[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zufuhren von Spritzgut, nämlich Farben
und Lacken, zu einer Mehrzahl von Spritzständen mittels einer gemeinsamen Spritzgut-Ringleitung
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung
zum Durchführen dieses Verfahrens.
[0002] Bei Spritzeinrichtungen mit mehreren Spritzständen, sogenannten Lackierstrassen,
ist es bekannt, das Spritzgut mittels einer Ringleitung den einzelnen Spritzständen
zuzuführen, wobei die Ringleitung von einem Vorratsbehälter mit Förderpumpe abgeht,
an den Spritzständen vorbeiführt und zum Vorratsbehälter zurückkehrt. Im Bereich der
Spritzstände befindet sich dann an der Ringleitung jeweils eine Zapfstelle, die aus
einem ansteuerbaren Zapfventil und einer Spritzgut-Anschlußleitung zum Spritzgerät
des Spritzstandes besteht. Die Förderpumpen werden dabei so betrieben, daß auf jeden
Fall sichergestellt ist, daß für den Spritzbetrieb an jedem Spritzstand der erforderlich
Spritzdruck und die erforderliche Spritzgutmenge vorhanden ist. Mit anderen Worten,
es wird durchgehend mit einem vergleichsweise hohen Druck und einer großen Geschwindigkeit
des in der Ringleitung strömenden Spritzguts gefahren.
[0003] Eingehende Untersuchungen haben nun ergeben, daß viele Lacke, insbesondere die modernen
Metallic-Lacke und Wasser-Lacke, sehr empfindlich auf die Belastungen, insbesondere
Scherbelastungen, reagieren, denen sie beim Durchströmen von Rohren unterworfen sind.
Dabei hängen die nachteiligen Einwirkungen insbesondere vom Förderdruck und von der
Strömungsgeschwindigkeit und vor allem von der Zeitdauer der Belastungseinwirkung
ab und sind darüber hinaus für jedes Spritzgut unterschiedlich. Statistische Auswertungen
haben nun ergeben, daß über einen langen Zeitraum betrachtet, bei derartigen Lackierstrassen
der eigentliche Spritzbetrieb nur einen vergleichsweise geringen Prozentsatz der Gesamtzeit
beansprucht, das Spritzgut also besonderen Belastungen dadurch unterworfen wird,
daß es auch während der - langen - Spritzpausen die Ringleitung mit hohem Druck und
hoher Geschwindigkeit durchströmt. Dieses Problem kann nun aber nicht einfach dadurch
gelöst werden, daß man während der Spritzpausen Strömungsdruck und -geschwindigkeit
des Spritzguts in der Ringleitung auf einen vorgegebenen Wert herabsetzt, beispielsweise
auf die Hälfte. Auf der einen Seite muß ja sichergestellt sein, daß beim Beginn des
Spritzvorgangs sofort der erforderliche Spritzdruck und die gewünschte Spritzgutmenge
zur Verfügung stehen, und zum anderen wird der Vorgang und die Belastung durch eine
Vielzahl von Faktoren beeinflusst, wie etwa der Temperatur des Spritzguts und den
Eigenschaften des jeweiligen Spritzguts; so neigen beispielsweise manche Lacke bei
zu geringer Strömungsgeschwindigkeit zu einer Entmischung bzw. zu einer Ausfällung
von Feststoffteilchen.
[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Einrichtung
zu schaffen, mit deren Hilfe es ermöglicht wird, einerseits den Anforderungen des
Spritzbetriebs gerecht zu werden, andererseits jedoch das in der Ringleitung strömende
Spritzgut möglichst zu schonen, also Langzeitbelastungen so weitgehend wie möglich
zu vermeiden. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich verfahrensmäßig aus den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruchs 1, einrichtungsmäßig aus den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruchs 4.
[0005] Gemäß der Erfindung erfolgt also eine fortlaufende Überwachung und Messung von Druck,
Geschwindigkeit, Volumenstrom und/oder Massenstrom des in der Ringleitung strömenden
Spritzguts, wobei diese Größen einer fortlaufenden Anpassung an einen optimalen
Niedrigwert unterworfen werden, und zwar auf der Grundlage der Eigenschaften des
jeweiligen Spritzguts, der Spritzgut-Temperatur und dem jeweiligen Betriebszustand
der Einrichtung.
[0006] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockbild der Einrichtung,
Fig. 2 ein Meßprotokoll zur Einrichtung von Fig. 1 als Zahlenbeispiel, und
Fig. 3 ein schematisches Blockbild einer Abwandlungsform der Einrichtung von Fig.
