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Dokumentenidentifikation DE10111383A1 26.09.2002
Titel Verfahren zur Förderung von Beschichtungspulver zu einer Beschichtungseinheit und zugehörige Pulverfördervorrichtung
Anmelder Wagner International AG, Altstätten, CH
Erfinder Seitz, Kurt, Widnau, CH
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Anmeldedatum 09.03.2001
DE-Aktenzeichen 10111383
Offenlegungstag 26.09.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.09.2002
IPC-Hauptklasse B05B 12/08
IPC-Nebenklasse B05B 7/14   B05B 5/03   B05B 5/16   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Förderung von Beschichtungspulver zu einer Beschichtungseinheit, wobei abhängig von einer zur Erzeugung eines vorgebenen Pulvermassenstroms erforderlichen Förderluftmenge zur Förderung des Beschichtungspulvers eine wirksame Förderluftmenge bestimmt wird,
ein der Pulverbeschichtungseinheit zugeordneter Förderluft-Offsetwert bestimmt wird, der abhängig ist von einer Förderluftmenge, die zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Erzeugung eines Pulvermassenstrom-Bezugswertes notwendig ist, und die wirksame Förderluftmenge mit dem Förderluft-Offsetwert korrigiert wird.

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung von Beschichtungspulver zu einer Pulverbeschichtungseinheit und eine zugehörige Pulverfördervorrichtung einer Pulverbeschichtungsanlage und insbesondere einer elektrostatischen Pulverbeschichtungsanlage.

Bei bekannten Pulverbeschichtungsanlagen wird das Beschichtungspulver mittels Injektoren aus einem Vorratsbehälter gefördert. Diese Injektoren arbeiten üblicherweise nach dem Venturirohrprinzip. Dem Injektor wird ein Luftstrom, der sogenannte Förderluftvolumenstrom, zugeführt. Dieser Förderluftvolumenstrom erzeugt ein Vakuum innerhalb des Injektors, so daß auf Grund dessen Wirkung Pulver aus dem Pulverbehälter in den Injektor angesaugt wird. Zudem fördert der Förderluftvolumenstrom das angesaugte Pulver zu einer Pulverbeschichtungseinheit oder Applikationseinheit, mit der das Pulver auf ein zu beschichtendes Werkstück aufgetragen wird. Dem Injektor wird zusätzlich die sogenannte Dosierluft zugeführt. Diese dient hauptsächlich zur Aufrechterhaltung des Luftstroms zur Förderung der Pulverpartikel, falls mit dem Förderluftvolumenstrom alleine keine ausreichende Förderung zur Applikationseinheit aufrecht erhalten werden kann. Der aus Förderluftvolumenstrom und Dosierluftvolumenstrom bestehende Luftvolumenstrom wird als Gesamtluftvolumenstrom bezeichnet. Um optimale Beschichtungsergebnisse zu erreichen, muss die Geschwindigkeit des Gesamtluftvolumenstroms in gewissen Grenzen liegen. Die Geschwindigkeit des Gesamtluftvolumenstroms darf einerseits nicht zu niedrig sein, da sonst das Pulver-Luft-Gemisch in den Förderleitungen nicht gleichmässig gefördert wird. Andererseits ist eine zu hohe Geschwindigkeit des Gesamtluftvolumenstroms ebenfalls nicht erwünscht, da in diesem Fall der an der Applikationseinheit austretende Luftstrom bereits auf dem Werkstück haftende Pulverpartikel wieder von dessen Oberfläche abblasen würde. Entscheidend für eine optimale Beschichtungsqualität ist unter anderem die Wahl des Gesamtluftvolumenstroms. Der Gesamtluftvolumenstrom wird auf Grund von Erfahrungswerten für eine Anlagenkonfiguration gewählt. Dies sind beispielsweise Parameter wie Durchmesser und Länge der Förderleitungen. Eine weitere in der Praxis wichtige Grösse ist der Pulvermassestrom. Diese Grösse wird durch den jeweiligen Anwendungsfall definiert. Bei einem vorgewählten Gesamtluftvolumenstrom wird der Förderluftvolumenstrom so gewählt, daß der gewünschte Pulvermassestrom erreicht wird. Der Dosierluftvolumenstrom wird dann aus der Differenz zwischen Gesamtluft- und Förderluftvolumenstrom gebildet. Bei einer gewünschten Veränderung des Pulvermassestroms wird der Förderluftvolumenstrom entsprechend erhöht bzw. erniedrigt. Damit der Gesamtluftvolumenstrom auf dem vorgewählten Wert gehalten werden kann, wird der Dosierluftvolumenstrom entsprechend verändert. In der Praxis werden der Förderluft- und der Dosierluftvolumenstrom geregelt. Dies kann manuell oder automatisch mittels Druckreglern oder genauer mit Volumenstromreglern, wie beispielsweise in DE 197 13 668 A1 beschrieben, erfolgen. Weitere Beispiele für eine Pulverstromregelung gemäß dem Stand der Technik finden sich in EP 0 297 309 A und EP 0 412 289 A.

