EP3711864B1 - Verfahren zur regelung des versorgungsdruckes in einem umlaufsystem für eine beschichtungseinrichtung und umlaufsystem - Google Patents

Verfahren zur regelung des versorgungsdruckes in einem umlaufsystem für eine beschichtungseinrichtung und umlaufsystem Download PDF

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EP3711864B1
EP3711864B1 EP20163345.0A EP20163345A EP3711864B1 EP 3711864 B1 EP3711864 B1 EP 3711864B1 EP 20163345 A EP20163345 A EP 20163345A EP 3711864 B1 EP3711864 B1 EP 3711864B1
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EP
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pressure
control
circulation system
pressure regulator
regulator
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Herbert Timmer
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Timmer GmbH
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Timmer GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/08—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means
    • B05B12/085—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means responsive to flow or pressure of liquid or other fluent material to be discharged
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B15/00—Details of spraying plant or spraying apparatus not otherwise provided for; Accessories
    • B05B15/50—Arrangements for cleaning; Arrangements for preventing deposits, drying-out or blockage; Arrangements for detecting improper discharge caused by the presence of foreign matter
    • B05B15/58—Arrangements for cleaning; Arrangements for preventing deposits, drying-out or blockage; Arrangements for detecting improper discharge caused by the presence of foreign matter preventing deposits, drying-out or blockage by recirculating the fluid to be sprayed from upstream of the discharge opening back to the supplying means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B9/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour
    • B05B9/03—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material
    • B05B9/04—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material with pressurised or compressible container; with pump
    • B05B9/0403—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material with pressurised or compressible container; with pump with pumps for liquids or other fluent material
    • B05B9/0423—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material with pressurised or compressible container; with pump with pumps for liquids or other fluent material for supplying liquid or other fluent material to several spraying apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating a supply pressure in a circulating system for a coating agent, comprising a pump, a coating device with at least one removal point, a material pressure regulator, a reservoir, a proportional pressure regulator and a control module.
  • the proportional pressure regulator is intended to control the material flow of the coating agent pump by means of the control module in such a way that, with a regulated supply pressure in the circulation system in the coating agent, the volume flow at the material pressure regulator is regulated via a predefined setpoint in the form of a control pressure.
  • the invention relates to a device/a system which comprises means for carrying out the method according to one of Claims 1 to 6 and a circulating system for applying the coating agent to a surface of a component.
  • Flowable or fluid media such as liquids or gases, are distributed in a large number of different applications. These media are either the material to be discharged themselves or are used to transport such a material, for example as an emulsion. For example, a paint or varnish can be applied to a workpiece to be coated by spraying.
  • Coating with the medium is typically done by spraying through spray nozzles.
  • pressurized lines are usually provided, which supply the respective spray nozzles with the medium.
  • a pressure circuit fed from a reservoir is usually set up. In this pressure circuit, the medium can be pumped around under pressure in order to be released via the spray nozzles if necessary.
  • the pressure of the medium therein drops. However, this also reduces the exit speed from the nozzle or nozzles. If the system pressure drops below a critical level, maintaining a desired distribution characteristic at the spray nozzles is no longer guaranteed or the removal of the medium or paint is restricted to such an extent that trouble-free operation is no longer possible.
  • Material pressure regulators can be used to maintain or keep the pressure in the system constant. This is in particular a fixed or adjustable pressure.
  • the material pressure regulator has a pressure chamber whose volume or cross section is variable. In this way, the pressure at the inlet of the pressure chamber can be adjusted. This is achieved by means of a counter-pressure to the pressure of the medium, which is set by applying a pressure medium, such as usually compressed air.
  • This pressure medium represents a counter-pressure to the pressure of the medium. This allows the cross section of the pressure chamber to be adjusted via movable wall sections as a function of the pressure ratio. If the pressure of the medium at the inlet of the Material pressure regulator compared to the back pressure, the cross section of the pressure chamber is reduced so that the pressure increases again. In this way, the pressure can be kept constant. The volume flow varies.
  • a volume flow is set at the material pressure regulator, which results not only from the material properties but also from the pre-pressure of the medium and the pressure in the pressure chamber of the material pressure regulator.
  • the pressure build-up in the ring main is usually carried out by pumps that set a pressure-controlled inlet pressure at the beginning of the ring main.
  • the amount of medium flowing through the material pressure regulator therefore results in a given system during operation from the set inlet pressure at the beginning of the ring line, the withdrawals from the ring line and the set outlet pressure of the material pressure regulator.
  • the setpoint on the material pressure regulator is usually preset for a system.
  • a minimum volume flow in the ring line is necessary for paints in order to keep them moving and to avoid segregation. For this purpose, manufacturer-specific specifications regarding the minimum volume flows must be observed.
  • the disadvantage of the method described above is that even when no material is to be removed, material is conveyed through the ring line at high pressure. This results in unnecessary energy consumption, wear of the medium due to shearing and abrasive wear of the components. During longer breaks in painting or at the weekend, the material pressure regulators are therefore often completely deactivated (opened) and the pump switched from pressure control to volume flow control.
  • the disadvantage of this method is that the pressure is no longer regulated and system-related faults or interventions in the system can lead to excess pressure.
  • the process only delivers a satisfactory result for one operating point in the painting shop, since different volume flows are set at the material pressure regulator with changing inlet pressures or paints with different viscosities.
  • the circulation system includes an operating loop (operating loop 14) and an idling loop (idling loop 20).
  • the system also generally includes a pump, a transmitter, a controller, a transducer, and a regulator.
  • a circulation system is disclosed in which a pump is provided for both the idling circuit and the working circuit. The pump thus feeds both circuits simultaneously. The pressures and volume flows in both systems are therefore not independent of each other, but influence each other.
  • U.S. 4,019,653A discloses a paint sprayer for proportioning and mixing two paint components for delivery to a spray gun.
  • the two components are a color component and a catalyst component, which when mixed are highly reactive and have a short pot life.
  • Catalyst and color component are connected to a spray device via a mixing chamber.
  • a back pressure regulator for regulating the pressure of a liquid in which the walls of the pressure chambers are formed from a plurality of movable sections.
  • an ink circulation system and method is known in which, in a first mode, which can be referred to as pressure or working mode, the pressure is kept constant by means of a material pressure regulator. In a second mode, which may be referred to as flow, sleep, or pause mode, the fluid pressure regulator is disabled.
  • a dosing pump connected upstream of the coating device can—in the activated state of the material pressure regulator—maintain a predetermined medium pressure between said dosing pump and the material pressure regulator.
  • the target value of the medium pressure is therefore set upon activation. In other words, the medium pressure at the material pressure regulator is only switched off to allow the medium to flow freely. The medium pressure is not regulated for this purpose on the material pressure regulator.
  • Abrasion can be influenced by a number of factors, such as medium pressure, coefficients of friction, temperature, viscosity of the medium and surface properties of the inner surface of the entire circulating system that is to be in contact with the medium. Due to unfavorable installation of the valve in the circulation system, e.g. B. directly behind bends or branches, there is no uniform flow of the material pressure regulator, which can cause high inaccuracies in the volume flow.
  • the dosing pump In the fully deactivated, i. H.
  • the dosing pump is also switched from pressure control to volume flow control, so that the medium pressure is no longer controlled. This can result in system-related faults or interventions in the circulating system, which can lead to excess pressure. It is also disadvantageous that different volume flows are set at the material pressure regulator with changing inlet pressures or media of different viscosities.
  • the object of the present invention is to overcome these disadvantages and to propose a new, improved method for regulating the supply pressure in a circulation system, the volume flow of which should remain constant at the material pressure regulator if there is no paint removal from the ring line, regardless of the media pressure set at the inlet of the ring line. Furthermore, a circulation system is to be proposed with which the new method can be implemented.
  • the regulation for a first supply pressure target value takes place with a first associated volume flow and a first control pressure.
  • the regulation takes place with a second associated volume flow and a second control pressure.
  • Which of the two (or additional) control pressures the material pressure regulator uses depends on one or more boundary conditions, namely the parameters of the coating agent and the flow resistances in the circulating system and a timing control.
  • Switching from the pressure or work mode to the flow or rest mode can take place automatically via control modules, for example via a PLC (programmable logic controller).
  • the volume flow can be reduced by reducing the supply pressure of the pump. Since the delivery rate drops when the line pressure is reduced, the material pressure regulator is opened further, i. H. the control pressure is reduced to such an extent that the volume flow at the material pressure regulator remains constant.
  • the PLC allows speed control with controlled acceleration or deceleration.
  • a control algorithm can be used in the programmable logic controller SPS to create a control program with which the control pressure at the material pressure regulator can be called up using various parameters such as pump pressure, volume flow, viscosity, geometric conditions of the entire circulation system, etc.
  • the flow resistances always lead to energy losses.
  • the causes for this are in particular the expansion or contraction of the medium, changes in flow cross sections, turbulence due to changes in flow direction and energy losses due to friction in general.
  • the local turbulence occurs, for example, at the deflections, cross-sectional constrictions, shut-off elements, branches, which, together with the length and diameter of the pipeline, the pressure drop between the influence the pump and material pressure regulator.
  • the difference in medium pressure at both ends also depends on its hydrostatic pressure.
  • the supply pressure is regulated down to a low pressure and the control pressure is set to the second control pressure by means of the material pressure regulator.
  • the second control pressure and the supply pressure are selected in such a way that a constant volume flow is achieved in the circulating system.
  • a lack of or reduced material removal at the point of use causes the proportional pressure regulator to switch to the second control pressure.
  • the second control pressure is then used as a basis for setting the pump performance of the pump to the second supply pressure target value, for example 0.5 bar.
  • the pump then starts to work in flow or energy saving mode.
  • a time offset is provided as an additional condition for switching. Switching from the second to the first control pressure, and thus indirectly also switching from the working mode to the idle mode, takes place when, on the one hand, no more coating material emerges from a delivery point and, on the other hand, a predefined time interval, for example 10 minutes, has expired.
  • the volume flow is selected in such a way that a minimum volume flow is conveyed that is required to avoid disturbances in the circulation system.
