Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Farb-Durchflußmenge eines motorgetriebenen Durchfluß-Steuerventils einer Farbspritzpistole, insbesondere einer automatischen Farbspritzpistole mit häufigem Durchflußmengen-und Farbwechsel, vorzugsweise für das Fließband-Spritzen von Automobilkarosserien, bei dem während des Farbdurchflusses durch das Durchfluß-Steuerventil die Durchflußmenge fortlaufend gemessen, die ermittelten Meßwerte als Ist-Werte mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen und auf der Grundlage dieses Vergleichs das Durchfluß-Steuerventil auf den Soll-Wert nachgeregelt wird. Ein solches Verfahren ist aus der EP-A-0 061 922 bekannt.
Bei dem bekannten Verfahren ist eine Regelung nur bei vorhandenem Farb-Durchfluß möglich. Vor dem Spritzvorgang ist das Ein-Aus-Ventil geschlossen und das Regelventil voll geöffnet.
Wird nun das Ein-Aus-Ventil für den Spritzvorgang geöffnet, dann fließt zunächst die volle Durchflußmenge durch die Leitung, und der Durchflußmengen-Fühler gibt ein Ist-Wert-Signal an das Regelsystem, das einen Vergleich mit dem Soll-Wert anstellt und den Durchlaß des Regelventils auf der Grundlage der festgestellten Differenz mittels eines Stellgliedes vermindert. Das bedeutet aber, daß die Mindestspritzzeit für die Ermöglichung einer Regelung größer sein muß als die Summe aus der Meßzeit, der Rechenzeit und der Änderungszeit des Regelventils. Bekanntlich arbeiten aber Durchflußmengen-Fühler vergleichsweise langsam, und die Änderungsgeschwindigkeit des Regelventils muß vergleichsweise niedrig sein, weil es sonst zu Überregelungen und damit zu sogenannten Einpendelvorgängen kommt. Damit ergeben sich in der Praxis Zeiten von mehreren Sekunden. Dies mag für lange Spritzzeiten (beispielsweise 15 bis 30 min) angängig sein, nicht jedoch bei kurzen Spritzzeiten (beispielsweise 30 sec) und führt bei extrem kurzen Spritzzeiten (beispielsweise 2 sec) zu einer völligen Unmöglichkeit der Regelung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, das vorbekannte Verfahren so zu verbessern, daß eine selbsttätige Einstellung der Durchflußmenge in kürzester Zeit und mit hoher Genauigkeit möglich ist. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß zunächst eine Folge von Zuordnungen zwischen Durchflußmengenwerten und elektrischen Ventilmotor-Betätigungssignalen erstellt und als Näherungstabelle in einen Mikrocomputer eingegeben wird, daß dann durch Anwählen des gewünschten Durchflußmengenwertes der Mikrocomputer veranlaßt wird, das tabellarisch zugehörige Betätigungssignal als Steuersignal dem Ventilmotor zuzuführen und so das Durchfluß-Steuerventil vor Beginn des Farbdurchflusses bereits auf diesen Soll-Wert annäherungsweise einzustellen, und daß anschließend der Vergleich zwischen dem Soll-Wert und den Ist-Werten der Durchflußmenge im Mikrocomputer durchgeführt wird, der dann auf der Grundlage dieses Vergleichs dem Ventilmotor Regelsignale zuführt und so das Durchfluß-Steuerventil fortlaufend auf den Soll-Wert nachregelt.
