EP1393816A1 - Beschichtungseinrichtung mit einem Rotationszerstäuber und Verfahren zum Steuern ihres Betriebes - Google Patents

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EP1393816A1
EP1393816A1 EP03004672A EP03004672A EP1393816A1 EP 1393816 A1 EP1393816 A1 EP 1393816A1 EP 03004672 A EP03004672 A EP 03004672A EP 03004672 A EP03004672 A EP 03004672A EP 1393816 A1 EP1393816 A1 EP 1393816A1
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EP
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atomizer
air
turbine
coating
gas
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EP03004672A
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Michael Baumann
Frank Herre
Rainer Melcher
Bernhard Seiz
Stefano Giuliano
Gerald Glöckner
Marcus Kleiner
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Duerr Systems AG
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Definitions

  • the invention relates to a coating device with a rotary atomizer mounted on a coating machine for series coating of workpieces and a process to control the operation of such a coating device according to the preamble of the independent claims.
  • the bell plate is used for electrostatic Series coating of workpieces such as vehicle bodies usual rotary atomizer with compressed air turbines driven at extremely high speeds (DE 34 29 075, DE 43 06 800, EP 0 796 663, EP 0 801 991 etc.).
  • the one flowing through the turbine Air has about the temperature when it enters the atomizer the environment and is due to the relaxation in the turbine Cooled temperatures that depend on the turbine power and, for example, in the coating systems used up to now were on the order of up to -20 ° C. If, among other things because of the in recent times, the desire for even higher ones has increased rapidly Speeds and paint flow rates the performance of the Turbine should be further increased, the cooling can Air at the turbine outlet is below -40 ° C.
  • the coating process could interfere if they are directly on the atomizer in the would exit, it is usually by the Sprayer-carrying arm of the coating machine, e.g. one Paint robot derived through, so that for example also the surfaces of the flange connection between the atomizer and the wrist of the machine and the adjacent areas of the machine arm are cooled down with the consequence corresponding Condensation. The resulting water drops can cause paint defects.
  • the Sprayer-carrying arm of the coating machine e.g. one Paint robot derived through, so that for example also the surfaces of the flange connection between the atomizer and the wrist of the machine and the adjacent areas of the machine arm are cooled down with the consequence corresponding Condensation.
  • the resulting water drops can cause paint defects.
  • the object of the invention is to provide a coating device or a process, especially in electrostatic Rotation atomizers with high drive power condensation the ambient air on components of the atomizer and / or the Prevent coating machine as much as possible.
  • a first measure to prevent the formation of condensation is heating the turbine drive gas which is in usually compressed air. With the warming of the drive air can cause excessive cooling in some coating systems should be avoided, but above all an immediate one Heating the exhaust air of the turbine is expedient while if only the supply air is heated, part of the thermal energy by conduction on condensation less affected air supply side of the atomizer is lost and / or undesirable heating of components there Atomizer. Generally the possibility of warming by the permissible maximum temperatures of the affected Components or conduit hoses etc. limited, for example, from plastic.
  • the heating of the exhaust air from the turbine can be particularly expedient be on a heat exchanger that on the one hand from the exhaust air and on the other hand separately from the supply air to the turbine or from one supplied liquid or gaseous medium such as e.g. heated air is flowed through.
  • a heat exchanger that on the one hand from the exhaust air and on the other hand separately from the supply air to the turbine or from one supplied liquid or gaseous medium such as e.g. heated air is flowed through.
  • the heated supply air through a single heating device is sufficient for the heat exchanger for heating the supply air and as an additional measure of the exhaust air without having to rely on two different types of heating Make additional air consumption. It is advantageous this also means that undesirably strong heating of supply air ducts and adjacent components can be avoided.
  • the exhaust air from the turbine can also be warmer by adding it Air can be heated.
  • Air can be heated directly on the Exhaust opening of the bearing unit of the turbine compressed air from the existing compressed air network of the coating system or from one Fan-conveyed air can be directed into the exhaust air flow.
  • the amount and temperature of this additional air can be used to avoid the undesirable condensation depending on the exhaust air temperature and set to relatively low values by the air humidity become.
  • the cooling of the components through expansion of the drive air the turbine depends on its load and is the stronger, the higher the speed, the amount of paint sprayed per unit of time, the diameter or the mass of the bell plate and the temporal utilization rate of the atomizer during a painting cycle are.
  • atomizers with high load can in addition to or instead of heating the drive air the turbine other measures may be advantageous.
  • a suitable option for this is i.a. the warming of the Internal clearance of the turbine, the shaft of which in a manner known per se an air bearing rotates.
  • the warming of the internal clearance has the The advantage that the internal clearance flows through a large part of the turbine and can thereby heat it more evenly.
  • the air volumes and thus the heat capacity of the Warehouse clearance relatively low. It may therefore be appropriate to use larger ones warmed air volumes (e.g. in the order of magnitude of 100 rpm) by additional, separate from the path of the drive air, i.e. in known atomizers and coating machines channels of the storage unit and / or others not provided Components of the atomizer or the coating machine to lead.
  • Another option is to heat the steering air, which in a manner known per se, if necessary, in various ways flows past the bearing unit of the turbine and / or through the Turbine flows through (DE 102 33 198).
  • the steering air temperature is set so that the one formed by the steering air Spray cone is not affected and not an undesirable Influence on the painting process.
  • gaseous or liquid heating media supplied from the outside components at risk from condensation in the cabin air of the atomizer and / or the coating machine also directly be warmed.
