EP2791397A1 - Beschichtungsanlage und verfahren zum beschichten von werkstücken - Google Patents

Beschichtungsanlage und verfahren zum beschichten von werkstücken

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Publication number
EP2791397A1
EP2791397A1 EP12795435.2A EP12795435A EP2791397A1 EP 2791397 A1 EP2791397 A1 EP 2791397A1 EP 12795435 A EP12795435 A EP 12795435A EP 2791397 A1 EP2791397 A1 EP 2791397A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
electrode
power conversion
workpieces
current
Prior art date
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Granted
Application number
EP12795435.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2791397B1 (de
Inventor
Alfred PREGENZER
Michael Dieterich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Duerr Systems AG filed Critical Duerr Systems AG
Publication of EP2791397A1 publication Critical patent/EP2791397A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2791397B1 publication Critical patent/EP2791397B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/18—Electroplating using modulated, pulsed or reversing current
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
    • C25D13/22—Servicing or operating apparatus or multistep processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00—Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C25D21/12—Process control or regulation

Definitions

  • the present invention relates to a coating machine for coating workpieces, which comprises a dip tank into which the workpieces for coating the same can be introduced, a power conversion system for providing a coating current which is passable for coating the workpieces through the dip tank, and an electrode which is in the immersion basin is arrangeable and which is electrically connected to the power conversion system comprises.
  • Such a coating system is for example from the
  • the present invention has for its object to provide a coating system which is flexible and reliable operable.
  • the power conversion system comprises a power conversion unit comprising a power switch and an isolating transformer, the circuit breaker on the input side connected to a supply current source and the output side connected to the isolation transformer and wherein the isolation transformer on the input side with the circuit breaker and the output side an electrode is connected.
  • the power conversion system includes a power conversion unit that includes a power switch and an isolation transformer
  • the power conversion system is flexible in use.
  • a plurality of power conversion units are provided, each comprising a power switch and an input side connected to the power switch isolation transformer.
  • current in this specification and the appended claims is meant an electric current.
  • connection means both direct and indirect electrical connection. It may be provided in an indirect connection, that between two interconnected or connectable elements or components, further elements or components are arranged.
  • Circuit breaker from a supply current of the supply current source, a predeterminable coating flow for supplying to an electrode can be generated.
  • a current strength of the coating current can be set by means of the circuit breaker.
  • the circuit breaker may be galvanically isolated from the electrode.
  • the supply current source is galvanically isolated from the electrode by means of the isolation transformer.
  • the power switch comprises a power semiconductor.
  • Insulated Gate Bi-polar transistor includes. This allows a particularly reliable and low-loss operation of the circuit breaker and thus the power conversion system.
  • the current conversion unit preferably comprises a rectification device and / or smoothing device, which can be connected on the input side to the supply current source and connected on the output side to the power switch. In this way, the power conversion unit AC power can be supplied, which can be converted by means of the rectification device and / or smoothing device for providing the same to the power switch in a DC current.
  • the current conversion unit comprises a rectification device and / or smoothing device, which is connected on the input side to the isolating transformer and on the output side to an electrode.
  • the high-frequency square wave signal generated by means of the circuit breaker can be smoothed particularly easily for a uniform application of coating current to the electrode.
  • the current conversion unit comprises a rectification device and / or smoothing device, by means of which a three-phase alternating current of the supply current source for generating a direct current with low ripple is convertible.
  • the power conversion system comprises at least two substantially identically designed power conversion units.
  • the power conversion units are designed as modules and are thus in particular self-contained, interchangeable and / or functionally independent functional units of the power conversion system. It may be advantageous if the coating system comprises at least two current conversion units, which are electrically connected to one electrode.
  • the coating system comprises at least two current conversion units, which are assigned to each other different electrode groups.
  • at least two electrode groups can be controlled and / or regulated independently of one another by means of two different current conversion units.
  • each electrode is assigned a separate power conversion unit. In this way, a particularly flexible control of the electrodes can be carried out in the dip tank.
  • a plurality of coating areas are preferably formed.
  • a plurality of coating regions are arranged one above the other in the vertical direction.
  • a plurality of coating regions are arranged one behind the other in a conveying direction of the workpieces.
  • Each coating area is preferably assigned an electrode, in particular an electrode group.
  • An electrode group may include one or more electrodes.
  • an electrode is designed as a dialysis cell.
  • an electrode is substantially plate-shaped, cylindrical or semi-cylindrical.
  • an electrode as a flat, for example, plate-shaped, a semicircular, for example, half-cylindrical shell-shaped, or as a round, for example cylindrical, dialysis cell is formed.
  • the coating system preferably comprises a control device for controlling and / or regulating the power conversion system.
  • control device for controlling and / or regulating a plurality of power conversion units of the
  • control device By means of the control device are preferably a plurality of power conversion units, which are assigned to each other different electrode groups, substantially independently controllable and / or controllable.
  • a targeted spatial power distribution in the dip tank can be realized.
  • a plurality of current conversion units which are assigned to different electrode groups, can be coordinated with one another such that the current intensity and / or a spatial distribution of the coating current to adapt it to the geometry of the workpieces and / or to a conveying path Workpieces and / or to compensate for an irregular function of a power conversion unit are selectively influenced.
  • an “irregular function" of a power conversion unit is in particular a defect or a total failure of the power conversion unit to understand. Furthermore, an “irregular function” is present if a coating current provided by means of a current conversion unit falls below a predetermined value, in particular a predetermined current intensity. It can be advantageous if an electrode, which is electrically connected to the current conversion unit, is an anode. The workpieces then preferably form cathodes.
  • the electrode which is electrically connected to the power conversion unit, is in particular a stationary, spatially fixedly arranged in the dip tank electrode, in particular anode.
  • all electrodes which are electrically connected to power conversion units are electrically connected to power conversion units, stationary electrodes, in particular anodes.
  • the electrode which is electrically connected to a current conversion unit, is a cathode.
  • the cathode may then be a stationary electrode in the dip tank or a workpiece.
  • the coating system according to the invention is particularly suitable for use in a combination of a supply current source and a coating system.
  • the present invention therefore also relates to a combination of a supply current source and a coating system.
  • the circuit breaker of a power conversion unit of the coating system is connected or connected on the input side to the supply current source without galvanic isolation.
  • the power switch of the power conversion unit by means of an electrical line directly to a three-phase AC supply line of the supply current source is connectable.
  • the necessary electrical isolation between the supply current source and an electrode is then preferably only by the isolation transformer, which is connected on the input side to the circuit breaker and the output side to an electrode.
  • the combination of a supply current source and a coating system preferably also has the features and / or advantages described above in connection with the coating system according to the invention.
  • the present invention has the further object of providing a method for coating workpieces, which can be carried out flexibly and reliably, in particular by means of the coating system according to the invention and / or the combination of a coating system and a supply current source according to the invention.
  • the power switch is connected on the input side to a supply current source and on the output side to the isolating transformer, and
  • the isolating transformer being connected on the input side to the power switch and on the output side to an electrode arranged in the dip tank;
  • the method according to the invention for coating workpieces preferably has the features and / or advantages described above in connection with the coating system according to the invention and / or with the combination of a supply current source and a coating system according to the invention.
  • the current intensity of the coating current is adjusted by means of the circuit breaker of the power conversion unit.
  • the coating current is then supplied by means of the isolation transformer to the power conversion unit of an electrode arranged in the dip tank.
  • the coating installation according to the invention the combination of a coating installation and a supply current source according to the invention and / or the method according to the invention for coating workpieces may have the features and / or advantages described below:
  • adjacent power conversion units may preferably additionally apply the coating current provided by a failed power conversion unit.
  • a corresponding control and / or regulation of the power conversion units of the power conversion system is preferably carried out by means of the control device.
  • the total coating energy required that is, the total coating current required
  • the total coating energy required is distributed among a plurality of power conversion units of the power conversion system.
