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Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Beschichten von Gegenständen, insbesondere von Fahrzeugkarosserien und/oder Fahrzeugkarosserieteilen mit
- a) einer Beschichtungskabine, welche einen Luftzuführraum und einen Applikationsbereich umfasst, welche durch eine strömungsdurchlässige Kabinendecke räumlich getrennt sind;
- b) einem Luftsystem, welches derart eingerichtet ist, dass dem Luftzuführraum konditionierte Luft zuführbar ist und diese als Kabinenluft weiter durch den Applikationsbereich strömt;
wobei
- c) in dem Applikationsbereich wenigstens eine Applikationseinrichtung angeordnet ist und in dem Applikationsbereich Overspray entsteht, welcher von der Kabinenluft auf- und mitgenommen wird.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beschichten von Gegenständen, insbesondere von Fahrzeugkarosserien und/oder Fahrzeugkarosserieteilen.
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Bei der manuellen oder automatischen Applikation von Lacken auf Gegenstände wird ein Teilstrom des Lackes, der im Allgemeinen sowohl Festkörper und/oder Bindemittel als auch Lösemittel enthält, nicht auf den Gegenstand appliziert. Dieser Teilstrom wird in der Fachwelt „Overspray“ genannt. Der Overspray wird von dem Kabinenluftstrom in der Behandlungskabine erfasst und einer Abscheidung zugeführt, sodass die Luft gegebenenfalls nach einer geeigneten Konditionierung wieder in die Beschichtungskabine zurückgeleitet werden kann.
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Um reproduzierbare Lackierergebnisse zu erhalten, ist es in Beschichtungskabinen wünschenswert, dass die Strömungsgeschwindigkeit, mit welcher die Kabinenluft von oben nach unten durch den Applikationsbereich hindurch strömt, über die Fläche des Applikationsbereichs weitgehend konstant ist und die Strömung insgesamt homogen ist.
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Um dies zu erreichen, weist der Luftzuführraum bei vom Markt her bekannten Anlagen ein verhältnismäßig großes Volumen auf, damit sich die Luft auf dem Strömungsweg durch den Luftzuführraum zur strömungsdurchlässigen Kabinendecke beruhigen kann und sich Verwirbelungen und Turbulenzen auflösen können. Das erforderliche Volumen wird über die Bauhöhe des Luftzuführraumes erreicht.
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Bei solchen Anlagen betragen die Höhe des Applikationsbereichs zwischen der Kabinendecke und einem Kabinenboden beispielsweise etwa 4,5 m und die Höhe des Luftzuführraumes zwischen einer Decke des Luftzuführraumes und der Kabinendecke beispielsweise etwa 3,0 m.
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Unter dem Applikationsbereich befindet sich meist ein unterer Anlagenteil, in dem ein Entspannungsbereich für die mit Overspray beladene Kabinenluft befindet, der zu einem ebenfalls im unteren Anlagenteil angesiedelten Abscheidebereich und einer dort untergebrachten Abscheidevorrichtung führt, mit der die Kabinenluft von dem Overspray befreit werden kann. Der Entspannungsbereich dient dazu, der mit Overspray beladenen Kabinenluft Zeit zu geben, sich strömungstechnisch zu beruhigen, da diese als möglichst homogene Strömung zur Abscheidevorrichtung gelangen soll. Auf dem Weg durch den Applikationsbereich wird die Kabinenluft nämlich durch die dort vorhandenen Aufbauten, insbesondere durch die Applikationseinrichtungen in Form von Lackierrobotern und durch die vorhandene Fördertechnik, aber auch durch die zu lackierenden Gegenstände selbst, wieder verwirbelt. Insgesamt dient der Entspannungsbereich dazu, dass Strömungen in Längsrichtung der Beschichtungskabine verringert und bestenfalls eliminiert werden.
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Der untere Anlagenteil ist bei vom Markt her bekannten Anlagen beispielsweise etwa 4,0 m hoch und erstreckt sich von dem Kabinenboden bis zu einer Aufstellfläche der Beschichtungskabine.
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Die Gesamthöhe einer solchen Beschichtungskabine beträgt ohne weitere Aufbauten auf dem Luftzuführraum somit etwa 11,50 m, wobei die Höhe der Applikationsbereich etwa 40% der Gesamthöhe, die Höhe des Luftzuführraumes etwa 66% der Höhe des Applikationsbereichs und die Höhe des Entspannungsbereichs etwa 33% der Höhe des Applikationsbereichs beträgt. Eine Beschichtungskabine umfasst meist einen aufwendigen Stahlbau.
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Diese Verhältnisse gelten auch in etwa bei anderen Gesamthöhen von Beschichtungskabinen. Aufgrund der Gesamtabmessungen und insbesondere der Bauhöhe der Beschichtungskabinen ist daher eine große Menge an Stahlmaterial erforderlich, was die Kosten insgesamt erhöht.