Beim Erfindungsverfahren wird also vorab für jede Farbe eine Tabelle erstellt, in der verschiedenen Durchflußmengen-Werten jeweils ein Öffnungswert des Regelventils (bzw. ein bestimmtes Befehlssignal für das Regelventil-Steuerglied) zugeordnet ist. Die Erstellung dieser Tabelle erfolgt experimentell durch Spritzversuche, wobei diese Tabelle während der eigentlichen Spritzvorgänge automatisch verbessert werden kann. Wird nun ein Spritzvorgang durchgeführt, dann führt die Eingabe des Tabellenwerts dazu, daß das Regelventil bereits auf den zugehörigen Öffnungswert eingestellt wird. Erst daraufhin wird das Ein-Aus-Ventil geöffnet, und der Spitzvorgang beginnt. Nunmehr mißt der Farbdurchsatzmengen-Fühler den Ist-Wert, und bei Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert erfolgt eine Nachregelung der Öffnungsgröße des Regelventils. Dabei ist jedoch von wesentlicher Bedeutung, daß es sich hierbei nur um geringe Änderungen der Öffnungsgröße des Regelventils handelt, die wesentlich kürzere Zeiten beanspruchen als die - erwähnten - Änderungen von voller Öffnungsweite auf den Soll-Wert der vorbekannten Verfahren. Darüber hinaus aber kann auch die Änderungsgeschwindigkeit erhöht werden, weil Überregelungen aufgrund der kleinen Regelausschläge hier weniger zu befürchten sind. Mit der Erfindung, bei der ja das Regelventil bereits vor Beginn des Spritzvorgangs auf einen tabellarischen Soll-Wert eingestellt wird, kann niemals eine stark abweichende Farbdurchflußmenge versprüht werden, völlig unabhängig von der Zeitdauer des Spritzvorgangs. Selbst wenn der Spritzvorgang nur den Bruchteil einer Sekunde dauert, also eine Nachregulierung nicht möglich ist, wird der Ist-Wert der Durchflußmenge im wesentlichen dem Soll-Wert entsprechen. Ab Spritzdauern von einigen Sekunden ergibt sich dann bereits die Möglichkeit der Nachregulierung mittels Ist-Wert-Soll-Wert-Vergleich, so daß eine sehr exakte Ist-Wert-Soll-Wert-Übereinstimmung erreicht wird. Diese Vorteile sind auch bei Farbumstellungen sofort vorhanden. Nach Vorgabe der neuen Farbnummer stellt sich das Regelventil sofort auf den neuen Öffnungswert ein.
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung des Erfindungsverfahrens ist in Anspruch 2 gekennzeichnet.
Das Erfindungsverfahren wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :
In Figur 1 ist mit 10 eine Farbspritzpistole bezeichnet, die von einer Farbzuführleitung 11 gespeist wird. Die Leitung 11 ihrerseits wird von einer Farbwechseleinheit 12 mit Farbe versorgt, die eine Reihe von Farbanschlüssen 121 bis 1210 für verschiedene Farben, eine in ihr integrierte Spülgruppe 12 a mit Anschlüssen 12a,, 12a2 und 12a3 für Spülluft, Lösemittel und Schiebeluft und schließlich ein mit der Leitung 11 verbundenes Auslaßventil 12b aufweist. In der Leitung 11 befinden sich - in Richtung von der Farbwechseleinheit 12 zur Pistole 10 - ein Durchflußmeßgeber 13, ein Durchfluß-Steuerventil 14 und ein Freigabeventil 15. Der Durchflußmeßgeber 13 gibt seine Meßsignale über eine Leitung 13a an einen Mikrocomputer 16 weiter. Das Durchfluß-Steuerventil 14 wird über ein Getriebe 17 von einem Schrittschaltmotor 18 betätigt, der über eine Ansteuerung 19 an einer Spannungsversorgung 20 liegt, die auch zur Energieversorgung des Mikroprozessors 16 dient. Das Getriebe 17 ist über eine Meldeleitung 17a und die Ansteuerung 19 über eine Steuerleitung 19a mit dem Mikroprozessor 16 verbunden. Das Freigabeventil 15, vorzugsweise ein Magnetventil, kann manuell, etwa über einen Reed-Kontakt des Pistolenabzugs, über ein übergeordnetes Steuersystem, oder über die Verbindungsleitung 15a vom Mikrocomputer 16 aus betätigt werden. Mit 21 ist eine übliche Rückführleitung mit Ventil 21a bezeichnet.
Der Mikrocomputer 16 ist ferner mit einer Eingabe-Anzeige-Einrichtung 22 verbunden, und zwar über eine Sollwertleitung 221, eine Farbwechselleitung 222 und eine Freigabeleitung 223. Schließlich ist der Mikroprozessor 16 über eine Leitung 12c mit der Farbwechseleinheit 12 verbunden.
Mit 23 ist eine übergeordnete Steuerung bezeichnet, beispielsweise ein Großrechner, an welche der Mikrocomputer 16 über die Leitung 23a angeschlossen ist.
