[0001] Die Erfindung betrifft einen Zerstäuber und ein Verfahren zur Materialversorgung
eines Zerstäubers für eine Beschichtungsmaschine gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen
Patentansprüche. Bei dem Zerstäuber handelt es sich insbesondere um einen als Ganzes
auswechselbar an einem Lackierroboter oder einer sonstigen Beschichtungsmaschine montierten
beispielsweise elektrostatischen Rotations- oder Luftzerstäuber für die Serienbeschichtung
von Werkstücken wie beispielsweise Fahrzeugkarossen.
[0002] Derartige Zerstäuber ermöglichen u.a. vorteilhafte Farbwechselkonzepte und einfache
Potentialtrennung zwischen mit Direktaufladung des Beschichtungsmaterials arbeitenden
elektrostatischen Zerstäubungsorganen und dem aus Sicherheitsgründen geerdeten Farbversorgungssystem,
da die Vorratsbehälter bei der Beschichtung von dem geerdeten Versorgungssystem getrennt
sind und zum Farbwechsel einfach und automatisch ohne oder auch mit dem eigentlichen
Zerstäuber ausgewechselt werden können. Bekannte Zerstäuber dieser Art enthalten mechanisch
von einem Spindelantrieb betätigte Dosierzylinder (DE 196 10 588 A). Solche Dosierzylinder
haben aber den durch ihre Bauform bedingten großen Platzbedarf. Insbesondere ihre
Länge, die wegen der Kolbenstange etwa doppelt so groß ist wie der Kolbenhub, beeinträchtigt
vor allem bei Lackierrobotern oder sonstigen Handhabungsgeräten die Erreichbarkeit
von Werkstückbereichen wie beispielweise Fahrzeuginnenräumen. Es sind zwar auch schon
Zerstäuber mit hydraulisch angetriebenen Dosierzylindern bekannt (EP 0 967 016 A),
deren Druckflüssigkeit aber von einer außerhalb des Zerstäubers befindlichen Dosierpumpe
zugeführt werden muß.
[0003] Darüber hinaus ergeben sich bei Dosierzylindern generelle Probleme wie u.a. hohe
Anforderungen an Abstützung und Lagerung zur Gewährleistung der gewünschten Dosiergenauigkeit
und Dynamik, die nicht nur den Konstruktionsaufwand erhöhen, sondern auch das beispielsweise
vom Handgelenk eines Roboters zu tragende Gewicht des Zerstäubers.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv einfachen, zuverlässigen
und nicht zu schweren Zerstäuber anzugeben, dessen Vorratseinrichtung ohne hydraulische
Dosierung auskommt und geringen Platzbedarf ermöglicht, sowie ein dementsprechendes
Verfahren zur Materialversorgung des Zerstäubers.
[0005] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
[0006] Die Erfindung eignet sich nicht nur, aber insbesondere für elektrostatische Zerstäuber,
die als Ganzes auswechselbar an Lackierrobotern oder sonstigen Beschichtungsmaschinen
montiert werden und hierbei auf einfache Weise sowohl die erforderliche Potentialtrennung
von dem geerdeten Versorgungssystem der Beschichtungsanlage als auch schnellen und
problemlosen Farbwechsel ohne wesentliche Verluste an Farbe und Spülmittel bei beliebiger
Anzahl wählbarer Farben ermöglichen. Beispielsweise im Fall von Lackierrobotern ist
auch von Vorteil, daß auf aufwendige Verschlauchungen in der Maschine verzichtet werden
kann, da die interne Vorratseinrichtung des Zerstäubers bei abmontiertem Zerstäuber
befüllt werden kann.
[0007] Der bevorzugte Einbau einer beispielsweise als Zahnradpumpe ausgebildeten Dosierpumpe
in den Zerstäuber hat den Vorteil, daß sich durch dieses konventionelle, seit langem
bewährte und zuverlässige Bauteil ein Dosierzylinder der bekannten Art erübrigt.
[0008] Die Ausbildung des Farbvorratsbehälters als Schlauchwicklung hat den Vorteil, daß
einerseits wegen der im Vergleich mit üblichen zylindrischen Farbbehältern erheblichen
Verringerung des Durchmessers entsprechend geringere Farbewechselverluste an Farbe
und Spülmittel auftreten und andererseits die konstruktive Flexibilität vor allem
im Hinblick auf Platzeinsparung entscheidend verbessert wird. Ähnliches gilt für die
ebenfalls mögliche Verwendung einer mehr oder weniger starren Rohrspirale als Farbvorratsbehälter.