  • several voltage potentials for coating the workpieces can be provided, whereby a coating result can be improved.
  • these can preferably be fully self-contained current-controlled or voltage-controlled.
  • the electrodes are connected in pairs to one power conversion unit each.
  • split electrodes in particular dialysis cells
  • a current conversion unit which supplies a part of the electrode, in particular the dialysis cell, with coating current
  • At least one electrode in particular at least one dialysis cell, in particular in the vertical direction, is divided into at least two parts such that a ratio, in particular a height ratio and / or an area ratio, which can assume at least two parts of any value ,
  • the ratio in particular the height ratio and / or the area ratio of the two or more parts at least one electrode, in particular dialysis cell, about 1: 1, 3/4: 1/4, 1/4: 3/4 , Vs: 7s, 7s: 2/3, 7s: 7s: 7s, 7 4: 7 4: 2/4, 7, 4: 2/4: 4 or 7 2/4: 7 4: 7. 4
  • split electrodes in particular divided dialysis cells, that is, multi-part electrodes or dialysis cells, preferably allows the reduction in delivery and
  • flat cells, half-round cells and / or round cells are suitable for the entire electrode, in particular the entire dialysis cell, and / or individual or several parts of the electrode or dialysis cell.
  • a separate power conversion unit is provided for each part of an electrode, in particular for each part of a dialysis cell.
  • Each part of a dialysis cell preferably forms an electrode portion of an electrode.
  • each electrode section of an electrode is assigned a separate power conversion unit.
  • At least one electrode is divided into at least two electrode sections or parts and / or comprises two or more electrode sections or parts which are independent of each other, wherein each electrode section or part of the electrode is associated with a separate power conversion unit.
  • Current conversion unit is preferably a coating stream supplied to the respective electrode portion or part controllable and / or regulated, in particular independent of the coating currents for further electrode sections or parts.
  • asymmetrical workpieces can also be optimally coated.
  • a non-symmetrical, non-linear course of a conveying path, along which the workpieces are conveyed through the dip tank, are controlled.
  • the necessary galvanic separation preferably does not occur
  • the frequency f p is preferably about 20 kHz.
  • the power conversion units may preferably be connected directly to the normal power network.
  • the coating of the workpiece to be coated is preferably taken over by one of the other power conversion units via the electrode assigned to this other power conversion unit.
  • the coating system according to the invention can preferably be used to save energy, since hardly any reactive power is required (cos ⁇ > 0.97 over the entire voltage range from 0 V to approximately 400 V).
  • the isolation transformer is preferably designed so that the apparent power at least approximately corresponds to the active power.
  • the feed can preferably be made from the normal hall network.
  • an improved coating quality is preferably obtained. Furthermore, the coating quality can preferably be optimized by a uniform current-guided driving style.
  • a consumption of coating material can preferably be reduced. Furthermore, a wear of the current collector and the electrodes, in particular the anodes, can be reduced by a uniform current-guided driving.
  • the coating system can be extended without much effort if necessary.
  • the coating system according to the invention is suitable for use in all areas in which an electrochemical coating process, in particular paint coating process, is to be carried out.
  • the coating system is preferably an electrodeposition coating system.
  • the coating stream is preferably a painting stream.
  • the workpieces are preferably paintable by means of the coating system.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a combination of a coating system and a supply current source
  • Fig. 2 is a schematic representation of a power conversion unit of a
  • Fig. 3 is a schematic representation of the coating system of FIG. 1 with a first embodiment of an electrode arrangement in which each electrode group is associated with a power conversion unit of the power conversion system of the coating system each consisting of two electrodes;
  • each electrode is assigned a separate current conversion unit and the electrodes are designed as semi-cylindrical dialysis cells;
  • FIG. 5 shows a schematic illustration corresponding to FIG. 4 of a third embodiment of an electrode arrangement in which divided, flat dialysis cells are provided in the vertical direction, wherein a separate current conversion unit is provided for each partial dialysis cell;
  • FIG. 6 is a schematic illustration, corresponding to FIG. 4, of a fourth embodiment of an electrode arrangement in which a cylindrical dialysis cell is provided, which is arranged in an upper region of a dip tank of the coating installation and aligned parallel to a conveying direction of a conveying device of the coating installation;
  • FIG. 7 shows a schematic representation corresponding to FIG. 6 of a fifth embodiment of an electrode arrangement, wherein the cylindrical dialysis cell is arranged in a lower region of the dip tank;
  • FIG. 8 is a schematic illustration, corresponding to FIG. 7, of a sixth embodiment of an electrode arrangement in which a semi-cylindrical dialysis cell is provided, which extends transversely to the conveying direction of the conveying device of the coating installation; and 9 shows a schematic representation corresponding to FIG. 4 of a seventh embodiment of an electrode arrangement in which two flat dialysis cells and two cylindrical dialysis cells arranged in a lower region of the dip tank are provided.
  • 100 includes a dip tank 102 filled with an immersion bath 104 of coating liquid and a power conversion system 106 by which power from a supply power source 108 for a plurality of electrodes 110 of FIG Coating plant 100 can be provided.
  • workpieces 112 for example vehicle bodies 114
  • the electrodes 110 are used to supply the current to the immersion bath 104 in the immersion basin 102, wherein the workpieces 112 form cathodes 120 and wherein electrodes 110 arranged stationarily in the immersion basin 102 form anodes 122.
  • the anodes 122 are distributed uniformly or non-uniformly in the immersion basin 102 in different embodiments and electrically connected to a respective current conversion unit 124 of the power conversion system 106. To operate the coating system 100, power is required, which can be provided by means of the supply current source 108.
  • a supply current in particular a three-phase current, provided. Since this three-phase current can not be applied directly to the electrodes 110, but must be converted into direct current in order to perform a coating operation, the supply current is converted by means of the current conversion system 106. In particular, by means of the current conversion system 106, a direct current, which is also referred to below as the coating current, is generated.
  • the conveying device 116 By means of the conveying device 116, workpieces 112, in particular vehicle bodies 114, are introduced into the immersion bath 104 in the immersion basin 102 and guided along the conveying direction 118 through the immersion basin 102.
  • the coating current which is generated from the supply current by means of the current conversion system 106 is applied to the electrodes 110.
  • An electric current flow from the anodes 122 to the cathodes 120 formed by the workpieces 112 causes coating material to deposit on the workpieces 112 and thus be coated.
  • each current conversion unit 124 comprises an input 130, with which the current conversion unit 124 can be connected to the supply current source 108.
  • the power conversion unit 124 includes a rectifying device 132 for generating a direct current from the three-phase rotating current of the supply power source 108 and supplying the direct current to a power switch 134 of the power conversion unit 124.
  • the power switch 134 is formed as an insulated gate bi-polar transistor (IGBT) 136 and serves to adjust an electric power transmitted by the power conversion unit 124.
  • IGBT insulated gate bi-polar transistor
  • the power switch 134 is connected on the input side to the rectification device 132 and thus on the input side to the supply current source 108.
  • the power switch 134 On the output side, the power switch 134 is connected to an isolating transformer 138 of the power conversion unit 124.
  • the isolation transformer 138 of the power conversion unit 124 serves to electrically isolate the electrode 110 connected to the power conversion unit 124 from the supply power source 108.
  • the isolation transformer 138 On the input side, the isolation transformer 138 is connected to the power switch 134. On the output side, the isolating transformer 138 is connected to an electrode 110, in particular an anode 122. Since only alternating current can be transmitted by means of the isolation transformer 138, but DC must be applied to the anodes 122, a rectification device 140 and a smoothing device 142 are provided between the isolation transformer 138 and the anode 122. By means of the rectification device 140, the AC current transmitted by the isolation transformer 138 can be rectified. Subsequently, this current can be smoothed by means of the smoothing device 142, which is formed, for example, as a filter 144, so that the coating flow to be supplied to the anode 122 has the lowest possible waviness.
