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Dokumentenidentifikation DE102004052949A1 04.05.2006
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von Strömungsverhältnissen in einem Leitungsstrang
Anmelder Nordson Corp., Westlake, Ohio, US
Erfinder Kleineidam, Ulf, 22299 Hamburg, DE;
Kleineidam, Andreas, 25337 Elmshorn, DE
Vertreter Eisenführ, Speiser & Partner, 28195 Bremen
DE-Anmeldedatum 29.10.2004
DE-Aktenzeichen 102004052949
Offenlegungstag 04.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2006
IPC-Hauptklasse B05B 7/14(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B65G 53/66(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Strömungsverhältnissen in einem Leitungsstrang (28), der aus einer Förderpumpe (2) mit einem Gemisch aus pulverförmigem Materil und Förderdruckluft beaufschlagt wird, indem mindestens zwei Kammern (10, 12) der Förderpumpe (2) im Wechsel mit pulverförmigem Material befüllt und durch Zufuhr von Förderdruckluft aus einer Druckluftquelle (48) in eine zuvor befüllte Kammer (10, 12) in den Leitungsstrang (28) entleert werden. Um Schwankungen der Strömungsverhältnisse und insbesondere Verstopfungen innerhalb des Leitungsstrangs (28) zu detektieren und auf diese Weise eine kontinuierliche Prozessüberwachung zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Durchflussmenge der Förderdruckluft in einer von der Druckluftquelle (48) zu den beiden Kammern (10, 12) führenden gemeinsamen Druckluftzufuhrleitung (70) gemessen und ausgewertet wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Strömungsverhältnissen in einem Leitungsstrang gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 9.

In Pulverbeschichtungsanlagen werden häufig sogenannte Dichtstrompumpen eingesetzt, um Pulverlack mit Druckluft aus einem Vorratsbehälter durch eine Schlauchleitung zu Sprühpistolen oder anderen Sprühauftragsvorrichtungen zu fördern, aus denen der Lack dann auf die zu beschichtenden Gegenstände aufgesprüht werden kann.

Eine solche Dichtstrompumpe zur Pulverlackförderung ist zum Beispiel aus der DE 102 47 829 A1 und der DE 102 61 053 A1 der Anmelderin bekannt. Die bekannte Pumpe weist zwei parallele Dosierkammern auf, von denen jeweils eine mit einem Unterdruck beaufschlagt wird, um Pulverlack aus dem Vorratsbehälter in diese Kammer zu saugen, während die andere gleichzeitig mit Förderdruckluft beaufschlagt wird, um den zuvor in die Kammer gesaugten Pulverlack in die Schlauchleitung zu drücken. Durch die Schlauchleitung wird der Pulverlack dann von der Förderdruckluft in Form von aufeinanderfolgenden "Pfropfen" zu den Sprühpistolen oder anderen Sprühauftragsvorrichtungen gefördert.

Auch die DE 199 59 468 A1 und die EP 1 106 547 A1 offenbaren Dichtstrompumpen dieser Art, bei denen zwei oder mehr Dosierkammern im Wechsel befüllt und in ein Austragsrohr entleert werden.

Da die Sprühpistolen bei der Pulverbeschichtung für einen gleichmäßigen Pulverauftrag von den Bedienungspersonen um die zu beschichtenden Gegenstände herum bewegt werden und dabei die Schlauchleitungen nachgezogen werden müssen, kann es manchmal zu Knickstellen in den Schlauchleitungen kommen, was infolge der damit verbundenen Querschnittsverengung zu einem Verstopfen der Leitungen führen kann. Dies führt zu einer Unterbrechung oder Störung des Arbeitsablaufs und macht es erforderlich, die verstopften Leitungen mit zusätzlichem Zeit- und Arbeitsaufwand auszublasen. Ähnliche Probleme können auch bei automatischen Sprühauftragsvorrichtungen auftreten, wenn die zu diesen führenden Schlauchleitungen schlecht verlegt sind.

