DE4225072C2 - Verfahren zum Schützen und Anhalten einer motorisch angetriebenen Druckerzeugerpumpe für eine Beschichtungsvorrichtung und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schützen und Anhalten einer motorisch angetriebenen Druckerzeugerpumpe nach dem Ober­ begriff von Anspruch 1 und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbe­ griff von Anspruch 5.

Aus der SU-A-1641450 ist grundsätzlich ein Verfahren zum Schüt­ zen und Anhalten einer motorisch angetriebenen Druckerzeugerpum­ pe für eine Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken mit druckzerstäubtem flüssigen Überzugsmaterial bekannt.

Die Kolbenpumpen derartiger Beschichtungseinrichtungen werden über eine Elektromagnetkupplung unter gegebenenfalls Zwischen­ schalten eines Getriebes und/oder eines Exzenters mit Kurbel­ trieb von einem Elektro- oder Benzinmotor angetrieben. Die Kol­ benpumpe saugt aus einem Vorratsbehälter das Beschichtungsmate­ rial, vorzugsweise Farbe, an und führt es über eine Druckleitung zu einer Zerstäuberpistole. Die Zerstäuberpistole besitzt ein manuell oder automatisch betätigbares Ventil. Dem Ventil nach­ geschaltet ist eine Düse, mittels der das unter Druck geförderte Beschichtungsmaterial zerstäubt und zu einem zu beschichtenden Werkstück geleitet wird, auf dem es sich niederschlägt. Die Düsen können unterschiedliche Durchlaßöffnungen besitzen, so daß je nach Düsengröße das so betriebene Pumpensystem unterschied­ lich hoch belastet wird. Darüberhinaus muß sichergestellt sein, daß bei geschlossenem Pistolenventil (kurzzeitige Arbeitsunter­ brechung) der Antriebsmotor ohne Beeinträchtigung weiterlaufen kann. Zu diesem Zweck wird der Druck in oder unmittelbar am Ausgang der Kolbenpumpe gemessen und über eine elektronische Schaltung in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Aus­ gangssignal liegt an der Spule der elektromagnetischen Kupplung an und schaltet diese innerhalb von Mimimum/Maximum-Drucksigna­ len auf und zu und entkoppelt bzw. koppelt damit den Antriebs­ motor mit dem Pumpensystem. Wird als elektrischer Antriebsmotor ein Gleichstrommotor verwendet, dann kann anstelle der elektro­ magnetischen Kupplung die Spannungszuführung des Motors direkt geschaltet werden.

Bei diesen Kolbenpumpen, die für die Förderung von Farben unter Druck vorgesehen sind, sind sowohl der Kolben selbst als auch die Kolbenstange in Dichtungspackungen geführt und gedichtet. Aufgrund der Pigmente in den Farben unterliegen die Packungen, aber auch der Kolben selbst und die Zylinderbuchse, einem nicht unbeträchtlichen Verschleiß. Der Verschleiß wird noch drastisch dadurch erhöht, wenn die Pumpe ohne jegliches Material, also trockenläuft, weil dann auch die zugegebenermaßen geringe Schmierung durch Farbe fehlt. So haben beispielsweise Versuche gezeigt, daß schon ein Trockenlauf von weniger als 30 Sekunden zu beträchtlichen Verschleißerscheinungen führt.

Ein Trockenlauf der Pumpe kann nun dadurch entstehen, daß der Benutzer übersieht, daß das Gebinde, aus dem das Material ange­ saugt wird, leer ist oder daß eines der Ventile der Pumpe nicht richtig schließt oder daß der Schlauch auf der Saugseite der Pumpe undicht ist und damit Luft angesaugt wird oder aber der Schlauch auf der Druckseite ein Leck aufweist und das Material aus dem Gebinde ins Freie verspritzt wird.

Die EP-A2-0 321 295 beschreibt ein Schutzsystem für eine Pumpe zum Zirkulieren von Kühlwasser eines Reaktor-Kühlsystems, das Meßgrößen, wie die Temperatur, den Druck, die Durchflußrate und den Fluidpegel, erfaßt, diese Größen analysiert und die Pumpe abhängig von dem Analyseergebnis bei Erkennen eines kritischen Zustandes anhält. Diese Druckschrift bezieht sich aufteure, schlecht zugängliche Wasserrotationspumpen für Reaktoranlagen.

Aus der DE-GM 19 50 499 ist eine Vorrichtung zur Steuerung von Ölförderpumpen bekannt, welche den Motor der Pumpe bei Unterschreiten eines Mindestförderdruckes abschaltet und manuell wieder einschaltbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, um die Kolbenpumpe selbsttätig abzuschalten, wenn sich im Pumpenraum, aus welchen Gründen auch immer, kein Material befindet. Gelöst wird diese Aufgabe durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren und durch die Ein­ richtung nach Anspruch 5.

