EP1666158B1 - Verfahren und Kolbendosierer zur dosierten Materialversorgung einer Beschichtungsvorrichtung - Google Patents

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EP1666158B1
EP1666158B1 EP05111273A EP05111273A EP1666158B1 EP 1666158 B1 EP1666158 B1 EP 1666158B1 EP 05111273 A EP05111273 A EP 05111273A EP 05111273 A EP05111273 A EP 05111273A EP 1666158 B1 EP1666158 B1 EP 1666158B1
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EP
European Patent Office
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piston
metering
coating
inlet
area
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EP05111273A
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English (en)
French (fr)
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EP1666158A2 (de
EP1666158A3 (de
Inventor
Herbert Martin
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Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
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Publication date
Application filed by Duerr Systems AG filed Critical Duerr Systems AG
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Publication of EP1666158A3 publication Critical patent/EP1666158A3/de
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Publication of EP1666158B1 publication Critical patent/EP1666158B1/de
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    • 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
    • B05B5/16—Arrangements for supplying liquids or other fluent material
    • B05B5/1608—Arrangements for supplying liquids or other fluent material the liquid or other fluent material being electrically conductive
    • B05B5/1675—Arrangements for supplying liquids or other fluent material the liquid or other fluent material being electrically conductive the supply means comprising a piston, e.g. a piston pump
    • 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
    • B05B5/16—Arrangements for supplying liquids or other fluent material
    • B05B5/1608—Arrangements for supplying liquids or other fluent material the liquid or other fluent material being electrically conductive
    • B05B5/1616—Arrangements for supplying liquids or other fluent material the liquid or other fluent material being electrically conductive and the arrangement comprising means for insulating a grounded material source from high voltage applied to the material
    • B05B5/1625—Arrangements for supplying liquids or other fluent material the liquid or other fluent material being electrically conductive and the arrangement comprising means for insulating a grounded material source from high voltage applied to the material the insulating means comprising an intermediate container alternately connected to the grounded material source for filling, and then disconnected and electrically insulated therefrom
    • B05B5/1633—Arrangements for supplying liquids or other fluent material the liquid or other fluent material being electrically conductive and the arrangement comprising means for insulating a grounded material source from high voltage applied to the material the insulating means comprising an intermediate container alternately connected to the grounded material source for filling, and then disconnected and electrically insulated therefrom the arrangement comprising several supply lines arranged in parallel, each comprising such an intermediate container

Definitions

  • the invention relates to a method for automatically controlled metered material supply of a coating device for example, the electrostatic serial coating of workpieces and a coating system and a piston dispenser for this purpose according to the preamble of the independent claims.
  • a coating device for example, the electrostatic serial coating of workpieces and a coating system and a piston dispenser for this purpose according to the preamble of the independent claims.
  • it can be the electrostatic serial coating of workpieces such as vehicle bodies with water-based paint or similar conductive coating material of frequently changing color.
  • this intermediate container is designed as a metering cylinder for the metered depending on the particular area to be coated workpiece area supply of the atomizer and for this purpose a z. B. from an electrical Motor via a threaded spindle and a piston rod driven piston contains.
  • the space requirement of the additional metering cylinder is also particularly undesirable if it is to be installed in the atomizer itself, which thereby becomes too bulky for the accessibility of narrow workpiece areas or interior areas, or in the wrist of a painting robot, as in the patent application DE 10 2004 058 054 is described.
  • EP 0 443 276 discloses a device for applying precisely metered quantities of, for example, a thermoplastic adhesive using a double-acting piston pump driven by the material pressure. Dosed here is the total amount of material in a piston stroke.
  • DE 195 24 853 discloses a coating apparatus having a double-acting cylinder vessel whose dual piston arrangement is controlled by compressed air via a four-way pneumatic valve.
  • the cylinder container is not used here for dosing, but as an intermediate container for electrical isolation.
  • an object of the invention is to avoid by filling a dosing cylinder caused time losses with low space requirements.
  • the invention is based on the finding that a similar to the usual A / B-operation material supply the coating device can be realized without interruption by the refilling with a single metering cylinder with two achs Diseaseen areas, if not as previously only an input and an output, but provides two inputs for connection to the color change valve assembly or other source of material and two exits to the nebulizer or other coating device (where the terms "input” and "output” do not signify the material flow limit to a single flow direction, since material z. B. through the outputs and back into the metering cylinder and / or from the metering cylinder through the inputs back to the material source can be promoted).
  • the piston in each of its two opposite movements can promote material to the atomizer, and thus allows an alternate operation of its cylinder areas (A / B operation).
  • a / B operation During a change of material, for example during color change, during the delivery of the first material from one area of the metering cylinder, its other area can be filled with the second material different from the first material.
  • a single dosing drive is sufficient for the piston arrangement of the dosing cylinder, so that not only the space requirement but also the drive effort is halved in comparison with the known A / B systems.
  • the invention has significant further advantages. These include u. a. short color change times and good rinsability during color change. Further, because of the possibility of continuous or quasi-continuous supply of the atomizer, the filling of the metering cylinder with low flow rates possible while the container size has been selected so that the material content is sufficient for the painting of a workpiece or workpiece area and the maximum amount of paint required for different workpieces is fillable. As a result, the space requirement can be further reduced in the invention.
  • the potential separation between the high-voltage nebulizer and the usually grounded color changer required in the electrostatic coating with conductive material is achieved in the piston dispenser described above, especially by an insulating or insulating within the metering cylinder and otherwise in a known manner z. B. by emptying the connecting line between the color changer and the area of the dosing, then from the atomizer is supplied.
