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Dokumentenidentifikation DE69332680T2 23.10.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0911081
Titel Verfahren zur Abgabe von leitfähigen Beschichtungsmaterialien
Anmelder Nordson Corp., Westlake, Ohio, US
Erfinder Konieczynski, Ronald D., North Royalton, Ohio 44133, US
Vertreter Eisenführ, Speiser & Partner, 28195 Bremen
DE-Aktenzeichen 69332680
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 11.10.1993
EP-Aktenzeichen 982039927
EP-Offenlegungsdatum 28.04.1999
EP date of grant 05.02.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.10.2003
IPC-Hauptklasse B05B 5/16
IPC-Nebenklasse B05B 12/14   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgabe von elektrisch leitfähigen Beschichtungsmaterialien aus einer oder mehreren Abgabeeinrichtungen, wobei die Quelle für das leitfähige Beschichtungsmaterial elektrostatisch gegenüber einer unter Hochspannung stehenden Zuführeinrichtung für elektrostatisches Pulver isoliert ist.

Seit vielen Jahren werden Beschichtungsmaterialien industriell unter Anwendung elektrostatischer Spritztechniken aufgebracht. Bei diesen Techniken wird das Beschichtungsmaterial in zerstäubter Form abgegeben, und die zerstäubten Teilchen werden elektrostatisch aufgeladen und dann auf ein Substrat gerichtet, welches auf einem anderen Potential gehalten wird, um die elektrostatische Anziehung der aufgeladenen zerstäubten Teilchen zu bewirken. In der Vergangenheit waren die bei elektrostatischer Beschichtung hauptsächlich verwendeten Materialien Beschichtungsmaterialien auf Lösungsmittelbasis wie Lacke und dergleichen. Bei diesen Beschichtungsmaterialien besteht das Problem, dass sie eine Atmosphäre erzeugen, die sowohl explosiv als auch giftig ist. Das Explosionspotential der Atmosphäre stellt eine Sicherheitsgefahr für den Fall dar, dass unabsichtlich ein Funke entsteht, beispielsweise dadurch, dass versehentlich die Düse der Spritzpistole geerdet wird, wodurch sich das Lösungsmittel in der Atmosphäre entzünden und eine Explosion ausgelöst werden kann. Weil die durch lösungsmittelhaltige Beschichtungsmaterialien am Arbeitsplatz erzeugte Atmosphäre giftig ist, besteht für die Beschäftigten eine Gesundheitsgefährdung, wenn sie die Lösungsmitteldämpfe einatmen.

Wegen der mit Beschichtungsmaterial auf Lösungsmittelbasis verbundenen Probleme ging der Trend zur Umstellung auf Beschichtungsmaterial auf Wasserbasis, wodurch sich die Probleme durch Explosionsgefahr und Giftigkeit reduzieren. Durch die Umstellung von Beschichtungsmaterial auf Lösungsmittelbasis auf Beschichtungsmaterial auf Wasserbasis zum elektrostatischen Versprühen ist jedoch leider das Risiko eines elektrischen Schlags deutlich angestiegen, das bei Beschichtungsmaterial auf Lösungsmittelbasis von eher untergeordneter Bedeutung war. Bei Verwendung von Beschichtungsmaterial auf Wasserbasis ist das Risiko eines elektrischen Schlags durch die außerordentlich hohe elektrische Leitfähigkeit des Materials bedingt, wobei der spezifische Widerstand von Beschichtungsmaterial auf Wasserbasis häufig im Bereich von 100 bis 100.000 Ohm-Zentimetern liegt. Demgegenüber beträgt der spezifische Widerstand bei mäßig elektrisch leitfähigen Beschichtungsmaterialien wie Metallicfarben 200.000 bis 100.000.000 Ohm-Zentimeter und bei Lacken und dergleichen auf Lösungsmittelbasis mehr als 100.000.000 Ohm- Zentimeter.

Der spezifische Widerstand des Beschichtungsmaterials ist für einen möglichen elektrischen Schlag entscheidend, der bei der elektrostatischen Beschichtung eintreten kann. Bei Beschichtungsmaterial, das entweder nicht oder nur mäßig elektrisch leitfähig ist, weist die Beschichtungsmaterialsäule, die von der Aufladeelektrode an der Spitze der Beschichtungsabgabeeinrichtung durch die zum Vorratsbehälter führenden Schläuche reicht, einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand auf, um eine nennenswerte elektrostatische Aufladung des Materials im Vorratsbehälter oder des Vorratsbehälters selbst zu verhindern. Wenn das Beschichtungsmaterial jedoch eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat, wie es bei Beschichtungsmaterial auf Wasserbasis der Fall ist, ist der Widerstand der Beschichtungsmaterialsäule im Zuführschlauch sehr gering. Infolgedessen lädt eine unter Hochspannung stehende Aufladeelektrode, die in der Nähe der Düse der Beschichtungsabgabeeinrichtung angeordnet ist, nicht nur die Beschichtungspartikel, sondern auch das Beschichtungsmaterial in dem Schlauch, das Beschichtungsmaterial im Vorratsbehälter und den Vorratsbehälter selbst auf. Unter diesen Umständen besteht für das Bedienpersonal, das unabsichtlich mit einem ungeschützten Vorratsbehälter, einem aufgeladenen Schlauch oder einem anderen aufgeladenen Teil der Anlage in Berührung kommt, das Risiko, einen schweren elektrischen Schlag zu erleiden, wenn diese Gegenstände nicht geerdet sind, um den Strom abzuleiten. Wenn sie jedoch an irgendeinem Punkt geerdet sind, funktioniert die elektrostatische Aufladung nicht, weil auch die Hoch¬ spannungsaufladung der Elektrode der Beschichtungsabgabeeinrichtung zum Erdungspunkt abgeleitet wird.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung des Problems durch elektrischen Schlag sind beispielsweise im US-Patent 4,313,475 von Wiggins offenbart. Die dort beschriebene Vorrichtung besitzt eine "Spannungssperre", indem ein elektrisch leitfähiges Beschichtungsmaterial zunächst aus einem geerdeten Hauptbeschichtungsmaterialvorratsbehälter in einen Zwischenbehälter überführt wird, der gegen eine oder mehrere Abgabeeinrichtungen für das elektrostatische Beschichtungsmaterial isoliert ist. Nach dem Befüllen mit Beschichtungsmaterial wird der Zwischenbehälter zunächst vom Hauptbeschichtungsmaterialvorratsbehälter getrennt und dann mit einem Vorratsbehälter verbunden, der seinerseits mit den Beschichtungsmaterialabgabeeinrichtungen verbunden ist. Das Beschichtungsmaterial wird aus dem Zwischenbehälter in den Vorratsbehälter überführt, während der Zwischenbehälter vom Hauptbeschichtungsmaterialvorratsbehälter getrennt ist, um den Vorratsbehälter mit Beschichtungsmaterial zur anschließenden Überführung in die Beschichtungsmaterialabgabeeinrichtungen zu füllen. Nachdem der Vorratsbehälter gefüllt ist, wird der Zwischenbehälter vom Vorratsbehälter getrennt und wieder mit dem Hauptbeschichtungsmaterialvorratsbehälter verbunden, um eine weitere Beschichtungsmaterialmenge aufzunehmen, so dass der Beschichtungsvorgang im wesentlichen kontinuierlich ablaufen kann.

Eine weitere "Spannungssperre" für die Überführung von elektrisch leitfähigem Beschichtungsmaterial ist im US-Patent 5,078,168 offenbart, welches dem Erwerber der vorliegenden Erfindung gehört. Bei dieser Einrichtung werden eine erste und eine zweite Pendeleinrichtung selektiv mit zwei Kolbenpumpen mit großem Behälter verbunden. Die erste Pendeleinrichtung ist zwischen einer Überführungsposition und einer von der Füllstation, die mit einem Vorrat von elektrisch leitfähigem Beschichtungsmaterial verbunden ist, beabstandeten neutralen Position bewegbar ist. An der Füllstation überführt die erste Pendeleinrichtung Beschichtungsmaterial aus dem Vorrat in den Behälter der ersten Pumpe. In der neutralen Position ist die erste Pendeleinrichtung gegenüber der Füllstation elektrisch isoliert, d. h. körperlich davon beabstandet. Die zweite Pendeleinrichtung ist zwischen einer Überführungsposition, in der sie die erste Kolbenpumpe mit der zweiten Kolbenpumpe verbindet, und einer neutralen Position, in der die beiden Pumpen elektrische gegeneinander isoliert sind und die zweite Kolbenpumpe Beschichtungsmaterial zu den Abgabeeinrichtungen fördert, bewegbar. Die Bewegung der Pendeleinrichtungen wird so gesteuert, dass immer eine Pendeleinrichtung in der neutralen Position verbleibt, während die andere in der Überführungsposition ist, so dass zu keinem Zeitpunkt ein geschlossener Stromkreis zwischen dem Vorrat an elektrisch leitfähigem Beschichtungsmaterial und der elektrostatisch aufgeladenen Abgabeeinrichtung gegeben ist.