Gemäß der Erfindung wird also zumindest einer der Parameter Druck, Volumenstrom und Kolbengeschwindigkeit fortlaufend gemes­ sen und mittels elektronischer Auswertung der Meßergebnisse die Verbindung zwischen Antriebsmotor und Pumpe gelöst bzw. der Antriebsmotor angehalten, wenn das Meßergebnis ein Leerlaufen der Pumpe anzeigt.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 gekennzeichnet. Dabei wird als Parameter der Druck genommen, und es werden vorab drei Druckwerte festgelegt, näm­ lich ein Maximalwert und ein Minimalwert für den Arbeitsbereich sowie ein darunter liegender Abschaltwert, der nur manuell über­ fahrbar ist, also beim Start und bei einem Wiederstart der Ein­ richtung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels naher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine Prinzip- Schaltskizze dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Auf der Zeichnung ist mit 10 ein Gerateschalter bezeichnet, der an einem üblichen Wechselstromnetz (L, N) liegt. Der Ausgang des Gerateschalters 10 führt zu einem Tasterschalter 11 mit Haltere­ lais 12. Zwischen Gerateschalter 10 und Tasterschalter 11 geht eine Leitung ab zu einem im ganzen mit 13 bezeichneten Wechsel­ strommotor. Der Ausgang des Tasterschalters 11 führt zur Primärspule eines Transformators 14, an dessen Sekundärspule ein Gleichrichter 15 liegt. Der Ausgangs-Gleichstrom des Gleichrich­ ters 15 speist ein E-Modul 16, das als speisequelle für mehrere Elemente dient, namlich für ein Schaltrelais 17 einer ausrück­ baren Kupplung 18, einen Drucksensor 19, einen Durchflußmengen­ sensor 20, eine Geschwindigkeits/Drehzahlsensor 21, einen Füllstandssensor 22 und eine Auswertelektronik 23. Dabei stellt die Kupplung 18 die Verbindung zwischen dem Motor 13 und einer nicht-gezeichneten Kolbenpumpe dar, während die Sensoren 19, 20, 21 und 22 den Druck am Eingang oder Ausgang der Kolbenpumpe, die Durchflußmenge am Eingang oder am Ausgang der Kolbenpumpe, die Geschwindigkeit bzw. die Drehzahl des Pumpenkolbens und den Füllstand im nicht-gezeichneten Flüssigkeits-Vorratstank ermit­ teln und in ein Spannungssignal umsetzen. Die von den Sensoren 19, 20, 21 und 22 erzeugten Spannungssignale werden der Aus­ werteelektronik 23 zugeführt, die ihrerseits als Speisequelle für das Halterelais 12 des Tasterschalters 11 dient. Schließlich ist mit 24 ein Betriebsdruck-Vorwahlschalter bezeichnet, mit dessen Hilfe der gewünschte Maximal- und Minimalwert des Be­ triebsdrucks in das E-Modul 16 eingegeben werden können. Aus noch zu erläuternden Gründen führt zum E-Modul 16 auch eine Abzweigung der Signal-Ausgangsleitung des Drucksensors 17.

Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen. Zunächst werden mittels des Betriebsdruck-Vorwählschalters 24 ein Maximalwert und ein Minimalwert für den gewünschten Betriebsdruck in das E-Modul 16 eingegeben. Daraufhin wird der Geräteschalter 10 geschlossen, mit der Folge, daß der Motor 13 zu laufen beginnt, ohne daß jedoch eine Bewegungsübertragung auf die Kolbenpumpe erfolgt, weil sich die Kupplung 18 noch im ausgerückten Zustand befindet. Nunmehr wird der Tasterschalter 11 nach unten in seine Schließ­ stellung gedrückt und in dieser Stellung manuell festgehalten. Der Transformator 14 erhält damit Strom und gibt über seine Sekundärspule eine Niederspannung auf den Gleichrichter 15, der diese Niederspannung gleichrichtet und die gleichgerichtete Niederspannung dem E-Modul 16 zuführt. Das E-Modul 16 betätigt das Schaltrelais 17, das seinerseits die Kupplung 18 einrückt, womit sich die Kolbenpumpe in Bewegung setzt. Zugleich speist das E-Modul 16 die Sensoren 19, 20, 21 und 22 sowie die Aus­ werteelektronik 23.

