EP2185293B1

EP2185293B1 - Applikationssystem

Info

Publication number: EP2185293B1
Application number: EP08847569A
Authority: EP
Inventors: Lothar Rademacher
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2028-11-05
Also published as: DE102007053073A1; EP2185293A1; CN101855024B; US20100260531A1; US8434958B2; KR101485145B1; WO2009059753A1; KR20100092442A; PL2185293T3; ES2389132T3; CN101855024A

Abstract

Ein Applikationssystem für die Applikation eines Dicht-, Kleb- oder anderen Beschichtungsmaterials hoher Viskosität beispielsweise auf Fahrzeugkarossen enthält einen Applikationsroboter mit einem Applikator (10), der eine Anordnung (61) mit wenigstens einer Applikationsdüse für das Beschichtungsmaterial enthält, und eine Dosiereinrichtung zur bedarfsabhängig gesteuerten Dosierung des durch die Applikationsdüse applizierten Beschichtungsmaterials. Die Dosiereinrichtung enthält eine Schraubenpumpe oder Schneckenpumpe, die in oder an den Applikator (10) oder einen Roboterarm (2) der Bewegungsmaschine ein- oder angebaut ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Applikationssystem für die insbesondere serienweise Applikation eines Beschichtungsmaterials hoher Viskosität wie beispielsweise Abdicht-, Kleb-, Dämm-oder ähnlichem Material gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen entsprechenden Applikationsroboter und einen entsprechenden Applikator dieses Systems.
Bei der Beschichtung von Werkstücken wie z.B. Fahrzeugkarossen oder deren Teilen mit Beschichtungsmitteln wie Dichtstoffen, z.B. zum Nahtabdichten, oder Klebstoffen oder Mitteln zur Konservierung wie z.B. Wachs oder Mitteln zum Laminieren oder auch Dämmstoffen usw. ist bekanntlich in vielen Fällen eine möglichst genaue Dosierung des dem Applikator zugeführten Materials erforderlich. Die Viskosität derartiger Beschichtungsmittel, für die der Applikator eines erfindungsgemäßen Systems geeignet sein soll, ist wesentlich höher als beispielsweise die mit einer gleichen Messmethode gemessene Viskosität von Nasslack. Wenn man beispielsweise mit der nach der Normenreihe DIN 53019 genormten Messmethode die Viskosität von Wasserbasislacken misst, die entsprechend dem thixotropischen Verhalten derartiger Lacke in starkem Maße von der Schergeschwindigkeit abhängig ist, so ergeben sich beispielsweise bei einer Scherrate (Fließgeschwindigkeit der Messprobe bezogen auf die Weite eines Scherspalts, in dem die Flüssigkeit strömt) von 1000/s typisch Werte zwischen 50 und ungefähr 200 mPas (bei 20°C). Die erfindungsgemäß zu applizierenden Beschichtungsmittel haben dagegen eine entsprechend gemessene Viskosität von mehr als 300 mPas, typisch mehr als 500 mPas. Beispielsweise kann das für Fahrzeugkarossen für Sealing und die anderen genannten Zwecke verwendete, ebenfalls thixotropische Material typisch eine nach der genannten Methode gemessene Viskosität von 1,5 Pas bis 7 Pas haben (oder mehr als das Doppelte dieser Werte, wenn die Scherrate statt 1000/s z.B. nur 100/s beträgt). Vorzugsweise soll der Applikator des erfindungsgemäßen Applikationssystems für Beschichtungsmaterial geeignet sein, dessen bei gleicher Messmethode gemessene Viskosität mindestens das 5-fache, insbesondere mindestens das 7-fache der Viskosität von Nasslack wie namentlich der für die Fahrzeuglackierung üblichen Farblacke beträgt.
Nicht geeignet für die Applikation der hier betrachteten Beschichtungsmittel hoher Viskosität insbesondere für Fahrzeugkarossen sind die üblichen Lackzerstäuber wie z.B. ein Rotationszerstäuber mit eingebauter Zahnraddosierpumpe ( DE 10115463 A1 ). Statt dessen eignet sich beispielsweise für das Legen von Sealing-Nähten vor allem das sogenannte Airless-Spritzverfahren, bei dem das Material im Gegensatz zu der Rotations- oder Luftzerstäubung von Lack allein durch den Materialdruck an der Applikationsdüse zerstäubt wird. Für die Erfindung eignen sich aber auch die mit Luftunterstützung arbeitenden bekannten Applikatoren für flächigen Materialauftrag, wie er für die Unterbodenschutzapplikation oder beim Dämmstoffspritzen erforderlich ist. Gemeinsam ist den unterschiedlichen erfindungsgemäß geeigneten Applikatoren, dass sie mit wesentlich höherem Materialdruck arbeiten als die üblichen Lackzerstäuber, wobei der Materialdruck an der Applikationsdüse je nach Düsentyp und Material typisch zwischen 15 bar und 230 bar liegen kann, während der aufgrund unvermeidbarer Druckverluste höhere Materialdruck am Ausgang der Dosiereinrichtung oder der Dosierpumpe in typischen Fällen zwischen 25 bar und 350 bar betragen kann und damit erheblich höher ist als in Lackapplikationssystemen. In der Regel soll das erfindungsgemäße Applikationssystem also mit einem Materialdruck von mindestens 15 bar an der Applikationsdüse und/oder mindestens 25 bar am Ausgang der Dosiereinrichtung oder Dosierpumpe arbeiten.
