[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen Beschichten eines Werkstücks
mit einer Beschichtungsvorrichtung, welche umfaßt:
a) eine Applikationseinrichtung für elektrisch geladenes Beschichtungsmaterial;
b) eine Spannungsquelle, die eine Spannung zwischen der Applikationseinrichtung und
dem Werkstück erzeugt;
c) eine mit der Spannungsquelle zusammenarbeitende, eine Spannungssteuerung umfassende
Regeleinrichtung für den Betriebsstrom, welcher durch den Fluß des elektrisch geladenen
Beschichtungsmaterials von der Applikationseinrichtung auf das Werkstück vorgegeben
ist;
d) eine Nachführeinrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück
und der Applikations-einrichtung während des Beschichtens;
welches folgende Schritte umfaßt:
e) Erfassen eines Betriebsstrom-Ist-Werts II;
f) Vergleichen des Betriebsstrom-Ist-Werts II mit einem vorgegebenen Betriebsstrom-Soll-Wert IS;
g) Regeln des Betriebsstroms auf den Betriebsstrom-Soll-Wert IS.
[0002] Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
welche umfaßt:
a) eine Applikationseinrichtung für elektrisch geladenes Beschichtungsmaterial;
b) eine Spannungsquelle, die eine Spannung zwischen der Applikationseinrichtung und
dem Werkstück erzeugt;
c) eine mit der Spannungsquelle zusammenarbeitende, eine Spannungssteuerung umfassende
Regeleinrichtung für den Betriebsstrom, welcher durch den Fluß des elektrisch geladenen
Beschichtungsmaterials von der Applikationseinrichtung auf das Werkstück vorgegeben
ist;
d) eine Nachführeinrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück
und der Applikations-einrichtung während des Beschichtens;
[0003] Zum Erzielen eines guten Beschichtungsergebnisses bei der elektrostatischen Beschichtung
trägt eine Reihe von Betriebsparametern der Beschichtungsvorrichtung bei. So wurde
beim elektrostatischen Beschichten von Werkstücken mit Farblackpulvern festgestellt,
daß das Erzielen einer gewünschten Farb-, Brillanz-, Effekt- und Glanzwirkung sowohl
vom Betriebsstrom als auch von der Spannung zwischen der Applikationseinrichtung und
dem Werkstück abhängt. Nur bei Einhalten relativ enger Grenzen sowohl für den Betriebsstrom
als auch die Spannung ist eine effiziente und gleichzeitig homogene Beschichtung möglich,
die die gewünschten Eigenschaften aufweist.
[0004] Bekannte elektrostatische Beschichtungsverfahren bzw. -vorrichtungen weisen zwar
Regeleinrichtungen für den Betriebsstrom auf; der Betriebsstrom wird hierbei jedoch
nur zur Vermeidung von Überschlägen zwischen der Applikationseinrichtung und dem Werkstück
geregelt. Bei Vorliegen bestimmter Voraussetzungen wird die Stromregelung zugunsten
einer Spannungsregelung aufgegeben, so daß Strom und Spannung nicht gleichzeitig innerhalb
vorgegebener Grenzen gehalten werden.
[0005] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten
Art derart weiterzubilden, daß der Betriebsstrom und die Spannung zwischen der Applikationseinrichtung
und dem Werkstück gleichzeitig innerhalb vorgegebener Grenzen gehalten werden.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß folgende weitere Schritte
durchgeführt werden:
a) Zunächst wird durch eine Veränderung der Spannung innerhalb vorgegebener Grenzen
versucht, den Betriebs-strom-Ist-Wert II in einen zulässigen Regelbereich um den Betriebsstrom-Soll-Wert IS zu bringen;
b) Wenn dies nicht ausreicht, wird der Abstand AI zwischen Applikationseinrichtung und Werkstück so verändert, daß der Betriebsstrom-Ist-Wert
II in den zulässigen Regelbereich um den Betriebsstrom-Soll-Wert IS gebracht wird.
[0007] Durch dieses Verfahren wird der Abstand A
I zwischen Applikationseinrichtung und Werkstück als zusätzlicher Regelparameter ins
Spiel gebracht. Der Betriebsstrom ist nämlich nicht nur von der Spannung sondern auch
von diesem Abstand abhängig. Die Abstandsregelung schafft daher die Möglichkeit, sowohl
den Betriebsstrom als auch die Spannung innerhalb vorgegebener Grenzen zu halten und
dadurch das gewünschte Beschichtungsergebnis zu erzielen, wenn eine bloße Spannungsänderung
hierfür nicht ausreicht.
[0008] Das Verfahren kann dabei die periodische Wiederholung der folgenden Schritte umfassen:
a) Erfassen eines Spannungs-Ist-Werts UI, der der Spannung zwischen der Applikationseinrichtung und dem Werkstück entspricht;
b) Berechnen eines neuen, zur Einstellung des Betriebsstroms in die vorgegebenen Grenzen
theoretisch erforderlichen Spannungswerts UN unter Berücksichtigung des Spannungs-Ist-Wert UI und der Differenz zwischen Betriebsstrom-Ist-Wert II und Betriebsstrom-Soll-Wert IS;
c) Regeln des Betriebsstroms über eine Vorgabe des neuen Spannungswerts UN für die Spannungssteuerung, falls der theoretische neue Spannungswert UN innerhalb der vorgegebenen Grenzen für die Spannung liegt;
d) zumindest teilweises Regeln des Betriebsstroms über eine Änderung eines Abstands-Ist-Werts
AI zwischen der Applikationseinrichtung und dem Werkstück mittels der Nachführeinrichtung,
falls der theoretische neue Spannungswert UN nicht innerhalb vorgegebener Grenzen für die Spannung liegt.
