DE19738097C2 - Verfahren zum Betreiben einer elektrostatischen Pulverbeschichtungsanlage und elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrostatischen Pulverbeschichtungsanlage gemäß dem Ober­ begriff von Anspruch 1 und eine elektrostatische Pulverbe­ schichtungsanlage, die nach diesem Verfahren arbeiten kann. Ein solches Verfahren ist z. B. aus DE-Buch Taschenbuch für Lackierbetriebe 1997, Curt R. Vincentz Verlag, Hannover 1996, bekannt.

Bei den üblichen elektrostatischen Beschichtungsanlagen läuft ein Werkstück in horizontaler Richtung durch eine Be­ schichtungskabine, in deren Seitenwand vertikale Schlitze vorgesehen sind. Durch diese Schlitze sprühen Beschichtungs­ pistolen das Beschichtungsmedium auf das Werkstück.

Die zu beschichtenden Werkstücke können verschiedene Formen und Größen haben, sie haben z. B. schmale Stege, große geschlossene Flächen, Hohlräumen, Hinterschneidungen etc. Um den Wirkungsgrad beim Auftragen des Beschichtungsmediums zu optimieren, d. h. um möglichst wenig Beschichtungspulver an dem Werkstück vorbeizusprühen, kann die Wolkenform des von einer Beschichtungspistole abgegebenen Beschichtungspulvers variiert werden. Gleichwohl wird je nach Gestalt des Werk­ stückes mehr oder weniger Beschichtungspulver nicht auf die Werkstückoberfläche auftreffen bzw. nicht dort haften blei­ ben. Das überschüssige Beschichtungspulver steht als Pulver­ wolke in der Beschichtungskabine, ein Teil sammelt sich am Boden und den Wänden der Kabine an.

Um das überschüssige Beschichtungspulver zu entfernen und die Pulveransammlung weitgehend zu vermeiden, weisen die Beschichtungskabinen üblicherweise eine Absauganlage auf.

DE 195 02 390 A1 beschreibt ein Verfahren zum Auftragen von Schmierstoffen auf ein Bandmaterial. Dabei wird das Bandma­ terial durch eine Schmierkammer geführt, in der von Sprüh­ düsen der Schmierstoff aufgebracht und der dabei entstehende Schmierstoff abgesaugt wird. Die Menge des von den Düsen versprühten Schmierstoffes und der Druck für die Absaugung des überschüssigen Schmierstoffes aus der Schmierkammer wer­ den überwacht, geregelt und/oder gesteuert. Diese beim Ver­ sprühen von Flüssigkeiten ablaufenden Vorgänge sind nicht ohne weiteres auf die elektrostatische Pulverbeschichtung übertragbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer elektrostatischen Pulverbeschichtungsanlage und eine elektrostatische Pulverbeschichtunsganlage anzu­ geben, bei denen die Absauganlage mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Pulverbeschichtungsanlage mit den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei moder­ nen Pulverbeschichtungsanlagen die Pulverwolke zwar an die Form und Größe des Werkstücks angepaßt werden kann, daß aber immer ein gewissen Prozentsatz des Beschichtungspulvers nicht auf die Werkstückoberfläche gelangen wird bzw. dort nicht haften bleibt. Ausgehend von der gesamten, von allen Beschichtungsgeräten abgegebenen Pulvermenge kann der Anteil des überschüssigen Pulvers aufgrund von Erfahrungswerten abgeschätzt werden, und die Leistung der Absauganlage wird an die voraussichtlich abzusaugende Pulvermenge angepaßt.

Wenn erkannt wird, daß die Pulverabgabe beendet oder unter­ brochen wurde, kann die Absauganlage noch während einer gewissen Nachlaufzeit weiter laufen und sie schaltet danach automatisch ab.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird einerseits sicher­ gestellt, daß die Absauganlage immer mit der nötigen Saug­ leistung arbeitet, um eine Ansammlung des überschüssigen Beschichtungspulvers in der Beschichtungskabine zu verhin­ dern; andererseits wird der Energiebedarf der Absauganlage, der bei großen Beschichtungskabinen ganz erheblich sein kann, auf das minimal notwendige Maß reduziert, weil die Absauganlage in den Sprühpausen automatisch abgeschaltet wird, und weil sie immer nur mit der gerade notwendigen Lei­ stung arbeitet.

Die Pulverbeschichtungsanlage gemäß der Erfindung weist vor­ zugsweise eine Meßeinrichtung für dem Pulvermassenstrom in dem oder jedem Beschichtungsgerät und eine Stelleinrichtung für die Absauganlage auf.