  • the rectification device 140 is connected on the input side to the isolating transformer 138 and on the output side to the smoothing device 142.
  • the smoothing device 142 is connected on the input side to the rectification device 140 and on the output side to an output 146 of the current conversion unit 124.
  • the output 146 of the current conversion unit 124 is connected to an electrode 110, in particular anode 122.
  • the coating installation 100 comprises a control device 148.
  • the control device 148 may be provided centrally for all power conversion units 124.
  • each power conversion unit 124 is provided with a separate control device 148.
  • each power conversion unit 124 is then further associated with an interface 150, so that the control devices 148 of the various power conversion units 124 can communicate with each other directly and / or via a higher-level (not shown) control device.
  • the three-phase rotation current provided by the supply current source 108 which can be applied to the input 130 of the current conversion unit 124, can be converted into a direct current that can be supplied to the anode 122 and can be provided at the output 146 of the current conversion unit 124.
  • FIG 3 shows a first embodiment of an electrode arrangement 149, in which two rows 151 of anodes 122, which are parallel to the conveying direction 118 of the conveying device 116 and run parallel to one another, are provided.
  • Each anode 122 is designed as a flat, plate-shaped dialysis cell 152.
  • Each dialysis cell 152 is multiply divided in the vertical direction, for example, in two parts, wherein preferably both parts 154 of the dialysis cell 152 are connected to a common current conversion unit 124.
  • the two rows 151 of anodes 122 are arranged in a horizontal direction on both sides (right and left) of a conveying path of the workpieces 112.
  • One in Fig. 4 illustrated second embodiment of an electrode assembly 149 differs from that shown in FIG. 3 essentially in that the anodes 122 are designed as semicircular, non-divided dialysis cells 152, which are aligned in the vertical direction, wherein each dialysis cell 152 is assigned a separate current conversion unit 124.
  • the dialysis cells 152 are essentially semicylindrical shell-shaped.
  • the in Fig. 4 illustrated second embodiment of an electrode assembly 149 in terms of structure and function with the in FIG. 3, so that reference is made to the above description thereof in this regard.
  • FIG. 5 illustrated third embodiment of an electrode assembly 149 differs from that shown in FIG. 3 substantially by the fact that a separate power conversion unit 124 is provided for each part 154 of a dialysis cell 152.
  • the third embodiment of an electrode arrangement 149 shown in FIG. 5 is identical in construction and function to the one shown in FIG. 3, so that reference is made to the above description thereof in this regard.
  • a fourth embodiment of an electrode arrangement 149 illustrated in FIG. 6 differs from the second embodiment illustrated in FIG. 4 essentially in that the anode 122 is designed as a round dialysis cell 152.
  • a round dialysis cell 152 is in particular a substantially cylindrical dialysis cell 152.
  • the dialysis cell 152 is in accordance with the in Fig. 6 illustrated fourth embodiment of the electrode assembly 149 disposed in an upper portion 156 of the dip tank 102 and extends substantially parallel to the conveying direction 118th
  • FIG. 6 illustrated fourth embodiment of an electrode assembly 149 in terms of structure and function with the in FIG. 4, so that reference is made to the above description in this respect.
  • a fifth embodiment of an electrode arrangement 149 illustrated in FIG. 7 differs from the fourth embodiment illustrated in FIG. 6 essentially in that the dialysis cell 152 is arranged in a lower region 158 of the immersion basin 102.
  • the fifth embodiment of the electrode assembly 149 shown in FIG. 7 is identical in structure and function to the fourth embodiment shown in FIG. 6, so that reference is made to the above description thereof.
  • a sixth embodiment of an electrode arrangement 149 shown in FIG. 8 differs from that shown in FIG. 7, essentially in that the dialysis cell 152 is designed as a half-cylinder shell-shaped dialysis cell 152.
  • dialysis cell 152 is shown in FIG. 8 illustrated sixth embodiment of the electrode assembly 149 not parallel, but aligned transversely to the conveying direction 118.
  • the in Fig. 8 illustrated sixth embodiment of the electrode assembly 149 in structure and function with the in FIG. 7, so that reference is made to the above description thereof in this regard.
  • a seventh embodiment of an electrode arrangement 149 illustrated in FIG. 9 differs from that shown in FIG. 3, essentially in that both two flat, plate-shaped dialysis cells 152 and two cylindrical dialysis cells 152 are provided, wherein the cylindrical dialysis cells 152 are arranged underneath the plate-shaped dialysis cells 152 and wherein each dialysis cell 152 is assigned to a separate current conversion unit 124.
  • the flat, plate-shaped dialysis cells 152 are arranged adjacent to one another with respect to the conveying direction 118.
  • the round dialysis cells 152 are arranged offset to one another in the vertical direction and are aligned parallel to one another and parallel to the conveying direction 118.
  • the dialysis cells 152 are not arranged one behind the other in the conveying direction 118, but extend at least in sections next to one another parallel to the conveying direction 118.
  • FIG. 9 illustrated seventh embodiment of an electrode assembly 149 in structure and function with the in FIG. 3, so that reference is made to the above description thereof in this regard.
  • round or semicircular dialysis cells 152 can be used to optimize the coating process in addition to flat dialysis cells 152.
  • the current intensity of the coating current and the electric field in the immersion bath 104 can be specifically influenced in order to obtain an optimum coating result. Furthermore, by providing independent current conversion units 124, each with a separate isolation transformer 138, a failure of a defective power conversion unit 124 can be compensated for by amplifying a coating current delivered to an adjacent anode 122 by means of a further current conversion unit 124.
  • the coating system 100 shown in FIGS. 1 to 9 is thus flexible and reliable operable.

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Abstract

Um eine Beschichtungsanlage zum Beschichten von Werkstücken, welche ein Tauchbecken, in das die Werkstücke zum Beschichten derselben einbringbar sind, ein Stromwandlungssystem zur Bereitstellung eines Beschichtungsstroms, der zum Beschichten der Werkstücke durch das Tauchbecken hindurchleitbar ist, und eine Elektrode, die in dem Tauchbecken anordenbar ist und die mit dem Stromwandlungssystem elektrisch verbunden ist, umfasst, zu schaffen, welche flexibel und zuverlässig betreibbar ist, wird vorgeschlagen, dass das Stromwandlungssystem eine Stromwandlungseinheit umfasst, die einen Leistungsschalter und einen Trenntransformator umfasst, wobei der Leistungsschalter eingangsseitig mit einer Versorgungsstromquelle verbindbar und ausgangsseitig mit dem Trenntransformator verbunden ist und wobei der Trenntransformator eingangsseitig mit dem Leistungsschalter und ausgangsseitig mit einer Elektrode verbunden ist.

Description

Beschichtungsanlage und Verfahren zum Beschichten von
Werkstücken
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage zum Beschichten von Werkstücken, welche ein Tauchbecken, in das die Werkstücke zum Beschichten derselben einbringbar sind, ein Stromwandlungssystem zur Bereitstellung eines Beschichtungsstroms, der zum Beschichten der Werkstücke durch das Tauchbecken hindurch leitbar ist, und eine Elektrode, die in dem Tauchbecken anordenbar ist und die mit dem Stromwandlungssystem elektrisch verbunden ist, umfasst.
Eine solche Beschichtungsanlage ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 061 791 AI bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtungsanlage bereitzustellen, welche flexibel und zuverlässig betreibbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Stromwandlungssystem eine Stromwandlungseinheit umfasst, die einen Leistungsschalter und einen Trenntransformator umfasst, wobei der Leistungsschalter eingangs- seitig mit einer Versorgungsstromquelle verbindbar und ausgangsseitig mit dem Trenntransformator verbunden ist und wobei der Trenntransformator eingangsseitig mit dem Leistungsschalter und ausgangsseitig mit einer Elektrode verbunden ist.
