[0001] Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem für eine Beschichtungsvorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Insbesondere handelt es sich um ein Dosiersystem für an Robotern oder sonstigen Beschichtungsmaschinen
montierte Zerstäuber für die Serienbeschichtung von Werkstücken wie beispielsweise
Fahrzeugkarossen. Bekannte Beschichtungsmaschinen dieser Art oder deren Zerstäuber
enthalten mechanisch von einem elektromechanischen Spindelantrieb betätigte Dosierzylinder
(DE 19610588, EP 0693319), die aber den durch ihre Bauform bedingten großen Platzbedarf
haben. Die Länge dieser bekannten Dosiersysteme, die wegen der Kolbenstange etwa doppelt
so groß ist wie der Kolbenhub, beeinträchtigt bei Lackierrobotern und sonstigen Handhabungsgeräten
die Erreichbarkeit von Werkstückbereichen wie beispielsweise Fahrzeuginnenräumen.
Neben der Baugröße haben diese Dosierzylinder aber auch aufgrund der konstruktionsbedingten
Elastizitäten des Spindelantriebs, also u.a. des erforderlichen Spiels der Getriebe-
und anderen Antriebselemente nicht die in manchen Fällen gewünschte extrem hohe Dosiergenauigkeit.
Darüber hinaus haben sie unzureichendes Dynamikverhalten bei schnellen Änderungen
des Dosiersollwerts, der die jeweils benötigte Ausflussmenge des zu dem Zerstäubungsorgan
geförderten Beschichtungsmaterials vorgibt.
[0003] Es sind zwar auch schon Zerstäuber mit hydraulisch angetriebenen Kolben-Zylindereinheiten
bekannt (EP 0967016), deren Druckflüssigkeit aber von einer außerhalb des Zerstäubers
befindlichen Pumpe oder Dosiereinheit zugeführt werden muss. Hierfür ist beträchtlicher
mechanischer Aufwand mit vielen Schnittstellen für das Dosiermedium erforderlich,
besonders bei lösbar und während des Beschichtungsbetriebes ggf. zusammen mit dem
Zerstäuber wechselbar montierten Dosierzylindern. Ferner ist auch bei diesen bekannten
Systemen nur eine begrenzte Dosiergenauigkeit möglich, u.a. durch Schlupf z. B. aufgrund
von Spülkanälen an der Dosierpumpe.
[0004] Probleme hinsichtlich Dosiergenauigkeit und Dynamik ergeben sich auch bei anderen
bekannten Zerstäubern mit Zylinderbehältern für das Beschichtungsmaterial, deren Kolben
durch Druckluft angetrieben wird (US 5310120, JP 8-229446).
[0005] Aufgabe der Erfindung ist, ein einfaches, kompakt zu bauendes Dosiersystem der betrachteten
Gattung anzugeben, das mit hoher Dosiergenauigkeit und bei Sollwertänderungen mit
höchstmöglicher Dynamik arbeitet.
[0006] Diese Aufgabe wird durch das in den Patentansprüchen angegebene Dosiersystem gelöst.
[0007] Im Gegensatz zu bekannten Dosierzylindern mit Druckluftantrieb wirkt erfindungsgemäß
die erste Antriebseinrichtung, vorzugsweise eine pneumatische oder mechanische Druckeinrichtung,
nur als Vorspanneinrichtung für den Kolbenantrieb. Die eigentliche Dosierung erfolgt
durch das Zugelement, das nur eine zu dem Vorspanndruck entgegengesetzte Kraft auf
den Kolben ausübt und dessen durch diesen Vordruck bewirkte Bewegung in genau dem
gewünschten Maße zulässt. Da alle mechanischen Übertragungselemente zwischen dem Kolben
und der die Ausflussmenge des Beschichtungsmaterials bestimmenden mechanischen zweiten
Antriebseinrichtung unter ständiger Zugbelastung stehen, entfallen die Toleranzen
der bekannten elektromechanischen Kolbenantriebe, so dass sich eine wesentlich genauere
Dosierung ergibt. Zugleich folgt das System aufgrund des Vordrucks direkt, schlupffrei
und schnell auch sprunghaften Sollwertänderungen.
[0008] Aufgrund der möglichen kompakten Bauweise eignet sich das hier beschriebene Dosiersystem
besonders vorteilhaft für den Einbau in Zerstäuber und räumlich begrenzte Bereiche
von Beschichtungsmaschinen.
[0009] An dem in der Zeichnung schematisch und vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiel
wird die Erfindung näher erläutert.