  • emptying lines for electrical isolation in particular the pigging technique known for this purpose from the prior art mentioned above can be used.
  • the piston dispenser can also be used for the coating operation without high voltage and / or for non-conductive coating material such as, for example, diluted with conventional solvents paints, no electrical isolation is required.
  • the atomizer may be, for example, a rotary atomizer or air atomizer and work electrostatically or without high voltage.
  • the color changer is grounded in electrostatic coating systems.
  • the piston dispenser 10 consists essentially of the metering cylinder 11 with a displaceable in the metering piston assembly 12, which is formed in the embodiment considered here by two firmly together and with a piston rod 13 connected piston elements 14 and 15 respectively.
  • the metering cylinder 11 can in a conventional manner ( EP 1 384 885 ) consist of ceramic and, for example, have a circular or oval cross-section.
  • the two piston elements 14 and 15 have a shape corresponding to this cross-section and abut on its circumference with sealing lips on the inner walls of the metering cylinder 11.
  • a metering drive 16 arranged outside the metering cylinder is provided which, for example, may consist of an electric stepping motor M controlled by the program control of the coating system with associated gear and a threaded spindle 17. Instead, other known for the purpose under consideration drive mechanisms may be provided.
  • the nebulizer serving as a coating device thereby be supplied with varying amounts of material during the coating and during a piston stroke.
  • the invention is in the between the two piston elements 14 and 15 released, sealed by the sealing lips to the outside gap 18 is a preferably liquid and preferably paint compatible insulating.
  • the volume of the insulating medium is so great that between the formed on both sides of the piston assembly 12 areas 1 and 2 of the metering cylinder 11, one of which may contain a high voltage on the order of 100 kV coating material and the other placed on ground coating material , the required electrical insulation is ensured.
  • the desired Hochnapssisolierumble could also be formed by air or other insulating gas.
  • Each of the two areas 1 and 2 is connected via an input 1a or 2a and a connected input line L1a or L2a with the color changer and via one output 1b and 2b and a connected output line L1b and L2b with the atomizer.
  • the inlet 1a and the outlet 1b are located at the one end of the dosing cylinder 11 or in its vicinity, while the inputs and outputs 2a and 2b may be located at the opposite end of the metering cylinder or in the vicinity thereof.
  • the inputs and outputs can be arranged, for example, in the cylindrical side wall or in the end walls of the metering cylinder and can be opened and closed by program-controlled valves (not shown).
  • the input lines L1a and L2a and / or the output lines L1b and L2b at least partially save space as preferably gemoldchte Form tube or pipe spiral, wherein the turns of each two lines interleaved and / or can be wound in at least two layers. If they are made of insulating material, these spirals, with electrostatic coating, allow for the necessary electrical isolation between the atomizer and the grounded supply system in the least possible space.
  • the high voltage is turned off. It can also remain switched on if not only the lines L1a and L2a, but also the emptied lines L1b and L2b form insulating sections.
  • the described mode of operation may change in other cases. For example, if no color change occurs, the coating system need not be rinsed, and if the high voltage is turned off after a painting operation and remains off until the input lines are emptied (or until other isolation lines are formed), the coating material remaining in the output lines need not be removed but it can then be pressed and sprayed at the next painting of the new color to the atomizer.
  • Using a high-voltage nebulizer eliminates the need to provide isolation by draining lines.
  • the required in the electrostatic coating Isolierumblen in the input and output lines can be formed in other ways than by their emptying.
  • the coating system after Fig. 2 corresponds to the one after Fig. 1 with the exception of the piston dispenser 20, which differs from the piston dispenser 10 with respect to the piston assembly 22 and the metering drive 26.
  • the piston assembly 22nd is formed in this embodiment by two piston elements 24 and 25, which can be moved both together and relative to each other displaceable in each case in both directions in the metering cylinder 21 and for this purpose on each of its own piston rod 23 and 23 'are fixed.
  • Each piston element 24 and 25 has its own program-controlled motor M or M ', the corresponding piston rod z. B. similar as according to Fig. 1 can drive.
  • a preferably liquid insulating medium 28 the volume of which should change but here with each displacement of the piston elements relative to each other.
  • the insulating medium 28 may be periodically or continuously directed into or through the varying gap between the piston elements 24 and 25 under the control of a separate metering device (not shown) which compresses or disassembles the piston elements and its volume corresponding to that Increase and reduce piston movements.
  • the filling volume of the regions 1 and 2 of the metering cylinder can also be adjusted, for example, as a function of the workpiece or workpiece area to be coated, wherein also in the area 2 (unlike in FIG Fig. 1 ) the reduction of the filling volume in the region 1 by the volume of the piston rods 23, 23 'can be compensated.
  • the two piston rods 23 and 23 are space-saving, the two piston rods 23 and 23 'slidably mounted and out at the same end face of the metering cylinder out of this. If space is available axially on the opposite end, The two piston rods can also extend in opposite directions.
  • the procedure of the coating system according to Fig. 2 can be largely the too Fig. 1 correspond described operation, but arise through the different piston control important additional opportunities.
  • Particularly advantageous is the ability during the supply of the atomizer from the one area 1 or 2 with one piston element by independent movement of the other piston element accelerates the other area accelerated and to use the time gained thereby to before emptying the supplying area to empty the input line of the other area.
  • the promotion of the coating material from the second area to the atomizer can be started immediately, so that continuous coating operation is possible and therefor unlimited paint volume is available.
