EP2983830B1

EP2983830B1 - Beschichtungsanlage mit einer kühleinrichtung

Info

Publication number: EP2983830B1
Application number: EP14716245.7A
Authority: EP
Inventors: Björn SCHENKE; Ralf Schäfer; Armin Hoderlein
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2034-04-07
Also published as: KR20150142013A; DE102013006334B4; US20160067731A1; CN105142795A; US9956577B2; DE102013006334A1; EP2983830A1; BR112015025548B1; ES2641858T3; WO2014166618A1; PL2983830T3; KR102217669B1; BR112015025548A2; CN105142795B

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Bauteilen mit einem Beschichtungsmittel, insbesondere in Form einer Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen mit einem Lack.
In modernen Lackieranlagen zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen werden zur Förderung des zu applizierenden Lacks oftmals pneumatisch angetriebene Farbversorgungspumpen eingesetzt, die in einem Farbversorgungsraum der Lackieranlage angeordnet sind. Der Antrieb dieser Farbversorgungspumpen erfolgt mittels Druckluft, die dann über einen Abluftanschluss von der Farbversorgungspumpe abgeführt wird. Eine Möglichkeit der Abführung der Abluft von den Farbversorgungspumpen besteht darin, diese über einen Schalldämpfer in die unmittelbare Umgebungsluft abzugeben. Eine andere Möglichkeit der Abführung der Abluft von den Farbversorgungspumpen besteht darin, diese über Luftkanäle im Farbversorgungsraum zu sammeln und dann ins Freie zu leiten. In beiden Fällen wird die Abluft der pneumatisch angetriebenen Farbversorgungspumpen jedoch nicht weiter genutzt.
Ferner ist zum Stand der Technik hinzuweisen auf DE 20 08 716 A , EP 2 359 940 A1 , EP 1 449 416 B1 und DE 29 07 310 A1 . Diese Druckschriften offenbaren jedoch keine Beschichtungsanlagen, bei denen die Abluft der pneumatisch angetriebenen Farbversorgungspumpe in irgendeiner Weise genutzt wird.
Aus DE 103 18 004 B3 ist eine Beschichtungsanlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Allerdings arbeitet diese Beschichtungsanlage noch nicht optimal.
Schließlich ist zum Stand der Technik auch hinzuweisen auf US 4 351 482 A .
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend verbesserte Beschichtungsanlage zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Beschichtungsanlage gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Die Erfindung beruht auf der technisch-physikalischen Erkenntnis, dass die Abluft der pneumatisch angetriebenen Farbversorgungspumpen entspannt ist und sich aufgrund der Expansion abkühlt. Der kalte Abluftstrom der pneumatisch angetriebenen Pumpen kann deshalb zu Kühlzwecken eingesetzt werden.
Die Erfindung sieht deshalb eine Kühleinrichtung vor, die eine erwärmungsempfindliche Komponente (z.B. Farbringleitung, Railhouse) der Beschichtungsanlage mittels des kalten Abluftstroms der Pumpe kühlt.
Hierzu weist die Kühleinrichtung mindestens einen ersten Wärmetauscher auf, um Wärme von der erwärmungsempfindlichen Komponente (z.B. Farbringleitung, Railhouse) der Beschichtungsanlage auf den kalten Abluftstrom der Pumpe zu übertragen, wodurch die erwärmungsempfindliche Komponente der Beschichtungsanlage gekühlt wird. In Abhängigkeit von der erforderlichen Kühlleistung ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass mehrere Wärmetauscher in Reihe geschaltet werden.
In einer Variante der Erfindung ist der erste Wärmetauscher ein Luft/Luft-Wärmetauscher, d.h. sowohl die Wärmezufuhr auf der Warmseite des Wärmetauschers als auch die Wärmeabfuhr auf der Kaltseite des Wärmetauschers erfolgt über einen Luftstrom.
In einer anderen Variante der Erfindung ist der erste Wärmetauscher dagegen ein Luft/Wasser-Wärmetauscher, d. h. auf der Kaltseite des Wärmetauschers wird ein Luftstrom durch den Wärmetauscher geleitet, nämlich der kalte Abluftstrom der Pumpe, wohingegen auf der Warmseite des Wärmetauschers ein Wasserstrom durch den Wärmetauscher geleitet wird.
Hinsichtlich der Bauweise des Wärmetauschers ist weiterhin zu erwähnen, dass der Wärmetauscher vorzugsweise ein Rekuperator ist, d.h. ein Wärmetauscher mit einer indirekten Wärmeübertragung zwischen Kaltseite und Warmseite und einer Stofftrennung zwischen Kaltseite und Warmseite.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Kühleinrichtung einen Kühlkreislauf auf, der die erwärmungsempfindliche Komponente der Beschichtungsanlage mit dem ersten Wärmetauscher verbindet, wobei der Kühlkreislauf ein Kühlmedium (z.B. Luft, Wasser) enthält, um die abzuführende Wärme von der erwärmungsempfindlichen Komponente der Beschichtungsanlage zu dem ersten Wärmetauscher zu transportieren.