Ein Problem bei den in den US-Patenten 4,313,475 und 5,078,168 offenbarten Vorrichtungen besteht in dem Druck, der für den Austrag des Beschichtungsmaterials aus dem Zwischenbehälter der im US-Patent 4,313,495 offenbarten Vorrichtung bzw. aus dem zweiten Behälter gemäß dem US-Patent 5,078,168 zur Verfügung steht. Gemäß dem US-Patent 5,078,168 weist beispielsweise jede der beiden Behälterpumpen einen Kolben auf, der sich in eine Richtung bewegt, wenn er mit Luft beaufschlagt wird, um Beschichtungsmaterial aus dem Behälter zu fördern, und der sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt, wenn neues Beschichtungsmaterial in den Behälter gegeben wird. Damit der Behälter der zweiten Pumpe mit von der ersten Pumpe gefördertem Beschichtungsmaterial gefüllt werden kann, muss der Luftdruck, mit dem der Kolben der zweiten Pumpe beaufschlagt wird, im Vergleich zu dem der ersten Pumpe verringert werden, weil sich der Kolben der zweiten Pumpe sonst nicht bewegen und die Füllung des Pumpenbehälters ermöglichen kann. Wegen dieses herabgesetzten Druckpegels in der zweiten Pumpe wird das Beschichtungsmaterial aus dieser unter relativ niedrigem Druck abgegeben. Infolgedessen können nur vergleichsweise wenige Beschichtungsabgabeeinrichtungen mit Beschichtungsmaterial gespeist werden und ist das Spritzmuster, das diese Abgabeeinrichtungen liefern, nicht immer gleichmäßig.

Ein weiteres Problem der beschriebenen "Spannungssperre" und insbesondere der im US-Patent 5,078,168 offenbarten Vorrichtung besteht in einer relativ großen Druckschwankung bei der Beschichtungsmaterialförderung aus der zweiten Pumpe in die Beschichtungsmaterialabgabeeinrichtungen. Wenn der Behälter der zweiten Pumpe gefüllt ist und Beschichtungsmaterial ausgetragen wird, indem der Kolben der Pumpe sich abwärts zum Grund des Behälters bewegt, ist der von der zweiten Pumpe abgegebene Fluiddruck geringer als der Luftdruck, mit dem der Kolben abwärts bewegt wird, weil die Reibung der Dichtung, mit der der Kolben gegen die Seitenwände des Pumpenbehälters abgedichtet ist, der Abwärtsbewegung des Kolbens entgegenwirkt. Dadurch ergibt sich ein vergleichsweise niedriger Fluidabgabedruck, der deutlich unter dem Luftdruck liegt, was die vorstehend erwähnten Nachteile mit sich bringt. Andererseits ist am Ausgang der zweiten Pumpe ein höherer Fluidabgabedruck, der z. B. höher ist als der Luftdruck, gegeben, wenn die Pumpe mit Beschichtungsmaterial von der ersten Pumpe gefüllt wird. Dies liegt daran, dass der Fluiddruck des an der Basis der zweiten Pumpe an der Unterseite des Kolbens eingespeisten Beschichtungsmaterials sowohl den auf die entgegengesetzte Seite oder Oberseite des Kolbens wirkenden Luftdruck als auch die Reibung der Kolbendichtungen an der Seitenwand des Kolbenbehälters überwinden muß. Weil der Luftdruck im System konstant bleibt, schwankt der Fluiddruck in Abhängigkeit davon, ob der Kolben in der zweiten Pumpe sich nach oben oder nach unten bewegt. Dadurch kann auf der Auslassseite der zweiten Pumpe eine möglicherweise große Druckschwankung auftreten, je nachdem, ob die zweite Pumpe gerade gefüllt oder entleert wird, wenn die Pumpe Beschichtungsmaterial in die Beschichtungsmaterialabgabeeinrichtungen einspeist. Durch diese Druckschwankung kann nur eine begrenzte Anzahl von Abgabeeinrichtungen von der zweiten Pumpe gespeist werden, und/oder das von den Abgabeeinrichtungen erzeugte Spritzmuster wird beeinträchtigt.

Ein weiteres Problem bei den in den US-Patenten 4,313,475 und 5,078,168 offenbarten Vorrichtungen besteht darin, dass ein merklicher Druckabfall bewirkt wird, wenn die Anlage vor Verwendung einer andersfarbigen Farbe mit Wasser, Lösungsmittel und/oder Luft gespült wird. Dieser Druckabfall entsteht dadurch, dass, wie erwähnt, alle Schläuche und Überführungsbehälter oder Pumpen von dem Punkt, an dem der Beschichtungsmaterialvorrat in die Anlage eingespeist wird, bis zu dem Punkt, an dem das Beschichtungsmaterial an die Beschichtungsmaterialabgabeeinrichtungen abgegeben wird, in Reihe geschaltet sind. Bei der Anlage gemäß US-Patent 5,078,168 beispielsweise müssen das Beschichtungsmaterial, die Spülflüssigkeit und/oder die Luft zunächst in die Leitungen eingespeist werden, die die erste Pendeleinrichtung mit der ersten Pumpe verbinden, durch die Leitung fließen, die die erste Pumpe mit der zweiten Pumpe verbindet, und dann durch die Leitungen fließen, die die zweite Pumpe mit der Beschichtungsmaterialabgabeeinrichtung verbinden. Bis die Spülflüssigkeit oder das Beschichtungsmaterial die unteren Bereiche dieses Fließweges erreicht haben, ist ein Druckabfall eingetreten, der die Wirksamkeit vermindert, mit der die Luft oder die Flüssigkeit das in der Anlage verbliebene Beschichtungsmaterial entfernen kann.

Obwohl beide der in den US-Patenten 4,313,475 und 5,078,168 offenbarten Anlagen auf den Einsatz von Farbwechslern eingerichtet sind, die mit Farbvorräten unterschiedlicher Farbe verbunden sind, ist es bei beiden nicht möglich, den Farbwechsel unter Produktionsbedingungen rasch vorzunehmen. Beide der genannten Anlagen beinhalten einen im wesentlichen "seriellen" Fließweg zwischen dem Beschichtungsmaterialvorrat bzw. den Beschichtungsmaterialvorräten und den Abgabeeinrichtungen, d. h. das Beschichtungsmaterial wird zunächst vom Vorratsbehälter zum Zwischenbehälter der Wiggins-Vorrichtung bzw. zur ersten Behälterpumpe der Konieczynski- Vorrichtung überführt und dann über Leitungen entweder in den Vorratsbehälter oder in die zweite Behälterpumpe geleitet, um anschließend in die Abgabeeinrichtungen abgegeben zu werden. Wenn ein Farbwechsel vorgenommen werden soll, muss bei beiden Anlagen eine Spülflüssigkeit, beispielsweise Wasser, am Anfang des Fließwegs, d. h. am Beschichtungsmaterialeinspeisungspunkt, eingeleitet werden und nacheinander durch alle Leitungen und Teile der Anlage fließen, um die alte Farbe zu entfernen. Für Einsatzbereiche wie das Lackieren von Autos oder sonstige fließbandartig ablaufende Lackierarbeiten ist die relativ lange Stillstandszeit bei einem Farbwechsel inakzeptabel.

Eine der Aufgaben der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Abgabe von elektrisch leitfähigen Beschichtungsmaterialien, beispielsweise Farben auf Wasserbasis, zur Verfügung zu stellen, die einen Schutz vor der Übertragung einer elektrostatischen Aufladung von einer Hochspannungsquelle auf einen oder mehrere Hauptbeschichtungsmaterialvorräte bietet, eine große Anzahl von Beschichtungsmaterialabgabeeinrichtungen versorgen kann, Druckschwankungen während des Betriebs verhindert, und ein gleichbleibend brauchbares Beschichtungsmaterial-Spritzmuster auf einem Substrat entstehen lässt.

Verfahren zum Befördern von elektrisch leitfähigem Beschichtungsmaterial zu mindestens einer elektrostatischen Beschichtungsausgabevorrichtung, umfassend:

Zuführen von Beschichtungsmaterial zu einem ersten Pumpenspeicher aus einer ersten Übergabeeinheit, die an die Beschichtungsmaterialquelle und an die Beschichtungsmaterialausgabevorrichtung angeschlossen ist, wobei die Übergabeeinheit den ersten Pumpenspeicher von der Beschichtungsausgabevorrichtung elektrisch isoliert hält, während dem ersten Pumpenspeicher Beschichtungsmaterial zugeführt wird, Beschicken eines zweiten Pumpenspeichers mit Beschichtungsmaterial aus einer zweiten Übergabeeinheit, die an die Beschichtungsmaterialquelle und die Beschichtungsausgabevorrichtung angeschlossen ist, wobei die zweite Übergabeeinheit den zweiten Pumpenspeicher von der Beschichtungsausgabevorrichtung elektrisch isoliert hält, während dem zweiten Pumpenspeicher Beschichtungsmaterial zugeführt wird, Befördern von Beschichtungsmaterial aus dem einen ersten oder zweiten Pumpenspeicher zur Beschichtungsausgabevorrichtung, während dieser eine Pumpenspeicher von der Quelle elektrisch isoliert gehalten wird, und Umstellen des zur Beschichtungsausgabevorrichtung beförderten Beschichtungsmaterialstromes zum anderen ersten oder zweiten Pumpenspeicher, wenn das Beschichtungsmaterial aus dem einen Pumpenspeicher entleert ist.