  • the minimum volume flow required depends in particular on the properties of the coating material and the circulation system. Paints and varnishes tend to separate and stick more than water or cleaning agents. The minimum volume flow for paint is therefore generally higher than the minimum volume flow for water or cleaning agent with the same circulation system. Since the properties of the system and coating agent are already known, corresponding default values with regard to the minimum volume flow can be predefined and then implemented when the control switches from "working mode" to "sleep mode".
  • the automatic tracking of the target value on the material pressure regulator ensures that a process-related, necessary, minimum flow rate is set, energy is saved and component wear is reduced of the entire circulation system is reduced. The pressure control is also maintained at a lower level.
  • the continuous pressure control in the ring main system enables a flexible change to both operating states, namely pressure mode and flow mode.
  • mode pressure mode or flow mode
  • the regulation of the pressure only causes a change in the currently activated circuit.
  • US 2006/0177565 A known system, in which an adjustment of the controller causes systemic pressure changes in both circuits, there is no mutual influence of the circuits in the system according to the invention. Undesirable pressure and flow fluctuations, which have an impact on the aging of the paint, are thus avoided and the paint in the circulation system is protected.
  • the control pressure at the material pressure regulator is preferably set to the first control pressure when the coating medium emerges from the at least one removal point.
  • the control thus reacts to the start of a coating process, ie the emergence of coating material from the point of delivery, in that the first control pressure is set on the material pressure regulator.
  • This first control pressure is provided by the proportional pressure regulator and acts on the membrane of the material pressure regulator. It is selected in such a way that it enables the coating device to be operated in a controlled manner with the supply pressure being as constant as possible in the entire supply line.
  • the first supply pressure target value is specified, ie the specification for the pump with regard to the quantity to be delivered. The pump is thus prompted by means of the first control pressure to implement a first supply pressure target value, for example 5 bar, and thus to work in the pressure or working mode.
  • a bypass routed around the material pressure regulator can be arranged on the ring line, which bypass comprises a valve, for example a ball valve, with which said bypass can be activated.
  • the valve can also be actuated automatically--if there is no material discharge from the at least one removal point--by it being controlled by the control module (PLC).
  • PLC control module
  • the activated bypass remains in place until the pick-up point, for example a paint outlet nozzle arranged on a robot arm, is actuated by remote control and releases the outlet of coating material. If removal of the coating agent is detected, the system can automatically switch to a higher pressure and the bypass can be deactivated.
  • the ball valve can be opened by the control signal coming from the control module (PLC) and at the same time the supply pressure can be reduced to the second, minimum setpoint (e.g. 0.5 bar) can be set.
  • PLC control module
  • the material pressure regulator can remain in operation.
  • the control module PLC controls the pump speed accordingly so that the supply pressure (e.g. 5 bar) is maintained in the circulation system.
  • the ball valve can allow overpressure relief if the supply pressure at the outlet of the coating material pump increases unexpectedly (e.g. as a result of a technical error). If an increase in pressure is detected, the ball valve can then be controlled accordingly by a control signal (from the PLC control module).
  • the control pressure can be controlled via the preferably electronically controlled, pneumatic proportional pressure regulator arranged on a pressure line (control line).
  • the proportional pressure regulator is used to adjust the pneumatic control pressure proportionally to a specified setpoint.
  • the input variable is continuously compared with the output pressure. If a control difference occurs, the proportional pressure controller adjusts.
  • a proportional pressure regulator designed for a maximum pressure of 5 or 6 bar is preferably selected.
  • a pressure sensor can be arranged in front of the dynamic pressure regulator.
  • the material pressure controller located at one end of the ring line acts as a dynamic pressure controller, which compares a "dynamic pressure signal" with a setpoint and outputs a corresponding control signal for controlling the proportional pressure controller.
  • better control behavior can be generated.
  • the first and the second control pressure can be calculated using a control algorithm, which can be created using the physical parameters of the coating agent and the flow resistances in the circulating system and the set supply pressure.
  • the control algorithm can be combined by creating a formula or in tabular form. For example, a simple formula for both operating and energy saving modes can be given by specifying the two specified supply pressures, the Volume flows and pump speed or the time can be created and programmed.
  • the stored data can be continuously read by the computerized control module (PLC).
  • control pressure on the material pressure regulator can be called up via a graphic characteristic field or via a simple flow measurement.
  • the first control pressure and/or the second control pressure and/or the pressure (P) is preselected via a time and/or a calendar time setting.
  • a time and/or a calendar time setting provision can be made, for example, for the control pressure to be set every day at 6:00 a.m. to a value which subsequently sets the supply pressure setpoint at the pump to 5 bar (working mode).
  • the control pressure is set to a value every day at 5 p.m.
  • control pressure can be selected on the basis of characteristic curves, a pressure measured at the pump or in the ring line system, the geometric conditions of the ring line system, the viscosity of the medium or other parameters.
  • the coating medium pump is preferably an electrically operated double-piston pump, which can be equipped with a pressure sensor.
  • the coating device can consist of a number of pick-up points, for example a number of spray devices, which each comprise a spray gun or a robot arm with a spray nozzle.
  • the material pressure regulator is used to regulate the dynamic pressure at the end of the coating agent flowing in the line system.
  • the medium pressure can be controlled remotely, e.g. for medium pressures dependent on speed or volume flow.
  • the material pressure regulator can be regulated via an electropneumatic converter or preferably via a direct control line (for example with compressed air).
  • the proportional pressure regulator is preferably a pneumatic type pressure regulator which regulates the output signal in proportion to an electrical input signal.
  • piezo-controlled proportional pressure regulators are used with different pressure conditions, since piezo technology enables very precise and rapid regulation to the desired pressure.
  • the control module is preferably a digital, programmable logic device for controlling and/or regulating the circulation system. If the system (circulation system) works with explosive or combustible substances, such as paint with solvents, the control module is preferably placed in a control room outside the hazardous area.
  • control pressure is preferably adjustable via a pressure regulator, for example via an above-mentioned electronically controlled, pneumatic proportional pressure regulator located on a pressure line (control line) or purely mechanically, for example via a spring that can be tensioned by a motor.
  • a pressure reducer which is connected upstream of the proportional pressure regulator, can also be arranged on the pneumatic control line. With the help of the pressure reducer, the outlet pressure of the compressed air can be regulated and possibly reduced if the outlet pressure exceeds its setpoint.
  • Pressure sensors, pressure regulators and microcontrollers can also be used to set the pneumatic control pressure.
  • the control pressure can also be regulated via a flow measurement, in that a flow meter records a volume flow in a unit of time.
  • At least one flow meter can be arranged on the ring line of the circulating system, with which a flow rate, ie a volume flow (for example liters per minute) can be recorded.
  • the flow meter can be equipped with an analog or digital interface.
  • the flow meter can, for example, work according to the toothed wheel or oval wheel principle and can be installed in the ring line and connected to the control module.
  • Non-invasive flow meters such as ultrasonic flow sensors, can also be used.
  • the flow meter is preferably placed between the coating device and the material pressure regulator.
  • the coating agent pump and the proportional pressure regulator can be controlled wirelessly or via lines using the data from the flow sensor and pressure sensor.
  • the medium pressure in the circulation system can be maintained or kept constant.
  • This can in particular be a fixed or adjustable medium pressure.
  • the material pressure regulator has a pressure chamber whose volume or cross section is variable. In this way, the pressure at the inlet of the pressure chamber can be adjusted. This is achieved by means of a counter-pressure to the pressure of the medium, which is set by applying a pressure medium, such as usually compressed air.
  • This pressure medium represents a counter-pressure to the pressure of the medium.
  • This allows the cross section of the pressure chamber to be adjusted via movable wall sections as a function of the pressure ratio. If the pressure of the medium at the inlet of the material pressure regulator falls compared to the back pressure, the cross section of the pressure chamber is reduced so that the pressure rises again.
  • volume flow varies.
  • a volume flow is set at the material pressure regulator, which results from the pre-pressure of the medium and the pressure in the pressure chamber of the material pressure regulator as well as from the material properties (parameters of the medium).
  • At least one coating medium pump such as a piston, eccentric worm or gear pump, can be provided for the material transport.
  • An electrically driven double-piston pump is preferably provided, which reduces the pulsation that negatively influences the spray pattern. The pump automatically reduces its speed when a specified pressure is reached and automatically increases it when the medium pressure drops below the specified setpoint.
  • An electronic volume flow sensor for example a volume flow transmitter based on the differential pressure, Coriolis, ultrasound, turbine principle or the variable area measuring principle, which can also include additional connections for pressure and/or temperature transmitters, can be used to record the volume flow.
  • the viscosity of the medium can be automatically detected, for example, using a viscometer with moving measuring bodies that is known per se.
  • BPR material pressure regulator
  • the pressure is not regulated at a single defined pressure level, but at different pressure levels that can be adapted to different requirements. For example, in pressure mode, a high pressure can be maintained to enable a uniform supply of coating agent. At another time, a minimum circulation of the coating agent can be implemented analogously to this in the energy-saving mode at a reduced pressure level. This effectively avoids the initially explained disadvantages of deactivating the material pressure regulator.
  • the 1 schematically shows a circulation system 100, comprising a ring line 12, a reservoir 16 with an agitator (not shown) for homogenizing a medium, such as paint (e.g. car paint), a coating medium pump 18, a coating device 10 and a material pressure regulator 15.
  • a medium such as paint (e.g. car paint)
  • paint e.g. car paint
  • a coating medium pump 18 e.g. a coating medium pump 18
  • a coating device 10 e.g. car paint
  • the minimum flow rate of the medium in the ring line 12 should exceed the value 0.35 m/s.
  • the amount of medium in circulation, such as paint or varnish, should also be significantly higher than the purchase amount.
  • the coating device 10 includes several, in the present case four removal points 11 (spray applicators) for coating work parts with the car paint.
  • the coating device 10 (spray booth) is part of a painting system for painting bodywork components.
  • the material pressure regulator 15 comprises a schematically indicated pressure chamber 29 with a variable volume.
