[0001] Die Erfindung betrifft ein Applikationssystem zum Beschichten von Bauteilen gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Beschichtungseinrichtung.
[0002] Ein solches Applikationssystem umfasst folgende Baugruppen:
- ein Applikationsgerät, das das Beschichtungsmittel appliziert, wobei das Applikationsgerät
ein Druckkopf ist, der das Beschichtungsmittel aus mehreren Beschichtungsmitteldüsen
ausstößt, wobei an jeder einzelnen Beschichtungsmitteldüse ein Düsenventil angebracht
ist, das sich eine Ventilöffnungszeit lang öffnet, wenn ein Beschichtungsmitteltropfen
die jeweilige Düse verlassen soll,
- eine Beschichtungsmittelzuleitung, mit der die Beschichtungsmitteldüsen des Druckkopfes
gemeinsam verbunden sind,
- eine Ventilsteuerung zur Steuerung der Ventilöffnungszeiten und Ventilschließzeiten
jedes einzelnen Ventil.
[0003] Eine Beschichtungseinrichtung umfasst einen Roboter, an dem wenigstens das Applikationsgerät
aufgenommen ist. Üblicherweise ist das Applikationsgerät an dem Roboter an dem sogenannten
Tool Center Point, kurz TCP, aufgenommen.
[0004] Die
DE102014013158 A1 zeigt eine Freistrahl-Einrichtung zur kontaktlosen Abgabe von Flüssigkeiten auf die
Fläche eines Körpers.
[0005] Die
DE 10 2008 053 178 A1 zeigt eine Beschichtungseinrichtung zur Beschichtung, insbesondere Lackierung von
Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen. Bei einer solchen Lackieranlage zur Lackierung von
Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen werden die zu lackierenden Kraftfahrzeugkarosseriebauteile
auf einem durch eine Lackierkabine transportiert, in der die Kraftfahrzeugkarosseriebauteile
dann von Lackierrobotern lackiert werden. Die Lackierroboter weisen einen oder mehrere
schwenkbare Roboterarme auf und führen über eine mehrachsige Roboterhandachse an ihrem
TCP jeweils ein Applikationsgerät. Das Applikationsgerät ist hier als ein Druckkopf
ausgeführt, der das Beschichtungsmittel aus mehreren Beschichtungsmitteldüsen ausstößt,
und die Beschichtungsmitteldüsen des Druckkopfes sind gemeinsam mit einer Beschichtungsmittelzuleitung
verbunden, über die das zu applizierende Beschichtungsmittel zugeführt wird. Die Lackierung
mittels eines solchen Druckkopfes ist vorteilhaft, wenn beispielsweise eine Fahrzeugkarosserie
mehrfarbig lackiert werden soll, wenn an verschiedenen Stellen an der Karosserie unterschiedliche
Farben aufgebracht werden sollen. Die Lackierung mit einem Druckkopf-Applikator ermöglicht
das randscharfe Lackieren unterschiedlicher Zonen auf dem Werkstück, also z.B. der
Karosserie, ohne weitere zusätzliche Vorkehrungen, insbesondere ohne Abkleben andersfarbiger
Bereiche.
[0006] Die Dosierung des Beschichtungsmaterials bei der Lackierung mit einem Druckkopf-Applikator
erfolgt üblicherweise mittels eines Druckreglers für das Beschichtungsmaterial. Diese
Dosierung mittels eines Druckreglers hat einige Nachteile, insbesondere bei der Lackierung
von Automobilkarosserien oder Karosserieteilen in einer Automobil-Lackierstraße. Die
Durchflussrate eines bei der Automobillackierung verwendeten Lackes als Beschichtungsmaterial
hängt nämlich von der Viskosität und vom Druck ab. Die Viskosität des Beschichtungsmaterials
kann sich bei unterschiedlichen Lackmaterialien zum Teil stark unterscheiden. Manche
benutzten Lackiermaterialien sind thixotrop, das heißt sie haben eine druckabhängige
Viskosität. Diese erhebliche Abhängigkeit der Viskosität des Beschichtungsmittels
von der Materialart und vom Druck führt oft zu ungleichförmiger Tropfengröße während
des Beschichtens und damit zu großen Schwierigkeiten, eine homogene Beschichtung zu
gewährleisten. Es ist daher die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe,
ein Applikationssystem der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass eine zeitlich
konstante Tropfengröße während des Beschichtungsvorganges sichergestellt ist. Weiter
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beschichtungseinrichtung weiter
zu verbessern.