Dadurch, dass das Stromwandlungssystem eine Stromwandlungseinheit umfasst, die einen Leistungsschalter und einen Trenntransformator umfasst, ist das Stromwandlungssystem flexibel einsetzbar. Vorzugsweise sind mehrere Stromwandlungseinheiten vorgesehen, welche jeweils einen Leistungsschalter und einen eingangsseitig mit dem Leistungsschalter verbundenen Trenntransformator umfassen. Unter einem "Strom" ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ein elektrischer Strom zu verstehen.
Unter den Begriffen "verbindbar" und "verbunden" ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen sowohl eine unmittelbare als auch eine mittelbare elektrische Verbindung zu verstehen. Es kann bei einer mittelbaren Verbindung vorgesehen sein, dass zwischen zwei miteinander verbundenen oder verbindbaren Elementen oder Bauteilen weitere Elemente oder Bauteile angeordnet sind.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels des
Leistungsschalters aus einem Versorgungsstrom der Versorgungsstromquelle ein vorgebbarer Beschichtungsstrom zur Zuführung zu einer Elektrode erzeugbar ist.
Insbesondere ist mittels des Leistungsschalters eine Stromstärke des Be- schichtungsstroms einstellbar.
Günstig kann es sein, wenn mittels des Trenntransformators der Leistungsschalter galvanisch von der Elektrode getrennt ist.
Insbesondere ist mittels des Trenntransformators die Versorgungsstromquelle galvanisch von der Elektrode getrennt.
Günstig kann es sein, wenn der Leistungsschalter einen Leistungshalbleiter umfasst.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Leistungsschalter einen
Insulated Gate Bi-Polar Transistor (IGBT) umfasst. Dies ermöglicht einen besonders zuverlässigen und verlustarmen Betrieb des Leistungsschalters und somit des Stromwandlungssystems. Die Stromwandlungseinheit umfasst vorzugsweise eine Gleichrichtungsvorrichtung und/oder Glättungsvorrichtung, welche eingangsseitig mit der Versorgungsstromquelle verbindbar und ausgangsseitig mit dem Leistungsschalter verbunden ist. Auf diese Weise kann der Stromwandlungseinheit Wechselstrom zugeführt werden, welcher mittels der Gleichrichtungsvorrichtung und/oder Glättungsvorrichtung zur Bereitstellung desselben an dem Leistungsschalter in einen Gleichstrom wandelbar ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Stromwandlungseinheit eine Gleichrichtungsvorrichtung und/oder Glättungsvorrichtung umfasst, welche eingangsseitig mit dem Trenntransformator und ausgangsseitig mit einer Elektrode verbunden ist. Auf diese Weise kann das mittels des Leistungsschalters erzeugte, hochfrequente Rechtecksignal für eine gleichmäßige Beaufschlagung der Elektrode mit Beschichtungsstrom besonders einfach geglättet werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Stromwandlungseinheit eine Gleichrichtungsvorrichtung und/oder Glättungsvorrichtung umfasst, mittels welcher ein Dreiphasenwechselstrom der Versorgungsstromquelle zur Erzeugung eines Gleichstroms mit niedriger Welligkeit wandelbar ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stromwandlungssystem mindestens zwei im Wesentlichen identisch ausgebildete Stromwandlungseinheiten umfasst.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Stromwandlungseinheiten als Module ausgebildet sind und somit insbesondere in sich abgeschlossene, austauschbare und/oder funktional voneinander unabhängige Funktionseinheiten des Stromwandlungssystems sind. Vorteilhaft kann es sein, wenn die Beschichtungsanlage mindestens zwei Stromwandlungseinheiten umfasst, welche mit jeweils einer Elektrode elektrisch verbunden sind.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Beschichtungsanlage mindestens zwei Stromwandlungseinheiten umfasst, welchen voneinander verschiedene Elektrodengruppen zugeordnet sind . Auf diese Weise sind mindestens zwei Elektrodengruppen mittels zweier voneinander verschiedener Stromwandlungseinheiten unabhängig voneinander ansteuerbar und/oder regelbar.
Vorzugsweise ist jeder Elektrode eine separate Stromwandlungseinheit zugeordnet. Auf diese Weise kann eine besonders flexible Ansteuerung der Elektroden in dem Tauchbecken durchgeführt werden.
In dem Tauchbecken sind vorzugsweise mehrere Beschichtungsbereiche gebildet. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mehrere Beschichtungsbereiche in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind . Ferner kann vorgesehen sein, dass mehrere Beschichtungsbereiche in einer Förderrichtung der Werkstücke hintereinander angeordnet sind .
Jedem Beschichtungsbereich ist vorzugsweise eine Elektrode, insbesondere eine Elektrodengruppe, zugeordnet.
Eine Elektrodengruppe kann eine oder mehrere Elektroden umfassen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Elektrode als eine Dialysezelle ausgebildet ist.
Günstig kann es sein, wenn eine Elektrode im Wesentlichen plattenförmig, zylindrisch oder halbzylindrisch ausgebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Elektrode als eine flache, beispielsweise plattenförmige, eine halbrunde, beispielsweise halbzylinderschalenförmige, oder als eine runde, beispielsweise zylinderförmige, Dialysezelle ausgebildet ist.
Die Beschichtungsanlage umfasst vorzugsweise eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Stromwandlungssystems.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuerungsvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung mehrerer Stromwandlungseinheiten des
Stromwandlungssystems dient.
Mittels der Steuerungsvorrichtung sind vorzugsweise mehrere Stromwandlungseinheiten, welchen voneinander verschiedene Elektrodengruppen zugeordnet sind, im Wesentlichen unabhängig voneinander steuerbar und/oder regelbar.
Vorzugsweise ist eine gezielte räumliche Stromverteilung in dem Tauchbecken realisierbar.
Vorteilhaft kann es sein, wenn mittels der Steuerungsvorrichtung mehrere Stromwandlungseinheiten, welchen voneinander verschiedene Elektrodengruppen zugeordnet sind, derart miteinander koordinierbar sind, dass die Stromstärke und/oder eine räumliche Verteilung des Beschichtungsstroms zur Anpassung desselben an die Geometrie der Werkstücke und/oder an einen Förderweg der Werkstücke und/oder zur Kompensation einer irregulären Funktion einer Stromwandlungseinheit gezielt beeinflussbar sind.
Unter einer "irregulären Funktion" einer Stromwandlungseinheit ist insbesondere ein Defekt oder ein Totalausfall der Stromwandlungseinheit zu verstehen. Ferner liegt eine "irreguläre Funktion" vor, wenn ein mittels einer Stromwandlungseinheit bereitgestellter Beschichtungsstrom einen vorgegebenen Wert, insbesondere eine vorgegebene Stromstärke, unterschreitet. Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Elektrode, welche mit der Stromwandlungseinheit elektrisch verbunden ist, eine Anode ist. Die Werkstücke bilden dann vorzugsweise Kathoden.
Die Elektrode, welche mit der Stromwandlungseinheit elektrisch verbunden ist, ist insbesondere eine stationäre, in dem Tauchbecken räumlich fest angeordnete Elektrode, insbesondere Anode.
Vorzugsweise sind sämtliche Elektroden, welche mit Stromwandlungseinheiten elektrisch verbunden sind, stationäre Elektroden, insbesondere Anoden .
Grundsätzlich kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Elektrode, welche mit einer Stromwandlungseinheit elektrisch verbunden ist, eine Kathode ist. Die Kathode kann dann eine stationäre Elektrode in dem Tauchbecken oder ein Werkstück sein.
Die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Kombination aus einer Versorgungsstromquelle und einer Beschichtungsanlage.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Kombination aus einer Versorgungsstromquelle und einer Beschichtungsanlage.
Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Kombination vorgesehen, dass der Leistungsschalter einer Stromwandlungseinheit der Beschichtungsanlage ohne galvanische Trennung eingangsseitig an die Versorgungsstromquelle anschließbar oder angeschlossen ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Leistungsschalter der Stromwandlungseinheit mittels einer elektrischen Leitung direkt an eine Dreiphasenwechselstrom-Versorgungsleitung der Versorgungsstromquelle anschließbar ist. Die notwendige galvanische Trennung zwischen der Versorgungsstromquelle und einer Elektrode erfolgt dann vorzugsweise nur durch den Trenntransformator, welcher eingangsseitig mit dem Leistungsschalter und ausgangsseitig mit einer Elektrode verbunden ist.
Die Kombination aus einer Versorgungsstromquelle und einer Beschichtungsanlage weist vorzugsweise ferner die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Beschichten von Werkstücken bereitzustellen, welches flexibel und zuverlässig, insbesondere mittels der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage und/oder der erfindungsgemäßen Kombination aus einer Beschichtungsanlage und einer Versorgungsstromquelle, durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
Einbringen von Werkstücken in ein Tauchbecken zum Beschichten der
Werkstücke;
Erzeugen eines Beschichtungsstroms aus einem Versorgungsstrom mittels eines Stromwandlungssystems, welches eine Stromwandlungseinheit umfasst, die einen Leistungsschalter und einen Trenntransformator umfasst,
wobei der Leistungsschalter eingangsseitig mit einer Versorgungsstromquelle und ausgangsseitig mit dem Trenntransformator verbunden ist und
wobei der Trenntransformator eingangsseitig mit dem Leistungsschalter und ausgangsseitig mit einer in dem Tauchbecken angeordneten Elektrode verbunden ist; und
Hindurchleiten des Beschichtungsstroms durch das Tauchbecken zum Beschichten der Werkstücke. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten von Werkstücken weist vorzugsweise die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage und/oder mit der erfindungsgemäßen Kombination aus einer Versorgungsstromquelle und einer Beschichtungsanlage beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Stromstärke des Beschichtungsstroms mittels des Leistungsschalters der Stromwandlungseinheit eingestellt wird . Der Beschichtungsstrom wird dann mittels des Trenntransformators der Stromwandlungseinheit einer in dem Tauchbecken angeordneten Elektrode zugeführt.
Ferner können die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage, die erfindungsgemäße Kombination aus einer Beschichtungsanlage und einer Versorgungsstromquelle und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten von Werkstücken die nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen :
Insbesondere durch die Verwendung mehrerer Stromwandlungseinheiten des Stromwandlungssystems können benachbarte Stromwandlungseinheiten den von einer ausgefallenen Stromwandlungseinheit bereitgestellten Beschichtungsstrom vorzugsweise zusätzlich aufbringen. Eine entsprechende Steuerung und/oder Regelung der Stromwandlungseinheiten des Stromwandlungssystems erfolgt vorzugsweise mittels der Steuerungsvorrichtung.
Vorzugsweise wird die benötigte Gesamtbeschichtungsenergie, das heißt der benötigte Gesamtbeschichtungsstrom, auf mehrere Stromwandlungseinheiten des Stromwandlungssystems verteilt. Hierdurch können mehrere Spannungspotentiale zum Beschichten der Werkstücke bereitgestellt werden, wodurch sich ein Beschichtungsergebnis verbessern lässt. Bei der Verwendung von mehreren Stromwandlungseinheiten können diese vorzugsweise völlig autark stromgeführt oder spannungsgeführt angesteuert werden.
In Abhängigkeit von der Bestückung des Tauchbeckens mit Elektroden, insbesondere Anoden, beispielsweise flache, halbrunde oder runde Dialysezellen, welche die Anoden bilden, kann vorgesehen sein, dass die Elektroden paarweise mit jeweils einer Stromwandlungseinheit verbunden sind.
Insbesondere zur Beschichtung von unsymmetrischen Körpern können in vertikaler Richtung geteilte Elektroden, insbesondere Dialysezellen, vorgesehen sein, wobei jeweils eine Stromwandlungseinheit vorgesehen ist, welche einen Teil der Elektrode, insbesondere der Dialysezelle, mit Beschichtungsstrom versorgt.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Elektrode, insbesondere mindestens eine Dialysezelle, insbesondere in vertikaler Richtung, so in mindestens zwei Teile geteilt ist, dass ein Verhältnis, insbesondere ein Höhenverhältnis und/oder ein Flächenverhältnis, der mindestens zwei Teile einen beliebigen Wert annehmen kann.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Verhältnis, insbesondere das Höhenverhältnis und/oder das Flächenverhältnis, der zwei oder mehr Teile mindestens einer Elektrode, insbesondere Dialysezelle, ungefähr 1 : 1, 3/4 : 1/4, 1/4 : 3/4, Vs : 7s, 7s : 2/3, 7s : 7s : 7s, 74 : 74 : 2/4, 74 : 2/4 : 74 oder 2/4 : 74 : 74 beträgt. Auf diese Weise kann ein Beschichtungsstrom gezielt an die
Anforderungen eines zu beschichtenden Werkstücks angepasst werden.
Die Verwendung von geteilten Elektroden, insbesondere geteilten Dialysezellen, das heißt von mehrere Teile aufweisenden Elektroden bzw. Dialysezellen, ermöglicht vorzugsweise die Reduktion der bei Anlieferung und
Montage der Beschichtungsanlage benötigten Bauteile. Grundsätzlich eignen sich für die gesamte Elektrode, insbesondere die gesamte Dialysezelle, und/oder einzelne oder mehrere Teile der Elektrode bzw. der Dialysezelle Flachzellen, halbrunde Zellen und/oder runde Zellen.
Vorzugsweise ist für jeden Teil einer Elektrode, insbesondere für jeden Teil einer Dialysezelle, eine separate Stromwandlungseinheit vorgesehen.
Jeder Teil einer Dialysezelle bildet vorzugsweise einen Elektrodenabschnitt einer Elektrode.
Vorzugsweise ist jedem Elektrodenabschnitt einer Elektrode eine separate Stromwandlungseinheit zugeordnet.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Elektrode in mindestens zwei Elektrodenabschnitte oder Teile geteilt ist und/oder zwei oder mehr Elektrodenabschnitte oder Teile umfasst, welche unabhängig voneinander sind, wobei jedem Elektrodenabschnitt oder Teil der Elektrode eine separate Stromwandlungseinheit zugeordnet ist. Mittels der separaten
Stromwandlungseinheit ist vorzugsweise ein dem jeweiligen Elektrodenabschnitt oder Teil zugeführter Beschichtungsstrom steuerbar und/oder regelbar, insbesondere unabhängig von den Beschichtungsströmen für weitere Elektrodenabschnitte oder Teile.
Durch die Verwendung von individuell stromgeführten oder spannungsgeführ- ten Elektroden, insbesondere Anoden, welchen jeweils separate Stromwandlungseinheiten zugeordnet sind, können auch unsymmetrische Werkstücke optimal beschichtet werden. Insbesondere kann durch eine solche Einzelansteuerung der Elektroden ein nichtsymmetrischer, nicht geradliniger Verlauf eines Förderwegs, längs welchem die Werkstücke durch das Tauchbecken gefördert werden, ausgesteuert werden. Die notwendige galvanische Trennung erfolgt vorzugsweise nicht durch
Transformatoren auf der Eingangsseite, sondern durch einen in der Stromwandlungseinheit eingebauten Trenntransformator auf der Hochfrequenzseite. Die Frequenz fp beträgt vorzugsweise ungefähr 20 kHz. Die Stromwandlungseinheiten können vorzugsweise direkt an das normale Leistungsnetz angeschlossen werden.