[0009] Da die Schlauchwicklung bzw. Rohrspirale vorzugsweise gemolcht wird, um das Beschichtungsmaterial
über die Dosierpumpe zu dem Zerstäubungsorgan zu fördern und ggf. Restfarbe zurück
in Richtung zu dem geerdeten Versorgungssystem der Beschichtungsanlage zu drücken,
ergibt sich zugleich eine sehr einfache Möglichkeit der Reinigung der Schlauchinnenwand
der Vorratseinrichtung durch den Molch in an sich bekannter Weise.
[0010] An dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher
erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen am Handgelenk eines Lackierroboters montierten Luftzerstäuber;
- Fig. 2 und 3
- schematische Darstellungen des Farbversorgungskonzepts für einen Zerstäuber der hier
beschriebenen Art; und
- Fig 4
- eine allgemeinere Darstellung des Zerstäubers.
[0011] Gemäß Fig. 1 ist an dem Handgelenk 1 eines Roboters ein Zerstäuber, Z montiert, in
dessen Gehäuse 3 im vorderen Bereich ein Luftzerstäubungsorgan 4 angeordnet ist, dessen
Aufbau und Funktionsweise an sich bekannt sind und daher keiner Beschreibung bedürfen.
Der weitgehend zylindrische Hauptteil des Gehäuses 3 enthält eine beispielsweise koaxial
in der Gehäusemitte angeordnete Dosierpumpe DP, beispielsweise eine Zahnradpumpe ebenfalls
an sich bekannter Art und Funktionsweise. Die Dosierpumpe DP ist über einen Ventilblock
22 (Fig. 2) an das Zerstäubungsorgan 4 angeschlossen und umsteuerbar, so daß sie in
den beiden entgegengesetzten Richtungen fördern kann. Der (nicht dargestellte) Antrieb
der Dosierpumpe DP ist zweckmäßig mechanisch ausgeführt, z.B. mit einer biegsamen
Welle, die ihrerseits über Kegelräder und ein Ritzelgetriebe an der Roboterhandachse
angetrieben werden kann (durch Verdoppeln der üblicherweise als "Achse 6" bezeichneten
Roboterachse). Eine andere Möglichkeit ist der Direktantrieb der Dosierpumpe DP durch
einen in dem Zerstäuber befindlichen Elektromotor.
[0012] In dem die Dosierpumpe DP umgebenden, im wesentlichen ringförmigen Raum 8 im zylindrischen
Teil des Gehäuses 3 ist eine Farbschlauchwicklung 10 der dargestellten, beispielweise
doppellagigen Spiralform angeordnet, die als Vorratsbehälter für das Beschichtungsmaterial
dient. Das eine Schlauchende ist an die dem Zerstäubungsorgan 4 abgewandte Seite der
Dosierpumpe DP angeschlossen, während das andere Schlauchende mit einem externen Druckluftanschluß
(V3A in Fig. 2) in Verbindung steht.
[0013] Ein besonderes Merkmal der als Vorratsbehälter dienenden Schlauchwicklung 10 ist
die Molchbarkeit. Der in dem Farbschlauch FM der Schlauchwicklung 10 befindliche Molch
12 kann durch Druckluft von dem erwähnten Druckluftanschluß durch die gesamte Schlauchwicklung
geschoben werden, um das darin befindliche Beschichtungsmaterial zu der Dosierpumpe
DP zu drücken. Hierfür geeignete Molche sind an sich bekannt.
[0014] Bei der folgenden Erläuterung der Betriebsweise sei angenommen, daß der Zerstäuber
Z am Flansch 14 lösbar am Roboterhandgelenk 1 montiert ist und zum Befüllen der Schlauchwicklung
10 mit Beschichtungsmaterial abgenommen und an die in Fig. 2 dargestellte, auch als
Zerstäuberwechsel- und Spülstation dienende Befüllstation 20 angeschlossen wird.