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Am Markt besteht nun der Wunsch nach Anlagen mit niedriger bauenden Beschichtungskabinen. Dabei kann der Applikationsbereich nur in sehr geringem Maße in der Höhe beschränkt werden. Auch der Luftzuführraum ist hier im Grundsatz nicht geeignet, um Bauhöhe zu sparen, da er einen ausreichenden Strömungsweg zur Verfügung stellen muss.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anlage und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche diesen Gedanken Rechnung tragen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Anlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
- d) das Luftsystem eine Strömungsleiteinrichtung mit einer Strömungs-Gleichrichtstruktur umfasst, welche derart eingerichtet ist, dass die Strömung der dem Luftzuführraum zugeführten Luft homogenisiert wird.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es abweichend von der oben erläuterten Meinung möglich ist, bei dem Luftzuführraum Bauhöhe einzusparen, wenn diesem eine Strömungs-Gleichrichtstruktur mit der erläuterten Wirkung zur Verfügung gestellt wird. In diesem Fall benötigt die zugeführte Luft keinen langen Strömungsweg, um ausreichend homogen in den Applikationsbereich einzuströmen.
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Dabei ist es besonders günstig, wenn die Kabinenluft als weitgehend laminare Strömung in den Applikationsbereich einströmt.
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Es ist von Vorteil, wenn die Strömungs-Gleichrichtstruktur an der Kabinendecke des Applikationsbereichs angeordnet ist und dabei an der Kabinendecke anliegt oder in einem Abstand von der Kabinendecke angeordnet ist oder in die Kabinendecke integriert ist.
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Die Strömungs-Gleichrichtstruktur ist vorzugsweise in dem Luftzuführraum oder in dem Applikationsbereich angeordnet.
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Es ist besonders effektiv, wenn die Strömungs-Gleichrichtstruktur eine Vielzahl von Strömungsdurchgängen umfasst.
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Eine homogene Strömung wird erzielt, wenn Strömungsdurchgänge im Querschnitt polygonal, rechtwinklig, kreisrund oder elliptisch sind.
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Die Strömungs-Gleichrichtstruktur ist besonders wirksam, wenn Strömungsdurchgänge im Querschnitt sechseckig sind.
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Die Strömungs-Gleichrichtstruktur kann gut montiert werden, wenn sie als flexible oder starre Strömungsmatte ausgebildet ist.
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Vorzugsweise hat die Strömungs-Gleichrichtstruktur eine Wabenstruktur mit einem Wabendurchmesser zwischen etwa 3 mm und etwa 20 mm und einer Höhe zwischen etwa 3 mm und etwa 300 mm.
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Die Strömungs-Gleichrichtstruktur kann vorteilhaft aus Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere Aluminium, aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus einem phenolharzgetränktem Aramidpapier, oder aus Kunststoff, insbesondere aus Polycarbonat oder Polyetherimid, sein.
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Damit eine gute und gleichmäßige Durchdringung des Applikationsbereichs mit Kabinenluft erfolgt, ist es günstig, wenn sich die Strömungs-Gleichrichtstruktur über wenigstens 80% der Breite des Applikationsbereichs und über weitgehend die Längserstreckung des Applikationsbereichs erstreckt.
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Ergänzend kann es von Vorteil sein, wenn die Strömungsleiteinrichtung eine Strömungsleitstruktur umfasst, welche derart eingerichtet ist, dass dem Luftzuführraum zugeführte Luft in Richtung auf die Strömungs-Gleichrichtstruktur geleitet wird. So kann der benötigte Strömungsweg in vertikaler Richtung gegebenenfalls nochmals verkürzt werden.
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Dabei ist es günstig, wenn die Strömungsleitstruktur den Luftzuführraum in Längsrichtung in wenigstens zwei Teilräume unterteilt.
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Dies greift besonders vorteilhaft, wenn das Luftsystem derart eingerichtet ist, dass dem Luftzuführraum bezogen auf die Längsrichtung der Beschichtungskabine von der Seite her konditionierte Luft zugeführt wird. Durch die Strömungsleitstruktur wird dann verhindert, dass sich aufeinander zu bewegende Strömungen vermischen, was zu unerwünschten starken Verwirbelungen im Luftzuführraum führen würde, die gegebenenfalls bis zum Eintreten der Luft in den Applikationsbereich ohne weitere Maßnahmen nicht beruhigt werden können.
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Das oben erläuterte Prinzip kann besonders vorteilhaft eingesetzt werden, wenn die Beschichtungskabine einen Abscheidebereich umfasst, in welchen mit Overspray beladene Kabinenluft einströmt und in welchem eine Abscheidevorrichtung zum Abscheiden von Overspray angeordnet ist, mittels welcher ein Großteil zumindest der Feststoffe des Oversprays aus der Kabinenluft abscheidbar ist.
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Für eine effektive Strömungsführung der mit Overspray beladenen Kabinenluft zum Abscheidebereich ist es günstig, wenn zwischen dem Abscheidebereich und dem Applikationsbereich ein Entspannungsbereich angeordnet ist, über welchen mit Overspray beladene Kabinenluft zu der Abscheidevorrichtung in dem Abscheidebereich geleitet wird.
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Wenn der Abscheidevorrichtung ein oder mehrere Fördergebläse zugeordnet sind, welche Kabinenluft aus dem Entspannungsbereich zu der Abscheidevorrichtung und durch diese hindurch saugen, kann seinerseits der Entspannungsbereich mit weniger Höhe auskommen, da die Strömung durch die aktive zusätzliche Absaugung gerichtet und homogenisiert wird.
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Es ist bautechnisch günstig, wenn die Höhe des Applikationsbereichs, die durch den Abstand zwischen der Kabinendecke und einem Kabinenboden definiert ist, etwa 50% bis 75% der Gesamthöhe der Beschichtungskabine, die durch den Abstand zwischen einer Decke des Luftzuführraumes, die als Plenumdecke bezeichnet wird, und der Aufstellfläche der Beschichtungskabine definiert ist, beträgt.