[0007] Diese Aufgabe wird bezüglich des Applikationssystems gelöst mit einem Applikationssystem
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bezüglich der Beschichtungseinrichtung wird die
Aufgabe gelöst mit einer Beschichtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
2.
[0008] Erfindungsgemäß umfasst das Applikationssystem weiter eine Pumpe, mittels der das
zu applizierende Beschichtungsmittel über die Beschichtungsmittelzuleitung den Beschichtungsmitteldüsen
zugeführt wird, und das Applikationssystem ist so eingerichtet, dass die Pumpe während
des Beschichtens mit einer konstanten Durchflussrate des Beschichtungsmittels arbeitet,
und dass der Druck an jeder Düse bei einem Öffnen des Ventils genau so groß ist wie
beim vorhergehenden Öffnen dieses Ventils.
[0009] Erfindungsgemäß ist die Ventilsteuerung dazu eingerichtet, dass während des Beschichtens
immer eine gleich bleibende Anzahl an Düsenventilen eines Druckkopfes geöffnet ist.
[0010] Die Erfindung sowie weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile der Erfindung
werden nun im Zusammenhang mit der folgenden Figurenbeschreibung erläutert und beschrieben.
[0011] Es zeigen:
- Figur 1
- schematisch und exemplarisch einen Druckkopf zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen
Applikationsgerät, mit hier exemplarisch dargestellten zehn Beschichtungsmitteldüsen,
angeordnet in einer Linie hintereinander, wobei die Linie sich in etwa senkrecht zur
Bewegungsrichtung des Applikationsgerätes beim Beschichten erstreckt,
- Figur 2
- schematisch und exemplarisch einen Druckkopf mit zweiunddreißig Beschichtungsmitteldüsen,
wobei an jeder Beschichtungsmitteldüse ein Ventil angebracht ist, und die Beschichtungsmitteldüsen
gemeinsam mit einer Beschichtungsmittelzuleitung verbunden sind, in zwei Ausführungsformen:
links mit Beschichtungsmittelzuführung von einer Seite, rechts mit Beschichtungsmittelzuführung
von zwei Seiten,
- Figur 3
- schematisch und exemplarisch eine Ausführungsform eines Applikationssystems, bei dem
drei Druckköpfe mit jeweils zweiunddreißig Beschichtungsmitteldüsen aneinandergereiht
sind, um die Beschichtungsleistung zu erhöhen, und bei dem die Beschichtungsmitteldüsen
in benachbarten Druckköpfen gegeneinander versetzt sind,
- Figur 4
- schematische Veranschaulichung eines Betriebsmodus der Beschich-
- Figur 5a
- tungsmitteldüsen eines Druckkopfes, gemäß dem Stand der Technik, schematisch und exemplarisch
ein Applikationssystem mit einem Drucckopf, der zweiunddreißig Beschichtungsmitteldüsen
hat, wobei an jeder Beschichtungsmitteldüse ein Ventil angebracht und dieser zugeordnet
ist;
- Figur 5b
- den zeitlichen Verlauf der Ventilstellung während zweier vollständiger Schaltperioden
T1 und T2 sowie einer halben Schaltperiode T3,
- Figur 5c
- den zeitlichen Verlauf des Beschichtungsmittelflusses an der Düsenaustrittsöffnung
einer Beschichtungsmitteldüse ( durchgezogene Linie), und der von der Pumpe eingeprägten
Durchflussrate des Beschichtungsmittels (gestrichelte Linie)
- Figur 5d
- den zeitlichen Verlauf des Druckes an der Beschichtungsmitteldüse des Druckkopfes,
- Figur 7
- wie durch die erfindungsgemäße Maßnahme der nachteilige Aufbau eines immer weiter
ansteigenden Überdrucks im System mit den negativen Auswirkungen hinsichtlich einer
nicht-uniformen Tropfengröße vermieden ist,
- Figur 8a
- schematisch und exemplarisch ein Applikationssystem mit einem Drucckopf, der zweiunddreißig
Beschichtungsmitteldüsen hat, wobei an jeder Beschichtungsmitteldüse ein Ventil angebracht
und dieser zugeordnet ist.