  • the medium pressure is applied to an inlet 28 of the pressure chamber 29 via a pressure line 25 with a control medium (compressed air), with which a counter-pressure (control pressure PS) to the supply pressure P is exerted.
  • the compressed air is guided from a pressure container 17 via a pressure reducer 21 and a proportional pressure regulator 22 downstream of the pressure reducer 21 to the lateral pressure piston of the material pressure regulator 15 (not shown here).
  • the two in one symmetrically arranged pressure pistons exert pressure on the wall of the pressure chamber 29 perpendicular to the direction of flow of the coating agent (paint, varnish), whereby the cross section of the pressure chamber 29 can be adjusted via movable wall sections depending on the pressure ratio.
  • the task of the pressure reducer 21 is to regulate or reduce the different pressure influences on its input side, so that the output pressure (of compressed air) does not exceed a predetermined value.
  • the pressure reducer 21 is controlled without auxiliary power.
  • the control medium of the pressure reducer 21 is the compressed air itself. Its valve closes when the pressure behind the valve increases.
  • the electronically controlled proportional pressure controller 22 is used to set the pneumatic control pressure PS proportional to a specified setpoint.
  • the pressure at the working connection is recorded by means of a pressure sensor (not shown) and compared with the target value.
  • a first control pressure PS1 corresponds to the regular operation of the coating device 10 with a supply pressure P1 that is as constant as possible.
  • a second control pressure PS2 is defined to represent the minimum supply pressure P2 (power saving mode). Any deviations of the pressure P1 or P2 from the respective desired value are corrected by means of the proportional pressure controller 22, so that the pressure P1 or P2 is brought back to the desired value.
  • the coating medium pump 18 is equipped with an external pressure sensor 20 and with digital inputs and outputs (not shown).
  • a programmable logic control module 19 PLC
  • PLC programmable logic control module
  • the 2 shows the same circulation system 100 with the difference that a flow meter 26 with analog interface is placed on the ring line 12 between the coating device 10 and the material pressure regulator 15, which is also controlled by the control module 19 (PLC).
  • the flow meter 26 records the flow rate, ie a volume flow.
  • a flow meter 26 On the ring line 12 between the coating device 10 and the material pressure regulator 15 is according to 3 a flow meter 26 arranged with a digital interface and a user-friendly, large display.
  • a circulation system 200 is shown, which consists of the same parts as in 1 are shown, there is a bypass 23 guided around the material pressure regulator 15 being arranged on the ring line 12 .
  • a ball valve 24 is mounted on the bypass 23, with which the bypass 34 can either be blocked or released.
  • a first pressure regulation of the liquid medium here: car paint
  • the setpoint at the material pressure regulator 15 is set to a first supply pressure setpoint P1 adapted to the pressure mode of the coating device 10 and to a second, significantly lower supply pressure P2 (second supply pressure setpoint P2) corresponding to weekend operation.
  • the first setpoint supply pressure value P1 is 5 bar and the second setpoint supply pressure value P2 is 0.5 bar.
  • the values P1 and P2 are matched to one another in such a way that the minimum flow rate of the medium in the ring line 12 is maintained at 0.35 m/s.
  • other setpoint supply pressure values P1, P2 or minimum flow rates can also be predefined.
  • control pressure at the material pressure regulator 15 is regulated by means of the programmable logic control module (PLC) in such a way that a constant volume flow is set regardless of the set supply pressure.
  • PLC programmable logic control module
  • the ball valve 24 which is arranged on the bypass 23 is closed when the coating device 10 comprising a plurality of delivery points 11 is in regular operation and requests the paint.
  • the paint (coating agent 30) is shown schematically in Figures 1 to 4 shown as a spray jet.
  • the control module 19 PLC controls the speed of the coating agent pump 18 in such a way that the supply pressure P1 (5 bar) in the circulation system is kept constant.
  • the ball valve 24 opens automatically by a control signal coming from the control module 19 (PLC) and at the same time the first setpoint supply pressure value P1 is switched to the second setpoint value P2.
  • PLC control module 19
  • the circulation system is thus in the energy-saving mode with the minimum flow rate.
  • the minimum flow rate of the medium in the ring line 12 should be at least 0.35 m/s for some paints, for example.
  • the bypass 23 with the ball valve 24 is used in a timing control.
  • the ball valve 24 remains open, for example, on weekends or holidays to maintain the minimum supply pressure in the circulating system.

Landscapes

  • Coating Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines Versorgungsdruckes in einem Umlaufsystem für ein Beschichtungsmittel, umfassend eine Pumpe, eine Beschichtungseinrichtung mit wenigstens einer Abnahmestelle, einen Materialdruckregler, einen Vorratsbehälter, einen Proportionaldruckregler und ein Steuerungsmodul. Der Proportionaldruckregler ist dazu vorgesehen, mittels des Steuerungsmoduls den Materialstrom der Beschichtungsmittelpumpe so zu steuern, dass bei einem im Umlaufsystem im Beschichtungsmittel geregeltem Versorgungsdruck über einen vordefinierten Sollwert in Form eines Steuerdrucks der Volumenstrom am Materialdruckregler geregelt wird.
  • Der Steuerdruck ist:
    • auf Basis eines im Beschichtungsmittel gemessenen physikalischen Parameters und
    • auf Basis von Strömungswiderständen im Umlaufsystem und
    • mittels einer Zeitsteuerung abhängig vom eingestellten Versorgungsdruck
    variabel einstellbar, so dass im Ringleitungssytem eine kontinuierliche Druckregelung erfolgt.
  • Die Druckregelung wird ermöglicht auf:
    • einen ersten Sollwert mit einem ersten zugehörigen Volumenstrom und einem ersten Steuerdruck und
    • wenigstens einen zweiten Sollwert mit einem zweiten zugehörigen Volumenstrom und einem zweiten Steuerdruck.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung / ein System das Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst sowie ein Umlaufsystem zur Applikation des Beschichtungsmittels auf eine Oberfläche eines Bauteils.
  • Ein Verteilen fließfähiger beziehungsweise fluider Medien, wie Flüssigkeiten oder Gase, erfolgt in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen. Dabei sind diese Medien entweder selber das auszubringende Material oder dienen zum Transport eines solchen, beispielsweise als Emulsion. Beispielsweise kann durch Versprühen eine Farbe oder ein Lack auf ein zu beschichtendes Werkstück aufgebracht werden.
  • Ein Beschichten mit dem Medium, wie beispielsweise einer Farbe, erfolgt typischerweise mittels durch Versprühen mittels Spritzdüsen. Zur Zuführung des Mediums zur Spritzdüse als Abnehmer sind üblicherweise unter einem Druck stehende Leitungen vorgesehen, die die jeweiligen Spritzdüsen mit dem Medium versorgen. Um eine sichere Zuführung zu ermöglichen, wird in der Regel ein aus einem Reservoir gespeister Druckkreislauf eingerichtet. In diesem Druckkreislauf kann das Medium unter Druck umgepumpt werden, um gegebenenfalls über die Spritzdüsen abgegeben zu werden.
  • Sobald allerdings durch einen oder mehrere der Abnehmer, also konkret eine oder mehrere Spritzdüsen, ein Teil des Mediums aus dem Kreislauf entnommen wird, sinkt der Druck des Mediums darin ab. Damit sinkt insbesondere aber auch die Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse beziehungsweise den Düsen. Wird dabei ein kritischer Systemdruck unterschritten, ist die Aufrechterhaltung einer gewünschten Verteilcharakteristik an den Spritzdüsen nicht mehr gewährleistet oder die Mediums- bzw. Lackentnahme so weit eingeschränkt, dass ein störungsfreier Betrieb nicht mehr möglich ist.
  • Materialdruckregler können gerade dazu dienen, den Druck im System aufrechtzuerhalten beziehungsweise konstant zu halten. Dabei handelt es sich insbesondere um einen fest vorgegebenen oder auch einstellbaren Druck. Der Materialdruckregler weist dazu eine Druckkammer auf, deren Volumen beziehungsweise Querschnitt variabel ist. So kann der Druck am Eingang der Druckkammer eingestellt werden. Dies wird mittels eines Gegendrucks zum Druck des Mediums erreicht, der durch Beaufschlagung mit einem Druckmedium, wie üblicherweise Pressluft, eingestellt wird.
  • Dieses Druckmedium stellt einen Gegendruck zum Druck des Mediums dar. Hierdurch lässt sich der Querschnitt der Druckkammer über bewegliche Wandabschnitte in Abhängigkeit vom Druckverhältnis einstellen. Sinkt der Druck des Mediums am Eingang des Materialdruckreglers gegenüber dem Gegendruck, wird der Querschnitt der Druckkammer reduziert, so dass der Druck wieder ansteigt. So kann der Druck konstant gehalten werden. Der Volumenstrom variiert dabei.
  • Physikalisch bedingt stellt sich daher am Materialdruckregler ein Volumenstrom ein, der sich neben den Materialeigenschaften aus dem Vordruck des Mediums und dem Druck in der Druckkammer des Materialdruckreglers ergibt.
  • Der Druckaufbau in der Ringleitung erfolgt in der Regel durch Pumpen, die druckgeregelt einen Vordruck am Anfang der Ringleitung einstellen. Die Menge des durch den Materialdruckregler strömenden Mediums resultiert daher in einem gegebenen System im Betrieb aus dem eingestellten Vordruck am Anfang der Ringleitung, den Entnahmen aus der Ringleitung und dem eingestellten Hinterdruck des Materialdruckreglers. Der Sollwert am Materialdruckregler wird in der Regel für eine Anlage fest voreingestellt.
  • Ein minimaler Volumenstrom in der Ringleitung ist bei Farben notwendig, um diese in Bewegung zu halten und Entmischungen zu vermeiden. Hierzu sind herstellerabhängige Vorgaben bezüglich der minimalen Volumenströme zu beachten.