Die Dosierung erfolgt bedarfsabhängig, d.h. während der Beschichtung muss der Volumenstrom (Durchflussmenge pro Zeiteinheit) des dem Applikator zugeführten Beschichtungsmaterials in Abhängigkeit von den jeweiligen Teilbereichen des Werkstücks mit hoher Präzision und kurzen Ansprechzeiten änderbar sein, wobei die jeweiligen Sollwerte in der übergeordneten Anlagensteuerung gespeichert sind und von ihr vorgegeben werden. Die Dosiergenauigkeit soll in vielen Fällen mindestens ± 1 % vom Sollwert betragen, und zwar mit hoher Wiederholgenauigkeit bei Temperatur-, Viskositäts- und Druckschwankungen. Wegen der erforderlichen Genauigkeit wird vorzugsweise stufenlose Volumenregelung verlangt. Insbesondere bei Sealingapplikationen ist es wichtig, ein Pulsieren der Applikation zu vermeiden. Die Bestandteile des Dosiersystems müssen u.a. zur Vermeidung von Aushärtungen möglichst totraumfrei sein. Besondere Anforderungen ergeben sich bei der Dosierung von speziellen Beschichtungsstoffen wie beispielsweise NAD-Material (Nichtwässrige Polymerdispersion), für die u.a. spezielle Messeinrichtungen erforderlich sind, oder bei Materialien, bei deren Applikation hoher Dosierdruck erreicht wird, z.B. im Fall von PUR bis 400 bar. Unterschiedliche Bedingungen ergeben sich hinsichtlich des Volumenstroms, also der Durchflussmenge, die in typischen Fällen z.B. zwischen 2 und 50 ccm/sec betragen kann. Weitere Anforderungen betreffen die zulässigen Einschwing- und Reaktionszeiten des Systems (< 40 ms bis zum Erreichen von ± 5 % des Sollwerts), frei programmierbare Einstellbarkeit des Vordrucks mit geringer Reaktionszeit (< 100 ms) und automatische dynamische Anpassung des Vordrucks bei Viskositätsänderungen des Beschichtungsmaterials, die Möglichkeit der automatischen Kalibrierung bei Materialänderungen sowie geringe Verzögerungszeiten bei Betriebsbeginn. Generell sollen nicht nur der Anlagen- und Wartungsaufwand, sondern insbesondere in Hinblick auf die Montage in oder an Applikationsrobotern auch Gewicht und Abmessungen der Systembestandteile möglichst gering sein.
Wenn beispielsweise mit einem Applikationsroboter eine Schweiß- oder Bördelnaht des Werkstücks abgedichtet werden soll, muss die Applikation so gesteuert werden, dass nicht nur die jeweils benötigte Materialmenge genau dosiert wird, sondern auch genau die vorbestimmten Anfangs- und Endpunkte der Materialnaht eingehalten werden. Wegen der in der Praxis relativ schnellen Applikationsbewegungen eines Roboters ist dafür eine sehr präzise Steuerung der Ein- und Ausschaltzeiten der Applikation erforderlich.
Auf dem Gebiet der Karossenbeschichtung sind in der Praxis für die Dosierung hochviskoser Beschichtungsmittel bisher im Gegensatz zu Lackieranlagen diskontinuierliche Dosiereinrichtungen üblich oder auch sogenannte Druckregler, die relativ leicht sind und daher auch an den Applikationsroboter angebaut werden können. Derartige Einrichtungen arbeiten aber mit nur geringer Dosiergenauigkeit und zugleich mit geringer Dosierdynamik bzw. Ansprechgeschwindigkeit. Ferner sind sie nicht in der Lage, wenigstens kurzfristig den an der Applikationsdüse benötigten Druck unabhängig von der Materialversorgung derart zu erhöhen, wie es in manchen Fällen erforderlich sein kann, oder den Druck vor Applikationsbeginn herabzusetzen, wie es ebenfalls erforderlich sein kann. Diskontinuierliche Dosiersysteme haben darüber hinaus weitere prinzipielle Nachteile wie Nachfüllzeitverluste, lange Zykluszeiten oder kleinen Dosierbereich.
Aus WO 2004/041444 ist ein u.a. für Dicht- und Klebestoffe verwendbares Dosiersystem bekannt, das im Wesentlichen aus einer kontinuierlichen Kolben- oder Zahnrad-Dosierpumpe und einer ihr nachgeschalteten zweiten Dosierstufe in Form eines Zylinderbehälters besteht, dessen Inhalt von einem Kolben zwischen zwei vorgegebenen Pegeln gehalten wird. Dieses Dosiersystem ist ebenso wie andere an sich bekannte Kolbendosiereinrichtungen zumindest bei ausreichender Dosierpräzision so sperrig und schwer, dass es nicht an einen Applikationsroboter angebaut oder eingebaut werden kann, weil dessen Tragfähigkeit überschritten würde und/oder seine Bewegungsdynamik und in manschen Fällen die Erreichbarkeit der zu beschichtenden Werkstückbereiche beispielsweise im Inneren einer Fahrzeugkarosse beeinträchtigt würden. Dies hat den wesentlichen Nachteil unerwünscht langer Schlauchverbindungen zwischen der Dosiereinrichtung und dem Applikator mit der Folge einer Herabsetzung der Dosiergenauigkeit und der Dosierdynamik, u.a. wegen der bekannten Schlauchatmungsprobleme. Lange Schläuche haben auch den weiteren Nachteil entsprechend hoher Materialverluste bei einem Spül- oder Reinigungsvorgang oder Materialabsetzprobleme, vor allem wenn keine ständige Materialzirkulation bis zu dem Applikator erfolgt.