1.
[0007] Gemäß Fig. 1 weist die Einrichtung einen Lack-Vorratsbehälter 8 und eine Förderpumpe
9 auf, wobei sich in der Praxis Vorratsbehälter 8 und Pumpe 9 in einem gesonderten
Raum befinden, der meist Farbmischraum genannt wird. Vom Vorratsbehälter 8 bzw. der
Pumpe 9 geht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Ringleitung ab und führt zum Vorratsbehälter
8 zurück. Dabei besteht die Ringleitung 10 aus einer Vorlaufleitung 10a und einer
Rücklaufleitung 10b, wobei die Vorlaufleitung 10a in einen Druckminderer 11 mündet,
von dem dann die Rücklaufleitung 10b abgeht. Zwischen Vorlauf 10a und Rücklauf 10b
sind vier Spritzstände A, B, C und D geschaltet, die jeweils aus einem Zapfventil
12, einer Dosierpumpe 13, einem Spritzgerät 14 und einem diesem nachgeschalteten Druckminderer
15 bestehen; in der Zeichnung sind diese identischen Bauelemente der vier Stationen
jeweils mit 13A, 13B usw. bezeichnet. Weiterhin sind in das Leitungssystem Fühler
16 eingesetzt, wobei auf der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber nur die Fühler
16 im Bereich der Spritzstation A eingezeichnet sind; weitere Fühler 16 befinden
sich an vergleichbaren Stellen im Bereich der Spritzstationen B, C und D. Die Fühler
16 nehmen später noch zu erläuternde Werte des in den Leitungen strömenden Lacks
auf und geben diese Werte an einen Rechner 17 weiter. Ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit
ist auf der Zeichnung nur die Verbindungsleitung eines Fühlers 16 mit dem Eingang
des Rechners 17 dargestellt. Außerdem liegt am Eingang des Rechners 17 der Ausgang
einer üblichen Eingabevorrichtung, beispielsweise eines Tastenwerks. Der Ausgang des
Rechners 17 führt über eine Steuerleitung zur Förderpumpe 9. Darüber hinaus können
weitere Bauelemente der Einrichtung oder auch alle Bauelemente vom Computer 17 ansteuerbar
sein, wobei dann der Rechner 17 die Steuerung auf der Grundlage der Meßwerte der
Fühler 16, eines eingegebenen Programms und/oder der Eingabevorrichtung 18 vornimmt.
[0008] Für den Betrieb der Vorrichtung werden in den Rechner 17 mittels der Eingabevorrichtung
18 zunächst die bekannten Werte des jeweiligen Lacks, etwa seine Viskosität bei einer
bestimmten Temperatur, seine Scherbelastbarkeit u.dgl. eingegeben. In Abhängigkeit
von den dem Rechner von den Fühlern 16 übermittelten Signalen, welche den Druck,
die Geschwindigkeit, den Volumenstrom und/oder den Massestrom des an der jeweiligen
Stelle strömenden Lacks repräsentieren, steuert dann der Rechner 17 die Förderpumpe
9 derart, daß die erwähnten Grössen, also Druck, Geschwindigkeit, Volumenstrom und/oder
Massestrom, auf einem Optimalwert liegen, unabhängig davon, ob die Spritzstände abgeschaltet
oder ob alle oder ein Teil der Spritzstände eingeschaltet bzw. in Betrieb ist. Unter
Optimalwert ist dabei folgendes zu verstehen. Je höher die genannten Größen sind,
umso mehr wird der in der Ringleitung 10 strömende Lack Belastungen ausgesetzt, die
zu einer Minderung der Qualität führen. Dies gilt insbesondere, wenn die Zeitspannen
dieser Belastungen lang sind, was vor allem während der Stillstandsphasen der Spritzstände
der Fall ist; über Tage oder Wo chen betrachtet, sind ja die Stillstandsphasen wesentlich
länger als die Betriebsphasen (Sprühphasen). Dabei hängen die Lackbeeinträchtigungen
von der Art und den Eigenschaften des jeweiligen Lacks ab, auch von seiner jeweiligen
Viskosität, wobei sich die Viskosität mit der Temperatur ändert, und zwar bei manchen
Lacken sogar nicht-linear (rheologische Lackstruktur). Andererseits aber kann man
verständlicherweise die erwähnten Größen nicht beliebig herabsetzen; während der
Spritzvorgänge sind bestimmte Drücke, Geschwindigkeiten und/oder Mengen an Lack erforderlich
und während der Ruhezustände der Spritzstände muß sichergestellt sein, daß es bei
einsetzendem Spritzbetrieb (Öffnen der Zapfventile und/oder Beginn des Spritzvorgangs)
nicht zu einem plötzlichen Einbruch im Leitungssystem kommt, der erforderliche Spritzdruck
und die erforderliche Spritzmenge also sofort zur Verfügung stehen. Hinzu kommt,
daß bei zu geringen Strömungsgeschwindigkeiten die Gefahr von Ablagerungen an den
Rohrinnenwänden besteht, insbesondere bei Lacken, die Feststoffteilchen in Suspension
enthalten, beispielsweise Metall-Lacke. Mit der Erfindung wird nun über den Rechner
die Förderpumpe 9 so gesteuert, daß der Lack bei allen Betriebszuständen so schonend
behandelt wird, wie dies aufgrund seiner speziellen Eigenschaften und den Erfordernissen
einer einwandfreien Funktion der Einrichtung möglich ist.