Bei dem Verfahren zum Überführen von elektrisch leitfähigen Beschichtungsmaterialien, beispielsweise Farben auf Wasserbasis, von mindestens einem Vorrat auf eine oder mehrere Beschichtungsabgabeeinrichtungen oder Spritzpistolen zur Abgabe auf ein Substrat wird das elektrisch leitfähige Beschichtungsmaterial auf zwei "parallelen" Fließwegen, die jeweils eine Pumpe mit großem Fassungsvermögen haben, zu einem gemeinsamen Ventil überführt, welches den Materialfluss zu den Beschichtungsabgabeeinrichtungen von dem einen Fließweg auf den anderen schaltet. Jeder der parallelen Fließwege bietet eine Spannungssperre, d. h. einen Luftspalt, zwischen einem oder mehreren Beschichtungsmaterialvorräten und den elektrostatisch aufgeladenen Spritzpistolen. Diese Spannungssperre stellt sicher, daß während eines Beschichtungsvorgangs zu keinem Zeitpunkt ein Strompfad zwischen dem Vorrat an leitfähigem Beschichtungsmaterial und dem aufgeladenen Beschichtungsmaterial gegeben ist.

Ein Aspekt dieser Erfindung beruht darauf, dass die beim Stand der Technik gegebene "serielle" Anordnung des Fließwegs durch mindestens zwei "parallele" Fließwege ersetzt wird, die jeweils die Verbindung zwischen einem oder mehreren Beschichtungsmaterialquellen und den Beschichtungsabgabeeinrichtungen herstellen. Durch die parallelen Fließwege entfallen bei der Erfindung die langen, schwer zu reinigenden hintereinandergeschalteten Fließwege, wie sie bei bekannten Anlagen der beschriebenen Art verwendet wurden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist jeder Fließweg eine Spannungssperre auf, die eine Überführungseinrichtung, bei der eine Füllstation mit dem Beschichtungsmaterialvorrat bzw. den Beschichtungsmaterialvorräten verbunden ist, eine Abgabestation, die von der Füllstation beabstandet ist, und eine Pendeleinrichtung beinhaltet, die zwischen der Füllstation und der Abgabestation bewegbar und jeweils lösbar mit diesen verbunden ist. Wenn die Pendeleinrichtung zur Füllstation der Überführungseinrichtung bewegt wird, bewirkt sie die Überführung von Beschichtungsmaterial vom Vorratsbehälter in den Behälter einer Kolbenpumpe, die mit dem entsprechenden Fließpfad gekoppelt ist. Wenn der Behälter der Kolbenpumpe gefüllt ist, bewegt sich die Pendeleinrichtung und wird mit der Abgabestation verbunden, wobei eine Verbindung hergestellt wird, die die Überführung des Beschichtungsmaterials von der Pumpe durch die Abgabestation der Transfereinheit und zu einem "Synchronisierventil" ermöglicht, das mit den Abgabeeinrichtungen verbunden ist. Das Synchronisierventil ist beiden Fließwegen gemeinsam und bewirkt die Umschaltung des Beschichtungsmaterialflusses zu den Abgabeeinrichtungen von dem einen Fließweg auf den anderen.

Der Betrieb der Anlage ist in der Weise synchronisiert, dass wenn die Pumpe des einen Fließweges Beschichtungsmaterial zu den Abgabeeinrichtungen fördert, die Pumpe des anderen Fließweges Beschichtungsmaterial aus dem Vorratsbehälter aufnimmt. Zwischen dem Vorratsbehälter und den aufgeladenen Abgabeeinrichtungen wird permanent eine Spannungssperre aufrechterhalten, und die Abgabeeinrichtungen können im wesentlichen kontinuierlich über den einen oder den anderen der parallelen Fließwege mit Beschichtungsmaterial versorgt werden. Weil die beiden parallelen Fließwege im wesentlichen voneinander getrennt sind, wird das Beschichtungsmaterial über eine relativ kurze Distanz zu den Abgabeeinrichtungen gefördert, so dass die Reinigung des Fließwegs im Vergleich zu den bekannten Anlagen relativ schnell und effizient erfolgen kann. Weil für jeden Fließweg eine eigene Pumpe vorgesehen ist, ist außerdem ein höherer Druck für die Überführung von Beschichtungsmaterial zu den Abgabeeinrichtungen verfügbar als bei bekannten Anlagen, so dass 1. bei gleichem Druck mehr Abgabeeinrichtungen mit Beschichtungsmaterial versorgt werden können oder 2. ein stärkerer Materialfluss in die Abgabeeinrichtungen überführt werden kann oder 3. zwischen Pumpen und Abgabeeinrichtungen längere Überführungsleitungen verwendet werden können. Ferner beseitigt die im wesentlichen direkte Zufuhr von Beschichtungsmaterial zu den Beschichtungsabgabeeinrichtungen über eine gesonderte Pumpe für jeden Fließweg die bei anderen Spannungssperrsystemen gegebenen Druckschwankungen weitgehend. Infolgedessen lässt sich mit den Abgabeeinrichtungen der erfindungsgemäßen Anlage ein verbessertes Spritzmuster erzielen.

Ein weiterer Vorteil des Einsatzes paralleler Fließwege, die jeweils mit einer eigenen Pumpe ausgestattet sind, liegt darin, dass der Pumpenverschleiß deutlich geringer ist und/oder die Dichtung viel seltener versagt als bei anderen Spannungssperrsystemen mit gleicher Durchflussmenge. Bei der im US- Patent 5,078,168 offenbarten Vorrichtung muss beispielsweise die zweite Pumpe zweimal so oft Hubbewegungen ausführen wie jede Einzelpumpe der beiden Fließwege der erfindungsgemäßen Anlage, um dieselbe Menge Beschichtungsmaterial zu den Abgabeeinrichtungen zu fördern. Außerdem müssen die der ersten und der zweiten Behälterpumpe der Vorrichtung zugeordneten Pendeleinrichtungen doppelt so oft in Betrieb sein wie die Pendeleinrichtung der beiden parallelen Fließwege. Dadurch ergibt sich bei den Pumpen und Pendeleinrichtungen dieses Systems gegenüber den bekannten Anlagen mit Spannungssperre, wie sie im US-Patent 5,078,168 offenbart ist, ein spürbar geringerer Verschleiß.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist auch eine Einrichtung zum effizienten Reinigen der parallelen Fließwege auf, wobei im wesentlichen alle Teile gleichzeitig gespült werden, zunächst mit Wasser und dann mit Luft, um den Farbwechselvorgang zu beschleunigen. Wie im folgenden noch ausführlich beschrieben wird, werden die Leitungen, die die Pumpen mit dem gemeinsamen Synchronisierventil verbinden, gleichzeitig mit den Leitungen gespült, die den Vorratsbehälter und die Transfereinheiten verbinden. Die Spülvorgänge werden im wesentlichen unabhängig voneinander durchgeführt, so dass das Spülfluid, z. B. Wasser und/oder Luft, bei jedem Spülvorgang einen relativ kurzen Fließweg hat. Damit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung wesentlich schneller vollständig gereinigt werden als die bekannten Anlagen, bei denen alle Teile nacheinander von Beschichtungsmaterial gereinigt werden müssen, indem das Spülmittel hindurchströmt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die folgendes zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage mit parallelen Fließwegen zur Überführung von elektrisch leitfähigem Beschichtungsmaterial;

Fig. 1A: einen partiellen Querschnitt des in Fig. 1 gezeigten gemeinsamen Synchronisationsventils;

Fig. 2: eine schematische Darstellung des Teils der Anlage von Fig. 1, der unter normalen Betriebsbedingungen in Betrieb ist;

Fig. 3: eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 4: ein schematisches Blockdiagramm der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung, in der drei Vorrichtungen, die jeweils mit einem Vorrat einer bestimmten Farbe verbunden sind, parallel zueinander gezeigt sind.