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Es ist außerdem von Vorteil, wenn die Höhe des Luftzuführraumes, die durch den Abstand zwischen der Plenumdecke und der Kabinendecke definiert ist, etwa 5% bis 25% der Höhe des Applikationsbereichs beträgt.
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Vorzugsweise umfasst die Anlage einen Abscheidebereich und einen Entspannungsbereich mit einer Höhe des Entspannungsbereichs, die durch den Abstand zwischen einem Kabinenboden des Applikationsbereichs und dem Abscheidebereich definiert ist und etwa 5% bis 25% der Höhe des Applikationsbereichs beträgt.
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Die oben genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Anlage mit einigen oder allen der oben erläuterten Merkmale verwendet wird.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
- 1 eine Anlage zum Beschichten von Gegenständen mit einer Beschichtungskabine in einer Vorderansicht, wobei mittels eines Luftsystems einem Luftplenum konditionierte Luft zugeführt werden kann, die als Kabinenluft weiter durch einen Applikationsbereich strömt und das Luftsystem eine Strömungsleiteinrichtung umfasst, mit welcher die Strömung der dem Luftplenum zugeführten Luft homogenisiert werden kann;
- 2 eine Vorderansicht einer Beschichtungskabine einer Anlage zum Beschichten von Gegenständen mit einer abgewandelten Strömungsleiteinrichtung;
- 3 eine Vorderansicht einer Beschichtungskabine einer Anlage zum Beschichten von Gegenständen mit einer nochmals abgewandelten Strömungsleiteinrichtung;
- 4 eine perspektivische Ansicht der Beschichtungskabinen nach den 1 bis 3, in welcher eine Einstelleinrichtung des Luftsystems veranschaulicht ist, mittels welcher die Zufuhr von Luft in das Luftplenum eingestellt werden kann.
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1 zeigt eine Beschichtungskabine 10 einer insgesamt mit 12 bezeichneten Anlage zum Beschichten von Gegenständen 14. Als Beispiel für zu beschichtende Gegenstände 14 und den Beschichtungsvorgang sind Fahrzeugkarosserien 16 gezeigt, die in der Beschichtungskabine 10 lackiert werden. Es können auch andere Gegenstände, insbesondere Fahrzeugkarosserieteile oder Anbauteile für Fahrzeugkarosserien, aber auch sonstige Gegenstände in der Anlage 10 beschichtet werden.
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Die Beschichtungskabine 10 umfasst einen Applikationsbereich 18, der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen Applikationstunnel 20 definiert ist, welcher von vertikalen Seitenwänden 22, einer Kabinendecke 24 und einem Kabinenboden 26 begrenzt, jedoch an den Stirnseiten offen ist.
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Die Fahrzeugkarosserien 16 werden mit einem im Applikationsbereich 18 untergebrachten und an und für sich bekannten Fördersystem 28 von der Eingangsseite des Applikationstunnels 20 zu dessen Ausgangsseite transportiert. Im Inneren des Applikationstunnels 20 befinden sich Applikationseinrichtungen 30 in Form von mehrachsigen Applikationsrobotern 32, wie sie ebenfalls an und für sich bekannt sind. Mittels der Applikationsroboter 32 können die Fahrzeugkarosserien 16, oder andere zu beschichtende Gegenstände 14, mit dem entsprechenden Material beschichtet werden. Bei der Applikation von Beschichtungsmaterial auf die Gegenstände 14 entsteht im Applikationsbereich 18 Overspray.
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Die Kabinendecke 24 ist strömungsdurchlässig und trennt den Applikationsbereich 18 räumlich, d.h. also nicht strömungstechnisch, von einem darüber angeordnetem Luftzuführraum 34, der in der Fachwelt als sogenanntes Luftplenum bezeichnet wird; daher wird auch hier im Weiteren von einem Luftplenum 34 gesprochen. Die Kabinendecke 24 als solche ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als Filterdecke 36 ausgebildet, wie es an und für sich bekannt ist.
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Das Luftplenum 34 ist durch ein nach unten offenes Plenumgehäuse 38 mit Plenum-Seitenwänden 40, einer Plenumdecke 42 und Plenumstirnwänden 44 begrenzt, wobei lediglich in 4 eine der Plenumstirnwände 44 zu erkennen ist. 4 zeigt außerdem an den Stirnenden der Beschichtungskabine 10 jeweilige Doppel-T-Träger des eingangs erwähnten Stahlbaus, die unter anderem den nicht gezeigten Gitterrost 50 tragen und nicht eigens mit Bezugszeichen versehenen sind.
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Dem Luftplenum 34 kann mit Hilfe eines Luftsystems 46 konditionierte Luft zugeführt werden, die durch die Kabinendecke 24 hindurch als Kabinenluft weiter durch den Applikationsbereich 18 nach unten strömt. Der Overspray im Applikationsbereich 18 wird von der Kabinenluft auf- und mitgenommen.
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Nach unten hin ist der Applikationstunnel 20 zu einem darunter angeordneten Anlagenteil 48 in der Art offen, dass der Kabinenboden 26 ebenfalls strömungsdurchlässig ist. Hierfür ist der Kabinenboden 26 als begehbarer Gitterrost 50 ausgebildet. In dem unteren Anlagenteil 48 werden von der Kabinenluft mitgeführten Overspraypartikel von der Kabinenluft getrennt. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen.