Die aus der DE 102 47 829 A1 und der DE 102 61 053 A1 bekannte Tandempumpe wird darüber hinaus auch bei der Herstellung von Schläuchen aus Kunststoff oder Gummi eingesetzt, um diese Schläuche während ihrer Extrusion von innen her mit Talkpulver als Gleitmittel zu beschichten. Das Talkpulver wird dort von der Tandempumpe durch eine Rohrleitung zu einer in der Mitte der Extrusionsdüse angeordneten Blasdüse gefördert, aus der es in den aus der Extrusionsdüse austretenden Schlauch geblasen wird, wobei die mit Talk beladene Förderdruckluft diesen auf seiner gesamten Länge durchströmt. Wenn es bei diesem Verfahren in der Nähe der Extrusionsdüse zu einer Verstopfung des Schlauchs durch Talkpulver kommt, bewegt sich diese Verstopfung mit hoher Geschwindigkeit von der Extrusionsdüse weg. Wenn die Bedienungsperson des Extruders die Verstopfung nicht schnell genug erkennt, führt dies dazu, dass aus dem fertigen Schlauchstrang lange Schlauchabschnitte herausgeschnitten und als unbrauchbar verworfen werden müssen.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit denen Schwankungen der Strömungsverhältnisse und insbesondere Verstopfungen innerhalb des Leitungsstrangs detektierbar sind, um eine kontinuierliche Prozessüberwachung zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Durchflussmenge der Förderdruckluft in einer von der Druckluftquelle zu den beiden Kammern führenden gemeinsamen Druckluftzufuhrleitung mittels eines Durchflussmengenmessers zu messen und die gemessene Durchflussmenge auszuwerten.

Wenn die Durchflussmenge in der Druckluftzufuhrleitung bei gleichbleibendem Druck in der Druckluftquelle absinkt, ist dies ein Anzeichen für eine Vergrößerung des Strömungswiderstandes des Leitungsstrangs infolge einer Querschnittsverringerung. Wenn der Leitungsstrang dabei vollständig blockiert wird, zeigt sich dies in einem steilen Abfall der Durchflussmenge der Druckluft, da eine solche Verstopfung in der Regel plötzlich auftritt. Wird dabei ein vorzugsweise einstellbarer Schwellenwert unterschritten, dann wird dies der Bedienungsperson gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung durch ein Warnsignal angezeigt oder alternativ die Dichtstromförderung durch Schließen eines Ventils in der Druckluftzufuhrleitung unterbrochen.

Wenn die Abnahme der Durchfluss- oder Strömungsmenge langsamer und weniger stark erfolgt, kann die Ursache zum Beispiel eine allmähliche Anbackung von pulverförmigem Material an den Innenwänden des Leitungsstrangs sein, die sich gegebenenfalls durch eine Erhöhung des Drucks in der Druckluftzufuhrleitung beseitigen lässt. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, dass der Durchflussmengenmesser Teil einer Regelkreises ist, der Einrichtungen zur Veränderung des Drucks oder der Durchflussmenge in der Druckluftzufuhrleitung umfasst, so dass dem Absinken der Durchflussmenge durch eine Erhöhung des Drucks und/oder der Durchflussmenge entgegen gewirkt werden kann.

Eine sehr geringe Abnahme der Durchfluss- oder Strömungsmenge der Druckluft in der Druckluftzufuhrleitung kann darüber hinaus auch durch eine allmähliche Abnahme der Permeabilität eines Partikelfilters verursacht werden, der bei den bekannten Pumpen zwischen jeder Kammer und der Druckluftzufuhrleitung angeordnet ist. Dieser Partikelfilter hat die Aufgabe, einen Rückstrom von pulverförmigem Material in die Leitung zu verhindern, wenn getrennte Teilstücke derselben zwischen den Kammern und einem Mehrwege-Schaltventil abwechselnd als Druckluftzufuhrleitung und als Unterdruckleitung verwendet werden, um durch Anlegen eines Unterdrucks an den Kammern pulverförmiges Material in dieselben anzusaugen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, diese allmähliche Abnahme zu nutzen, um den optimalen Zeitpunkt für den Austausch des Partikelfilters zu ermitteln.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Durchflussmengenmessers in der gemeinsamen Druckluftzufuhrleitung hat den Vorteil, dass der Durchflussmengenmesser im Wesentlichen ununterbrochen von Druckluft durchströmt wird. Somit muss die Messung bzw. die Auswertung der gemessenen Durchflussmenge nicht unterbrochen werden, während Pulver in die Kammer angesaugt wird, da während dieses Zeitraums Druckluft in die andere oder eine der anderen Kammern zugeführt wird. Durch die reinluftseitige Anordnung des Durchflussmengenmessers kann außerdem eine Verschmutzung durch die geförderten Pulverpartikel verhindert werden, die bei einer Anordnung von Sensoren innerhalb des Leitungsstrangs hinter der Förderpumpe unvermeidlich ist.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Durchflussmenge der Förderdruckluft stromaufwärts von einem Mehrwege-Schaltventil gemessen wird, das die gemeinsame Druckluftzufuhrleitung im Wechsel mit den Kammern bzw. jede der Kammern abwechselnd mit der Druckluftquelle und einer Unterdruckquelle verbindet. Bei einer Förderpumpe mit zwei im Tandembetrieb arbeitenden Kammern ist das Mehrwege-Schaltventil vorzugsweise ein Vierwege- oder Fünfwege-Schaltventil mit zwei oder drei Eingängen und zwei Ausgängen, wobei einer der Eingänge mit der gemeinsamen Druckluftzufuhrleitung und der oder die anderen Eingänge mit einer zu einer Unterdruckquelle führenden Unterdruckleitung verbunden sind, während jeder der beiden Ausgänge mit einer der beiden Kammern verbunden ist.

