutzt, den normalerweise für die Betriebsstromregelüng herangezogenen Spannungswert wieder zentral in ein vorgegebenes "Fenster" zu setzen. Dadurch wird sichergestellt, daß für nachfolgend erforderliche Betriebsstrom-Regelschritte ein ausreichender möglicher Spannungshub zur Verfügung steht, so daß für diese Regelschritte auf eine zeitintensivere Abstandsregelung verzichtet werden kann.
  • Das Verfahren kann folgende weitere Schritte umfassen:
    • a) Erfassen des Abstands-Ist-Werts AI zwischen der Applikations-Einrichtung und dem Werkstück;
    • b) Durchführen der Betriebsstrom-Regelung nur, falls der Abstands-Ist-Wert AI innerhalb vorgegebener Grenzen für den Abstand liegt.
  • Durch die Erfassung des Abstands wird gewährleistet, daß beim Durchführen der Beschichtung die Applikationseinrichtung keinen unzulässigen Abstand zum Werkstück einnimmt. Wird der Abstand zu groß, besteht die Gefahr, daß die Auftragsgenauigkeit zu gering wird. Größere Gefahr droht jedoch, wenn der Abstand zwischen Applikationseinrichtung und Werkstück zu gering wird. Im schlimmsten Fall ist hierbei ein Kurzschluß möglich, der unbedingt vermieden werden muß. Unterbleibt die Regelung auf Grund eines unzulässigen erfassten Abstands-Ist-Werts AI, setzt sich der Beschichtungsvorgang nicht fort und es können Maßnahmen zur Abwendung potentieller Gefahren getroffen werden.
  • Dabei können bevorzugt die Spannungsquelle und die Applikationseinrichtung, vorzugsweise die gesamte Beschichtungsvorrichtung, desaktiviert werden, falls der Abstands-Ist-Wert AI nicht innerhalb vorgegebener Grenzen für den Abstand liegt. Eine derartige Desaktivierung ist ein sicheres Mittel, um Problemen, die beim Erreichen eines unzulässigen Abstandes hervorgerufen werden können, zu begegnen.
  • Ein bevorzugt eingesetztes Verfahren erfaßt bei einem Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang die Betriebsparameter der Beschichtungsvorrichtung und legt diese in einem mit der Nachführeinrichtung zusammenarbeitenden Speicher ab, wobei bei Beschichtungsdurchgängen, die dem Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang nachfolgen, die Applikationseinrichtung gemäß den im Speicher abgelegten Betriebsparameter nachgeführt und betrieben wird.
  • Auf diese Weise muß die Regelung bei den nachfolgenden Beschichtungsdurchgängen nur dann eingesetzt werden, wenn eine Änderung äußerer Parameter vorliegt. Werkstücke gleicher Geometrie und Orientierung zur Applikationseinrichtung können praktisch ohne Eingriffe der Regelung beschichtet werden, was die Effizienz deutlich erhöht.
  • Eine Betriebsparameteränderung im Rahmen der Betriebsstrom-Regelung, die während eines Beschichtungs-Durchgangs erfolgt, der dem Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang nachfolgt, kann also erfaßt, im Speicher abgespeichert und für den diesem Beschichtungsdurchgang nachfolgenden Beschichtungsdurchgang berücksichtigt werden. Derartige Änderungen der Betriebsparameter bei den nachfolgenden Beschichtungsvorgängen können durch statistische Toleranzen des Werkstücks bzw. der Relativposition zwischen Applikationseinrichtung und Werkstück, aber auch durch Drifteffekte der Beschichtungsvorrichtung hervorgerufen werden. Die Kenntnis der Betriebsparameter in den dem aktuellen Beschichtungsdurchgang vorausgehenden Beschichtungsdurchgängen kann hierbei zur Reduzierung von aus den vorstehend genannten Gründen erfolgenden Regelungseingriffen genutzt werden.
  • Dabei kann die Berücksichtigung derart erfolgen, daß beim Abspeichern der durch die im laufenden Beschichtungsdurchgang geänderten Betriebsparameter die diesen entsprechenden alten Betriebsparameter überschrieben werden. Ein derartiges Vorgehen empfiehlt sich bei längerfristigen Driftvorgängen der Beschichtungsvorrichtung, bei der die Kenntnis der Betriebsparameter beim jeweils letzten Beschichtungsdurchgang ausreicht, um für eine 5 längere Zeitdauer künftige Regelungseingriffe zu vermeiden.