  • the embodiment according to Fig. 2 can be according to the location of at least two of the four input and output lines according to Fig. 3 modify. Again, two are each driven by a metering motor and provided in each direction and relatively movable piston elements 34 and 35 are provided.
  • the inlet 2a and the outlet 2b can be located at a middle axial position of the metering cylinder 31 as shown, while the inputs and outputs 1a and 1b of the other portion of the metering cylinder either at the corresponding front end or instead, as indicated by the input la 'and the output 1b' can also be located at a central axial position of the metering cylinder 31. In both cases, the same operation as in the embodiment to Fig.
  • the insulating member 38 may include an insulating liquid and be arranged stationary, but also an externally controlled variable volume arrangement of the insulating is conceivable.
  • the one of the two piston rods 33 and 33 'could also be passed under sealing by the insulating member 38 and then extend in the same direction as the other piston rod.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisch gesteuerten dosierten Materialversorgung einer Beschichtungsvorrichtung für die beispielsweise elektrostatische Serienbeschichtung von Werkstücken sowie ein Beschichtungssystem und einen Kolbendosierer für diesen Zweck gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche. Beispielsweise kann es sich um die elektrostatische Serienbeschichtung von Werkstücken wie Fahrzeugkarossen mit Wasserlack oder ähnlich leitfähigem Beschichtungsmaterial häufig wechselnder Farbe handeln.
  • Bei der elektrostatischen Beschichtung mit Direktaufladung eines elektrisch leitfähigen Beschichtungsmaterials unterschiedlicher Farbe ist es seit langem bekannt, für die dann notwendige Potenzialtrennung zwischen dem aus einer Ventilanordnung bestehenden geerdeten Farbwechsler und dem auf Hochspannung liegenden Zerstäuber einen Zwischenbehälter einzusetzen, aus dem der Zerstäuber versorgt wird. Der Behälter kann von dem Farbwechsler befüllt werden, wenn zuvor die Hochspannung am Zerstäuber abgeschaltet oder die Verbindungsleitung zum Zerstäuber entleert worden ist, während vor der Versorgung des auf Hochspannung gelegten Zerstäubers zunächst eine Isolierstrecke zwischen dem Behälter und dem Farbwechsler gebildet werden muss, beispielsweise durch Entleeren der Versorgungsleitung des Behälters ( EP 0 292 778 , US 4 932 589 , DE 199 37 426 , EP 1 314 483 , EP 1 362 642 ). Besonders zweckmäßig ist es, wenn dieser Zwischenbehälter als Dosierzylinder für die in Abhängigkeit von dem jeweils zu beschichtenden Werkstückbereich genau dosierte Versorgung des Zerstäubers ausgebildet ist und zu diesem Zweck einen z. B. von einem elektrischen Motor über eine Gewindespindel und eine Kolbenstange angetriebenen Kolben enthält.
  • Bei dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ist mit einer dosierten Materialversorgung also die z.B. in der erwähnten EP 1 314 483 erläuterte Betriebsweise gemeint, bei der die einem Zerstäuber oder einer sonstigen Beschichtungsvorrichtung zugeführte Materialmenge während der Beschichtung und somit auch während eines Kolbenhubs des Dosierzylinders automatisch in Abhängigkeit von dem jeweils zu beschichtenden Werkstückbereich geändert werden kann, beispielsweise in Abhängigkeit von Größe und Form der zu beschichtenden Flächen, Spritzstrahlform usw.
  • Wenn nur ein einziger Zwischenbehälter vorgesehen ist, musste bisher nach seiner Entleerung der Beschichtungsbetrieb so lange unterbrochen werden, bis der Behälter wieder von dem Farbwechsler gefüllt worden ist. Aus dem oben angegebenen Stand der Technik ist es zur Vermeidung dieses Nachteils seit langem bekannt und üblich, zwei wechselweise im sogenannten A/B-Betrieb arbeitende Dosierzylinder parallel zueinander zwischen den Farbwechsler und den Zerstäuber zu schalten, so dass während der Versorgung des Zerstäubers aus dem einen Behälter bereits der jeweils andere Behälter befüllt werden kann. Abgesehen von dem für zwei getrennte Dosierzylinder erforderlichen Aufwand hat diese bekannte Anordnung aber den Nachteil des hohen Platzbedarfs, der in manchen Fällen unerwünscht sein kann, etwa beim Einbau in begrenzte Innenräume von Lackiermaschinen wie z. B. in den Vorderarm eines Roboters. Besonders unerwünscht ist der Platzbedarf des zusätzlichen Dosierzylinders auch, wenn er in den Zerstäuber selbst eingebaut werden soll, der dadurch für die Erreichbarkeit von engen Werkstückbereichen oder Innenbereichen zu sperrig wird, oder in das Handgelenk eines Lackierroboters, wie in der Patentanmeldung DE 10 2004 058 054 beschrieben ist.
  • Es sind an sich schon doppelt wirkende Kolbenpumpen bekannt, deren Zylinder an seinen entgegengesetzten Enden über Rückschlagventile mit je einer Eingangsleitung und je einer Ausgangsleitung verbunden ist ( US 5,076,769 ). Die Pumpe wird von einer rotierenden Motorwelle angetrieben und dient zur kontinuierlichen Förderung einer Flüssigkeit aus der an die beiden Eingangsleitungen angeschlossenen Quelle zu dem an die beiden Ausgangsleitungen angeschlossenen Verbraucher, da sie bei jedem Hub die Flüssigkeit auf der einen Seite ansaugt und auf der anderen Seite weiterfördert. Für die im oben erläuterten Sinn dosierende Materialversorgung sind derartige Pumpen aber nicht geeignet.