Gemäß Fig. 1 weist die erfindungsgemäße Anlage 10 mit parallelen Fließwegen eine Einrichtung zum Überführen von elektrisch leitfähigem Beschichtungsmaterial zu einer oder mehreren Spritzpistolen oder Drehzerstäubern 12 auf, wobei zwischen dem Vorrat bzw. den Vorräten von Beschichtungsmaterial und den Spritzpistolen 12 jeweils eine "Spannungssperre" bzw. ein Luftspalt verbleibt. Die Spritzeinrichtungen 12 sind vorzugsweise Spritzpistolen des von der Nordson Corporation, Westlake, Ohio, dem Erwerber der vorliegenden Erfindung, unter der Bezeichnung AN-9 verkauften Typs oder Drehzerstäuber, die die Nordson Corporation unter der Bezeichnung RA-12 vertreibt. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wird das in Fig. 1 dargestellte System zuerst beschrieben. Danach werden Aufbau und Arbeitsweise der in Fig. 3 und 4 dargestellten Durchflussanlage 11 beschrieben.

Unter Bezugnahme speziell auf Fig. 1A und 2 wird der Teil der Anlage 10 beschrieben, der für die Zufuhr von Beschichtungsmaterial zu den Spritzpistolen 12 im Normalbetrieb erforderlich ist. Der "Normalbetriebsteil" der Anlage 10 umfasst zwei im wesentlichen identische, parallele Fließwege, die jeweils eine Transfereinheit 14, eine Kolbenpumpe 16 und ein Ventilsystem für den Betrieb der Transfereinheit 14 und der Kolbenpumpe 16 aufweisen. Für die parallelen Fließwege werden ein gemeinsames Vierwegeventil und ein gemeinsames "Synchronisierventil" 20 verwendet, die im folgenden noch ausführlich beschrieben werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist einer der parallelen Fließwege auf dem Blatt links vom gemeinsamen Synchronisierventil 20 dargestellt, während der andere der parallelen Fließwege rechts davon dargestellt ist. Für die Zwecke dieser Erörterung wird der Fließweg auf der linken Seite des Blattes von Fig. 2 ausführlich beschrieben, wobei davon auszugehen ist, dass Aufbau und Arbeitsweise des anderen Fließwegs identisch sind. Die auf der linken Seite von Fig. 2 verwendeten Bezugszeichen werden mit Zusatzstrich (') zur Bezeichnung der gleichen Teile auf der rechten Seite verwendet.

Die Transfereinheit 14 umfasst eine Füllstation 22, eine Abgabestation 24 und eine Pendeleinrichtung 26, die zwischen der Füllstation 22 und der Abgabestation 24 bewegbar ist. Die Füllstation 22 ist mit einem steckerförmigen Verbindungselement 28 und einem buchsenförmigen Verbindungselement 30 versehen, die sich mit dem steckerförmigen Verbindungselement 28 bzw. dem buchsenförmigen Verbindungselement 30 der Pendeleinrichtung 26 verbinden lassen. Diese Verbindungselemente 28, 30 sind vorzugsweise Verbindungselemente der Art, wie sie im US-Patent 5,078,168 von Konieczynski et al., das dem Erwerber der vorliegenden Erfindung gehört und durch Bezugnahme vollinhaltlich Bestandteil der vorliegenden Beschreibung wird, offenbart sind.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird elektrisch leitfähiges Beschichtungsmaterial von einer "Farbküche" 34 aus durch eine Farbzuführleitung 32 zum steckerförmigen Verbindungselement 28 an der Füllstation 22 gefördert. Die Farbküche 34 umfasst geeignete Farbpumpen, Wasserspülpumpen und einen Farbwechsler (nicht eingezeichnet), deren ausführliche Offenbarung kein Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist und daher nicht erörtert wird. In der Farbküche 34 wird ein Farbwechsler der Art, wie er im US-Patent 4,657,047 von Kolibas, das dem Erwerber der vorliegenden Erfindung gehört, beschrieben ist, verwendet, der unterschiedliche Farben zur Abgabe durch die Spritzpistolen 12 zuführt. Das büchsenförmige Verbindungselement 30 der Füllstation 22 ist über eine Rückführleitung 36 mit der Farbküche 34 verbunden.

Die Pendeleinrichtung 26 kann mit der Füllstation 22 dergestalt gekoppelt werden, dass das büchsenförmige Verbindungselement 30 oben an der Pendeleinrichtung 26 in Eingriff mit dem steckerförmigen Verbindungselement 28 der Füllstation 22 und das steckerförmige Verbindungselement 28 der Pendeleinrichtung 26 in Eingriff mit dem buchsenförmigen Verbindungselement 30 der Füllstation 22 gelangen. Das büchsenförmige Verbindungselement 30 der Pendeleinrichtung 26 wird über eine Überführungsleitung 38 mit der Einlassseite der Kolbenpumpe 16 verbunden, die vorzugsweise eine Pumpe des im US-Patent 5,078,168 offenbarten Typs ist. Diese Kolbenpumpe 16 weist einen großen Füllraum bzw. Behälter (nicht eingezeichnet) und eine Kolbenstange 40 auf, die sich vom Pumpeninneren aus nach außen erstreckt. Die Auslassseite der Kolbenpumpe 16 ist über eine zweite Überführungsleitung 42 mit der Pendeleinrichtung 26 verbunden, wenn diese in der Position ist, in der Beschichtungsmaterial zum steckerförmigen Verbindungselement 28 oben an der Pendeleinrichtung 26 und einem steckerförmigen Verbindungselement 28 an deren Unterseite überführt werden kann. Dieses steckerförmige Verbindungselement 28 an der Unterseite der Pendeleinrichtung 26 ist mit einem büchsenförmigen Verbindungselement 30 an der Abgabestation 24 der Transfereinheit 14 verbindbar. Eine Abgabeleitung 44 verbindet das büchsenförmige Verbindungselement 30 an der Abgabestation 24 mit einer Seite des Synchronisierventils 20, welches nachstehend beschrieben wird.

Der Auslass des Synchronisierventils 20 ist mit einer Umwälz- bzw. Ringleitung 45, die nachfolgend in Verbindung mit Fig. 3 noch näher beschrieben wird, verbunden. Die Ringleitung 45 wird ihrerseits von einer Pistolenversorgungsleitung 46 gekreuzt, die zu einer Reihe voneinander getrennter Pistolenpendeleinrichtungen 48 führt, die jeweils mit einer Spritzpistole 12 verbunden sind.

Die Pistolenpendeleinrichtungen 48 weisen jeweils eine Abgabestation 50 mit einem steckerförmigen und einem büchsenförmigen Verbindungselement 28, 30 und eine Füllstation 52 mit einem steckerförmigen Verbindungselement 28 und einem büchsenförmigen Verbindungselement 30, die ineinander passen, auf. Die Füllstation 52 ist mit einer linearen Betätigungseinrichtung 54 verbunden, die einen Zylinder 56 und einen Hubkolben 58 aufweist, der mit der Füllstation 52 verbunden ist. Auf die Betätigung durch die Betätigungseinrichtung 54 hin wird die Füllstation 52 in Eingriff mit und außer Eingriff von der Abgabestation 50 bewegt, so dass die Verbindungselemente ineinander greifen. Die Betätigungseinrichtungen 54 der Pistolenpendeleinrichtungen 48 werden von einer Steuerung 55 (Fig. 1) gesteuert, die in der am 27. September 1991 angemeldeten US- Patentanmeldung 07/766,796 mit dem Titel "Apparatus for Dispensing Conductive Coating Material", die dem Erwerber der vorliegenden Erfindung gehört, ausführlich beschrieben ist und die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin eingeschlossen ist. Der genaue Aufbau und Arbeitsweise dieser Steuerung sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung und werden daher hier nicht beschrieben; es sei nur darauf hingewiesen, dass die Betätigung einer Abgabeeinrichtung 12, beispielsweise durch Betätigung des Auslösers, eine Bewegung der Füllstation 52 auslöst.

Zu beachten ist, dass die Pistolenpendeleinrichtungen 48 und die Steuerung 55 nur zusammen mit manuell betätigten Abgabeeinrichtungen 12 verwendet werden. Bei Anlagen mit automatisch arbeitenden Abgabeeinrichtungen werden die Abgabeeinrichtungen 12 von einer mit der Farbküche 34 verbundenen Steuereinheit (nicht eingezeichnet) ein- und ausgeschaltet und ist die Zuführleitung 46 direkt mit den einzelnen Abgabeeinrichtungen 12 verbunden.