- Figur 8b
- schematisch und exemplarisch den Betriebsmodus der Beschichtungsmitteldüsen des Druckkopfes
aus Figur 8a mit den zweiunddreißig Beschichtungsmitteldüsen 1 - 32,
- Figur 9
- einen beispielhaften Betriebsmodus für ein Applikationssystem mit drei Druckköpfen,
von denen jeder zweiunddreißig Ventile hat.
[0012] Figur 1 zeigt schematisch und exemplarisch einen Druckkopf 1 zur Verwendung in einem
erfindungsgemäßen Applikationsgerät. Hier ist der Druckkopf 1 schematisch und exemplarisch
als eine quaderförmige Struktur dargestellt. Er hat hier im Beispiel zehn Beschichtungsmitteldüsen
2, die an einer Schmalseite des Druckkopfes in einer Linie hintereinander angeordnet
sind, wobei die Linie sich in etwa senkrecht zur Bewegungsrichtung des Applikationsgerätes
beim Beschichten erstreckt, siehe hierzu Figur 3. Der Pfeil D zeigt die Richtung des
Ausstoßes der Beschichtungsmitteltropfen an.
[0013] Figur 2 zeigt schematisch und exemplarisch einen Druckkopf 3 mit zweiunddreißig Beschichtungsmitteldüsen
4, die im Wesentlichen baugleich sind zu den Beschichtungsmitteldüsen2 gemäß der in
Figur 1 gezeigten Ausführungsform. An jeder Beschichtungsmitteldüse 4 ist ein Ventil
5 angebracht, und die Beschichtungsmitteldüsen 4 sind gemeinsam mit einer Beschichtungsmittelzuleitung
6 verbunden. Die Ventile können mit einer Schaltfrequenz im Bereich einiger kHz geschaltet
werden, typischerweise im Bereich von 3 kHz. Links in Figur 2 ist eine Ausführungsform
gezeigt, bei der das Beschichtungsmittel nur von einer Seite, hier von oben, zugeführt
wird. Rechts in der Figur 2 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der das Beschichtungsmittel
von zwei Seiten, hier von oben und unten, zugeführt wird, wobei sich dazu die Beschichtungsmittelzuleitung
6 in einen oberen und einen unteren Teilarm 7, 8 aufteilt.
[0014] Figur 3 zeigt schematisch und exemplarisch eine Ausführungsform eines Applikationssystems
9, bei dem drei Druckköpfe 10, 11, 12 mit jeweils zweiunddreißig Beschichtungsmitteldüsen
13 aneinandergereiht sind, um die Beschichtungsleistung zu erhöhen. Die Bewegungsrichtung
des Applikationssystems 9 während der Beschichtung ist durch den Pfeil P angedeutet,
man sieht dass diese in etwa senkrecht zu der Linie verläuft, in der die Beschichtungsmitteldüsen
13 in jeden der drei Druckköpfe 10, 11, 12 angeordnet sind. Der Abstand zwischen benachbarten
Beschichtungsmitteldüsen 13 ist mit a bezeichnet. Dieser Abstand kann aus konstruktiven
Gründen nicht beliebig klein gemacht werden. Um einen gleichmäßigen Auftrag des Beschichtungsmittels
zu erreichen, sind die Beschichtungsmitteldüsen 13 der drei aneinander gereihten Druckköpfe
10, 11, 12 um jeweils einen Betrag von a/3 gegeneinander versetzt angeordnet, wie
in der im rechten Teil der Figur 3 dargestellten Ausschnittsvergrößerung eines Teilbereiches
14 des Beschichtungsmitteldüsenfeldes dargestellt ist.
[0015] Figur 4 zeigt schematisch und exemplarisch den Betriebsmodus 16 der Beschichtungsmitteldüsen
eines Druckkopfes, wie er gemäß dem Stand der Technik üblicherweise angewendet wird.
