DE3709510A1 - Verfahren zur betriebssteuerung einer elektrostatischen beschichtungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der elektrostatischen Beschichtung von Werkstücken wie z.B. Fahrzeugrohkarossen ist es bekannt und üblich, die Werkstücke serienweise durch Sprühkabinen zu fördern, in denen einzeln oder gruppenweise an Hochspannungserzeuger angeschlossene Rotationszerstäuber installiert sind. In konventionellen Anlagen wurde das Beschichtungsmaterial direkt im oder am Zerstäuber auf das Hochspannungspoten­ tial gelegt. Damit die in neuerer Zeit bevorzugten Be­ schichtungsmaterialien relativ hoher elektrischer Leit­ fähigkeit wie die sogenannten Wasserlacke verwenden werden können, ist es dagegen zweckmäßiger, das gesamte Lack­ zufuhrsystem und die Zerstäuberglocke od. dgl. zu erden und die mechanisch zerstäubten Farbpartikel durch die Zer­ stäuberglocke umgebende äußere Elektroden aufzuladen (vgl. DE-OS 34 29 075 und 36 09 240). Die Aufladung erfolgt durch Ionenanlagerung aufgrund der Koronaentladung durch die Elektrodenspitzen.

Im Betrieb einer derartigen Anlage war es bisher üblich, die an die Sprüheinrichtungen angelegte Spannung des Hoch­ spanungserzeugers auf konstanten Werten zu stabilisieren, die zur Berücksichtigung der jeweiligen Betriebsbedingungen stufenweise beispielsweise im Bereich von 60 bis 100 kV eingestellt werden konnten. Wenn die Spannung auf einem konstanten Wert gehalten wird, treten aber insbesondere bei der erwähnten Außenaufladung des Beschichtungsmaterials durch Koronaentladung Probleme auf, da sich unter Umständen beträchtliche Schwankungen des Koronastroms im Betrieb er­ geben können. Der Koronastrom ist deutlich höher als der bei der konventionellen Kontaktaufladung des Beschichtungs­ materials im Zerstäuber übliche Betriebsstrom und hängt nicht nur von der Elektrodenspannung ab, sondern auch von verschiedenen Umgebungsbedingungen wie Luftfeuchtigkeit und eventueller Verschmutzung des Elektrodenbereiches. Beispielsweise kann in einer typischen Beschichtungsanlage der erwähnten Art der Korona-Betriebsstrom zwischen 100 und 300 µA schwanken, wenn sich die Luftfeuchtigkeit zwischen 30% und 90% ändert, wie es in der Praxis ohne weiteres möglich ist. Sowohl zu geringe als auch zu hohe Betriebsströme müssen aber vermieden werden, weil im ersten Fall keine ausreichende Ionisierung zustande kommt mit der Folge eines unbefriedigenden Beschichtungswirkungs­ grads (Verhältnis zwischen abgesprühtem Material und dem das Werkstück erreichenden Material), während im zweiten Fall die Gefahr einer Überladung des Farbnebels mit Raum­ ladungseffekten besteht, die erfahrungsgemäß den Korona­ strom und die Ionisierung fast vollständig unterdrücken können. In beiden Fällen kann es infolge der unzureichen­ den Aufladung der Farbpartikel zu einer schnellen Ver­ schmutzung der Elektroden sowie ihrer Halteranordnung und sonstiger Teile des Zerstäubers durch das abgesprühte Material kommen. Zusätzliche Schwierigkeiten ergeben sich aus der starken Abhängigkeit des im Vergleich zum Betriebs­ strom bei Kontaktaufladung relativ hohen Koronastroms von Schwankungen der Spannung, die wesentlich größere Strom­ änderungen zur Folge haben als im Fall eines kleineren Betriebsstroms. Derartige Stromänderungen sind in der Praxis unerwünscht.