[0015] Der in Fig. 2 mit ZA bezeichnete Zerstäuber enthält den zwischen die Dosierpumpe
DPA und das hier als Rotationsglocke dargestellte Zerstäubungsorgan geschalteten Ventilblock
22 mit dem üblichen Hauptnadelventil HNA für das von der Pumpe DPA gespeiste Zerstäubungsorgan
und einem abzweigenden Farbversorgungsventil V1A. Von der die Dosierpumpe DPA auf
ihrer entgegengesetzten Seite mit dem Farbschlauch FMA verbindenden Leitung zweigt
über ein Ventil V2A eine Spül- und Rückführungsleitung ab. An dem der Pumpe DPA abgewandten
Ende ist der Farbschlauch FMA an eine Druckluftleitung mit einem Druckluftventil V3A
angeschlossen.
[0016] Die Befüllstation 20 enthält ein mit dem zerstäuberseitigen Wechselsystem WZA zusammenkuppelbares
Wechselsystem WWS, zu dem ein mechanisch mit der Dosierpumpe DPA kuppelbarer Antriebsmotor
M gehört. Ferner enthält die Station 20 eine bei angekuppeltem Zerstäuber mit dem
Ventil V2A verbundene Spülventilanordnung SV mit einem Spülmittelventil S10, einem
Pulsluftventil PL10 und einem Rückführungsventil RF10 sowie einen mit dem Ventil V1A
verbundenen Farbwechsler FW mit Farbventilen F1-F4, Spülmittel- und Pulsluftventilen
S bzw. PL und einem Rückführungsventil RF. Aus dem Farbwechsler FW wird das gewählte
Beschichtungsmaterial durch das Ventil V1A und die Dosierpumpe DPA in das ihr zugewandte
Ende des molchbaren Farbschlauches FMA gedrückt, um diesen zu befüllen, wobei der
Molch 12A in Richtung zu dem entgegengesetzten Schlauchende geschoben wird.
[0017] Während der Zerstäuber ZA befüllt wird, kann mit einem an die Roboterhandachse 1
(Fig. 1) angekoppelten anderen Zerstäuber ZB beschichtet werden, wie in Fig. 3 gezeigt
ist, wo die Fig. 2 entsprechenden Elementen mit B statt A bezeichnet sind. Das zerstäuberseitige
Wechselsystem WZB ist mit dem roboterseitigen Wechselsystem WR zusammengekuppelt.
Über das Ventil V3B wird der molchbare Farbschlauch FMB mit Druckluft beaufschlagt,
so daß das in dem Schlauch gespeicherte Beschichtungsmaterial von dem Molch 12B zu
der Dosierpumpe DPB gedrückt und von dieser zu dem Zerstäubungsorgan gefördert wird.
Bei einem Zerstäubertausch mit Farbwechsel ergibt sich somit der folgende Zyklus.
[0018] Lackieren mit Zerstäuber ZB und erster Farbe: Der Zerstäuber ZB befindet sich am
Roboter. Die beiden Hälften des Wechselsystems WZB und WR und auch der Antrieb für
die Dosierpumpe DPB sind eingekuppelt. Die Ventile V1B und V2B sind geschlossen. Das
Ventil V3B gibt Druckluft frei, wodurch der Molch 12B angetrieben wird. Der Molch
drückt seinerseits bei seiner Bewegung im Farbschlauch FMB zwischen den Ventilen V3B
und V2B die erste Farbe zur Dosierpumpe DPB, die mit der eingestellten Lackierdrehzahl
die Farbe dosiert, wobei sie von dem Motor M im Roboter angetrieben wird. Der Molch
trennt hierbei den Lack von der als Molchtreibmedium dienenden Druckluft und sorgt
gleichzeitig für die Reinigung der Farbschlauchwände. Bei geöffnetem Hauptnadelventil
HNB strömt der Farblack zu dem Zerstäubungsorgan. Der Zerstäuber ZB arbeitet unter
Hochspannung.
[0019] Start eines Farbwechselprogramms in der Zerstäuberwechsel-, Spül- und Befüllstation
20: Bei einem anstehenden Farbwechsel wird durch die Anlagensteuerung ein automatisches
Spül- und Andrückprogramm gestartet. Während des Versprühens der ersten Farbe durch
den Zerstäuber ZB wird der andere Zerstäuber ZA, der sich in der Zerstäuberwechsel-
und Spülstation 20 befindet, für die nächste Lackieraufgabe vorbereitet. Hier sind
die beiden Hälften des Wechselsystems WZA und WWS eingekuppelt. Alle Ventile der Station
20 befinden sich in ihrer Grundstellung.