Der Gesamtluft- und der Förderluftvolumenstrom wird für eine Förder- und Applikationseinheit auf Grund des gewünschten Pulvermassestroms eingestellt und geregelt. Hierzu wird die Applikationseinheit auf ihren Arbeitspunkt hochgefahren, der Pulvermassestrom wird gemessen und die erforderlichen Förderluft- und Dosierluftströme werden bestimmt. Durch die Volumenstromregelung des Förderluft- und Dosierluftvolumens werden diese Grössen konstant gehalten. Der an der Applikationseinheit austretende Pulvermassestrom kann hingegen auf Grund verschiedener Einflüsse trotz dieser Regelung stark vom gewünschten Wert abweichen. Durch Verschleiss oder Ansinterungen von Beschichtungspulver in den Förderleitungen oder im Injektor ändern sich die Strömungsverhältnisse und damit auch der Pulverausstoss, d. h. der Pulvermassestrom bleibt nicht konstant. Der Pulvermassestrom ändert sich auch bei einem Austausch von Komponenten, beispielsweise beim Ersetzen eines verschlissenen Injektors oder Teilen davon durch neue Teile oder durch den Austausch von Förderleitungen unterschiedlicher Länge. Weiter kommt es vor, daß eine neue Förderleitung mit einem anderen Durchmesser eingesetzt oder eine längere Förderleitung neu verlegt wird. Durch diese passiven und aktiven Eingriffe in das Beschichtungssystem werden jedesmal die Strömungsverhältnisse beeinflusst. Wobei immer vorausgesetzt wird, daß der Gesamtluftvolumenstrom konstant bleibt und der Förderluftvolumenstrom auf den eingestellten Wert geregelt wird.

Diese beschriebenen Einflüsse wirken sich auf jede einzelne Pulverfördereinrichtung aus. In einer Pulverbeschichtungsanlage werden üblicherweise mehrere Applikationseinheiten mit zugehörigen Pulverfördereinrichtungen gleichzeitig eingesetzt. Für eine optimale Beschichtungsqualität wird ein einheitlicher Pulverausstoss bei allen Applikationseinheiten gewünscht. Dies erfordert eine aufwendige Einrichtprozedur, bis bei allen Einheiten ein etwa gleicher Pulvermassestrom am Austritt erreicht wird. Auf Grund unterschiedlicher Längen der Förderleitungen eine unterschiedliche Leitungsführung und/oder Unterschiede in den Applikationseinheiten selbst muss der Fördervolumenstrom jeder Einheit individuell eingestellt werden. Trotz dieses aufwendigen Einrichtens ergeben sich für jede Applikationseinheit aufgrund der oben beschrieben Einflüsse Abeweichungen von dem vorgegebenen Pulverausstoß, so daß ein gewünschter konstanter Pulverausstoss für die Gesamtanlage praktisch fast nicht erreicht werden kann und sich in der Praxis sehr große, die Beschichtungsqualität beeinflussende Abweichungen von den gewünschten Pulvermassenströmen ergeben.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Förderung von Beschichtungspulver zu einer Pulverbeschichtungseinheit und eine zugehörige Pulverfördervorrichtung anzugeben, mit denen ein konstanter Pulvermassestrom, der von der Pulverbeschichtungseinheit ausgestoßen wird, über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten werden kann, auch wenn sich die Beschichtungsbedingungen verändern. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll es möglich sein, die Förder- und Dosierluftströme für die Pulverförderung auf einfache Weise nachzustellen, wenn sich die Beschichtungsbedingungen verändern. Ferner soll es möglich sein, in einer Pulverbeschichtungsanlage mit mehreren Pulverbeschichtungseinheiten alle Pulverbeschichtungseinheiten mit geringem Aufwand für die Abgabe eines gewünschten Pulvermassestroms einzustellen und, bei Veränderung der Beschichtungsbedingungen, nachzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch eine Pulverfördervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst.

Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Förderung von Beschichtungspulver zu einer Pulverbeschichtungseinheit, insbesondere in einer elektrostatischen Pulverbeschichtungsanlage vor, wobei abhängig von einem vorgegebenen Pulvermassestrom, der von der Pulverbeschichtungseinheit abgegeben werden soll, eine erforderliche Förderluftmenge zur Förderung des Beschichtungspulvers eingestellt wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erforderliche Förderluftmenge abhängig von einer vorgegebenen Gesamtluftmenge, welche die Förderluftmenge und die Dosierluftmenge umfaßt. Für die Pulverbeschichtungseinheit wird aufgrund der erforderlichen Förderluftmenge eine wirksame Förderluftmenge, die im wesentlichen der um Druck- und Reibungsverluste bereinigten Förderluft entspricht, und ein Förderluft-Offsetwert bestimmt, der abhängig ist von einer Förderluftmenge, die zu einem gegebenen Zeitpunkt zur Erzeugung eines Pulvermassestrom-Bezugswertes nötig ist. Während die wirksame Förderluftmenge während des Betriebs einer Pulverbeschichtungseinheit weitgehend konstant bleibt, ist der Förderluft-Offsetwert abhängig von Veränderungen der Beschichtungsbedingungen im Laufe des Betriebs der Pulverbeschichtungseinheit, wie Verschleiß der Düsen, Ablagerung von Beschichtungspulver in den Förderleitungen oder auch der Austausch von Komponenten der Pulverfördereinheit. Bei Verwendung mehrerer Pulverbeschichtungseinheiten kann sich der Förderluft-Offsetwert auch zwischen den einzelnen Pulverbeschichtungseinheiten variieren.

Der Förderluft-Offsetwert wird vorzugsweise bei einem Pulvermassestrom-Bezugswert ermittelt, bei dem die Pulverförderung gerade einsetzt und wenige einzelne Pulverpartikel gefördert werden. Die Erfassung des Förderluft-Offsetwertes wird somit auf der Basis einer einfachen Pulvermassestrom-Messung realisiert durch Definition eines Schwellwertes (z. B. Null), der überschritten sein muß, damit das Einsetzen der Pulvermasseförderung detektiert wird.