Das Kühlmedium wird in dem Kühlkreislauf vorzugsweise von einer Pumpe im Umlaufbetrieb gefördert.
Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass es sich bei der erwärmungsempfindlichen Komponente der Beschichtungsanlage beispielsweise um eine Rohrleitung handeln kann, beispielsweise eine Beschichtungsmittelleitung oder eine Farbringleitung. Derartige Rohrleitungen sind von herkömmlichen Beschichtungsanlagen bzw. Lackieranlagen bekannt und müssen deshalb nicht näher beschrieben werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Kühlkreislauf über einen zweiten Wärmetauscher mit der jeweiligen Beschichtungsmittelleitung verbunden, wobei der zweite Wärmetauscher die abzuführende Wärme von der Beschichtungsmittelleitung auf den Kühlkreislauf überträgt, von wo die abzuführende Wärme dann von dem ersten Wärmetauscher auf den kalten Abluftstrom der Pumpe übertragen wird.
In einer anderen Variante der Erfindung handelt es sich bei der erwärmungsempfindlichen Komponente der Beschichtungsanlage um ein sogenanntes "Railhouse", d.h. um ein Schutzgehäuse, das eine Verfahrachse eines Roboters (z.B. Lackierroboter, Handhabungsroboter) umgibt. Derartige "Railhouses" sind beispielsweise in DE 102 34 915 A1 beschrieben und gehören auch zum allgemeinen Fachwissen, so dass diesbezüglich auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann. In dieser Erfindungsvariante leitet der Kühlkreislauf kalte Luft in das Schutzgehäuse ("Railhouse") ein und führt warme Luft aus dem Schutzgehäuse ("Railhouse") ab, um die Innentemperatur des Schutzgehäuses ("Railhouse") zu senken.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Abkühlung der zum Antrieb der Pumpe dienenden Druckluft dazu führen kann, dass es an den Bauteilen der Anlage, die mit der entspannten, kalten Abluft der Pumpe in Kontakt kommen, zu Tauwasserbildung oder Eisbildung (Vereisung) kommen kann. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die an den Abluftanschluss der Pumpe angeschlossene Kaltluftleitung deshalb an ihrer Außenseite mit einer Wärmeisolierung versehen, um Tauwasserbildung bzw. Eisbildung an der Außenseite der Kaltluftleitung zu vermeiden. Der erfindungsgemäße Gedanke einer Wärmeisolierung der Kaltluftleitung ist auch unabhängig von einer Kühleinrichtung von eigener schutzwürdiger Bedeutung.
Ferner ist zu erwähnen, dass die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage vorzugsweise mehrere pneumatisch angetriebene Pumpen aufweist, die jeweils einen Abluftanschluss aufweisen, wobei die Abluftanschlüsse der Pumpen in eine gemeinsame Kaltluftleitung münden, die vorzugsweise mit dem ersten Wärmetauscher verbunden ist.
Hinsichtlich der Bauweise und der Funktionsweise der pneumatisch angetriebenen Pumpe bestehen vielfältige Möglichkeiten. Beispielsweise kann die pneumatische Pumpe als Kolbenpumpe oder als Membranpumpe ausgeführt sein, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Bauweisen der Pumpe beschränkt.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die pneumatisch angetriebenen Pumpen vorzugsweise in einem Farbmischraum der Beschichtungsanlage angeordnet sind, was an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist und deshalb nicht näher beschrieben werden muss.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass es sich bei der erwärmungsempfindlichen Komponente der Beschichtungsanlage beispielsweise um eine Rohrleitung oder ein sogenanntes "Railhouse" handeln kann. Ein anderes Beispiel für die erwärmungsempfindliche Komponente der Beschichtungsanlage ist eine Lackierkabine. So muss der Innenraum einer Lackierkabine üblicherweise klimatisiert werden, damit die Lackierung innerhalb der Lackierkabine unter möglichst konstanten Klimabedingungen erfolgt, was für ein optimales Lackierergebnis wichtig ist. Die kalte Abluft der pneumatisch angetriebenen Pumpen kann deshalb auch zur Kühlung bzw. Klimatisierung der Lackieranlage eingesetzt werden, wodurch sich der Energieaufwand zur Klimatisierung der Lackierkabine wesentlich verringern lässt. Dies ist von besonderer Bedeutung, weil der Energieverbrauch einer Lackieranlage einen großen Anteil des gesamten Energieverbrauchs eines Kraftfahrzeugwerks ausmacht.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lackieranlage mit zahlreichen pneumatisch angetriebenen Pumpen, deren Abluft zur Kühlung von Farbringleitungen eingesetzt wird,