  • Nachteilig bei dem oben beschrieben Verfahren ist, dass auch in Zeiten, in denen keine Materialentnahmen anstehen, Material mit hohem Druck durch die Ringleitung gefördert wird. Hierdurch bedingt sich ein unnötiger Energieverbrauch, Verschleiß des Mediums durch Scherung und ein abrasiver Verschleiß der Komponenten. Bei größeren Lackierpausen oder am Wochenende werden daher häufig die Materialdruckregler vollständig deaktiviert (geöffnet) und die Pumpe von einer Druckregelung in eine Volumenstromregelung umgeschaltet. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass keine Regelung des Druckes mehr erfolgt und anlagenbedingte Störungen oder Eingriffe in die Anlage zu einer Drucküberhöhung führen können.
  • Außerdem liefert das Verfahren im Lackierbetrieb jeweils nur für einen Arbeitspunkt ein befriedigendes Ergebnis, da sich mit wechselnden Eingangsdrücken oder Farben unterschiedlicher Viskosität andere Volumenströme am Materialdruckregler einstellen.
  • Aus US 2006/0177565 A1 ist ein Farbzirkulationssystem zum Umwälzen und Abgeben von Farbe bekannt. Das Zirkulationssystem umfasst einen Betriebs-Kreislauf (operating loop 14) und einen Leerlauf-Kreislauf (idling loop 20). Das System umfasst im Allgemeinen auch eine Pumpe, einen Sender, einen Controller, einen Wandler und einen Regler. In der Leerlaufschleife wird ein niedriger Druck aufrechterhalten, um die Zirkulation aufrechtzuerhalten und das Absetzen von Farbe zu verhindern. In einer ersten Ausführung ist ein Zirkulationssystem offenbart, bei dem eine Pumpe sowohl für den Leerlauf-Kreislauf als auch für den Betriebskreislauf vorgesehen ist. Die Pumpe speist somit beide Kreisläufe gleichzeitig. Die Drücke und Volumenströme in beiden Systemen sind somit nicht unabhängig voneinander, sondern beeinflussen sich wechselseitig. In einer zweiten Ausführung sind zwei vollständig unabhängig Systeme mit eigenen Pumpen, Reglern, Sensoren und Materialbehältern vorgesehen. Die beiden voneinander unabhängigen Systeme sind insgesamt aufwendig und können nur im Wechsel umgeschaltet werden. Aus US 4 019 653 A ist eine Farbspritzanlage zum Proportionieren und Mischen von zwei Farbkomponenten zur Abgabe an eine Spritzpistole bekannt. Bei den beiden Komponenten handelt es sich um eine Farbkomponente und eine Katalysatorkomponente, die im vermischten Zustand hochreaktiv sind und eine kurze Topfzeit aufweisen. Katalysator und Farbkomponente sind über eine Mischkammer mit einer Sprühvorrichtung verbunden.
  • Aus DE 10 2017 110 430 A1 ist ein Gegendruckregler zur Regelung des Drucks einer Flüssigkeit bekannt, bei dem die Wandungen der Druckkammern aus mehreren beweglichen Abschnitten gebildet sind.
  • Aus EP 1 789 202 B2 ist ein Farbumwälzsystem und -Verfahren bekannt, bei dem in einem ersten Modus, der als Druck- oder Arbeitsmodus bezeichnet werden kann, der Druck mittels eines Materialdruckreglers konstant gehalten wird. In einem zweiten Modus, der als Durchfluss-, Energiespar- oder Pausenmodus bezeichnet werden kann, wird der Materialdruckregler deaktiviert.
  • Hiermit wird erreicht, dass:
    • Im Druck- oder Arbeitsmodus der Druck im Farbumlaufsystem konstant auf einem Niveau gehalten, welches auch bei mehreren Verbrauchern, beispielsweise mehreren an das Farbumlaufsystem angeschlossenen Farb-Spritzpistolen, einen gleichbleibenden Farbaustrag gewährleistet. Dieser gleichbleibende Farbaustrag bzw. das für den gleichbleibenden Farbaustrag erforderliche Druckniveau wird auch dann realisiert, wenn eine unterschiedliche Anzahl von Spritzpistolen unterschiedlich stark im Einsatz ist, die pro Zeiteinheit aus dem Farbumlaufsystem abgegebene Farbmenge also variiert.
    • Im Durchfluss- oder Energiesparmodus, beispielsweise im arbeitsfreien Wochenendbetrieb, wird bei niedrigem Druck eine konstante Farbmenge durch das Farbumlaufsystem gepumpt um so einen Minimal-Umlauf zu realisieren, der ein Entmischen der Farbe oder sonstige Störungen verhindert.
  • Eine der Beschichtungseinrichtung vorgeschaltete Dosierpumpe kann - im aktivierten Zustand des Materialdruckreglers - einen vorbestimmten Mediumdruck zwischen der besagten Dosierpumpe und dem Materialdruckregler aufrechterhalten. Der Sollwert des Mediumdruckes wird also bei der Aktivierung eingestellt. Mit anderen Worten wird der Mediumdruck am Materialdruckregler nur weggeschaltet, um den freien Durchfluss des Mediums zu ermöglichen. Eine Regelung des Mediumdruckes zu diesem Zweck am Materialdruckregler findet nicht statt.
  • Dies ist nachteilig, denn das Material, wie Farbe oder Lack kann unnötig mit hohem Druck durch die Ringleitung gefördert werden, wodurch Energieverluste, Verschleiß des Mediums durch Scherung und ein abrasiver Verschleiß aller Teile des Ringleitungssytem, wie Dosierpumpe, Materialdruckregler und Dichtungen entstehen können.
  • Die Abrasion kann durch eine Vielzahl von Faktoren, wie Mediumdruck, Reibungskoeffizienten, Temperatur, Viskosität des Mediums und Oberflächenbeschaffenheit der mit dem Medium zu kontaktierenden Innenfläche des gesamten Umlaufsystems beeinflusst werden. Durch ungünstige Montage der Armatur im Umlaufsystem, z. B. direkt hinter Bögen oder Verzweigungen, ist eine gleichmäßige Anströmung des Materialdruckreglers nicht gegeben, was hohe Ungenauigkeiten im Volumenstrom verursachen kann.
  • Bei dem vollständig deaktivierten, d. h. geöffneten Materialdruckregler wird auch die Dosierpumpe von einer Druckregelung in eine Volumenstromregelung umgeschaltet, so dass keine Regelung des Mediumdruckes mehr erfolgt. Daraus können sich anlagenbedingte Störungen oder Eingriffe in das Umlaufsystem ergeben, welche zu einer Drucküberhöhung führen können. Nachteilig ist es auch, dass sich mit wechselnden Eingangsdrücken oder Medien unterschiedlicher Viskosität andere Volumenströme am Materialdruckregler einstellen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu überwinden und ein neues, verbessertes Verfahren zur Regelung des Versorgungsdruckes in einem Umlaufsystem vorzuschlagen, dessen Volumenstrom am Materialdruckregler bei fehlender Farbabnahme aus der Ringleitung, unabhängig vom eingestellten Mediendruck am Eingang der Ringleitung, konstant bleiben soll. Weiterhin soll ein Umlaufsystem vorgeschlagen werden, mit welchem das neue Verfahren realisiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Umlaufsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Merkmale der Erfindung dar.
    • Definitionen und Begriffe:
    • Mit dem Begriff "Umlaufsystem" soll ein Druckkreislaufsystem mit dazugehörenden Leitungen, Beschichtungseinrichtung, Pumpe, Materialdruckregler, Vorratsbehälter des Beschichtungsmittels und Steuerung verstanden werden. In diesem Druckkreislaufsystem kann das Medium unter Druck umgepumpt werden, um gegebenenfalls über die Beschichtungseinrichtung abgegeben zu werden.
    • Als Materialdruckregler wird ein so genannter Gegendruckregler (BPR = Back Pressure Regulator) bezeichnet, mit welchem der Mediumdruck im Umlaufsystem aufrechterhalten beziehungsweise konstant gehalten werden kann. Der Materialdruckregler ist steuerbar.
    • Der Begriff "Druckmodus", im Weiteren "Betriebsmodus" bzw. "Regelbetrieb" genannt, bezieht sich auf einen Zustand des Umlaufsystems, in dem der Mediumdruck (Versorgungsdruck) im Umlaufsystem aufrechterhalten beziehungsweise konstant gehalten wird.
    • Der Begriff "Durchflussmodus", im Weiteren auch "Energiesparmodus" genannt, bezieht sich auf einen Zustand des Umlaufsystems mit einer notwendigen minimalen Durchflussrate des Mediums, um dieses in ständiger Bewegung zu halten und unerwünschten Entmischungen zu vorzubeugen.
    • Unter dem Versorgungsdruck wird der Druck verstanden, mit dem eine in das Farbumlaufsystem integrierte Pumpe das zu pumpende Medium fördert.
    • Unter einem Versorgungsdruck-Sollwert wird ein Druck verstanden, den die Pumpe durch Erhöhung bzw. Reduktion ihrer Pumpleistung realisieren soll. So soll mit dem Begriff "erster Versorgungsdruck-Sollwert" ein möglichst konstanter Versorgungsdruck, z. B. 5 bar im gesamten Umlaufsystem verstanden werden, welcher dem Betriebsmodus (Regelbetrieb) entspricht. Der Begriff "zweiter Versorgungsdruck-Sollwert" bezeichnet dagegen einen minimalen Sollwert (z. B. 0,5 bar), welcher dem Energiesparmodus entspricht.
    • Unter einem Steuerdruck wird ein Druck verstanden, der von einem Druckregler als Steuergröße (festgelegtes Stellsignal) zur Ansteuerung des Materialdruckreglers bereitgestellt wird.
    • Als Druckregler ist jeder für die gestellten Anforderungen geeignete Druckregler einsetzbar. Bevorzugt wird der Einsatz eines Proportionaldruckreglers.
    • Der Volumenstrom, auch Durchflussrate genannt, gibt an, wie viel Volumen eines Mediums, beispielsweise Farbe oder Lack, pro Zeitspanne durch einen vorbestimmten Querschnitt der Ringleitung transportiert wird.
    • Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS, auf Englisch: PLC = Programmable Logic Controller) ist ein digitales Steuergerät, mit welchem das Umschalten vom Betriebsmodus in den Wochenendmodus über Sensoren und Aktoren erfolgen kann.