Für die Applikation von Dichtmaterial auf Fahrzeugkarossen geeignete Roboter und Applikatoren sind u.a. aus US 6 053 434 und EP 1 521 642 bekannt. Die Applikatoren dieser Roboter bestehen im Wesentlichen aus einem rohrförmigen Lanzenteil, an dessen äußerem Ende sich eine Anordnung aus beispielsweise drei alternativ wählbaren Düsen befindet. Für jede Düse ist in dem Applikator ein Steuerventil für das dem Applikator von außen zugeführte Material eingebaut, mit dem (etwa entsprechend der Hauptnadelfunktion üblicher Lackzerstäuber) die Ein- und Ausschaltzeiten der Applikation und damit die Anfangs- und Endpunkte der applizierten Materialbahn gesteuert werden.
DE 10 2005 044796 A1 beschreibt eine Dosiereinrichtung für von einem Industrieroboter zu applizierende flüssige oder pasteuse Medien wie beispielsweise einen Kleb- oder Dichtstoff, der über ein Druckregelventil einer gesteuerten Zahnraddosierpumpe zugeführt wird, die das Material mit einstellbarem Volumenstrom zu einem Auslassventil fördert.
US 5 046 666 offenbart ein Applikationssystem für hochviskoses Material wie Dicht- und Klebstoffe, das an dem zweiten Arm eines zweiarmigen Roboters zum Beschichten ebener Werkstückflächen montiert ist. Das Applikationssystem enthält eine direkt an der Applikationsdüse angeordnete Schraubenpumpe, deren Drehzahl proportional zur Geschwindigkeit der Düse einstellbar ist, und deren Drehrichtung zur Unterbrechung der Applikation umsteuerbar ist.
JP 07116580 offenbart einen Applikationsroboter für hochviskose Flüssigkeiten, auf dessen um eine horizontale Achse schwenkbarem Vorderarm auf der Außenseite ein Fördersystem mit einer Zahnradpumpe für konstanten Durchfluss angeordnet ist.
US 5 890 656 offenbart einen weiteren Applikationsroboter für viskosen Klebstoff mit einer Zahnradpumpe, die direkt an einer Düsenanordnung mit mehreren Düsen angeordnet ist. Diese Anordnung ist an einem Handgelenk des Roboters montiert, wobei der Motor der letzten Achse des Handgelenks die Zahnradpumpe antreibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung ober Nachteile bekannter Systeme für Material hoher Viskosität eine möglichst kurze Verbindung zwischen der Dosiereinrichtung und dem Applikator sowie möglichst genaue Dosierung und Applikation zu erreichen, ohne die Bewegungsmaschine hinsichtlich Tragfähigkeit, Bewegungsdynamik und/oder Erreichbarkeit der zu beschichtenden Werkstückbereiche wesentlich zu beeinträchtigen. Dies soll mit möglichst geringem Aufwand erreicht werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Bei Integration der Dosierpumpe in einen Roboterarm, also in den Oberarm eines üblichen zweiarmigen Roboters oder vorzugsweise in dessen Vorderarm, wird die Schlauchlänge auf das entsprechend kurze Stück bis zum Applikator am Roboterhandgelenk reduziert. Entsprechend hoch ist die erreichbare Applikations- und Dosierdynamik. Optimal ist allerdings der Einbau der Dosierpumpe in den Applikator selbst, da ihr Ausgang dann direkt ohne Schlauchverbindung an die Düsenanordnung angeschlossen werden kann.
Die Dosierpumpe soll vorzugsweise in der Lage sein, selbst und zumindest kurzzeitig unabhängig von ihrem eingangsseitigen Materialversorgungsdruck einen gewünschten Materialdruck zu erzeugen, der bei Bedarf auch wesentlich höher sein kann als ihr Eingangsdruck. Ferner soll die Förderrichtung der Dosierpumpe vorzugsweise umsteuerbar (reversierbar) sein, so dass sie auch in der Lage ist, den ausgangsseitigen Druck, also der Vordruck am Applikator unabhängig vom Materialversorgungsdruck kurzzeitig zu reduzieren. Dies kann insbesondere bei Integration der Dosierpumpe in einen Roboterarm gegen Ende einer Materialnaht zweckmäßig sein, damit sich bei anschließendem Wiedereinschalten der Applikation kein Material-überschuss durch Entspannen der Schlauchverbindung zu der Applikationsdüse ergibt.
Als weitere zweckmäßige Eigenschaft soll die Dosierpumpe vorzugsweise im Stillstand selbstdichtend sein, so dass auch bei hohem Eingangsdruck kein Material aus ihrem Ausgang austritt. Diese Eigenschaft macht es möglich, die Materialförderung durch die Düse durch Ein- und Ausschalten der Dosierpumpe selbst zu steuern und auf das bei den bekannten Applikatoren der Düse notwendigerweise vorgeschaltete, durch externe Signale gesteuerte Steuerventil zu verzichten. Diese Möglichkeit besteht insbesondere bei Integration der Dosierpumpe in den Applikator und bei möglichst direktem Anschluss der Düse an den Ausgang der Dosierpumpe. Dadurch würden sowohl das Steuerventil selbst als auch sein Steuerantrieb und damit zum Platzbedarf, Gewicht und Aufwand des Applikators und/oder des Roboterarms beitragende Bauteile entfallen, was schon bei nur einer Düse und besonders bei mehreren Düsen, für die bisher jeweils ein eigenes Steuerventil notwendig war, ein wesentlicher Vorteil sein kann.
Da die Dosierpumpe erfindungsgemäß an oder vorzugsweise in einen Roboterarm oder noch besser an oder in den Applikator selbst an- oder eingebaut wird, soll sie trotz der Möglichkeit hoher Druckerzeugung und hoher Dosierpräzision möglichst klein und leicht sein.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Dosierpumpe eine rotierende Verdrängerpumpe und insbesondere eine mit mindestens einer rotierenden Schraube oder Schnecke arbeitende Pumpe. Derartige rotierende Verdrängerpumpen sind als Schrauben-, Schraubenspindel-, Schnecken- oder Exzenterschneckenpumpen bekannt und im Handel erhältlich.