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Je homogener und gleichmäßiger die Strömung der aus dem Luftplenum 34 kommenden Kabinenluft durch den Applikationsbereich 18 hindurch bezogen auf dessen Grundfläche ist, desto effektiver und reproduzierbarer können die Gegenstände 12 mit Beschichtungsmaterial beschichtet werden. Insbesondere strömt die Kabinenluft als laminare Strömung an den zu beschichtenden Gegenständen 12 entlang, so dass an den Gegenständen 12 über die Dauer des Beschichtungsvorgangs weitgehend vergleichbare Bedingungen herrschen.
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Darüber hinaus kann die Kabinenluft den dort entstandenen Overspray auf- und mitnehmen. Von besonderer Bedeutung ist dabei insbesondere, dass die Strömung der Kabinenluft über die gesamte Breite des Applikationsbereichs 18 weitgehend homogen und gleichmäßig in diesen einströmt und durchquert.
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Hierfür umfasst das Luftsystem 46 eine Strömungsleiteinrichtung 52 zur Homogenisierung der aus dem Luftplenum 34 in den Applikationsbereich 18 einströmenden Kabinenluft. Die Strömungsleiteinrichtung 52 umfasst eine Strömungs-Gleichrichtstruktur 54, welche derart eingerichtet ist, dass die Strömung der dem Luftplenum 34 zugeführten Luft homogenisiert wird. Die Strömungsleiteinrichtung 52 stellt also insgesamt einen Strömungsgleichrichter zur Verfügung und bewirkt, dass eine im Luftplenum 34 turbulente Luftströmung in Form von Kabinenluft mit einer weitgehend gleichgerichteten laminaren Luftströmung und einer weitgehend gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit in den Applikationsbereich 18 einströmt. Im optimalen Fall ist die Kabinenluft eine vollständig gleichgerichtete laminare Strömung, wenn sie in den Applikationsbereich 18 einströmt. Die Kabinenluft strömt dabei über wenigstens 80% der Breite des Applikationsbereichs 18 und über weitgehend die Längserstreckung des Applikationsbereichs 18 in diesen ein. Über diese Fläche erstreckt sich bzw. wirkt auch die Strömungs-Gleichrichtstruktur 54 an der Kabinendecke 24.
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Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist eine Strömungs-Gleichrichtstruktur 54 durch eine Strömungsmatte 56 mit einer Vielzahl von Strömungsdurchgängen 58 ausgebildet, die flexibel oder weitgehend starr sein kann. Unabhängig davon, ob die Strömungs-Gleichrichtstruktur 54 als Matte ausgebildet ist, umfasst sie jedenfalls eine Vielzahl von Strömungsdurchgängen.
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Die Strömungsmatte 56 ist bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen im Luftplenum 34 angeordnet. Die Strömungs-Gleichrichtstruktur 54, d.h. hier die Strömungsmatte 56, ist auf der dem Luftplenum 34 zugewandten Seite der Kabinendecke 24, bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen somit auf der dem Luftplenum 34 zugewandten Seite der Filterdecke 36, angeordnet. Dabei liegt die Strömungsmatte 56 an der Kabinendecke 24 bzw. der Filterdecke 36 an. Bei einer Abwandlung kann zwischen der Strömungs-Gleichrichtstruktur 54 und der Kabinendecke 24 auch ein Abstand verbleiben. Die Strömungsmatte 56 deckt die Fläche der Kabinendecke 24 ab.
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Bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Strömungsmatte 56 einteilig; bei einer nicht gezeigten Abwandlung kann die Strömungsmatte 56 auch aus mehreren Mattenabschnitten zusammengesetzt sein. Bei einer Abwandlung kann die Strömungs-Gleichrichtstruktur 54, hier also die Strömungsmatte 56, auch auf der von dem Luftplenum 34 abliegenden Seite der Kabinendecke 24 bzw. der Filterdecke 36 angeordnet sein. Alternativ kann die Strömungs-Gleichrichtstruktur 54 auch in die Kabinendecke 24 integriert sein. Hierfür können bei den vorliegenden Ausgestaltungen beispielsweise die Filterdecke 36 und die Strömungsmatte 56 zur Kabinendecke 24 kombiniert werden, indem die einzelnen Strömungsdurchgänge 58 der Strömungsmatte 56 mit einem geeigneten Filtermaterial gefüllt werden. Die Strömungsmatte 56 kann beispielsweise auch als Träger für eine Filterdecke 36 dienen.
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Die Strömungs-Gleichrichtstruktur 54 ist bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen als Wabengitter ausgebildet und definiert eine Wabenstruktur 60, die lediglich in 1 in einer Vergrößerung gezeigt ist und bei welcher die Strömungsdurchgänge 58 entsprechend einen sechseckigen Querschnitt haben. Es sind jedoch auch hiervon abweichende Querschnitte der Strömungsdurchgänge 58 möglich, insbesondere rechtwinklige, dabei vor allem quadratische, sowie kreisförmige oder elliptische Querschnitte. Allgemein können auch andere als sechseckige polygonale Querschnitte oder auch anderweitig gekrümmte Wände der Strömungsdurchgänge 58 ausgebildet sein. Es können auch verschiedene Strömungsdurchgänge 58 mit unterschiedlichen Querschnitten und Dimensionen in der Strömungs-Gleichrichtstruktur 54 miteinander kombiniert werden.