    • Unter einem Beschichtungsmittel wird jedes Medium verstanden, dass geeignet ist, durch das Ringleitungssystem gefördert und mittels der Verbraucher, beispielweise an das Ringleitungssystem angeschlossene Spritzpistolen, ausgebracht zu werden. Insbesondere können als Beschichtungsmittel beispielsweise Farben, wie Dispersion- und Latexfarben, Lacke, Lasuren, Lösungsmittel, Wasser, Wasser mit Reinigungsmittel, Eisen- oder Zinkphosphatierungsmittel, Holzschutzmittel etc. vorgesehen sein. Bei dem Lack kann es sich beispielsweise um einen Basislack, Klarlack, Effektlack, einen Mica-Lack oder einem Metallic-Lack handeln. Die Lacke können lösemittelhaltig oder wasserbasierend sein.
  • Der Steuerdruck ist variabel einstellbar und zwar:
    • auf Basis eines im Beschichtungsmittel gemessenen physikalischen Parameters;
    • und auf Basis von Strömungswiderständen im Umlaufsystem;
    • und mittels einer Zeitsteuerung abhängig vom eingestellten Versorgungsdruck.
  • Hierdurch wird im Ringleitungssytem eine kontinuierliche Druckregelung auf wenigstens zwei Versorgungsdruck-Sollwerte mit zugehörigen Volumenströmen ermöglicht, wobei die Druckregelung abhängig ist vom jeweilig vom Druckregler bereitgestellten Steuerdruck.
  • Somit erfolgt die Regelung für einen ersten Versorgungsdruck-Sollwert mit einem ersten zugehörigen Volumenstrom und einem ersten Steuerdruck. Für einen zweiten Versorgungsdruck-Sollwert erfolgt die Regelung mit einem zweiten zugehörigen Volumenstrom und einem zweiten Steuerdruck.
  • Analog hierzu ist die Regelung auch für weitere Sollwerte mit zugehörigen Volumenströmen und hierauf abgestimmten Steuerdrücken möglich.
  • Mit welchem der beiden (oder weiterer) Steuerdrücke der Materialdruckregler arbeitet, ist abhängig von einer oder mehrerer Randbedingungen, nämlich den Parametern des Beschichtungsmittels und den Strömungswiderständen im Umlaufsystem und einer Zeitsteuerung.
  • Das Umschalten vom Druck- oder Arbeitsmodus in den Durchfluss- oder Ruhemodus kann automatisch über Steuerungsmodule, beispielweise über eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung, auf Englisch: PLC = programmable Logic Controller) erfolgen. Dabei kann der Volumenstrom durch Reduzierung des Versorgungsdrucks der Pumpe verkleinert werden. Da bei reduziertem Leitungsdruck die Förderleistung sinkt, wird der Materialdruckregler weiter geöffnet, d. h. der Steuerdruck so weit reduziert, dass der Volumenstrom am Materialdruckregler konstant bleibt. Die SPS ermöglicht eine Drehzahlsteuerung mit kontrollierter Beschleunigung oder Verzögerung.
  • In die speicherprogrammierbare Steuerung SPS kann ein Steueralgorithmus zur Erstellung eines Steuerungsprogramms eingesetzt werden, mit welchem der Steuerdruck am Materialdruckregler anhand unterschiedlicher Parameter, wie Pumpendruck, Volumenstrom, Viskosität, geometrische Gegebenheiten des gesamten Umlaufsystems, etc. abgerufen werden kann.
  • Von großem Vorteil ist, dass ein vollständiges Deaktivieren des Materialdruckreglers und ein Umschalten der Pumpe auf den nachteiligen Volumenstrombetrieb nicht mehr notwendig sind. Ein Energiesparmodus kann somit einfach durch Herabsetzen des Versorgungsdruckes und Reduzierung des Steuerdruckes am Materialdruckregler realisiert werden.
  • Die Strömungswiderstände führen grundsätzlich zu Energieverlusten. Ursachen hierfür sind insbesondere die Expansion oder Kontraktion des Mediums, Änderungen von Durchflussquerschnitten, Turbulenzen aufgrund von Strömungsrichtungs-Änderungen sowie Energieverluste durch Reibung allgemein. Die lokalen Turbulenzen treten beispielsweise an den Umlenkungen, Querschnittsverengungen, Absperrelementen, Abzweigungen auf, die zusammen mit der Länge und Durchmesser der Rohrleitung den Druckabfall zwischen der Pumpe und Materialdruckregler beeinflussen. Bei den Leitungsabschnitten, deren Einlass und Auslass sich in der Höhe der Position unterscheiden, hängt die Differenz des Mediumdrucks an beiden Enden auch von seinem hydrostatischen Druck ab.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen sein, dass bei fehlendem oder reduziertem Austritt von Beschichtungsmittel aus der wenigstens einen Abnahmestelle der Versorgungsdruck auf einen geringen Druck heruntergeregelt wird und der Steuerdruck mittels des Materialdruckreglers auf den zweiten Steuerdruck eingestellt wird. Dabei sind der zweite Steuerdruck und der Versorgungsdruck so gewählt, dass im Umlaufsystem ein konstanter Volumenstrom realisiert wird.
  • Vereinfacht gesagt bewirkt eine fehlende oder reduzierte Materialentnahme an der Abnahmestelle, dass der Proportionaldruckregler auf den zweiten Steuerdruck umgeschaltet wird. Der zweite Steuerdruck dient dann als Basis dafür, die Pumpenleistung der Pumpe auf den zweiten Versorgungsdruck-Sollwert, beispielsweise 0,5 bar, einzustellen. Die Pumpe beginnt dann im Durchfluss- oder Energiesparmodus zu arbeiten. Um ein Hin- und Herschalten der Steuerdrücke im Proportionaldruckregler zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass als zusätzliche Bedingung für das Umschalten ein Zeitversatz vorgesehen ist. Das Umschalten vom zweiten auf den ersten Steuerdruck, und damit indirekt auch das Umschalten vom Arbeitsmodus in den Ruhemodus, erfolgt dann, wenn zum einen kein Beschichtungsmittel mehr aus einer Abnahmestelle austritt und zum anderen ein vordefiniertes Zeitintervall, beispielsweise 10 Minuten, abgelaufen ist.
  • Der Volumenstrom ist in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu fördernden Beschichtungsmittels so gewählt, dass ein zur Vermeidung von Störungen im Umlaufsystem minimal erforderlicher Volumenstrom gefördert wird. Der minimal erforderliche Volumenstrom ist insbesondere von den Eigenschaften des Beschichtungsmittels und des Umlaufsystems abhängig. So neigen Farben und Lacke eher zur Entmischung und Anhaftung als Wasser oder Reinigungsmittel. Der minimale Volumenstrom für Farbe ist deshalb bei gleichem Umlaufsystem in der Regel höher als der minimale Volumenstrom für Wasser oder Reinigungsmittel. Da die Eigenschaften von Anlage und Beschichtungsmittel vorbekannt sind, können entsprechende Vorgabewerte hinsichtlich des minimalen Volumenstroms vordefiniert und dann, wenn die Steuerung von "Arbeitsmodus" auf "Ruhemodus" schaltet, realisiert werden. Durch das automatische Nachführen des Sollwertes am Materialdruckregler ist gewährleistet, dass sich eine verfahrensbedingt notwendige, minimale Durchflussrate einstellt, Energie eingespart wird und sich der Verschleiß der Komponenten des gesamten Umlaufsystems reduziert. Die Druckregelung bleibt außerdem auf einem niedrigeren Niveau erhalten.
  • Von besonderem Vorteil ist, dass die kontinuierliche Druckregelung im Ringleitungssystem einen flexiblen Wechsel in beide Betriebszustände, nämlich in Druckmodus und Durchflussmodus, ermöglicht. Je nachdem, welcher Modus (Druckmodus oder Durchlaufmodus) gerade aktiviert ist, bewirkt auch die Regelung des Druckes nur eine Veränderung in dem gerade aktivierten Kreislauf. Im Gegensatz zu dem aus US 2006/0177565 A bekannten System, bei dem eine Verstellung des Reglers systembedingt Druckveränderungen in beiden Kreisläufen bewirkt, kommt es bei dem erfindungsgemäßen System zu keiner wechselseitigen Beeinflussung der Kreisläufe. Unerwünschte Druck- und Strömungsschwankungen, die Einfluss auf die Alterung der Farbe haben, werden somit vermieden und die im Zirkulationssystem befindliche Farbe wird geschont.
  • Vorzugsweise wird bei Austritt von Beschichtungsmittel aus der wenigstens einen Abnahmestelle der Steuerdruck am Materialdruckregler auf den ersten Steuerdruck eingestellt. Die Regelung reagiert also auf den Beginn eines Beschichtungsvorganges, also den Austritt von Beschichtungsmittel aus der Abnahmestelle, indem am Materialdruckregler der erste Steuerdruck eingestellt wird. Dieser erste Steuerdruck wird vom Proportionaldruckregler bereitgestellt und wirkt auf die Membran des Materialdruckreglers. Er ist so gewählt, dass er einen Regelbetrieb der Beschichtungseinrichtung mit möglichst konstantem Versorgungsdruck in der gesamten Versorgungsleitung ermöglicht. Auf Basis des ersten Steuerdrucks erfolgt die Vorgabe des ersten Versorgungsdruck-Sollwertes, also die Vorgabe an die Pumpe bzgl. der zu fördernden Menge. Mittels des ersten Steuerdrucks wird die Pumpe somit dazu animiert, einen ersten Versorgungsdruck-Sollwert, beispielsweise 5, bar zu realisieren und so im Druck- oder Arbeitsmodus zu arbeiten.
  • Ferner kann an der Ringleitung ein um den Materialdruckregler geführter Bypass angeordnet sein, welcher ein Ventil, beispielsweise ein Kugelventil, umfasst, mit dem der besagte Bypass aktivierbar ist. Die Betätigung des Ventils kann - bei fehlendem Materialabfluss aus der wenigstens einen Abnahmestelle - auch automatisch erfolgen, indem es von dem Steuerungsmodul (PLC) angesteuert wird. Der aktivierte Bypass bleibt solange aufrechterhalten, bis die Abnahmestelle, beispielweise eine an einem Roboterarm angeordnete Farbaustrittsdüse, ferngesteuert betätigt wird und den Austritt von Beschichtungsmittel freigibt. Wird die Entnahme des Beschichtungsmittels erkannt, kann automatisch auf einen höheren Druck umgeschaltet und der Bypass inaktiviert werden.