  • Alternativ kann die Berücksichtigung dadurch erfolgen, daß aus den im laufenden Beschichtungsdurchgang geänderten Betriebsparametern und den diesen entsprechenden alten Betriebsparametern ein Betriebsparameter für den folgenden Beschichtungsdurchgang berechnet und abgespeichert wird. Ein derartiges Vorgehen empfiehlt sich bei den oben genannten statistischen Fehlerquellen. Durch die Mittelung wird hierbei die Anzahl der künftig notwendigen Regelungseingriffe minimiert.
  • Die Berechnung kann durch gewichtete Mittelwertbildung erfolgen. Eine derartige Berechnung ist einfach, benötigt nur eine geringe Rechnerkapazität und ist für die meisten Anwendungen völlig ausreichend.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es weiter, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß sie die gleichzeitige Einhaltung von Betriebsstrom und Spannung innerhalb gegebener Grenzen ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
    • e) die Nachführeinrichtung mit der Regeleinrichtung zusammenarbeitet und zur Veränderung des Abstands zwischen Applikationseinrichtung und Werkstück in Funktion gesetzt werden kann, wenn durch die Funktion der Spannungssteuerung alleine der Betriebsstrom-Ist-Wert II nicht innerhalb der vorgegebenen Grenzen gehalten werden kann, ohne einen vorgegebenen Spannungsbereich zu verlassen.
  • Die Vorteile dieser Vorrichtung ergeben sich sinngemäß aus den oben genannten Vorteilen des Verfahrens.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Übersichtsdarstellung einer elektrostatischen Beschichtungsvorrichtung beim Beschichten eines Werkstücks;
    Figur 2
    ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung für den Betriebsstrom der Beschichtungsvorrichtung von Figur 1.
  • Die in Figur 1 schematisch dargestellte Beschichtungsvorrichtung weist eine Applikationseinrichtung 1 auf, mittels der elektrisch geladenes Beschichtungspulver 2 (dargestellt durch die strichpunktierten Linien in Figur 1), z.B. ein Lackpulver, auf ein Werkstück 3, z.B. ein Karosserieelement eines Fahrzeugs, aufgetragen wird. Der Fluß des von der Applikationseinrichtung 1 an das Werkstück 3 abgegebenen geladenen Beschichtungspulvers 2 gibt einen momentanen Betriebsstrom II vor.
  • Bei der Applikationseinrichtung 1 handelt es sich um einen bekannten Rotationszerstäuber, der mit einem nicht dargestellten Vorratsbehälter für das Beschichtungspulver in Verbindung steht.
  • Die Applikationseinrichtung 1 ist über eine Hochspannungsleitung 5 mit einer Hochspannungsquelle 6 verbunden, die über eine Masseleitung 7 mit dem Werkstück 3 in Verbindung steht. Die Hochspannungsquelle 6 arbeitet mit einer Hochspannungssteuerung 8 zusammen. Der momentane Ist-Wert der eingestellten Spannung an der Hochspannungsquelle 6 ist mit UI bezeichnet.
  • Wie in Figur 1 schematisch dargestellt, ist die Applikationseinrichtung 1 zum Beschichten der Oberfläche des Werkstücks 3 relativ zu diesem über ein Führungselement 9 bewegbar. In der in Figur 1 dargestellten Lage der Applikationseinrichtung 1, in der ihre Achse mit der Z-Achse des dort ebenfalls dargestellten und bezüglich des Werkstücks festen kartesischen X,Y,Z-Koordinatensystems zusammenfällt, gewährt das Führungselement 9 der Applikationseinrichtung 1 fünf Bewegungsfreiheitsgrade. Diese sind die Translationsfreiheitsgrade in den Richtungen der Achsen X, Y und Z sowie die Rotationsfreiheitsgrade um die Achsen X und Y. Die Bewegung der Applikationseinrichtung 1 über das Führungselement 9 wird von einer mit dieser verbundenen Nachführeinrichtung 10 gesteuert. Der momentane Abstand des Abgabeelements 4 der Applikationseinrichtung 1 zum Werkstück 3 ist mit AI bezeichnet.