Für die exemplarische Erläuterung ist hier ein Drucckopf 15 mit sechs Betriebsmitteldüsen
D1 - D6 angenommen. Die waagerecht verlaufenden Balken, mit den abwechselnd schwarzen
und weißen Feldern, zeigen den Schaltzustand der jeweiligen Ventile an, wenn der Druckkopf
15 zum Beschichten bewegt wird. Ein dunkles Feld zeigt an, dass das entsprechende
Ventil in dieser Zeit offen ist, während dieser Zeit tritt ein Beschichtungsmitteltropfen
aus der jeweiligen düse aus. Ein helles Feld zeigt an, dass das entsprechende Ventil
während dieser Zeit geschlossen ist, während dieser Zeit tritt kein Beschichtungsmitteltropfen
durch die entsprechende Düse aus. Bei dem üblichen Betriebsmodus 16, wie er in der
Figur 4 veranschaulicht ist, werden alle Ventile gleichzeitig geöffnet und geschlossen.
Man macht das oft, um eine scharfe Anfangs- und Endlinie der Beschichtung zu bekommen.
In der Figur 4 sind insgesamt acht Schaltperioden T1 - T8 in ihrer zeitlich hintereinanderliegenden
Reihenfolge aneinander gereiht dargestellt.
[0016] Figur 5 zeigt in der Teilfigur 5a schematisch und exemplarisch ein Applikationssystem
17, mit einem Druckkopf 18, der zweiunddreißig Beschichtungsmitteldüsen 19 hat, wobei
an jeder Beschichtungsmitteldüse 19 ein Ventil 20 angebracht und dieser zugeordnet
ist. In der Beschichtungsmittelzuleitung 22 befindet sich eine Pumpe 21, die das Beschichtungsmittel
mit einer konstanten Durchflußrate durch die Beschichtungsmittelzuleitung 22 zu dem
Druckkopf 18 pumpt. Die Pumpe 21 kann beispielsweise als Zahnradpumpe oder als Kolbenpumpe
ausgebildet sein, beides Pumpenarten, die eine konstante Durchflussrate auch bei variierendem
Druck erzeugen können. Die Teilfiguren 5b -5d zeigen die zeitlichen Verläufe der Ventilstellung
(Fig. 5b), des Beschichtungsmittelflusses an der Düsenaustrittsöffnung einer Beschichtungsmitteldüse
(Figur 5c, durchgezogene Linie), der von der Pumpe 21 eingeprägten Durchflussrate
des Beschichtungsmittels (Figur 5c, gestrichelte Linie) und des Druckes an der Beschichtungsmitteldüse
19 des Druckkopfes 18 (Figur 5d) während zweier vollständiger Schaltperioden T1 und
T2 sowie einer halben Schaltperiode T3. Wenn die Ventile alle gleichzeitig geschlossen
sind, beispielsweise in der Schaltperiode T1 zum Zeitpunkt A, pumpt die Pumpe 21 weiter
mit konstanter Durchflussrate das Beschichtungsmittel in das Applikationssystem 17.
Der Druck im Applikationssystem und damit der Druck an der Beschichtungsmitteldüse
des Druckkopfes steigt an, es entsteht ein Überdruck im Applikationssystem, siehe
Fig. 5d, da die Schläuche und andere Komponenten des Applikationssystems eine gewisse
Elastizität haben. Wenn nun das Ventil zu Beginn des folgenden Schaltzyklus wieder
geöffnet wird, siehe beispielsweise Zeitpunkt B zu Beginn des Schaltzyklus T2, fällt
der Druck wieder ab und nach einer kurzen Zeit ist der Beschichtungsmittelfluss an
der Austrittsöffnung der Beschichtungsmitteldüse konstant.