Die Messung der Durchflussmenge in der Druckluftförderleitung kann grundsätzlich nach unterschiedlichen Messprinzipien erfolgen, zum Beispiel nach dem Schwebekörperprinzip, bei dem eine bewegliche Stauscheibe oder Stauklappe in einem von der Druckluft durchströmten Trichter des Durchflussmengenmessers in Abhängigkeit von der Durchflussmenge mehr oder weniger stark ausgelenkt und ihre Auslenkung über ein Drehpotentiometer oder dergleichen in ein elektrisches Auswertesignal umgewandelt wird. Ein solcher Durchflussmengenmesser besitzt eine relativ große Trägheit, so dass ein bei jedem Umschalten des Schaltventils während eines Zeitraums von 2 bis 3 Millisekunden auftretender kurzzeitiger Abfall der Durchflussmenge keine spürbaren Auswirkungen auf die gemessene Durchflussmenge hat.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird jedoch ein nach dem Hitzdraht- oder Heißfilmprinzip arbeitender Durchflussmengenmesser oder Luftmassenmesser verwendet, der eine sehr geringe Baugröße aufweist und ohne bewegliche Teile auskommt. Nach diesem Prinzip arbeitende Luftmassenmesser sind aus der Kfz-Technik bekannt, wo sie zur Messung des Ansaugluftstroms von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Wegen des schnellen Ansprechverhaltens derartiger Durchflussmengen- oder Luftmassenmesser wird für die Auswertung bevorzugt diejenige Durchflussmenge herangezogen, die in einem kurzen Zeitabstand von 5 bis 10 Millisekunden nach dem Umschalten des Wegeventils gemessen wird, so dass der kurzzeitige Abfall der Durchflussmenge beim Umschalten des Ventils das Ergebnis der Auswertung nicht beeinflusst.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die gemessene Durchflussmenge in der Druckluftförderleitung auch herangezogen werden, um die durch den Leitungsstrang geförderte Pulvermenge zu bestimmen, beispielsweise durch Auswertung von Kennfeldern, in denen die jeweilige pro Zeiteinheit durch den Leitungsstrang geförderte Pulvermenge in Abhängigkeit von der gemessenen Durchflussmenge und anderen Betriebsparametern der Förderpumpe abgelegt ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1: eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zur pneumatischen Förderung von Pulverlack im Dichtstromverfahren mit zwei Dosierkammern;

2: eine teilweise geschnittene und etwas schematisierte Ansicht der Vorrichtung entsprechend 1;

3: eine vergrößerte Längsschnittansicht eines Teils von einer der beiden Dosierkammern der Vorrichtung;

4: ein vereinfachtes Pneumatikschaltbild eines Teils der Vorrichtung;

5: eine Ansicht eines Durchflussmengenmessers der Vorrichtung;

6: eine Schnittansicht eines bevorzugten Unterdruckerzeugers der Vorrichtung.

Die in 1 und 2 der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 2 wird eingesetzt, um in einer Pulverbeschichtungsanlage Pulverlack für die elektrostatische Pulverlackierung von Gegenständen pneumatisch im Dichtstromverfahren aus einem Vorratsbehälter 6 zu einer Sprühpistole 8 zu fördern.

Alternativ dazu kann die in 1 und 2 dargestellte Vorrichtung jedoch auch bei der Extrusion von Schläuchen aus Kunststoff oder Gummi eingesetzt werden, um Talkpulver mittels Druckluft aus einem Vorratsbehälter zu einer Extrusionsdüse (nicht dargestellt) zu fördern, durch die das Talkpulver-/Druckluftgemisch ins Innere eines gerade extrudierten Schlauchs zugeführt wird, um diesen auf seiner Innenseite zur Reibungsminderung mit dem Talkpulver zu beschichten.

Wie am besten in 2 dargestellt, weist die Vorrichtung 2 zwei parallele zylindrische Dosierkammern 10, 12 auf, deren entgegengesetzte offene Stirnenden einen Einlass 14, 16 bzw. einen Auslass 18, 20 für das jeweils geförderte pulverförmige Material 4 bilden und mit einem Y-förmigen Leitungsabschnitt 22 einer zum Vorratsbehälter 6 führenden Beschickungsleitung 24 bzw. mit einem Y-förmigen Leitungsabschnitt 26 einer zur Sprühpistole 8 führenden flexiblen Förderleitung 28 verbunden sind.

