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Die
Erfindung betrifft ein Applikationssystem für die insbesondere
serienweise Applikation eines Beschichtungsmaterials hoher Viskosität
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner
betrifft die Erfindung einen entsprechenden Applikationsroboter
und einen entsprechenden Applikator dieses Systems.
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Bei
der Beschichtung von Werkstücken wie z. B. Fahrzeugkarossen
oder deren Teilen mit Beschichtungsmitteln wie Dichtstoffen, z.
B. zum Nahtabdichten, oder Klebstoffen oder Mitteln zur Konservierung
wie z. B. Wachs oder Mitteln zum Laminieren oder auch Dämmstoffen
usw. ist bekanntlich in vielen Fällen eine möglichst
genaue Dosierung des dem Applikator zugeführten Materials
erforderlich. Die Viskosität derartiger Beschichtungsmittel,
für die der Applikator eines erfindungsgemäßen
Systems geeignet sein soll, ist wesentlich höher als beispielsweise
die Viskosität von Nasslack und beträgt in der Regel
mehr als 300 mPas, typisch mehr als 500 mPas. Die Dosierung erfolgt
bedarfsabhängig, d. h. während der Beschichtung
muss der Volumenstrom (Durchflussmenge pro Zeiteinheit) des dem
Applikator zugeführten Beschichtungsmaterials in Abhängigkeit
von den jeweiligen Teilbereichen des Werkstücks mit hoher
Präzision und kurzen Ansprechzeiten änderbar sein,
wobei die jeweiligen Sollwerte in der übergeordneten Anlagensteuerung
gespeichert sind und von ihr vorgegeben werden. Die Dosiergenauigkeit
soll in vielen Fällen mindestens ±1% vom Sollwert
betragen, und zwar mit hoher Wiederholgenauigkeit bei Temperatur-,
Viskositäts- und Druckschwankungen. Wegen der erforderlichen
Genauigkeit wird vorzugsweise stufenlose Volumenregelung verlangt.
Die Bestandteile des Dosiersystems müssen u. a. zur Vermeidung
von Aushärtungen möglichst totraumfrei sein. Besondere
Anforderungen ergeben sich bei der Dosierung von speziellen Beschichtungsstoffen
wie beispielsweise NAD-Material (Nichtwässrige Polymerdispersion),
für die u. a. spezielle Messeinrichtungen erforderlich
sind, oder bei Materialien, bei deren Applikation hoher Dosierdruck erreicht
wird, z. B. im Fall von PUR bis 400 bar. Unterschiedliche Bedingungen
ergeben sich hinsichtlich des Volumenstroms, also der Durchflussmenge,
die in typischen Fällen z. B. zwischen 2 und 50 ccm/sec betragen
kann. Weitere Anforderungen betreffen die zulässigen Einschwing-
und Reaktionszeiten des Systems (< 40
ms bis zum Erreichen von ±5% des Sollwerts), frei programmierbare
Einstellbarkeit des Vordrucks mit geringer Reaktionszeit (< 100 ms) und automatische
dynamische Anpassung des Vordrucks bei Viskositätsänderungen
des Beschichtungsmaterials, die Möglichkeit der automatischen
Kalibrierung bei Materialänderungen sowie geringe Verzögerungszeiten
bei Betriebsbeginn. Generell sollen nicht nur der Anlagen- und Wartungsaufwand,
sondern insbesondere in Hinblick auf die Montage in oder an Applikationsrobotern
auch Gewicht und Abmessungen der Systembestandteile möglichst
gering sein.
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Wenn
beispielsweise mit einem Applikationsroboter eine Schweiß-
oder Bördelnaht des Werkstücks abgedichtet werden
soll, muss die Applikation so gesteuert werden, dass nicht nur die
jeweils benötigte Materialmenge genau dosiert wird, sondern auch
genau die vorbestimmten Anfangs- und Endpunkte der Materialnaht
eingehalten werden. Wegen der in der Praxis relativ schnellen Applikationsbewegungen
eines Roboters ist dafür eine sehr präzise Steuerung
der Ein- und Ausschaltzeiten der Applikation erforderlich.