Wie eingangs schon erwähnt wurde, ist mit einer Dosiereinrichtung oder Dosierpumpe bei dem hier beschriebenen System eine Fördereinrichtung gemeint, mit der der Volumenstrom, also das pro Zeiteinheit geförderte Volumen des Beschichtungsmaterials z.B. in Abhängigkeit von den jeweiligen momentan beschichteten Teilbereichen des zu beschichtenden Bauteils automatisch während der Applikation geändert werden kann. Diese bedarfsabhängige Änderung der Dosierrate wird bei Kolbendosierern bekanntlich durch bedarfsabhängige Steuerung der Kolbengeschwindigkeit erreicht, während sie bei rotierenden Verdrängungspumpen durch Steuerung der Drehgeschwindigkeit erreicht werden kann, insbesondere durch Programmsteuerung.
Wie ebenfalls schon erwähnt wurde, sind die in der Praxis wichtige hohe Dosiergenauigkeit und die für hochviskose Beschichtungsstoffe erforderlichen hohen Drücke an der Düse bei bekannten Systemen nur mit sperrigen, schweren und auch antriebstechnisch aufwändigen Dosiereinrichtungen erreichbar, die in der Regel nicht erfindungsgemäß in übliche Applikationsroboter oder gar in den Applikator selbst integriert werden können. Eine zweckmäßige Möglichkeit, eine relativ einfache und kleine Dosierpumpe verwenden zu können und dennoch die erforderliche Dosiergenauigkeit zu erreichen, ist die Verwendung eines zweistufigen Dosiersystems, wie es im Prinzip in der Patentanmeldung EP 07 009 228.3 / EP 1 854 548 vom 08.05.2007 beschrieben ist, deren gesamter Inhalt in die Offenbarung der hier beschriebenen Erfindung einbezogen wird. Dieses System enthält im Wesentlichen eine geregelte erste Dosiereinrichtung, die den Druck oder den Volumenstrom des von dem Applikator zu applizierenden Beschichtungsmaterials in Abhängigkeit von Sollwerten einstellt, die ihr von einer automatischen Anlagensteuerung vorgegeben werden, einen Messwertgeber zur Erzeugung eines Messwerts, der dem Druck oder dem Volumenstrom des zu dem Applikator fließenden Beschichtungsmaterials entspricht, eine Regeleinrichtung zur Steuerung der ersten Dosiereinrichtung in Abhängigkeit von den vorgegebenen Sollwerten und von dem Messwert des Messwertgebers sowie eine an den Ausgang der ersten Dosiereinrichtung für das zu dem Applikator fließende Beschichtungsmaterial angeschlossene zweite Dosiereinrichtung, die zur Feindosierung des applizierten Beschichtungsmaterials dessen Druck- oder Volumenstrom in Abhängigkeit von den vorgegebenen Sollwerten steuert. Vorzugsweise werden die erste Dosiereinrichtung und/oder die zur Feindosierung dienende zweite Dosiereinrichtung jeweils von einem eigenen, vorzugsweise in sich geschlossenen Regelkreis gesteuert, der einen dem Druck oder dem Volumenstrom des zu dem Applikator fließenden Beschichtungsmaterials entsprechenden Messwert mit den vorgegebenen Sollwerten vergleicht. Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn die erste Dosiereinrichtung von einem geschlossenen Regelkreis gesteuert wird, der ein Stellglied zur Einstellung des Drucks oder des Volumenstroms des zu der zweiten Dosiereinrichtung fließenden Beschichtungsmaterials in Abhängigkeit von den mit dem Istwert verglichenen Sollwerten enthält.
Dieses Dosiersystem kann mit geringem Bau-, Steuerungs- und Instandhaltungsaufwand als reines Durchflusssystem mit der Möglichkeit kontinuierlicher Endlosdosierung realisiert werden, das im Gegensatz zu bekannten kontinuierlichen Systemen den Vorteil größtmöglicher Dosiergenauigkeit (in der Regel weniger als 1 % Abweichung vom Sollwert) hat. Eine vergleichbare Genauigkeit war bisher nur mit diskontinuierlichen Kolbendosierern erreichbar. Das System arbeitet nach dem Master-Slave-Prinzip mit der ersten Dosierstufe als Master und der zweiten Dosierstufe als Slave. Für die erste Dosierstufe kann zweckmäßig eine vorteilhaft einfache, kompakte, kosten- und wartungsgünstige Dosiereinrichtung an sich bekannter Art verwendet werden wie beispielsweise ein verschleiß- und wartungsarmer Durchflussregler mit einem Dosierventil als Stellglied oder auch ein noch einfacherer dosierender Druckregler. Für die zur Feindosierung erforderliche zweite Dosierstufe kann dagegen erfindungsgemäß die rotierende Schrauben- oder Schneckenpumpe oder sonstige rotierende Verdrängerpumpe des hier beschriebenen Applikationssystems verwendet werden.
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind somit zunächst die kürzestmögliche Verbindung zwischen der Dosiereinrichtung und dem Applikator und extrem genaue Dosierung (< 1%), gezielte Einstellbarkeit des Vordrucks der Düse bei Reversierbetrieb der Dosierpumpe sowie hohe Dosierdynamik insbesondere bei schnellen Brush-Wechseln, also schnelle Reaktionen auf Änderungen der die Beschichtung steuernden Parameter wie z.B. Druck und/oder Volumenstrom des durch die Düse fließenden oder abgesprühten Materials. Ferner ist eine Endlosdosierung möglich, wodurch die Produktionskapazität bei der Beschichtung von Werkstücken erhöht werden kann. Bei Verwendung zweckmäßiger Pumpen ist auch die Dosierung abrasiver Materialien möglich. In konstruktiver Hinsicht wird ein kompakter, platzsparender An- oder Einbau der Dosierpumpe ermöglicht, und es können die bei manchen bekannten Systemen störenden externen Halterungen für Dosiereinrichtungen entfallen.