Bei Ausfall einer Stromwandlungseinheit wird die Beschichtung des zu beschichtenden Werkstücks vorzugsweise von einer der anderen Stromwandlungseinheiten über die dieser anderen Stromwandlungseinheit zugeordnete Elektrode mit übernommen.
Mittels der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage kann vorzugsweise eine Energieeinsparung erfolgen, da kaum Blindleistung benötigt wird (cos φ > 0,97 über den kompletten Spannungsbereich von 0 V bis ungefähr 400 V). Der Trenntransformator wird vorzugsweise so ausgelegt, dass die Scheinleistung zumindest näherungsweise der Wirkleistung entspricht. Die Einspeisung kann vorzugsweise aus dem normalen Hallennetz erfolgen.
Durch eine deutlich reduzierte Oberwellenbelastung ist vorzugsweise eine sehr geringe Netzbelastung erreichbar.
Durch eine bevorzugt sehr geringe Restwilligkeit (kleiner 1% über den kompletten Strom- und Spannungsbereich) wird vorzugsweise eine verbesserte Beschichtungsqualität erhalten. Ferner kann die Beschichtungsqualität vorzugsweise durch eine gleichmäßige stromgeführte Fahrweise optimiert werden.
Durch eine gezielte Beschichtung aufgrund der Einzelansteuerung der Stromwandlungseinheiten und somit der mit den Stromwandlungseinheiten verbundenen Elektroden, insbesondere Anoden, kann ein Verbrauch von Beschich- tungsmaterial vorzugsweise reduziert werden. Ferner kann durch eine gleichmäßige stromgeführte Fahrweise ein Verschleiß der Stromabnehmer und der Elektroden, insbesondere der Anoden, reduziert werden.
Aufgrund des vorzugsweise modularen Aufbaus kann die Beschichtungsanlage ohne großen Aufwand bei Bedarf erweitert werden.
Die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage eignet sich zum Einsatz in sämtlichen Bereichen, in welchen ein elektrochemischer Beschichtungsprozess, insbesondere Lackbeschichtungsprozess, durchgeführt werden soll.
Die Beschichtungsanlage ist vorzugsweise eine Elektrotauchlackieranlage.
Der Beschichtungsstrom ist vorzugsweise ein Lackierstrom.
Die Werkstücke sind mittels der Beschichtungsanlage vorzugsweise lackierbar.
Weitere Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen :
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kombination aus einer Beschichtungsanlage und einer Versorgungsstromquelle;
Fig . 2 eine schematische Darstellung einer Stromwandlungseinheit eines
Stromwandlungssystems der Beschichtungsanlage aus Fig . 1 ;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Beschichtungsanlage aus Fig . 1 mit einer ersten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, bei welcher jeder Elektrodengruppe aus jeweils zwei Elektroden eine Stromwandlungseinheit des Stromwandlungssystems der Beschichtungsanlage zugeordnet ist;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, bei welcher jeder Elektrode eine separate Stromwandlungseinheit zugeordnet ist und die Elektroden als halbzylindrische Dialysezellen ausgebildet sind;
Fig 5 eine der Fig. 4 entsprechende schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, bei welcher in vertikaler Richtung geteilte, flache Dialysezellen vorgesehen sind, wobei für jede Teil-Dialysezelle eine separate Stromwandlungseinheit vorgesehen ist;
Fig. 6 eine der Fig. 4 entsprechende schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, bei welcher eine zylindrische Dialysezelle vorgesehen ist, die in einem oberen Bereich eines Tauchbeckens der Beschichtungsanlage angeordnet und parallel zu einer Förderrichtung einer Fördervorrichtung der Beschichtungsanlage ausgerichtet ist;
Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, wobei die zylindrische Dialysezelle in einem unteren Bereich des Tauchbeckens angeordnet ist;
Fig . 8 eine der Fig. 7 entsprechende schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, bei welcher eine halbzylindrische Dialysezelle vorgesehen ist, welche sich quer zu der Förderrichtung der Fördervorrichtung der Beschichtungsanlage erstreckt; und Fig. 9 eine der Fig. 4 entsprechende schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, bei welcher zwei flache Dialysezellen und zwei in einem unteren Bereich des Tauchbeckens angeordnete zylindrische Dialysezellen vorgesehen sind.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine in den Fig. 1 bis 9 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Beschickungsanlage umfasst ein Tauchbecken 102, welches mit einem Tauchbad 104 aus Beschichtungsflüssigkeit gefüllt ist, und ein Stromwandlungssystem 106, mittels welchem Strom aus einer Versorgungsstromquelle 108 für eine Vielzahl von Elektroden 110 der Beschichtungsanlage 100 bereitstellbar ist.
Mittels der Beschichtungsanlage 100 sind Werkstücke 112, beispielsweise Fahrzeugkarosserien 114, beschichtbar, insbesondere lackierbar, indem die Werkstücke 112 mittels einer Fördervorrichtung 116 in das Tauchbecken 102 eingebracht, in einer Förderrichtung 118 durch das Tauchbecken 102 hindurchgeführt und wieder aus dem Tauchbecken 102 entnommen werden, wobei während des Aufenthalts der Werkstücke 112 in dem Tauchbecken 102 ein Strom durch das Tauchbad 104 in dem Tauchbecken 102 hindurchgeleitet wird .
Zur Zuleitung des Stroms zu dem Tauchbad 104 in dem Tauchbecken 102 dienen die Elektroden 110, wobei die Werkstücke 112 Kathoden 120 bilden und wobei stationär in dem Tauchbecken 102 angeordnete Elektroden 110 Anoden 122 bilden.
Die Anoden 122 sind in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gleichmäßig oder ungleichmäßig in dem Tauchbecken 102 verteilt angeordnet und mit jeweils einer Stromwandlungseinheit 124 des Stromwandlungssystems 106 elektrisch verbunden. Zum Betrieb der Beschichtungsanlage 100 wird Strom benötigt, welcher mittels der Versorgungsstromquelle 108 bereitstellbar ist.
Zur Durchführung eines Beschichtungsvorgangs wird somit eine Kombination 126 aus der Beschichtungsanlage 100 und der Versorgungsstromquelle 108 benötigt.
Die vorstehend beschriebene Kombination 126 aus der Beschichtungsanlage 100 und der Versorgungsstromquelle 108 funktioniert wie folgt:
Mittels der Versorgungsstromquelle 108 wird ein Versorgungsstrom, insbesondere ein Dreiphasendrehstrom, bereitgestellt. Da dieser Drehstrom nicht direkt an die Elektroden 110 angelegt werden kann, sondern in Gleichstrom gewandelt werden muss, um einen Beschichtungsvorgang durchführen zu können, wird der Versorgungsstrom mittels des Stromwandlungssystems 106 umgewandelt. Insbesondere wird mittels des Stromwandlungssystems 106 ein Gleichstrom, welcher nachfolgend auch als Beschichtungsstrom bezeichnet wird, erzeugt.
Mittels der Fördervorrichtung 116 werden Werkstücke 112, insbesondere Fahrzeugkarosserien 114, in das Tauchbad 104 in dem Tauchbecken 102 eingebracht und längs der Förderrichtung 118 durch das Tauchbecken 102 hindurchgeführt. Dabei wird an die Elektroden 110 der Beschichtungsstrom, welcher mittels des Stromwandlungssystems 106 aus dem Versorgungsstrom erzeugt wird, angelegt. Ein elektrischer Stromfluss von den Anoden 122 zu den durch die Werkstücke 112 gebildeten Kathoden 120 führt dazu, dass sich an den Werkstücken 112 Beschichtungsmaterial ablagert und diese somit beschichtet werden.
Die Bereitstellung des Beschichtungsstroms an den einzelnen Anoden 122 erfolgt mittels einzelner Stromwandlungseinheiten 124 des Stromwandlungssystems 106. Wie Fig . 2 zu entnehmen ist, umfasst jede Stromwandlungseinheit 124 einen Eingang 130, mit welchem die Stromwandlungseinheit 124 an die Versorgungsstromquelle 108 anschließbar ist.