[0009] Ein derartiges Verfahren läßt sich einfach in ein digitales Regelungsprogramm, z.B.
für eine Meßwerterfassungskarte mit entsprechenden Steuerein- und -ausgängen, umsetzen.
[0010] Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden dann, wenn der zuvor eingestellte
Spannungswert nicht im mittleren Bereich zwischen den vorgegebenen Grenzen für die
Spannung liegt und der nächste theoretische neue Spannungswert U
N nicht innerhalb der vorgegebenen Grenzen liegt, folgende Schritte durchgeführt:
a) Vorgeben eines neuen Spannungswerts UN für die Spannungssteuerung, der im wesentlichen zentral innerhalb der vorgegebenen
Grenzen für die Spannung liegt;
b) Überkompensieren der Abweichung des Betriebsstrom-Ist-Werts II vom Betriebs-Soll-Wert IS durch eine entsprechende Änderung des Abstands AT.
[0011] Ist bei der Regelung der Betriebsparameter eine Abstandsänderung erforderlich, so
wird in dieser Weise die Abstandsänderung auch dazu genutzt, den normalerweise für
die Betriebsstromregelung herangezogenen Spannungswert wieder zentral in ein vorgegebenes
"Fenster" zu setzen. Dadurch wird sichergestellt, daß für nachfolgend erforderliche
Betriebsstrom-Regelschritte ein ausreichender möglicher Spannungshub zur Verfügung
steht, so daß für diese Regelschritte auf eine zeitintensivere Abstandsregelung verzichtet
werden kann.
[0012] Das Verfahren kann folgende weitere Schritte umfassen:
a) Erfassen des Abstands-Ist-Werts AI zwischen der Applikations-Einrichtung und dem Werkstück;
b) Durchführen der Betriebsstrom-Regelung nur, falls der Abstands-Ist-Wert AI innerhalb vorgegebener Grenzen für den Abstand liegt.
[0013] Durch die Erfassung des Abstands wird gewährleistet, daß beim Durchführen der Beschichtung
die Applikations-einrichtung keinen unzulässigen Abstand zum Werkstück einnimmt. Wird
der Abstand zu groß, besteht die Gefahr, daß die Auftragsgenauigkeit zu gering wird.
Größere Gefahr droht jedoch, wenn der Abstand zwischen Applikationseinrichtung und
Werkstück zu gering wird. Im schlimmsten Fall ist hierbei ein Kurzschluß möglich,
der unbedingt vermieden werden muß. Unterbleibt die Regelung auf Grund eines unzulässigen
erfassten Abstands-Ist-Werts A
I, setzt sich der Beschichtungsvorgang nicht fort und es können Maßnahmen zur Abwendung
potentieller Gefahren getroffen werden.
[0014] Dabei können bevorzugt die Spannungsquelle und die Applikationseinrichtung, vorzugsweise
die gesamte Beschichtungsvorrichtung, desaktiviert werden, falls der Abstands-Ist-Wert
A
I nicht innerhalb vorgegebener Grenzen für den Abstand liegt. Eine derartige Desaktivierung
ist ein sicheres Mittel, um Problemen, die beim Erreichen eines unzulässigen Abstandes
hervorgerufen werden können, zu begegnen.
[0015] Ein bevorzugt eingesetztes Verfahren erfaßt bei einem Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang
die Betriebsparameter der Beschichtungsvorrichtung und legt diese in einem mit der
Nachführeinrichtung zusammenarbeitenden Speicher ab, wobei bei Beschichtungsdurchgängen,
die dem Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang nachfolgen, die Applikationseinrichtung
gemäß den im Speicher abgelegten Betriebsparameter nachgeführt und betrieben wird.
[0016] Auf diese Weise muß die Regelung bei den nachfolgenden Beschichtungsdurchgängen nur
dann eingesetzt werden, wenn eine Änderung äußerer Parameter vorliegt. Werkstücke
gleicher Geometrie und Orientierung zur Applikations-einrichtung können praktisch
ohne Eingriffe der Regelung beschichtet werden, was die Effizienz deutlich erhöht.
[0017] Eine Betriebsparameteränderung im Rahmen der Betriebsstrom-Regelung, die während
eines Beschichtungs-Durchgangs erfolgt, der dem Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang
nachfolgt, kann also erfaßt, im Speicher abgespeichert und für den diesem Beschichtungsdurchgang
nachfolgenden Beschichtungsdurchgang berücksichtigt werden. Derartige Änderungen der
Betriebsparameter bei den nachfolgenden Beschichtungsvorgängen können durch statistische
Toleranzen des Werkstücks bzw. der Relativposition zwischen Applikationseinrichtung
und Werkstück, aber auch durch Drifteffekte der Beschichtungsvorrichtung hervorgerufen
werden. Die Kenntnis der Betriebsparameter in den dem aktuellen Beschichtungsdurchgang
vorausgehenden Beschichtungsdurchgängen kann hierbei zur Reduzierung von aus den vorstehend
genannten Gründen erfolgenden Regelungseingriffen genutzt werden.