Erfindungsgemäß muß somit im Laufe des Betriebs einer Pulverbeschichtungsanlage und/oder bei Verwendung mehrerer Pulverbeschichtungseinheiten der Arbeitspunkt, d. h. die für einen gewünschten Pulverausstoß erforderliche Förderluftmenge, nicht für jede Pulverbeschichtungseinheit einzeln angefahren, und durch visuelle Beurteilung der Pulverwolke oder Messungen bestimmt werden, sondern die einmal ermittelte wirksame Förderluftmenge kann mit dem für die jeweilige Pulverbeschichtungseinheit zu einem bestimmten Zeitpunkt geltenden Förderluft-Offsetwert rechnerisch korrigiert werden. Die Bestimmung des Förderluft- Offsetwertes ist dabei einfacher als die Einstellung des Arbeitspunktes, weil für die Bestimmung des Förderluft-Offsetwertes nur das Überschreiten eines Pulvermassestrom- Bezugswertes, der null sein kann, erfaßt werden muß.

Die wirksame Förderluftmenge ergibt sich im wesentlichen aus der bei der ersten Einstellung der Pulverbeschichtungseinheit einmal ermittelten erforderlichen Förderluftmenge minus den Förderluft-Offsetwert, der zur Überwindung der Reibungs- und Druckverluste notwendig ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für eine Pulverbeschichtungseinheit einmal die wirksame Förderluftmenge und ein Förderluft- Offsetwert und anschließend zu späteren Zeitpunkten weitere Förderluft-Offsetwerte bestimmt, und nach der Bestimmung eines jeden Förderluft-Offsetwertes wird jeweils ein Förderluft-Sollwert aus einer Addition der wirksamen Förderluftmenge und des zugehörigen Förderluft-Offsetwertes berechnet. Somit können im Laufe des Betriebs einer oder mehrerer Pulverbeschichtungseinheiten die Änderungen der Beschichtungsbedingungen bei der Einstellung des Arbeitspunktes einfach dadurch berücksichtigt werden, daß zu der einmal ermittelten, für die Förderung eines bestimmten Pulvermassestroms notwenigen wirksamen Förderluftmenge der jeweilige Offsetwert addiert wird, ohne daß, wie im Stand der Technik, die Pulverbeschichtungseinheit auf ihren Arbeitspunkt gefahren und bei diesem Arbeitspunkt der ausgestoßene Pulvermassestrom und die erforderliche Förderluftmenge bestimmt werden müssen.

Ebenso wie die zeitliche Veränderung der Beschichtungsbedingungen einer Pulverbeschichtungseinheit können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Abweichungen verschiedener Pulverbeschichtungseinheiten untereinander bzw. in bezug auf eine Referenz- Pulverbeschichtungseinheit zu einem bestimmten Zeitpunkt berücksichtigt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß für jede Pulverbeschichtungseinheit eine Pulvermassestrom-Bezugskurve als Funktion der Förderluftmenge bestimmt werden kann, wobei sich diese Pulvermassestrom-Bezugskurve im Laufe des Betriebs der Pulverbeschichtungseinheit verschiebt bzw. die entsprechenden Kurven unterschiedlicher Pulverbeschichtungseinheiten zueinander versetzt sein können, wobei die vorschobenen oder versetzten Kurven in erster Näherung parallel zueinander sind. Es wird daher ein Förderluft- Offsetwert bestimmt, der kennzeichnend ist für die Verschiebung der Pulvermassestromkurve einer Pulverbeschichtungseinheit im Lauf der Zeit oder des Versatzes der Pulvermassestromkurven mehrerer Pulverbeschichtungseinheiten untereinander, und die einmal ermittelte Pulvermassestrom-Bezugskurve wird um diesen Förderluft-Offsetwert verschoben, um eine korrigierte Pulvermassestrom-Bezugskurve zur Bestimmung eines Förderluft-Sollwertes für die zugehörige Beschichtungseinheit zu dem fraglichen Zeitpunkt zu erhalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Regelung der Förderluftmenge abhängig von dem von der Pulverbeschichtungseinheit abzugebenen Pulvermassestrom. Hierzu werden jeweils zu Eichzeitpunkten Sollwerte für die Förderluft und, bei vorgegebener Gesamtluftmenge, die Dosierluft gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ermittelt und anschließend werden die Förderluftmenge und die Dosierluftmenge abhängig von diesen Sollwerten geregelt. Erfindungsgemäß können der Förder- und Dosierluftvolumenstrom oder die entsprechenden Luftdrücke als Regelgrößen verwendet werden. Auch eine Kombination aus beidem in einer überlagernden Regelschleife ist möglich.

Die Erfindung sieht auch eine Pulverfördervorrichtung zur Förderung von Beschichtungspulver zu einer Pulverbeschichtungseinheit vor. Diese umfaßt einen Injektor, der eine Förderluftmenge empfängt und Beschichtungspulver zu der Pulverbeschichtungseinheit fördert, eine Förderluft-Einstellvorrichtung, einen Pulver-Sensor zur Erfassung des geförderten Pulvermassestroms oder einer hiervon abhängigen Größe, beispielsweise die Überschreitung eines bestimmten Schwellwertes, sowie eine Steuereinrichtung mit einem Speicher, die mit dem Pulver-Sensor verbunden ist. Die Steuereinrichtung bestimmt abhängig von einer zur Erzeugung eines vorgegebenen Pulvermassestrom erforderlichen Förderluftmenge eine wirksame Förderluftmenge. Im Laufe des Betriebs der Pulverbeschichtungseinheit ermittelt und speichert die Steuereinrichtung einen oder mehrere der Pulverbeschichtungseinheit zugeordnete Förderluft-Offsetwerte gemäß dem oben beschriebenen Verfahren und verwendet diese zum Korrigieren der wirksamen Förderluftmenge, um so immer die erforderliche Förderluftmenge einstellen zu können. Die erforderliche Förderluftmenge ist bei einer bevorzugten Ausführungsform abhängig von einer vorgegebenen Gesamtluftmenge, welche zusätzlich eine Dosierluftmenge umfaßt, wobei diese Werte empirisch, durch visuelle Beobachtung oder automatisch und/oder mit Hilfe von Kurvendiagrammen ermittelt werden können.