Die Meßeinrichtung ist vorzugsweise in das Beschich­ tungsgerät integriert oder nahe bei diesem angeordnet. Ein­ richtungen zum Messen eines Pulvermassenstroms, die sich für die Zwecke der vorliegenden Erfindung eignen, sind in der DE 44 06 046 A1 und der DE 196 50 112 C1 beschrieben, auf die Bezug genommen wird.

Die Erfindung ist im folgenden anhand des Beispiels einer elektrostatischen Pulverbeschichtungsanlage mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigt:

Fig. 1 eine elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt ein Beschichtungsgerät mit integriertem Mengensensor und Geschwindigkeitssensor für die Pulverbeschichtungsanlage der Fig. 1;

Fig. 3a und 3b zeigen eine Außenansicht bzw. eine schemati­ sche Teilschnittdarstellung eines Mikrowellen­ resonators des Mengensensors der Fig. 2;

Fig. 4 zeigt eine detailliertere Darstellung des Ge­ schwindigkeitssensors der Fig. 2;

Fig. 1 zeigt eine elektrostatische Pulverbeschichtungsanla­ ge, bei der das erfindungsgemäße Verfahren umgesetzt werden kann. Diese Pulverbeschichtungsanlage ist ausführlicher in der deutschen Patentanmeldung "Steuersystem einer Beschich­ tungsanlage" derselben Anmelderin mit demselben Anmeldetag beschrieben. Auf die Offenbarung dieser Patentanmeldung und insbesondere die Erläuterung der Netzwerkstruktur wird Bezug genommen.

In Fig. 1 sind mehrere (fünf) Beschichtungsmodule aus je­ weils einem digitalen Steuergerät 60, einer Injektor-Stell­ einrichtung 64 und einer Sprühpistole 66 dargestellt, die über einen Pistolenbus 62 verbunden sind. Diese Beschich­ tungsmodule bilden selbstregelnde Funktionseinheiten, welche ihre jeweiligen Steuersignale von dem digitalen Steuergerät 60 erhalten. Für die Regelung notwendige Informationen über den Betriebszustand der Beschichtungsanlage erhält das Steu­ ergerät 60 über einen internen Bus 80.

Über den internen Bus 80 sind die mehreren Beschichtungsmo­ dule miteinander, mit einer zentralen Steuereinheit 82 sowie mit weiteren Komponenten des Systems verbunden. Zusätzliche, an den internen Bus anschließbaren Module sind z. B. ein Lüc­ kensteuermodul 86, ein Pulverpegelsteuermodul 88, ein Posi­ tionssteuermodul 90 und ein Bewegungssteuermodul 92.

Der interne Bus 80 ist ebenso wie der Pistolenbus 62 vor­ zugsweise ein LON-Bus, die digitale Steuereinheiten 62 und die Module sind als LON-Netzwerkknoten konfiguriert und besitzen eine LON-Schnittstelle für die Verbindung mit dem LON-Bus (LON = local area network).

Die zentrale Steuereinheit 82 versorgt die Pulverbeschich­ tungsanlage mit elektrischer Leistung und Druckluft. Ferner läßt sich über diese Steuereinheit die gesamte Anlage im Störfalle notabschalten.

Das Lückensteuermodul 86 dient zum Ausschalten der Sprühpi­ stolen in den Lücken zwischen Werkstücken 200 oder Werk­ stückteilen. Das Pulverpegelsteuermodul 88 überwacht den Pegelstand in einem Pulvervorratsbehälter. Das Positions­ steuermodul 90 steuert die Position der Sprühpistolen in z- Richtung, d. h. den Abstand von Sprühpistole 66 zu Werkstück 200. Das Bewegungssteuermodul 92 steuert Vertikalhub und Geschwindigkeit der Auf- und Abwärtsbewegung der Sprühpisto­ len 66 abhängig von der Höhe und Geschwindigkeit des zu be­ schichtenden Werkstücks 200.

Weiterhin sind über einen externen Bus 100 ein Pulverzentrum 102 mit einem Pulvervorratsbehälter 104, eine Schichtdick­ enmeß- und Regeleinrichtung 107, 108 und eine Absaugsteue­ rung 109 für eine Absauganlage 114 für ein Pulverrückgewin­ nungssystem 110, eine Teileerkennungs- und Identifikations­ einrichtung 111, ein Fördertaktgeber 112, eine Steuerein­ richtung 106 für die Kabinenreinigung und eine zugehörige Reinigungseinrichtung 116 angeschlossen.