  • Wenn über einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise 30 Minuten, oder zu vordefinierten Ruhezeiten, beispielsweise Nachts oder am Wochenende, kein Beschichtungsmittel benötigt wird, kann das Kugelventil durch das vom Steuerungsmodul (PLC) kommenden Steuersignal geöffnet und zugleich der Versorgungsdruck auf den zweiten, minimalen Sollwert (z. B. 0,5 bar) eingestellt werden. Dabei kann der Materialdruckregler weiterhin in Betrieb bleiben.
  • Es kann vorgesehen sein, dass bei im Betriebsmodus befindlicher Beschichtungseinrichtung das Kugelventil geschlossen bleibt. Das Steuerungsmodul (PLC) steuert die Pumpendrehzahl entsprechend an, so dass der Versorgungsdruck (z. B. 5 bar) im Umlaufsystem aufrechterhalten bleibt.
  • Überdies kann das Kugelventil eine Überdruckentlastung erlauben, wenn der Versorgungsdruck am Ausgang der Beschichtungsmittelpumpe unerwartet (z. B. in Folge eines technischen Fehlers) ansteigt. Falls ein Druckanstieg erfasst wird, ist das Kugelventil dann durch ein Steuersignal (von Steuerungsmodul PLC) entsprechend ansteuerbar.
  • Der Steuerdruck (Gegendruck) kann über den an einer Druckleitung (Steuerleitung) angeordneten, vorzugsweise elektronisch geregelten, pneumatischen Proportionaldruckregler gesteuert sein. Der Proportionaldruckregler dient zur Einstellung des pneumatischen Steuerdrucks proportional zu einem vorgegebenen Sollwert. Die Eingangsgröße wird kontinuierlich mit dem Ausgangsdruck verglichen. Bei auftretender Regeldifferenz regelt der Proportionaldruckregler nach. In Hinblick auf seine Arbeitsgenauigkeit wird vorzugsweise ein auf einen Maximaldruck 5 bzw. 6 bar ausgelegter Proportionaldruckregler gewählt. Vor dem Staudruckregler kann ein Drucksensor angeordnet sein. Der an einem Ende der Ringleitung angeordnete Materialdruckregler fungiert in diesem Fall als Staudruckregler, welcher ein "Staudrucksignal" mit einem Sollwert vergleicht und ein entsprechendes Stellsignal zur Steuerung des Proportionaldruckreglers ausgibt. Hierdurch kann ein besseres Regelverhalten generiert werden.
  • Der erste und der zweite Steuerdruck kann über einen Steueralgorithmus berechnet werden, welcher anhand der physikalischen Parameter des Beschichtungsmittels und der Strömungswiderstände im Umlaufsystem und dem eingestellten Versorgungsdruck erstellt werden kann.
  • Der Steueralgorithmus kann durch Erstellung einer Formel oder tabellarisch kombiniert werden. Eine einfache Formel sowohl für den Betriebs- als auch Energiesparmodus kann beispielsweise durch Angabe der beiden festgelegten Versorgungsdrücke, der Volumenströme und Pumpendrehzahl bzw. der Uhrzeit erstellt und einprogrammiert werden. Die gespeicherten Daten können durch das computergestützte Steuerungsmodul (PLC) kontinuierlich abgelesen werden.
  • Ferner kann der Steuerdruck am Materialdruckregler über ein graphisches Kennlinienfeld bzw. über eine einfache Durchflussmessung abgerufen werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der erste Steuerdruck und/oder der zweite Steuerdruck und/oder der Druck (P) über eine Uhrzeit und/oder eine kalendarische Zeiteinstellung vorgewählt wird. Bei ausschließlicher Steuerung mittels einer Zeitsteuerung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Steuerdruck an jedem Tag um 6.00 Uhr morgens auf einen Wert eingestellt wird, der nachfolgend an der Pumpe den Versorgungsdruck-Sollwert auf 5 bar einstellt (Arbeitsmodus). Als weitere Zeiteinstellung kann vorgesehen sein, dass der Steuerdruck an jedem Tag um 17.00 Uhr auf einen Wert eingestellt wird, der nachfolgend an der Pumpe den Versorgungsdruck-Sollwert auf 0,5 bar einstellt (Energiesparmodus).
  • Ergänzend zu einer Zeitsteuerung kann die Auswahl des Steuerdrucks auf Basis von Kennlinienfeldern, einem an der Pumpe oder im Ringleitungssystem gemessenen Druck, den geometrischen Gegebenheiten des Ringleitungssystems, der Viskosität des Mediums oder anderer Parameter erfolgen.
  • Zur Durchführung des Verfahrens kann ein Umlaufsystem zur Applikation eines Beschichtungsmittels, wie Karosserielacks, installiert werden, welches wenigstens nachfolgend aufgelistete Systemteile umfasst:
    • eine Beschichtungsmittelpumpe,
    • eine Beschichtungseinrichtung mit wenigstens einer Abnahmestelle,
    • einen Materialdruckregler,
    • einen Vorratsbehälter für das Beschichtungsmittel,
    • einen Proportionaldruckregler und
    • ein Steuerungsmodul.
  • Bei der Beschichtungsmittelpumpe handelt es sich vorzugsweise um eine elektrisch betriebene Doppelkolbenpumpe, welche mit einem Drucksensor ausgestattet sein kann.
  • Die Beschichtungseinrichtung kann aus mehreren Abnahmestellen, beispielsweise aus mehreren Spritzeinrichtungen, bestehen, welche beispielsweise jeweils eine Spritzpistole oder einen Roboterarm mit Sprühdüse umfassen.
  • Der Materialdruckregler dient zur Regelung des Staudrucks am Ende des im Leitungssystem fließenden Beschichtungsmittels. Mit einem pneumatischen Materialdruckregler kann der Mediumdruck ferngesteuert werden, z.B. für geschwindigkeits- oder volumenstromabhängige Mediumdrücke. Der Materialdruckregler kann über einen elektropneumatischen Wandler oder vorzugsweise über eine direkte Steuerleitung (beispielsweise mit Pressluft) geregelt werden. Ein Vorteil gegenüber einer manuellen Regelung ist, dass das Druckniveau auch bei Nichtabnahme von Beschichtungsmaterial absenkbar ist.
  • Bei dem Proportionaldruckregler handelt es sich vorzugsweise um einen Druckregler pneumatischer Art, welcher das Ausgangssignal proportional zu einem elektrischen Eingangssignal regelt. Insbesondere piezo-gesteuerte Proportionaldruckregler werden bei unterschiedlichen Druckverhältnissen eingesetzt, da auf Basis der Piezo-Technik eine sehr genaue und schnelle Regelung auf den gewünschten Druck möglich ist.
  • Das Steuerungsmodul (PLC) ist vorzugsweise ein digitales, speicherprogrammierbares Gerät zur Steuerung und/oder Regelung des Umlaufsystems. Wenn die Anlage (Umlaufsystem) mit explosionsfähigen oder brennbaren Stoffen, wie Lackfarbe mit Lösungsmittel, arbeitet, ist das Steuerungsmodul vorzugsweise in einem Schaltraum außerhalb des gefährdeten Bereichs platziert.
  • Der Steuerdruck (pneumatischer Gegendruck) ist vorzugsweise über einen Druckregler, beispielsweise über einen oben erwähnten elektronisch geregelten, pneumatischen, an einer Druckleitung (Steuerleitung) sitzenden Proportionaldruckregler oder rein mechanisch, beispielsweise über eine motorisch spannbare Feder einstellbar.
  • An der pneumatischen Steuerleitung kann zusätzlich ein Druckminderer angeordnet sein, welcher dem Proportionaldruckregler vorgeschaltet ist. Mit Hilfe des Druckminderers kann der Ausgangsdruck der Pressluft reguliert und eventuell herabgesetzt werden, wenn der Ausgangsdruck seinen Sollwert überschreitet.
  • Zur Einstellung des pneumatischen Steuerdrucks können auch Drucksensoren, Druckregler und Mikrocontroller, eventuell zusätzlich eine Viskositätsmessung und/oder eine Volumenstrommessung zum Einsatz kommen.
  • Der Steuerdruck kann auch über einen Durchflussmessung geregelt werden, indem ein Durchflussmesser einen Volumenstrom in einer Zeiteinheit erfasst.
  • An der Ringleitung des Umlaufsystems kann wenigstens ein Durchflussmesser angeordnet sein, mit welchem eine Durchflussrate, also ein Volumenstrom (zum Beispiel Liter pro Minute) erfasst werden kann. Der Durchflussmesser kann mit einer analogen oder digitalen Schnittstelle ausgestattet sein.
  • Der Durchflussmesser kann beispielsweise nach dem Zahn- oder Ovalradprinzip arbeiten und in die Ringleitung eingebaut und mit dem Steuerungsmodul verbunden sein.
  • Es können auch "nicht invasive" Durchflussmesser, wie Ultraschall-Durchflusssensoren, eingesetzt werden.
  • Vorzugsweise ist der Durchflussmesser zwischen der Beschichtungseinrichtung und dem Materialdruckregler platziert.
  • Mit dem in das Umlaufsystem eingebauten speicherprogrammierbaren Steuerungsmodul (PLC) können kabellos oder über Leitungen die Beschichtungsmittelpumpe, und der Proportionaldruckregler anhand der Daten vom Durchflußsensor und Drucksensor gesteuert werden.