Der Betrieb der Transfereinheit 14, der Kolbenpumpe 16 und des Synchronisier-ventils 20 wird von mehreren luftbetätigten Ventilen gesteuert, die auf die Menge des Beschichtungsmaterials in der Kolbenpumpe 16 ansprechen, wie nachstehend beschrieben. Bezugnehmend auf den oberen Teil von Fig. 2 wird Druckluft von einer Druckluftquelle 60 durch die Hauptluftzuführleitung 62 über die Zapfleitung 65 einem Ventil 64 für den oberen Grenzwert, über die Zapfleitung 67 einem Ventil 66 für den unteren Grenzwert und über die Zapfleitung 69 einem gemeinsamen Vierwegeventil 68 zugeführt. Die Ventile 64, 66 und 68 sind vorzugsweise Ventile des Typs MJV-3 bzw. MJVO-3 bzw. MJV-4D, die von der Clippard Laboratory, Inc. aus Cincinnati, Ohio, hergestellt werden. Das Ventil 64 für den oberen Grenzwert ist über eine Steuerleitung 70 mit der linken Seite des Vierwegeventils 72 verbunden, wie in Fig. 2 gezeigt, dem wiederum über eine mit der Hauptzuführleitung 62 verbundene Zapfleitung 74 Druckluft zugeführt wird. Das Ventil 72 ist von der gleichen Art wie das Ventil 68. Das Ventil 66 für den unteren Grenzwert ist über eine Steuerleitung 76 mit der linken Seite des Vierwegeventils 68 und über eine eigene Steuerleitung 78 mit der entgegengesetzten, d. h. der rechten Seite des Vierwegeventils 72 verbunden.

Das Vierwegeventil 72 steuert die mit der Transfereinheit 14 verbundene Linearbetätigungseinrichtung 80. Diese Linearbetätigungseinrichtung 80 weist einen Zylinder 82 mit einem Kolben 84 auf, der mit der Pendeleinrichtung 26 der Transfereinheit 14 verbunden ist. Nach dem Einschalten der Betätigungseinrichtung 80 bewegt der Kolben 84 die Pendeleinrichtung 26 zwischen einer Abgabeposition, in der sie mit der Abgabestation 24 verbunden ist, wie auf der linken Seite von Fig. 2 gezeigt, und einer Pumpenfüllposition, in der sie mit der Füllstation 22 verbunden ist, wie auf der rechten Seite von Fig. 2 gezeigt, wobei die Pendeleinrichtung 26' und die Füllstation 22' miteinander verbunden sind. Zur Steuerung der Linearbetätigungseinrichtung 80 ist das Vierwegeventil 72 mit einer Leitung 86 verbunden, die eine Steuerleitung 88 kreuzt, welche zwischen dem oberen Abschnitt der Linearbetätigungseinrichtung 80 und der Kolbenpumpe 16 verläuft. Das Vierwegeventil 72 ist aus Gründen, die aus Nachstehendem ersichtlich werden, über eine Steuerleitung 90 auch mit der Unterseite der Linearbetätigungseinrichtung 80 verbunden.

Wie im Mittelteil von Fig. 2 zu sehen ist, ist das Vierwegeventil 68 über eine erste Steuerleitung 94 mit der linken Seite des Synchronisierventils 20 verbunden, und eine zweite Steuerleitung 96 geht vom Vierwegeventil 68 ab und führt zur entgegengesetzten, d. h. zur rechten Seite des Synchronisierventils 20. Wie bereits erwähnt, ist das Vierwegeventil 68 den beiden parallelen Fließwegen gemeinsam, so dass die entgegengesetzte, d. h. die rechte Seite des Vierwegeventils 68 über die Steuerleitung 76' mit dem Ventil 66' für den unteren Grenzwert verbunden ist.

Der Betrieb der in Fig. 2 dargestellten parallelen Fließwege erfolgt in der Weise, dass den Spritzpistolen 12 zunächst von der mit dem einen Fließweg verbundenen Kolbenpumpe 16 und dann von der mit dem anderen Fließweg verbundenen Kolbenpumpe 16' Beschichtungsmaterial zugeführt wird. Während die Kolbenpumpe 16 Beschichtungsmaterial an die Spritzpistolen 12 abgibt, wird die Kolbenpumpe 16' mit neuer Farbe aus der Farbküche 34 gefüllt. Wenn die Kolbenpumpe 16 mit der Zeit leer ist, ist die andere Kolbenpumpe 16' vollständig gefüllt und kann betätigt werden, um den Spritzpistolen 12 über das Synchronisierventil 20 Farbe zuzuführen. Der Körper des Synchronisierventils 20 besteht aus Metall oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material, das über eine Stromleitung 23 mit einer Hochspannungsquelle 21 verbunden ist. Beim Durchlaufen des Synchronisierventils 20 wird das elektrisch leitfähige Beschichtungsmaterial elektrostatisch aufgeladen, und das aufgeladene Beschichtungsmaterial wird dann über die Leitungen 45 und 46 den Abgabeeinrichtungen 12 zugeführt. Unabhängig davon, welche der Kolbenpumpen 16 oder 16' den Spritzpistolen 12 Beschichtungsmaterial zuführt, bleibt zwischen der Farbküche 34 und den Spritzpistolen 12 ständig ein Luftspalt bzw. eine Spannungssperre, um eine Übertragung der hochspannungsbedingten elektrostatischen Aufladung zwischen Farbküche und Spritzpistolen über das dazwischenliegende Beschichtungsmaterial zu verhindern.

Im Rahmen dieser Beschreibung sei angenommen, dass die Kolbenpumpe 16 zu Beginn des Betriebs der Anlage 10 bereits mit Beschichtungsmaterial gefüllt sei. In diesem Fall befindet sich die Kolbenstange 40 der Kolbenpumpe 16 in der höchsten, angehobenen Position relativ zu den Ventilen 64, 66 für den oberen bzw. den unteren Grenzwert, weil der Behälter der Kolbenpumpe 16 gefüllt ist. Auf ihrem Weg in die höchste Position betätigt die Kolbenstange 40 den mit dem Ventil 64 für den oberen Grenzwert verbundenen Schalter 98, so dass Steuerluft durch das Ventil 64 für den oberen Grenzwert und die Steuerleitung 70 zum Vierwegeventil 72 strömen kann. Daraufhin schwenkt die Steuereinheit bzw. der Schieber (spool) des Vierwegeventils 72 in die in Fig. 2 gezeigte Position, so dass ein Luftstrom aus der Zweigleitung 74 durch das Vierwegeventil 72 in die Leitung 86 strömen kann. Die Druckluft tritt in die Steuer- bzw. Betätigungsleitung (operating line) 88 ein, wo sie, wie in Fig. 2 gezeigt, nach oben strömt, um die Linearbetätigungseinrichtung 80 zu steuern bzw. zu betätigen, sowie nach unten strömt, um den Kolben der Kolbenpumpe 16 auf den Grund des Behälters zu drücken. Beim Auftreffen der Steuerluft aus der Leitung 88 bewegt der Kolben 84 der Linearbetätigungseinrichtung 80 die Pendeleinrichtung 26 nach unten und bringt sie in Eingriff mit der Abgabestation 24 der Transfereinheit 14. Dadurch wird die zweite Transferleitung 42, die von der Kolbenpumpe 16 zur Pendeleinrichtung 26 verläuft, über die Füll- bzw. Abgabe-Station 22 bzw. 24 mit der Abgabeleitung 44 verbunden, die mit dem Synchronisierventil 20 verbunden ist. Wenn der Kolben in der Kolbenpumpe 16 durch den Luftstrom aus der Leitung 88 nach unten gedrückt wird, gelangt das darin enthaltene Beschichtungsmaterial aus der Kolbenpumpe 16 auf dem Fließweg, der von der zweiten Transferleitung 42, der Pendeleinrichtung 26, der Abgabestation 24 und der Abgabeleitung 44 gebildet wird, zum Synchronisierventil 20.