Die Absaugsteuerung 109 enthält eine Ventilatoransteuerung, mit der die Geschwindigkeit eines Absaugventilators in der Absauganlage 114 und somit die Leistung der Absauganlage eingestellt werden kann. Die Absaugsteuerung 109 erhält über die Busse 100, 80 von den digitalen Steuergeräten 60 die notwendige Information über die von den Beschichtungsgeräten 66 abgegebenen Pulvermassenströme, um die Absaugleitung entsprechend einzustellen bzw. die Absauganlage zu ak­ tivieren und zu deaktivieren.

Die einzelnen Komponenten, die als LON-Knoten konfiguriert sind, können sich im System selbst anmelden, andere System­ komponenten erkennen, sich auf diese einstellen und mit die­ sen kommunizieren. Sie können die Information über die je­ weiligen Betriebszustände der Beschichtungsanlage, die sie über den Bus 80 oder 100 erhalten, selbsttätig auswerten und nutzen.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Be­ schichtungsgerätes 66 mit integriertem Mengensensor 50, in­ tegriertem Geschwindigkeitssensor 52 und integrierter Hoch­ spannungskaskade 58. Über eine Förderleitung 10 wird dem Be­ schichtungsgerät 66 ein eingestellter, dosierter Pulver- Luft-Strom zugeführt, der bei einer Düse 46 mit einem Prall­ körper 48 ausgegeben wird. In einem Hochspannungserzeuger, der schematisch als Hochspannungskaskade 58 dargestellt ist, wird eine Hochspannung erzeugt und über eine Leitung 56 und eine Elektrode (nicht gezeigt) in den Pulver-Luft-Strom ge­ führt, um die Pulverteilchen elektrisch aufzuladen. Eben­ falls in Fig. 2 ist eine Masseleitung 54 für die Erdung des Beschichtungsgerätes 66 gezeigt.

Der Mengensensor 50 und der Geschwindigkeitssensor 52 dienen zur Bestimmung der Pulverdichte bzw. der Pulvergeschwindig­ keit in der Förderleitung 10. Sie sind unten mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 näher erläutert.

Die Fig. 3a und 3b zeigen eine Ausführungsform eines Mi­ krowellenresonators 36 des Pulvermengensensors zur Bestim­ mung der Pulvermenge pro Volumeneinheit in der Förderleitung 10. Die Förderleitung ist elektrisch nicht leitend, sie wird von dem Pulver-Luft-Strom in Richtung der Pfeile in Fig. 3a durchströmt.

Der Resonator 36 hat für die Abschirmung gegen Störfelder einen Metallzylinder 38, an dem ein HF-Eingang 40 und ein HF-Ausgang 42 zur Einkopplung von Mikrowellen bzw. zum Ab­ nehmen der Resonatorspannung vorgesehen sind. Im Inneren des Abschirmzylinders 38 liegt der Resonator 44 in Form einer Helix oder Spule, welche um die Förderleitung 10 gewickelt ist. Dieser Resonator hat einen sehr geringen Platzbedarf, so daß er direkt in die Sprühpistole 66 integriert werden kann. Mit dem helixförmigen Resonator läßt sich eine sehr genau abgegrenzte Resonanz und somit eine hohe Güte erzie­ len. Der Helix-Resonator kann z. B. als Dünnfilm-Metall­ schicht 44 auf die Förderleitung 10 aufgedampft werden, oder es kann eine Drahthelix verwendet werden.

Ein Teil des vom Resonator erzeugten Mikrowellenfeldes dringt durch die Wand der Förderleitung 10 in das Pulver- Luft-Gemisch. Gemessen werden die Resonanzfrequenz des Reso­ nators und seine Güte. Diese Größen sind von der Dielektri­ zitätskonstante und der Absorption (dem Verlustfaktor) im Resonanzbereich abhängig. Die Änderungen der Dielekrizitäts­ konstante und der Absorption sind proportional zur Änderung der Pulvermenge im Resonanzbereich oder Resonanzvolumen. Daraus ergibt sich, daß eine Änderung der Pulvermenge im Resonanzvolumen zur einer Verschiebung der Resonanzfrequenz und zu einer Veränderung der Güte führt. Durch Messen der Resonanzfrequenz bzw. der Güte, kann somit direkt auf die Pulvermenge im Resonanzvolumen zurückgeschlossen werden. Das Verfahren zum Bestimmen der Pulvermasse im Resonanzvolumen ist mit weiteren Einzelheiten in der DE 44 06 046 A1 und der DE 196 50 112 C1 beschrieben.