[0017] In der vorliegenden Erfindung wurde überraschend erkannt, dass unter bestimmten Umständen,
wenn die Zeitkonstanten des Applikationssystems so groß sind, dass ein vollständiger
Abbau des Überdruckes bis zum Beginn der nächsten folgenden Schaltperiode nicht möglich
ist, sich der Überdruck während der nächsten Schaltperiode dann von einem höheren
Ausgangspunkt aus weiter erhöht, und so fort, so dass der Druck im Applikationssystem
immer weiter ansteigt. Da die Flussrate des Beschichtungsmittels an der Austrittsdüse
des Druckkopfes neben der Viskosität auch vom Druck abhängt, ergibt sich daraus das
überraschend erkannte Problem, dass obwohl die Pumpe eine konstante Durchflussrate
erzeugt, die Durchflussrate an der Austrittsöffnung der Beschichtungsmitteldüse und
damit die Tropfengröße nicht uniform gleich groß ist, sondern sich mit der Zeit ändert.
Das ist im Hinblick auf ein optimales Beschichtungsergebnis nachteilig.
[0018] Die erfindungsgemäße Lösungsmöglichkeit besteht darin, dass die Ventilsteuerung dazu
eingerichtet ist, dass während des Beschichtens immer eine gleich bleibende Anzahl
an Düsenventilen eines Druckkopfes geöffnet ist. Figur 8 veranschaulicht diese erfindungsgemäße
Lösung beispielhaft und exemplarisch. Die Teilfigur 8a zeigt schematisch und exemplarisch
ein Applikationssystem 17, mit einem Druckkopf 18, der zweiunddreißig Beschichtungsmitteldüsen
19 hat, wobei an jeder Beschichtungsmitteldüse 19 ein Ventil 20 angebracht und dieser
zugeordnet ist. In der Beschichtungsmittelzuleitung 22 befindet sich eine Pumpe 21,
die das Beschichtungsmittel mit einer konstanten Durchflußrate durch die Beschichtungsmittelzuleitung
22 zu dem Druckkopf 18 pumpt. Die Pumpe 21 kann beispielsweise als Zahnradpumpe oder
als Kolbenpumpe ausgebildet sein, beides Pumpenarten, die eine konstante Durchflussrate
auch bei variierendem Druck erzeugen können.
[0019] Figur 8b zeigt schematisch und exemplarisch den Betriebsmodus 26 der Beschichtungsmitteldüsen
des Druckkopfes 18 aus Figur 8a mit den zweiunddreißig Beschichtungsmitteldüsen 1
- 32 gemäß der hier beschriebenen erfindungsgemäßen Lösung. Die waagerecht verlaufenden
Balken, mit den abwechselnd schwarzen und weißen Feldern, zeigen den Schaltzustand
der jeweiligen Ventile an, wenn der Druckkopf 18 zum Beschichten bewegt wird. Ein
dunkles Feld zeigt an, dass das entsprechende Ventil in dieser Zeit offen ist, während
dieser Zeit tritt ein Beschichtungsmitteltropfen aus der jeweiligen Düse aus. Ein
helles Feld zeigt an, dass das entsprechende Ventil während dieser Zeit geschlossen
ist, während dieser Zeit tritt kein Beschichtungsmitteltropfen durch die entsprechende
Düse aus. Die Ventilsteuerung sorgt dafür, dass die Schaltreihenfolge der Ventile
20 so eingestellt ist, dass immer eine konstante Anzahl an Ventilen offen ist. In
Figur 8b sind zehn aufeinanderfolgende Schaltperioden A - J dargestellt. Während des
ersten Teils der ersten Schaltperiode A sind acht Ventile offen, die Nr. 1, 2, 3,
4, 29, 30, 31, 32. Die übrigen vierundzwanzig Ventile sind geschlossen, Wenn die acht
Ventile Nr. 1, 2, 3, 4, 29, 30, 31, 32 schließen, öffnen die acht Ventile Nr. 5, 6,
7, 8, 25, 26, 27, 28. Am
[0020] Ende der ersten Schaltperiode A und zu Beginn der zweiten Schaltperiode B schließen
die Ventile Nr. 5, 6, 7, 8, 25, 26, 27, 28 wieder, die Ventile Nr. 1, 2, 3, 4, 29,
30, 31, 32 bleiben geschlossen, und es öffnen die acht Ventile Nr. 9, 10, 11, 12,
21, 22, 23, 24. Wenn diese in der Mitte der zweiten Schaltperiode B wieder schließen,
öffnen die acht Ventile 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20. Die übrigen Ventile bleiben
bis zum Ende der zweiten Schaltperiode B und Beginn der dritten Schaltperiode C geschlossen.