  • Die Nachführeinrichtung 10 sowie die Hochspannungssteuerung 8 werden von einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 11 bezeichneten Regeleinrichtung geregelt, die nun anhand von Figur 2 beschrieben wird:
  • Die Nachführeinrichtung 10 ist über eine Steuerleitung 12 mit dem Ausgang eines Differenzspannungssteuerrechners 13 verbunden. Der Differenzspannungssteuerrechner 13 empfängt über eine Meßdatenleitung 14 das Meßsignal eines Strommeßgeräts 15 zur Messung des Betriebsstrom-Ist-Werts II.
  • Weiterhin kann der Differenzspannungssteuerrechner 13 über eine Datenleitung 16 Vorgabewerte aus einem Speicher 17 abrufen.
  • Der Differenzspannungssteuerrechner 13 ist über eine bidirektionale Datenleitung 18 an einen zentralen Steuerrechner 19 gekoppelt, der seinerseits über eine Meßdatenleitung 20 mit einem Hochspannungsmeßgerät 21 zur Messung des Spannungs-Ist-Werts UI und über eine Datenleitung 22 mit einem Speicher 23 mit Vorgabewerten in Verbindung steht.
  • Der Steuerrechner 19 weist zwei Ausgangs-Datenleitungen 24, 25 auf: Die Ausgangs-Datenleitung 24 ist mit der Hochspannungssteuerung 8, und die Ausgangs-Datenleitung 25 mit einem Abstandsrechner 26 verbunden. Letzterer ist an ein Abstandsmeßgerät 27 über eine Meßdatenleitung 28 und an einen Speicher 29 mit Vorgabewerten über eine Datenleitung 30 gekoppelt. Über eine Ausgangs-Datenleitung 31 ist der Abstandsrechner 26 mit einem Not-Aus-Kreis 32 verbunden, der einen mechanisch bedienbaren Not-AusSchalter 33 aufweist.
  • Eine Steuerleitung 39 verbindet den Abstandsrechner 26 mit der Steuerleitung 12 zwischen dem Differenzspannungssteuerrechner 13 und der Nachführeinrichtung 10.
  • Über eine zweite Ausgangs-Datenleitung 34 ist der Abstandsrechner 26 mit einem Abstandskoordinatenrechner 35 verbunden. Letzterer steht über eine bidirektionale Datenleitung 36 mit einem Koordinatensteuerrechner 37 in Verbindung. Dieser kann über eine bidirektionale Datenleitung 38 Koordinaten in einen Speicher 40 schreiben bzw. aus diesem auslesen.
  • Über eine weitere bidirektionale Datenleitung 41 ist der Koordinatensteuerrechner 37 mit der Nachführeinrichtung 10 gekoppelt.
  • Die Beschichtungsvorrichtung arbeitet beim Beschichten von Werkstücken folgendermaßen:
  • Gesteuert durch die Nachführeinrichtung 10, die die fünf Freiheitsgrade des Führungselements 9 separat ansteuern kann, folgt die Applikationseinrichtung 1 gemäß einem Nachführprogramm, das in der Nachführeinrichtung 10 implementiert ist, der Oberfläche des Werkstücks 3. Durch eine hier nicht interessierende Lageregelung wird dabei sichergestellt, daß die Längsachse der Applikationseinrichtung 1 senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks 3, die beschichtet werden soll, ausgerichtet ist.
  • Das Nachführprogramm sorgt für die Beibehaltung eines bestimmten Abstandes zwischen der Applikationseinrichtung 1 und dem Werkstück 3, sofern nicht in unten beschriebener Weise zur Regelung des Betriebsstromes in anderer Weise in das Nachführprogramm eingegriffen wird.
  • Die Hochspannungsquelle 6 sorgt dafür, daß die Elektroden der Applikationseinrichtung 4 bezüglich des Werkstücks 3 auf Hochspannungspotential liegen. Das elektrisch geladene Beschichtungspulver 2 wird daher vom Werkstück 3 angezogen, wodurch letzteres beschichtet wird, ohne daß es zu einer nennenswerten Menge von nicht am Werkstück 3 haftenden Beschichtungspulver-Overspray kommt, das einem Recycling oder einer Entsorgung zugeführt werden müßte.