  • the Wrist and / or the robot arm corresponding channels for the heated media included.
  • the temperature of the supplied to reduce cooling Air or other media can preferably be dependent on one or more temperature sensors are controlled which e.g. the temperature of the supply air and / or exhaust air of the turbine, the Engine bearing air, possibly the steering air and / or from to the inlet and Exhaust air routes of the turbine air adjacent components of the atomizer or measure the coating machine and with an associated one Controls the preheating temperature in a closed control loop can control.
  • the preheating temperature can also based on predefined diagrams or saved program data depending on the speed and amount of paint, i.e. depending on the load to be controlled.
  • the arrangement of an electric heater for the atomizer supplied for the purpose described here preferably has electrically insulating heating media outside the atomizer especially with electrostatic atomizers with direct charging of the coating material the advantage that problems regarding the required electrical isolation between the heater and the components at high voltage potential of the atomizer can be avoided.
  • the usual outer housing of the atomizer to avoid the formation of condensate surrounded by an insulating sleeve on the outside of the atomizer be, preferably at a distance to form an insulating Air layer.
  • the rotary atomizer 1 shown in Fig. 1 has the in the structure described in DE 102 33 198 and can with its mounting flange 2 e.g. on the wrist of a painting robot be mounted. To drive its rotating bell plate 4 it contains a compressed air turbine 5, the drive air of which Painting robot is fed via the mounting flange 2, the supply of the drive air here for simplification is not shown.
  • a steering air ring 6 is provided in the bell-side End face of a housing 7 of the rotary atomizer 1 is arranged.
  • the steering air ring 6 are several axially aligned Steering air nozzles 8, 9 arranged, via which in the operation of the Rotary atomizer 1 a steering air flow axially outside on the conical Shell surface of the bell plate 4 are blown can.
  • a steering air flow axially outside on the conical Shell surface of the bell plate 4 are blown can.
  • the supply of the steering air for the two steering air nozzles 8, 9 takes place each through a flange opening 10, 11, which in the mounting flange 2 of the rotary atomizer 1 is arranged are.
  • the position of the flange opening 10, 11 within the End face of the mounting flange 2 is here by the Position of the corresponding connections on the associated mounting flange of the painting robot.
  • the external steering air nozzle 8 is used in a conventional manner powered by a steering air line 12 on the outside the compressed air turbine 5 between the housing 6 and the compressed air turbine 5 is guided along.
  • the flange opening opens 10 first in an axially extending bore 13, which is then in a radial bore 14 merges, which eventually the outside of a valve housing 15 into a space opens between the housing 7 and the valve housing 15.
  • the Steering air is then past the compressed air turbine 5 into a so-called Airspace 16, from where they finally passed through Branch bores 17 in the steering air ring 6 to the steering air nozzle 8 arrives.
  • the bores 23 in the section 21 of the compressed air turbine 5 consist of one of the lateral surface of the section 21 outgoing radial tap hole and one from the bell face end face of section 21 outgoing axial tap hole, which is a simple Assembly enables.
  • the air supply to the compressed air turbine 5 of the atomizer according to Fig. 1 can, for example, the scheme shown in Fig. 2 correspond. As described in EP 1 245 292, this is when there is an increased need for drive energy in the basic supply line the air turbine via a switchable separate channel Additional air supplied at a higher pressure.
  • the compressed air turbine has a bearing unit 101 for the bell cup 102 supporting, for example, air-bearing hollow shaft 103 with the turbine wheel 104.
  • the bearing unit 101 is located in the atomizer housing 105.
  • the turbine wheel 104 is driven by a external speed controller via a leading into the atomizer Hose 107 and one serving as an internal basic supply line Feed channel 108 of the atomizer is supplied with drive air A.
  • the turbine wheel receives from another output of the speed controller 104 via a valve VB and a separate line LB Brake air B.
  • the basic supply line 108 can also consist of several end in parallel at different locations on the turbine wheel Channels exist. As far as it has been described so far it is a conventional electrostatic rotary atomizer act.
  • the mode of operation of the speed controller the one, for example opto-electronically recorded actual value compares the turbine speed with a target value and at Deviations actuates the ventilation valves of an actuator and can also control a brake valve is known per se.
  • the turbine wheel 104 contains through the hose 107 and the channel 108 formed air supply path of the turbine e.g. pneumatically or electrically controlled valve arrangement 110 which locks off a separate duct 111 for connecting air, which also drives the turbine wheel 104 on this empties.
  • a plurality of additional channels 111 with a plurality of nozzles can also be used be provided on the turbine wheel.
  • the exhaust air from the turbine is on the way indicated at 113 out of the atomizer through the atomizer flange and e.g. in the arm of the painting robot.
  • valve arrangement 110 instead of a simple on / off function, the valve arrangement 110 also the way in channel 111 (or the ways in both channels 108 and 11) for the respective operating and control conditions throttle best values. This throttling can are automatically set and changed.
  • the drive air of the turbine is to be heated, after heating, it is shown schematically in FIG e.g. electric heater 115 preferably by passed a heat exchanger 116 through which the path 113 of the Exhaust air leads, which in the case of such facilities known way is heated by the supply air.
  • the heat exchanger 116 should be placed as close as possible to the atomizer when it is not built into the atomizer.