[0020] Spülen des Zerstäubers ZA: Beim anschließenden Spülvorgang befindet sich der Molch
12A im Farbschlauch FMA nahe vor dem Ventil V2A, da angenommen wird, daß er beim letzten
Lackiervorgang die gesamte im Farbschlauch befindliche Farbe ausgedrückt hat (eventuell
mit Ausnahme eines Sicherheitsvolumens). Das Ventil V3A ist geöffnet, so daß der Molch
mit Druckluft beaufschlagt ist. Nun öffnet das Ventil V2A, wodurch das durch wechselseitiges
Öffnen der Ventile V10 und PL10 am Steuerventil SV entstehende Spülmittel-Luft-Gemisch
über die mit Spüldrehzahl laufende Dosierpumpe DPA und durch das geöffnete Ventil
HNA strömt. Dadurch wird der Zerstäuber ZA vom Ventil V2A über die Dosierpumpe DPA
gespült. (Beim Spülen ist der Druck der den Molch über das Ventil V3A beaufschlagenden
Druckluft größer als der Druck des Spülmittel-Luft-Gemisches.) Die Dosierpumpe DPA
wird von dem Motor M in der Station 20 angetrieben. Kurzzeitig wird dann bei geschlossenem
Ventil HNA über das Ventil V1A bei geöffnetem Ventil RF der Farbwechsler FW gespült.
Zum Abschluß des Spülvorgangs kann das gesamte System mit einem kurzen Pulsluftintervall
trockengeblasen werden.
[0021] Andrücken der zweiten Farbe im Zerstäuber ZA: Der Molch 12A befindet sich bei geöffnetem
Ventil V3A in der Nähe des Ventils V2A. Nach beendetem Spülvorgang werden die Ventile
F2, V1A, V2A und RF10 geöffnet, wodurch die zweite Farbe in den Farbkanal gelangt.
Die Dosierpumpe DPA läuft rückwärts mit Andrückdrehzahl. Nach einer vom Steuerprogramm
entsprechend dem Fördervolumen der Dosierpumpe vorgegebenen Zeit wird das Ventil V2A
geschlossen, so daß eventuell im Farbschlauch verbliebenes Spülmedium verdrängt und
das System entlüftet wird. Nachdem das Ventil V2A geschlossen ist, wird der Molch
von der Lacksäule gegen den Druck der Druckluft zu seiner anderen Endposition in der
Nähe des Ventils V3A geschoben. Nach Erreichen der gewünschten Farbmenge mit Hilfe
der Dosierpumpe ist der Andrückvorgang beendet. Alle erwähnten Ventile gehen wieder
in ihre Grundstellung. Der Zerstäuber ZA ist nun für den nächsten Lackiervorgang vorbereitet
und verharrt in der Station 20 bis zum nächsten Zerstäuberwechsel.
[0022] Start des Zerstäuberwechselprogramms und Wechsel vom Zerstäuber ZB zum Zerstäuber
ZA: Nach Beendigung des Lackiervorgangs mit dem Zerstäuber ZB werden die Dosierpumpe
DPB gestoppt, das Ventil HNB geschlossen und anschließend die Hochspannung heruntergefahren.
Nun kann der Zerstäuber ZB gegen den Zerstäuber ZA ausgewechselt und beispielsweise
ein nächstes Werkstück mit der zweiten Farbe lackiert werden.
[0023] Die beschriebene Betriebsweise ist nur ein Beispiel. Das in Fig.4 allgemeiner dargestellte
erfindungsgemässe Zerstäubersystem mit dem Anschlussflansch 16, der molchbaren Leitungsspirale
10, der beispielsweise nur in Richtung zum Zerstäubungsorgan 4 fördernden Pumpe P
und der dazwischengeschalteten Ventileinheit 22' kann auf beliebige sonstige Weise
betrieben werden.
[0024] Die Erfindung ist auch nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt. Insbesondere
kann die als Vorratsbehälter dienende Schlauchwicklung oder Rohrspirale auch ohne
nachgeschaltete Dosierpumpe zur Platzeinsparung vorteilhaft sein. Andererseits kann
eine im Zerstäuber zwischen den Farbvorratsbehälter und das Zerstäubungsorgan geschaltete
Dosierpumpe auch für beliebige andersartig geformte Behälter zweckmäßig sein.