[0010] Das dargestellte Dosiersystem enthält einen zylinderartigen Behälter 1, in dem ein
Kolben 2 längs der Zylinderachse verschiebbar gelagert ist. Der Kolben 2 unterteilt
den Behälterinnenraum in einen ersten Bereich 4 für die Antriebsenergie des Systems
auf der in der Zeichnung oberen Seite und einen zweiten Bereich 3, in dem sich das
zu dosierende Beschichtungsmaterial wie z. B. Farblack befindet. Als Antriebsmedium
kann zweckmäßig Druckluft dienen, die von einer Quelle 5 durch einen Lufteinlass 10
kommend bei dem dargestellten Beispiel den ersten Behälterbereich 4 unter Druck setzt,
dadurch den Kolben 2 in Richtung zu dem zweiten Behälterbereich 3 beaufschlagt und
folglich das System in dieser Kraftrichtung vorspannt. Statt Druckluft können auch
andere gasförmige oder auch flüssige Druckmedien verwendet werden, die im Gegensatz
etwa zu den mit Dosierflüssigkeit arbeitenden bekannten Systemen nicht dosiert zugeführt
werden müssen. Statt eines Druckmediums kann zur Erzeugung der Antriebs- oder Vorspannkraft
für den Kolben aber auch eine mechanische Druck- oder Zugeinrichtung insbesondere
mit einer Feder vorgesehen sein.
[0011] An einer unkontrollierten Bewegung aufgrund der bei dem dargestellten Beispiel vorgesehenen
Druckbeaufschlagung wird der Kolben 2 von einem auf der Seite des ersten Bereiches
4 an dem Kolben angreifenden flexiblen Zugelement 6 gehindert, bei dem es sich um
ein zugfestes und nicht längselastisches oder dehnbares Draht-, Flachband- oder Kettenglied
od. dgl. aus Metall oder Kunststoff handeln kann. Das Zugelement 6 ist durch eine
Öffnung 11 aus dem Behälter 1 herausgeführt und kann außerhalb des Behälters über
Rollen 12, 12' in eine zweckmäßige Richtung beispielsweise parallel zur Bewegungsrichtung
des Kolbens 2 umgelenkt werden. Das Zugelement 6 hat die Funktion, dem Kolbendruck
zur Steuerung der Kolbenbewegung entsprechend der gewünschten Ausflussmenge nachzugeben,
und ist zu diesem Zweck an seinem dem Kolben 2 abgewandten Ende mit einer programmgesteuerten
elektromechanischen Antriebseinheit 7 verbunden. Bei dem dargestellten Beispiel ist
das flexible Zugelement 6 an dem Gewinderad 13 einer Spindel 14 befestigt, die von
einem Servomotor oder sonstigen programmgesteuerten elektrischen Motor 15 angetrieben
wird. Der Motor 15 ist umsteuerbar, so dass beim Zurückfahren des Kolbens 2 in Richtung
zum ersten Bereich 4 nach Beendigung eines Beschichtungsvorgangs das Zugelement 6
im entsprechenden Maße wieder aus dem Behälter 1 herausgezogen werden kann.
[0012] Statt der Linear- oder translatorischen Antriebseinheit 7 des dargestellten Beispiels
können auch andere Einrichtungen zur Steuerung der Folgebewegung des Zugelements 6
dienen, beispielsweise eine rotatorische Antriebseinheit mit einem Aufrollmechanismus
zum Auf- und Abwickeln des Zugelements 6 während der Hin- und Herbewegung des Kolbens
2 in dem Behälter 1.
[0013] Wenn der Behälterbereich 4 unter Druck gesetzt werden soll, muss er gegen die Umgebung
des Behälters abgedichtet sein. Zur Abdichtung an der Stelle der Herausführung des
Zugelementes 6 aus dem Behälter 1 kann es genügen, beispielsweise einen das Zugelement
bildenden Runddraht durch eine Dichtmanschette an der Öffnung 11 zu führen. In anderen
Fällen kann es aber zweckmäßiger sein, auf eine Abdichtung der Herausführung 11 zu
verzichten, auch um dem Zugelement 6 eine möglichst freie Bewegung zu ermöglichen,
und dessen Weg bis zum Kolben 2 gegen die Umgebung offen, also druckfrei zu gestalten.
Bei dem dargestellten Beispiel ist das Zugelement 6 zu diesem Zweck von einer längs
der Bewegungsrichtung des Kolbens 2 beweglichen, beispielsweise balgartigen Umhüllung
17 umschlossen, die gegen den unter Druck setzbaren Behälterbereich 4 abdichtend an
ihrem einen Ende an dem Kolben 2 und an ihrem anderen Ende an der die Herausführungsöffnung
11 umgebenden Wand des Behälters 1 befestigt ist.
[0014] In Abwandlung des beschriebenen Beispiels bestehen auch andere Möglichkeiten für
die Druckbeaufschlagung des Kolbens in dem ersten Behälterbereich 4. Statt den Behälterbereich
4 selbst unter Druck zu setzen, kann man beispielsweise auch einen unter Druck setzbaren
und dadurch expandierenden Balg od. dgl. einbauen, der den Kolben 2 in Richtung zu
dem zweiten Behälterbereich 3 drückt.