Fig. 4 zeigt schematisch den Aufbau der Geschwindigkeits­ meßvorrichtung. An der Förderleitung 10 sind mit einem Ab­ stand D zwei Meßelektroden 12, 14 angebracht, welche über Signalleitungen 16, 18 und einen Verstärker 20 verbunden sind. Die Ausgänge 22, 24 des Verstärkers 20 sind mit einer Meßwert-Auswertungsvorrichtung 26 verbunden. Die Meßelektro­ den bestehen 12, 14 aus Kupferringen, die um die Förderlei­ tung 10 herumgelegt sind. Ferner ist im Meßbereich eine ge­ erdete Abschirmung 48 um die Förderleitung 10 gelegt. Auch die Signalleitung 16, 18 und der Verstärker 20 weisen geer­ dete Abschirmungen 30, 32 bzw. 34 auf.

Die Pulverpartikel des durch die Kunststoffleitung 10 trans­ portierten Pulver-Luft-Stromes laden sich durch die Reibung mit dem Kunststoff-Schlauchmaterial elektrostatisch auf. Diese Ladungen influenzieren, oder induzieren, in den Meß­ elektroden 12, 14 Spannungen, die an den Meßverstärker 20 geleitet werden. Der Verstärker mißt und verstärkt die bei den beiden Elektroden 12, 14 erzeugten Influenzspannungen. Der Verlauf dieser zwei Signale stimmt weitgehend überein (Korrelation). Da die Signalverläufe weitgehend übereinstim­ men, ist eine eindeutige Bestimmung der Zeitspannen zwischen zwei entsprechenden Signalspitzen möglich, so daß aus der zeitlichen Verzögerung Δt zwischen zwei Signalspitzen und dem Abstand D zwischen den Meßelektroden die Geschwindigkeit v der Pulverpartikel in der Förderleitung 10 berechenbar ist: v = D/Δt.

Das Geschwindigkeitsmeßverfahren ist mit weiteren Einzelhei­ ten in der DE 44 06 046 A1 beschrieben.

Mit Hilfe des oben beschriebenen Mengensensors 50 und des Geschwindigkeitssensors 52 können somit die Pulvermenge und die Pulvergeschwindigkeit bestimmt werden, um den Gesamt- Pulvermassenstrom zu ermitteln, der zu jedem Zeitpunkt von allen Beschichtungsgeräten abgegeben wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läuft wie folgt ab. Wenn ein Werkstück 200 die Beschichtungskabine 120 durchläuft und die Beschichtungspistolen 66 Beschichtungspulver an das Werk­ stück abgeben, wird der Pulvermassenstrom jedes Beschich­ tungsgerätes kontinuierliche erfaßt, und diese Information wird über die jeweiligen Steuergeräte 60 auf dem Bus 80 den übrigen Modulen des Systems zur Verfügung gestellt. Die In­ formation über den gesamten von allen Beschichtungsgeräten abgegebenen Pulvermassenstrom steht somit jederzeit am Ein­ gang der Absaugsteuerung 109 zur Verfügung, so daß diese die Absaugleistung der Absauganlage 114 entsprechend einstellen kann. Da bei einem vollautomatisierten System, bei dem die vorliegende Erfindung vorzugsweise eingesetzt wird, auch zu jeder Zeit die Größe und Gestalt des zu beschichtenden Werk­ stücks 200 sowie die Fördergeschwindigkeit bekannt ist, kann die Absaugsteuerung auch diese Informationen nutzen, um die Absauganlage auf die zu erwartende Menge des überschüssigen Pulvers einzustellen. Wenn nun in Werkstücklücken oder am Ende eines Beschichtungsvorgangs kein Pulvermassenstrom mehr erfaßt wird, schaltet die Absaugsteuerung 109 die Absaugan­ lage 114 nicht sofort ab, sondern läßt diese noch während einer einstellbaren Nachlaufzeit weiterarbeiten, um die Pul­ verwolke, welche sich in der Beschichtungskabine 21 gebildet hat, möglichst vollständig abzusaugen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Er­ findung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims (14)