Aus der DE-OS 34 45 946 ist es bekannt, beim elektrostati­ schen Beschichten von großen Werkstücken wie z.B. Fahrzeug­ karossen die Anlage zur Vermeidung eines Spannungsdurch­ bruchs zwischen Werkstück und Beschichtungseinrichtung selbsttätig abzuschalten, wenn der Betriebsstrom auf einen Schwellwert ansteigt, der in Abhängigkeit von der in einem gewissen Bereich verstellbaren Betriebsspannung vorbestimmt wird. Zu diesem Zweck werden alle für die wählbaren Span­ nungswerte geltenden Stromschwellwerte gemeinsam insbesondere in einem Mikroprozessor gespeichert und im Betrieb ent­ sprechend der jeweils eingestellten Spannung selbsttätig ausgewählt. Es kann auch zunächst nur ein Warnsignal er­ zeugt werden, wenn der während des Betriebes ständig ge­ messene Strom einen zwischen dem Normalwert und dem Abschalt­ schwellwert liegenden Zwischenschwellwert überschreitet.

Der hier beschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die beim Betrieb einer mit Koronaentladung und mit konstanter Spannung arbeitenden Anlage festzustellende Gefahr einer Eigenverschmutzung der Sprüheinrichtung weitgehend vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst.

Durch das Festhalten vorbestimmter, in der Regel konstanter Werte des Betriebsstroms kann insbesondere der Einfluß der Luftfeuchtigkeit (Wasserdampfgehalt) auf die Koronaentladung kompensiert werden. Infolgedessen wird im Betrieb stets optimale Koronaentladung gewährleistet, so daß die abge­ sprühten Farbpartikel zum größtmöglichen Anteil aufgeladen werden und zu dem zu beschichtenden Werkstück wandern, statt sich auf der Sprüheinrichtung selbst niederzuschlagen. Mit einem die Isolation herabsetzenden Niederschlag können zugleich Probleme der Strommessung vermieden werden, die sich aus Nebenschlußströmen ergeben können.

Im Normalfall erfordert die Konstanthaltung des Betriebs­ stroms einen geschlossenen Regelkreis, in dem der gemessene Strom die Regelgröße darstellt und der Regler je nach Ab­ weichungen der Regelgröße vom Sollwert eine Stellgröße zur Steuerung der Versorgungsspannung der Elektroden erzeugt. In der Praxis wird also eine kontinuierliche Änderung der Spannung der den Hochspannungserzeuger bildenden Kaskade od. dgl. und damit der Feldstärke zwischen den Elektroden und dem zu beschichtenden Werkstück erfolgen. Diese Regelung ist aber nicht die einzige Möglichkeit zur Realisierung der Erfindung. Beispielsweise kann man den Hochspannungs­ erzeuger auch in direkter Abhängigkeit von der Luftfeuch­ tigkeit im Sinne eines konstanten Koronastroms steuern.

Ferner muß der vorbestimmte einzuhaltende Stromwert nicht für alle Betriebsbedingungen derselbe sein. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, bei extrem trockener Luft in der Sprühkabine einen anderen konstant bleibenden Wert einzu­ stellen als bei extrem feuchter Luft. Ähnliches gilt für sonstige veränderliche Umgebungsbedingungen wie z.B. die räumliche Beziehung zwischen Sprüheinrichtung und Werk­ stück. Aus diesen Gründen kann es also zweckmäßig sein, den einzuhaltenden Stromwert in Abhängigkeit von der Luft­ feuchtigkeit und/oder sonstigen Umgebungsbedingungen zu ändern.