  • Zum Erzielen eines optimalen Beschichtungsergebnisses, z.B. optimaler Farb-, Brillanz-, Effekt- oder Glanzwirkung beim Beschichten mit einem Farblackpulver, werden der Betriebsstrom-Ist-Wert II und der Spannungs-Ist-Wert UI mittels der Regeleinrichtung 11 auf einen vorgegebenen Wert innerhalb bestimmter Grenzen geregelt. Die Abfrage des Ist-Wertes dieser Parameter erfolgt in periodischen Zeitabständen. Der Teil des Beschichtungsvorganges, der zwischen zwei Abfragen abläuft, wird nachfolgend als "Beschichtungsschritt" bezeichnet.
  • Zu Beginn eines Beschichtungsschritts erfaßt der Differenzspannungssteuerrechner 13 der Regeleinrichtung 11 über das angekoppelte Strommeßgerät 15 den Betriebsstrom-Ist-Wert II und vergleicht diesen mit einem im Speicher 17 abgelegten Betriebsstrom-Soll-Wert IS. Liegt der Betriebsstrom-Ist-Wert II innerhalb der Grenzwerte des Betriebsstrom-Toleranzbereichs, die durch ebenfalls im Speicher 17 abgelegte Minimal- bzw. Maximalwerte für den Betriebsstrom vorgegeben sind, unterbleibt ein Nachregeln und der Differenzspannungssteuerrechner 13 steuert über die Steuerleitung 12 die Nachführeinrichtung 10 an, die daraufhin gemäß dem Nachführprogramm den nächsten vorprogrammierten Bewegungsschritt des Führungselements 9 veranlaßt, wobei der Abstand zwischen Applikationseinrichtung 1 und Werkstück 3 unverändert bleibt.
  • Liegt der Betriebsstrom-Ist-Wert II beim oben beschriebenen Vergleich des Differenzspannungssteuerrechners 13 außerhalb des vorgegebenen Toleranzereichs, berechnet der Differenzspannungssteuerrechner 13 eine Differenzspannung dU, indem er die Differenz zwischen Betriebsstrom-Ist-Wert II und Betriebsstrom-Soll-Wert IS bildet und diese mit einem ebenfalls im Speicher 17 abgelegten negativen Proportionalitätsfaktor c1 multipliziert. Diese Spannungsdifferenz dU gibt der Differenzspannungssteuerrechner 13 über die Datenleitung 18 an den Steuerrechner 19 weiter.
  • Ist der Betriebsstrom-Ist-Wert II beispielsweise zu groß, dann ist die berechnete Betriebsstromdifferenz positiv und es wird aufgrund des negativen Proportionalitätsfaktors c1 eine negative Differenzspannung dU durch den Differenzspannungssteuerrechner 13 berechnet und an den Steuerrechner 19 weitergegeben.
  • Der Steuerrechner 19 addiert die erhaltene Differenzspannung dU zum Spannungs-Ist-Wert UI, den er vom Hochspannungsmeßgerät 21 abruft, und berechnet so einen neuen Spannungswert UN, der theoretisch in den zulässigen Bereich des Betriebsstrom-Ist-Wertes II zurückführt. Bei zu großem Entladungsstrom-Ist-Wert II (vgl.das obige Beispiel) ist der neue Spannungswert UN geringer als der Spannungs-Ist-Wert UI.
  • Liegt der neue errechnete Spannungswert UN innerhalb der Grenzwerte des Spannungs-Toleranzbereichs, die durch ebenfalls im Speicher 23 abgelegte Minimal- bzw. Maximalwerte für die Hochspannung vorgegeben sind, gibt der Steuerrechner 19 den neuen Spannungswert UN über die Datenleitung 24 an den Hochspannungssteuerung 8 weiter. Dieser stellt dann den Spannungs-Ist-Wert UI auf den neuen Spannungswert UN. Über die Datenleitungen 24, den Steuerrechner 19 sowie die Datenleitung 18 erhält der Differenzspannungssteuerrechner 13 vom Hochspannungssteuerung 8 ein O.K.-Signal über die durchgeführte Spannungsanpassung.
  • Der Differenzspannungssteuerrechner 13 nimmt dann bei der nächsten Abfrage wieder den schon oben beschriebenen Vergleich zwischen Betriebsstrom-Ist-Wert II und Betriebsstrom-Soll-Wert IS vor.