Wie nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1A erläutert wird, hat das Synchronisierventil 20 die Aufgabe, Beschichtungsmaterial aus einer der Kolbenpumpen 16 oder 16' aufzunehmen und es über die Ringleitung 45 und die Pistolenspeiseleitung 46 den jeweils mit einer Spritzpistole 12 gekoppelten Pistolenpendeleinrichtungen 48 zuzuführen. Wie bereits erwähnt, wird der Betrieb der Pistolenpendeleinrichtungen von einer gesonderten Steuerung gesteuert, die ausführlich in der US-Patentanmeldung Nr. 07/766,796 beschrieben ist. Bei normalen Betriebsbedingungen wird die Füllstation 52 der einzelnen Pistolenpendeleinrichtungen 48 durch Betätigung der zugeordneten Spritzpistole 12, beispielsweise durch Ziehen am Auslöser einer wechselseitig betätigten Pistole, mit ihrer Abgabestation 50 verbunden. Wenn die Abgabestation 50 und die Füllstation 52 miteinander verbunden sind, gelangt der Beschichtungsmaterialfluss vom Synchronisierventil 20, aus der Ringleitung 45 und der Pistolenspeiseleitung 46 durch die Pistolenpendeleinrichtungen 48 zu den einzelnen betätigten Spritzpistolen 12, die das Beschichtungsmaterial auf das Zielsubstrat abgeben. Sind eine oder alle Spritzpistolen 12 abgeschaltet, trennen sich die Abgabestation 50 und die Füllstation 52 der jeweiligen Pistolenpendeleinrichtung 48 voneinander und unterbrechen so den Beschichtungsmaterialzustrom zu den Spritzpistolen 12. Wie bereits erwähnt, wird eine der Kolbenpumpen 16, 16' mit Beschichtungsmaterial gefüllt, während die andere Beschichtungsmaterial zum Synchronisierventil 20 fördert. Der Pumpenfüllvorgang läuft wie folgt ab: Nach einer gewissen Zeit ist das Beschichtungsmaterial im Behälter der Kolbenpumpe 16 erschöpft, und die Kolbenstange 40 bewegt sich nach und nach im Pumpenbehälter abwärts. Wenn die Kolbenstange 40 eine vorgegebene unterste Position erreicht, betätigt sie den Schalter 100, der dem Ventil 66 für den unteren Grenzwert zugeordnet ist. Dadurch wird das Ventil 66 für den unteren Grenzwert geschlossen, so dass Steuerluft durch die Steuerleitung 76 auf die eine Seite des gemeinsamen Vierwegeventils 68 und durch die zweite Steuerleitung 78 zur rechten Seite des Vierwegeventils 72 strömen kann. Dieser Steuerluftstrom löst in der Anlage 10 zwei Vorgänge aus, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ablaufen. Zunächst verschiebt die durch die Steuerleitung 76 strömende Steuerluft die Steuereinheit bzw. den Schieber (spool) im Vierwegeventil 68, so dass Steuerluft aus der Hauptzuführleitung 62 und der Zapfleitung 69 durch das gemeinsame Vierwegeventil 68 in die zweite Steuerleitung 96 strömen kann. Wie noch näher beschrieben wird, bewirkt die Steuerluft aus der zweiten Steuerleitung 96, dass sich die mit der Abgabeleitung 44' verbundene Seite des Synchronisierventils 20 sofort öffnet, während sich die Abgabeleitung 44, die Beschichtungsmaterial von der Pumpe 16 zugeführt hatte, schließen kann. Anschließend wird in der oben im Zusammenhang mit der Kolbenpumpe 16 beschriebenen Weise Beschichtungsmaterial von der Kolbenpumpe 16' gefördert. Auf diese Betätigung des Synchronisierventils 20 folgt die Bewegung der Pendeleinrichtung 26, die durch die durch die Steuerleitung 78 strömende Steuerluft ausgelöst wird. Wie bereits erwähnt, ist die Steuerleitung 78 mit der Seite des Vierwegeventils 72 verbunden, die der Steuerleitung 70 gegenüberliegt, welche dem Schalter 64 für den oberen Grenzwert zugeordnet ist. Die Steuerluft aus der Steuerleitung 78 verschiebt die Steuereinheit bzw. den Schieber (spool) im Vierwegeventil 72, so dass Steuerluft aus der Zweigleitung 74 durch das Vierwegeventil 72 in die Steuerleitung 90 strömt, die mit der Unterseite der Linearbetätigungseinrichtung 80 verbunden ist, die der Transfereinheit 14 zugeordnet ist. Diese Steuerluft bewirkt, dass der Kolben 84 der Linearbetätigungseinrichtung 80 ausfährt und die Pendeleinrichtung 26 nach oben in Eingriff mit der Füllstation 22 bewegt, d. h. in die Position der Pendeleinrichtung 26', die auf der rechten Seite von Fig. 2 gezeigt ist. Wenn sich die Pendeleinrichtung 26 in dieser Position befindet, wird Beschichtungsmaterial aus der Farbküche 34 durch die Farbzuführleitung 32 und die Füllstation 22 zur Transferleitung 38, die mit der Kolbenpumpe 16 verbunden ist, gefördert. Die Kolbenpumpe 16 erhält somit neue Farbe aus der Farbküche 34, und ihre Kolbenstange 40 beginnt ihre Aufwärtsbewegung, wie nachstehend erläutert wird.

Die Spritzpistolen 12 können durch das Zusammenwirken der getrennten, parallelen Fließwege auf der linken und der rechten Seite von Fig. 2, die beide mit dem Synchronisierventil 20 verbunden sind, im wesentlichen kontinuierlich mit Beschichtungsmaterial versorgt werden.

Gemäß Fig. 1A ermöglicht die Konstruktion des Synchronisierventils 20 das Umschalten der Beschichtungsmaterialzufuhr von der Kolbenpumpe 16 auf die andere Kolbenpumpe 16' ohne Unterbrechung des Beschichtungsmaterialflusses zur Spritzpistole 12. Das Synchronisierventil 20 besteht aus zwei Kugelventilen 101 und 101', die durch Luft geöffnet und durch eine Feder geschlossen werden und einen Ventilkörper 102 bzw. 102' besitzen. Die Ventile 101, 101' sind mit einem mittig angeordneten Montageblock 103 verbunden, der eine Durchgangsbohrung 104 aufweist, in die ein mit der Ringleitung 45 verbundener Auslass 105 mündet. Die Ventile 101, 101', die das Synchronisierventil 20 bilden, sind in Aufbau und Funktion identisch, so dass nur das Ventil 101 ausführlich beschrieben wird, wobei zur Bezeichnung der Teile des Ventils 101' dieselben Bezugszeichen mit Zusatzstrich (') verwendet werden.

Wie auf der linken Seite von Fig. 1A gezeigt, ist im Ventilkörper 102 des Ventils 101 eine Bohrung 110 ausgebildet, die eine Einlassöffnung 112 schneidet, die mit der der Kolbenpumpe 16 zugeordneten Abgabeleitung 44 verbunden ist. Diese Bohrung 110 nimmt eine Stange 114 auf, die an ihrem einen Ende mit einem Kolben 116 und an ihrem anderen Ende mit einer Schulter 118 verbunden ist, die eine Kugel 120 trägt. Der Kolben 116 ist in einer Kammer 122 bewegbar, die in einer zweiteiligen Endkappe 124 ausgebildet ist, welche mittels Schrauben 126, die durch den Ventilkörper 102 in den mittig angeordneten Montageblock 103 greifen, am einen Ende des Ventilkörpers 102 befestigt ist. Im Ventilkörper 102 und in der Endkappe 124 ist ein Luftkanal 128 ausgebildet, der Steuerluft aus der ersten Steuerleitung 94 auf eine Seite des Kolbens 116 leitet. Zwischen der Endkappe 124 und der Schulter 118 ist vorzugsweise eine Feder 130 vorgesehen, um die Kugel 120 auf den Sitz 132 eines Einsatzes 134 zu drücken, der in das eine Ende der Durchgangsbohrung 104 des mittigen Montageblocks 103 eingeschraubt ist und an einem darin ausgebildeten Flansch 135 anliegt.

Aus der Abgabeleitung 44 wird Beschichtungsmaterial durch die Einlassöffnung 112 in die Bohrung 110 abgegeben, wo es zu der Kugel 120 fließt. Bei Zufuhr von Steuerluft über die Leitung 94 wird der Kolben 116 nach links bewegt, wie in Fig. 1A gezeigt, wodurch die Kugel 120 aus dem Sitz 132 gehoben wird, so dass Beschichtungsmaterial in die Durchgangsbohrung 104 des Ventilkörpers 102 und aus deren Auslass 105 in die Ringleitung 45 fließen kann.

Das Synchronisierventil 20 wird vom gemeinsamen Vierwegeventil 68 so gesteuert, dass außer in der kurzen Zeit, in der der Beschichtungsmaterialzustrom von einer leeren Kolbenpumpe 16 bzw. 16' auf die andere Pumpe umgeschaltet wird, zu jedem Zeitpunkt jeweils nur aus einer der Kolbenpumpen 16 bzw. 16' ein Beschichtungsmaterialzustrom möglich ist. Wie bereits erwähnt, wird der Betrieb der der Transfereinheit 14 zugeordneten Linearbetätigungseinrichtung 80 von den Luftventilen 64, 66 und 72 gesteuert. Wenn die Kolbenpumpe 16 fast leer ist und das Ventil 66 für den unteren Grenzwert ausgelöst worden ist, wird das Vierwegeventil 72 so gesteuert, dass ein Luftstrom auf den Boden der Linearbetätigungseinrichtung 80 gelangt, wie oben beschrieben. Dadurch gelangt die Pendeleinrichtung 26 außer Eingriff mit der Abgabestation 24 der Transfereinheit 14 und bewegt sich zur Füllstation 22 hin. Das Ventil 66 für den unteren Grenzwert, das Vierwegeventil 72 und die Betätigungseinrichtung 80 arbeiten jedoch langsamer als das Vierwegeventil 68 und das Synchronisierventil 20. Bevor die Pendeleinrichtung 26 außer Eingriff mit der Abgabestation 24 gelangen kann, hat das Synchronisierventil 20 bereits umgeschaltet, d. h. über die Leitung 76 ist Steuerluft zum gemeinsamen Vierwegeventil 68 geströmt, welches wiederum Luft durch die zweite Steuerleitung 96 zum Synchronisierventil 20 strömen lässt. Dadurch wird die Kugel 120' sofort aus ihrem Sitz 132' gehoben, so dass der Beschichtungsmaterialzustrom von der Kolbenpumpe 16' in die Durchgangsbohrung 104 des Synchronisierventils 20 beginnt. Die Bewegung der Kugel 120' erfolgt, bevor die Pendeleinrichtung 26 außer Eingriff von der Abgabestation 24 gelangen kann und bevor die Kugel 120 am Sitz 132 vollständig abdichtet. Während die Kugel 120' den Sitz verlässt und die Kugel 120 schließt, fördert die Pumpe 16 somit noch weiterhin mindestens etwas Beschichtungsmaterial durch die Abgabeleitung 44, die mit der linken Seite des Synchronisierventils 44 verbunden ist, so dass ständig Beschichtungsmaterial durch die Durchgangsbohrung 104 des Synchronisierventils 20 strömt. Sobald die Pendeleinrichtung 26 vollständig von der Abgabestation 24 getrennt ist und die Feder 130 die Kugel 120 gegen den Sitz 132 drückt, wird die Kugel 120' vollständig abgehoben, so dass der Beschichtungsmaterialzustrom nur noch von der Kolbenpumpe 16' erfolgt. Gleichzeitig wird die Pendeleinrichtung 26 zur Füllstation 22 der Transfereinheit 14 bewegt, um mit dem Füllen der Kolbenpumpe 16 zu beginnen, wie im folgenden beschrieben wird.