Jede der beiden Dosierkammern 10, 12 ist im Bereich ihres Einlasses 14, 16 und ihres Auslasses 18, 20 mittels eines Quetschventils 30 verschließbar. Die Quetschventile 30 für die beiden Einlässe 14, 16 sind ebenso wie die Quetschventile 30 für die beiden Auslässe 18, 20 jeweils mittels eines zwischen den beiden Dosierkammern 10, 12 angeordneten doppeltwirkenden Pneumatikzylinders 32 betätigbar. Die Pneumatikzylinder 32 weisen jeweils zwei Kolbenstangen 34 auf, die nach entgegengesetzten Seiten überstehen und deren sphärisch gerundete freie Enden 36 am Einlass 14, 16 bzw. am Auslass 18, 20 durch Ausnehmungen 38 in einem starren zylindrischen Außenwandabschnitt 40 der benachbarten Dosierkammer 10, 12 hindurch mit einem elastisch verformbaren nachgiebigen Innenwandabschnitt 42 der Kammer 10, 12 in Eingriff treten, um diesen gegen einen gegenüberliegenden Kammerwandteil zu drücken und den Einlass 14, 16 bzw. den Auslass 18, 20 luftdicht zu verschließen. Außer im Bereich der Ausnehmungen 38 sind die elastischen Innenwandabschnitte 42 fest mit den starren Außenwandabschnitten verbunden, um ihre Kontraktion beim Anlegen eines Unterdrucks in der Kammer 10, 12 zu verhindern.

Die beiden Pneumatikzylinder 32 sind jeweils durch ein elektromagnetisches Mehrwege-Schaltventil 44, 46 (1) mit einem Druckluftbehälter 48 (4) verbunden. Im Förderbetrieb werden die beiden Schaltventile 44, 46 immer so geschaltet, dass die Pneumatikzylinder 32 kreuzweise mit Druckluft beaufschlagt werden, so dass bei einer Kammer 10 der Einlass 14 geöffnet und der Auslass 18 geschlossen ist, während bei der anderen Kammer 12 der Einlass 16 geschlossen und der Auslass 20 geöffnet ist, oder umgekehrt (wie in 2 dargestellt).

Um ein Ansaugen von Pulverlack 4 aus dem Vorratsbehälter 6 in die Kammer 10 bzw. 12 mit dem geöffneten Einlass 14 bzw. 16 und ein Ausstoßen des angesaugten Pulverlacks 4 aus der Kammer 12 bzw. 10 mit dem geöffneten Auslass 20 bzw. 18 in die Förderleitung 28 zu ermöglichen, sind die beiden Kammern 10, 12 jeweils mit einem luftdurchlässigen und für Pulverlack 4 undurchlässigen hohlzylindrischen Filterelement 50 versehen, das die Kammer 10, 12 zwischen ihrem Einlass 14, 16 und ihrem Auslass 18, 20 auf einem Teil ihrer Länge in Umfangsrichtung begrenzt und einen Umfangswandabschnitt der Kammer 10, 12 bildet.

Das hohlzylindrische Filterelement 50 besteht aus gesintertem Polyethylen mit einer Wanddicke zwischen 2 und 4 mm und einer Porengröße von etwa 5 um und weist einen Innendurchmesser zwischen 5 und 30 mm auf, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser der an beiden Seiten angrenzenden Wandabschnitte 40, 42, der Y-förmigen Leitungsabschnitte 22 und 26 sowie der Beschickungsleitung 24 und der Förderleitung 28 entspricht. Das Filterelement 50 erstreckt sich etwa über die halbe Kammerlänge (zwischen den Mitten der Quetschventile 30 gemessen), wobei es zweckmäßig eine Länge zwischen 20 und 70 mm aufweist. An seinen beiden Stirnenden ist das Filterelement luftdicht mit dem jeweils anschließenden Umfangswandabschnitt 40, 42 verbunden.

Wie am besten in 3 dargestellt, ist jedes Filterelement 50 von einem Gehäuse 52 umgeben, das durch einen zylindrischen Ringraum 54 vom Filterelement 50 getrennt ist und einen Anschluss 56 aufweist, der abwechselnd mit Unterdruck aus einem Unterdruckerzeuger 58 (4) und mit Druckluft aus dem Druckluftbehälter 48 beaufschlagbar ist. An den beiden entgegengesetzten Stirnenden des Gehäuses 52 und des Filterelements 50 ist jeweils ein Schlauchstutzen 58 vorgesehen, auf den der anschließende elastisch nachgiebige Umfangswandabschnitt 42 aufgeschoben und mittels Schlauchschellen (nicht dargestellt) befestigt werden kann. Die Schlauchstutzen sind 58 durch Überwurfmuttern 60 mit dem Gehäuse 52 verschraubt. Zwischen den Schlauchstutzen 58 und das Filterelement 50 bzw. das Gehäuse 52 eingesetzte Dichtringe 62, 64 sorgen dafür, dass bei der Beaufschlagung der Kammer 10, 12 mit Druckluft in diesem Bereich keine Druckluft aus der Kammer 10, 12 oder aus dem Ringraum 54 des Gehäuses 52 entweicht und bei der Beaufschlagung der Kammer 10, 12 mit Unterdruck keine Luft von außen in die Kammer 10, 12 oder in den Ringraum 54 eintritt.