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Auf
dem Gebiet der Karossenbeschichtung sind in der Praxis für
die Dosierung hochviskoser Beschichtungsmittel bisher im Gegensatz
zu Lackieranlagen diskontinuierliche Dosiereinrichtungen üblich oder
auch sogenannte Druckregler, die relativ leicht sind und daher auch
an den Applikationsroboter angebaut werden können. Derartige
Einrichtungen arbeiten aber mit nur geringer Dosiergenauigkeit und zugleich
mit geringer Dosierdynamik bzw. Ansprechgeschwindigkeit. Ferner
sind sie nicht in der Lage, wenigstens kurzfristig den an der Applikationsdüse benötigten
Druck unabhängig von der Materialversorgung derart zu erhöhen,
wie es in manchen Fällen erforderlich sein kann, oder den
Druck vor Applikationsbeginn herabzusetzen, wie es ebenfalls erforderlich
sein kann. Diskontinuierliche Dosiersysteme haben darüber
hinaus weitere prinzipielle Nachteile wie Nachfüllzeitverluste,
lange Zykluszeiten oder kleinen Dosierbereich.
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Aus
WO 2004/041444 ist ein
u. a. für Dicht- und Klebestoffe verwendbares Dosiersystem
bekannt, das im Wesentlichen aus einer kontinuierlichen Kolben-
oder Zahnrad-Dosierpumpe und einer ihr nachgeschalteten zweiten
Dosierstufe in Form eines Zylinderbehälters besteht, dessen
Inhalt von einem Kolben zwischen zwei vorgegebenen Pegeln gehalten
wird. Dieses Dosiersystem ist ebenso wie andere an sich bekannte
Kolbendosiereinrichtungen zumindest bei ausreichender Dosierpräzision
so sperrig und schwer, dass es nicht an einen Applikationsroboter
angebaut oder eingebaut werden kann, weil dessen Tragfähigkeit überschritten
würde und/oder seine Bewegungsdynamik und in manschen Fällen
die Erreichbarkeit der zu beschichtenden Werkstückbereiche
beispielsweise im Inneren einer Fahrzeugkarosse beeinträchtigt
würden. Dies hat den wesentlichen Nachteil unerwünscht
langer Schlauchverbindungen zwischen der Dosiereinrichtung und dem
Applikator mit der Folge einer Herabsetzung der Dosiergenauigkeit
und der Dosierdynamik, u. a. wegen der bekannten Schlauchatmungsprobleme.
Lange Schläuche haben auch den weiteren Nachteil entsprechend
hoher Materialverluste bei einem Spül- oder Reinigungsvorgang
oder Materialabsetzprobleme, vor allem wenn keine ständige
Materialzirkulation bis zu dem Applikator erfolgt.
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Für
die Applikation von Dichtmaterial auf Fahrzeugkarossen geeignete
Roboter und Applikatoren sind u. a. aus
US 6 053 434 und
EP 1 521 642 bekannt. Die Applikatoren
dieser Roboter bestehen im Wesentlichen aus einem rohrförmigen
Lanzenteil, an dessen äußerem Ende sich eine Anordnung
aus beispielsweise drei alternativ wählbaren Düsen
befindet. Für jede Düse ist in dem Applikator
ein Steuerventil für das dem Applikator von außen
zugeführte Material eingebaut, mit dem (etwa entsprechend
der Hauptnadelfunktion üblicher Lackzerstäuber)
die Ein- und Ausschaltzeiten der Applikation und damit die Anfangs-
und Endpunkte der applizierten Materialbahn gesteuert werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile
bekannter Systeme für Material hoher Viskosität
eine möglichst kurze Verbindung zwischen der Dosiereinrichtung
und dem Applikator sowie möglichst genaue Dosierung und Applikation
zu erreichen, ohne die Bewegungsmaschine hinsichtlich Tragfähigkeit,
Bewegungsdynamik und/oder Erreichbarkeit der zu beschichtenden Werkstückbereiche
wesentlich zu beeinträchtigen. Dies soll mit möglichst
geringem Aufwand erreicht werden.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
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Bei
Integration der Dosierpumpe in einen Roboterarm, also in den Oberarm
eines üblichen zweiarmigen Roboters oder vorzugs weise in
dessen Vorderarm, wird die Schlauchlänge auf das entsprechend
kurze Stück bis zum Applikator am Roboterhandgelenk reduziert.
Entsprechend hoch ist die erreichbare Applikations- und Dosierdynamik.
Optimal ist allerdings der Einbau der Dosierpumpe in den Applikator
selbst, da ihr Ausgang dann direkt ohne Schlauchverbindung an die
Düsenanordnung angeschlossen werden kann.