In der Auswerteelektronik 23 ist vorab ein dritter Druckwert P₃ gespeichert worden, also ein Druckwert zusätzlich zum Wert P₁ des maximalen Betriebsdrucks und zum Wert P₂ des minimalen Betriebs­ drucks. Die Höhe des Druckwerts P₃ ist frei wählbar, muß jedoch unter dem Minimalwert P₂ liegen. Erhält nun die Auswerteelek­ tronik 23 nach einer gewissen Anlaufzeit vom Drucksensor 19 ein Signal, das anzeigt, daß der Druck in der Kolbenpumpe den er­ wähnten Druckwert P₃ überschritten hat, dann erregt die Auswerte­ elektronik 23 das Halterelais 12 des Tasterschalters 11, womit der Tasterschalter 11 losgelassen werden kann, weil er jetzt vom Halterelais 12 in seiner unteren Schließstellung gehalten wird. Um die Bedienungsperson davon zu informieren, wann sie denn Tasterschalter 11 loslassen kann, ist vorzugsweise an der An­ zeigeelektronik ein Anzeigelämpchen vorgesehen.

Mit fortschreitender Pumpbewegung erreicht schließlich der Druck in der Kolbenpumpe den vorgewählten Maximalwert P₁, wovon das E- Modul 16 durch den Drucksensor 19 informiert wird. Das E-Modul 16 schaltet daraufhin die Stromzuführung zum Relais 17 ab, so daß die Kupplung 18 ausrückt und die Kolbenpumpe zum Stillstand kommt: Der Motor 13 läuft dabei weiter und das E-Modul 16 ver­ sorgt weiterhin die Sensoren 19 bis 22 sowie die Auswerteelek­ tronik 23 mit Strom, und letztere hält den Tasterschalter 11 weiterhin in Schließstellung, weil ja der Druck über dem Wert P₃ liegt.

Wird nun die von der Kolbenpumpe gespeiste Sprühpistole, die ebenfalls nicht gezeichnet ist, in Betrieb genommen, d. h., das Pistolenventil geöffnet, dann beginnt der Betriebsdruck in der Pumpe abzunehmen. Sobald dann der vorgewählte minimale Betriebs­ druck P₂ erreicht ist, versorgt das E-Modul 16 das Relais 17 wiederum mit Strom, so daß die Kupplung eingerückt wird und die Pumpe zu arbeiten beginnt; der Betriebsdruck steigt somit wieder an. Während des normalen Betriebs der Einrichtung wird also die Pumpe immer dann über die Kupplung 18 an den Motor 13 ange­ schlossen, wenn der Betriebsdruck auf den Minimalwert P₂ abge­ fallen ist, und dann vom Motor getrennt, wenn der maximale Be­ triebsdruck P₁ erreicht ist.