  • EP 0 443 276 offenbart eine Vorrichtung zum Applizieren genau dosierter Mengen beispielsweise eines thermoplastischen Klebers unter Verwendung einer doppelt wirkenden Kolbenpumpe, die durch den Materialdruck angetrieben wird. Dosiert wird hier die Gesamtmenge des Materials bei einem Kolbenhub.
  • DE 195 24 853 offenbart eine Beschichtungsvorrichtung mit einem doppelt wirkenden Zylinderbehälter, dessen Doppelkolbenanordnung mit Druckluft über ein pneumatisches VierwegeVentil gesteuert wird. Der Zylinderbehälter dient hier nicht zum Dosieren, sondern als Zwischenbehälter zur Potenzialtrennung.
  • Ausgehend von dem oben angegebenen Stand der Beschichtungstechnik besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, durch Nachfüllen eines Dosierzylinders bedingte Zeitverluste mit geringem Platzbedarf zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich eine dem bisher üblichen A/B-Betrieb ähnliche Materialversorgung der Beschichtungsvorrichtung ohne Unterbrechung durch den Nachfüllvorgang mit einem einzigen Dosierzylinder mit zwei achsgleichen Bereichen realisieren lässt, wenn man nicht wie bisher nur einen Eingang und einen Ausgang, sondern zwei Eingänge zur Verbindung mit der Farbwechselventilanordnung oder sonstigen Materialquelle und zwei Ausgänge zu dem Zerstäuber oder der sonstigen Beschichtungsvorrichtung vorsieht (wobei die Begriffe "Eingang" und "Ausgang" den Materialfluss nicht auf eine einzige Durchflussrichtung begrenzen, da Material z. B. durch die Ausgänge auch zurück in den Dosierzylinder und/oder aus dem Dosierzylinder durch die Eingänge zurück zu der Materialquelle gefördert werden kann). Anders gesagt wird anstelle des bekannten einfach wirkenden Kolbendosierers erfindungsgemäß ein zweifach wirkender Kolbendosierer eingesetzt, dessen Kolben bei jeder seiner beiden entgegengesetzten Bewegungen Material zu dem Zerstäuber fördern kann, und der somit einen wechselweisen Betrieb seiner Zylinderbereiche (A/B-Betrieb) ermöglicht. Bei einem Materialwechsel, z.B. beim Farbwechsel, kann während der Förderung des ersten Materials aus dem einen Bereich des Dosierzylinders dessen anderer Bereich mit dem sich von dem ersten Material unterscheidenden zweiten Material befüllt werden.
  • Im einfachsten Fall genügt hierbei für die Kolbenanordnung des Dosierzylinders ein einziger Dosierantrieb, so dass im Vergleich mit den bekannten A/B-Systemen nicht nur der Platzbedarf, sondern auch der Antriebsaufwand halbiert wird.
  • Darüber hinaus hat die Erfindung wesentliche weitere Vorteile. Dazu zählen u. a. kurze Farbwechselzeiten und gute Spülbarkeit beim Farbwechsel. Ferner ist wegen der Möglichkeit kontinuierlicher oder quasi kontinuierlicher Versorgung des Zerstäubers die Befüllung des Dosierzylinders mit geringen Fördermengen möglich, während die Behältergröße bisher so gewählt wurde, dass der Materialinhalt jeweils für die Lackierung eines Werkstücks oder Werkstückbereiches ausreicht und die hierbei für unterschiedliche Werkstücke maximal erforderliche Lackmenge einfüllbar ist. Dadurch kann bei der Erfindung der Platzbedarf weiter reduziert werden.
  • Besondere Vorteile ergeben sich, wenn in Weiterbildung der Erfindung in dem nur einen vorhandenen Dosierzylinder zwei relativ zueinander bewegbare und unabhängig voneinander angetriebene Kolbenelemente vorgesehen sind. Hierdurch wird kontinuierlicher Lackierbetrieb mit unbegrenztem Lackvolumen ohne Abschaltung der Hochspannung ermöglicht, da noch während der Lackförderung zu dem Zerstäuber aus dem einen Bereich des Dosierzylinders nicht nur der jeweils andere Bereich nachgefüllt wird, sondern dieser Bereich auch schon durch Entleeren der Verbindungsleitung von dem Farbwechsler isoliert werden kann.
  • Die bei der elektrostatischen Beschichtung mit leitfähigem Material erforderliche Potenzialtrennung zwischen dem auf Hochspannung liegenden Zerstäuber und dem üblicherweise geerdeten Farbwechsler wird bei dem hier beschriebenen Kolbendosierer vor allem durch ein Isoliermedium oder Isolierelement innerhalb des Dosierzylinders erreicht und im übrigen in einer an sich bekannten Weise z. B. durch Entleeren der Verbindungsleitung zwischen dem Farbwechsler und dem Bereich des Dosierzylinders, aus dem anschließend der Zerstäuber versorgt wird. Zum Entleeren von Leitungen zur Potenzialtrennung kann insbesondere die für diesen Zweck aus dem oben angegebenen Stand der Technik bekannte Molchtechnik eingesetzt werden. Der Kolbendosierer kann aber auch für den Beschichtungsbetrieb ohne Hochspannung und/oder für nicht leitfähiges Beschichtungsmaterial wie beispielsweise mit konventionellen Lösemitteln verdünnte Lacke verwendet werden, wobei keine Potenzialtrennung erforderlich ist.