  • the temperature of the drive air A is regulated by a temperature controller 118 which compares the actual value signal t i coming from at least one temperature sensor (not shown) in the atomizer with a setpoint signal t s and, depending on this, the Heater 115 controls.
  • the control signal st of the heating device could also be predetermined without a control circuit by program data stored as setpoints.
  • FIG. 3 is a further exemplary embodiment of the invention electrostatic rotary atomizer shown, the largely e.g. the atomizer of FIG. 2 or a conventional Rotary atomizers correspond approximately to DE-A 43 06 800 can. Accordingly, it contains a bell cup 34 driving Compressed air turbine 35 with the associated bearing unit 31 and a valve housing 36 within the usual conical-cylindrical Outer housing 37, which is suitably made of plastic can exist. For example, from the valve housing 36 through a bore, as shown in Fig. 1 at 13 and 14 is, steering air into the space on the inside of the outer case 37 exit.
  • mounting pin 33 can the atomizer in the DE-A 43 06 800 known manner on an external flange 40 for example on the wrist of a painting robot or on another painting machine be attached.
  • the atomizer described so far could do anything with high humidity in operation on the outside of the outer housing 37 form condensate water, especially from the area where the steering air exits into the outer housing 37, up to the steering air ring (6 in Fig. 1).
  • the outer housing 37 of a similarly shaped, so here on the conical side facing the bell plate 34 and on the opposite side cylindrical insulating sleeve 42 enclosed.
  • the inside diameter of the insulating sleeve 42 is preferably 42 greater than the outside diameter over most of its length of the atomizer housing, i.e. of the outer housing 37 so that a heat-insulating air space 43 is formed between them.
  • the insulating sleeve 42 can be made of heat insulating material such as e.g. consist of a foam plastic and composed of half shells or be formed in one piece so that they on the Atomizer can be placed on the machine flange 40 is mounted.
  • Another possibility, not shown, for avoiding Condensation on the surface of the outer casing consists of moving the housing to one above the dew point of the environment to heat lying temperature, for example with a installed in the outer housing or arranged on the inside thereof Heating device.

Abstract

In einer Beschichtungseinrichtung mit einem Rotationszerstäuber ist zur Vermeidung der Kondensation der Sprühkabinenluft an durch die entspannte Abluft der Antriebsturbine (101) des Zerstäubers abgekühlten Bauteilen eine Heizeinrichtung (115) vorgesehen, mit der durch den Zerstäuber fließende Luft oder mit dem Ausgangsweg (113) der Turbinenabluft in wärmeleitender Verbindung stehende Bauteile erwärmt werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungseinrichtung mit einem an einer Beschichtungsmaschine montierten Rotationszerstäuber zur serienweisen Beschichtung von Werkstücken und ein Verfahren zum Steuern des Betriebes einer solchen Beschichtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Bekanntlich wird der Glockenteller der für die elektrostatische Serienbeschichtung von Werkstücken wie beispielsweise Fahrzeugkarossen üblichen Rotationszerstäuber von Druckluftturbinen mit extrem hohen Drehzahlen angetrieben (DE 34 29 075, DE 43 06 800, EP 0 796 663, EP 0 801 991 usw.). Die durch die Turbine strömende Luft hat beim Eintritt in den Zerstäuber etwa die Temperatur der Umgebung und wird infolge der Entspannung in der Turbine auf Temperaturen abgekühlt, die von der Turbinenleistung abhängen und in den bisher üblichen Beschichtungsanlagen beispielsweise in der Größenordnung von bis zu -20°C lagen. Wenn u.a. wegen dem in jüngerer Zeit stark zunehmenden Wunsch nach noch höheren Drehzahlen und Lackausflussmengen die Leistungsfähigkeit der Turbine weiter gesteigert werden soll, kann sich Abkühlung der Luft am Turbinenausgang auf Werte bis unter -40°C ergeben.
Schon bei Turbinen relativ geringer Leistung treten infolge der Abkühlung Probleme durch Schwitzwasserbildung auf, wenn der Wassergehalt (Drucktaupunkt) der der Turbine zugeführten Druckluft nicht den für die Beschichtungsanlage vorgegebenen Werten entspricht. Probleme durch falschen Drucktaupunkt kann man durch Erwärmung der Zuluft der Turbine lösen. Insbesondere entsteht aber durch die starke Abkühlung bei leistungsgesteigerten Turbinenmotoren für höhere Drehzahlen und Lackausflussmengen Schwitzwasser durch Kondensation der Luft an den mit dem Abgas in wärmeleitender Verbindung stehenden Bestandteilen des Zerstäubers und der Beschichtungsmaschine, die mit der Umgebungsluft in der Sprühkabine mit einer Luftfeuchte von üblicherweise mehr als 50% in Berührung kommen. Da die Abluft der Turbine den Beschichtungsvorgang stören könnte, wenn sie direkt am Zerstäuber in die Kabine austreten würde, wird sie üblicherweise durch den den Zerstäuber tragenden Arm der Beschichtungsmaschine wie z.B. eines Lackierroboters hindurch abgeleitet, so dass beispielsweise auch die Oberflächen der Flanschverbindung zwischen dem Zerstäuber und dem Handgelenk der Maschine und die angrenzenden Bereiche des Maschinenarms abgekühlt werden mit der Folge entsprechender Kondenswasserbildung. Die dadurch entstehenden Wassertropfen können Lackfehler verursachen.
Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Beschichtungseinrichtung bzw. eines Verfahrens, die vor allem bei elektrostatischen Rotationszerstäubern mit hoher Antriebsleistung die Kondensation der Umgebungsluft an Bestandteilen des Zerstäubers und/oder der Beschichtungsmaschine möglichst weitgehend verhindern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Eine erste Maßnahme zum Verhindern der Schwitzwasserbildung ist das Erwärmen des Antriebsgases der Turbine, bei dem es sich in der Regel um Druckluft handelt. Mit der Erwärmung der Antriebsluft kann in manchen Beschichtungsanlagen eine zu starke Abkühlung vermieden werden, wobei allerdings vor allem eine unmittelbare Erwärmung der Abluft der Turbine zweckmäßig ist, während bei ausschließlicher Erwärmung der Zuluft ein Teil der Wärmeenergie durch Wärmeleitung auf der von der Kondenswasserbildung weniger betroffenen Zuluftseite des Zerstäubers verlorengeht und/oder unerwünschte Erhitzung von dortigen Bestandteilen des Zerstäubers zur Folge hat. Generell ist die Möglichkeit der Erwärmung durch die zulässigen Maximaltemperaturen der betroffenen Bauteile oder Leitungsschläuche usw. etwa aus Kunststoff begrenzt.
Besonders zweckmäßig kann die Erwärmung der Abluft der Turbine über einen Wärmetauscher sein, der einerseits von der Abluft und andererseits von der Zuluft der Turbine oder auch von einem gesondert zugeleiteten flüssigen oder gasförmigen Medium wie z.B. erhitzte Luft durchströmt wird. Wenn die erwärmte Zuluft durch den Wärmetauscher geleitet wird, genügt also eine einzige Heizeinrichtung zum Erwärmen der Zuluft und als zusätzliche Maßnahme der Abluft, ohne dass sich für diese Erwärmung an zwei verschiedenen Stellen zusätzlicher Luftverbrauch ergibt. Vorteilhaft ist hierbei auch, dass unerwünscht starke Erwärmung von Zuluftkanälen und angrenzenden Bauteilen vermieden werden kann.
Die Abluft der Turbine kann aber auch durch Beimischung warmer Luft aufgeheizt werden. Beispielsweise kann unmittelbar an der Auslassöffnung der Lagereinheit der Turbine Druckluft aus dem vorhandenen Druckluftnetz der Beschichtungsanlage oder von einem Gebläse geförderte Luft in den Abluftstrom geleitet werden. Die Menge und Temperatur dieser Zusatzluft können zur Vermeidung der unerwünschten Kondensation in Abhängigkeit von der Ablufttemperatur und von der Luftfeuchte auf relativ geringe Werte eingestellt werden.
Die Abkühlung der Bauteile durch Entspannung der Antriebsluft der Turbine hängt von deren Belastung ab und ist umso stärker, je höher die Drehzahl, die pro Zeiteinheit abgesprühte Lackmenge, der Durchmesser oder die Masse des Glockentellers sowie der zeitliche Nutzungsgrad des Zerstäubers während eines Lackierzyklus sind. Außerdem sind für steigende Belastungen höhere Luftverbrauchmengen erforderlich, die wiederum die Abkühlung verstärken. Infolge dessen können bei hochbelasteten Zerstäubern zusätzlich zu oder auch anstelle der Erwärmung der Antriebsluft der Turbine andere Maßnahmen vorteilhaft sein.
Eine hierfür geeignete Möglichkeit ist u.a. die Erwärmung der Lagerluft der Turbine, deren Welle in an sich bekannter Weise in einem Luftlager rotiert. Die Erwärmung der Lagerluft hat den Vorteil, dass die Lagerluft einen Großteil der Turbine durchströmt und diese dadurch gleichmäßiger erwärmen kann.
Allerdings sind die Luftmengen und somit die Wärmekapazität der Lagerluft relativ gering. Es kann deshalb zweckmäßig sein, größere erwärmte Luftmengen (beispielsweise in der Größenordnung von 100 1/min) durch von dem Weg der Antriebsluft getrennte zusätzliche, d.h. in bekannten Zerstäubern und Beschichtungsmaschinen nicht vorgesehene Kanäle der Lagereinheit und/oder anderer Bestandteile des Zerstäubers oder der Beschichtungsmaschine zu leiten.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Erwärmung der Lenkluft, die in an sich bekannter Weise ggf. auf verschiedenen Wegen an der Lagereinheit der Turbine vorbeiströmt und/oder durch die Turbine hindurchfließt (DE 102 33 198). Die Lenklufttemperatur wird hierbei so eingestellt, dass der durch die Lenkluft geformte Sprühkegel nicht beeinträchtigt wird und kein unerwünschter Einfluss auf den Lackierprozess festzustellen ist.
Mit von außen zugeführten gasförmigen oder flüssigen Heizmedien können durch Kondensation der Kabinenluft gefährdete Bestandteile des Zerstäubers und/oder der Beschichtungsmaschine auch direkt erwärmt werden. Beispielsweise können außer dem Zerstäuber selbst auch die Flanschkonstruktion am Roboterhandgelenk, das Handgelenk und/oder der Roboterarm entsprechende Kanäle für die erwärmten Medien enthalten.