Die Förderluft-Einstellvorrichtung umfaßt vorzugsweise Förderluftregler, die als Druckregler, Volumenstromregler, Massestromregler oder dergleichen ausgebildet sein können. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Pulver-Sensor ein Schwellwert-Sensor, der bei Überschreiten eines Schwellwertes des Pulvermassestroms, z. B. null, ein Signal erzeugt.

Die erfindungsgemäße Pulverfördervorrichtung wird vorzugsweise in einer elektrostatischen Pulverbeschichtungsanlage eingesetzt.

Kurze Beschreibung der Figuren

Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm mit drei Meßkurven des Pulvermassestroms im Verhältnis zum Förderluftvolumenstrom bei konstantem Gesamtluftvolumenstrom für eine Pulverbeschichtungseinheit zu den Zeitpunkten t = 0, t = 2 Tage, t = 4 Tage;

Fig. 2 ein ähnliches Diagramm wie Fig. 1, wobei die drei Meßkurven jeweils um ihren zugehörigen Förderluft-Offsetwert verschoben sind; und

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Pulverfördervorrichtung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die Praxis und Versuche zeigen, daß sich die Abhängigkeit zwischen Pulvermassestrom ≙ und Förderluftvolumenstrom ≙FL im Verlaufe der Zeit stark verändert. Fig. 1 zeigt beispielhaft den Zusammenhang zwischen Pulvermassestrom und Förderluftvolumenstrom für verschiedene Zeitpunkte im Laufe des Betriebs einer Applikationseinheit. Zum Zeitpunkt t = 0 wird die Pulverfördereinrichtung der Applikationseinheit eingerichtet. Dabei wird der gewünschte Gesamtluftvolumenstrom eingestellt bzw. vorgewählt und der Förderluftvolumenstrom so eingestellt, daß der gewünschte Pulvermassestrom zur Applikationseinheit gefördert wird. Der Arbeitspunkt P1 zum Zeitpunkt t = 0 ist in Fig. 1 ersichtlich. Der Förderluft- und der Dosierluftvolumenstrom werden geregelt und konstant gehalten. Im Verlaufe der Zeit, beispielsweise im Laufe eines oder mehrerer Tage, verschiebt sich der Arbeitspunkt auf Grund geänderter Strömungsverhältnisse, die beispielsweise durch Verschleiss hervorgerufen werden. Bei konstantem Gesamtluft- und Förderluftvolumenstrom sinkt der Pulvermassestrom. Die Arbeitspunkte P2 und P3 zur Zeit t = 2 Tage, bzw. t = 4 Tage sind in Fig. 1 eingezeichnet. Dies verdeutlicht, daß nach einer gewissen Zeit trotz geregelter Förder- und Dosierluft eine grosse Differenz zwischen dem gewünschten und dem tatsächlich geförderten Pulvermassestrom entsteht. Um den gewünschten Pulvermassestrom wieder zu erreichen, würde im Stand der Technik die Förderluft kontinuierlich erhöht bis sich bei konstantem Gesamtluftstrom der Sollwert für den Pulvermassestrom wieder einstellt. Dies ist jedoch sehr zeitaufwendig und erfordert eine Messung oder zumindest Abschätzung des sich ergebenden Pulvermassestroms und somit einige Erfahrung.

Wird eine Beschichtungsanlage mit mehreren Applikationseinheiten betrachtet, zeigt sich eine ähnliche Abhängigkeit zwischen Pulvermassestrom ≙ und Förderluftvolumenstrom ≙FL. Die drei Kurven der Fig. 1 können in diesem Fall je einer Applikationseinheit zu einem bestimmten Zeitpunkt, und nicht einer zeitlichen Veränderung zugeordnet werden, d. h. in diesem Fall sind die drei Kurven eine Momentaufnahme. Die unterschiedlichen Abhängigkeiten zwischen Pulvermassestrom und Förderluftvolumenstrom bei den drei Applikationeinheiten ergibt sich beispielsweise auf Grund unterschiedlicher Längen der Förderleitungen oder durch die unterschiedliche Leitungsführungen. In der Praxis wird bei vorgegebenem Gasamtluftvolumenstrom der Förderluftvolumenstrom für jede Applikationseinheit so eingestellt, daß jede Applikationeinheit den gewünschten Pulverausstoss aufweist. Dies erforderte im Stand der Technik einen hohen zeitlichen Aufwand, welcher bei Änderungen an der Anlage, beispielsweise beim Wechsel von Komponenten, wiederholt werden muss.

Durch die Erfindung werden diese zeitaufwendigen Prozeduren vermieden. Wie die Fig. 1 zeigt, verschiebt sich die Abhängigkeit zwischen Pulvermassestrom ≙ und Förderluftvolumenstrom ≙FL im Verlaufe der Zeit in erster Näherung lediglich um einen gewissen Offsetwert, wobei die Kurven für die verschiedenen Zeitpunkte als näherungsweise parallel betrachtet werden. Weiter zeigt sich, daß die Pulverförderung erst ab einem gewissen Wert des Förderluftvolumenstroms einsetzt. Diese Erkenntnisse werden in der vorliegenden Erfindung ausgenutzt. Der Förderluftwert, bei dem die Pulverförderung einsetzt, wird als Förderluft-Offsetwert zum Ausgleichen von Reibungs- und Druckverlusten in dem Beschichtungssystem verwendet.

Die Verschiebung der Abhängigkeit zwischen Pulvermassestrom ≙ und Förderluftvolumenstrom ≙FL im Verlaufe der Zeit wird mittels dieses Offsetwerts kompensiert.