Die Erfindung eignet sich für beliebiges Material hoher Viskosität, und zwar sowohl für 1K- als auch für 2K-Material. Im letztgenannten Fall können die beiden Komponenten in an sich bekannter Weise in einem im Applikator vorgesehenen Raum gemischt werden. Ebenso besteht die Möglichkeit, zwei Komponenten gleichzeitig auf das Werkstück zu applizieren, beispielsweise gleichzeitig Dicht- und Klebstoffe in einem Arbeitsgang.
An den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: ein für die Erfindung geeignetes zweistufiges Dosiersystem;
Fig. 2: eine schematische Ansicht eines Applikationsroboters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 3: ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Applikators.

Das in Fig. 1 dargestellte Dosiersystem ist so konzipiert, dass es wahlweise sowohl zur Druckregelung als auch zur Volumenstromregelung verwendet werden kann. Nicht alle Bestandteile sind also für den jeweiligen Fall erforderlich.
Das von einem Applikator 10 zu applizierende Beschichtungsmaterial, beispielsweise für Fahrzeugkarossen oder deren Teile benötigtes Sealingmaterial, wird von einer Materialversorgungseinrichtung 12 durch eine Eingangsleitung 13 und einen Materialdruckregler 14 einer ersten Dosiereinrichtung 20 und von dort durch eine Verbindungsleitung 21 einer zweiten Dosiereinrichtung 30 zugeführt. Vom Ausgang der zweiten Dosiereinrichtung 30 fließt das Beschichtungsmaterial durch eine Leitung 31, beispielsweise eine Schlauchleitung, zu dem Eingang des Applikators 10. Die Materialförderung wird durch den in den Leitungen 13, 21 und 31 herrschenden Druck bewirkt. Die gestrichelten Linien stellen z.B. elektrische oder pneumatische Signalsteuerleitungen dar.
Der Materialdruckregler 14 dient zur Einregelung des Vordrucks des Dosiersystems am Materialeingang der ersten Dosiereinrichtung 20 und enthält zu diesem Zweck ein in die Eingangsleitung 13 geschaltetes Stellventil 22 und einen zugehörigen Drucksensor 23. Das Stellventil 22 kann in an sich bekannter Weise von einer in der Applikationssteuerung 40 enthaltenen zugehörigen Regeleinrichtung (nicht dargestellt) im geschlossenen Regelkreis in Abhängigkeit von dem Druck-Istwert, der von dem Drucksensor 23 am Materialausgang des Stellventils 22 gemessen wird, und einem vorgegebenen gewünschten Vordruck-Sollwert gesteuert werden. Der Materialdruckregler 14 wird hierbei auf einen konstanten Materialdruck eingestellt, der größer ist als der im Applikationsbetrieb erforderliche Maximaldruck im System.
Die erste Dosiereinrichtung 20 enthält ein in die Verbindungsleitung 21 geschaltetes Dosierventil 22, das in an sich bekannter Weise als Stellglied eines geschlossenen Regelkreises dient und von einem beispielsweise elektrischen umsteuerbaren Motor M20 mit zugehörigem Getriebe G betätigt wird, sowie einen eigenen Drucksensor 23, der den Druck am Materialausgang des Dosierventils 22 misst. Eine ebenfalls in der Applikationssteuerung 40 enthaltene zugehörige Regeleinrichtung (nicht dargestellt) kann den Motor M20 in Abhängigkeit von dem Druck-Istwert des Drucksensors 23 und/oder in Abhängigkeit von einem Istwertgeber am Ausgang der zweiten Dosiereinrichtung 30 und von den in der üblichen Weise mit dem Istwert verglichenen Sollwerten steuern. Die Sollwerte sind für die gewünschte Dosierung des Beschichtungsmaterials während der Applikation bedarfsabhängig veränderlich und werden dem Regelkreis von der übergeordneten automatischen Anlagensteuerung (nicht dargestellt) vorgegeben.
Die zweite Dosiereinrichtung 30 dient zur Feindosierung des Beschichtungsmaterials und enthält vorzugsweise eine rotierende Verdrängerpumpe 32, die von einem umsteuerbaren Motor M30 in beiden Drehrichtungen antreibbar ist und als Stellglied eines geschlossenen Regelkreises arbeiten kann. Die Verbindungsleitung 21 kann zwischen dem Materialausgang der ersten Dosiereinrichtung 20 und dem Materialeingang der zweiten Dosiereinrichtung 30 ein Rückschlagventil 35 enthalten, um bei zusätzlichem Druckaufbau durch den Feindosierer einen Druckrückschlag zu dem Dosierventil 22 zu verhindern.
An den über die Leitung 31 mit dem Applikator 10 verbundenen Materialausgang des Feindosierers ist ein weiterer Drucksensor 36 angeschlossen, der den von ihm gemessenen Druck-Istwert einer weiteren (nicht dargestellten) Regeleinrichtung in der Applikationssteuerung 40 zuführt, die bei einer möglichen Funktionsweise des Systems den Istwert mit von der übergeordneten Anlagensteuerung vorgegebenen (der gewünschten Ausflussmenge beim Applizieren entsprechenden) Drucksollwerten vergleichen und entsprechende Steuersignale dem Motor M30 des Feindosierers zuführen kann. Ist der Druck des Beschichtungsmaterials zu niedrig, wird er durch den Antrieb erhöht, während zu hoher Druck durch den Motor M30 herabgesetzt wird.