Danach wiederholt sich dieses Schema. Es sind bei diesem Schema immer acht Ventile
offen und 24 Ventile geschlossen, das Schaltschema stellt dabei sicher, dass innerhalb
von zwei Schaltperioden jedes der zweiunddreißig Ventile einmal geöffnet hat. Die
Pumpe arbeitet immer mit konstanter Durchflussrate des Beschichtungsmittels. Es kann
sich kein ansteigender Überdruck im System aufbauen, weil immer acht Ventile geöffnet
sind. Bei einer typischen Ventilöffnungszeit von 1 ms und einer angenommenen, beispielhaften
Geschwindigkeit von 200mm/s des Roboterarms beim Beschichten ist die Wegstrecke, die
der Druckkopf während zweier Schaltperioden zurücklegt, bis also wieder dieselben
acht Ventile öffnen wir zu Beginn, 0,8 mm. Neben dem in der Figur 8 dargestellten
Schaltschema sind noch viele weitere denkbar. So könnten beispielsweise nicht nur
acht, sondern etwa auch sechzehn oder auch nur vier Ventile gleichzeitig geöffnet
sein. Auch kann die Verteilung der geöffneten Ventile längs der Linie, an der sie
angeordnet sind, variieren. Wichtig ist nur, dass immer eine gleiche Anzahl an Ventilen
geöffnet ist.
[0021] Das in Figur 8 anhand eines Druckkopfes gezeigte Vorgehen lässt sich auch übertragen
auf ein Applikationssystem mit mehreren Druckköpfen. Figur 9 zeigt das beispielhaft
anhand eines beispielhaften Betriebsmodus 27 für ein Applikationssystem mit drei Druckköpfen,
von denen jeder zweiunddreißig Ventile hat. Auch hier zeigen die waagerecht verlaufenden
Balken, mit den abwechselnd schwarzen bzw. schraffierten und weißen Feldern den Schaltzustand
der jeweiligen Ventile an, wenn der Druckkopf zum Beschichten bewegt wird. Ein dunkles
bzw. schraffiertes Feld zeigt an, dass das entsprechende Ventil in dieser Zeit offen
ist, während dieser Zeit tritt ein Beschichtungsmitteltropfen aus der jeweiligen Düse
aus. Ein helles Feld zeigt an, dass das entsprechende Ventil während dieser Zeit geschlossen
ist, während dieser Zeit tritt kein Beschichtungsmitteltropfen durch die entsprechende
Düse aus. Die Balken mit den schwarz gefüllten Feldern zur Anzeige eines geöffneten
Ventils sind dem ersten Druckkopf zugeordnet. Die Balken mit den schräg schraffierten
Feldern zur Anzeige eines geöffneten Ventils sind dem zweiten Druckkopf zugeordnet.
Die Balken mit den senkrecht schraffierten Feldern zur Anzeige eines geöffneten Ventils
sind dem dritten Druckkopf zugeordnet. Auch hier ist sichergestellt, dass an jedem
der drei Druckköpfe immer acht der zweiunddreißig Ventile geöffnet sind. Da drei Druckköpfe
parallel betrieben werden, wird in jeder Schaltperiode aus mehr als acht Düsen Beschichtungsmittel
ausgestoßen, und zwar je nach Schaltperiode aus sechzehn oder vierundzwanzig Beschichtungsmitteldüsen.
Auf diese Weise kann eine noch bessere Schichthomogenität erzielt werden.