  • Beim oben beschriebenen Beispiel hat die Verringerung der Hochspannung auf den neuen, geringeren Spannungswert UN zu einer ausreichenden Abnahme des Betriebsstrom-Ist-Werts II in den zulässigen Spannungsbereich geführt. Ergibt der Vergleich im Steuerrechner 19 hingegen, daß der berechnete neue Spannungswert UN, der zu einer ausreichenden Veränderung des Betriebsstrom-Ist-Wertes II führen würde, außerhalb des zulässigen Spannungsbereichs liegt, erfolgt die Regelung des Betriebsstrom-Ist-Werts II durch die Regeleinrichtung 11 nicht über ein Nachführen der Spannung UI, sondern über ein Nachführen des Abstandes AI zwischen Applikationseinrichtung 1 und Werkstück 3. Dadurch wird gewährleistet, daß der Spannungs-Ist-Wert UI innerhalb des zulässigen Spannungsbereichs gehalten werden kann.
  • Alternativ kann zunächst auch eine Änderung der Spannung UI durchgeführt werden, die bis an den Rand des zulässigen Spannungsbereiches führt. Die dann noch erforderliche weitere Veränderung des Betriebsstromes erfolgt über eine Veränderung des Abstands AI zwischen Applikationseinrichtung 1 und Werkstück 3.
  • Der Steuerrechner 19 gibt in diesem Fall über die Datenleitung 25 den Betriebsstrom-Ist-Wert II sowie den Betriebsstrom-Soll-Wert IS an den Abstandsrechner 26 weiter. In letzterem erfolgt dann aus der Differenz zwischen Betriebsstrom-Ist-Wert II und Betriebsstrom-Soll-Wert IS, die mit einem im Speicher 29 abgelegten positiven Proportionalitätsfaktor c2 multipliziert wird, die Berechnung einer Abstandsdifferenz dA. Durch Addition des Abstandsdifferenzwerts dA mit dem vom Abstandsmeßgerät 27 abgerufenen Abstands-Ist-Wert AI berechnet der Abstandsrechner dann einen neuen Abstand AN.
  • War bei Abwandlung des obigen Beispiels (Betriebsstrom-Ist-Wert II zu groß) der berechnete neue Spannungswert UN außerhalb des Toleranzbereichs, ist der dann berechnete neue Abstand AN größer als der Abstands-Ist-Wert AI. Die Vorgabe einer größeren Abstands zwischen Applikationseinrichtung 1 und Werkstück 3 führt zu einem geringeren Betriebsstrom.
  • Ist der neue Abstandswert AN geringer als ein im Speicher 29 abgelegter Minimalwert, betätigt der Abstandsrechner 26 über die Steuerleitung 31 den Not-Aus-Kreis 32, der die Beschichtungsvorrichtung desaktiviert.
  • Liegt der im Abstandsrechner 26 berechnete neue Abstandswert AN innerhalb der Grenzwerte eines zulässigen Abstandsbereichs, die durch im Speicher 29 abgelegte Minimal- bzw. Maximalwerte für den Abstand vorgegeben sind, so übermittelt der Abstandsrechner 26 über die Datenleitung 34 den neuen Abstandswert AN an den Abstandskoordinatenrechner 35, der aus dem neuen Abstand AN die einzustellende Koordinatenkorrektur für die Applikationseinrichtung 1 berechnet. Diese Koordinatenkorrektur wird an den Koordinatensteuerrechner 37 über die Datenleitung 36 übertragen.
  • Aus den Koordinaten der Applikationseinrichtung 1, die aus dem Speicher 40 abgerufen werden und der Koordinatenkorrektur berechnet der Koordinatensteuerrechner 37 die neue Lage, die die Applikätionseinrichtung 1 beim momentanen Beschichtungsschritt einnehmen soll, damit der Betriebsstrom II während dieses Beschichtungsschritts den vorgegebenen Betriebsstrom-Sollwert IS erreicht.
  • Die durch den Koordinatensteuerrechner 37 neu berechneten Koordinaten werden über die Datenleitung 41 an die Nachführeinrichtung 10 zum Steuern eines entsprechenden Nachführschritts übertragen. Über die Steuerleitung 12 erhält der Differenzspannungssteuerrechner 13 ein O.K.-Signal über die erfolgte Abstands-Nachführung.
  • Der Differenzspannungssteuerrechner 13 nimmt dann bei der nächsten Abfrage den schon oben beschriebenen Vergleich zwischen Betriebsstrom-Ist-Wert II und Betriebsstrom-Soll-Wert IS erneut vor.