[0018] Dabei kann die Berücksichtigung derart erfolgen, daß beim Abspeichern der durch die
im laufenden Beschichtungsdurchgang geänderten Betriebsparameter die diesen entsprechenden
alten Betriebsparameter überschrieben werden. Ein derartiges Vorgehen empfiehlt sich
bei längerfristigen Driftvorgängen der Beschichtungsvorrichtung, bei der die Kenntnis
der Betriebsparameter beim jeweils letzten Beschichtungsdurchgang ausreicht, um für
eine längere Zeitdauer künftige Regelungseingriffe zu vermeiden.
[0019] Alternativ kann die Berücksichtigung dadurch erfolgen, daß aus den im laufenden Beschichtungsdurchgang
geänderten Betriebsparametern und den diesen entsprechenden alten Betriebsparametern
ein Betriebsparameter für den folgenden Beschichtungsdurchgang berechnet und abgespeichert
wird. Ein derartiges Vorgehen empfiehlt sich bei den oben genannten statistischen
Fehlerquellen. Durch die Mittelung wird hierbei die Anzahl der künftig notwendigen
Regelungseingriffe minimiert.
[0020] Die Berechnung kann durch gewichtete Mittelwertbildung erfolgen. Eine derartige Berechnung
ist einfach, benötigt nur eine geringe Rechnerkapazität und ist für die meisten Anwendungen
völlig ausreichend.
[0021] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es weiter, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art derart weiterzubilden, daß sie die gleichzeitige Einhaltung von Betriebsstrom
und Spannung innerhalb gegebener Grenzen ermöglicht.
[0022] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
e) die Nachführeinrichtung mit der Regeleinrichtung zusammenarbeitet und zur Veränderung
des Abstands zwischen Applikationseinrichtung und Werkstück in Funktion gesetzt werden
kann, wenn durch die Funktion der Spannungssteuerung alleine der Betriebsstrom-Ist-Wert
I
I nicht innerhalb der vorgegebenen Grenzen gehalten werden kann, ohne einen vorgegebenen
Spannungsbereich zu verlassen.
[0023] Die Vorteile dieser Vorrichtung ergeben sich sinngemäß aus den oben genannten Vorteilen
des Verfahrens.
[0024] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher
erläutert; es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Übersichtsdarstellung einer elektrostatischen Beschichtungsvorrichtung
beim Beschichten eines Werkstücks;
- Figur 2
- ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung für den Betriebsstrom der Beschichtungsvorrichtung
von Figur 1.
[0025] Die in Figur 1 schematisch dargestellte Beschichtungsvorrichtung weist eine Applikationseinrichtung
1 auf, mittels der elektrisch geladenes Beschichtungspulver 2 (dargestellt durch die
strichpunktierten Linien in Figur 1), z.B. ein Lackpulver, auf ein Werkstück 3, z.B.
ein Karosserieelement eines Fahrzeugs, aufgetragen wird. Der Fluß des von der Applikationseinrichtung
1 an das Werkstück 3 abgegebenen geladenen Beschichtungspulvers 2 gibt einen momentanen
Betriebsstrom I
I vor.
[0026] Bei der Applikationseinrichtung 1 handelt es sich um einen bekannten Rotationszerstäuber,
der mit einem nicht dargestellten Vorratsbehälter für das Beschichtungspulver in Verbindung
steht.
[0027] Die Applikationseinrichtung 1 ist über eine Hochspannungsleitung 5 mit einer Hochspannungsquelle
6 verbunden, die über eine Masseleitung 7 mit dem Werkstück 3 in Verbindung steht.
Die Hochspannungsquelle 6 arbeitet mit einer Hochspannungssteuerung 8 zusammen. Der
momentane Ist-Wert der eingestellten Spannung an der Hochspannungsquelle 6 ist mit
U
I bezeichnet.
[0028] Wie in Figur 1 schematisch dargestellt, ist die Applikationseinrichtung 1 zum Beschichten
der Oberfläche des Werkstücks 3 relativ zu diesem über ein Führungselement 9 bewegbar.
In der in Figur 1 dargestellten Lage der Applikationseinrichtung 1, in der ihre Achse
mit der Z-Achse des dort ebenfalls dargestellten und bezüglich des Werkstücks festen
kartesischen X,Y,Z-Koordinatensystems zusammenfällt, gewährt das Führungselement 9
der Applikationseinrichtung 1 fünf Bewegungsfreiheitsgrade. Diese sind die Translationsfreiheitsgrade
in den Richtungen der Achsen X, Y und Z sowie die Rotationsfreiheitsgrade um die Achsen
X und Y. Die Bewegung der Applikationseinrichtung 1 über das Führungselement 9 wird
von einer mit dieser verbundenen Nachführeinrichtung 10 gesteuert. Der momentane Abstand
des Abgabeelements 4 der Applikationseinrichtung 1 zum Werkstück 3 ist mit A
I bezeichnet.