In Applikationspausen kann es zweckmäßig sein, den Messwert des bei der oben beschriebenen Funktionsweise direkt auf den Feindosierer wirkenden Drucksensors 36 gemäß einer anderen Funktion auch zur Einstellung des statischen Drucks im System, also am Materialeingang des Feindosierers zu verwenden. Dieser statische Druck kann von einer in der Applikationssteuerung 40 enthaltenen Regeleinrichtung eingestellt werden.
Darstellungsgemäß ist zusätzlich zu dem Drucksensor 36 am Materialausgang der Zylindereinheit 32 eine Durchflussmesszelle 37 in die Leitung 31 geschaltet, die bei einer ebenfalls möglichen Funktionsweise des Systems den Volumenstrom des zu dem Applikator 10 fließenden Beschichtungsmaterials misst und diesen Istwert der zugehörigen Regeleinrichtung in der Applikationssteuerung 40 zuführt. Die Regeleinrichtung kann somit durch Vergleich dieses Istwerts mit Sollwerten für den momentan erforderlichen Volumenstrom oder mit entsprechend umgerechneten Drucksollwerten die als Stellglied dienende Zylindereinheit 32 der zweiten Dosiereinrichtung 30 zur direkten Volumenstromregelung ansteuern.
Da die Durchflussmesszelle 37 den Volumenstrom des zu dem Applikator 10 fließenden Beschichtungsmaterials misst, der sich als Ergebnis beider Dosiereinrichtungen 20 und 30 ergibt, kann es ferner zweckmäßig sein, mit dem Messwert der Durchflussmesszelle 37 zusätzlich auch den Regelkreis der ersten Dosiereinrichtung anzusteuern. Bei Kenntnis des jeweiligen Drucks an beiden Dosiereinrichtungen lassen sich beide Regelkreise separat steuern. Die Messwerte der Durchflussmesszelle 37 können in der Applikationssteuerung 40 in entsprechende Druckwerte umgerechnet werden.
Wenn kein durch den Volumenstrom gesteuertes Regelsystem, sondern ein ausschließlich druckgesteuertes Dosiersystem realisiert werden soll, könnte die Durchflussmesszelle 37 auch entfallen. Gemäß einer nicht dargestellten weiteren Ausführungsform ist es aber andererseits möglich, auch die dem Feindosierer vorgeschaltete erste Dosiereinrichtung in direkter Abhängigkeit von dem beispielsweise in der Verbindungsleitung 21 gemessenen Volumenstrom anzusteuern.
Bei den oben beschriebenen Funktionen kann vorausgesetzt werden, dass die Druck- bzw. Volumenstrommesswerte am Ausgang der zweiten Dosiereinrichtung 30 in genau definierbarer Relation zu den entsprechenden Werten unmittelbar am Applikator 10 stehen. Diese Relation kann bei der Installation oder Kalibrierung der Beschichtungsanlage ermittelt werden und bleibt dann unverändert, wobei Störeinflüsse wie z.B. Schlauchatmung in an sich bekannter Weise (vgl. etwa EP 1 481 736 und EP 1 298 504 ) kompensiert werden können. Auch an sich variable Faktoren wie Temperaturänderungen und die Viskosität des verwendeten Beschichtungsmaterials können in der Applikationssteuerung 40 durch bekannte Relationen rechnerisch berücksichtigt werden. In ähnlicher Weise können in der Applikationssteuerung bei der Kalibrierung des Systems feste Relationen zwischen Druck und Volumenstrom und/oder Ausflussmenge gespeichert werden.
Es kann allerdings auch zweckmäßig sein, einen zusätzlichen Drucksensor 42 direkt an den Materialeingang des Applikators 10 anzuschließen. Der Messwert dieses Drucksensors 42 ist für die eigentliche Dosierregelung gemäß den obigen Erläuterungen nicht notwendig, doch kann er z.B. in der Applikationssteuerung 40 bei der Adaption des Systems dazu dienen, die Einflüsse von Temperatur und/oder Viskosität zu eliminieren. In anderen Fällen kann es dagegen zweckmäßig sein, beispielsweise für besonders schnelle Regelung das Dosiersystem mit Hilfe eines Drucksensors am Applikator zu regeln.
Wenn kein Material appliziert wird, ist es in vielen Fällen zweckmäßig, den Materialfluss aus der Leitung 31 zu dem Applikator 10 nicht zu unterbrechen, sondern das Beschichtungsmaterial in einem Zirkulationskreis kontinuierlich zu der Materialversorgung vor der Einrichtung 12 zurückzuleiten, beispielsweise um Materialänderungen oder Absetzen des Materials zu vermeiden. Der Zirkulationskreis kann durch den Applikator 10 hindurchführen, wie es bei Beschichtungsanlagen an sich bekannt ist. Zu diesem Zweck kann die zu dem Applikator 10 führende Leitung 31 mit einer Rückführleitung 51 über ein Umschaltventil 50 verbunden, das während der Applikation geschlossen ist und in Beschichtungspausen geöffnet wird. Der Zirkulationskreis muss jedoch nicht bis zu dem Applikator 10 oder sogar - wie in diesem Ausführungsbeispiel - bis durch den Applikator 10 hindurch gehen. Alternativ besteht bei einem Applikationsroboter auch die Möglichkeit, dass der Zirkulationskreis nur bis zu einem der Roboterarme reicht, beispielsweise bis zum Vorderarm (Roboterachse 3).