Figur 2: eine Abwandlung von Figur 1, wobei die kalte Abluft der Pumpen zur Kühlung eines sogenannten "Railhouses" eingesetzt wird, sowie
Figur 3: eine Querschnittsansicht durch eine Kaltluftleitung mit einer umgebenden Wärmeisolierung.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen, wobei die Lackieranlage weitgehend herkömmlich aufgebaut ist, so dass auf eine detaillierte Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise der Lackieranlage verzichtet werden kann und im Folgenden nur die erfindungswesentlichen Teile der Lackieranlage beschrieben werden.
Die Lackieranlage weist mehrere Farbringleitungen 1-5 auf, in denen Lacke unterschiedlicher Farben zirkulierend gefördert werden, um ein Absetzen der Lacke in den Ringleitungen 1-5 zu verhindern.
Die Farbringleitungen 1-5 verlaufen jeweils durch Wärmetauscher 6-10, die beispielsweise als Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher ausgeführt sein können und die Aufgabe haben, den Lack in den einzelnen Farbringleitungen 1-5 zu kühlen.
Die Wärmetauscher 6-10 sind an einen gemeinsamen Kühlkreislauf 11 angeschlossen, der als Kühlmedium Wasser enthält, wobei das Kühlwasser in dem Kühlkreislauf 11 von einer Pumpe 12 im Umlaufbetrieb gefördert wird.
Dabei verläuft der Kühlkreislauf 11 durch einen weiteren Wärmetauscher 13, wobei es sich um einen Luft/Wasser-Wärmetauscher handelt.
An der Kaltseite des Wärmetauschers 13 verläuft eine Kaltluftleitung 14 durch den Wärmetauscher 13, wobei die Kaltluftleitung 14 von Abluftanschlüssen 15-21 von mehreren pneumatisch angetriebenen Farbversorgungspumpen 22-28 mit Kaltluft versorgt wird.
Der Antrieb der Farbversorgungspumpen 22-28 erfolgt über Druckluft, die über jeweils einen Zuluftanschluss 29-35 zugeführt wird.
Die Farbversorgungspumpen 22-28 können in herkömmlicher Weise als Membranpumpe oder als Kolbenpumpe ausgeführt sein, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der Farbversorgungspumpen 22-28 verzichtet werden kann.
Es ist jedoch zu erwähnen, dass die Farbversorgungspumpen 22-28 vorzugsweise in einem Farbmischraum der Lackieranlage angeordnet sind.
Im Betrieb der Farbversorgungspumpen 22-28 wird die über die Zuluftanschlüsse 29-35 zugeführte Druckluft entspannt und dadurch abgekühlt, so dass über die Abluftanschlüsse 15-21 Kaltluft in die Kaltluftleitung 14 abgegeben wird.
In dem Wärmetauscher 13 nimmt die Kaltluft dann Wärme von dem Kühlwasser in dem Kühlkreislauf 11 auf, wodurch die Temperatur des Kühlwassers in dem Kühlkreislauf 11 verringert wird.
Die Wärmetauscher 6-10 übertragen dann Wärme von dem Lack in den Farbringleitungen 1-5 auf das Kühlwasser in dem Kühlkreislauf 11, wodurch der Lack in den Farbringleitungen 1-5 gekühlt wird.
Figur 2 zeigt eine Abwandlung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass hierbei ein sogenanntes Railhouse 36 gekühlt wird, d.h. ein Schutzgehäuse, das eine Verfahrachse eines Roboters (Lackierroboter oder Handhabungsroboter) der Lackieranlage umgibt.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass das Kühlmedium in dem Kühlkreislauf 11 Luft ist, so dass auf die zusätzlichen Wärmetauscher 6-10 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 verzichtet werden kann.
Die in dem Kühlkreislauf 11 zirkulierende Kaltluft wird in das Railhouse 36 eingeleitet und dabei erwärmt. Die erwärmte Luft wird dann wieder in den Kühlkreislauf 11 zurückgeführt und in dem Wärmetauscher 13 wieder herabgekühlt.
Schließlich zeigt Figur 3 eine vereinfachte Querschnittsansicht durch die Kaltluftleitung 14, die an ihrer Außenseite mit einer Wärmeisolierung 37 versehen ist. Die Wärmeisolierung 37 soll erreichen, dass die Außentemperatur an der Mantelfläche der Wärmeisolierung 37 trotz der geringen Temperatur der Kaltluft in der Kaltluftleitung 14 ausreichend groß ist, um eine störende Tauwasserbildung oder Eisbildung an der Mantelfläche der Wärmeisolierung 37 zu verhindern.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Abwandlungen und Varianten möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Darüber hinaus beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch eigenständigen Schutz für den Gedanken einer Wärmeisolierung der Kaltluftleitung zur Vermeidung der störenden Tauwasserbildung bzw. Eisbildung.