[0022] Figur 7 zeigt, wie durch die erfindungsgemäße Maßnahme wie oben beschrieben der nachteilige
Aufbau eines immer weiter ansteigenden Überdrucks im System mit den negativen Auswirkungen
hinsichtlich einer nicht-uniformen Tropfengröße vermieden ist. Teilfigur 7a zeigt
schematisch und exemplarisch ein Applikationssystem 17, mit einem Druckkopf 18, der
zweiunddreißig Beschichtungsmitteldüsen 19 hat, wobei an jeder Beschichtungsmitteldüse
19 ein Ventil 20 angebracht und dieser zugeordnet ist. In der Beschichtungsmittelzuleitung
22 befindet sich eine Pumpe 21, die das Beschichtungsmittel mit einer konstanten Durchflußrate
durch die Beschichtungsmittelzuleitung 22 zu dem Druckkopf 18 pumpt. Die Pumpe 21
kann beispielsweise als Zahnradpumpe oder als Kolbenpumpe ausgebildet sein, beides
Pumpenarten, die eine konstante Durchflussrate auch bei variierendem Druck erzeugen
können. Nicht dargestellt ist in Figur 7a die Beschichtungsmittelrückleitung mit dem
Rückführventil. Die Teilfiguren 7b -7d zeigen die zeitlichen Verläufe der Ventilstellung
(Fig. 7b), des Beschichtungsmittelflusses an der Düsenaustrittsöffnung einer Beschichtungsmitteldüse
(Figur 7c, durchgezogene Linie), der von der Pumpe 21 eingeprägten Durchflussrate
des Beschichtungsmittels (Figur 7c, gestrichelte Linie) und des Druckes an der Beschichtungsmitteldüse
19 des Druckkopfes 18 (Figur 7d) während zweier vollständiger Schaltperioden T1 und
T2 sowie einer halben Schaltperiode T3. Im Unterschied zu den in Figur 5b bis 5d erläuterten
Zusammenhängen ist nun, nach Einsetzten der erfindungsgemäßen Maßnahme, erreicht,
dass ein vollständiger Abbau des Überdruckes bis zum Beginn der nächsten folgenden
Schaltperiode erfolgt ist, und der Überdruck während der nächsten Schaltperiode dann
von demselben Ausgangsdruck aus wieder erhöht, wie er zu Beginn der vorhergehenden
Schaltperiode geherrscht hat und so fort, so dass der Druck im Applikationssystem
nicht immer weiter ansteigt.
[0023] Ergänzende Erläuterungen:
Die einzelnen Düsenaustrittsöffungen für das Beschichtungsmaterial haben in der Regel
einen Durchmesser von ca. 10µm bis 200 µm. Bedingt durch Fertigungstoleranzen, Verschleiß
bzw. Ablagerungen sind die einzelnen Düsenaustrittsöffnungen eines Druckkopfes nicht
komplett identisch.
[0024] Jede der mit einem Ventil angesteuerten Düsenaustrittsöffnungen hat daher einen unterschiedlichen
Strömungswiderstand. Die durch die Düsenaustrittsöffnung i fließende Materialmenge
V̇i ist abhängig vom Druck vor der Austrittsöffnung
pi . Dieser Zusammenhang wird beschrieben durch die Funktion
V̇i =
fi(
pi) bzw. die Umkehrfunktion
pi =
gi(
V̇i)
.
[0025] Bei der konstruktiven Ausgestaltung eines Druckkopfes wird darauf geachtet, dass
der Druck an allen Düsenaustrittsöffnungen immer gleich ist, d.h. der Druckabfall
in der Beschichtungsmittelzuleitung sollte vernachlässigbar sein.
[0026] Zu beachten ist, dass die Funktionen
fi bzw.
gi von der Viskosität und damit vom applizierten Beschichtungsmaterial abhängen.
[0027] In erster Näherung kann man davon ausgehen, dass die oben beschriebenen Funktionen
im interessierenden Bereich linear sind. Die Gleichung für die Düsenaustrittsöffnung
ist

wobei
ki ein Kennwert der Austrittsöffnung ist und
v die Viskosität des Materials.
[0028] Der Druckkopf wird mit konstanter Geschwindigkeit über die zu beschichtende Oberfläche
bewegt. Aus den Materialeigenschaften, der zu erreichenden Schichtdicke und den Abstand
zwischen den Austrittsöffnungen ergibt sich dann eine mittlere Lackflussrate, im Fall
dass Lack das Beschichtungsmittel ist, bzw. eine mittlere Beschichtungsmittelflussrate.