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Die Strömungsmatte 56 mit Wabenstruktur 60 kann beispielsweise einen Wabendurchmesser zwischen etwa 3 mm und etwa 20 mm haben und eine Höhe zwischen etwa 3 mm und etwa 300 mm aufweisen. Die Strömungsmatte 56 mit Wabenstruktur 60 kann aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus Aluminium sein. Alternativ kann die Strömungsmatte 56 mit Wabenstruktur 60 aus Faserverbundwerkstoffen, beispielsweise aus phenolharzgetränktem Aramidpapier, gefertigt sein. Andere Materialien sind Kunststoffe, insbesondere Kunststoffe wie Polycarbonate oder Polyetherimide. Bei einer Strömungsmatte 56 aus Polycarbonat konnte eine gute Homogenisierung der Strömung der Kabinenluft erreicht werden, wenn ein Wabendurchmesser zwischen etwa 3,5 mm bis etwa 7 mm bei einer Höhe von 3 mm bis 300 mm gewählt wurde. Bei einer Strömungsmatte 56 aus einem Polyetherimid war insbesondere ein Wabendurchmesser von etwa 4,2 mm bei einer Höhe zwischen 5 mm und 300 mm effektiv.
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Das Luftsystem 46 ist derart eingerichtet, dass dem Luftplenum 34 bezogen auf die Längsrichtung der Beschichtungskabine 10 von der Seite her konditionierte Luft zugeführt wird. Hierzu weist das Plenumgehäuse 38 in den Plenum-Seitenwänden 40 mehrere Zuluftdurchgänge 62 auf, die mit einem Versorgungssystem 64 des Luftsystems 46 verbunden sind. Wie in 4 zu erkennen ist, sind die mehreren Zuluftdurchgänge 62 in gleichmäßigen Abständen entlang der Plenum-Seitenwände 40 angeordnet.
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In den 1 bis 3 ist veranschaulicht, dass alle Zuluftdurchgänge 62 jeder Plenum-Seitenwand 40 als Gruppe mit jeweils einem Zuluftkanal 66 des Versorgungssystems 64 verbunden sind. Die Zuluftkanäle 66 werden mit konditionierter Zuluft gespeist; hierfür erforderliche und an und für sich bekannte Bauteile und Komponenten wie Gebläse, Leitungen, Ventile und dergleichen sowie vorherige Konditioniereinrichtungen sind der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.
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Die Durchgangsquerschnitte der Zuluftdurchgänge 62 des Plenumgehäuses 38 können mittels Stellmitteln 68 eingestellt werden, so dass die Zuluftdurchgänge 62 wahlweise blockiert oder bis zu einem maximalen Durchgangsquerschnitt freigegeben werden können. Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen sind die Stellmittel 68 als Schieber ausgebildet. In der Regel werden Druckverluste und Druckunterschiede im Luftplenum 34 durch eine manuelle Einstellung aller Stellmittel 68 bei der Montage der Beschichtungskabine 10 ausgeglichen.
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Die Stellmittel 68 können aber auch motorisch verstellbar sein. Die Stellmittel 68 können dann mit Hilfe einer nicht eigens gezeigten Steuereinheit jeweils einzeln oder in Steuergruppen angesteuert werden. Auf diese Weise können Druckverluste oder Druckunterschiede im Luftplenum oder über die Fläche des Applikationsbereichs 18 ausgeglichen werden. Das Strömungsprofil der Kabinenluft stromab der Kabinendecke 24 kann mit einer hier nicht eigens gezeigten Strömungssensorik erfasst werden, die mit der Steuereinheit kommuniziert. In diesem Fall ist es möglich, eine Rückkopplung zwischen den tatsächlichen Strömungsbedingungen und der Einstellung der Strömung zu etablieren.
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Die Kabinenluft strömt nun als weitgehend gerichtete laminare Strömung aus dem Luftplenum 34 in den Applikationsbereich 18 ein, durchströmt diesen und strömt dann als mit Overspray beladene Kabinenluft in den unteren Anlagenteil 48 und dort zunächst in einen Entspannungsbereich 70, der sich entlang der Längserstreckung des Applikationsbereichs 18 erstreckt. Über diesen Entspannungsbereich 70 wird die mit Overspray beladene Kabinenluft zu einer Abscheidevorrichtung 72 geleitet, die sich in einem Abscheidebereich 74 des unteren Anlagenteils 48 befindet, wobei sich der Abscheidebereich 74 strömungstechnisch an den Entspannungsbereich 70 anschließt.
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Somit umfasst eine Beschichtungskabine 10 grundsätzlich einen Luftzuführraum 34, einen Applikationsbereich 18, einen Entspannungsbereich 70 und einen Abscheidebereich 74.
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Damit Verwirbelungen und Querströmungen im Applikationsbereich 18 verhindert oder zumindest verringert werden, können die Bauteile und Komponenten des Fördersystems 28 mit strömungsundurchlässigen Abdeckungen versehen sein.