  • An dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    die schematische und stark vereinfachte Ansicht eines Beschichtungssystems mit einer ersten Ausführungsform eines Kolbendosierers gemäß der Erfindung;
    Fig. 2
    die Fig. 1 ähnliche Ansicht eines Beschichtungssystems mit einer zweiten Ausführungsform des Kolbendosierers; und
    Fig. 3
    die schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform des Kolbendosierers.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Kolbendosierer 10 des Beschichtungssystems, z. B. eines Lackierroboters, ist zwischen einen aus der üblichen (doppelten) Ventilanordnung bestehenden Farbwechsler FW und einen ebenfalls üblichen Zerstäuber Z geschaltet. Der Zerstäuber kann beispielsweise ein Rotationszerstäuber oder Luftzerstäuber sein und elektrostatisch oder ohne Hochspannung arbeiten. Der Farbwechsler ist in elektrostatischen Beschichtungssystemen geerdet.
  • Der Kolbendosierer 10 besteht im Wesentlichen aus dem Dosierzylinder 11 mit einer in dem Dosierzylinder verschiebbaren Kolbenanordnung 12, die bei der hier betrachteten Ausführungsform durch zwei fest miteinander und mit einer Kolbenstange 13 verbundenen Kolbenelemente 14 bzw. 15 gebildet ist. Der Dosierzylinder 11 kann in an sich bekannter Weise ( EP 1 384 885 ) aus Keramik bestehen und beispielsweise einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt haben. Die beiden Kolbenelemente 14 und 15 haben eine diesem Querschnitt entsprechende Form und liegen an ihrem Umfang mit Dichtlippen an den Innenwänden des Dosierzylinders 11 an. Zum Antrieb der Kolbenanordnung 12 ist ein außerhalb des Dosierzylinders angeordneter Dosierantrieb 16 vorgesehen, der beispielsweise aus einem von der Programmsteuerung der Beschichtungsanlage gesteuerten elektrischen Schrittmotor M mit zugehörigem Getriebe und einer Gewindespindel 17 bestehen kann. Stattdessen können auch andere für den betrachteten Zweck an sich bekannte Antriebsmechanismen vorgesehen sein. Wie schon erwähnt wurde, kann der als Beschichtungsvorrichtung dienende Zerstäuber dadurch mit während der Beschichtung und während eines Kolbenhubs veränderbaren Materialmengen versorgt werden.
  • Erfindungsgemäß befindet sich in dem zwischen den beiden Kolbenelementen 14 und 15 freigelassenen, durch deren Dichtlippen nach außen abgedichteten Zwischenraum 18 ein vorzugsweise flüssiges und vorzugsweise lackverträgliches Isoliermedium. Das Volumen des Isoliermediums ist so groß, dass zwischen den auf den beiden Seiten der Kolbenanordnung 12 gebildeten Bereichen 1 und 2 des Dosierzylinders 11, von denen der eine auf Hochspannung in der Größenordnung von 100 kV gelegtes Beschichtungsmaterial und der andere auf Erdpotential gelegtes Beschichtungsmaterial enthalten kann, die erforderliche elektrische Isolation gewährleistet wird. Bei entsprechend großem Abstand zwischen den Kolbenelementen 14 und 15 könnte die gewünschte Hochspannungsisolierstrecke auch durch Luft oder ein anderes isolierendes Gas gebildet werden.
  • Jeder der beiden Bereiche 1 und 2 ist über je einen Eingang 1a bzw. 2a und eine angeschlossene Eingangsleitung L1a bzw. L2a mit dem Farbwechsler und über je einen Ausgang 1b bzw. 2b und eine angeschlossene Ausgangsleitung L1b bzw. L2b mit dem Zerstäuber verbunden. Der Eingang 1a und der Ausgang 1b befinden sich an dem einen Stirnende des Dosierzylinders 11 oder in dessen Nähe, während sich die Ein- und Ausgänge 2a und 2b an dem entgegengesetzten Stirnende des Dosierzylinders oder in dessen Nähe befinden können. Die Ein- und Ausgänge können beispielsweise in der zylindrischen Seitenwand oder in den Stirnwänden des Dosierzylinders angeordnet sein und durch (nicht dargestellte) programmgesteuerte Ventile geöffnet und geschlossen werden.
    In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Eingangsleitungen L1a bzw. L2a und/oder die Ausgangsleitungen L1b bzw. L2b mindestens zum Teil platzsparend als vorzugsweise gemolchte Schlauch- oder Rohrspirale auszubilden, wobei die Windungen der jeweils zwei Leitungen ineinander verschachtelt und/oder in mindestens zwei Lagen gewickelt sein können. Wenn sie aus Isolierwerkstoff bestehen, ermöglichen diese Spiralen bei elektrostatischer Beschichtung die erforderliche Potenzialtrennung zwischen dem Zerstäuber und dem geerdeten Versorgungssystem auf geringstmöglichem Raum.
  • Wenn der Zerstäuber mit Hochspannung betrieben wird und mit leitfähigem Lack mit Farbwechsel versorgt werden soll, kann sich ausgehend von dem leeren Dosierzylinder und leeren Leitungen ein Verfahrensablauf mit folgenden Schritten ergeben.
    1. a) Befüllen des Dosierzylinders mit einer ersten Farbe über die Leitung L1a und den Eingang 1a, wobei die Kolbenanordnung 12 in Fig. 1 nach unten bewegt wird. Da die Leitung L1b noch leer ist, kann die Hochspannung am Zerstäuber schon eingeschaltet sein, wenn sie nicht erst nach dem anschließenden Andrücken des Lacks zum Zerstäuber eingeschaltet wird.