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Die
Dosierpumpe soll vorzugsweise in der Lage sein, selbst und zumindest
kurzzeitig unabhängig von ihrem eingangsseitigen Materialversorgungsdruck
einen gewünschten Materialdruck zu erzeugen, der bei Bedarf
auch wesentlich höher sein kann als ihr Eingangsdruck.
Ferner soll die Förderrichtung der Dosierpumpe vorzugsweise
umsteuerbar (reversierbar) sein, so dass sie auch in der Lage ist,
den ausgangsseitigen Druck, also der Vordruck am Applikator unabhängig
vom Materialversorgungsdruck kurzzeitig zu reduzieren. Dies kann
insbesondere bei Integration der Dosierpumpe in einen Roboterarm gegen
Ende einer Materialnaht zweckmäßig sein, damit
sich bei anschließendem Wiedereinschalten der Applikation
kein Materialüberschuss durch Entspannen der Schlauchverbindung
zu der Applikationsdüse ergibt.
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Als
weitere zweckmäßige Eigenschaft soll die Dosierpumpe
vorzugsweise im Stillstand selbstdichtend sein, so dass auch bei
hohem Eingangsdruck kein Material aus ihrem Ausgang austritt. Diese Eigenschaft
macht es möglich, die Materialförderung durch
die Düse durch Ein- und Ausschalten der Dosierpumpe selbst
zu steuern und auf das bei den bekannten Applikatoren der Düse
notwendigerweise vorgeschaltete, durch externe Signale gesteuerte Steuerventil
zu verzichten. Diese Möglichkeit besteht insbesondere bei
Integration der Dosierpumpe in den Applikator und bei möglichst
direktem Anschluss der Düse an den Ausgang der Dosierpumpe.
Dadurch würden sowohl das Steu erventil selbst als auch
sein Steuerantrieb und damit zum Platzbedarf, Gewicht und Aufwand
des Applikators und/oder des Roboterarms beitragende Bauteile entfallen,
was schon bei nur einer Düse und besonders bei mehreren
Düsen, für die bisher jeweils ein eigenes Steuerventil
notwendig war, ein wesentlicher Vorteil sein kann.
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Da
die Dosierpumpe erfindungsgemäß an oder vorzugsweise
in einen Roboterarm oder noch besser den Applikator selbst an- oder
eingebaut wird, soll sie trotz der Möglichkeit hoher Druckerzeugung und
hoher Dosierpräzision möglichst klein und leicht sein.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Dosierpumpe
eine rotierende Verdrängerpumpe und insbesondere eine mit
mindestens einer rotierenden Schraube oder Schnecke arbeitende Pumpe.
Derartige rotierende Verdrängerpumpen sind als Schrauben-,
Schraubenspindel-, Schnecken- oder Exzenterschneckenpumpen bekannt
und im Handel erhältlich.
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Wie
schon erwähnt wurde, sind die in der Praxis wichtige hohe
Dosiergenauigkeit und die für hochviskose Beschichtungsstoffe
erforderlichen hohen Drücke an der Düse bei bekannten
Systemen nur mit sperrigen, schweren und auch antriebstechnisch
aufwändigen Dosiereinrichtungen erreichbar, die in der
Regel nicht erfindungsgemäß in übliche
Applikationsroboter oder gar in den Applikator selbst integriert
werden können. Eine zweckmäßige Möglichkeit,
eine relativ einfache und kleine Dosierpumpe verwenden zu können
und dennoch die erforderliche Dosiergenauigkeit zu erreichen, ist
die Verwendung eines zweistufigen Dosiersystems, wie es im Prinzip in
der Patentanmeldung
EP 07 009
228.3 /
EP 1 854 548 vom
08.05.2007 beschrieben ist, deren gesamter Inhalt in die Offenbarung
der hier beschriebenen Erfindung einbezogen wird. Dieses System enthält im
Wesentlichen eine geregelte erste Dosiereinrichtung, die den Druck
oder den Volumenstrom des von dem Applikator zu applizierenden Beschichtungsmaterials
in Abhängigkeit von Sollwerten einstellt, die ihr von einer
automatischen Anlagensteuerung vorgegeben werden, einen Messwertgeber
zur Erzeugung eines Messwerts, der dem Druck oder dem Volumenstrom
des zu dem Applikator fließenden Beschichtungsmaterials