[0015] Der das Beschichtungsmaterial enthaltende Behälterbereich 3 hat eine Materialauslassöffnung
19, an die eine zu dem Zerstäubungsorgan 20 des Zerstäubers, in den der Behälter 1
und vorzugsweise auch die anderen Bestandteile des Dosiersystems einschließlich der
Antriebseinheit 7 vorteilhaft eingebaut sein können, führende Leitung angeschlossen
ist. Das Zerstäubungsorgan 20 kann beispielsweise der Glockenteller eines elektrostatischen
Rotationszerstäubers oder die Düse eines Luftzerstäubers od. dgl. sein.
[0016] Nach Beendigung eines Beschichtungsvorgangs, bei dem der Kolben 2 den Behälterbereich
3 ganz oder teilweise entleert hat, wird er wieder in seine Ausgangsstellung zurückgeschoben.
Das kann durch den Druck des Farb- oder sonstigen Beschichtungsmaterials bewirkt werden,
das beim Einfüllvorgang u. U. durch die Auslassöffnung 19, vorzugsweise aber durch
eine zusätzliche in den Bereich 3 führende Einlassöffnung gemäß dem Pfeil 21 in den
Behälter 1 geleitet wird. Das Zugelement 6 wird im gleichen Maße von der Antriebseinheit
7 zurückgezogen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Antriebseinheit 7
den Kolben 2 gegen den auch beim Einfüllvorgang wirkenden Druck der Quelle 5 zurückzieht,
wobei sich der dadurch freiwerdende Bereich 3 mit dem Beschichtungsmaterial füllt.
1. Dosiersystem für eine Beschichtungsvorrichtung
mit einem Behälter (1) und einem in dem Behälter verschiebbaren Kolben (2), der einen
ersten Behälterbereich (4) von einem das zu dosierende Beschichtungsmaterial enthaltenden
zweiten Behälterbereich (3) trennt,
mit mindestens einer Öffnung (19, 21) zum Füllen bzw. Entleeren des zweiten Behälterbereiches
(3)
und mit einer ersten Antriebseinrichtung (5), mit der auf den Kolben (2) eine Antriebskraft
in Richtung zu dem zweiten Behälterbereich (3) ausübbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kolben (2) auf der Seite des ersten Behälterbereiches (4) ein Zugelement (6)
angreift,
und dass das Zugelement (6) mit einer zweiten Antriebseinrichtung (7) verbunden ist,
mit der die Bewegung des von der ersten Antriebseinrichtung (5) angetriebenen Kolbens
(2) zur Dosierung des Beschichtungsmaterials steuerbar ist.
2. Dosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Zugelement (6) eine elektromechanische Antriebseinrichtung (7) angreift.
3. Dosiersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (6) ein den Kolben (2) mit der außerhalb des Behälters (1) befindlichen
zweiten Antriebseinrichtung (7) verbindendes biegsames Draht-, Band- oder Kettenelement
ist, und dass die Öffnung (11), durch die das Zugelement (6) aus dem Behälter (1)
herausgeführt ist, gegen den unter Druck setzbaren Behälterbereich (4) abgedichtet
ist.
4. Dosiersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (6) von einer längs der Bewegungsrichtung des Kolbens (2) beweglichen
Umhüllung (17) umschlossen ist, die gegen den unter Druck setzbaren Behälterbereich
(4) abdichtend an ihrem einen Ende an dem Kolben (2) und an ihrem anderen Ende die
Herausführungsöffnung (11) umgebend an der Wand des Behälters (1) befestigt ist.
5. Dosiersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebseinrichtung (7) eine von einem gesteuerten Motor (15) drehbare
Spindel (14) enthält.
6. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebseinrichtung eine von einem gesteuerten Motor drehbare Rolle zum
Auf- und Abwickeln des Zugelements (6) enthält.
7. Dosiersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebseinrichtung (5) auf der Seite des ersten Behälterbereichs (4) eine
Druckkraft auf den Kolben (2) ausübt.
8. Dosiersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebseinrichtung eine Quelle (5) für ein Druckmedium enthält, mit dem
zum Antrieb des Kolbens (2) auf diesen in dem ersten Behälterbereich (4) ein Druck
ausübbar ist.
9. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebseinrichtung eine die Antriebskraft erzeugende Feder enthält.
10. Dosiersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Auslass (19) des zweiten Behälterbereiches (3) eine Eingangsleitung des Zerstäubungsorgans
(20) eines Zerstäubers angeschlossen ist, in dem das Dosiersystem oder wenigstens
der Behälter (1) angeordnet ist.