Ferner umfasst die Stromwandlungseinheit 124 eine Gleichrichtungsvorrichtung 132 zur Erzeugung eines Gleichstroms aus dem Dreiphasendrehstrom der Versorgungsstromquelle 108 und zur Zuführung des Gleichstroms zu einem Leistungsschalter 134 der Stromwandlungseinheit 124.
Der Leistungsschalter 134 ist als Insulated Gate Bi-Polar Transistor (IGBT) 136 ausgebildet und dient der Einstellung einer mittels der Stromwandlungseinheit 124 übertragenen elektrischen Leistung .
Der Leistungsschalter 134 ist eingangsseitig mit der Gleichrichtungsvorrichtung 132 und somit eingangsseitig mit der Versorgungsstromquelle 108 verbunden.
Ausgangsseitig ist der Leistungsschalter 134 mit einem Trenntransformator 138 der Stromwandlungseinheit 124 verbunden.
Der Trenntransformator 138 der Stromwandlungseinheit 124 dient der galvanischen Trennung der mit der Stromwandlungseinheit 124 verbundenen Elektrode 110 von der Versorgungsstromquelle 108.
Eingangsseitig ist der Trenntransformator 138 mit dem Leistungsschalter 134 verbunden. Ausgangsseitig ist der Trenntransformator 138 mit einer Elektrode 110, insbesondere einer Anode 122, verbunden. Da mittels des Trenntransformators 138 lediglich Wechselstrom übertragen werden kann, an die Anoden 122 jedoch Gleichstrom angelegt werden muss, sind zwischen dem Trenntransformator 138 und der Anode 122 eine Gleichrichtungsvorrichtung 140 und eine Glättungsvorrichtung 142 vorgesehen. Mittels der Gleichrichtungsvorrichtung 140 kann der mittels des Trenntransformators 138 übertragene Wechselstrom gleichgerichtet werden. Anschließend kann dieser Strom mittels der Glättungsvorrichtung 142, welche beispielsweise als ein Filter 144 ausgebildet ist, geglättet werden, so dass der der Anode 122 zuzuführende Beschichtungsstrom eine möglichst geringe Welligkeit aufweist.
Die Gleichrichtungsvorrichtung 140 ist eingangsseitig mit dem Trenntransformator 138 und ausgangsseitig mit der Glättungsvorrichtung 142 verbunden.
Die Glättungsvorrichtung 142 ist eingangsseitig mit der Gleichrichtungsvorrichtung 140 und ausgangsseitig mit einem Ausgang 146 der Stromwandlungseinheit 124 verbunden.
Der Ausgang 146 der Stromwandlungseinheit 124 ist mit einer Elektrode 110, insbesondere Anode 122, verbunden.
Zur Steuerung und/oder Regelung der Stromwandlungseinheit 124, insbesondere sämtlicher Stromwandlungseinheiten 124 des Stromwandlungssystems 106, umfasst die Beschichtungsanlage 100 eine Steuerungsvorrichtung 148.
Die Steuerungsvorrichtung 148 kann zentral für sämtliche Stromwandlungseinheiten 124 vorgesehen sein.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass jede Stromwandlungseinheit 124 mit einer separaten Steuerungsvorrichtung 148 versehen ist. Vorzugsweise ist dann jeder Stromwandlungseinheit 124 ferner eine Schnittstelle 150 zugeordnet, so dass die Steuerungsvorrichtungen 148 der verschiedenen Stromwandlungseinheiten 124 direkt und/oder über eine übergeordnete (nicht dargestellte) Steuerungsvorrichtung miteinander kommunizieren können. Mittels der in Fig . 2 dargestellten Stromwandlungseinheit 124 kann auf einfache Weise der mittels der Versorgungsstromquelle 108 bereitgestellte Drei- phasendrehstrom, welcher an dem Eingang 130 der Stromwandlungseinheit 124 anlegbar ist, in einen einer Anode 122 zuführbaren, am Ausgang 146 der Stromwandlungseinheit 124 bereitstellbaren Gleichstrom gewandelt werden.
Bevorzugte Anordnungen und Ausgestaltungen der Elektroden 110, insbesondere der Anoden 122, in dem Tauchbecken 102 der Beschichtungsanlage 100 sind in den nachfolgend beschriebenen Fig . 3 bis 9 dargestellt.
Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149, bei welcher zwei parallel zur Förderrichtung 118 der Fördervorrichtung 116 und parallel zueinander verlaufende Reihen 151 von Anoden 122 vorgesehen sind.
Jede Anode 122 ist dabei als eine flache, plattenförmige Dialysezelle 152 ausgebildet. Jede Dialysezelle 152 ist in vertikaler Richtung mehrfach geteilt, zum Beispiel zweigeteilt, wobei vorzugsweise beide Teile 154 der Dialysezelle 152 mit einer gemeinsamen Stromwandlungseinheit 124 verbunden sind .
Die beiden Reihen 151 von Anoden 122 sind in horizontaler Richtung zu beiden Seiten (rechts und links) eines Förderwegs der Werkstücke 112 angeordnet.
Eine in Fig . 4 dargestellte zweite Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 unterscheidet sich von der in Fig . 3 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Anoden 122 als halbrunde, nicht geteilte Dialysezellen 152 ausgebildet sind, welche in vertikaler Richtung ausgerichtet sind, wobei jeder Dialysezelle 152 eine separate Stromwandlungseinheit 124 zugeordnet ist. Insbesondere sind die Dialysezellen 152 im Wesentlichen halb- zylinderschalenförmig ausgebildet. Im Übrigen stimmt die in Fig . 4 dargestellte zweite Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig . 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig . 5 dargestellte dritte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 unterscheidet sich von der in Fig . 3 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass für jeden Teil 154 einer Dialysezelle 152 eine separate Stromwandlungseinheit 124 vorgesehen ist.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 5 dargestellte dritte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig . 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird .
Eine in Fig. 6 dargestellte vierte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 unterscheidet sich von der in Fig. 4 dargestellten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Anode 122 als eine runde Dialysezelle 152 ausgebildet ist. Eine runde Dialysezelle 152 ist insbesondere eine im Wesentlichen zylindrische Dialysezelle 152.
Die Dialysezelle 152 ist gemäß der in Fig . 6 dargestellten vierten Ausführungsform der Elektrodenanordnung 149 in einem oberen Bereich 156 des Tauchbeckens 102 angeordnet und erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Förderrichtung 118.
Im Übrigen stimmt die in Fig . 6 dargestellte vierte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig . 4 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Eine in Fig. 7 dargestellte fünfte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 unterscheidet sich von der in Fig. 6 dargestellten vierten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass Dialysezelle 152 in einem unteren Bereich 158 des Tauchbeckens 102 angeordnet ist.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 7 dargestellte fünfte Ausführungsform der Elektrodenanordnung 149 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig. 6 dargestellten vierten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 8 dargestellte sechste Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 unterscheidet sich von der in Fig . 7 dargestellten fünften Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Dialysezelle 152 als eine halb- zylinderschalenförmige Dialysezelle 152 ausgebildet ist.
Ferner ist die Dialysezelle 152 gemäß der in Fig . 8 dargestellten sechsten Ausführungsform der Elektrodenanordnung 149 nicht parallel, sondern quer zur Förderrichtung 118 ausgerichtet.
Im Übrigen stimmt die in Fig . 8 dargestellte sechste Ausführungsform der Elektrodenanordnung 149 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig . 7 dargestellten fünften Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 9 dargestellte siebte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 unterscheidet sich von der in Fig . 3 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass sowohl zwei flache, plattenförmige Dialysezellen 152 als auch zwei zylindrische Dialysezellen 152 vorgesehen sind, wobei die zylindrischen Dialysezellen 152 unterhalb der plattenförmigen Dialysezellen 152 angeordnet sind und wobei jede Dialysezelle 152 einer separaten Stromwandlungseinheit 124 zugeordnet ist. Die flachen, plattenförmigen Dialysezellen 152 sind bezüglich der Förderrichtung 118 benachbart zueinander angeordnet.