    2. b) Förderung der ersten Farbe über den Ausgang 1b und die Leitung L1b zum Zerstäuber durch die in Fig. 1 aufwärts bewegte Kolbenanordnung (Bereich 1 unter Hochspannung) und gleichzeitiges, in der Regel vollständiges Befüllen des Dosierzylinders über die Leitung L2a und den Eingang 2a mit einer zweiten Farbe (Bereich 2 geerdet).
    3. c) Nach Lackierende: Zurückdrücken des eventuellen Farbrestes aus dem Dosierzylinder zum Farbwechsler zur Rückgewinnung sowie Entleeren und Spülen des Beschichtungssystems einschließlich des Dosierzylinders und der Ein- und Ausgangsleitungen.
    4. d) Förderung der zweiten Farbe aus dem Bereich 2 über den Ausgang 2b zum Zerstäuber durch Abwärtsbewegung der Kolbenanordnung 12 und gleichzeitiges Befüllen des Bereichs 1 über den Eingang 1a mit (beliebiger) neuer Farbe.
    5. e) Lackieren mit der neuen Farbe, usw.
  • Nach Beendigung eines Lackiervorgangs wird die Hochspannung abgeschaltet. Sie kann auch eingeschaltet bleiben, wenn nicht nur die Leitungen L1a und L2a, sondern auch die entleerten Leitungen L1b und L2b Isolierstrecken bilden.
  • Die beschriebene Betriebsweise kann sich in anderen Fällen ändern. Wenn beispielsweise kein Farbwechsel erfolgt, muss das Beschichtungssystem nicht gespült werden, und wenn die Hochspannung nach Beendigung eines Lackiervorgangs abgeschaltet wird und bis nach dem Entleeren der Eingangsleitungen (oder bis nach Bildung sonstiger Isolierstrecken) abgeschaltet bleibt, muss das in den Ausgangsleitungen verbliebene Beschichtungsmaterial nicht entfernt werden, sondern es kann dann bei dem nächsten Lackiervorgang von der neuen Farbe zum Zerstäuber gedrückt und versprüht werden.
  • Wenn ein Zerstäuber ohne Hochspannung verwendet wird, entfällt auch die Notwendigkeit der Schaffung von Isolierstrecken durch Entleeren von Leitungen. Andererseits können die bei der elektrostatischen Beschichtung erforderlichen Isolierstrecken in den Ein- und Ausgangsleitungen auch auf andere Weise als durch deren Entleeren gebildet werden.
  • Das Beschichtungssystem nach Fig. 2 entspricht demjenigen nach Fig. 1 mit Ausnahme des Kolbendosierers 20, der sich von dem Kolbendosierer 10 hinsichtlich der Kolbenanordnung 22 und des Dosierantriebs 26 unterscheidet. Die Kolbenanordnung 22 wird bei dieser Ausführungsform durch zwei Kolbenelemente 24 und 25 gebildet, die sowohl gemeinsam als auch relativ zueinander verschiebbar jeweils in beiden Richtungen in dem Dosierzylinder 21 bewegt werden können und zu diesem Zweck an jeweils einer eigenen Kolbenstange 23 bzw. 23' befestigt sind. Jedes Kolbenelement 24 und 25 hat seinen eigenen programmgesteuerten Motor M bzw. M', der die zugehörige Kolbenstange z. B. ähnlich wie gemäß Fig. 1 antreiben kann.
  • Auch bei dieser Ausführungsform befindet sich zwischen den beiden Kolbenelementen 24 und 25 ein vorzugsweise flüssiges Isoliermedium 28, dessen Volumen sich hier aber mit jeder Verschiebung der Kolbenelemente relativ zueinander ändern soll. Beispielsweise kann das Isoliermedium 28 zu diesem Zweck unter Steuerung einer (nicht dargestellten) eigenen Dosiereinrichtung, die die Kolbenelemente zusammen- oder auseinanderfährt, periodisch oder kontinuierlich in oder durch den sich ändernden Zwischenraum zwischen den Kolbenelementen 24 und 25 geleitet werden und sein Volumen hierbei entsprechend der Kolbenbewegungen vergrößern und verkleinern. Durch die gezielte Änderung des Volumens des Isoliermediums 28 kann u. a. auch das Füllvolumen der Bereiche und 1 und 2 des Dosierzylinders beispielsweise in Abhängigkeit von dem zu lackierenden Werkstück oder Werkstückbereich eingestellt werden, wobei auch im Bereich 2 (anders als in Fig. 1) die Verkleinerung des Füllvolumens im Bereich 1 durch das Volumen der Kolbenstangen 23, 23' kompensiert werden kann.
  • Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform des Kolbendosierers 20 sind platzsparend die beiden Kolbenstangen 23 und 23' ineinander verschiebbar gelagert und an derselben Stirnseite des Dosierzylinders aus diesem herausgeführt. Wenn axial auf der entgegengesetzten Stirnseite Platz vorhanden ist, können die beiden Kolbenstangen sich auch in zueinander entgegengesetzter Richtungen erstrecken.
  • Der Verfahrensablauf des Beschichtungssystems nach Fig. 2 kann weitgehend der zu Fig. 1 beschriebenen Betriebsweise entsprechen, doch ergeben sich durch die andersartige Kolbensteuerung wichtige zusätzliche Möglichkeiten. Vorteilhaft ist insbesondere die Möglichkeit, während der Versorgung des Zerstäubers aus dem einen Bereich 1 oder 2 mit dem einen Kolbenelement durch davon unabhängige Bewegung des jeweils anderen Kolbenelements den jeweils anderen Bereich beschleunigt zu füllen und die dadurch gewonnene Zeit dazu zu nutzen, noch vor Entleerung des versorgenden Bereichs die Eingangsleitung des anderen Bereichs zu entleeren. Infolgedessen kann nach Entleerung des ersten Bereichs ohne Abschalten der Hochspannung sofort mit der Förderung des Beschichtungsmaterials aus dem zweiten Bereich zu dem Zerstäuber begonnen werden, so dass kontinuierlicher Beschichtungsbetrieb möglich ist und hierfür unbegrenztes Lackvolumen zur Verfügung steht.