[0009] In Fig. 2 ist ein Meßprotokoll der Praxis für eine Einrichtung gemäß Fig. 1 dargestellt,
wobei die angegebenen Zahlenwerte lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung
dienen. Bei diesem Meßprotokoll sind die Spritzstände A und B von Fig. 1 außer Betrieb,
d.h., die Zapfventile 12 A und 12 B sind geschlossen. Bei den Spritzständen C und
D dagegen sind die Zapfventile 12 C und 12 D geöffnet, so daß ein Lackdurchfluß stattfindet,
wobei jedoch die Spritzgeräte 14C und 14D nicht in Betrieb sind. Die einzelnen Zahlenwerte
an den verschie denen Stellen der Einrichtung sind aus sich heraus verständlich
und bedürfen keiner besonderen Erläuterung. Es sei lediglich darauf hingewiesen,
daß der ausgangsseitige Druck der Druckminderer 15C und 15d im wesentlichen dem ausgangsseitigen
Druck des Druckminderers 11 entspricht, was bedeutet, daß der Druck des Lackrücklaufs
der Spritzstände C und D so eingestellt wird, daß ein möglichst beruhigter Einlauf
in die Rücklaufleitung 10b gewährleistet ist.
[0010] Bei dem anhand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel ist der Einfachheit halber
nur eine Ringleitung 10 dargestellt. In der Praxis wird man jedoch im allgemeinen
mehrere parallele Ringleitungen vorsehen, beispielsweise fünf Ringleitungen für Lacke
unterschiedlicher Farbe und eine Ringleitung für Spülflüssigkeit. Die Zapfventile
an den einzelnen Spritzständen sind dann jeweils zu einer sogenannten Farbwechseleinheit
integriert, die derart ansteuerbar ist, daß der - gemeinsamen - Dosiereinheit 13
und damit dem Spritzgerät 14 der Lack gewünschter Farbe bzw. die Spülflüssigkeit zugeführt
werden. Die Druckminderer 15 am Ausgang der Spritzgeräte werden entsprechend den
Farbwechseleinheiten gesteuert, so daß der abströmende Lack wieder in die "richtige"
Rücklaufleitung 10b gelangt. Selbstverständlich müssen Überwachung und Anpassung der
verschiedenen Ringleitungen gesondert vorgenommen werden, weil, wie erwähnt, die Eigenschaften
der Lacke unterschiedlich sind, selbst wenn es sich um denselben Grundtyp handelt.
Die Dimensionierung der Einrichtung hängt von den jeweiligen Gegebenheiten ab, doch
sollte darauf geachtet werden, daß die Ringleitungen, und zwar sowohl der Vorlauf
als auch der Rücklauf möglichst nahe an den Spritzständen vorbeiführen, um so die
Leitungsstrecken zwischen der Anzapf-Vorlaufleitung und der Einmündung in den Rücklauf
möglichst kurz halten zu können.