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Der Entspannungsbereich 70 ist als Leitkanal 76 der Strömungsleiteinrichtung 52 konzipiert, der an seiner Unterseite in mehrere Absaugkanäle 78 mündet, die ihrerseits jeweils in einem Anschlussstutzen 80 enden. Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen hat der Leitkanal 76 in Richtung nach unten einen konstanten Querschnitt und endet in einem planen, horizontalen Boden, der die Absaugkanäle 78 aufweist. Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung kann sich der Leitkanal 76 beispielsweise auch in Richtung nach unten auf die Absaugkanäle 78 zu verjüngen.
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Die Abscheidevorrichtung 72 umfasst mehrere Filtereinrichtungen 82, von denen jeweils eine mit einem Anschlussstutzen 80 des Leitkanals 76 verbunden ist. Bei den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 2 sind die Filtereinrichtungen 82 als Einweg-Filtermodul 84 einer ersten Art ausgebildet und werden als Baueinheit verwendet und ausgetauscht. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 umfassen die Filtereinrichtungen 82 ein stationäres Filtergehäuse 86, in welchem austauschbare Einweg-Filtermodule 88 einer zweiten Art untergebracht sind. Die Filtereinrichtungen 82 können in beiden Ausführungen nach den 1 und 2 bzw. 3 auch in den in den 3 bzw. 1 und 2 gezeigten Beschichtungskabinen 10 verwendet werden.
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Die Absaugkanäle 78 erstrecken sich über etwa 20% bis 30% der Breite des Applikationsbereichs 18 und haben in vertikaler Richtung einen weitgehend quadratischen Querschnitt. In Längsrichtung des Applikationsbereichs 18 sind die Absaugkanäle 78 in Abständen vorgesehen, dass die Filtereinrichtungen 82 möglichst dicht nebeneinander positioniert werden können.
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Die mit Overspray beladene Kabinenluft durchströmt in den Einweg-Filtermodulen 84 bzw. 88 eine Filtereinheit mit einer Filterstruktur, an der sich der Lack-Overspray abscheidet. Insgesamt ist jedes Einweg-Filtermodul 84 bzw. 88 als austauschbare Baueinheit ausgebildet.
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Die nun weitgehend von Overspraypartikeln befreite Kabinenluft strömt aus den Filtereinrichtungen 82 in jeweils einen Zwischenkanal 90, über den sie dann in einen Sammelströmungskanal 92 gelangt.
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Die Kabinenluft kann über den Sammelströmungskanal 92 einer weiteren Aufbereitung und Konditionierung zugeführt und im Anschluss daran in einem hier nicht eigens gezeigten Kreislauf wieder als konditionierte Luft in die Zuluftkanäle 66 des Versorgungssystems 64 und auf diesem Wege in das Luftplenum 34 geleitet werden, aus dem sie wieder von oben in den Applikationsbereich 18 einströmt.
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Falls die Kabinenluft durch die vorhandenen Filtereinrichtungen 82 tatsächlich noch nicht ausreichend von Overspraypartikeln befreit ist, können den Filtereinrichtungen 82 noch weitere Filterstufen 94 nachgelagert sein, denen die Kabinenluft zugeführt wird und in denen beispielsweise auch elektrostatisch arbeitende Abscheider eingesetzt werden, wie sie an und für sich bekannt sind. Solche weitere Filterstufen können beispielsweise in oder in Kombination mit den Zwischenkanälen 90 vorgesehen sein.
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Jedes Einweg-Filtermodul 84 bzw. 88 ist für die Aufnahme einer maximalen Lackmenge, d.h. für eine Grenzbeladung mit Overspray, ausgelegt, die von der Bauart des Einweg-Filtermoduls 84 oder 88 und den für dieses verwendeten Materialien abhängt. Die bereits aufgenommene Lackmenge kann über eine nicht eigens gezeigte Waage überwacht oder mittels einer Differenzdruckbestimmung ermittelt werden. Je größer die Beladung des Einweg-Filtermoduls 84, 88 ist, desto größer ist der durch das Einweg-Filtermodul 84 bzw. 88 aufgebaute Luftwiderstand.
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Wenn ein Einweg-Filtermodul 84 oder 88 seine maximale Aufnahmekapazität erreicht, wird das voll beladene Einweg-Filtermodul 84 oder 88 aus dem unteren Anlagenteil 48 der Beschichtungskabine 10 herausgefahren.
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Jedes Einweg-Filtermodul 84 der ersten Art bildet dabei eine Filtereinrichtung 82 also solche, die beispielsweise mit Hilfe eines Hubwagens 96 als Baueinheit bewegt werden kann, der von einem Werker 98 bedient wird, wie es in den 1 und 2 veranschaulicht ist. Hierzu kann der Bodenbereich des Einweg-Filtermoduls 84 bzw. der durch das Einweg-Filtermodul 84 der ersten Art gebildete Filtereinrichtung 82 in seiner Geometrie und seinen Abmessungen als standardisierte Tragstruktur und beispielsweise nach Vorgabe einer so genannten Euro-Palette ausgebildet sein.
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Der dargestellte Werker 98 mit dem Hubwagen 96 soll lediglich die manuellen Arbeiten veranschaulichen, ohne dass dieser maßstabsgerecht dargestellt ist.