  • Die aktuellen Betriebsparameter (Koordinaten, Betriebsstrom, Spannung) werden bei jedem Beschichtungsschritt im Speicher 40 abgelegt. Ist bei einem Beschichtungsschritt nicht, wie oben beschrieben, ein Nachführschritt erforderlich, so werden die aktuellen Koordinaten von der Nachführeinrichtung 10 über den Koordinatenteuerrechner sowie die aktuellen Betriebsstrom- und Spannungswerte im Speicher 40 gespeichert.
  • Nach einem ersten Beschichtungsdurchgang (Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang) für ein Werkstück neuer Geometrie bzw. Orientierung zur Applikationseinrichtung 1 liegt somit ein kompletter Koordinatensatz für nachfolgende Beschichtungsdurchgänge mit Werkstücken gleicher Geometrie bzw. Orientierung zur Applikatinseinrichtung 1 vor. Mit diesem Koordinatensatz wird nun das Nachführprogramm für die Nachführeinrichtung 10 modifiziert, so daß die zum Regeln des Betriebsstroms notwendigen Abstandsänderungen durch die Nachführschritte im Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang beim Führen der Applikationseinrichtung 1 in den nachfolgenden Beschichtungsdurchgängen gleich mitberücksichtigt werden. Ähnliches gilt für die richtigen Spannungswerte.
  • Im Idealfall kann bei nun folgenden Beschichtungsdurchgängen mit dem gleichen Werkstück-Typ ein Nachregeln durch die Regeleinrichtung 11 komplett entfallen.
  • Sollte sich durch Bemessungstoleranzen am Werkstück 3, durch Toleranzen der Lage aufeinanderfolgender Werkstücke 3 relativ zur Beschichtungsvorrichtung oder durch Drifteffekte der Beschichtungsvorrichtung dennoch die Notwendigkeit zum Nachregeln des Betriebsstroms II ergeben, werden die neuen Betriebsparameter, die aus den Regelvorgängen resultieren, zusätzlich in den Speicher 40 aufgenommen und in eine Änderung des Nachführprogramms für den Abstand AI und in eine entsprechende Anpassung der Spannung UI umgesetzt.
  • Diese neuen Betriebsparameter können im einfachsten Fall die entsprechenden alten Betriebsparameter überschreiben, so daß jeder neue Beschichtungsdurchgang für ein Werkstück den jeweils vorhergehenden als "Ausgangspunkt" für die "Feinregelung" aufweist. Ein derartiges Vorgehen ist insbesondere dann sinnvoll, wenn lediglich langsame Drifteffekte der Beschichtungsvorrichtung zu erwarten sind, die ein geringes Nachregeln des Abstandes in längeren Zeitabständen erfordern.
  • Erfolgen Drifteffekte jedoch auf einer kürzeren Zeitskala, können die neuen Betriebsparameter in separaten Speicherplätzen des Speichers 40 abgelegt werden. Durch Vergleich der Betriebsparameter bei einem bestimmten Beschichtungsschritt innerhalb des Beschichtungsdurchgangs können Rückschlüsse auf das zukünftige Driftverhalten gezogen werden. Der Speicher 40 kann dann mit dem Koordinatensteuerrechner 37 zur Berechnung von im nächsten Beschichtungsdurchgang zu erwartenden Koordinaten kommunizieren. Diese werden dann in entsprechende Änderungen im Nachführprogramm für den nächsten Beschichtungsdurchgang umgesetzt. Dadurch erfolgt quasi ein "Vorhalten" des Abstandes zwischen der Applikationseinrichtung 1 und dem Werkstück 3 sowie der Betriebsspannung und somit ein Driftausgleich, der die Häufigkeit und die Größe der Regeleingriffe reduziert.
  • Werden die Nachregelungen hauptsächlich durch Bemessungstoleranzen des Werkstücks verursacht, können Koordinatensteuerrechner 37 und Speicher 40 im Rahmen einer gegebenenfalls gewichteten Mittelwertbildung zusammenwirken, so daß Betriebsparameter gewonnen werden, die einem durchschnittlich bemessenen Werkstück entsprechen, wodurch wiederum die Anzahl der erforderlichen Regelschritte minimiert wird.