  • Mit dem Materialdruckregler kann der Mediumdruck im Umlaufsystem aufrechterhalten beziehungsweise konstant gehalten werden. Dabei kann es sich insbesondere um einen fest vorgegebenen oder auch einstellbaren Mediumdruck handeln. Zu diesem Zweck weist der Materialdruckregler eine Druckkammer auf, deren Volumen beziehungsweise Querschnitt variabel ist. So kann der Druck am Eingang der Druckkammer eingestellt werden. Dies wird mittels eines Gegendrucks zum Druck des Mediums erreicht, der durch Beaufschlagung mit einem Druckmedium, wie üblicherweise Pressluft, eingestellt wird. Dieses Druckmedium stellt einen Gegendruck zum Druck des Mediums dar. Hierdurch lässt sich der Querschnitt der Druckkammer über bewegliche Wandabschnitte in Abhängigkeit vom Druckverhältnis einstellen. Sinkt der Druck des Mediums am Eingang des Materialdruckreglers gegenüber dem Gegendruck, wird der Querschnitt der Druckkammer reduziert, so dass der Druck wieder ansteigt. So kann der Druck konstant gehalten werden. Der Volumenstrom variiert dabei. Physikalisch bedingt stellt sich daher am Materialdruckregler ein Volumenstrom ein, der sich aus dem Vordruck des Mediums und dem Druck in der Druckkammer des Materialdruckreglers sowie aus den Materialeigenschaften (Parameter des Mediums) ergibt.
  • Für den Materialtransport kann wenigstens eine Beschichtungsmittelpumpe, wie Kolben-, Exzenterschnecken- oder Zahnradpumpe vorgesehen sein. Vorzugsweise ist eine elektrisch angetriebene Doppelkolbenpumpe vorgesehen, welche die das Spritzbild negativ beeinflussende Pulsation vermindert. Die Pumpe reduziert ihre Drehzahl beim Erreichen eines vorgegebenen Druckes selbsttätig und erhöht sie beim Abfall des Mediumdruckes unter dem vorgegebenen Sollwert automatisch.
  • Zur Erfassung des Volumenstromes kann ein elektronischer Volumenstromsensor, beispielsweise ein Volumenstrom-Messumformer nach dem Differenzdruck-, Coriolis-, Ultraschall-, Turbinenprinzip oder nach dem Schwebekörper-Messprinzip, welcher auch zusätzliche Anschlüsse für Druck- und/oder Temperaturmessumformer umfassen kann, eingesetzt werden.
  • Die Viskosität des Mediums kann beispielsweise mittels eines an sich bekannten Viskosimeters mit bewegten Messkörpern automatisch erfasst werden.
  • Insgesamt wurde ein Verfahren und Umlaufsystem geschaffen, bei dem der Materialdruckregler (BPR) kontinuierlich den Gegendruck am Ende der Versorgungsleitung regelt. Dabei erfolgt die Druckregelung nicht auf ein einziges definiertes Druckniveau, sondern auf unterschiedliche Druckniveaus, die an unterschiedliche Anforderungen anpassbar sind. So kann beispielsweise im Druckmodus ein hoher Druck aufrechterhalten werden, um eine gleichmäßige Versorgung mit Beschichtungsmittel zu ermöglichen. Zu einer anderen Zeit kann analog hierzu im Energiesparmodus bei reduziertem Druckniveau ein Mindestumlauf des Beschichtungsmittels realisiert werden. Hierdurch werden die eingangs erläuterten Nachteile einer Deaktivierung des Materialdruckreglers wirksam vermieden.
  • Die Erfindung ist in einigen Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen:
    • Fig. 1
    Schema eines Umlaufsystems in einer ersten Ausführung, mit Steuerung;
    Fig. 2
    das Umlaufsystem gemäß Fig. 1, in einer zweiten Ausführung, mit eingebautem analogen Durchflussmesser, ebenso schematisch;
    Fig. 3
    das Umlaufsystem gemäß Fig. 1, in einer dritten Ausführung, mit eingebautem digitalen Durchflussmesser und
    Fig. 4
    das Umlaufsystem gemäß Fig. 1, in einer vierten Ausführung, mit eingebautem Bypass.
  • Die Fig. 1 stellt schematisch ein Umlaufsystem 100 dar, umfassend eine Ringleitung 12, einen Vorratsbehälter 16 mit einem nicht gezeigten Rührwerk zum Homogenisieren eines Mediums, wie Lackfarbe (z. B. Autolack), eine Beschichtungsmittelpumpe 18, eine Beschichtungseinrichtung 10 und einen Materialdruckregler 15.
  • Um das Ablagern von Pigmenten in der Ringleitung 12 zu vermeiden, soll die Mindestfließgeschwindigkeit des Mediums in der Ringleitung 12 den Wert 0,35 m/s überschreiten. Auch die Umlaufmenge an Medium, wie Farbe oder Lack, soll deutlich über die Abnahmemenge liegen.
  • Die Beschichtungseinrichtung 10 umfasst mehrere, im vorliegenden Fall vier Abnahmestellen 11 (Sprühapplikatoren) zur Beschichtung von Werkteilen mit dem Autolack. Die Beschichtungseinrichtung 10 (Sprühkabine) ist Bestandteil einer Lackieranlage zur Lackierung von Karosseriebauteilen.
  • Der Materialdruckregler 15 umfasst eine schematisch angedeutete Druckkammer 29 von einem variablen Volumen. Der Mediumdruck wird an einem Eingang 28 der Druckkammer 29 über eine Druckleitung 25 mit einem Steuermedium (Pressluft) beaufschlagt, mit welchem ein Gegendruck (Steuerdruck PS) zum Versorgungsdruck P ausgeübt wird. Die Pressluft wird von einem Druckbehälter 17 über einen Druckminderer 21 und einen dem Druckminderer 21 nachgeschalteten Proportionaldruckregler 22 den seitlichen, hier nicht gezeigten Druckkolben des Materialdruckreglers 15 geführt. Die beiden in einer symmetrischen Anordnung zueinander liegenden Druckkolben üben einen Druck auf die Wandung der Druckkammer 29 senkrecht zur Flussrichtung des Beschichtungsmittels (Farbe, Lack) aus, wodurch sich der Querschnitt der Druckkammer 29 über bewegliche Wandabschnitte in Abhängigkeit vom Druckverhältnis einstellen lässt.
  • Die Aufgabe des Druckminderers 21 ist es, die unterschiedlichen Druckeinflüsse auf seiner Eingangsseite zu regulieren bzw. zu mindern, so dass der Ausgangsdruck (von Pressluft) einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet. Der Druckminderer 21 wird ohne Hilfsenergie gesteuert. Das Steuermedium des Druckminderers 21 ist die Pressluft selbst. Sein Ventil schließt, wenn der Druck hinter dem Ventil steigt.
  • Der elektronisch geregelte Proportionaldruckregler 22 dient zur Einstellung des pneumatischen Steuerdrucks PS proportional zu einem vorgegebenen Sollwert. Mittels eines Drucksensors (nicht dargestellt) wird der Druck am Arbeitsanschluss erfasst und mit dem Sollwert verglichen. Ein erster Steuerdruck PS1 entspricht dem Regelbetrieb der Beschichtungseinrichtung 10 mit möglichst konstantem Versorgungsdruck P1. Ein zweiter Steuerdruck PS2 ist so definiert, dass er dem minimalen Versorgungsdruck P2 (Energiesparmodus) darstellt. Etwaige Abweichungen des Druckes P1 oder P2 vom jeweiligen Sollwert werden mittels des Proportionaldruckreglers 22 korrigiert, so dass der Druck P1 bzw. P2 wieder auf den Sollwert zurückgeführt wird.
  • Die Beschichtungsmittelpumpe 18 ist mit einem externen Drucksensor 20 sowie mit nicht dargestellten digitalen Ein- und Ausgängen ausgestattet.
  • Ferner ist der Fig. 1 ein speicherprogrammierbarer Steuerungsmodul 19 (PLC) zu entnehmen, mit welchem der Proportionaldruckregler 22 und die Beschichtungsmittelpumpe 18 (am Eingang und Ausgang der Pumpe) über Leitungen 27 oder kabellos gesteuert werden.
  • Die Fig. 2 stellt dasselbe Umlaufsystem 100 dar mit dem Unterschied, dass an der Ringleitung 12 zwischen der Beschichtungseinrichtung 10 und dem Materialdruckregler 15 ein Durchflussmesser 26 mit analoger Schnittstelle platziert ist, welcher ebenso mit dem Steuerungsmodul 19 (PLC) gesteuert ist. Der Durchflussmesser 26 erfasst die Durchflussrate, also einen Volumenstrom.
  • An der Ringleitung 12 zwischen der Beschichtungseinrichtung 10 und dem Materialdruckregler 15 ist gemäß Fig. 3 ein Durchflussmesser 26 mit digitaler Schnittstelle und einem anwenderfreundlichen, großen Display angeordnet.
  • Schließlich ist in Fig. 4 ein Umlaufsystem 200 dargestellt, welches aus denselben Teilen, wie in Fig. 1 gezeigt sind, besteht, wobei an der Ringleitung 12 ein um den Materialdruckregler 15 geführter Bypass 23 angeordnet ist. An dem Bypass 23 ist ein Kugelventil 24 einmontiert, mit welchem der Bypass 34 entweder gesperrt oder freigegeben werden kann.
    • Funktionsweise (in Verbindung mit Figuren 1 bis 3):
  • Eine erste Druckregelung des flüssigen Mediums, hier: Autolack, wird an einem Anfang 13, also am Drucksensor 20 der Beschichtungsmittelpumpe 18 und eine zweite Druckregelung an einem Ende 14 des Umlaufsystems 100 vorgenommen. Dabei wird der Sollwert am Materialdruckregler 15 auf einen ersten, dem Druckmodus der Beschichtungseinrichtung 10 angepassten ersten Versorgungsdruck-Sollwert P1 und einem zweiten, dem Wochenendbetrieb entsprechenden, wesentlich kleineren Versorgungsdruck P2 (zweiter Versorgungsdruck-Sollwert P2) eingestellt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der ersten Versorgungsdruck-Sollwert P1 5 bar und der zweite Versorgungsdruck-Sollwert P2 0,5 bar. Die Werte P1 und P2 sind in diesem Fall so aufeinander abgestimmt, dass die Mindestfließgeschwindigkeit des Mediums in der Ringleitung 12 in Höhe von 0,35 m/s aufrechtgehalten wird. In Abhängigkeit von den individuellen Anforderungen des Umlaufsystems können auch andere Versorgungsdruck-Sollwerte P1, P2 beziehungsweise Mindest-Fließgeschwindigkeiten vordefiniert sein.