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Die mit Overspray beladenen Einweg-Filtermodule 88 der zweiten Art werden von einem Werker 98 aus dem stationären Filtergehäuse 86 entnommen und gegen ein unbeladenes Einweg-Filtermodul 88 ausgetauscht. Abweichend hiervon kann auch das Filtergehäuse 86 beweglich sein und aus dem Abscheidebereich 74 entfernt werden, um dann an anderer Stelle einen Austausch eines oder mehrerer Einweg-Filtermodule 88 vorzunehmen.
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Zuvor wird die Strömungsverbindung zu der betreffenden Filtereinrichtung 82 mit dem Leitkanal 76 mittels nicht eigens gezeigter Sperrschieber verschlossen. Dieser Sperrschieber leitet die Kabinenluft zu den neben dem auszutauschenden Einweg-Filtermodul 84 oder 88 angeordneten Filtereinrichtungen 82 um, die dessen Aufgabe solange übernehmen, bis der Austausch durchgeführt worden ist.
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Dann wird ein leeres, d.h. nicht mit Overspray beladenes Einweg-Filtermodul 84 der ersten Art in die Betriebsstellung bzw. ein leeres Einweg-Filtermodul 88 der zweiten Art in das stationäre Filtergehäuse 86 eingesetzt, bis dieses strömungsdicht einsitzt. Der Sperrschieber zum Leitkanal 76 wird wieder in eine Offenstellung gebracht, so dass das neu positionierte Einweg-Filtermodul 84 bzw. 88 von der Kabinenluft durchströmt wird.
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Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung kann der Austausch eines der Einweg-Filtermodule 84 oder 88 auch automatisiert oder zumindest halb automatisiert erfolgen.
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Das Luftsystem 46 umfasst mehrere Fördergebläse 100, die stromab der Filtereinrichtungen 82 angeordnet sind. Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ist jeweils ein Fördergebläse 100 am Übergang jedes Zwischenkanals 90 zum Sammelströmungskanal 92 angeordnet. Die Fördergebläse 100 unterstützen die Strömung der Kabinenluft durch den Applikationsbereich 18 und bilden Sekundär-Fördergebläse, die als Ergänzung zu einem Primär-Fördersystem des Luftsystems 46 arbeiten, das in der Regel durch eine zentrale Gebläseeinrichtung gebildet wird. Durch solche Sekundär-Fördergebläse 100 wird insbesondere der Abtransport der mit Overspray beladenen Kabinenluft aus dem Entspannungsbereich 70 unterstützt, wodurch in dem Entspannungsbereich 70 unerwünschte Strömungen in Längsrichtung der Beschichtungskabine 10 zumindest verringert werden. Die Förderleistung der Sekundär-Fördergebläse 100 kann in Abstimmung mit der Beladung der Filtereinrichtungen 82 geregelt werden.
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Gegebenenfalls kann auch auf solche ergänzenden Sekundär-Fördergebläse 100 verzichtet werden. Alternativ könne solche Fördergebläse 100 auch das Gesamtfördersystem des Luftsystems 46 bilden, welches in diesem Fall dezentral konzipiert ist.
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Solche Fördergebläse 100 können mit einer Sensorik versehen sein bzw. zusammenarbeiten, mit welcher der Strömungsdruck der durch die einzelnen Filtereinrichtungen 82 strömenden Kabinenluft erfasst werden kann. Die Förderleistung jedes Fördergebläses 100 kann dann mit der zugehörigen Steuerung abhängig von den örtlichen Gegebenheiten und Anforderungen geregelt werden.
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Durch solche Fördergebläse 100 kann der Entspannungsbereich 70 mit weniger Höhe auskommen, da die Strömung durch die aktive zusätzliche Absaugung gerichtet und homogenisiert wird.
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In den 2 und 3 ist jeweils die Beschichtungskabine 10 mit einer abgewandelten Strömungsleiteinrichtung 52 gezeigt, die ergänzend zur Strömungs-Gleichrichtstruktur 54 eine Strömungsleitstruktur 102 umfasst.
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Bei den hier gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Strömungsleitstruktur 102 der Strömungs-Gleichrichtstruktur 54 vorgelagert und hat die Aufgabe, die dem Luftplenum 34 zugeführte Luft in Richtung auf die Strömungs-Gleichrichtstruktur 54 zu leiten und möglichst eine Vorab-Beruhigung der Strömung zu bewirken. Hierzu wird das Plenumgehäuse 38 in einem ersten Ansatz durch die Strömungsleitstruktur 102 in Längsrichtung in zwei Teilräume 38A, 38B unterteilt, in welche Luft jeweils durch die Zuluftdurchgänge 62 im Plenumgehäuse 38 einströmt. Die beiden Teilräume 38A, 38B sind dabei symmetrisch zur Mittellängsachse des Luftplenums 34 ausgebildet.
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Hierdurch wird verhindert, dass die beiden Luftströmungen, die von beiden Seiten durch die Zuluftdurchgänge 62 in das Luftplenum 34 ein- und dabei aufeinander zuströmen, im Luftplenum 34 aufeinandertreffen, was zu teilweise heftigen Verwirbelungen und Turbulenzen führen kann, die gegebenenfalls auch durch die Strömungs-Gleichrichtstruktur 54 nicht ausreichend homogenisiert werden können.