Für den Betrieb der Anlage gibt die Bedienungsperson über die Eingabe-Anzeige-Einrichtung 22 die gewünschte Farbart und einen Soll- Wert für den Durchfluß in den Mikrocomputer 16 ein, mit der Folge, daß dieser die Farbwechseleinheit 12 entsprechend einstellt und über die Ansteuereinheit 19 und/oder das Getriebe 17 das Durchflußventil 14 auf diesen Soll-Wert einsteuert. Öffnet nun die Bedienungsperson das Freigabeventil 15, etwa durch Betätigen des Pistolenabzugs oder durch Druck auf eine entsprechende Taste der Eingabe-Anzeige-Einheit 22, dann ergibt sich in der Leitung 11 eine Farbströmung, wobei der Durchflußmeßgeber 13 dem Mikrocomputer 16 die Ist-Werte des Durchflusses in der Leitung 11 übermittelt. Aufgrund dieser Ist-Werte regelt der Mikrocomputer 16 das Durchflußventil 14 auf den exakten Soll-Wert ein und sorgt dafür, daß dieser Soll-Wert exakt beibehalten wird. Wesentlich dabei ist, daß zunächst eine schnelle Steuerung des Durchlaßventils 14 auf den - ungefähren - Soll-Wert erfolgt, wobei dies sowohl bei offenem als auch bei geschlossenem Freigabeventil 15 erfolgen kann, und daß dann auf der Grundlage der Messung der tatsächlichen Durchflußwerte, also der Ist-Werte, ein Regelvorgang zur Erzielung und Erhaltung des exakten SollWerts durchgeführt wird.
Vor der ersten Inbetriebnahme, beispielsweise am Morgen vor Produktionsbeginn, wird eine Durchflußmengen-Tabelle erstellt. Das bedeutet, daß man für jede Farbe für verschiedene Durchflußwerte die Positionen des Schrittmotors 18 bzw. des Getriebes 17, welche bestimmten Öffnungsweiten des Durchfluß-Steuerventils 14 entsprechen, festlegt. Das Erstellen der Tabelle kann aber auch selbsttätig durch den Mikroprozessor erfolgen, wozu jedoch ein Farbfluß (Test-Sprühen) erforderlich ist. Liegt eine lineare Abhängigkeit vor, dann genügen für jede Farbe zwei Daten, ist die Abhängigkeit nicht linear, dann sind mehrere Tabellenwerte zu erstellen, wobei deren Anzahl von der geforderten Anfangsgenauigkeit abhängt. In der Praxis hat sich gezeigt, daß zufriedenstellende Ergebnisse dann erreicht werden, wenn der Tabellenfehler unter zehn Prozent liegt, die Abweichung des Tabellen-Soll-Wertes vom tatsächlichen Soll-Wert also zehn Prozent nicht überschreitet. Die erstellten Tabellenwerte werden dann im Mikrocomputer 16 abgespeichert. Wird nun die Produktion begonnen, dann gibt die Bedienungsperson oder das übergeordnete Steuerungssystem - wie erwähnt- in den Mikrocomputer den gewünschten Durchflußmengen-Soll-Wert und die gewünschte Farbe ein. Der Mikrocomputer betätigt dann auf der Grundlage der abgespeicherten Tabelle den Schrittmotor 18 und/oder das Getriebe 17 und stellt damit das Durchfluß-Steuerventil 14 auf einen Apriori-Wert ein, der einer Durchflußmenge nahe dem Durchflußmengen-Soll-Wert, beispielsweise mit einer Abweichung von maximaI±10%, entspricht. Wird durch Öffnen des Freigabeventils 15 die Strömung in der Leitung 11 in Gang gesetzt, dann übermittelt der Durchflußmengengeber 13 dem Mikrocomputer 16 fortlaufend die tatsächlichen Ist-Werte der Durchflußmenge und der Mikrocomputer 16 regelt auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen Ist-Wert und Soll-Wert das Ventil 14 nach, bis Ist-Wert und Soll-Wert übereinstimmen, was in der Praxis als gegeben angesehen werden kann, wenn die Abweichung unter drei Prozent liegt. Wird ein neuer Soll-Wert eingegeben, dann errechnet der Mikrocomputer 16 auf der Grundlage der abgespeicherten Tabelle die neue Position des Schrittmotors und stellt das Ventil 14 auf den neuen Apriori-Wert ein, wozu Zeiten bis maximal etwa 1 Sekunde erforderlich sind. Anschließend erfolgt dann wiederum der erwähnte Regelvorgang bis zur Erreichung der Übereinstimmung zwischen Soll-Wert und Ist-Wert. Wie erwähnt kann dabei die Einstellung des Apriori-Wertes sowohl im Ruhezustand (keine Farbströmung) als auch im Betriebszustand (Farbströmung) erfolgen ; der Regelvorgang dagegen erfordert verständlicherweise das Vorliegen einer Farbströmung.