Die Temperatur der zur Reduzierung der Abkühlung zugeführten Luft oder sonstigen Medien kann vorzugsweise in Abhängigkeit von einem oder mehreren Temperatursensoren gesteuert werden, die z.B. die Temperatur der Zuluft und/oder Abluft der Turbine, der Motorlagerluft, ggf. der Lenkluft und/oder von an die Zu- und Abluftwege der Turbinenluft angrenzenden Bauteilen des Zerstäubers oder der Beschichtungsmaschine messen und mit einem zugehörigen Regler zweckmäßig im geschlossenen Regelkreis die Vorheiztemperatur steuern können. Statt der Regelung über Temperatursensoren oder unabhängig hiervon kann die Vorheiztemperatur auch aufgrund vorgegebener Diagramme oder gespeicherter Programmdaten in Abhängigkeit von der Drehzahl und Lackmenge, also lastabhängig gesteuert werden.
Die Anordnung einer elektrischen Heizeinrichtung für dem Zerstäuber zu dem hier beschriebenen Zweck zugeführte, vorzugsweise elektrisch isolierende Heizmedien außerhalb des Zerstäubers hat vor allem bei elektrostatischen Zerstäubern mit Direktaufladung des Beschichtungsmaterials den Vorteil, dass Probleme hinsichtlich der erforderlichen Potentialtrennung zwischen der Heizvorrichtung und den auf Hochspannungspotential liegenden Bauteilen des Zerstäubers vermieden werden.
Bei geeigneter Potentialtrennung und bei Zerstäubern mit Außenaufladung kann die Kondensation der Kabinenluft auf kalten Bestandteilen des Zerstäubers oder der Beschichtungsmaschine aber auch direkt durch Einbau einer Heizeinrichtung in die betreffenden Bauteile verhindert werden. Auch eine elektrisch leitfähige Heizflüssigkeit wie z.B. Wasser oder eine elektrische Heizwendel kann in diesem Fall verwendet werden.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung kann das übliche Außengehäuse des Zerstäubers zur Vermeidung von Kondensatwasserbildung auf der Zerstäuberaußenseite von einer Isolierhülle umgeben sein, vorzugsweise mit einem Abstand zur Bildung einer isolierenden Luftschicht.
Alle oben beschriebenen Möglichkeiten zur Vermeidung einer zu starken Abkühlung können jeweils für sich allein oder aber in beliebiger Kombination sinnvoll sein und führen somit je nach Aufbau und Betrieb der Beschichtungsanlage zuverlässig zur Vermeidung der störenden Kondenswasserbildung. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht hierbei darin, dass starke Temperaturunterschiede innerhalb des Zerstäubers vermieden werden können, die wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zu Funktionsstörungen oder Schäden von Bauteilen führen könnten. Die hier beschriebenen Maßnahmen ermöglichen nicht punktuelle, sondern sehr gleichmäßige Erwärmung der Bauteile.
An dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1
eine Querschnittsansicht eines elektrostatischen Rotationszerstäubers;
Fig. 2
ein zweckmäßiges Beispiel für die Luftversorgung des Turbinenmotors des Rotationszerstäubers in schematischer Darstellung; und
Fig. 3
in teilweise vereinfachter Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotationszerstäubers, dessen Gehäuse von einer Isolierhülse umschlossen ist.
Der in Fig. 1 wiedergegebene Rotationszerstäuber 1 hat den in der DE 102 33 198 beschriebenen Aufbau und kann mit seinem Befestigungsflansch 2 z.B. am Handgelenk eines Lackierroboters montiert sein. Zum Antrieb seines rotierenden Glockentellers 4 enthält er eine Druckluftturbine 5, deren Antriebsluft von dem Lackierroboter über den Befestigungsflansch 2 zugeführt wird, wobei die Zuführung der Antriebsluft hier zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.
Zur Formung des von dem Glockenteller 4 abgegebenen Sprühstrahls ist ein Lenkluftring 6 vorgesehen, der in der glockentellerseitigen Stirnfläche eines Gehäuses 7 des Rotationszerstäubers 1 angeordnet ist. In dem Lenkluftring 6 sind mehrere axial ausgerichtete Lenkluftdüsen 8, 9 angeordnet, über die im Betrieb des Rotationszerstäubers 1 ein Lenkluftstrom axial außen auf die kegelförmige Mantelfläche des Glockentellers 4 geblasen werden kann. In Abhängigkeit von der Menge und der Geschwindigkeit der aus den Lenkluftdüsen 8, 9 ausgeblasenen Lenkluft wird so der Sprühstrahl geformt und die gewünschte Strahlbreite eingestellt.
Die Zuführung der Lenkluft für die beiden Lenkluftdüsen 8, 9 erfolgt hierbei durch jeweils eine Flanschöffnung 10, 11, die in dem Befestigungsflansch 2 des Rotationszerstäubers 1 angeordnet sind. Die Position der Flanschöffnung 10, 11 innerhalb der Stirnfläche des Befestigungsflansches 2 ist hierbei durch die Position der entsprechenden Anschlüsse an dem zugehörigen Befestigungsflansch des Lackierroboters vorgegeben.
Die außenliegende Lenkluftdüse 8 wird in herkömmlicher Weise durch eine Lenkluftleitung 12 versorgt, die an der Außenseite der Druckluftturbine 5 zwischen dem Gehäuse 6 und der Druckluftturbine 5 entlang geführt ist. Hierzu mündet die Flanschöffnung 10 zunächst in eine axial verlaufende Bohrung 13, die dann in eine radial verlaufende Bohrung 14 übergeht, die schließlich an der Außenseite eines Ventilgehäuses 15 in einen Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 7 und dem Ventilgehäuse 15 mündet. Die Lenkluft wird dann an der Druckluftturbine 5 vorbei in einen sogenannten Luftraum 16 geführt, von wo sie schließlich durch Stichbohrungen 17 in dem Lenkluftring 6 zu der Lenkluftdüse 8 gelangt.