Unter normalen Betriebsbedingungen werden die Transfereinheiten 14 und 14' zusammen mit den ihnen zugeordneten Kolbenpumpen 16 und 16' abwechselnd nacheinander gefüllt und entleert, so dass die Spritzpistolen 12 im wesentlichen kontinuierlich mit Beschichtungsmaterial versorgt werden. Je nach der Position der den Kolbenpumpen 16 und 16' zugeordneten Kolbenstange 40 sind die Pendeleinrichtungen 26 und 26' so platziert, dass sie entweder Beschichtungsmaterial zu den jeweiligen Kolbenpumpen 16, 16' fördern oder die Abgabe von Beschichtungsmaterial aus diesen ermöglichen. Es ist davon auszugehen, dass die Pendeleinrichtungen 26 und 26', die in Fig. 2 in einander entgegengesetzten Positionen gezeigt sind, vollständig unabhängig voneinander arbeiten. Somit können beide der Pendeleinrichtungen 26 und 26' gleichzeitig in der unteren oder Abgabeposition sein, wenn beispielsweise die Kolbenpumpe 16 noch nicht vollständig von Beschichtungsmaterial entleert ist, bevor die Kolbenpumpe 16' vollständig gefüllt ist. Wie bereits erwähnt, wird das Synchronisierventil 20 vom gemeinsamen Vierwegeventil 68 gesteuert, welches wiederum in Reaktion auf die Betätigung der Ventile 66 und 66' für den unteren Grenzwert betätigt wird. Die Ventile 66 und 66' für den unteren Grenzwert liefern nur dann Steuerluft, wenn die Kolbenstange 40 oder 40' der ihnen zugeordneten Pumpen 16, 16' einen vorgegebenen Entleerungszustand erreicht hat. Sobald dies der Fall ist, kann der Wechsel der Beschichtungsmaterialzufuhr von der Pumpe 16 auf die Pumpe 16' oder umgekehrt erfolgen.

Wie bereits ausgeführt, erfolgt die Beschichtungsmaterialzufuhr zu den Spritzpistolen 12 unter normalen Betriebsbedingungen abwechselnd von der Kolbenpumpe 16 über den einen der parallelen Fließwege und von der Kolbenpumpe 16' über den anderen parallelen Fließweg. Wenn jedoch die Spritzpistolen 12 relativ lange abgeschaltet bleiben, beispielsweise über die Mittagspause, oder wenn die Beschichtungsstraße aus anderen Gründen zeitweise außer Betrieb ist, könnte das Beschichtungsmaterial unbewegt in der Anlage 10 verbleiben. Dabei kann es bei Beschichtungsmaterialien wie Farbe, bei der sich Pigmente, Sedimente und andere Feststoffe absetzen können, zu Problemen kommen, wenn das Material unbewegt bleibt. Zur Vermeidung dieses Problems kann für die Anlage 10 mit einem "Umwälzbetrieb" versehen sein, bei dem das Beschichtungsmaterial kontinuierlich in der Anlage umgewälzt werden kann, während die Spritzpistolen 12 außer Betrieb sind. Dieses ist ausführlich in dem Stammpatent EP-A-0593238 beschrieben.

Um alle Elemente des Systems 10 gleichzeitig virtuell zu reinigen und auf diese Weise die mit einem Farbwechselvorgang verbundene Ausschaltzeit zu reduzieren, können mehrere unterschiedliche Reinigungs- oder Spülschritte gleichzeitig ausgeführt werden. Dieses ist wiederum ausführlich in dem Stammpatent EP-A-0593238 beschrieben.

Fig. 3, 3A und 4 zeigen eine Anlage 300 mit Spannungsblockade bzw. Spannungssperre, die im wesentlichen eine vereinfachte Ausführung der in Fig. 1, 1A und 2 gezeigten und vorstehend ausführlich beschriebenen Anlage 10 ist.

Die Anlage 300 enthält einen Farbvorrat 302 einer einzigen Farbe, der über die Leitungen 32 und 36 mit den Transfereinheiten 14, 14' verbunden ist. Aufbau und Arbeitsweise der Transfereinheiten 14, 14' sind identisch mit den oben beschriebenen. Weil die Anlage 300 jedoch nur einen einzigen Farbvorrat 302 verwendet, entfallen die Anlagenteile für den Farbwechsel und für das Reinigen oder Spülen der Anlage 10. Außerdem ist bei dieser Ausführungsform das Synchronisierventil 20 über eine Leitung 304 direkt mit einer oder mehreren Abgabeeinrichtungen 12 verbunden. Das über das Synchronisierventil 20 durch die Leitung 304 geförderte Beschichtungsmaterial wird von der über die Leitung 23 mit dem Synchronisierventil 20 verbundenen Spannungsquelle 21 in der oben in Verbindung mit Fig. 1 bis 7 beschriebenen Weise elektrostatisch aufgeladen. Die Anlage 300 sollte vorzugsweise mit automatischen Spritzpistolen oder Rotationszerstäubern statt mit manuellen Spritzpistolen betrieben werden.

Die Ausführungsformen von Fig. 3 und 3A enthalten ebenfalls eine Einrichtung zur Rückführung des Beschichtungsmaterials zum Farbvorrat 302, damit das Beschichtungsmaterial in Bewegung gehalten werden kann, wenn die Abgabeeinrichtungen 12 außer Betrieb sind. In Fig. 3 werden die Umwälzpendeleinrichtungen 138, das Vierwegeventil 166, die Türventile 275, 277 und das Rückschlagventil 287, die oben in Verbindung mit Fig. 1, 1A und 2 beschrieben worden sind, und zusätzlich ein zweites Rückschlagventil 290, dessen Eingang über eine Leitung 291 mit dem Rückschlagventil 287 und dessen Ausgang über eine Leitung 292 mit der Steuereinheit bzw. dem Schieber des Vierwegeventils 166 verbunden sind, verwendet. Zusätzlich sind eine erste Verbindungsleitung 293 zwischen die Füllstation 140 der Pendeleinrichtung 138 und die Farbzuführleitung 32 sowie eine zweite Verbindungsleitung 294 zwischen die Abgabestation 146 der Pendeleinrichtung 138 und die Rückführleitung 36 geschaltet.

Wenn eines der Sicherheitstürverriegelungsventile 275 oder 277 geöffnet wird, strömt Steuerluft durch das Rückschlagventil 287, die Leitung 291 und ein zweites Rückschlagventil 290 zur Steuereinheit des Vierwegeventils 166. Auf den Steuerimpuls hin bewirkt das Vierwegeventil 166, wie oben beschrieben, den Zusammenschluss zwischen der Füllstation 140 der Pendeleinrichtung 138 und ihrer Abgabestation 146, so dass ein Fließweg von der Leitung 304 durch die erste Verbindungsleitung 293 zur Pendeleinrichtung 138 und anschließend durch die zweite Verbindungsleitung 294 und über die Rückführleitung 36 zum Farbvorrat 302 gegeben ist. Das Beschichtungsmaterial wird weitgehend an den Abgabeeinrichtungen 12 vorbeigeführt und auf dem angegebenen Fließweg vom Vorrat 302 weg und zurück bewegt, während der Rest der Anlage 300 so arbeitet, als ob den Abgabeeinrichtungen 12 Beschichtungsmaterial zugeführt würde.