[0029] Die Nachführeinrichtung 10 sowie die Hochspannungssteuerung 8 werden von einer insgesamt
mit dem Bezugszeichen 11 bezeichneten Regeleinrichtung geregelt, die nun anhand von
Figur 2 beschrieben wird:
[0030] Die Nachführeinrichtung 10 ist über eine Steuerleitung 12 mit dem Ausgang eines Differenzspannungssteuerrechners
13 verbunden. Der Differenzspannungssteuerrechner 13 empfängt über eine Meßdatenleitung
14 das Meßsignal eines Strommeßgeräts 15 zur Messung des Betriebsstrom-Ist-Werts I
I.
[0031] Weiterhin kann der Differenzspannungssteuerrechner 13 über eine Datenleitung 16 Vorgabewerte
aus einem Speicher 17 abrufen.
[0032] Der Differenzspannungssteuerrechner 13 ist über eine bidirektionale Datenleitung
18 an einen zentralen Steuerrechner 19 gekoppelt, der seinerseits über eine Meßdatenleitung
20 mit einem Hochspannungsmeßgerät 21 zur Messung des Spannungs-Ist-Werts U
I und über eine Datenleitung 22 mit einem Speicher 23 mit Vorgabewerten in Verbindung
steht.
[0033] Der Steuerrechner 19 weist zwei Ausgangs-Datenleitungen 24, 25 auf: Die Ausgangs-Datenleitung
24 ist mit der Hochspannungssteuerung 8, und die Ausgangs-Datenleitung 25 mit einem
Abstandsrechner 26 verbunden. Letzterer ist an ein Abstandsmeßgerät 27 über eine Meßdatenleitung
28 und an einen Speicher 29 mit Vorgabewerten über eine Datenleitung 30 gekoppelt.
Über eine Ausgangs-Datenleitung 31 ist der Abstandsrechner 26 mit einem Not-Aus-Kreis
32 verbunden, der einen mechanisch bedienbaren Not-Aus-Schalter 33 aufweist.
[0034] Eine Steuerleitung 39 verbindet den Abstandsrechner 26 mit der Steuerleitung 12 zwischen
dem Differenzspannungssteuerrechner 13 und der Nachführeinrichtung 10.
[0035] Über eine zweite Ausgangs-Datenleitung 34 ist der Abstandsrechner 26 mit einem Abstandskoordinatenrechner
35 verbunden. Letzterer steht über eine bidirektionale Datenleitung 36 mit einem Koordinatensteuerrechner
37 in Verbindung. Dieser kann über eine bidirektionale Datenleitung 38 Koordinaten
in einen Speicher 40 schreiben bzw. aus diesem auslesen.
[0036] Über eine weitere bidirektionale Datenleitung 41 ist der Koordinatensteuerrechner
37 mit der Nachführeinrichtung 10 gekoppelt.
[0037] Die Beschichtungsvorrichtung arbeitet beim Beschichten von Werkstücken folgendermaßen:
[0038] Gesteuert durch die Nachführeinrichtung 10, die die fünf Freiheitsgrade des Führungselements
9 separat ansteuern kann, folgt die Applikationseinrichtung 1 gemäß einem Nachführprogramm,
das in der Nachführeinrichtung 10 implementiert ist, der Oberfläche des Werkstücks
3. Durch eine hier nicht interessierende Lageregelung wird dabei sichergestellt, daß
die Längsachse der Applikationseinrichtung 1 senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks
3, die beschichtet werden soll, ausgerichtet ist.
[0039] Das Nachführprogramm sorgt für die Beibehaltung eines bestimmten Abstandes zwischen
der Applikationseinrichtung 1 und dem Werkstück 3, sofern nicht in unten beschriebener
Weise zur Regelung des Betriebsstromes in anderer Weise in das Nachführprogramm eingegriffen
wird.
[0040] Die Hochspannungsquelle 6 sorgt dafür, daß die Elektroden der Applikationseinrichtung
4 bezüglich des Werkstücks 3 auf Hochspannungspotential liegen. Das elektrisch geladene
Beschichtungspulver 2 wird daher vom Werkstück 3 angezogen, wodurch letzteres beschichtet
wird, ohne daß es zu einer nennenswerten Menge von nicht am Werkstück 3 haftenden
Beschichtungspulver-Overspray kommt, das einem Recycling oder einer Entsorgung zugeführt
werden müßte.
[0041] Zum Erzielen eines optimalen Beschichtungsergebnisses, z.B. optimaler Farb-, Brillanz-,
Effekt- oder Glanzwirkung beim Beschichten mit einem Farblackpulver, werden der Betriebsstrom-Ist-Wert
I
I und der Spannungs-Ist-Wert U
I mittels der Regeleinrichtung 11 auf einen vorgegebenen Wert innerhalb bestimmter
Grenzen geregelt. Die Abfrage des Ist-Wertes dieser Parameter erfolgt in periodischen
Zeitabständen. Der Teil des Beschichtungsvorganges, der zwischen zwei Abfragen abläuft,
wird nachfolgend als "Beschichtungsschritt" bezeichnet.