Wie am besten in 4 dargestellt, wird der Druckluft-/Unterdruck-Anschluss 56 am Gehäuse 52 jeder Dosierkammer 10, 12 über ein elektromagnetisches 5-Wege-Schaltventil 66 abwechselnd mit dem Unterdruckerzeuger 58 und mit dem Druckluftbehälter 48 verbunden, um die jeweilige Kammer 10, 12 zur Ansaugung von Pulverlack 4 aus dem Vorratsbehälter 6 bei geöffnetem Einlass 14 bzw. 16 und geschlossenem Auslass 18 bzw. 20 mit Unterdruck zu beaufschlagen bzw. um den in die Kammer 10, 12 gesaugten Pulverlack 4 bei geschlossenem Einlass 14 bzw. 16 und geöffnetem Auslass 18 bzw. 20 durch Zufuhr von Druckluft in die Kammer 10, 12 aus der Kammer 10, 12 auszustoßen und im Dichtstrom- oder sogenannten Pfropfen-Förderverfahren durch die Förderleitung 28 zu drücken.

Der durch einen Verdichter 68 mit Druckluft befüllbare Druckluftbehälter 48 ist mit einem der drei Eingänge des 5-Wege-Schaltventils 66 über eine Druckluftzufuhrleitung 70 verbunden, durch die beide Kammern 10, 12 gemeinsam mit Förderdruckluft versorgt werden. In die Druckluftzufuhrleitung ist ein Durchflussmengenmesser 72 eingesetzt, der zwischen einem Druckregler 74 und dem 5-Wege-Schaltventil 66 angeordnet ist. Die beiden anderen Eingänge des 5-Wege-Schaltventils 66 sind darüber hinaus durch eine Leitung 76 mit dem als Vakuuminjektor ausgebildeten Unterdruckerzeuger 58 verbunden.

An Stelle eines 5-Wege-Schaltventils könnte auch ein 4-Wege-Schaltventil verwendet werden, von dessen beiden Eingängen einer über den Durchflussmengenmesser 72 und den Druckregler 74 und mit dem Druckluftbehälter 48 und der andere mit dem Unterdruckerzeuger 58 verbunden ist, während die beiden Ausgänge jeweils mit einer der beiden Kammern 10, 12 verbunden sind, so dass diese bei jedem Umschalten des Ventils abwechselnd mit Druckluft bzw. mit Unterdruck beaufschlagt werden.

Zeitgleich mit dem Umschalten des 5-Wege-Schaltventils 66 werden auch die beiden Mehrwege-Schaltventile 44, 46 (1) in den Druckluftzuleitungen der Pneumatikzylinder 32 umgeschaltet, um bei der unmittelbar zuvor entleerten Kammer 10 bzw. 12 den Auslass 18 bzw. 20 zu schließen und den Einlass 14 bzw. 16 zu öffnen, sowie bei der unmittelbar zuvor befüllten Kammer 12 bzw. 10 den Einlass 16 bzw. 14 zu schließen und den Auslass 20 bzw. 18 zu öffnen.