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Zirkulationskreis durch die Dosiereinrichtung 30 hindurchführen, und eine Ausgangsleitung 51' bildet dann die Fortsetzung des Zirkulationskreises. Die Ausgangsleitung 51' ist an das dargestellte Wegeumschaltventil 53 angeschlossen, von dem aus der Zirkulationskreis weiter zurück bis zu dem Zirkulationsanschluss 52 vor dem Eingang der Materialversorgungseinrichtung 12 führt. Wenn der Zirkulationskreis nicht durch die Dosiereinrichtung 30 führt, kann das Umschaltventil 53 entfallen und der Gegendruck in der zweiten Zylinderkammer 39 durch die Leitung 55 direkt aus der Materialversorgung hergeleitet werden.
Der in Fig. 2 schematisch dargestellte 6-achsige Applikationsroboter besteht an sich konventionell aus einem Grundkörper G mit einem drehbaren Antriebsgehäuse A, an dem die schwenkbare Anordnung aus den Armen 1 und 2 gelagert ist. In dem Antriebsgehäuse A können sich die Antriebsmotoren für die Drehbewegung des Antriebsgehäuses und für die Schwenkbewegung des Arms 1 befinden, während der Antriebsmotor für den Arm 2 im Arm 1 montiert sein kann. An der bei diesem Beispiel 3-achsigen Handgelenkkonstruktion 4 des Arms 2 ist der Applikator 10 mit dem beispielsweise für Sealing-Applikation typischen langgestreckten, z.B. rohrförmigen Lanzenteil 60 montiert, an dessen äußerem Ende sich die Düsenanordnung 61 mit einer oder mehr in an sich bekannter Weise wählbaren Düsen befindet. Zum Antrieb der drei Achsen der Handgelenkkonstruktion 4 können drei wie üblich am hinteren Ende des Arms 2 angeordnete, z.B. an eine Rückwand des Arms 2 angebaute Motor-und Getriebeeinheiten 5 mit jeweils einer durch den Arm 2 verlaufenden Welle dienen. Der Applikator 10 kann eines der eingangs erwähnten Airless- oder mit Luftunterstützung arbeitenden an sich bekannten Spritzgeräte sein, die im Gegensatz zu den üblichen Rotations- oder sonstigen Lackzerstäubern für die erfindungsgemäß zu applizierenden höherviskosen Beschichtungsmittel geeignet sind und hierfür mit deutlich höherem Materialdruck arbeiten.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem Arm 2 die nur schematisch angedeutete Dosierpumpe 32 integriert, bei der es sich beispielsweise um eine Schraubenpumpe der für diese Pumpenart typischen schlanken und langgestreckten Bauform handeln kann. Diese Dosierpumpe ist über ein (nicht dargestelltes) relativ kurzes Schlauchstück 62, das durch den Arm 2 und durch die Handgelenkkonstruktion 4 hindurch oder auch außerhalb verlegt sein kann, an den Applikator 10 angeschlossen. Auch die (nicht dargestellte) zu der Dosierpumpe 32 führende Materialversorgungsleitung kann eventuell im Inneren des Roboterarms verlaufen. Zum programmgesteuerten Antrieb der Dosierpumpe 32 kann sie z.B. über eine weitere durch den Arm 2 verlaufende Welle 63 und ggf. ein Getriebe mit dem Antriebsmotor 64 (entsprechend M30 in Fig. 1) verbunden sein. Der Antriebsmotor 64 der Dosierpumpe, beispielsweise ein elektrischer oder pneumatischer Servo- oder sonstiger Motor, kann zweckmäßig ebenfalls am hinteren Ende des Arms 2 z.B. neben den Motor- und Getriebeeinheiten 5 oder auch quer zu ihnen angeordnet sein. Der Dosierpumpenantrieb kann also insoweit und eventuell auch hinsichtlich des Motortyps zumindest prinzipiell der Konstruktion und Anordnung eines konventionellen Achsenantriebs des Roboters entsprechen. In anderen Fällen kann es aber zweckmäßiger sein, den Antriebsmotor 64 direkt an die Dosierpumpe 32 anzubauen. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel eines 6-achsigen Roboters beschränkt, es können auch weniger oder mehr Achsen und ein Handgelenk mit weniger oder mehr als drei Achsen vorgesehen sein.
Es ist zweckmäßig, die für den Dosierpumpenantrieb erforderliche Programmsteuerung direkt in die an sich schon vorhandene Robotersteuerung zu integrieren, so dass kein wesentlicher Aufwand für eine zusätzliche Applikationssteuerung erforderlich ist. Ebenso ist es möglich, den Dosierpumpenantrieb mit einer eigenen Applikationssteuerung zu realisieren. Der Dosierpumpenantrieb kann hierbei steuerungstechnisch einfach wie eine (ggf. zusätzliche) Roboterachse behandelt werden.
Bei einem (nicht dargestellten) anderen Ausführungsbeispiel könnte die Dosierpumpe auch an anderer Stelle, beispielsweise im Arm 1 in den Roboter integriert sein, wobei sich ihr Antriebsmotor beispielsweise ebenfalls im oder am Arm 1 oder auch im Antriebsgehäuse A befinden kann.