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Die in 2 gezeigte Strömungsleitstruktur 102 ist in Form von zwei Strömungsleitblechen 104 ausgebildet, die sich jeweils von den Plenum-Seitenwänden 40 von oberhalb der Zuluftdurchgänge 62 zur Mitte in Längsrichtung des Luftplenums 34 erstrecken, wo sie an die Strömungs-Gleichrichtstruktur 54 anliegen. Die Strömungsleitbleche 104 erstrecken sich in Längsrichtung über das gesamte Luftplenum 34. Durch die Strömungsleitbleche 104 wird die einströmende Luft auf ihrem Weg von der Seite zur Mitte des Plenums, d.h. in Richtung senkrecht zur Kabinen-Längsrichtung, bereits an den Strömungsleitblechen 104 beruhigt und moderat sukzessive in Richtung auf die Strömungs-Gleichrichtstruktur 54 zu umgelenkt. Die in 3 gezeigte Strömungsleitstruktur 102 ist in Form einer vertikalen Zwischenwand 106 ausgebildet, die sich in Längsrichtung zwischen den Stirnseiten des Plenumgehäuses 38 erstreckt.
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Es können andere Ausbildungen der Strömungsleitstruktur 102 vorgesehen sein und auch zum Beispiel Strömungsleitbleche mit der Zwischenwand 106 kombiniert werden.
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Bei der Betrachtung der Bauhöhe einer Beschichtungskabine 10 wird in der Regel auf das Verhältnis der Höhe des Applikationsbereichs 18 zur Gesamthöhe der Beschichtungskabine 10 Bezug genommen. Dabei ist die Höhe des Applikationsbereichs 18 durch den Abstand zwischen der Kabinendecke 24 und dem Kabinenboden 26 definiert. Die Gesamthöhe der Beschichtungskabine 10 ist durch den Abstand zwischen der Oberseite des Luftplenums 34 und der Aufstellfläche der Beschichtungskabine 10 definiert. Gegebenenfalls außen auf der Oberseite des Plenumgehäuses 38 vorhandene Aufbauten sollen dabei vernachlässigt sein.
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Die Strömungs-Gleichrichtstruktur 54 ermöglicht es nun, dass die vertikale Erstreckung des Luftplenums 34 im Vergleich zu Beschichtungskabinen, wie sie am Markt bekannt sind, beträchtlich verringert werden kann, wie es eingangs erläutert wurde.
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Dadurch kann die Höhe des Applikationsbereichs 18 etwa 50% bis 75% der Gesamthöhe der Beschichtungskabine 10 betragen.
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Die Höhe des Luftplenums 34 von der Plenumdecke 42 des Luftplenums 34 bis zu Kabinendecke 24 kann 5% bis 25% der Höhe des Applikationsbereichs 18 betragen.
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Auch die vertikale Erstreckung des Entspannungsbereichs 70 kann reduziert werden. Die Höhe des Entspannungsbereichs 70 zwischen dem Kabinenboden 26 und dem Abscheidebereich 74 kann 5% bis 25% der Höhe des Applikationsbereichs 18 betragen.
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Auch die vertikale Erstreckung des Abscheidebereichs 74 kann reduziert werden. Die Höhe des Abscheidebereichs 74 zwischen dem Entspannungsbereich 70 und der Aufstellfläche der Beschichtungskabine 10 zumindest weniger als 50% der Höhe des Applikationsbereichs 18 betragen.
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Der Applikationsbereich 18 der Beschichtungskabine 10 kann in Längsrichtung in mehrere Applikationszonen unterteilt sein, die entweder räumlich getrennt oder offen miteinander verbunden sein können und in denen voneinander verschiedene Applikationsvorgänge durchgeführt werden. Beispielsweise können in aufeinander folgenden Prozessen in zwei Applikationszonen ein Decklack und ein Klarlack appliziert werden.
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Auch der Abscheidebereich 74 kann in Längsrichtung der Beschichtungskabine 10 in mehrere Abscheidezonen unterteilt sein, die beispielsweise jeweils durch eine oder mehrere benachbarte Filtereinrichtungen 82 definiert sein können.
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Einer jeweiligen Applikationszone können dann eine oder mehrere solcher Abscheidezonen zugeordnet sein. Auch kann das Luftplenum 34 in Längsrichtung der Beschichtungskabine 10 in mehrere Plenumräume unterteilt sein, so dass gegebenenfalls jede Applikationszone individuell Kabinenluft mit einer definierten Strömung zugeführt werden kann.
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Wenn mehrere Applikationszonen vorhanden sind, können diese strömungstechnisch alle mit dem Entspannungsbereich 70 verbunden sein. Es ist sowohl bei mehreren Applikationszonen als auch bei nur einem einzigen Applikationsbereich 18 möglich, dass der Entspannungsbereich 70 durch ein oder mehrere Querschotts in zwei oder mehr Entspannungszonen unterteilt wird. Gegebenenfalls können die Querschotts mit Luftdurchlässen versehen sein, deren Durchgangsquerschnitt auch einstellbar sein kann, so dass die ausgebildeten Entspannungszonen strömungstechnisch miteinander verbunden bleiben. Durch solche Querschotts können unerwünschte Strömungen in Längsrichtung der Beschichtungskabine 10 zumindest verringert werden und als Alternative oder Ergänzung zu gegebenenfalls vorhandenen Sekundär-Fördergebläsen 100 vorgesehen sein.
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Derartige Entspannungszonen können dann ihrerseits strömungstechnisch mit jeweils einer oder auch mehreren Abscheidezonen bzw. einer oder mehreren Filtereinrichtungen 82 verbunden sein.