  • Der Absolutwert des Proportionalitätsfaktors c2 zur Berechnung der Abstandsänderung im Abstandsrechner 26 kann bei einer alternativen Ausführungsform der Beschichtungsvorrichtung so gewählt sein, daß durch die Abstandsänderung eine Überkompensation der Abweichung des Entladestrom-Ist-Werts II erfolgt. Im obigen Beispiel würde der Abstand AI so vergrößert, daß daraus ein Betriebsstrom-Ist-Wert II resultieren würde, der kleiner wäre als der Betriebsstrom-Soll-Wert IS. Damit dennoch der korrekte Betriebsstrom-Ist-Wert II erzielt wird, gibt der Abstandsrechner einen Spannungskorrekturwert UK, der mittels eines dritten Proportionalitätsfaktors c3 und der Differenz zwischen dem Betriebsstrom-Ist-Wert II und dem Betriebsstrom-Soll-Wert IS im Abstandsrechner 26 berechnet wurde, über eine Datenleitung 41 (in Fig. 2 strichpunktiert dargestellt) an die Hochspannungssteuerung 8 weiter. UK ist dabei so gewählt, daß einerseits der Betriebsstrom den Betriebsstrom-Soll-Wert IS erreicht und andererseits der durch die Hochspannungssteuerung eingestellte neue Spannungs-Ist-Wert UI möglichst zentral innerhalb des zulässigen Spannungsbereichs liegt.
  • Eine derartige Korrektur der Hochspannung gewährleistet eine höhere Wahrscheinlichkeit, daß beim nachfolgenden Beschichtungsschritt die Regelung des Betriebsstroms über die zeitsparendere Spannungsnachführung erfolgen kann.
  • Enthält das zu beschichtende Werkstück 3 Fenster oder Vertiefungen, die bei der Beschichtung auszusparen sind, kann dies die Beschichtungvorichtung ebenfalls in einem "Initialisierungsdurchgang" an einem "Master"-Stück lernen. Innerhalb dieser Bereiche wird bei den darauffolgenden Beschichtungsvorgängen die Nachführung des Betriebsstromes II in einen zulässigen Bereich unterbrochen; ggfs. wird die gesamte Applikationseinrichtung 1 außer Betrieb genommen.

Claims (11)

  1. Verfahren zum elektrostatischen Beschichten eines
    Werkstücks (3) mit einer Beschichtungsvorrichtung, welche umfaßt:
    a) eine Applikationseinrichtung (1) für elektrisch geladenes Beschichtungsmaterial;
    b) eine Spannungsquelle (6), die eine Spannung zwischen der Applikationseinrichtung (1) und dem Werkstück (3) erzeugt;
    c) eine mit der Spannungsquelle (6) zusammenarbeitende, eine Spannungssteuerung (8) umfassende Regeleinrichtung (11) für den Betriebsstrom, welcher durch den Fluß des elektrisch geladenen Beschichtungsmaterials von der Applikationseinrichtung (1) auf das Werkstück (3) vorgegeben ist;
    d) eine Nachführeinrichtung (10) zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück (3) und der Applikationseinrichtung (1) während des Beschichtens;
    welches folgende Schritte umfaßt:
    e) Erfassen eines Betriebsstrom-Ist-Werts II;
    f) Vergleichen des Betriebsstrom-Ist-Werts II mit einem vorgegebenen Betriebsstrom-Soll-Wert IS;
    g) Regeln des Betriebsstroms auf den Betriebsstrom-Soll-Wert IS;
    gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    h) Zunächst wird durch eine Veränderung der Spannung innerhalb vorgegebener Grenzen versucht, den Betriebsstrom-Ist-Wert II in einen zulässigen Regelbereich um den Betriebsstrom-Soll-Wert IS zu bringen;
    i) Wenn dies nicht ausreicht, wird der Abstand AI zwischen Applikationseinrichtung (1) und Werkstück (3) so verändert, daß der Betriebsstrom-Ist-Wert II in den zulässigen Regelbereich um den Betriebsstrom-Soll-Wert IS gebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die periodische Wiederholung der folgenden Schritte:
    a) Erfassen eines Spannungs-Ist-Werts UI, der der Spannung zwischen der Applikationseinrichtung (1) und dem Werkstück (3) entspricht;
    b) Berechnen eines neuen, zur Einstellung des Betriebsstroms in die vorgegebenen Grenzen theoretisch erforderlichen Spannungswerts UN unter Berücksichtigung des Spannungs-Ist-Werts UI und der Differenz zwischen Betriebsstrom-Ist-Wert II und Betriebsstrom-Soll-Wert IS;
    c) Regeln des Betriebsstroms über eine Vorgabe des neuen Spannungswerts UN für die Spannungssteuerung (8), falls der theoretische neue Spannungswert UN innerhalb der vorgegebenen Grenzen für die Spannung liegt;