Der Offsetwert wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch Detektion des Beginns der Pulverförderung bestimmt. Zur Detektion der Pulverförderung wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Messung der Tribospannung, welche bei der Förderung von Pulverpartikeln durch Reibung erzeugt wird, vorgeschlagen. Diese Messmethode wird auch zur Überwachung einer Pulverbeschichtungsanlage in der DE 197 17 353 A1 beschrieben. Alternative Mittel zur Detektion des Beginns der Pulverförderung könnten aber auch Vorrichtungen und Verfahren zum Messen der Pulvermasse pro Volumeneinheit oder der Geschwindigkeit eines Pulver-Luft-Stroms oder des Pulvermassestroms während der Förderung des Pulver-Luft-Gemisches sein. Diese Methoden sind in den Schriften DE 44 06 046 und DE 196 50 112 offenbart.

Der Offsetwert muss erfindungsgemäß nicht notwendig bei Beginn der Pulverförderung bestimmt werden. Denkbar ist auch, den Offset bei einem bestimmten Pulvermassestrom- Bezugswert zu bestimmen.

In Fig. 1 ist der Offsetwert ≙Offset_0 für eine Applikationseinheit zum Zeitpunkt t = 0 dargestellt. Dieser Offsetwert kann abgespeichert und zur Bildung einer "wirksamen Förderluftmenge" Δ ≙FL = ≙FL - ≙Offset_0, also einer um den Offsetwert bereinigten Größe, verwendet werden.

Wenn im Laufe des Betriebs einer Pulverbeschichtungseinheit eine Veränderung des Pulvermassestroms festgestellt wird, kann eine Kalibrierprozedur gestartet werden. Dies gilt beispielsweise für den Fall, daß die Veränderung des Pulvermassestroms durch eine visuelle Kontrolle erkannt wird. Eine Kalibrierprozedur kann auch in regelmäßigen Zeitintervallen automatisch ausgelöst werden. Auch bei Verwendung von entsprechenden Detektoren zur Erfassung des Pulvermassestroms kann die Neukalibrierung der Applikationseinheit auf einen neuen Offset-Wert insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn die Abweichung des Pulvermassestroms so groß ist, daß sie durch einen üblichen Regelalgorithmus, welcher die Förderluft abhängig von dem erfaßten Pulvermassestrom regelt, nicht mehr ausreichend ausgeglichen werden kann.

Bei der Kalibrierprozedur wird die Pulverförderung durch die Applikationseinheit unterbrochen und der Fördervolumenstrom bis auf ≙FL = 0 reduziert. Anschließend wird der Förderluftvolumenstrom in vordefinierten Schritten erhöht, bis das Einsetzen der Pulverförderung erfaßt wird, d. h. es werden nur einige wenige Pulverpartikel gefördert, der Pulvermassestrom ist noch sehr klein, jedoch größer als null, was von einem Detektor signalisiert werden kann. Der zu diesem Zeitpunkt erreichte Förderluftvolumenstrom wird als neuer Offsetwert ≙Offset_1 für den Zeitpunkt t1 > 0 abgespeichert. Mit diesem neuen Offsetwert kann ein neuer Sollwert für den Förderluftvolumenstrom Δ ≙FG_1 = Δ ≙FL + ≙Offset_1 bestimmt werden. Nach der Kalibrierung ergibt sich somit ein neuer Sollwert für den Förderluftvolumenstrom, der um die Differenz der beiden Offsetwerte ≙Offset_0, ≙Offset_1 verändert, d. h. bei der gezeigten Ausführungsform erhöht ist, wodurch sich ein entsprechend angepaßter Pulvermassestrom einstellt.

Zwischen zwei Kalibrierprozeduren ist der Offsetwert und somit der Sollwert für den Fördervolumenstrom konstant und die Applikationseinheit wird auf diesen neuen Förderluftvolumenstrom eingestellt und geregelt, bis eine erneute zu große Abweichung des Pulvermassestroms vom gewünschten Wert erfaßt wird oder aus anderem Grund eine neue Kalibrierung durchgeführt werden soll. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muß somit während des Betriebs der Applikationseinheit nicht ständig der Pulvermassestrom erfaßt und der Förderluftvolumenstrom abhängig davon geregelt werden, sondern der Förderluftvolumenstrom wird aufgrund des einmal ermittelten wirksamen Förderluftvolumenstroms, korrigiert durch den Förderluft-Offsetwert, eingestellt und geregelt.

Fig. 2 zeigt die Kurven der Fig. 1, welche jeweils um die zugehörigen Offsetwerte ≙Offset_0, ≙Offset_1 und ≙Offset_2 korrigiert wurden. In Fig. 2 sind zusätzlich der wirksame Förderluftvolumenstrom Δ ≙FL sowie die sich der zu den Zeitpunkten t1, t2 und t3 ergebende Arbeitspunkte P1, P2, P3 bzw. Pulvermasseströme eingezeichnet. Aus einem Vergleich der Fig. 1 und 2 ergibt sich deutlich, daß durch die erfindungsgemäße Kalibrierung eine wesentlich geringere Abweichung von dem ursprünglich eingestellten, gewünschten Pulvermassestrom erreicht werden kann.