[0011] Das dargestellte Ausführungsbeispiel kann zahlreiche Abwand lungen erfahren, ohne
den Bereich der Erfindung zu verlassen. Dies gilt insbesondere für die Bauelemente
der Einrichtung. So können beispielsweise, wenn es auf die Exaktheit des Spritzdrucks
nicht ankommt, die Dosiereinheiten 13 weggelassen werden. Auch ist es möglich, vom
Vorlauf der Ringleitung nur Stichleitungen zu den Spritzgeräten vorzusehen, die Spritzgeräte
also nicht an den Rücklauf der Ringleitung anzuschließen, insbesondere dann, wenn
die zu verwendenden Lacke nicht zum Absetzen neigen. Eine solche Einrichtung zeigt
Fig. 3, in welcher mit den Bauelementen von Fig. 1 gleiche Bauelemente mit denselben
Bezugszeichen versehen sind. Bei der Einrichtung von Fig. 3 führen also lediglich
Stichleitungen von der Ringleitung 10 zu den Spritzgeräten 14, wobei dann auch auf
die Unterteilung der Ringleitung 10 mittels eines Druckminderers 11 (Fig. 1) im Vorund
Rücklauf verzichtet werden kann.
[0012] Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß der Rechner an eine übergeordnete Datenverarbeitungsanlage
angeschlossen werden kann, mit der Folge einer weiteren Automatisierung der angesprochenen
Schalt- und Anpassungsvorgänge.
1. Verfahren zum Zuführen von Spritzgut, nämlich Farben und Lacken, zu einer Mehrzahl
von Spritzständen mittels einer gemeinsamen Spritzgut-Ringleitung, die von einem
Vorratsbehälter mit Förderpumpe abgeht, an den Spritzständen vorbeiführt und zum Vorratsbehälter
zurückkehrt, wobei sich im Bereich der Spritzstände an der Ringleitung jeweils eine
Zapfstelle befindet, die aus einem ansteuerbaren Zapfventil und einer Spritzgut-Anschlußleitung
für das Spritzgerät des Spritzstandes besteht, dadurch gekennzeichnet, daß Druck,
Geschwindigkeit, Volumenstrom und/oder Massenstrom des in der Ringleitung strömenden
Spritzguts fortlaufend überwacht und mittels der Förderpumpe den jeweiligen Erfordernissen
angepasst wird, derart, daß auf der Grundlage der Eigenschaften des Spritzgutes,
einschließlich der rheologischen Spritzgutstruktur, der Spritzgut-Temperatur, dem
Öffnungs- bzw. Schließzustand der Zapfventile und der Spritzgeräte und dem Spritzgut-Mengenbedarf
der Spritzgeräte der Druck, die Geschwindigkeit, der Volumenstrom und/oder der Massenstrom
des Spritzguts auf einem optimalen Niedrigwert gehalten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 für Ringleitungen, deren Zapfstellen eine dem Zapfventil
nachgeschaltete Dosierpumpe aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit,
der Volumenstrom und/oder der Massenstrom des in der Ringleitung strömenden Spritzguts
überwacht und angepasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Anwendung auf Einrichtungen
mit einer Mehrzahl zueinander paralleler, für unterschiedliche Farben bestimmter
Ringleitungen, wobei die Überwachung und Anpassung für jede Ringleitung gesondert
erfolgt.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, mit mehreren Ringleitungen
zum Zuführen unterschiedlicher Farben und Spülflüssigkeit zu den Spritzständen,
mit jedem Spritzstand zugeordneter, aus mehreren Zapfventilen bestehender Farbwechseleinheit
und mit jeder Ringleitung zugeordneter Förderpumpe, gekennzeichnet durch in die Ringleitung
(10) an vorgegebenen Stellen eingesetzte Druck-, Geschwindigkeits und/oder Mengenfühler
(16) zur Erzeugung elektrischer Ausgangssignale und mit einem Rechner (17) an dessen
Eingang die Ausgänge der Fühler (16) sowie eine Eingabevorrichtung (18) liegen und
von dessen Ausgang Steuerleitungen zu den Förderpumpen (9) sowie Schaltleitungen zu
den Farbwechseleinheiten (12) sowie gegebenenfalls Dosierpumpen (13) führen.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung (10) durch
einen Druckminderer (11) in eine Vorlaufleitung (10a) und eine Rücklaufleitung (10b)
unterteilt ist, daß die Farbwechseleinheiten (12) die Vorlaufleitung (10a) anzapfen
und daß von den Spritzgeräten (14) der Spritzstände Ableitungen zur Rücklaufleitung
(10b) der Ringleitung (10) führen.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jede der Spritzgeräteableitungen
ein Druckminderer (15) eingesetzt ist, wobei diese Druckminderer (15) und der Druckminderer
(11) der Ringleitung (10) vom Rechner (17) ansteuerbar sind.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung
(10) durchgehend gleichen Querschnitt aufweist und modulartig aufgebaut ist.