[0042] Zu Beginn eines Beschichtungsschritts erfaßt der Differenzspannungssteuerrechner
13 der Regeleinrichtung 11 über das angekoppelte Strommeßgerät 15 den Betriebsstrom-Ist-Wert
I
I und vergleicht diesen mit einem im Speicher 17 abgelegten Betriebsstrom-Soll-Wert
I
S. Liegt der Betriebsstrom-Ist-Wert I
I innerhalb der Grenzwerte des Betriebsstrom-Toleranzbereichs, die durch ebenfalls
im Speicher 17 abgelegte Minimal- bzw. Maximalwerte für den Betriebsstrom vorgegeben
sind, unterbleibt ein Nachregeln und der Differenzspannungssteuerrechner 13 steuert
über die Steuerleitung 12 die Nachführeinrichtung 10 an, die daraufhin gemäß dem Nachführprogramm
den nächsten vorprogrammierten Bewegungsschritt des Führungselements 9 veranlaßt,
wobei der Abstand zwischen Applikationseinrichtung 1 und Werkstück 3 unverändert bleibt.
[0043] Liegt der Betriebsstrom-Ist-Wert I
I beim oben beschriebenen Vergleich des Differenzspannungssteuerrechners 13 außerhalb
des vorgegebenen Toleranzereichs, berechnet der Differenzspannungssteuerrechner 13
eine Differenzspannung dU, indem er die Differenz zwischen Betriebsstrom-Ist-Wert
I
I und Betriebsstrom-Soll-Wert I
S bildet und diese mit einem ebenfalls im Speicher 17 abgelegten negativen Proportionalitätsfaktor
c
1 multipliziert. Diese Spannungsdifferenz dU gibt der Differenzspannungssteuerrechner
13 über die Datenleitung 18 an den Steuerrechner 19 weiter.
[0044] Ist der Betriebsstrom-Ist-Wert I
I beispielsweise zu groß, dann ist die berechnete Betriebsstromdifferenz positiv und
es wird aufgrund des negativen Proportionalitätsfaktors c
1 eine negative Differenzspannung dU durch den Differenzspannungssteuerrechner 13 berechnet
und an den Steuerrechner 19 weitergegeben.
[0045] Der Steuerrechner 19 addiert die erhaltene Differenzspannung dU zum Spannungs-Ist-Wert
U
I, den er vom Hochspannungsmeßgerät 21 abruft, und berechnet so einen neuen Spannungswert
U
N, der theoretisch in den zulässigen Bereich des Betriebsstrom-Ist-Wertes I
I zurückführt. Bei zu großem Entladungsstrom-Ist-Wert I
I (vgl.das obige Beispiel) ist der neue Spannungswert U
N geringer als der Spannungs-Ist-Wert U
I.
[0046] Liegt der neue errechnete Spannungswert U
N innerhalb der Grenzwerte des Spannungs-Toleranzbereichs, die durch ebenfalls im Speicher
23 abgelegte Minimal- bzw. Maximalwerte für die Hochspannung vorgegeben sind, gibt
der Steuerrechner 19 den neuen Spannungswert U
N über die Datenleitung 24 an den Hochspannungssteuerung 8 weiter. Dieser stellt dann
den Spannungs-Ist-Wert U
I auf den neuen Spannungswert U
N. Über die Datenleitungen 24, den Steuerrechner 19 sowie die Datenleitung 18 erhält
der Differenzspannungssteuerrechner 13 vom Hochspannungssteuerung 8 ein O.K.-Signal
über die durchgeführte Spannungsanpassung.
[0047] Der Differenzspannungssteuerrechner 13 nimmt dann bei der nächsten Abfrage wieder
den schon oben beschriebenen Vergleich zwischen Betriebsstrom-Ist-Wert I
I und Betriebsstrom-Soll-Wert I
S vor.
[0048] Beim oben beschriebenen Beispiel hat die Verringerung der Hochspannung auf den neuen,
geringeren Spannungswert U
N zu einer ausreichenden Abnahme des Betriebsstrom-Ist-Werts I
I in den zulässigen Spannungsbereich geführt. Ergibt der Vergleich im Steuerrechner
19 hingegen, daß der berechnete neue Spannungswert U
N, der zu einer ausreichenden Veränderung des Betriebsstrom-Ist-Wertes I
I führen würde, außerhalb des zulässigen Spannungsbereichs liegt, erfolgt die Regelung
des Betriebsstrom-Ist-Werts I
I durch die Regeleinrichtung 11 nicht über ein Nachführen der Spannung U
I, sondern über ein Nachführen des Abstandes A
I zwischen Applikationseinrichtung 1 und Werkstück 3. Dadurch wird gewährleistet, daß
der Spannungs-Ist-Wert U
I innerhalb des zulässigen Spannungsbereichs gehalten werden kann.
[0049] Alternativ kann zunächst auch eine Änderung der Spannung U
I durchgeführt werden, die bis an den Rand des zulässigen Spannungsbereiches führt.
Die dann noch erforderliche weitere Veränderung des Betriebsstromes erfolgt über eine
Veränderung des Abstands A
I zwischen Applikations-einrichtung 1 und Werkstück 3.
[0050] Der Steuerrechner 19 gibt in diesem Fall über die Datenleitung 25 den Betriebsstrom-Ist-Wert
I
I sowie den Betriebsstrom-Soll-Wert I
S an den Abstandsrechner 26 weiter. In letzterem erfolgt dann aus der Differenz zwischen
Betriebsstrom-Ist-Wert I
I und Betriebsstrom-Soll-Wert I
S, die mit einem im Speicher 29 abgelegten positiven Proportionalitätsfaktor c
2 multipliziert wird, die Berechnung einer Abstandsdifferenz dA. Durch Addition des
Abstandsdifferenzwerts dA mit dem vom Abstandsmeßgerät 27 abgerufenen Abstands-Ist-Wert
A
I berechnet der Abstandsrechner dann einen neuen Abstand A
N.