[0029] Mit
- V̇m
- mittlere Lackflussrate pro Düse
- dD
- Abstand zwischen den Düsen senkrecht zur Bewegungsrichtung (bei mehreren hintereinander
angeordneten Applikatoren resultierender Abstand)
- µ
- Schichtdicke (Trockenfilm)
- fv
- Volumenfeststoffgehalt des applizierten Materials
- va
- Geschwindigkeit des Applikators (TCP Geschwindigkeit)
[0030] Die Schaltfrequenz bzw. die Zeit einer Periode (von Öffnen des Ventils bis zum nächsten
Öffnen)
Tp und die Zeit
Tv, die das Ventil geöffnet ist, sind Erfahrungswerte.
[0031] Die Lackflussrate durch eine Düsenaustrittsöffnung ist durch folgenden Zusammenhang
näherungsweise beschrieben:

[0032] Das Volumen des bei einer Ventilöffnung ausgestoßenen Beschichtungsmittel (Tropfenvolumen)
ist durch folgenden Zusammenhang beschrieben:

[0033] Ziel im Hinblick auf eine homogene Beschichtung ist es, dass durch alle Düsenaustrittsöffnungen
im zeitlichen Mittel die gleiche Menge an Beschichtungsmaterial fließt. Das kann dadurch
erreicht werden, dass die einzelnen Ventile unterschiedlich lang geöffnet sind.
[0034] Die Vorgehensweise für den Fall, dass der Druckabfall in der Verteilungsleitung vernachlässigbar
ist, ist dann die folgende.
[0035] Im ersten Schritt wird für jede Austrittöffnung die Kennlinie
V̇i =
fi(
p) bzw.
pi =
g(
V̇i)
. ermittelt.
[0036] Im Falle der oben beschriebenen Linearität erhält man die Kennwerte
ki ...kn mit

[0037] Für die Variante der Beschichtungsmaterialversorgung mit einem Materialdruckregler
gilt folgendes:
Vorgabewert: Lackmenge pro Ventilöffnung
mittlere Ventilöffnungszeit
[0038] Der am Materialdruckregler einzustellende Materialdruck und die Ventilöffnungszeit
ergeben sich zu:

[0039] Die Ventilöffnungszeit ist indirekt proportional zum Kennwert
[0040] Für den Fall der Beschichtungsmaterialversorgung über beispielsweise eine Dosierpumpe
gilt folgendes:
Der Vorteil der Verwendung einer Dosierpumpe in einer Beschichtungseinrichtung ist,
dass die fluidischen Verhältnisse in dem gesamte Appliaktionsystem unabhängig von
der Viskosität des Beschichtungsmittels sind und damit keine Einstellung von Parameterwerten
auf das jeweils verwendete Beschichtungsmaterial Material erfolgen muss
[0041] Da die Pumpe die gesamte Zeit mit der gleichen Beschichtungsmittelrate, im Falle
dass Lack das Beschichtungsmittel ist also mit einer konstanten Lackflussrate, arbeitet,
ist der Beschichtungsmitteldruck bzw. der Lackdruck davon abhängig, wieviel Ventile
geöffnet sind. Je weniger Ventile geöffnet sind, desto höher der Druck. Damit sind
die Zeitdiffrenzen zwischen den einzelnen Ventilschaltzeiten geringer als beim Betrieb
mit konstanten Druck.
Bezugszeichenliste
1 |
Druckkopf |
2 |
Beschichtungsmitteldüse |
3 |
Druckkopf |
4 |
Beschichtungsmitteldüse |
5 |
Ventil |
6 |
Beschichtungsmittelzuleitung |
7 |
Teilarm |
8 |
Teilarm |
9 |
Applikationssystem |
10 |
Druckkopf |
11 |
Druckkopf |
12 |
Druckkopf |
13 |
Beschichtungsmitteldüse |
14 |
Teilbereich |
15 |
Druckkopf |
16 |
Schema eines Betriebsmodus |
17 |
Applikationssystem |
18 |
Druckkopf |
19 |
Beschichtungsmitteldüse |
20 |
Ventil |
21 |
Pumpe |
22 |
Beschichtungsmittelzuleitung |
23 |
Beschichtungsmittelrückleitung |
24 |
Rückführventil |
25 |
Ventilsteuerung |
26 |
Betriebsmodus |
27 |
Betriebsmodus |