Bezüglich der abgespeicherten Tabelle ist zu berücksichtigen, daß bei gegebener Öffnungsweite des Ventils 14 die Durchlaßmenge von der Viskosität der hindurchströmenden Farbe abhängig ist, wobei die Viskosität ihrerseits eine Funktion der Temperatur ist. Temperaturänderungen während des Tages führen also dazu, daß die beispielsweise am Morgen abgespeicherte Tabelle ungenauer wird. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, den Mikrocomputer mit einem Tabellen-Korrekturprogramm zu versehen, das in Abhängigkeit von einem Temperaturgeber oder von den während des Betriebs vom Durchflußgeber 13 gemessenen Abweichungen der Apriori-Werte von den Ist-Werten selbsttätig eine Korrektur der Tabelle vornimmt.
Beim Farbwechsel wird das Durchfluß-Steuerventil 14 ganz geöffnet, um so die Farbwechselzeit möglichst kurz zu halten. Während des Farbwechsels erfolgt nämlich eine Spülung der Leitung mit Lösungsmittel und Spülluft. Dabei wäre es nicht sinnvoll, Durchflußmessungen und/oder Regelungen vorzunehmen, weil lediglich von Bedeutung ist, daß der Spülvorgang schnell durchgeführt werden kann. Nach dem Spülgang wird das Ventil 14 auf den neu angewählten Soll-Wert eingestellt bzw. kehrt zu dem Soll-Wert vor Farbwechsel zurück.
Figur 2 zeigt ein typisches Beispiel für den Steuerungs- und Regelvorgang nach der Erfindung. Dabei ist auf der Ordinate die Durchflußmenge, auf der Abszisse der Zeitablauf angegeben. Der Vorgang beginnt also mit einem Farbwechsel (voller Durchlaß für das Spülmittel) und endet mit einem Farbwechsel, wobei zwischen diesen beiden Farbwechseln drei verschiedene Soll-Werte 1, 2 und 3 vorgesehen sind. Bei jeder Soll-Wert- Änderung wird zunächst das Ventil 14 auf den Apriori-Wert (Tabellenwert) eingestellt, worauf dann die Regelung auf der Grundlage der gemessenen Ist-Werte erfolgt. Im gezeichneten Beispiel ist dabei angenommen worden, daß die Apriori-Einstellung auf den ersten Soll-Wert ohne Farbfluß (Freigabeventil 15 geschlossen), bei den beiden anderen Soll-Werten dagegen bei strömender Farbe (Freigabeventil 15 geöffnet) erfolgt. Der Vorgang entspricht in der Praxis dem Spritzen einer Automobilkarosserie, die am Fließband an der Spritzstation vorbeigeführt wird und drei Zonen unterschiedlicher Farbauftragsstärke aufweist.
Eine sehr kostengünstige Ventilkonfiguration mit Antrieb besteht beispielsweise aus einem Nadelventil und einem Schrittmotor. Das Nadelventil besitzt einen Spindelantrieb. Diese Spindel ist direkt über eine Kupplung mit der Antriebswelle des Schrittmotors verbindbar. Es entfällt damit das Getriebe und man erhält außerdem eine sehr hohe Auflösung von beispielsweise 1 : 5000. Im Falle einer Störung im Steuerungssystem oder in der elektrischen Versorgung besitzt dann diese Ventilanordnung aus spindelgetriebenem Nadelventil und Schrittmotor gute Notlaufeigenschaften, da zum einen der Schrittmotor und damit das Ventil in seiner Position verharren und zum anderen mit der Hand über ein Handrad, welches auf der Schrittmotorachse befestigt ist, mechanisch eingestellt werden kann.
Mögliche Modifikationen des Verfahrens betreffen insbesondere den Anschluß des Mikrocomputers an eine übergeordnete Anlage, etwa einen Großrechner. Damit wird es beispielsweise möglich, einen Datenaustausch zwischen der Werkstück-Fördereinrichtung und der Spritzanlage herbeizuführen, derart, daß alle Gegebenheiten der Werstückszuführung auf die Spritzanlage übertragen werden und diese damit vollautomatisch arbeitet.
Die Erfindung ist bei Farbspritzgeräten aller Art anwendbar, also sowohl bei Rotationszerstäubern als auch bei Hochdruckzerstäubern als auch bei Druckluftzerstäubern, wobei im letzteren Fall auch eine entsprechende Druckströmungssteuerung der Druckluft denkbar ist.