[0051] War bei Abwandlung des obigen Beispiels (Betriebsstrom-Ist-Wert I
I zu groß) der berechnete neue Spannungswert U
N außerhalb des Toleranzbereichs, ist der dann berechnete neue Abstand AN größer als
der Abstands-Ist-Wert A
I. Die Vorgabe einer größeren Abstands zwischen Applikationseinrichtung 1 und Werkstück
3 führt zu einem geringeren Betriebsstrom.
[0052] Ist der neue Abstandswert A
N geringer als ein im Speicher 29 abgelegter Minimalwert, betätigt der Abstandsrechner
26 über die Steuerleitung 31 den Not-Aus-Kreis 32, der die Beschichtungsvorrichtung
desaktiviert.
[0053] Liegt der im Abstandsrechner 26 berechnete neue Abstandswert A
N innerhalb der Grenzwerte eines zulässigen Abstandsbereichs, die durch im Speicher
29 abgelegte Minimal- bzw. Maximalwerte für den Abstand vorgegeben sind, so übermittelt
der Abstandsrechner 26 über die Datenleitung 34 den neuen Abstandswert A
N an den Abstandskoordinatenrechner 35, der aus dem neuen Abstand A
N die einzustellende Koordinatenkorrektur für die Applikationseinrichtung 1 berechnet.
Diese Koordinatenkorrektur wird an den Koordinatensteuerrechner 37 über die Datenleitung
36 übertragen.
[0054] Aus den Koordinaten der Applikationseinrichtung 1, die aus dem Speicher 40 abgerufen
werden und der Koordinatenkorrektur berechnet der Koordinatensteuerrechner 37 die
neue Lage, die die Applikationseinrichtung 1 beim momentanen Beschichtungsschritt
einnehmen soll, damit der Betriebsstrom I
I während dieses Beschichtungsschritts den vorgegebenen Betriebsstrom-Sollwert I
S erreicht.
[0055] Die durch den Koordinatensteuerrechner 37 neu berechneten Koordinaten werden über
die Datenleitung 41 an die Nachführeinrichtung 10 zum Steuern eines entsprechenden
Nachführschritts übertragen. Über die Steuerleitung 12 erhält der Differenzspannungssteuerrechner
13 ein O.K.-Signal über die erfolgte Abstands-Nachführung.
[0056] Der Differenzspannungssteuerrechner 13 nimmt dann bei der nächsten Abfrage den schon
oben beschriebenen Vergleich zwischen Betriebsstrom-Ist-Wert I
I und Betriebsstrom-Soll-Wert I
S erneut vor.
[0057] Die aktuellen Betriebsparameter (Koordinaten, Betriebsstrom, Spannung) werden bei
jedem Beschichtungsschritt im Speicher 40 abgelegt. Ist bei einem Beschichtungsschritt
nicht, wie oben beschrieben, ein Nachführschritt erforderlich, so werden die aktuellen
Koordinaten von der Nachführeinrichtung 10 über den Koordinatenteuerrechner sowie
die aktuellen Betriebsstrom- und Spannungswerte im Speicher 40 gespeichert.
[0058] Nach einem ersten Beschichtungsdurchgang (Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang)
für ein Werkstück neuer Geometrie bzw. Orientierung zur Applikationseinrichtung 1
liegt somit ein kompletter Koordinatensatz für nachfolgende Beschichtungsdurchgänge
mit Werkstücken gleicher Geometrie bzw. Orientierung zur Applikatinseinrichtung 1
vor. Mit diesem Koordinatensatz wird nun das Nachführprogramm für die Nachführeinrichtung
10 modifiziert, so daß die zum Regeln des Betriebsstroms notwendigen Abstandsänderungen
durch die Nachführschritte im Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang beim Führen
der Applikationseinrichtung 1 in den nachfolgenden Beschichtungsdurchgängen gleich
mitberücksichtigt werden. Ähnliches gilt für die richtigen Spannungswerte.
[0059] Im Idealfall kann bei nun folgenden Beschichtungsdurchgängen mit dem gleichen Werkstück-Typ
ein Nachregeln durch die Regeleinrichtung 11 komplett entfallen.
[0060] Sollte sich durch Bemessungstoleranzen am Werkstück 3, durch Toleranzen der Lage
aufeinanderfolgender Werkstücke 3 relativ zur Beschichtungsvorrichtung oder durch
Drifteffekte der Beschichtungsvorrichtung dennoch die Notwendigkeit zum Nachregeln
des Betriebsstroms I
I ergeben, werden die neuen Betriebsparameter, die aus den Regelvorgängen resultieren,
zusätzlich in den Speicher 40 aufgenommen und in eine Änderung des Nachführprogramms
für den Abstand A
I und in eine entsprechende Anpassung der Spannung U
I umgesetzt.
[0061] Diese neuen Betriebsparameter können im einfachsten Fall die entsprechenden alten
Betriebsparameter überschreiben, so daß jeder neue Beschichtungsdurchgang für ein
Werkstück den jeweils vorhergehenden als "Ausgangspunkt" für die "Feinregelung" aufweist.