In entsprechender Weise wie bei der Kalibrierung einer Applikationseinheit im Laufe des Betriebs dieser Einheit können auch mehrere verschiedene Applikationseinheiten oder Gruppen aus Applikationseinheiten bei der Einrichtung einer Pulverbeschichtungsanlage sowie im Laufe des Betriebs in bezug auf eine Bezugs-Applikationseinheit eingestellt werden. Dies gilt unter der Voraussetzung, daß alle Applikationseinheiten, welche im Verhältnis zueinander eingestellt wurden, einen ähnlichen Verlauf, uns insbesondere eine ähnliche Steigung ihrer Pulvermassestromkurve als Funktion des Förderluftvolumenstroms aufweisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung der Förderluft zur Förderung von Beschichtungspulver kann manuell, insbesondere aufgrund einer visuellen Beobachtung der abgegebenen Pulverwolke der Applikationseinheit sowie automatisch beispielsweise in vorgegebenen Zeitintervallen ausgelöst werden. Das Starten der Kalibrierprozedur ist abhängig von der Umgebung, in welcher die Applikationseinheit eingesetzt wird, und den konstruktiven Einzelheiten sowie der Anwendung der Applikationseinheit. Bei Anwendungen mit starker Belastung und hohem Verschleiß sollte die Kalibrierprozedur häufiger gestartet werden als bei geringerer Belastung. Ferner sollte die Kalibrierprozedur auch nach einem Wechsel von Komponenten der Beschichtungsanlage, wie dem Injektor oder den Förderleitungen der Applikationseinheit durchgeführt werden.

Durch die Korrektur des einmal ermittelten wirksamen Förderluft-Volumenstroms mit den Offsetwerten werden Veränderungen des Pulvermassestroms, die sich im Verlaufe des Betriebs einer Pulverfördereinrichtung ergeben, oder die Unterschiede der von verschiedenen Pulverfördereinrichtungen abgegebenen Pulvermasseströme wesentlich reduziert, ohne das jede einzelne Pulverfördereinrichtung zu jedem Kalibrierzeitpunkt auf ihren Arbeitspunkt gefahren werden muß, um dort den jeweiligen für den gewünschten Pulvermassestrom erforderlichen Förderluftvolumenstrom für jedes Gerät einzeln zu ermitteln.

Ein noch genaueres, wenn auch aufwendigeres Verfahren zur Einstellung der Förderluftmenge zur Förderung von Beschichtungspulver kann erzielt werden, wenn zusätzlich zu dem Offsetwert auch die Steigungen der einzelnen Kurven, welche beispielsweise in Fig. 1 gezeigt sind, kompensiert werden. Zu diesem Zweck werden zum Kalibrierzeitpunkt wenigstens zwei Meßpunkte, beispielsweise beim Einsetzen der Pulverförderung und bei Erreichen eines vorgegebenen Pulvermassestroms, benötigt. Dadurch kann eine vereinfachte Kurve des Pulvermassestroms abhängig vom Förderluftvolumenstrom in Form einer Geraden ermittelt werden, deren Steigung und Offsetwert bekannt ist. Eine dieser Geraden für eine der Applikationseinheiten, vorzugsweise zum Zeitpunkt t = 0, kann als Referenzkurve definiert werden. Bei der Einstellung des Förderluftvolumenstroms für anderen Applikationseinheiten zu anderen Zeitpunkten kann die Bezugskurve nun zusätzlich zu der Verschiebung mit dem Offsetwert auch durch Drehen aufgrund der neu ermittelten Steigung korrigiert werden, um einen neuen Sollwert für den Förderluftvolumenstrom zu ermitteln.

Fig. 3 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pulverfördereinrichtung. Mittels eines Injektors 1 wird aus einem Pulverbehälter 2 nach dem Venturirohrprinzip Pulver 3 angesaugt. Ein Förderluftstrom transportiert das Pulver-Luft-Gemisch in einer Förderleitung 4 zu einer Applikationseinheit 5, in welcher das Pulver elektrostatisch aufgeladen und auf ein zu beschichtendes Werkstück 6 gesprüht wird. Zur Aufladung des Pulvers kann die Applikationseinheit einen Hochspannungserzeuger (nicht gezeigt) enthalten, an eine externe Hochspannungsquelle angeschlossen sein oder den Triboeffekt ausnützen. Zusätzlich zur Förderluft kann eine Dosierluft in den Unterdruckbereich des Injektors oder stromabwärts des Unterdruckbereichs, entweder innerhalb des Injektors 1 oder stromabwärts von diesem in der Förderleitung 4 eingebracht werden. Die Förder- und Dosierluft gelangen von einer Druckluftquelle 9 jeweils über einen entsprechenden Luftregler 7, 8 in eine Förderluft- und eine Dosierluftleitung 18, 19. Die Luftregler 7, 8 können Druckregler oder bevorzugt Volumenstromregler sein. Der Förderluftvolumenstromregler 8 erhält über eine Signalleitung 10 ein Sollwertsignal ≙FL-Soll und der Dosierluftvolumenstromregler 7 über eine Signalleitung 11 ein Sollwertsignal ≙DL-Soll. Die Volumenstromregler 7, 8 halten den Förderluft- bzw. Dosierluftvolumenstrom auf einem vorgegeben Wert. Die Schrift DE 197 13 668 beschreibt eine solche Volumenstromregelung im Detail. Die beiden Sollwertsignale ≙FL-Soll und ≙DL-Soll werden dabei in einer Steuerung 14, z. B. SPS oder PC, gebildet. Dazu wird ein gewünschter Gesamtluftvolumenstrom ≙GL-Soll variabel über einen Eingang 15 eingegeben. Weiter wird der erforderliche Förderluftvolumenstrom ≙FL-Soll ebenfalls variabel über einen weiteren Eingang 16 eingegeben. Alternativ kann auch der gewünschte Pulvermassestrom ≙- Soll in die Steuerung 14 eingegeben werden, die dann den erforderlichen Förderluftvolumenstrom abhängig von diesen Werten und einer Messung oder visuellen Bewertung des Pulvermassestrom am Austritt der Applikationseinheit bei der Einrichtung der Pulverbeschichtungsanlage erstmals einstellt. Dies ergibt einen Sollwert ≙FL-Soll für den Förderluftvolumenstrom, der somit manuell oder automatisch bestimmt werden kann. Der Sollwert ≙DL-Soll für den Dosierluftvolumenstrom wird durch Bilden der Differenz ≙GL-Soll - ≙FL-Soll ermittelt.