Besonders bevorzugt ist jedoch die schematisch in Fig. 3 dargestellte Anordnung der Dosierpumpe 32 in dem Lanzenteil 60 des Applikators 10, wobei der Ausgang der Dosierpumpe 32 bei 62 direkt und ohne Schlauchverbindung und als besondere Möglichkeit auch ohne Zwischenschaltung eines durch externe Signale zum Ein- und Ausschalten der Applikation gesteuerten Ventils an die Düsenanordnung 61 angeschlossen sein kann. Der Applikator 10 wird in einer an sich bekannten Weise mit seinem Anschlussblock 68 an dem (in Fig. 3 nicht dargestellten) Roboterhandgelenk montiert. Der Antriebsmotor der Dosierpumpe 32 kann sich ebenfalls in dem Applikator direkt an der Pumpe oder andernfalls in oder an dem Arm 1 des Roboters befinden. Für eine Antriebswelle und die Materialversorgungsleitung der Dosierpumpe 32 kann Entsprechendes wie zu Figur 2 gelten.
Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Anordnung einer Pumpe insbesondere des oben erwähnten bevorzugten Typs in (oder an) einem Applikator kann auch für andere Zwecke als das hier eigentlich beschriebene Applikations- und Dosiersystem zweckmäßig und vorteilhaft sein, beispielsweise lediglich als Fördereinrichtung für beliebige Fluide.

Claims

Applikationssystem für die Applikation eines Beschich-tungsmaterials hoher Viskosität auf Fahrzeugkarossen oder deren Teile mit
einer programmgesteuerten mehrachsigen Bewegungsmaschine, insbesondere einem Applikationsroboter,
einem für das Beschichtungsmaterial mit hoher Viskosität geeigneten Applikator (10), der an einer Handgelenkkonstruktion (4) eines bewegbaren Arms (2) der Bewegungsmaschine montiert ist und eine Düsenanordnung (61) mit wenigstens einer Applikationsdüse für das Beschichtungsmaterial enthält,
und einer Dosiereinrichtung mit einer kontinuierlich fördernden Dosierpumpe (32) zur bedarfsabhängig gesteuerten Dosierung des durch die Applikationsdüse applizierten Beschichtungsmaterials mit während der Applikation änderbarem Volumenstrom,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpe (32) eine in oder an den Applikator (10) oder einen bewegbaren Arm (1, 2) der Bewegungsmaschine ein- oder angebaute Schraubenpumpe oder Schneckenpumpe ist.
Applikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreh- oder Förderrichtung der Dosierpumpe (32) umsteuerbar ist.
Applikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpe (32) mit der Applikationsdüse direkt ohne Zwischenschaltung eines durch externe Steuersignale zum Ein- und Ausschalten der Applikation steuerbaren Ventils verbunden ist.
Applikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in oder an einem Arm (1, 2) der Bewegungsmaschine angeordnete Dosierpumpe (32) mit dem Applikator (10) durch einen Schlauch verbunden ist, der bis in die Nähe eines den Applikator (10) tragenden Handgelenks (4) in dem an das Handgelenk angrenzenden Arm (1) verläuft und durch das Handgelenk hindurchgeführt oder neben ihm vorbeigeführt ist.
Applikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpe (32) in ein langgestrecktes Lanzenteil (60) des Applikators (10) eingebaut oder integriert ist, an dessen äußerem Ende sich die Düsenanordnung (61) befindet.
Applikationssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (61) ohne Schlauchverbindung direkt am Auslass der Dosierpumpe (32) montiert ist.
Applikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das ein automatisch steuerbarer Antriebsmotor der Dosierpumpe (32) an oder in einen Arm der Bewegungsmaschine oder den Applikator (10) an- oder eingebaut ist.
Applikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebswelle (63) der Dosierpumpe (32) durch einen Arm (2) der Bewegungsmaschine und/oder durch das den Applikator (10) tragende Handgelenk der Bewegungsmaschine hindurchgeführt ist.
Applikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmsteuerung des Dosierpumpenantriebs in die Programmsteuerung der Bewegungsmaschine integriert ist.
Applikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zweistufiges Dosiersystem mit
- einer geregelten ersten Dosiereinrichtung (20), die den Druck oder den Volumenstrom des von dem Applikator (10) zu applizierenden Beschichtungsmaterials in Abhängigkeit von Sollwerten einstellt, die ihr von einer automatischen Anlagensteuerung vorgegeben werden,

- einem Messwertgeber (23, 37) zur Erzeugung eines Messwerts, der dem Druck oder dem Volumenstrom des zu dem Applikator (10) fließenden Beschichtungsmaterials entspricht,

- einer Regeleinrichtung (40) zur Steuerung der ersten Dosiereinrichtung (20) in Abhängigkeit von den vorgegebenen Sollwerten und von dem Messwert des Messwertgebers (23, 37)

- und einer an den Ausgang der ersten Dosiereinrichtung (20) für das zu dem Applikator (10) fließende Beschichtungsmaterial angeschlossenen zweiten Dosiereinrichtung (30), die zur Feindosierung des applizierten Beschichtungsmaterials dessen Druck oder Volumenstrom in Abhängigkeit von den vorgegebenen Sollwerten steuert.
Applikationssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dosiereinrichtung (20) und/oder die zur Feindosierung dienende zweite Dosiereinrichtung (30) jeweils von einem eigenen Regelkreis gesteuert werden, der einen dem Druck oder dem Volumenstrom des zu dem Applikator (10) fließenden Beschichtungsmaterials entsprechenden Messwert mit den vorgegebenen Sollwerten vergleicht.
Applikationssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dosiereinrichtung (20) von einem geschlossenen Regelkreis gesteuert wird, der ein Stellglied (22) zur Einstellung des Drucks oder des Volumenstroms des zu der zweiten Dosiereinrichtung (30) fließenden Beschichtungsmaterials in Abhängigkeit von dem mit dem Istwert verglichenen Sollwerten enthält.
Bewegungsmaschine des Applikationsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Bewegungsmaschine ein Applikationsroboter ist.
Applikator des Systems nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit eingebauter oder integrierter Dosierpumpe (32).