entspricht, eine Regeleinrichtung zur Steuerung der ersten Dosiereinrichtung
in Abhängigkeit von den vorgegebenen Sollwerten und von
dem Messwert des Messwertgebers sowie eine an den Ausgang der ersten
Dosiereinrichtung für das zu dem Applikator fließende
Beschichtungsmaterial angeschlossene zweite Dosiereinrichtung, die
zur Feindosierung des applizierten Beschichtungsmaterials dessen
Druck- oder Volumenstrom in Abhängigkeit von den vorgegebenen
Sollwerten steuert. Vorzugsweise werden die erste Dosiereinrichtung
und/oder die zur Feindosierung dienende zweite Dosiereinrichtung
jeweils von einem eigenen, vorzugsweise in sich geschlossenen Regelkreis
gesteuert, der einen dem Druck oder dem Volumenstrom des zu dem
Applikator fließenden Beschichtungsmaterials entsprechenden
Messwert mit den vorgegebenen Sollwerten vergleicht. Besonders bevorzugt
ist hierbei, wenn die erste Dosiereinrichtung von einem geschlossenen Regelkreis
gesteuert wird, der ein Stellglied zur Einstellung des Drucks oder
des Volumenstroms des zu der zweiten Dosiereinrichtung fließenden
Beschichtungsmaterials in Abhängigkeit von den mit dem
Istwert verglichenen Sollwerten enthält.
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Dieses
Dosiersystem kann mit geringem Bau-, Steuerungs- und Instandhaltungsaufwand
als reines Durchflusssystem mit der Möglichkeit kontinuierlicher
Endlosdosierung realisiert werden, das im Gegensatz zu bekannten
kontinuierlichen Systemen den Vorteil größtmöglicher
Dosiergenauigkeit (in der Regel weniger als 1% Abweichung vom Sollwert)
hat. Eine vergleich bare Genauigkeit war bisher nur mit diskontinuierlichen
Kolbendosierern erreichbar. Das System arbeitet nach dem Master-Slave-Prinzip
mit der ersten Dosierstufe als Master und der zweiten Dosierstufe
als Slave. Für die erste Dosierstufe kann zweckmäßig
eine vorteilhaft einfache, kompakte, kosten- und wartungsgünstige
Dosiereinrichtung an sich bekannter Art verwendet werden wie beispielsweise
ein verschleiß- und wartungsarmer Durchflussregler mit
einem Dosierventil als Stellglied oder auch ein noch einfacherer
dosierender Druckregler. Für die zur Feindosierung erforderliche
zweite Dosierstufe kann dagegen erfindungsgemäß die
rotierende Schrauben- oder Schneckenpumpe oder sonstige rotierende
Verdrängerpumpe des hier beschriebenen Applikationssystems
verwendet werden.
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Die
wesentlichen Vorteile der Erfindung sind somit zunächst
die kürzestmögliche Verbindung zwischen der Dosiereinrichtung
und dem Applikator und extrem genaue Dosierung (< 1%), gezielte Einstellbarkeit des
Vordrucks der Düse bei Reversierbetrieb der Dosierpumpe
sowie hohe Dosierdynamik insbesondere bei schnellen Brush-Wechseln,
also schnelle Reaktionen auf Änderungen der die Beschichtung steuernden
Parameter wie z. B. Druck und/oder Volumenstrom des durch die Düse
fließenden oder abgesprühten Materials. Ferner
ist eine Endlosdosierung möglich, wodurch die Produktionskapazität
bei der Beschichtung von Werkstücken erhöht werden kann.
Bei Verwendung zweckmäßiger Pumpen ist auch die
Dosierung abrasiver Materialien möglich. In konstruktiver
Hinsicht wird ein kompakter, platzsparender An- oder Einbau der
Dosierpumpe ermöglicht, und es können die bei
manchen bekannten Systemen störenden externen Halterungen
für Dosiereinrichtungen entfallen.
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Die
Erfindung eignet sich für beliebiges Material hoher Viskosität,
und zwar sowohl für 1K- als auch für 2K-Material.
Im letztgenannten Fall können die beiden Komponenten in
an sich bekannter Weise in einem im Applikator vorgesehenen Raum
gemischt werden. Ebenso besteht die Möglichkeit, zwei Komponenten
gleichzeitig auf das Werkstück zu applizieren, beispielsweise
gleichzeitig Dicht- und Klebstoffe in einem Arbeitsgang.