Am Injektor 1 oder an der Förderleitung 4 stromabwärts des Injektors 1 befindet sich ein Detektor 12 zur Erfassung des geförderten Pulvermassestromes. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Detektors ist in der Schrift DE 197 17 353 detailliert beschrieben. Der darin beschriebene Detektor erfasst den Tribostrom, welche bei der Reibung geförderter Pulverpartikel entsteht. Der Detektor 12 liefert der Steuerung 14 über eine Signalleitung 13 schon dann ein Signal, wenn einige Pulverpartikel den Detektor 12 passieren. Der Beginn der Pulverförderung kann somit sehr genau detektiert werden. Der Detektor 12 kann somit Werte für die Einstellung des Arbeitspunktes und die Bestimmung des Offsetwertes gemäß dem oben beschriebenen Verfahren liefern.

In der Steuerung 14 oder in einer übergeordneten Einheit ist eine Kalibrierprozedur 17 enthalten, welche manuell oder automatisch ausgelöst werden kann. Nach Auslösung der Prozedur wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zunächst die Pulverförderung bzw. der Förderluftvolumenstrom auf Null reduziert. Danach wird der Förderluftvolumenstrom schrittweise erhöht, wobei der Gesamtluftvolumenstrom stets konstant gehalten wird. Die Schrittweite kann als fester Wert abgelegt sein oder über einen variablen Eingang eingegeben werden. In der Praxis muß die Schrittweite nicht konstant sein; um eine schnelle Annäherung an den gesuchten Offsetwert zu erreichen, kann ein geeigneter Algorithmus eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Förderluft auf einen Anfangswert x eingestellt werden. Falls bei dem Wert x die Pulverförderung noch nicht eingesetzt, wird die Förderluft auf x + n erhöht - gegebenenfalls mehrmals und mit einer geeigneten Anpassung von n; andernfalls wird sie auf einen Wert x - n herabgesetzt. Wenn erfaßt wird, daß die Pulverföderung eingesetzt hat, wird die Förderluft gegebenenfalls nochmals z. B. auf x + n - n/2 herabgesetzt, u. s. w., bis der Förderluftvolumenstrom erreicht wird, bei dem in Abhängigkeit der Strömungsverhältnissen in den Förderleitungen 4 die Pulverförderung gerade einsetzt. Dies wird mit dem Detektor 12 am Injektor 1 erfasst und über die Signalleitung 13 der Steuerung 14 mitgeteilt. Auf Grund dieses Signals wird der Wert des Förderluftvolumenstroms, bei der die Förderung beginnt, als Offsetwert ≙Offset abgespeichert. Mittels dieses Offsetwerts wird der wirksame Förderluftvolumenstrom Δ ≙FL = ≙FL - ≙Offset gebildet und abgespeichert, wobei ≙FL der bei der ersten Einrichtung der Pulverbeschichtungsanlage ermittelte erforderliche Förderluftvolumenstrom ist.

Diese Differenz Δ ≙FL werden als der wirksame Förderluftvolumentstrom für die nachfolgenden Einstellungen der Förderluft verwendet. Wenn nun Änderungen des Pulvermassestroms festgestellt werden, muß lediglich die Kalibrierprozedur neu gestartet werden. Dabei wird ein neuer Offsetwert ermittelt und gespeichert, der zur Berechnung eines neuen Sollwertes für den Förderluftvolumenstrom ≙FL-Soll = Δ ≙FL + ≙Offset_neu dient. Zusätzlich wird ein neuer Sollwert für den Dosierluftvolumenstrom VDL-Soll aus der Differenz der Gesamtluft und der Förderluft, VGL-Soll - ≙FL-Soll gebildet. Die Volumenstromregler 7, 8 erhalten über die Signalleitungen 10, 11 die entsprechenden neuen Sollwertsignale und regeln die Volumenströme entsprechend.

Die Steuereinrichtung 14 weist vorzugsweise einen (nicht gezeigten) Speicher zur Speicherung des wirksamen Förderluftwertes, wenigstens des aktuellen Offset-Wertes, und der ermittelten Sollwerte auf. Der Offsetwert kann jeweils mit dem aktuell geltenden Offsetwert überschrieben werden oder es können mehrere Offsetwerte, beispielsweise für verschiedene Einheiten, gleichzeitig gespeichert sein.

Während in Fig. 3 die Regelung nur einer Applikationseinheit 5 dargestellt ist, weist eine elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage in der Regel mehrere solche Applikationseinheiten auf. Jeder Applikationseinheit werden erfindungsgemäß eine Fördereinrichtung 1, ein Förderluftregler 7 und ein Dosierluftregler 8 zugeordnet, welche von einer gemeinsamen oder einer eigenen Steuereinheit 14 gesteuert werden. Somit kann jede Applikationseinheit 5 unabhängig von den anderen kalibriert und die Pulverabgabe durch die Applikationseinheit 5 mit Hilfe der Förderluft und der Dosierluft geregelt werden. Dies ist zweckmäßig, da beispielsweise unterschiedlich lange Förderleitungen eingesetzt werden und der Verschleiß der Komponenten in den verschiedenen Applikationseinheiten 5 unterschiedlich sein kann. Die Steuerung 14 kann, wie erwähnt, die Steuerung für alle Applikationseinheiten 5 übernehmen. Zu Beginn einer Produktionscharge sollte für jede Applikationseinheit 5 eine Kalibrierung durchgeführt werden; d. h. für jede Applikationseinheit 5 wird ein zugehöriger Offsetwert erfaßt. Die beschriebene Kalibrierprozedur kann für jede einzelne Applikationseinheit manuell oder automatisch und für alle Applikationseinheiten gleichzeitig oder nacheinander ausgelöst werden.