Bei der in Fig. 3A dargestellten anderen Ausführungsform ist die gleiche Umwälzeinrichtung vorhanden wie in Fig. 3, zusätzlich jedoch ein Magnetventil 295, das über eine Stromleitung 296 mit einer Steuereinheit 299 und über eine Luftleitung 297 mit der Luftzuführleitung 62 verbunden ist. Die Steuereinheit 299 ist eine normale programmierbare Steuerung, beispielsweise ein PC, der auf eine nicht eingezeichnete Weise auch mit den Abgabeeinrichtungen 12 verbunden ist. Das Magnetventil 295 ist über eine Leitung 298 mit dem zweiten Rückschlagventil 290 verbunden. Das Magnetventil 295 hat die Aufgabe, in Abhängigkeit davon, ob die Abgabeeinrichtungen 12 in Betrieb sind oder nicht, das Beschichtungsmaterial umzuwälzen. Wenn beispielsweise automatische Abgabeeinrichtungen 12 verwendet werden, schaltet die Steuereinheit 299 die Abgabeeinrichtungen 12 je nach Bedarf ein und aus. Wenn die Steuereinheit 299 die Abgabeeinrichtungen 12 abschaltet, wird über die Leitung 296 gleichzeitig ein Signal an das Magnetventil 295 übermittelt, welches das Ventil öffnet, so dass Steuerluft aus der Leitung 297 hindurchströmen und durch die Leitung 298 zum zweiten Rückschlagventil 290 gelangen kann. Dieser Luftstrom betätigt das Vierwegeventil 166, wodurch, wie bereits ausgeführt, die Füllstation 140 der Umwälzpendeleinrichtung 138 mit der Abgabe¬ station 146 gekoppelt wird und das Beschichtungsmaterial vom Farbvorrat 302 weg und zurück umgewälzt wird. Die in Fig. 3A dargestellte Ausführungsform verfügt somit im wesentlichen über dieselbe Umwälzung des Beschichtungsmaterials durch die Anlage 300 wie die in Fig. 3 dargestellte, jedoch wird die Umwälzung nach Fig. 3A durch das Schließen der Abgabeeinrichtungen 12 ausgelöst.

In Fig. 4 ist die Anlage 300 von Fig. 3 (oder Fig. 3A) so konfiguriert, dass Beschichtungsmaterial in verschiedenen Farben einer oder mehreren Abgabeeinrichtungen 12 zugeführt werden kann. Wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, wird aus drei getrennten Farbvorräten unterschiedlicher Farbe 302A, 302B und 302C drei getrennten Einrichtungen 300A, 300B und 300C Beschichtungsmaterial zugeführt. Jede der Einrichtungen 300A, 300B und 300C ist in Aufbau und Arbeitsweise identisch mit der in Fig. 3 oder 3A dargestellten Anlage 300. Jede der getrennten Einrichtungen 300A, 300B, 300C ist über eine gesonderte Speiseleitung 306A, 306B, 306C mit einem Farbwechsler 308 der Art, wie er im US-Patent 4,657,047 von Kolibas, das dem Erwerber der vorliegenden Erfindung gehört, offenbart ist, verbunden. Wie in jenem Patent ausführlich dargelegt, hat der Farbwechsler 308 die Aufgabe, über eine Leitung 310 den Abgabeeinrichtungen 12 eine ausgewählte Farbe zuzuführen. Weil jede der Einzeleinrichtungen 300A, 300B, 300C nur eine einzige Farbe liefert, müssen bei einem Farbwechsel nur der Farbwechsler 308, die Leitung 310 und die Abgabeeinrichtungen 12 gespült oder anderweitig gereinigt werden. Der Spülvorgang kann einfach und schnell in der im Patent 4,657,047 beschriebenen Weise durchgeführt werden, so dass die Stillstandszeit bei einem Farbwechsel wesentlich verkürzt wird.

Die in Fig. 3, 3A und 4 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsformen stellen somit vereinfachte Alternativen zu der in Fig. 1, 1A und 2 dargestellten Ausführungsform dar und sind besonders geeignet für Anwendungen mit hohem Materialumsatz, bei denen automatische Spritzpistolen zum Einsatz kommen.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Befördern von elektrisch leitfähigem Beschichtungsmaterial zu mindestens einer elektrostatischen Beschichtungsausgabevorrichtung (12), umfassend: Zuführen von Beschichtungsmaterial zu einem ersten Pumpenspeicher aus einer ersten Übergabeeinheit (14), die an die Beschichtungsmaterialquelle (34, 302) und an die Beschichtungsmaterialausgabevorrichtung (12) angeschlossen ist, wobei die Übergabeeinheit (14) den ersten Pumpenspeicher von der Beschichtungsausgabevorrichtung elektrisch isoliert hält, während dem ersten Pumpenspeicher Beschichtungsmaterial zugeführt wird, Beschicken eines zweiten Pumpenspeichers mit Beschichtungsmaterial aus einer zweiten Übergabeeinheit (14), die an die Beschichtungsmaterialquelle (34, 302) und die Beschichtungsausgabevorrichtung (12) angeschlossen ist, wobei die zweite Übergabeeinheit (14) den zweiten Pumpenspeicher von der Beschichtungsausgabevorrichtung (12) elektrisch isoliert hält, während dem zweiten Pumpenspeicher Beschichtungsmaterial zugeführt wird, Befördern von Beschichtungsmaterial aus dem einen ersten oder zweiten Pumpenspeicher zur Beschichtungsausgabevorrichtung, während dieser eine Pumpenspeicher von der Quelle (34, 302) elektrisch isoliert gehalten wird, und Umstellen des zur Beschichtungsausgabevorrichtung (12) beförderten Beschichtungsmaterialstromes zum anderen ersten oder zweiten Pumpenspeicher, wenn das Beschichtungsmaterial aus dem einen Pumpenspeicher entleert ist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, das außerdem umfasst: Erzeugen eines den Leerzustand des einen ersten oder zweiten Pumpenspeichers darstellenden Signals und Umstellen des zur Beschichtungsausgabevorrichtung (12) beförderten Beschichtungsmaterialstromes zum anderen ersten oder zweiten Pumpenspeicher in Reaktion auf das Signal.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem der Schritt des Beförderns von Beschichtungsmaterial das Befördern von Beschichtungsmaterial zu der Beschichtungsausgabevorrichtung durch die Bewegung eines Kolbens im ersten oder zweiten Pumpenspeicher umfasst, und bei dem der Schritt des Erzeugens eines Signals das Messen der Bewegung des Kolbens im Speicher und Erzeugen eines Signals, wenn der Kolben eine vorgegebene Position erreicht, umfasst.

4. Verfahren gemäß einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die erste Übergabeeinheit (14) beweglich ist, bei dem das Beschicken des ersten Pumpenspeichers das Leiten von Beschichtungsmaterial von der Quelle (34, 302) durch die erste Übergabeeinheit (14) in einer Beschickungsposition zum ersten Pumpenspeicher umfasst, während die bewegliche erste Übergabeeinheit (14) in der Beschickungsposition sowohl zum Sperren des Stromes des leitfähigen Materiales aus dem ersten Pumpenspeicher zur Ausgabevorrichtung (12) als auch zum Erzeugen einer Spannungssperre dazwischen genutzt wird, und bei dem die Beförderung aus dem ersten Pumpenspeicher zur Ausgabevorrichtung (12) das Leiten von Beschichtungsmaterial aus dem ersten Pumpenspeicher durch die bewegliche erste Übergabeeinheit (14) in einer Entnahmeposition zur Ausgabevorrichtung (12) umfasst, während die erste Übergabeeinheit (14) in der Entnahmeposition sowohl zum Sperren des Stromes des leitfähigen Materiales von der Quelle (34, 302) zum ersten Pumpenspeicher als auch zum Erzeugen einer Spannungssperre dazwischen genutzt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die zweite Übergabeeinheit (14') beweglich ist, bei dem das Beschicken des zweiten Pumpenspeichers das Leiten von Beschichtungsmaterial von der Quelle (34, 302) durch die zweite bewegliche Übergabeeinheit (14') in einer Beschickungsposition zum zweiten Pumpenspeicher umfasst, während die zweite bewegliche Übergabeeinheit (141) in der Beschickungsposition sowohl zum Sperren des Stromes des leitfähigen Materiales aus dem zweiten Pumpenspeicher zur Ausgabevorrichtung (12) als auch zum Erzeugen einer Spannungssperre dazwischen genutzt wird, und bei dem die Beförderung aus dem zweiten Pumpenspeicher zur Ausgabevorrichtung (12) das Leiten von Beschichtungsmaterial aus dem zweiten Pumpenspeicher durch die bewegliche zweite Übergabeeinheit (14') in einer Entnahmeposition zur Ausgabevorrichtung (12) umfasst, während die zweite Übergabeeinheit (14') in der Entnahmeposition sowohl zum Sperren des Stromes des leitfähigen Materiales von der Quelle (34, 302) zum zweiten Pumpenspeicher als auch zum Erzeugen einer Spannungssperre dazwischen genutzt wird, und bei dem der Beschichtungsmaterialstrom zur Ausgabevorrichtung (12) vom ersten Pumpenspeicher zum zweiten Pumpenspeicher durch Steuerung der Arbeitsweise der beweglichen Übergabeeinheiten (14, 14') umgestellt wird.







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