  • Die Ausführungsform nach Fig. 2 lässt sich hinsichtlich des Orts von zumindest zwei der vier Ein- und Ausgangsleitungen gemäß Fig. 3 abwandeln. Auch hier sind zwei von je einem Dosiermotor angetriebene und in jeder Richtung sowie relativ zueinander bewegbare Kolbenelemente 34 und 35 vorgesehen. Beispielsweise der Eingang 2a und der Ausgang 2b können sich bei dieser Abwandlung aber wie dargestellt an einer mittleren axialen Position des Dosierzylinders 31 befinden, während sich die Ein- und Ausgänge 1a bzw. 1b des anderen Bereichs des Dosierzylinders entweder an dem entsprechenden Stirnende oder stattdessen, wie durch den Eingang la' und den Ausgang 1b' angedeutet ist, ebenfalls an einer mittleren axialen Position des Dosierzylinders 31 befinden können. In beiden Fällen ist dieselbe Betriebsweise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 möglich, wenn die beiden Zylinderbereiche 1 und 2 durch ein Isolierelement 38 voneinander getrennt sind. Das Isolierelement 38 kann eine Isolierflüssigkeit enthalten und feststehend angeordnet sein, doch ist auch eine von außen gesteuerte Anordnung mit veränderbarem Volumen des Isolierelements denkbar. Die Eine der beiden Kolbenstangen 33 und 33' könnte auch unter Abdichtung durch das Isolierelement 38 hindurchgeführt werden und sich dann in dieselbe Richtung erstrecken wie die andere Kolbenstange.

Claims (19)

  1. Verfahren zur automatisch gesteuerten dosierten Materialversorgung einer Beschichtungsvorrichtung (Z) für die insbesondere elektrostatische Serienbeschichtung von Werkstücken, bei dem
    ein eine Kolbenanordnung (12, 22) enthaltender Dosierzylinder (11, 21) von einer Materialquelle (FW) über eine Eingangsleitungsanordnung (L1a, L2a) befüllt wird
    und das Beschichtungsmaterial von der von mindestens einem Dosierantrieb (16, 26) angetriebenen Kolbenanordnung (12, 22) aus dem Dosierzylinder (11, 21) durch eine Ausgangsleitungsanordnung (L1b, L2b) zu der Beschichtungsvorrichtung (Z) gefördert wird,
    wobei die der Beschichtungsvorrichtung (Z) zugeführte Materialmenge während der Beschichtung und während eines Kolbenhubs des Dosierzylinders (11, 21) in Abhängigkeit von dem jeweils zu beschichtenden Werkstückbereich, beispielsweise in Abhängigkeit von Größe und Form der zu beschichtenden Flächen, Spritzstrahlform automatisch änderbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass in dem Dosierzylinder (11, 21) zwei Bereiche (1, 2) gebildet werden, die durch je einen Eingang (1a, 2a) mit der Eingangsleitungsanordnung (L1a, L2a) und durch je einen Ausgang (1b, 2b) mit der Ausgangsleitungsanordnung (L1b, L2b) gesteuert verbunden werden,
    und dass abwechselnd aus jeweils einem der beiden Bereiche (1, 2) durch dessen Ausgang (1b, 2b) das Beschichtungsmaterial zu der Beschichtungsvorrichtung (Z) gefördert wird, während gleichzeitig der jeweils andere Bereich durch seinen Eingang (1a, 2a) befüllt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Materialwechsel während der Förderung eines ersten Beschichtungsmaterials aus dem einen Bereich des Dosierzylinders (11, 21) dessen anderer Bereich mit einem sich von dem ersten Material unterscheidenden zweiten Beschichtungsmaterial befüllt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Befüllen eines Bereiches (1, 2) jeweils die an dessen Eingang (1a, 2a) angeschlossene Eingangsleitung (L1a, L2a) entleert wird, bevor das Beschichtungsmaterial aus diesem Bereich (1, 2) zu der Beschichtungsvorrichtung (Z) gefördert wird, und/oder nach dem Fördern von Beschichtungsmaterial aus einem Bereich (1, 2) jeweils die an dessen Ausgang (1b, 2b) angeschlossene Ausgangsleitung (21b, 22b) entleert wird, bevor das Besichtungsmaterial von der Materialquelle (FW) in diesen Bereich gefördert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenanordnung (22) zwei relativ zueinander bewegbare, von je einem Dosierantrieb angetriebene Kolbenelemente (24, 25) enthält, und dass nach dem Befüllen des einen Bereichs (1, 2) die an dessen Eingang (1a, 2a) angeschlossene Eingangsleitung (L1a, L2a) entleert wird, während gleichzeitig noch aus dem jeweils anderen Bereich Beschichtungsmaterial zu der Beschichtungsvorrichtung (Z) gefördert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenanordnung (22) zwei relativ zueinander bewegbare Kolbenelemente (24, 25) enthält, die durch einen Zwischenraum getrennt werden, in den mit gesteuertem Füllvolumen ein Isoliermedium (28) geleitet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllvolumen des Zwischenraums während der Bewegungen der Kolbenanordnung (22) verändert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierantrieb (16, 26) einen Antriebsmotor (M) enthält, der die Kolbenanordnung (12, 22) zum Befüllen und Entleeren beider Bereiche (1, 2) des Dosierzylinders (11, 21) antreibt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierantrieb (26) zwei getrennt gesteuerte Antriebsmotoren (M, M') enthält, die jeweils einen von zwei die Kolbenanordnung (22) bildenden Kolbenelementen (24, 25) antreiben.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialquelle eine Materialwechselventilanordnung (FW) zur Versorgung der Beschichtungsvorrichtung (Z) mit unterschiedlichem Beschichtungsmaterial ist, die einen Bereich (1, 2) des Dosierzylinders (11, 21) mit einem ersten Material befüllt, während gleichzeitig aus dem anderen Bereich ein sich von dem ersten Material unterscheidendes anderes Material zu der Beschichtungsvorrichtung (Z) gefördert wird.