Kommt es nun aber zu einem Störfall, etwa weil der Vorratsbehäl­ ter leer ist oder der Materialschlauch vom Vorratsbehälter zur Pumpe oder von der Pumpe zur Beschichtungsvorrichtung geplatzt ist, dann sinkt der Druck in der Kolbenpumpe trotz arbeitender Pumpe unter den minimalen Betriebsdruck P₂ ab und erreicht schließlich den in der Auswerteelektronik gespeicherten dritten Druckwert P₃. Damit aber unterbricht die Auswerteelektronik 23 ihre Stromzuführung zum Halterelais 12, mit der Folge, daß der Tasterschalter 11 öffnet, E-Modul 16 und Auswerteelektronik 23 stromlos werden, die Kupplung 18 ausrückt und die Pumpe stehen­ bleibt; lediglich der Motor 13 läuft weiter. Ein Wiedereinschal­ ten des Systems ist nur durch erneute manuelle Betätigung des Tasterschalters 11 möglich, was selbstverständlich nur dann sinnvoll ist, wenn zuerst der Grund der Störung erkannt und behoben worden ist. Die in der Schaltskizze dargestellten Senso­ ren 20, 21 und 22 dienen der zusätzlichen Sicherheit. So kann beispielsweise der Füllstandssensor 22 so eingestellt werden, daß ein Abschalten bereits bei einer vorgegebenen Restmenge im Vorratsbehälter erfolgt. Der Sensor 21 kann darüberhinaus auch ohne Drucksensor 17 für die erforderliche Sicherheit sorgen. In diesem Fall wird dann in der Auswerteelektronik 23 eine maximale Kolbengeschwindigkeit bzw. Kolbenfrequenz niedergelegt, bei deren Überschreitung die Auswerteelektronik 23 das Halterelais 12 stromlos stellt. Dabei muß auch hier durch manuelles Ge­ drückthalten des Tasterschalters 11 die Startphase überbrückt werden. Ähnliches gilt für den Durchflußmengensensor 20, jedoch muß dieser stets mit einem Drucksensor oder einem Geschwindig­ keits/Frequenzsensor kombiniert werden, um sicherzustellen, daß die Auswerteelektronik nur dann aufgrund zu geringer Durchfluß­ menge abschaltet, wenn die Sprühpistole in Betrieb ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann in der Auswerte­ elektronik 23 auch die Druckabfallkurve zwischen Druckmaximum P₁ und Druckminimum P₂ bei normalem Sprühbetrieb niedergelegt wer­ den, und zwar für jede Düsengröße der Sprühpistole. Fällt dann während des Sprühbetriebs der Druck schneller ab, ist also die Abfallkurve steiler, dann schaltet die Auswerteelektronik 23 das System ab. Auf diese Weise kann auch kleinen Leckstellen in den Schlauchleitungen Rechnung getragen werden, also Leckagen, die geringer sind als der Düsendurchsatz der Sprühpistole. Schließ­ lich ist es auch möglich, die Auswerteelektronik 23 mit dem Schaltventil der Sprühpistole leitungsmäßig zu verbinden, der­ art, daß der Auswerteelektronik 23 jeweils das öffnen bzw. Schließen des Ventils der Sprühpistole gemeldet wird. In diesem Fall können dann die Sensoren 19 und 20 bei geschlossener Sprüh­ pistole Aussagen über die Dichtheit der Leitungen und der Pumpe machen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Schützen und Anhalten einer motorisch ange­ triebenen Druckerzeugerpumpe für eine Vorrichtung zum Be­ schichten von Werkstücken mit druckzerstäubtem flüssigem Überzugsmaterial bei leerem Material-Vorratsbehälter oder bei einer Störung der Materialzuführung vom Material-Vor­ ratsbehälter zur Pumpe oder von der Pumpe zu einem Zerstäu­ berorgan, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochlaufbetrieb der Pumpe manuell ausgelöst wird, bis der Druck am Pumpeneingang oder Pumpenausgang einen unteren Grenz­ druck (P3) erreichte,
während des Arbeitsbetriebs der Druck (19) und/oder der Volumenstrom (20) am Pumpeneingang oder Pumpenausgang und/oder die Pum­ penkolbengeschwindigkeit (21) oder eine von dieser ab­ hängige Größe fortlaufend gemessen, die Meßwerte in elek­ trische Signale umgesetzt und die elektrischen Signale in eine Auswerteelektronik (23) eingegeben und in dieser aus­ gewertet werden, und
dann, wenn der Druck und/oder der Volumenstrom einen vorgegebenen Wert unterschreitet und/oder die Kolben­ geschwindigkeit einen vorgegebenen Wert überschreitet durch Ausgangssignale der Auswerteelektronik (23) eine elektrisch steuerbare Antriebsverbindung (17, 18) zwischen dem Motor (13) und der Pumpe oder die elektrische Energiezufuhr zum Pumpenmotor unterbrochen wird,
wobei die Pumpe durch erneutes manuelles Auslösen des Hoch­ laufbetriebes wieder in Betrieb gesetzt werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß vorab ein Druckminimalwert (P2) und ein Druck­ maximalwert (P1) für den gewünschten Betriebsdruckbereich sowie unterhalb des Druckminimalwerts der untere Grenzdruck (P3) festgelegt werden, daß beim manuell auslösbaren Start der Vorrichtung der Druck über den unteren Grenzdruck und den Druckminimalwert hinaus bis zum Druckmaximalwert erhöht wird und daß die Auswerteelektronik (23) ab dann Unter­ brechungssignale ausgibt, wenn der Druck am Pumpeneingang oder Pumpenausgang unter den unteren Grenzdruck (P3) absinkt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Druckverlauf innerhalb des Betriebs­ druckbereichs fortlaufend erfaßt und in der Auswerteelek­ tronik (23) mit einer vorgegebenen Druckabfall-Sollkurve verglichen wird, wobei die Auswerteelektronik (23) dann, wenn der erfaßte Druck steiler abfällt als die Druckabfall- Sollkurve, ein Unterbrechungssignal ausgibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (23) die ihr übermittelten Meßwerte in eine Beziehung zum Zeit­ ablauf setzt.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen an der Druckerzeugerpumpe angeordneten Druckfühler (19) mit einem elektrischen Signalausgang, einen mit dem Druckfühler verbundenen Mikroprozessor als die Auswerteelektronik (23) und einen Start-Tasterschalter (11) aufweist, der unbetätigt in Offenstellung gehalten ist und in seiner Schließstellung manuell oder durch ein Halterelais (12) haltbar ist, das von der Auswerteelektronik (23) abhängig von dem erfaßten Druck angesteuert wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Start-Tastschalter (11) zwischen einen Geräteschalter (10) und einen Transformator (14) geschaltet ist,
dessen Ausgang mit einem Gleichrichter (15) verbunden ist,
dessen Ausgang mit einem Modul (16) verbunden ist, welches als Speisequelle mit einem Schaltrelais (17) einer ausrückbaren Kupplung (18) und mit der Auswerteelektronik (23) verbunden ist,
wobei die Kupplung (18) einen Wechselstrommotor (13) mit der Druckerzeugerpumpe verbindet.