[0025] In dem hier beschriebenen Zerstäuber kann sich u.a. auch die übliche, für die elektrostatische
Beschichtung erforderliche Hochspannungskaskade befinden.
1. Zerstäuber für eine Beschichtungsmaschine, der insbesondere auswechselbar an einem
bewegbaren Maschinenteil (1) montiert oder montierbar ist und in seinem Gehäuse (3)
eine als Vorratsbehälter für das Beschichtungsmaterial dienende, mit dem Zerstäubungsorgan
(4) verbundene Vorratseinrichtung (FM) enthält,
und dem das Beschichtungsmaterial von einer Dosiereinrichtung (DP) zuführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Zerstäubergehäuse (3) eine Dosierpumpe (DP) befindet, die zwischen die
Vorratseinrichtung (FM) und das Zerstäubungsorgan (4) geschaltet ist.
2. Zerstäuber für eine Beschichtungsmaschine, der insbesondere auswechselbar an einem
bewegbaren Maschinenteil (1) montiert oder montierbar ist und in seinem Gehäuse (3)
eine als Vorratsbehälter für das Beschichtungsmaterial dienende, mit dem Zerstäubungsorgan
(4) verbundene Vorratseinrichtung (FM) enthält,
und dem das Beschichtungsmaterial von einer Dosiereinrichtung (DP) zuführbar ist,
insbesondere nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratseinrichtung durch eine spiralförmige Schlauchwicklung (10) oder eine Rohrspirale
gebildet ist.
3. Zerstäuber nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe (DP) räumlich innerhalb der Schlauchwicklung (10) oder Rohrspirale
angeordnet ist.
4. Zerstäuber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Dosierpumpe (DP) eine Zahnradpumpe vorgesehen ist.
5. Zerstäuber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe so umsteuerbar ist, daß sie in zueinander entgegengesetzten Richtungen
fördern kann.
6. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die Schlauchwicklung (10) oder Rohrspirale bewegbarer Molch (12) vorgesehen
ist, der das Beschichtungsmaterial aus dem Schlauch (FM) oder Rohr in Richtung zu
dem Zerstäubungsorgan (4) herausschiebt und zu diesem Zweck auf seiner dem Beschichtungsmaterial
abgewandten Seite von einem Druckmedium beaufschlagt wird.
7. Zerstäuber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Molch (12) durch Druckluft angetrieben wird.
8. Zerstäuber nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchwicklung (10) oder Rohrspirale an ihrem Materialauslaßende außerhalb
des Schlauches (FM) oder Rohres an das externe Materialversorgungssystem (FW) des
Zerstäubers angeschlossen oder anschließbar ist.
9. Zerstäuber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die umsteuerbare Dosierpumpe (DP) in der einen Richtung das Beschichtungsmaterial
aus der Vorratseinrichtung (FM) zu dem Zerstäubungsorgan (4) fördert, während sie
in der entgegengesetzten Förderrichtung zwischen ihr und dem Zerstäubungsorgan zugeführtes
Beschichtungsmaterial in die Vorratseinrichtung (FM) fördert.
10. Zerstäuber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe (DP) über eine flexiblen Welle mit einem außerhalb des Zerstäubers
angeordneten Motor (M) kuppelbar ist.
11. Zerstäuber nach Anspruch 10 an einem Lackierroboter, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Welle von einem in oder an dem Roboterhandgelenk (1), an dem der Zerstäuber
montiert ist, angeordneten Zahnradgetriebe angetrieben wird.
12. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe (DP) von einem in dem Zerstäuber befindlichen Elektromotor angetrieben
wird.
13. Verfahren zur Materialversorgung eines Zerstäubers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Befüllen der Vorratseinrichtung (FM) das Beschichtungsmaterial in die Verbindung
zwischen der Vorratseinrichtung (FM) und der Dosierpumpe (DP) oder in die Verbindung
zwischen der Dosierpumpe (DP) und dem Zerstäubungsorgan geleitet wird, und daß bei
der Beschichtung das Beschichtungsmaterial durch Druckluft aus der Vorratseinrichtung
(FM) in die Dosierpumpe (DP) gedrückt wird, die es zu dem Zerstäubungsorgan (4) fördert.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial zum Befüllen von der Dosierpumpe (DP) in die Vorratseinrichtung
(FM) gedrückt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial von einem Molch (12) durch eine die Vorratseinrichtung
(FM) bildende Leitung gedrückt wird.