Ein derartiges Vorgehen ist insbesondere dann sinnvoll, wenn lediglich langsame Drifteffekte
der Beschichtungsvorrichtung zu erwarten sind, die ein geringes Nachregeln des Abstandes
in längeren Zeitabständen erfordern.
[0062] Erfolgen Drifteffekte jedoch auf einer kürzeren Zeitskala, können die neuen Betriebsparameter
in separaten Speicherplätzen des Speichers 40 abgelegt werden. Durch Vergleich der
Betriebsparameter bei einem bestimmten Beschichtungsschritt innerhalb des Beschichtungsdurchgangs
können Rückschlüsse auf das zukünftige Driftverhalten gezogen werden. Der Speicher
40 kann dann mit dem Koordinatensteuerrechner 37 zur Berechnung von im nächsten Beschichtungsdurchgang
zu erwartenden Koordinaten kommunizieren. Diese werden dann in entsprechende Änderungen
im Nachführprogramm für den nächsten Beschichtungsdurchgang umgesetzt. Dadurch erfolgt
quasi ein "Vorhalten" des Abstandes zwischen der Applikationseinrichtung 1 und dem
Werkstück 3 sowie der Betriebsspannung und somit ein Driftausgleich, der die Häufigkeit
und die Größe der Regeleingriffe reduziert.
[0063] Werden die Nachregelungen hauptsächlich durch Bemessungstoleranzen des Werkstücks
verursacht, können Koordinatensteuerrechner 37 und Speicher 40 im Rahmen einer gegebenenfalls
gewichteten Mittelwertbildung zusammenwirken, so daß Betriebsparameter gewonnen werden,
die einem durchschnittlich bemessenen Werkstück entsprechen, wodurch wiederum die
Anzahl der erforderlichen Regelschritte minimiert wird.
[0064] Der Absolutwert des Proportionalitätsfaktors c
2 zur Berechnung der Abstandsänderung im Abstandsrechner 26 kann bei einer alternativen
Ausführungsform der Beschichtungsvorrichtung so gewählt sein, daß durch die Abstandsänderung
eine Überkompensation der Abweichung des Entladestrom-Ist-Werts I
I erfolgt. Im obigen Beispiel würde der Abstand A
I so vergrößert, daß daraus ein Betriebsstrom-Ist-Wert I
I resultieren würde, der kleiner wäre als der Betriebsstrom-Soll-Wert I
S. Damit dennoch der korrekte Betriebsstrom-Ist-Wert I
I erzielt wird, gibt der Abstandsrechner einen Spannungskorrekturwert U
K, der mittels eines dritten Proportionalitätsfaktors c
3 und der Differenz zwischen dem Betriebsstrom-Ist-Wert I
I und dem Betriebsstrom-Soll-Wert I
S im Abstandsrechner 26 berechnet wurde, über eine Datenleitung 41 (in Fig. 2 strichpunktiert
dargestellt) an die Hochspannungssteuerung 8 weiter. U
K ist dabei so gewählt, daß einerseits der Betriebsstrom den Betriebsstrom-Soll-Wert
I
S erreicht und andererseits der durch die Hochspannungssteuerung eingestellte neue
Spannungs-Ist-Wert U
I möglichst zentral innerhalb des zulässigen Spannungsbereichs liegt.
[0065] Eine derartige Korrektur der Hochspannung gewährleistet eine höhere Wahrscheinlichkeit,
daß beim nachfolgenden Beschichtungsschritt die Regelung des Betriebsstroms über die
zeitsparendere Spannungsnachführung erfolgen kann.
[0066] Enthält das zu beschichtende Werkstück 3 Fenster oder Vertiefungen, die bei der Beschichtung
auszusparen sind, kann dies die Beschichtungvorichtung ebenfalls in einem "Initialisierungsdurchgang"
an einem "Master"-Stück lernen. Innerhalb dieser Bereiche wird bei den darauffolgenden
Beschichtungsvorgängen die Nachführung des Betriebsstromes I
I in einen zulässigen Bereich unterbrochen; ggfs. wird die gesamte Applikationseinrichtung
1 außer Betrieb genommen.