  • Somit ist der Materialdruckregler 15 in beiden Zuständen, nämlich im Regelbetrieb und im Wochenendbetrieb aktiviert. Es findet keine Deaktivierung des Materialdruckreglers 15 (BPR) statt. Mit dem minimalen Mediumdruck P2 = 0,5 bar kann das in der Ringleitung 12 befindliche Medium, ohne seine Materialeigenschaften zu verlieren, zirkulieren.
  • Der Steuerdruck am Materialdruckregler 15 wird bei fehlendem Materialabfluss mittels des speicherprogrammierbaren Steuerungsmoduls (PLC) so geregelt, dass sich unabhängig vom eingestellten Versorgungsdruck ein konstanter Volumenstrom einstellt.
    • Funktionsweise (in Verbindung mit Figur 4):
  • Das am Bypass 23 angeordnete befindliche Kugelventil 24 ist geschlossen, wenn die mehrere Abnahmestellen 11 umfassende Beschichtungseinrichtung 10 sich im Regelbetrieb befindet und den Lack anfordert. Der Lack (Beschichtungsmittel 30) ist schematisch in Figuren 1 bis 4 als Sprühstrahl dargestellt. Das Steuerungsmodul 19 (PLC) steuert die Drehzahl der Beschichtungsmittelpumpe 18 so an, dass der Versorgungsdruck P1 (5 bar) im Umlaufsystem konstant gehalten wird.
  • Wird kein Beschichtungsmittel mehr angefordert, öffnet das Kugelventil 24 durch ein von dem Steuerungsmodul 19 (PLC) kommenden Steuersignal automatisch und gleichzeitig wird der erste Versorgungsdruck-Sollwert P1 auf den zweiten Sollwert P2 umgestellt. Das Umlaufsystem befindet sich damit im Energiesparmodus mit der minimalen Strömungsrate. Die Mindestfließgeschwindigkeit des Mediums in der Ringleitung 12 sollte für einige Lacke zum Beispiel mindestens 0,35 m/s betragen.
  • Der Bypass 23 mit dem Kugelventil 24 wird bei einer Zeitsteuerung eingesetzt. Das Kugelventil 24 bleibt beispielsweise am Wochenende oder an Feiertagen offen, um den minimalen Versorgungsdruck im Umlaufsystem aufrechtzuerhalten.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Beschichtungseinrichtung
    11
    Abnahmestelle
    12
    Ringleitung
    13
    Anfang
    14
    Ende
    15
    Materialdruckregler
    16
    Vorratsbehälter
    17
    Druckbehälter
    18
    Pumpe
    19
    Steuerungsmodul SPS (PLC)
    20
    Drucksensor
    21
    Druckminderer
    22
    Druckregler
    23
    Bypass
    24
    Kugelventil
    25
    Druckleitung (Pressluft)
    26
    Durchflussmesser
    27
    Leitung (von 19)
    28
    Eingang (von 29)
    29
    Druckkammer (von 15)
    30
    Beschichtungsmittel
    100
    Umlaufsystem
    200
    Umlaufsystem
    P
    Versorgungsdruck
    P1
    erster Versorgungsdruck-Sollwert
    P2
    zweiter Versorgungsdruck-Sollwert
    PS
    Steuerdruck
    PS1
    erster Steuerdruck
    PS2
    zweiter Steuerdruck

Claims (14)

  1. Verfahren zur Regelung eines Versorgungsdruckes (P) in einem Umlaufsystem (100; 200) für ein Beschichtungsmittel (30), umfassend:
    - eine Pumpe (18),
    - eine Beschichtungseinrichtung (10) mit wenigstens einer Abnahmestelle (11),
    - einen Materialdruckregler (15),
    - einen Vorratsbehälter (16),
    - einen Druckregler (22) und
    - ein Steuerungsmodul (19),
    wobei der Druckregler (22) dazu vorgesehen ist, mittels des Steuerungsmoduls (19) den Materialstrom der Beschichtungsmittelpumpe (18) so zu steuern, dass bei einem im Umlaufsystem (100, 200) im Beschichtungsmittel (30) geregeltem Versorgungsdruck (P) über einen vordefinierten Sollwert in Form eines Steuerdrucks (PS) der Volumenstrom am Materialdruckregler (15) geregelt wird,
    wobei der Steuerdruck (PS) auf Basis eines im Beschichtungsmittel gemessenen physikalischen Parameters
    abhängig vom eingestellten Versorgungsdruck (P)variabel einstellbar ist, so dass im Ringleitungssytem (100, 200) eine kontinuierliche Druckregelung auf:
    - einen ersten Sollwert (P1) mit einem ersten zugehörigen Volumenstrom und einem ersten Steuerdruck (PS1) und
    - wenigstens einen zweiten Sollwert (P2) mit einem zweiten zugehörigen Volumenstrom und einem zweiten Steuerdruck (PS2) ermöglicht wird,
    und wobei bei fehlendem oder reduziertem Austritt von Beschichtungsmittel (30) aus der wenigstens einen Abnahmestelle (11) der Versorgungsdruck (P) auf einen geringen Druck heruntergeregelt wird und der Steuerdruck (PS) mittels des Materialdruckreglers (15) auf den zweiten Steuerdruck (PS2) eingestellt wird, wobei der zweite Steuerdruck (PS2) und der Versorgungsdruck (P2) so gewählt sind, dass im Umlaufsystem (100, 200) ein voreingestellter Volumenstrom (Vk) realisiert wird und wobei der konstante Volumenstrom (Vk) in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu fördernden Beschichtungsmittels (30) so gewählt ist, dass ein zur Vermeidung von Störungen im Umlaufsystem (100, 200) minimal erforderlicher Volumenstrom (Vmin) gefördert wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Steuerdrucks (PS)
    - auf Basis von Strömungswiderständen im Umlaufsystem (100, 200);
    - und mittels einer Zeitsteuerung abhängig vom eingestellten Versorgungsdruck (P) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Austritt von Beschichtungsmittel (30) aus der wenigstens einen Abnahmestelle (11) der Steuerdruck (PS) mittels des Materialdruckreglers (15) auf den ersten Steuerdruck (PS1) eingestellt wird, wobei der erste Steuerdruck (PS1) so gewählt ist, dass er einen Regelbetrieb der Beschichtungseinrichtung (10) mit möglichst konstantem Versorgungsdruck (P1) in der gesamten Versorgungsleitung ermöglicht.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei fehlendem Materialabfluss aus der wenigstens einen Abnahmestelle (11) ein Bypass (18) um den Materialdruckregler (15) aktiviert und solange aufrecht erhalten wird, bis die wenigstens eine Abnahmestelle (11) aktiviert wird und aus der Abnahmestelle (11) Beschichtungsmittel (30) austritt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerdruck (PS) über den an einer Druckleitung (25) angeordneten, vorzugsweise pneumatischen, Druckregler (22) gesteuert wird und der Materialdruckregler (15) als Staudruckregler am Ende der Leitung fungiert.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Steuerdruck (PS1, PS2) über einen anhand der physikalischen Parametern des Beschichtungsmittels (30) und der Strömungswiderstände im Umlaufsystem (100; 200) und dem eingestellten Druck (P) erstellten Algorithmus berechnet und/oder über ein Kennlinienfeld bzw. über eine Durchflussmessung abgerufen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steuerdruck (PS1) und/oder der zweite Steuerdruck (PS2) und/oder der Druck (P) über eine Uhrzeit und/oder eine kalendarische Zeiteinstellung vorgewählt wird.
  7. Vorrichtung/System zur Datenverarbeitung umfassend:
    - Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und
    - eine Regelung des Versorgungsdrucks (P) in einem Umlaufsystem (100; 200), welches einen Materialdruckregler (15), einen Druckregler (22) und ein Steuerungsmodul (19) umfasst.
  8. Umlaufsystem (100; 200) umfassend
    - eine Beschichtungsmittelpumpe (18),
    - eine Beschichtungseinrichtung (10) mit wenigstens einer Abnahmestelle (11),
    - einen Materialdruckregler (15),
    - einen Vorratsbehälter (16),
    - einen Druckregler (22),
    - ein Steuerungsmodul (19) und
    - eine Vorrichtung / ein System zur Datenverarbeitung nach Anspruch 7.
  9. Umlaufsystem (100; 200) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerdruck (PS) über den an der Druckleitung (25) sitzenden, vorzugsweise pneumatischen, Druckregler (22) steuerbar ist.
  10. Umlaufsystem (100; 200) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ringleitung (12) wenigstens ein analoger oder digitaler Durchflussmesser (26) vorgesehen ist, welcher vorzugsweise zwischen der Beschichtungseinrichtung (10) und dem Materialdruckregler (15) positioniert ist.
  11. Umlaufsystem (100; 200) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in das Umlaufsystem (100) ein speicherprogrammierbares Steuerungsmodul (19) eingebaut ist, welches über Leitungen (27) wenigstens mit der Beschichtungsmittelpumpe (18), dem Drucksensor (20) und dem Druckregler (22) verbunden ist.
  12. Umlaufsystem (100; 200) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsmittelpumpe (18) und/oder der Drucksensor (20) und/oder der Druckregler (22) und/oder der Durchflussmesser (26) kabellos durch das Steuerungsmodul (19) angebunden sind.
  13. Umlaufsystem (200) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ringleitung (12) ein um den Materialdruckregler (15) geführter Bypass (23) angeordnet und der Bypass (23) mittels Betätigung eines Ventils (24) aktivierbar ist.
  14. Umlaufsystem (100; 200) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Materialdruckregler (15) vorzugsweise ein Gegendruckregler mit einer variablen, wenigstens eine flexible Wandung aufweisende, Druckkammer (29) vorgesehen ist, so dass das Volumen der Druckkammer (29) variierbar ist.
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