1. Verfahren zum Betreiben einer elektrostatischen Pulver­ beschichtungsanlage mit mindestens einem Beschichtungs­ gerät (66), einer Beschichtungskabine (120) und einer Absauganlage (109, 114), bei dem ein Werkstück (200) durch die Beschichtungskabine geführt wird, elektrostatisch auf­ geladenes Beschichtungspulver von dem Beschichtungsgerät (66) an das Werkstück abgegeben wird und überschüssiges Beschichtungspulver aus der Beschichtungskabine (120) abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulvermassenstrom des von dem oder jedem Beschich­ tungsgerät (66) abgegebenen Beschichtungspulvers ermit­ telt und daraus der gesamte von den Beschichtungsgeräten in die Beschichtungskabine abgegebene Pulvermassenstrom berechnet wird, die Anwesenheit, Größe und/oder Gestalt des zu beschichtenden Werkstückes erfaßt wird und abhän­ gig von dem Pulvermassenstrom und der Anwesenheit, Größe und/oder Gestalt des zu beschichtenden Werkstückes die Saugleistung der Absauganlage (109, 114) gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Geschwindigkeit und die Dichte des abgegebenen Beschichtungspulvers in dem oder jedem Beschichtungsgerät (66) gemessen werden und daraus der Pulvermassenstrom berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Saugleistung der Absauganlage (109, 114) an die Größe des gesamten Pulvermassenstroms des oder der Beschichtungsgeräte(s) (66) angepaßt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Absauganlage (109, 114) aktiviert wird, wenn erkannt wird, daß das oder die Beschichtungsgerät(e) (66) Beschichtungspulver abgeben, und deaktiviert wird, wenn kein Beschichtungs­ pulver abgegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Absauganlage (109, 114) nach eine Verzögerungszeit deaktiviert wird.

6. Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage mit minde­ stens einem Beschichtungsgerät (66), einer Beschich­ tungskabine (120) und einer Absauganlage (109, 114) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ein­ richtung zur Erfassung des Werkstücks und eine Meßeinrichtung (50, 52) zum Ermitteln des Pulvermassen­ strom des von dem oder jedem Beschichtungsgerät abgege­ benen Beschichtungspulvers und eine Stelleinrichtung (109) zum Einstellen der Saugleistung der Absauganlage.

7. Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßein­ richtung eine Geschwindigkeitsmeßvorrichtung (52) und eine Massenmeßvorrichtung (50) in dem oder jedem Be­ schichtungsgerät aufweist.

8. Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ge­ schwindigkeitsmeßvorrichtung (52) zwei mit Abstand zu­ einander an einer Pulverförderleitung angebrachte Meß­ elektroden (12, 14) aufweist, die von dem geförderten Pulver-Luft-Gemisch erzeugte Ladungsschwankungen an ei­ ner Pulverförderleitung (10) erfassen und entsprechende Spannungssignale (A, B) bilden und an eine Meßwertverar­ beitungsvorrichtung (26) ausgeben, welche aus dem zeit­ lichen Abstand (Δt) der Spannungssignale und dem vorge­ gebenen Abstand (D) zwischen den Meßelektroden (12, 14) die Geschwindigkeit des Pulver-Luft-Gemisches ermittelt.

9. Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenmeßvorrichtung (50) einen Mikrowellenresonator (36; 38) in oder an einer Pulverförderleitung (10) auf­ weist, der von der in einem Resonanzvolumen vorhandenen Pulvermenge abhängige Änderungen der Dielektrizitätskon­ stante und/oder der Mikrowellenabsorption in der Förder­ leitung als eine Verschiebung der Resonanzfrequenz bzw. eine Änderung der Mikrowellenamplitude im Mikrowellen­ resonator (36; 38) erfaßt, und aus der Änderung der Dielektrizitätskonstante und/oder der Mikrowellenabsorp­ tion die Pulverdichte in dem Resonanzvolumen ableitet.

10. Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stelleinrichtung die Leistung der Ab­ sauganlage (109, 114) als Funktion des Gesamt-Pulvermas­ senstroms des oder der Beschichtungsgeräte(s) (66) ein­ stellt.

11. Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß dem oder jedem Beschichtungsgerät (66) eine digitales Steuergerät (60) mit einer Recheneinrichtung zum Berechnen des Pulvermassenstromes zugeordnet ist.

12. Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Be­ schichtungsgeräte (66) vorhanden sind, die jeweils über einen Pistolenbus (62) mit ihrem zugeordneten digitalen Steuergerät (60) verbunden sind und einen Netzwerk-Kno­ ten bilden, und daß die digitalen Steuergeräte (60) über einen Beschichtungsbus (80) mit weiteren Komponenten der Beschichtungsanlage verbunden sind.

13. Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stell­ einrichtung als ein Netzwerk-Knoten ausgebildet ist.

14. Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzwerk-Knoten LON-Knoten sind.