Die Zuführung der Lenkluft für die Lenkluftdüse 9 erfolgt dagegen durch eine Lenkluftleitung 18, die von der Flanschöffnung 11 in dem Befestigungsflansch 2 ausgehend axial und vorzugsweise knickfrei durch das Ventilgehäuse 15 hindurch geht. Darüber hinaus geht die Lenkluftleitung 18 auch axial durch eine Lagereinheit 19 der Druckluftturbine 5. Der radiale Abstand der Lenkluftleitung 18 von der Drehachse des Glockentellers 4 ist hierbei größer als der Außendurchmesser des zur Vereinfachung nicht dargestellten Turbinenrads, so dass die Lenkluftleitung 18 an der Außenseite des Turbinenrades verläuft. Die Lenkluftleitung 18 mündet dann glockentellerseitig in einen weiteren Luftraum 20, der zwischen einem im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 21 der Druckluftturbine 5 und einer diesen umgebenden Abdeckung 22 angeordnet ist.
In der Mantelfläche des Abschnitts 21 befinden sich mehrere Bohrungen 23, die in der glockentellerseitigen Stirnfläche der Druckluftturbine münden und schließlich in die Lenkluftdüsen 9 münden. Die Bohrungen 23 in dem Abschnitt 21 der Druckluftturbine 5 bestehen hierbei aus einer von der Mantelfläche des Abschnitts 21 ausgehenden radial verlaufenden Stichbohrung und einer von der glockentellerseitigen Stirnfläche des Abschnitts 21 ausgehenden axial verlaufenden Stichbohrung, was eine einfache Montage ermöglicht.
Die Luftversorgung der Druckluftturbine 5 des Zerstäubers gemäß Fig. 1 kann beispielsweise dem in Fig. 2 dargestellten Schema entsprechen. Wie in der EP 1 245 292 beschrieben ist, wird hierbei bei erhöhtem Bedarf an Antriebsenergie der Grundversorgungsleitung der Luftturbine über einen zuschaltbaren gesonderten Kanal Zusatzluft mit höherem Druck zugeführt.
Die Druckluftturbine hat eine Lagereinheit 101 für eine den Glockenteller 102 tragende beispielsweise luftgelagerte Hohlwelle 103 mit dem Turbinenrad 104. Die Lagereinheit 101 befindet sich in dem Zerstäubergehäuse 105. Dem Turbinenrad 104 wird von einem externen Drehzahlregler über einen in den Zerstäuber führenden Schlauch 107 und einen als interne Grundversorgungsleitung dienenden Zuführkanal 108 des Zerstäubers Antriebsluft A zugeführt. Von einem anderen Ausgang des Drehzahlreglers erhält das Turbinenrad 104 über ein Ventil VB und eine gesonderte Leitung LB Bremsluft B. Die Grundversorgungsleitung 108 kann auch aus mehreren parallel an verschiedenen Stellen des Turbinenrads mündenden Kanälen bestehen. Soweit er bisher beschrieben wurde, kann es sich um einen an sich konventionellen elektrostatischen Rotationszerstäuber handeln. Auch die Betriebsweise des Drehzahlreglers, der einen beispielsweise opto-elektronisch erfassten Istwert der Turbinendrehzahl mit einem Sollwert vergleicht und bei Abweichungen Be- und Entlüftungsventile eines Stellgliedes ansteuert und auch ein Bremsventil ansteuern kann, ist an sich bekannt.
Darstellungsgemäß enthält die durch den Schlauch 107 und den Kanal 108 gebildete Luftversorgungsstrecke der Turbine eine z.B. pneumatisch oder elektrisch angesteuerte Ventilanordnung 110, an der absperrbar ein gesonderter Kanal 111 für Zuschaltluft abzweigt, der ebenfalls zum Antrieb des Turbinenrads 104 an diesem mündet. Es können auch mehrere Zusatzkanäle 111 mit mehreren Düsen am Turbinenrad vorgesehen sein.
Die Abluft der Turbine wird auf dem bei 113 angedeuteten Weg durch den Zerstäuberflansch hindurch aus dem Zerstäuber heraus und z.B. in den Arm des Lackierroboters geleitet.
Im Betrieb ist bei geringem Antriebsenergiebedarf die in den gesonderten Kanal 111 führende Abzweigung der Ventilanordnung 110 geschlossen, so dass die Turbine in der schon bisher üblichen Weise nur über den Kanal 108 angetrieben wird.
Erhöht sich beispielsweise wegen erhöhter Lackausbringung oder bei Verwendung eines größeren Glockentellers 102 usw. der Antriebsenergiebedarf über einen für die normale Luftversorgung durch den Kanal 108 geltenden Grenzwert hinaus, so wird die in den Kanal 111 führende Abzweigung der Ventilanordnung 110 geöffnet, so dass durch den zugeschalteten Kanal 111 die Turbine mit einer größeren Luftmenge mit höherem Druck, also mit der benötigten Zusatzenergie versorgt wird. Der von außen in den Zerstäuber führende Luftschlauch 107 hat einen so groß bemessenen Querschnitt, dass die gesamte benötigte Luft zur Verfügung gestellt werden kann. Im Gegensatz hierzu genügt für den Kanal 108 ein relativ geringer Durchmesser. Bei kleiner werdendem Energiebedarf oder wenn beim Hochfahren des Zerstäubers mit erhöhter Luftleistung die Nenndrehzahl erreicht wird, wird der Weg in den Kanal 11 wieder geschlossen, so dass der Luftverbrauch auf die für das nun notwendige Drehmoment erforderliche Menge zurückgeht.