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


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Förderung von Beschichtungspulver (3) zu einer Pulverbeschichtungseinheit (5), wobei abhängig von einer zur Erzeugung eines vorgegebenen Pulvermassenstrom ( ≙-Soll) erforderlichen Förderluftmenge zur Förderung des Beschichtungspulvers eine wirksame Förderluftmenge (Δ ≙FL) bestimmt wird,

    ein der Pulverbeschichtungseinheit (5) zugeordneter Förderluft-Offsetwert ( ≙Offsett) bestimmt wird, der abhängig ist von einer Förderluftmenge, die zu einem bestimmten Zeitpunkt (t1, t2) zur Erzeugung eines Pulvermassenstrom-Bezugswertes notwendig ist, und

    die wirksame Förderluftmenge (Δ ≙FL) mit dem Förderluft-Offsetwert ( ≙Offset) korrigiert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Pulverbeschichtungseinheit (5) zu einem ersten Zeitpunkt (t0) die wirksame Förderluftmenge (Δ ≙FL) und zu dem ersten und zu weiteren Zeitpunkten (t0, t1, t2) Förderluft-Offsetwerte ( ≙Offset) bestimmt und gespeichert werden und daß nach der Bestimmung eines Förderluft-Offsetwertes jeweils ein Förderluft-Sollwert ( ≙FL-Soll) aus einer Addition der wirksamen Förderluftmenge (Δ ≙FL) und des zugehörigen Förderluft-Offsetwertes ( ≙Offset) berechnet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderluft- Offsetwert ( ≙Offset) einer Förderluftmenge entspricht, bei der die Pulverförderung gerade einsetzt.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Pulverbeschichtungseinheiten (5) vorgesehen sind und die wirksame Förderluftmenge für eine der Pulverbeschichtungseinheiten (5) bestimmt wird, für jede der Pulverbeschichtungseinheiten (5) ein zugeordneter Förderluft-Offsetwert bestimmt und ein Förderluft-Sollwert aus einer Addition der wirksamen Förderluftmenge und des zugeordneten Förderluft-Offsetwert berechnet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Pulverbeschichtungseinheiten (5) zu verschiedenen Zeitpunkten Förderluft-Offsetwerte bestimmt werden.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Pulverbeschichtungseinheit (5) eine Pulvermassenstrom-Bezugskurve als Funktion der Förderluftmenge ermittelt wird, ein dieser Pulverbeschichtungseinheit (5) zugeordneter Förderluft-Offsetwert bestimmt wird, und die Pulvermassenstrom- Bezugskurve um den Förderluft-Offsetwert verschoben wird, um eine korrigierte Pulvermassenstrom-Kurve zur Bestimmung eines Förderluft-Sollwertes für die entsprechende Pulverbeschichtungseinheit (5) zu erhalten.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Förderluftmenge abhängig von einer vorgegebenen Gesamtluftmenge bestimmt wird, welche die Förderluftmenge und eine Dosierluftmenge umfaßt.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderluftmenge abhängig von der korrigieren wirksamen Förderluftmenge geregelt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Förderluftmenge und als Förderluft-Offsetwert ein Förderluftvolumenstrom oder ein Förderluftdruck verwendet werden.
  10. 10. Pulverfördervorrichtung zur Förderung von Beschichtungspulver zu einer Pulverbeschichtungseinheit (5), insbesondere gemäß dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit

    einem Injektor (1), der eine Förderluftmenge empfängt und Beschichtungspulver zu der Pulverbeschichtungseinheit (5) fördert,

    einer Förderluft-Einstellvorrichtung (7),

    einem Pulver-Sensor (12) zur Erfassung einer von dem geförderten Pulvermassenstrom abhängigen Größe,

    einer Steuereinrichtung (14) mit einem Speicher, die mit dem Pulver-Sensor (12) verbunden ist, zur

    Bestimmung einer wirksamen Förderluftmenge abhängig von einer zur Erzeugung eines vorgegebenen Pulvermassenstrom erforderlichen Förderluftmenge;

    Bestimmung eines der Pulverbeschichtungseinheit (5) zugeordneten Förderluft- Offsetwertes, der abhängig ist von einer Förderluftmenge, die zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Erzeugung eines Pulvermassenstrom-Bezugswertes nötig ist, und

    Korrigieren der wirksamen Förderluftmenge mit dem Förderluft-Offsetwert.
  11. 11. Pulverfördervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderluft-Einstellvorrichtung (7) einen Förderluftregler, insbesondere einen Druckregler, einen Volumenstromregler und/oder einen Massenstromregler, umfaßt.
  12. 12. Pulverfördervorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulver-Sensor (12) ein Schwellwert-Sensor ist, der bei Überschreiten eines Pulvermassestromschwellwertes ein Signal erzeugt.
  13. 13. Pulverfördervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulver-Sensor (12) einen von den geförderten Pulverpartikeln in dem Injektor (1) oder zugehörigen Pulverförderleitungen (4) erzeugten Tribostrom erfaßt.
  14. 14. Pulverfördervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14) die wirksame Förderluftmenge abhängig von einer vorgegebenen Gesamtluftmenge bestimmt.
  15. 15. Pulverfördervorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Dosierluftregler (8), der eine Dosierluftmenge abhängig von der vorgegebenen Gesamtluftmenge und der korrigierten wirksamen Förderluftmenge regelt.
  16. 16. Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage mit einer Pulverfördervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15.
  17. 17. Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage nach Anspruch 16, mit mehreren Pulverbeschichtungseinheiten (5), denen jeweils ein Injektor (1), eine Förderluft- Einstellvorrichtung (7) und ein Pulver-Sensor (12) zugeordnet sind.






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