Wie in 5 dargestellt, besteht der nach dem Hitzdraht-Prinzip arbeitende Luftmassen- oder Durchflussmengenmesser 72 im Wesentlichen aus einem luftdicht in eine Öffnung in der Wand der Druckluftzufuhrleitung 70 einsetzbaren Gehäuse 78 und einem aus dem Gehäuse 78 ins Innere der Druckluftzufuhrleitung 70 überstehenden Hitzdrahtelement 80, das über externe Anschlüsse 82 und ein an eine Auswerteschaltung 88 angeschlossenes Strommessgerät 84 mit einer Heizstromquelle 86 verbindbar ist. Das Hitzdrahtelement 80 umfasst einen drahtförmigen Heizwiderstand 90 aus Platin, der zusammen mit einem Temperaturmesswiderstand, einem Sensorwiderstand und einem einstellbaren Widerstand (nicht im einzelnen dargestellt) eine Brückenschaltung bildet, die als dünner Film auf die Oberfläche eines von der Förderdruckluft umströmten Keramikträgers 92 aufgebracht ist. Im Betrieb des Durchflussmengenmessers 72 wird die Brückenschaltung so abgeglichen, dass eine konstante Temperaturdifferenz zwischen dem Heizwiderstand 90 und dem Temperaturmesswiderstand aufrechterhalten wird. Da die am Hitzdrahtelement 80 vorbei strömende Förderdruckluft den Heizwiderstand 90 abkühlt, muss der zur Aufrechterhaltung dieser Temperaturdifferenz zum Heizwiderstand 90 zugeführte Strom umso größer sein, je größer der vorbeitretende Luftmassenstrom und damit die Abkühlung des Heizwiderstandes 90 ist, da der Temperaturmesswiderstand durch die Größe des Luftmassenstroms unbeeinflusst bleibt. Der zum Heizwiderstand 90 zugeführte Strom wird vom Strommessgerät 84 gemessen und anschließend in der Auswerteschaltung 88 ausgewertet. Dabei wird der Auswertung der etwa 10 Millisekunden nach dem Umschalten des 5-Wege-Schaltventils 66 gemessene Strom zugrunde gelegt, wodurch vermieden werden kann, dass die gemessene Durchflussmenge durch das Absinken des Luftmassenstroms infolge des etwa 3 Millisekunden währenden Umschaltens des 5-Wege-Schaltventils 66 beeinflusst wird. Wenn der gemessene Strom immer in einem konstanten Zeitabstand nach dem Umschalten des 5-Wege-Schaltventils 66 gemessen wird, kann außerdem eine eventuelle geringfügige Beeinflussung der Durchflussmenge durch unterschiedliche Pulvermengen in der Kammer 10, 12 vermieden werden.

Ein plötzliches Absinken des gemessenen Stroms, d.h. die Unterschreitung eines zuvor eingestellten Schwellenwerts des Stroms, wird von der Auswerteschaltung 88 als Verstopfung in der Schlauchleitung 28 oder in einem der Leitungsabschnitte 26 gedeutet. Diese Verstopfung wird entweder der Bedienungsperson der Sprühpistole 8 durch ein Warnsignal angezeigt, oder die Beaufschlagung der Kammern 10, 12 mit Druckluft und Unterdruck wird durch Schließen von Absperrventilen (nicht dargestellt) in der Leitung 70 bzw. 76 bis zur Beseitigung der Verstopfung unterbrochen. Alternativ kann der Durchflussmengenmesser 72 jedoch auch Teil eines Regelkreises (nicht dargestellt) sein, der im Falle eines plötzlichen Absinkens des gemessenen Stroms mit Hilfe des Druckreglers 74 den Druck in der Leitung 70 kurzzeitig erhöht, um die Verstopfung zu beseitigen. Dabei kann zuvor ein Warnsignal emittiert werden, das der Bedienungsperson der Sprühpistole 8 die vorgesehene Druckerhöhung anzeigt, so dass der Sprühstrahl vorübergehend von dem zu beschichtenden Gegenstand weg gerichtet werden kann.

Wie am besten in 6 dargestellt, weist der Vakuuminjektor 58 eine mit Druckluft P aus dem Druckluftbehälter 48 gespeiste Injektordüse 94 auf. Bei der Zufuhr von Druckluft in die Injektordüse 94 wird nach dem Venturi-Prinzip in einem den Auslass 96 der Injektordüse 94 umgebenden Ringraum 98 ein Unterdruck erzeugt, der über einen Anschlussstutzen 80 und die Leitung 76 an den beiden mit dem Unterdruckerzeuger 58 verbundenen Einlässen des 5-Wege-Schaltventils 66 und bei jedem Umschalten desselben abwechselnd an jeweils einer der beiden Kammern 10, 12 angelegt wird, während die jeweils andere Kammer 12, 10 gleichzeitig mit Druckluft beaufschlagt wird.

Wie am besten in 2 dargestellt, wird durch das Anlegen eines Unterdrucks U bei geöffnetem Einlass 16 Pulverlack 4 aus dem Vorratsbehälter 6 bzw. aus der Beschickungsleitung 24 in die eine Kammer 12 gesaugt, während die durch das Filterelement 50 in die andere Kammer 10 zugeführte Druckluft P den zuvor in diese Kammer 10 angesaugten Pulverlack 4 durch den Auslass 18 und durch den einen Arm des Y-förmigen Leitungsabschnitts 26 in die Förderleitung 28 drückt. Um für eine möglichst reibungslose Förderung ohne größere Druckverluste zu sorgen, ist der Y-förmige Leitungsabschnitt 26 ebenso wie der Y-förmige Leitungsabschnitt 22 im Bereich seiner Biegungen, d.h. an den Verbindungsstellen zwischen dem Fuß und den beiden Armen des Y sowie zwischen dem jeweiligen Arm und dem Einlass 14, 16 der zugehörigen Kammer 10, 12 jeweils um weniger als 30 Grad gekrümmt.