  10. Kolbendosierer zur dosierten Materialversorgung einer Beschichtungsvorrichtung (Z)
    mit einem Dosierzylinder (11, 21), der Ein- und Ausgänge (1a, 2a, 1b, 2b) zum automatisch steuerbaren Anschluss an Ein- und Ausgangsleitungen (L1a, L2a, L1b, L2b) hat,
    mit einer in dem Dosierzylinder (11, 21) verschiebbaren Kolbenanordnung (12, 22)
    und mit mindestens einem Antriebselement (13, 23), durch das die Kolbenanordnung (12, 22) mit einem automatisch gesteuerten Dosierantrieb (16, 26) des Kolbendosierers verbunden ist, und mit dem die der Beschichtungsvorrichtung (Z) zugeführte Materialmenge während der Beschichtung und während eines Kolbenhubs des Dosierzylinders (11, 21) automatisch änderbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierzylinder (11, 21) zwei Eingänge (1a, 2a) und zwei Ausgänge (1b, 2b) hat, mit denen er gesteuert an die Ein- und Ausgangsleitungen (L1a, L2a, L1b, L2b) angeschlossen oder anschließbar ist, und ein Eingang (1a) und ein Ausgang (1b) sich an einer axialen Position des Dosierzylinders (11, 21) befinden, die einen axialen Abstand von dem anderen Eingang (2a) und von dem anderen Ausgang (2b) hat.
  11. Kolbendosierer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die einen Ein- und Ausgänge (1a, 1b) an dem einen Stirnende des Dosierzylinders (11, 21) oder in dessen Nähe und die anderen Ein- und Ausgänge (2a, 2b) sich an dem entgegengesetzten Stirnende des Dosierzylinders oder in dessen Nähe befinden.
  12. Kolbendosierer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die einen Ein- und Ausgänge (2a', 2b') an einer Zwischenstelle des Dosierzylinders (31) zwischen dessen Stirnenden und die anderen Ein- und Ausgänge (1a, 1a', 2a, 2a') sich ebenfalls an einer Zwischenstelle oder an einem Stirnende des Dosierzylinders oder in dessen Nähe befinden.
  13. Kolbendosierer nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenanordnung (12, 22) durch zwei Kolbenelemente (14, 15, 24, 25) gebildet ist, zwischen denen ein Isolierelement oder Isoliermedium (18, 28, 38) vorgesehen oder einführbar ist, mit dem auf der einen Seite auf Hochspannungspotenzial liegendes Beschichtungsmaterial gegen auf der anderen Seite auf einem niedrigen oder auf Erdpotenzial liegendes Beschichtungsmaterial isolierbar ist.
  14. Kolbendosierer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kolbenelemente (14, 15) fest miteinander und mit einer das Antriebselement bildenden gemeinsamen Kolbenstange (13) verbunden sind.
  15. Kolbendosierer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kolbenelemente (24, 25) relativ zueinander bewegbar und über je eine Kolbenstange (23, 23') mit je einem Dosierantrieb (M, M') verbunden sind.
  16. Kolbendosierer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zwischenraum zwischen den beiden Kolbenelementen (24, 25) ein Isoliermedium (28) mit steuerbarem FüllVolumen einführbar ist, und dass mit dem Füllvolumen der Abstand zwischen den Kolbenelementen (24, 25) veränderbar ist.
  17. Kolbendosierer nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kolbenstangen (23, 23') ineinander verschiebbar gelagert und an derselben Stirnseite des Dosierzylinders (21) aus diesem herausgeführt sind.
  18. Kolbendosierer nach einem der Ansprüche 10-17, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierantrieb (16, 26) zur dosierten Versorgung der Beschichtungsvorrichtung (Z) in Abhängigkeit von dem jeweils zu beschichtenden Werkstückbereich gesteuert ist.
  19. Beschichtungssystem für die insbesondere elektrostatische Serienbeschichtung von Werkstücken mit einem Kolbendosierer (10, 20) nach einem der Ansprüche 10-18,
    mit einer an die beiden Eingänge (1a, 2a) des Dosierzylinders (11, 21) angeschlossenen Farbwechselventilanordnung (FW),
    einer an die beiden Ausgänge (1b, 2b) des Dosierzylinders (11, 21) angeschlossenen Beschichtungsvorrichtung (Z)
    und einem mit der Kolbenanordnung (12, 22) verbundenen Dosierantrieb (16, 26), mit dem das Beschichtungsmaterial bei der Applikation durch die Beschichtungsvorrichtung (Z) in Abhängigkeit von dem zu beschichtenden Werkstückbereich dosierbar ist.
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