Wenn die Versorgungsspannung der Elektroden zur Konstant­ haltung des Betriebsstroms geändert werden muß, lassen diese Änderungen auch Rückschlüsse auf richtigen oder fehlerhaften Betrieb zu. Beispielsweise besteht bei einem Kurschluß, bei zunehmender Verschmutzung oder bei einer in Hinblick auf einen Spannungsdurchbruch gefährlichen Annäherung des Werkstücks an die Sprühvorrichtung die Tendenz zu einem steilen Stromanstieg, dem durch entsprechende Verminderung der Spannung gegengesteuert wird. Die Versorgungsspannung der Elektroden wird ständig gemessen, und wenn sie einen Grenzwert unter­ schreitet, kann ein Alarmsignal erzeugt und/oder die Beschichtungsanlage abgeschaltet werden. Der Spannungsgrenz­ wert kann unter Umständen in Abhängigkeit von den jeweili­ gen Betriebsbedingungen eingestellt und selbsttätig ge­ ändert werden. Ein Alarmsignal kann auch dann erzeugt werden, wenn die Versorgungsspannung sich bei der Regelung unzulässig schnell ändert, oder wenn sich der Betriebsstrom selbst innerhalb einer vorgegebenen Zeit um mehr als ein zulässiges Maß ändert, etwa wenn die Stromregelung versagt oder zu träge arbeitet. Schließlich kann auch eine zu hohe Betriebsspannung eine Fehlermeldung auslösen.

Die beschriebene Einregelung des Korona-Betriebsstroms auf einen bestimmten, in der Regel konstanten Wert erfolgt wäh­ rend des normalen Beschichtungsbetriebes. Bis bei Inbetriebnahme der Anlage der gewünschte Stromwert er­ reicht wird, kann dagegen zunächst der gemessene Betriebs­ strom durch Vergleich mit vorgegebenen spannungsabhängigen Daten daraufhin überwacht werden, ob er zulässige Werte unter- oder insbesondere überschreitet, vorzugsweise in der aus der erwähnten DE-OS 34 45 946 an sich bekannten Weise. Bei unzulässigen Abweichungen des Stromes wird ein Alarmsignal erzeugt bzw. die Anlage abgeschaltet, während bei fehlerfreiem Erreichen des vorgesehenen Stromwertes die Stromregelung eingeschaltet wird, wobei nun zur Be­ triebsüberwachung festgestellt wird, ob die Versorgungs­ spannung über dem vorgeschriebenen Mindestwert bleibt. Die Umschaltung der Anlage vom Stromschwellwertbetrieb auf Konstantstrombetrieb kann selbsttätig beispielsweise bei Überschreiten einer vorbestimmten Spannung des Hochspan­ nungserzeugers nach dessen Einschaltung erfolgen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Betriebssteuerung einer elektrostati­ schen Beschichtungsanlage, in der das von einer Sprüheinrichtung mechanisch zerstäubte Beschichtungsmaterial durch Koronaentladung mit Hilfe von Elektroden aufgeladen wird, die an einen Hochspannungser­ zeuger mit änderbarer Hochspannung angeschlossen sind, insbesondere für leitfähiges und beim Absprühen auf Erd­ potential liegendes Beschichtungsmaterial, wobei der der Koronaentladung entsprechende Betriebsstrom gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes der Beschichtungsanlage der Korona-Betriebsstrom auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert konstant ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Versorgungsspannung der Elektroden zur Regelung des Betriebsstroms geändert wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der konstant zu haltende Strom­ wert in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit und/oder sonstigen Umgebungsbedingungen eingestellt oder geändert wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung der Elektroden in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit ge­ steuert wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betriebsüberwachung fest­ gestellt wird, ob die Versorgungsspannung der Elektroden einen zulässigen Wert unterschreitet.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alarmsignal erzeugt wird, wenn die Versorgungsspannung sich bei der Stromregelung unzulässig schnell ändert.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alarmsignal erzeugt wird, wenn sich der Betriebsstrom innerhalb einer vorgegebenen Zeit um mehr als ein zulässiges Maß ändert.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Betriebsstrom durch Vergleich mit vorgegebenen spannungsabhängigen Werten überwacht wird, bis er den vorgesehenen festzuhalten­ den Wert erreicht, und daß bei unzulässigen Abweichungen des Stroms ein Alarmsignal erzeugt wird, während bei fehlerfreiem Erreichen des vorgesehenen Stromwertes die Beschichtungsanlage auf den Betrieb mit dem konstanten bzw. vorbestimmten Stromwert umgeschaltet wird.