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An
den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen
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1 ein
für die Erfindung geeignetes zweistufiges Dosiersystem;
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2 eine
schematische Ansicht eines Applikationsroboters gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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3 ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Applikators.
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Das
in 1 dargestellte Dosiersystem ist so konzipiert,
dass es wahlweise sowohl zur Druckregelung als auch zur Volumenstromregelung
verwendet werden kann. Nicht alle Bestandteile sind also für den
jeweiligen Fall erforderlich.
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Das
von einem Applikator 10 zu applizierende Beschichtungsmaterial,
beispielsweise für Fahrzeugkarossen oder deren Teile benötigtes
Sealingmaterial, wird von einer Materialversorgungseinrichtung 12 durch
eine Eingangsleitung 13 und einen Materialdruckregler 14 einer
ersten Dosiereinrichtung 20 und von dort durch eine Verbindungsleitung 21 einer zweiten
Dosiereinrichtung 30 zugeführt. Vom Ausgang der
zweiten Dosiereinrichtung 30 fließt das Beschichtungsmaterial
durch eine Leitung 31, beispielsweise eine Schlauchleitung,
zu dem Eingang des Applikators 10. Die Materialförderung
wird durch den in den Leitungen 13, 21 und 31 herrschenden
Druck bewirkt.
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Die
gestrichelten Linien stellen z. B. elektrische oder pneumatische
Signalsteuerleitungen dar.
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Der
Materialdruckregler 14 dient zur Einregelung des Vordrucks
des Dosiersystems am Materialeingang der ersten Dosiereinrichtung 20 und
enthält zu diesem Zweck ein in die Eingangsleitung 13 geschaltetes
Stellventil 22 und einen zugehörigen Drucksensor 23.
Das Stellventil 22 kann in an sich bekannter Weise von
einer in der Applikationssteuerung 40 enthaltenen zugehörigen
Regeleinrichtung (nicht dargestellt) im geschlossenen Regelkreis
in Abhängigkeit von dem Druck-Istwert, der von dem Drucksensor 23 am
Materialausgang des Stellventils 22 gemessen wird, und
einem vorgegebenen gewünschten Vordruck-Sollwert gesteuert
werden. Der Materialdruckregler 14 wird hierbei auf einen
konstanten Materialdruck eingestellt, der größer
ist als der im Applikationsbetrieb erforderliche Maximaldruck im
System.
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Die
erste Dosiereinrichtung 20 enthält ein in die
Verbindungsleitung 21 geschaltetes Dosierventil 22,
das in an sich bekannter Weise als Stellglied eines geschlossenen
Regelkreises dient und von einem beispielsweise elektrischen umsteuerbaren
Motor M20 mit zugehörigem Getriebe G betätigt
wird, sowie einen eigenen Drucksensor 23, der den Druck am
Materialausgang des Dosierventils 22 misst. Eine ebenfalls
in der Applikationssteuerung 40 enthaltene zugehörige
Regeleinrichtung (nicht dargestellt) kann den Motor M20 in Abhängigkeit
von dem Druck-Istwert des Drucksensors 23 und/oder in Abhängigkeit von
einem Istwertgeber am Ausgang der zweiten Dosiereinrichtung 30 und
von den in der üblichen Weise mit dem Istwert verglichenen
Sollwerten steuern. Die Sollwerte sind für die gewünschte
Dosierung des Beschichtungsmaterials während der Applikation
bedarfsabhängig veränderlich und werden dem Re gelkreis
von der übergeordneten automatischen Anlagensteuerung (nicht
dargestellt) vorgegeben.
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Die
zweite Dosiereinrichtung 30 dient zur Feindosierung des
Beschichtungsmaterials und enthält vorzugsweise eine rotierende
Verdrängerpumpe 32, die von einem umsteuerbaren
Motor M30 in beiden Drehrichtungen antreibbar ist und als Stellglied eines
geschlossenen Regelkreises arbeiten kann. Die Verbindungsleitung 21 kann
zwischen dem Materialausgang der ersten Dosiereinrichtung 20 und
dem Materialeingang der zweiten Dosiereinrichtung 30 ein Rückschlagventil 35 enthalten,
um bei zusätzlichem Druckaufbau durch den Feindosierer
einen Druckrückschlag zu dem Dosierventil 22 zu
verhindern.