Die während der Förderung durch das Filterelement 50 in die jeweilige Kammer 10, 12 zugeführte Druckluft drückt nicht nur den in der Kammer 10, 12 enthaltenen Pulverlack 4 in die Förderleitung 28, sondern reinigt auch die zylindrische innere Oberfläche des Filterelements 50 von anhaftendem Pulverlack 4, der infolge des zuvor angelegten Unterdrucks an diese Oberfläche angesaugt worden ist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass der beim Beaufschlagen der Kammer 10, 12 mit Druckluft innerhalb der Kammer 10, 12 erzeugte Druckstoß nicht immer ausreicht, um auch die übrigen inneren Oberflächen der Kammer 10, 12 und des Filterelements 50 von Pulverpartikeln zu reinigen, da diese infolge einer triboelektrischen Aufladung relativ fest an den Oberflächen haften können. Grundsätzlich ist es zwar möglich, zur Reinigung einer Dosierkammer, wie beispielsweise der Kammer 10, durch eine entsprechende Schaltung der Mehrwege-Schaltventile 44, 46 der Pneumatikzylinder 32 sowohl den Einlass 14 und den Auslass 18 dieser Kammer 10 zu öffnen (und den Einlass 16 und den Auslass 20 der anderen Kammer 12 zu schließen), um diese Kammer 10 dann zusammen mit der Förderleitung 26 und der Beschickungsleitung 24 vom Vorratsbehälter 6 oder von der Sprühpistole 8 her auszublasen.

Da eine derartige Reinigung des gesamten Leitungsstrangs jedoch nicht immer erwünscht ist, sind die beiden Kammern 10, 12 jeweils mit einem zusätzlichen Reinigungsventil 102 (2) versehen, durch das Druckluft zur Reinigung der Kammer 10, 12 ins Innere derselben eingeblasen werden kann. Das zwischen dem Filterelement 50 und dem Einlass 14, 16 (oder dem Auslass 18, 20) radial von der Seite her in die Kammer 10, 12 mündende Reinigungsventil 102 besteht im Wesentlichen aus einem metallischen Rohrnippel 104 mit ringförmigem Querschnitt, der mittels eines Außengewindes auf seinem von der Kammer 10, 12 abgewandten dickeren Ende luftdicht in eine Innengewindebohrung eines über die Kammerwand 42 überstehenden Rohrstutzens 88 eingeschraubt ist und dessen der Kammer 10, 12 zugewandtes dünneres Ende stirnseitig geschlossen ist und in seiner zylindrischen Umfangswand 108 mehrere radiale Bohrungen 110 aufweist. Auf dem dünneren Ende des Nippels 104 ist eine Membran in Form eine Schlauchstücks 106 aus einem gummielastischen Material befestigt, die unter Zugspannung lose gegen seine äußere Umfangsfläche anliegt und die Bohrungen 110 verschließt, wie in 2 unten dargestellt. Während der Zufuhr von Druckluft in das Reinigungsventil 102 wird die Membran 106 durch die Druckluft von der äußeren Umfangsfläche des Nippels 104 abgehoben, so dass die Druckluft zwischen der Membran 106 und dieser Umfangsfläche hindurch in die Kammer 10 strömen kann, wie in 2 oben dargestellt. Bei Beendigung der Druckluftzufuhr legt sich die verformte Membran 106 infolge ihrer elastischen Rückstellkraft wieder gegen die Umfangsfläche des Nippels 104 an und verhindert, dass bei einer späteren Beaufschlagung der Kammer 10, 12 mit Druckluft Pulverlack 4 durch das Reinigungsventil 102 hindurch austreten kann.