1. Verfahren zum elektrostatischen Beschichten eines
Werkstücks mit einer Beschichtungsvorrichtung, welche umfaßt:
a) eine Applikationseinrichtung für elektrisch geladenes Beschichtungsmaterial;
b) eine Spannungsquelle, die eine Spannung zwischen der Applikationseinrichtung und
dem Werkstück erzeugt;
c) eine mit der Spannungsquelle zusammenarbeitende, eine Spannungssteuerung umfassende
Regeleinrichtung für den Betriebsstrom, welcher durch den Fluß des elektrisch geladenen
Beschichtungsmaterials von der Applikationseinrichtung auf das Werkstück vorgegeben
ist;
d) eine Nachführeinrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück
und der Applikationseinrichtung während des Beschichtens;
welches folgende Schritte umfaßt:
e) Erfassen eines Betriebsstrom-Ist-Werts II;
f) Vergleichen des Betriebsstrom-Ist-Werts II mit einem vorgegebenen Betriebsstrom-Soll-Wert IS;
g) Regeln des Betriebsstroms auf den Betriebsstrom-Soll-Wert IS;
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
h) Zunächst wird durch eine Veränderung der Spannung innerhalb vorgegebener Grenzen
versucht, den Betriebsstrom-Ist-Wert II in einen zulässigen Regelbereich um den Betriebsstrom-Soll-Wert IS zu bringen;
i) Wenn dies nicht ausreicht, wird der Abstand AI zwischen Applikationseinrichtung (1) und Werkstück (3) so verändert, daß der Betriebsstrom-Ist-Wert
II in den zulässigen Regelbereich um den Betriebsstrom-Soll-Wert IS gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch die periodische Wiederholung der folgenden Schritte:
a) Erfassen eines Spannungs-Ist-Werts UI, der der Spannung zwischen der Applikationseinrichtung (1) und dem Werkstück (3)
entspricht;
b) Berechnen eines neuen, zur Einstellung des Betriebsstroms in die vorgegebenen Grenzen
theoretisch erforderlichen Spannungswerts UN unter Berücksichtigung des Spannungs-Ist-Werts UI und der Differenz zwischen Betriebsstrom-Ist-Wert II und Betriebsstrom-Soll-Wert IS;
c) Regeln des Betriebsstroms über eine Vorgabe des neuen Spannungswerts UN für die Spannungssteuerung (8), falls der theoretische neue Spannungswert UN innerhalb der vorgegebenen Grenzen für die Spannung liegt;
d) zumindest teilweises Regeln des Betriebsstroms über eine Änderung eines Abstands-Ist-Werts
AI zwischen der Applikationseinrichtung (1) und dem Werkstück (3) mittels der Nachführeinrichtung
(10), falls der theoretische neue Spannungswert UN nicht innerhalb vorgegebener Grenzen für die Spannung liegt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der zuvor eingestellte Spannungswert nicht im mittleren Bereich zwischen
den vorgegebenen Grenzen für die Spannung liegt und der nächste theoretische neue
Spannungswert U
N nicht innerhalb der vorgegebenen Grenzen liegt, folgende Schritte durchgeführt werden:
a) Vorgeben eines neuen Spannungswerts UN für die Spannungssteuerung (8), der im wesentlichen zentral innerhalb der vorgegebenen
Grenzen für die Spannung liegt;
b) Überkompensieren der Abweichung des Entladesstrom-Ist-Werts II vom Betriebsstrom-Soll-Wert IS durch eine entsprechend große Änderung des Abstands AI.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Erfassen des Abstands-Ist-Werts AI zwischen der Applikations-Einrichtung (1) und dem Werkstück (3);
b) Durchführen der Betriebsstrom-Regelung nur, falls der Abstands-Ist-Wert AI innerhalb vorgegebener Grenzen für den Abstand liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannungsquelle (6) und die Applikations-einrichtung (1), vorzugsweise
die gesamte Beschichtungsvorrichtung, desaktiviert werden, falls der Abstands-Ist-Wert
AI nicht innerhalb vorgegegebener Grenzen für den Abstand liegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang die Betriebsparameter der Beschichtungsvorrichtung
erfaßt und in einem mit der Nachführeinrichtung (9, 10) zusammenarbeitenden Speicher
(40) abgelegt werden, und daß bei Beschichtungsdurchgängen, die dem Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang
nachfolgen, die Applikationseinrichtung (1) gemäß den im Speicher (37) abgelegten
Betriebsparametern nachgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Betriebsparameteränderung im Rahmen der Betriebsstrom-Regelung, die während
eines Beschichtungsdurchgangs erfolgt, der dem Initialisierungs-Beschichtungsdurchgang
nachfolgt, erfaßt, im Speicher (40) abgespeichert und für den diesem Beschichtungsdurchgang
nachfolgenden Beschichtungsdurchgang berücksichtigt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Berücksichtigung erfolgt, indem beim Abspeichern der durch die im laufenden
Beschichtungsdurchgang geänderten Betriebsparameter die diesen entsprechenden alten
Betriebsparameter überschrieben werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Berücksichtigung erfolgt, indem aus den im laufenden Beschichtungsdurchgang
geänderten Betriebsparamter und den diesen entsprechenden alten Betriebsparameter
ein Betriebsparameter für den folgenden Beschichtungsdurchgang berechnet und abgespeichert
wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Berechnung durch gewichtete Mittelwertbildung erfolgt.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welche
umfaßt:
a) eine Applikationseinrichtung für elektrisch geladenes Beschichtungsmaterial;
b) eine Spannungsquelle, die eine Spannung zwischen der Applikationseinrichtung und
dem Werkstück erzeugt;
c) eine mit der Spannungsquelle zusammenarbeitende, eine Spannungssteuerung umfassende
Regeleinrichtung für den Betriebsstrom, welcher durch den Fluß des elektrisch geladenen
Beschichtungsmaterials von der Applikationseinrichtung auf das Werkstück vorgegeben
ist;
d) eine Nachführeinrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück
und der Applikationseinrichtung während des Beschichtens;
dadurch gekennzeichnet, daß
e) die Nachführeinrichtung (10) mit der Regeleinrichtung (11) zusammenarbeitet und
zur Veränderung des Abstands zwischen Applikationseinrichtung (1) und Werkstück (3)
in Funktion gesetzt werden kann, wenn durch die Funktion der Spannungssteuerung (8)
alleine der Betriebsstrom-Ist-Wert I
I nicht innerhalb der vorgegebenen Grenzen gehalten werden kann, ohne einen vorgegebenen
Spannungsbereich zu verlassen.