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An
den über die Leitung 31 mit dem Applikator 10 verbundenen
Materialausgang des Feindosierers ist ein weiterer Drucksensor 36 angeschlossen, der
den von ihm gemessenen Druck-Istwert einer weiteren (nicht dargestellten)
Regeleinrichtung in der Applikationssteuerung 40 zuführt,
die bei einer möglichen Funktionsweise des Systems den
Istwert mit von der übergeordneten Anlagensteuerung vorgegebenen
(der gewünschten Ausflussmenge beim Applizieren entsprechenden)
Drucksollwerten vergleichen und entsprechende Steuersignale dem
Motor M30 des Feindosierers zuführen kann. Ist der Druck
des Beschichtungsmaterials zu niedrig, wird er durch den Antrieb
erhöht, während zu hoher Druck durch den Motor
M30 herabgesetzt wird.
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In
Applikationspausen kann es zweckmäßig sein, den
Messwert des bei der oben beschriebenen Funktionsweise direkt auf
den Feindosierer wirkenden Drucksensors 36 gemäß einer
anderen Funktion auch zur Einstellung des statischen Drucks im System,
also am Materialeingang des Feindosierers zu verwenden. Dieser statische
Druck kann von einer in der Applikationssteuerung 40 enthaltenen
Regeleinrichtung eingestellt werden.
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Darstellungsgemäß ist
zusätzlich zu dem Drucksensor 36 am Materialausgang
der Zylindereinheit 32 eine Durchflussmesszelle 37 in
die Leitung 31 geschaltet, die bei einer ebenfalls möglichen
Funktionsweise des Systems den Volumenstrom des zu dem Applikator 10 fließenden
Beschichtungsmaterials misst und diesen Istwert der zugehörigen
Regeleinrichtung in der Applikationssteuerung 40 zuführt. Die
Regeleinrichtung kann somit durch Vergleich dieses Istwerts mit
Sollwerten für den momentan erforderlichen Volumenstrom
oder mit entsprechend umgerechneten Drucksollwerten die als Stellglied
dienende Zylindereinheit 32 der zweiten Dosiereinrichtung 30 zur
direkten Volumenstromregelung ansteuern.
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Da
die Durchflussmesszelle 37 den Volumenstrom des zu dem
Applikator 10 fließenden Beschichtungsmaterials
misst, der sich als Ergebnis beider Dosiereinrichtungen 20 und 30 ergibt,
kann es ferner zweckmäßig sein, mit dem Messwert
der Durchflussmesszelle 37 zusätzlich auch den
Regelkreis der ersten Dosiereinrichtung anzusteuern. Bei Kenntnis
des jeweiligen Drucks an beiden Dosiereinrichtungen lassen sich
beide Regelkreise separat steuern. Die Messwerte der Durchflussmesszelle 37 können
in der Applikationssteuerung 40 in entsprechende Druckwerte
umgerechnet werden.
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Wenn
kein durch den Volumenstrom gesteuertes Regelsystem, sondern ein
ausschließlich druckgesteuertes Dosiersystem realisiert
werden soll, könnte die Durchflussmesszelle 37 auch
entfallen. Gemäß einer nicht dargestellten weiteren
Ausführungsform ist es aber andererseits möglich,
auch die dem Feindosierer vorgeschaltete erste Dosiereinrichtung
in direkter Abhängigkeit von dem beispielsweise in der
Verbindungsleitung 21 gemessenen Volumenstrom anzusteuern.
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Bei
den oben beschriebenen Funktionen kann vorausgesetzt werden, dass
die Druck- bzw. Volumenstrommesswerte am Ausgang der zweiten Dosiereinrichtung
30 in
genau definierbarer Relation zu den entsprechenden Werten unmittelbar
am Applikator
10 stehen. Diese Relation kann bei der Installation
oder Kalibrierung der Beschichtungsanlage ermittelt werden und bleibt
dann unverändert, wobei Störeinflüsse
wie z. B. Schlauchatmung in an sich bekannter Weise (vgl. etwa
EP 1 481 736 und
EP 1 298 504 ) kompensiert
werden können. Auch an sich variable Faktoren wie Temperaturänderungen
und die Viskosität des verwendeten Beschichtungsmaterials können
in der Applikationssteuerung
40 durch bekannte Relationen
rechnerisch berücksichtigt werden. In ähnlicher
Weise können in der Applikationssteuerung bei der Kalibrierung
des Systems feste Relationen zwischen Druck und Volumenstrom und/oder
Ausflussmenge gespeichert werden.