Statt einer einfachen Auf/Zu-Funktion kann die Ventilanordnung 110 auch den Weg in den Kanal 111 (oder die Wege in beide Kanäle 108 und 11) auf für die jeweiligen Betriebs- und Regelungsbedingungen günstigsten Werte drosseln. Diese Drosselung kann ggf. automatisch eingestellt und verändert werden.
Eine der eingangs erläuterten Möglichkeiten der Erwärmung von durch die Abluft des Zerstäubers gemäß Fig. 1 unerwünscht stark abgekühlten Bauteilen besteht z.B. darin, mit einer außerhalb des Zerstäubers angeordneten z.B. elektrischen Heizeinrichtung die Lenkluft zu erwärmen, die durch die Leitung 18, durch das Ventilgehäuse 15 und durch die Lagereinheit 19 der Druckluftturbine 5 hindurchgeht. Entsprechendes gilt für die durch die Bohrungen 13 und 14 fließende Lenkluft. Ähnliche Kanäle könnten auch für ein nicht als Lenkluft dienendes, sondern auf anderen Wegen wieder aus dem Zerstäuber herausgeleitetes gasförmiges oder flüssiges Heizmedium vorgesehen sein.
Wenn dagegen die Antriebsluft der Turbine erwärmt werden soll, wird sie nach Erwärmung durch die in Fig. 2 schematisch dargestellte z.B. elektrische Heizeinrichtung 115 vorzugsweise durch einen Wärmetauscher 116 geleitet, durch den auch der Weg 113 der Abluft führt, die dadurch in der bei derartigen Einrichtungen bekannten Weise von der Zuluft erwärmt wird. Der Wärmetauscher 116 soll so nahe wie möglich am Zerstäuber angeordnet sein, wenn er nicht in den Zerstäuber eingebaut wird.
Wie ebenfalls in Fig. 2 dargestellt ist, wird die Temperatur der Antriebsluft A von einem Temperaturregler 118 geregelt, der das von mindestens einem in dem Zerstäuber befindlichen (nicht dargestellten) Temperatursensor kommende Istwertsignal ti mit einem Sollwertsignal ts vergleicht und in Abhängig hiervon die Heizeinrichtung 115 steuert. Wie schon erwähnt wurde, könnte das Steuersignal st der Heizeinrichtung auch ohne Regelkreis durch als Sollwerte gespeicherte Programmdaten vorgegeben werden.
In Fig. 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein elektrostatischer Rotationszerstäuber dargestellt, der weitgehend z.B. dem Zerstäuber nach Fig. 2 oder auch einem konventionellen Rotationszerstäuber etwa nach der DE-A 43 06 800 entsprechen kann. Demgemäß enthält er eine den Glockenteller 34 antreibende Druckluftturbine 35 mit der zugehörigen Lagereinheit 31 und ein Ventilgehäuse 36 innerhalb des üblichen konischzylindrischen Außengehäuses 37, das zweckmäßig aus Kunststoff bestehen kann. Aus dem Ventilgehäuse 36 kann beispielsweise durch eine Bohrung, wie sie in Fig. 1 bei 13 und 14 dargestellt ist, Lenkluft in den Zwischenraum an der Innenseite des Außengehäuses 37 austreten. Mit einem an dem Befestigungsflansch 32 des Zerstäubers und/oder an dem Ventilgehäuse 36 angebrachten Befestigungszapfen 33 kann der Zerstäuber in der aus der DE-A 43 06 800 bekannten Weise an einem externen Flansch 40 beispielsweise am Handgelenk eines Lackierroboters oder an einer sonstigen Lackiermaschine befestigt sein.
Bei dem insoweit beschriebenen Zerstäuber könnte sich vor allem bei hoher Luftfeuchtigkeit im Betrieb an der Außenseite des Außengehäuses 37 Kondensatwasser bilden, insbesondere von dem Bereich, wo die Lenkluft in das Außengehäuse 37 austritt, bis zu dem Lenkluftring (6 in Fig. 1). Zur Lösung dieses Problems ist das Außengehäuse 37 von einer ähnlich geformten, hier also auf der dem Glockenteller 34 zugewandten Seite konischen und auf der entgegengesetzten Seite zylindrischen-Isolierhülle 42 umschlossen. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser der Isolierhülle 42 über den größten Teil ihrer Länge größer als der Außendurchmesser des Zerstäubergehäuses, d.h. des Außengehäuses 37, so dass zwischen ihnen ein wärmeisolierender Luftraum 43 gebildet ist. Darstellungsgemäß kann die Isolierhülle 42 am glockenseitigen vorderen Ende des Außengehäuses 37 oder auf dem dort vorgesehenen Lenkluftring aufsitzen, während sie an ihrem entgegengesetzten Ende bis zu dem Maschinenflansch 40 reichen und an dessen Umfang anliegen kann. Durch je einen O-Ring 44 bzw. 45 zwischen den Enden der Isolierhülle 42 und dem Lenkluftring oder Außengehäuse 37 bzw. dem Maschinenflansch 40 wird der Luftraum 43 nach außen abgedichtet.