Die runden Dialysezellen 152 sind in vertikaler Richtung versetzt zueinander angeordnet und parallel zueinander sowie parallel zur Förderrichtung 118 ausgerichtet.
Die Dialysezellen 152 sind nicht in der Förderrichtung 118 hintereinander angeordnet, sondern erstrecken sich zumindest abschnittsweise nebeneinander parallel zur Förderrichtung 118.
Im Übrigen stimmt die in Fig . 9 dargestellte siebte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 149 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig . 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Zur Anpassung an die Form und Größe der Werkstücke 112 können sämtliche Arten und Anordnungen der vorstehend beschriebenen Anoden 122, insbesondere der vorstehend beschriebenen Dialysezellen 152, beliebig miteinander kombiniert werden.
So können insbesondere die runden oder halbrunden Dialysezellen 152 zur Optimierung des Beschichtungsprozesses ergänzend zu flachen Dialysezellen 152 verwendet werden.
Durch die Verwendung von mehreren Stromwandlungseinheiten 124 für voneinander verschiedene Elektrodengruppen 160, insbesondere für die Verwendung einzelner Anoden 122, können die Stromstärke des Beschichtungsstroms und das elektrische Feld in dem Tauchbad 104 gezielt beeinflusst werden, um ein optimales Beschichtungsergebnis zu erhalten. Ferner kann dadurch, dass voneinander unabhängige Stromwandlungseinheiten 124 mit jeweils separatem Trenntransformator 138 vorgesehen sind, ein Ausfall einer defekten Stromwandlungseinheit 124 dadurch kompensiert werden, dass mittels einer weiteren Stromwandlungseinheit 124 ein auf eine benachbarte Anode 122 abgegebener Beschichtungsstrom entsprechend verstärkt wird .
Die in den Fig. 1 bis 9 dargestellte Beschichtungsanlage 100 ist dadurch flexibel und zuverlässig betreibbar.

Claims

Patentansprüche
Beschichtungsanlage zum Beschichten von Werkstücken (112), umfassend :
ein Tauchbecken (102), in welches die Werkstücke (112) zum Beschichten derselben einbringbar sind;
ein Stromwandlungssystem (106) zur Bereitstellung eines Be- schichtungsstroms, welcher zum Beschichten der Werkstücke (112) durch das Tauchbecken (102) hindurchleitbar ist; und
eine Elektrode (110), welche in dem Tauchbecken (102)
anordenbar ist und welche mit dem Stromwandlungssystem (106) elektrisch verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Stromwandlungssystem (106) eine Stromwandlungseinheit (124) umfasst, die einen Leistungsschalter (134) und einen Trenntransformator (138) umfasst,
wobei der Leistungsschalter (134) eingangsseitig mit einer Versorgungsstromquelle (108) verbindbar und ausgangsseitig mit dem Trenntransformator (138) verbunden ist und
wobei der Trenntransformator (138) eingangsseitig mit dem Leistungsschalter (134) und ausgangsseitig mit einer Elektrode (110) verbunden ist.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Leistungsschalters (134) aus einem Versorgungsstrom der Versorgungsstromquelle (108) ein vorgebbarer Beschichtungsstrom zur Zuführung zu einer Elektrode (110) erzeugbar ist.
3. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Trenntransformators (138) der
Leistungsschalter (134) galvanisch von der Elektrode (110) getrennt ist.
4. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (134) einen Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) (136) umfasst.
5. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Stromwandlungseinheit (124) eine Gleichrichtungsvorrichtung (132, 140) und/oder Glättungsvorrichtung (142) umfasst, welche eingangsseitig mit der Versorgungsstromquelle (108) verbindbar und ausgangsseitig mit dem Leistungsschalter (134) verbunden ist, und/oder dass die Stromwandlungseinheit (124) eine Gleichrichtungsvorrichtung (132, 140) und/oder Glättungsvorrichtung (142) umfasst, welche eingangsseitig mit dem Trenntransformator (138) und ausgangsseitig mit einer Elektrode (110) verbunden ist.
6. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das Stromwandlungssystem (106) mindestens zwei im Wesentlichen identisch ausgebildete Stromwandlungseinheiten (124) umfasst.
7. Beschichtungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsanlage (100) mindestens zwei Stromwandlungseinheiten (124) umfasst, welche mit jeweils einer Elektrode (110) elektrisch verbunden sind.
8. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass das Stromwandlungssystem (106) mehrere
Stromwandlungseinheiten (124) umfasst und dass mindestens eine Elektrode (110) zwei oder mehr Teile (154) umfasst, wobei jedem der Teile (154) der Elektrode (110) eine separate Stromwandlungseinheit (124) zugeordnet ist.
9. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Beschichtungsanlage (100) mindestens zwei Stromwandlungseinheiten (124) umfasst, welchen voneinander verschiedene Elektrodengruppen (160) zugeordnet sind.
10. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Elektrode (110) als eine Dialysezelle (152) ausgebildet ist, welche im Wesentlichen plattenförmig, zylindrisch oder halbzylindrisch ausgebildet ist.
11. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Beschichtungsanlage (100) eine Steuerungsvorrichtung (148) zur Steuerung und/oder Regelung des Stromwandlungssystems (106) umfasst.
12. Beschichtungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuerungsvorrichtung (148) mehrere Stromwandlungseinheiten (124), welchen voneinander verschiedene Elektrodengruppen (160) zugeordnet sind, im Wesentlichen unabhängig voneinander steuerbar und/oder regelbar sind.
13. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuerungsvorrichtung (148) mehrere Stromwandlungseinheiten (124), welchen voneinander verschiedene Elektrodengruppen (160) zugeordnet sind, derart miteinander koordinierbar sind, dass die Stromstärke und/oder eine räumliche Verteilung des Beschichtungsstroms zur Anpassung desselben an die Geometrie der Werkstücke (112) und/oder an einen Förderweg der Werkstücke (112) und/oder zur Kompensation einer irregulären Funktion einer Stromwandlungseinheit (124) gezielt beeinflussbar sind.
14. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Elektrode (110), welche mit der Stromwandlungseinheit (124) elektrisch verbunden ist, eine Anode (122) ist und dass die Werkstücke (112) Kathoden (120) bilden.
15. Kombination aus einer Versorgungsstromquelle (108) und einer
Beschichtungsanlage (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (134) einer Stromwandlungseinheit (124) der Beschichtungsanlage (100) ohne galvanische Trennung eingangsseitig an die Versorgungsstromquelle (108) anschließbar ist.
16. Verfahren zum Beschichten von Werkstücken (112), umfassend die
folgenden Verfahrensschritte:
Einbringen von Werkstücken (112) in ein Tauchbecken (102) zum Beschichten der Werkstücke (112);
Erzeugen eines Beschichtungsstroms aus einem Versorgungsstrom mittels eines Stromwandlungssystems (106), welches eine Stromwandlungseinheit (124) umfasst, die einen Leistungsschalter (134) und einen Trenntransformator (138) umfasst,
wobei der Leistungsschalter (134) eingangsseitig mit einer Versorgungsstromquelle (108) und ausgangsseitig mit dem Trenntransformator (138) verbunden ist und
wobei der Trenntransformator (138) eingangsseitig mit dem Leistungsschalter (134) und ausgangsseitig mit einer in dem Tauchbecken (102) angeordneten Elektrode (110) verbunden ist; und Hindurchleiten des Beschichtungsstroms durch das Tauchbecken (102) zum Beschichten der Werkstücke (112).
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