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Es
kann allerdings auch zweckmäßig sein, einen zusätzlichen
Drucksensor 42 direkt an den Materialeingang des Applikators 10 anzuschließen.
Der Messwert dieses Drucksensors 42 ist für die
eigentliche Dosierregelung gemäß den obigen Erläuterungen
nicht notwendig, doch kann er z. B. in der Applikationssteuerung 40 bei
der Adaption des Systems dazu dienen, die Einflüsse von
Temperatur und/oder Viskosität zu eliminieren. In anderen
Fällen kann es dagegen zweckmäßig sein,
beispielsweise für besonders schnelle Regelung das Dosiersystem
mit Hilfe eines Drucksensors am Applikator zu regeln.
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Wenn
kein Material appliziert wird, ist es in vielen Fällen
zweckmäßig, den Materialfluss aus der Leitung 31 zu
dem Applikator 10 nicht zu unterbrechen, sondern das Beschichtungsmaterial
in einem Zirkulationskreis kontinuierlich zu der Materialversorgung
vor der Einrichtung 12 zurückzuleiten, beispielsweise
um Materialänderungen oder Absetzen des Materials zu vermeiden.
Der Zirkulationskreis kann durch den Applikator 10 hindurchführen,
wie es bei Beschichtungsanlagen an sich bekannt ist. Zu diesem Zweck
kann die zu dem Applikator 10 führende Leitung 31 mit
einer Rückführleitung 51 über
ein Umschaltventil 50 verbunden, das während der
Applikation geschlossen ist und in Beschichtungspausen geöffnet
wird. Der Zirkulationskreis muss jedoch nicht bis zu dem Applikator 10 oder
sogar – wie in diesem Ausführungsbeispiel – bis
durch den Applikator 10 hindurch gehen. Alternativ besteht
bei einem Applikationsroboter auch die Möglichkeit, dass
der Zirkulationskreis nur bis zu einem der Roboterarme reicht, beispielsweise
bis zum Vorderarm (Roboterachse 3).
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Zirkulationskreis
durch die Dosiereinrichtung 30 hindurchführen,
und eine Ausgangsleitung 51' bildet dann die Fortsetzung
des Zirkulationskreises. Die Ausgangsleitung 51' ist an
das dargestellte Wegeumschaltventil 53 angeschlossen, von
dem aus der Zirkulationskreis weiter zurück bis zu dem
Zirkulationsanschluss 52 vor dem Eingang der Materialversorgungseinrichtung 12 führt.
Wenn der Zirkulationskreis nicht durch die Dosiereinrichtung 30 führt, kann
das Umschaltventil 53 entfallen und der Gegendruck in der
zweiten Zylinderkammer 39 durch die Leitung 55 direkt
aus der Materialversorgung hergeleitet werden.
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Der
in 2 schematisch dargestellte 6-achsige Applikationsroboter
besteht an sich konventionell aus einem Grundkörper G mit
einem drehbaren Antriebsgehäuse A, an dem die schwenkbare
Anordnung aus den Armen 1 und 2 gelagert ist.
In dem Antriebsgehäuse A können sich die Antriebsmotoren
für die Drehbewegung des Antriebsgehäuses und
für die Schwenkbewegung des Arms 1 befinden, während der
Antriebsmotor für den Arm 2 im Arm 1 montiert sein
kann. An der bei diesem Beispiel 3- achsigen Handgelenkkonstruktion 4 des
Arms 2 ist der Applikator 10 mit dem beispielsweise
für Sealing-Applikation typischen langgestreckten, z. B.
rohrförmigen Lanzenteil 60 montiert, an dessen äußerem
Ende sich die Düsenanordnung 61 mit einer oder
mehr in an sich bekannter Weise wählbaren Düsen
befindet. Zum Antrieb der drei Achsen der Handgelenkkonstruktion 4 können
drei wie üblich am hinteren Ende des Arms 2 angeordnete,
z. B. an eine Rückwand des Arms 2 angebaute Motor-
und Getriebeeinheiten 5 mit jeweils einer durch den Arm 2 verlaufenden Welle
dienen.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
in dem Arm 2 die nur schematisch angedeutete Dosierpumpe 32 integriert,
bei der es sich beispielsweise um eine Schraubenpumpe der für
diese Pumpenart typischen schlanken und langgestreckten Bauform
handeln kann. Diese Dosierpumpe ist über ein (nicht dargestelltes)
relativ kurzes Schlauchstück 62, das durch den
Arm 2 und durch die Handgelenkkonstruktion 4 hindurch
oder auch außerhalb verlegt sein kann, an den Applikator 10 angeschlossen.