Die Isolierhülle 42 kann aus wärmeisolierendem Material wie z.B. einem Schaumkunststoff bestehen und aus Halbschalen zusammengesetzt oder auch einteilig so ausgebildet sein, dass sie auf den Zerstäuber aufgesetzt werden kann, wenn dieser an dem Maschinenflansch 40 montiert ist.
Eine weitere, nicht dargestellte Möglichkeit zur Vermeidung von Kondensationsniederschlag auf der Oberfläche des Außengehäuses besteht darin, das Gehäuse auf eine über dem Taupunkt der Umgebung liegende Temperatur zu erwärmen, beispielsweise mit einer in das Außengehäuse eingebauten oder an dessen Innenseite angeordneten Heizeinrichtung.
Zur Vermeidung unerwünschter Folgen der Kondensatbildung auf innerhalb des Zerstäubers oder außen liegenden Oberflächen ist es auch möglich, in die betreffende Fläche in an sich bekannter Weise die Bildung von Wassertropfen durch Absorption verhindernde (hydrophile) Partikel einzubetten.

Claims (15)

  1. Beschichtungseinrichtung mit einem an einer Beschichtungsmaschine montierten oder montierbaren Rotationszerstäuber zur serienweisen Beschichtung von Werkstücken
    mit einem durch Luft oder ein anderes Gas angetriebenen Turbinenmotor (5) des Zerstäubers, in dessen Lagereinheit (101) die von dem Motor angetriebene Welle (103) des rotierenden Zerstäubungselements (4) gelagert ist,
    mit einem Eingangsweg (107), durch den das Gas unter Druck dem Turbinenrad (104) des Motors zugeführt wird,
    und mit einem Ausgangsweg (113), durch den das entspannte Abgas aus der Lagereinheit (101) und aus dem Rotationszerstäuber herausgeführt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizeinrichtung (115) vorgesehen ist, mit der das durch den Rotationszerstäuber fließende Gas oder mit dessen Eingangs- und/oder Ausgangswegen (107, 113) in wärmeleitender Verbindung stehende Bestandteile des Zerstäubers und/oder der Beschichtungsmaschine erwärmbar sind.
  2. Beschichtungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (115) in den Zerstäuber fließende Luft (A) erwärmt.
  3. Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Heizelement der Heizeinrichtung (115) außerhalb des Zerstäubers befindet.
  4. Beschichtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung einen Wärmetauscher (116) aufweist, der von der Zuluft (A) des Turbinenmotors oder von einem anderen warmen Fluid und von der Abluft des Turbinenmotors durchströmt wird.
  5. Beschichtungseinrichtung oder Lagereinheit für eine Beschichtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinheit und/oder andere Bestandteile des Zerstäubers oder der Beschichtungsmaschine von den Ein- und Ausgangswegen (107, 113) des den Turbinenmotor antreibenden Gases getrennte Kanäle (13, 14, 18) enthält, die von dem von der Heizeinrichtung (115) erwärmten Medium durchströmt oder durchströmbar sind.
  6. Beschichtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerstäuber und/oder die Beschichtungsmaschine mindestens einen Temperatursensor aufweisen, der die Heizeinrichtung (115) steuert.
  7. Beschichtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mit dem Eingangs- und/oder Ausgangsweg (107, 113) des den Turbinenmotor antreibenden Gases in wärmeleitender Verbindung stehender Bestandteil des Zerstäubers und/oder der Beschichtungsmaschine ein beispielsweise elektrisches Heizelement enthält.
  8. Beschichtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (37) des Zerstäubers von einer wärmeisolierenden Hülle (42) umgeben ist.
  9. Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außengehäuse und der Innenseite der Isolierhülle (42) ein wärmeisolierender Luftraum (43) gebildet ist.
  10. Verfahren zum Steuern des Betriebes einer Beschichtungseinrichtung mit einem Rotationszerstäuber, in der ein einen Turbinenmotor (5) des Rotationszerstäubers antreibendes Gas, insbesondere Luft, unter Druck dem Turbinenrad (104) des Turbinenmotors durch einen Eingangsweg (107) zugeführt und als entspanntes Abgas durch einen Ausgangsweg (113) aus der Lagereinheit (101) des Turbinenmotors und aus dem Zerstäuber herausgeführt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Rotationszerstäuber fließende Gas oder mit dessen Eingangs- und/oder Ausgangswegen (107, 113) in wärmeleitender Verbindung stehende Bestandteile des Zerstäubers und/oder der Beschichtungsmaschine von einer Heizeinrichtung (115) erwärmt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgas vor und/oder hinter dem Turbinenmotor erwärmt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerluft der ein Luftlager für die Welle enthaltenden Lagereinheit des Turbinenmotors erwärmt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkluft erwärmt wird, die durch den Rotationszerstäuber geleitet und zur Sprühstrahleinstellung auf das abgesprühte Beschichtungsmaterial gerichtet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass warme Luft in die Abluft des Turbinenmotors geleitet wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des durch den Rotationszerstäuber fließenden Gases oder mit dessen Eingangs- und/oder Ausgangswegen (107, 113) in wärmeleitender Verbindung stehender Bestandteile des Zerstäubers und/oder der Beschichtungsmaschine in einem geschlossenen Regelkreis geregelt oder in Abhängigkeit von vorgegebenen Sollwerten gesteuert wird.
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