Trotz einer regelmäßigen Reinigung lässt sich jedoch nicht verhindern, dass sich die Poren des Filterelements 50 auf dessen der Kammer 10, 12 zugewandten Innenseite allmählich mit Feinstaub zusetzen, der in die Poren eindringt und sich trotz der Beaufschlagung des Filterelements 50 mit Druckluft oder Reinigungsluft nicht mehr vollständig beseitigen lässt. Aus diesem Grund muss das Filterelement 50 in regelmäßigen Zeitintervallen ausgetauscht werden. Dabei lässt sich der optimale Zeitpunkt für den Austausch des Filterelements 50 ebenfalls mit Hilfe des Durchflussmengenmessers 72 ermitteln, indem die über vorgegebene Zeitintervalle gemessenen Ströme gemittelt und die Mittelwerte von der Auswerteschaltung über einen längeren Zeitraum hinweg verglichen werden. Dieser Vergleich ergibt eine langsame stetige Abnahme der gemessenen Ströme infolge der allmählichen Abnahme der Durchflussmenge aufgrund des langsamen Zusetzens des Filterelements 50, woraus sich der optimale Zeitpunkt des Austauschs des Filterelements 50 errechnen lässt.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Überwachung von Strömungsverhältnissen in einem Leitungsstrang, der aus einer Förderpumpe mit einem Gemisch aus pulverförmigem Material und Förderdruckluft beaufschlagt wird, indem mindestens zwei Kammern der Förderpumpe im Wechsel mit pulverförmigem Material befüllt und durch Zufuhr von Förderdruckluft aus einer Druckluftquelle in die zuvor befüllte Kammer in den Leitungsstrang entleert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge der Förderdruckluft in einer von der Druckluftquelle (48) zu den beiden Kammern (10, 12) führenden gemeinsamen Druckluftzufuhrleitung (70) gemessen und ausgewertet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge der Förderdruckluft in Strömungsrichtung der Druckluft vor einem Mehrwege-Schaltventil (66) gemessen wird, das die Druckluftzufuhrleitung (70) im Wechsel mit den Kammern (10, 12) verbindet.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswertung diejenige Durchflussmenge zugrunde gelegt wird, die in einem vorbestimmten Zeitabstand nach jedem Umschalten des Mehrwege-Schaltventils (66) gemessen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung eines vorgegebenen Schwellenwerts der gemessenen Durchflussmenge ein Signal angezeigt und/oder die Förderung durch den Leitungsstrang (28) unterbrochen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abnahme der gemessenen Durchflussmenge der Druck und/oder die Menge der zu den Kammern (10, 12) zugeführten Förderdruckluft erhöht wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Durchflussmenge herangezogen wird, um die pro Zeiteinheit durch den Leitungsstrang (28) geförderte Pulvermenge zu bestimmen.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Durchflussmenge herangezogen wird, um den Zeitpunkt des Austauschs eines vor jeder Kammer (10, 12) im Strömungsweg der Förderdruckluft angeordneten Filterelements (50) zu bestimmen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge mit einem Hitzdraht- oder Heißfilm-Durchflussmengenmesser (72) gemessen wird.
  9. Vorrichtung zur Überwachung von Strömungsverhältnissen in einem Leitungsstrang, der aus einer Förderpumpe mit einem Gemisch aus pulverförmigem Material und Förderdruckluft beaufschlagbar ist, wobei die Förderpumpe mindestens zwei getrennte Kammern aufweist, die im Wechsel mit pulverförmigem Material befüllbar und anschließend aus einer Druckluftquelle mit Förderdruckluft beaufschlagbar sind, um sie durch Zufuhr von Förderdruckluft in die zuvor befüllte Kammer in den Leitungsstrang zu entleeren, dadurch gekennzeichnet, dass in einer von der Druckluftquelle (48) zu den Kammern (10, 12) führenden gemeinsamen Druckluftzufuhrleitung (70) ein mit einer Auswerteeinrichtung (88) verbundener Durchflussmengenmesser (72) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmengenmesser (72) in Strömungsrichtung der Förderdruckluft vor einem Mehrwege-Schaltventil (66) angeordnet ist, das die Druckluftzufuhrleitung (70) im Wechsel mit den Kammern (10, 12) verbindet.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (88) die in einem vorbestimmten Zeitabstand nach jedem Umschalten des Mehrwege-Schaltventils (66) gemessene Durchflussmenge auswertet.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Eingang des Mehrwege-Schaltventils (66) mit einer Unterdruckquelle (58) verbunden ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmengenmesser (72) in Strömungsrichtung der Förderdruckluft zwischen dem Mehrwege-Schaltventil (66) und einem Druckregler (74) angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmengenmesser Teil eines Regelkreises zur Veränderung des Drucks und/oder der Durchflussmenge der Förderdruckluft in der Druckluftzufuhrleitung ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen eines Signals bei Unterschreitung eines vorgegebenen Schwellenwerts der Durchflussmenge und/oder zum Anzeigen des Zeitpunkts des Austauschs eines vor jeder Kammer (10, 12) im Strömungsweg der Förderdruckluft angeordneten Filterelements (50).
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Unterbrechen der Förderung bei Unterschreitung eines vorgegebenen Schwellenwerts der Durchflussmenge.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung der durch den Leitungsstrang (28) geförderten Pulvermenge unter Berücksichtigung der gemessenen Durchflussmenge.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmengenmesser ein Luftmassenmesser (72) ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmengenmesser ein Hitzdraht- oder Heißfilmluftmassenmesser (72) ist.
  20. Pulverbeschichtungsanlage, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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