Auch die (nicht dargestellte) zu der Dosierpumpe 32 führende
Materialversorgungsleitung kann eventuell im Inneren des Roboterarms
verlaufen. Zum programmgesteuerten Antrieb der Dosierpumpe 32 kann
sie z. B. über eine weitere durch den Arm 2 verlaufende
Welle 63 und ggf. ein Getriebe mit dem Antriebsmotor 64 (entsprechend
M30 in 1) verbunden sein. Der Antriebsmotor 64 der
Dosierpumpe, beispielsweise ein elektrischer oder pneumatischer
Servo- oder sonstiger Motor, kann zweckmäßig ebenfalls
am hinteren Ende des Arms 2 z. B. neben den Motor- und
Getriebeeinheiten 5 oder auch quer zu ihnen angeordnet
sein. Der Dosierpumpenantrieb kann also insoweit und eventuell auch
hinsichtlich des Motortyps zumindest prinzipiell der Konstruktion
und Anordnung eines konventionellen Achsenantriebs des Roboters
entsprechen. In anderen Fällen kann es aber zweckmäßiger
sein, den An triebsmotor 64 direkt an die Dosierpumpe 32 anzubauen.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel eines 6-achsigen
Roboters beschränkt, es können auch weniger oder
mehr Achsen und beispielsweise auch ein Handgelenk mit weniger oder mehr
als drei Achsen vorgesehen sein.
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Es
ist zweckmäßig, die für den Dosierpumpenantrieb
erforderliche Programmsteuerung direkt in die an sich schon vorhandene
Robotersteuerung zu integrieren, so dass kein wesentlicher Aufwand
für eine zusätzliche Applikationssteuerung erforderlich ist.
Ebenso ist es möglich, den Dosierpumpenantrieb mit einer
eigenen Applikationssteuerung zu realisieren. Der Dosierpumpenantrieb
kann hierbei steuerungstechnisch einfach wie eine (ggf. zusätzliche) Roboterachse
behandelt werden.
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Bei
einem (nicht dargestellten) anderen Ausführungsbeispiel
könnte die Dosierpumpe auch an anderer Stelle, beispielsweise
im Arm 1 in den Roboter integriert sein, wobei sich ihr
Antriebsmotor beispielsweise ebenfalls im oder am Arm 1 oder
auch im Antriebsgehäuse A befinden kann.
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Besonders
bevorzugt ist jedoch die schematisch in 3 dargestellte
Anordnung der Dosierpumpe 32 in dem Lanzenteil 60 des
Applikators 10, wobei der Ausgang der Dosierpumpe 32 bei 62 direkt und
ohne Schlauchverbindung und als besondere Möglichkeit auch
ohne Zwischenschaltung eines durch externe Signale zum Ein- und
Ausschalten der Applikation gesteuerten Ventils an die Düsenanordnung 61 angeschlossen
sein kann. Der Applikator 10 wird in einer an sich bekannten
Weise mit seinem Anschlussblock 68 an dem (in 3 nicht
dargestellten) Roboterhandgelenk montiert. Der Antriebsmotor der Dosierpumpe 32 kann
sich ebenfalls in dem Applikator direkt an der Pumpe oder andernfalls
in oder an dem Arm 1 des Roboters befinden. Für
eine Antriebswelle und die Materialversorgungsleitung der Dosierpumpe 32 kann
Entsprechendes wie zu 2 gelten.
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Die
in 3 schematisch dargestellte Anordnung einer Pumpe
insbesondere des oben erwähnten bevorzugten Typs in (oder
an) einem Applikator kann auch für andere Zwecke als das
hier eigentlich beschriebene Applikations- und Dosiersystem zweckmäßig
und vorteilhaft sein, beispielsweise lediglich als Fördereinrichtung
für beliebige Fluide. Diese Anordnung ist also nicht auf
die übrigen Merkmale der hier beschriebenen Erfindung beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2004/041444 [0005]
- - US 6053434 [0006]
- - EP 1521642 [0006]
- - EP 07009228 [0014]
- - EP 1854548 [0014]
- - EP 1481736 [0033]
- - EP 1298504 [0033]