Bezugszeichenliste

1-5: Farbringleitungen
6-10: Wärmetauscher
11: Kühlkreislauf
12: Pumpe
13: Wärmetauscher
14: Kaltluftleitung
15-21: Abluftanschlüsse
22-28: Farbversorgungspumpen
29-35: Zuluftanschlüsse
36: Railhouse
37: Wärmeisolierung * * * * *

Claims

Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Bauteilen mit einem Beschichtungsmittel, insbesondere Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen mit einem Lack, mit
a) mindestens einer pneumatischen Pumpe (22-28) mit einem Zuluftanschluss (29-35) zur Zuführung eines Zuluftstroms zum mechanischen Antrieb der Pumpe (22-28) und mit einem Abluftanschluss (15-21) zum Abführen eines entspannten, kalten Abluftstroms, und

b) einer erwärmungsempfindlichen Komponente (1-5; 36) der Beschichtungsanlage,

c) eine Kühleinrichtung (6-21) zum Kühlen der erwärmungsempfindlichen Komponente (1-5; 36) der Beschichtungsanlage mittels des Abluftstroms der Pumpe (22-28).
dadurch gekennzeichnet,

d) dass die Kühleinrichtung (6-21) mindestens einen ersten Wärmetauscher (13) aufweist zur Übertragung von Wärme von der erwärmungsempfindlichen Komponente (1-5; 36) der Beschichtungsanlage auf den kalten Abluftstrom der Pumpe (22-28).
Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (6-21) eine Reihenschaltung aus mehreren ersten Wärmetauschern (13) aufweist zur Übertragung von Wärme von der erwärmungsempfindlichen Komponente (1-5; 36) der Beschichtungsanlage auf den kalten Abluftstrom der Pumpe (22-28).
Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der erste Wärmetauscher (13) ein Luft/Luft-Wärmetauscher ist, oder

b) dass der erste Wärmetauscher (13) ein Luft/Wasser-Wärmetauscher ist.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Kühleinrichtung (6-21) einen Kühlkreislauf (11) aufweist, der die erwärmungsempfindliche Komponente (1-5; 36) der Beschichtungsanlage mit dem ersten Wärmetauscher (13) verbindet und

b) dass der Kühlkreislauf (11) ein Kühlmedium enthält, um die abzuführende Wärme von der erwärmungsempfindlichen Komponente (1-5; 36) der Beschichtungsanlage zu dem ersten Wärmetauscher (13) zu transportieren.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Kühlmedium in dem Kühlkreislauf (11) Luft ist, oder

b) dass das Kühlmedium in dem Kühlkreislauf (11) Wasser ist.
Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die erwärmungsempfindliche Komponente (1-5; 36) der Beschichtungsanlage eine Rohrleitung (1-5) ist, insbesondere eine Beschichtungsmittelleitung oder eine Farbringleitung (1-5), und/oder

b) dass der Kühlkreislauf (11) über einen zweiten Wärmetauscher (6-10) mit der Beschichtungsmittelleitung (1-5) verbunden ist, wobei der zweite Wärmetauscher die abzuführende Wärme von der Beschichtungsmittelleitung auf den Kühlkreislauf (11) überträgt.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die erwärmungsempfindliche Komponente (1-5; 36) der Beschichtungsanlage ein Schutzgehäuse (36) ist, insbesondere ein Schutzgehäuse (36) um eine Verfahrachse eines Roboters, und

b) dass der Kühlkreislauf (11) kalte Luft in das Schutzgehäuse (36) einleitet und warme Luft aus dem Schutzgehäuse abführt.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Abluftanschluss (15-21) der Pumpe (22-28) über eine Kaltluftleitung (14) mit dem ersten Wärmetauscher (13) verbunden ist, und

b) dass die Kaltluftleitung (14) an ihrer Außenseite eine Wärmeisolierung aufweist, die sich über einen Großteil der Länge der Kaltluftleitung (14) erstreckt.
Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Beschichtungsanlage einen Farbmischraum aufweist, in dem zu applizierenden Beschichtungsmittel zubereitet werden, und

b) dass die mindestens eine pneumatische Pumpe (22-28) in dem Farbversorgungsraum der Beschichtungsanlage angeordnet ist.
Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erwärmungsempfindliche Komponente (1-5; 36) der Beschichtungsanlage eine Lackierkabine ist, die von der Kühleinrichtung (6-21) klimatisiert wird.