    d) zumindest teilweises Regeln des Betriebsstroms über eine Änderung eines Abstands-Ist-Werts AI zwischen der Applikationseinrichtung (1) und dem Werkstück (3) mittels der Nachführeinrichtung (10), falls der theoretische neue Spannungswert UN nicht innerhalb vorgegebener Grenzen für die Spannung liegt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der zuvor eingestellte Spannungswert nicht im mittleren Bereich zwischen den vorgegebenen Grenzen für die Spannung liegt und der nächste theoretische neue Spannungswert UN nicht innerhalb der vorgegebenen Grenzen liegt, folgende Schritte durchgeführt werden:
    a) Vorgeben eines neuen Spannungswerts UN für die Spannungssteuerung (8), der im wesentlichen zentral innerhalb der vorgegebenen Grenzen für die Spannung liegt;
    b) Überkompensieren der Abweichung des Entladesstrom-Ist-Werts II vom Betriebsstrom-Soll-Wert IS durch eine entsprechend große Änderung des Abstands AI.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    a) Erfassen des Abstands-Ist-Werts AI zwischen der Applikations-Einrichtung (1) und dem Werkstück (3);
    b) Durchführen der Betriebsstrom-Regelung nur, falls der Abstands-Ist-Wert AI innerhalb vorgegebener Grenzen für den Abstand liegt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Spannungsquelle (6) und die Applikationseinrichtung (1), vorzugsweise die gesamte Beschichtungsvorrichtung, desaktiviert werden, falls der Abstands-Ist-Wert AI nicht innerhalb vorgegegebener Grenzen für den Abstand liegt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang die Betriebsparameter der Beschichtungsvorrichtung erfaßt und in einem mit der Nachführeinrichtung (9, 10) zusammenarbeitenden Speicher (40) abgelegt werden, und daß bei Beschichtungsdurchgängen, die dem Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang nachfolgen, die Applikationseinrichtung (1) gemäß den im Speicher (37) abgelegten Betriebsparametern nachgeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Betriebsparameteränderung im Rahmen der Betriebsstrom-Regelung, die während eines Beschichtungsdurchgangs erfolgt, der dem Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang nachfolgt, erfaßt, im Speicher (40) abgespeichert und für den diesem Beschichtungsdurchgang nachfolgenden Beschichtungsdurchgang berücksichtigt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Berücksichtigung erfolgt, indem beim Abspeichern der durch die im laufenden Beschichtungsdurchgang geänderten Betriebsparameter die diesen entsprechenden alten Betriebsparameter überschrieben werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Berücksichtigung erfolgt, indem aus den im laufenden Beschichtungsdurchgang geänderten Betriebsparamter und den diesen entsprechenden alten Betriebsparameter ein Betriebsparameter für den folgenden Beschichtungsdurchgang berechnet und abgespeichert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Berechnung durch gewichtete Mittelwertbildung erfolgt.
  11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welche umfaßt:
    a) eine Applikationseinrichtung (1) für elektrisch geladenes Beschichtungsmaterial;
    b) eine Spannungsquelle (6), die eine Spannung zwischen der Applikationseinrichtung (1) und dem Werkstück (3) erzeugt;
    c) eine mit der Spannungsquelle (6) zusammenarbeitende, eine Spannungssteuerung (8) umfassende Regeleinrichtung (11) für den Betriebsstrom, welcher durch den Fluß des elektrisch geladenen Beschichtungsmaterials von der Applikationseinrichtung (1) auf das Werkstück (3) vorgegeben ist;
    d) eine Nachführeinrichtung (10) zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück (3) und der Applikationseinrichtung (1) während des Beschichtens;
    dadurch gekennzeichnet, daß
    e) die Nachführeinrichtung (10) mit der Regeleinrichtung (11) zusammenarbeitet und zur Veränderung des Abstands zwischen Applikationseinrichtung (1) und Werkstück (3) in Funktion gesetzt werden kann, wenn durch die Funktion der Spannungssteuerung (8) alleine der Betriebsstrom-Ist-Wert II nicht innerhalb der vorgegebenen Grenzen gehalten werden kann, ohne einen vorgegebenen Spannungsbereich zu verlassen.
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