DE10056259A1 - Farbwechselventilanordnung und Verfahren zu ihrer Steuerung - Google Patents

Abstract

Die Farb- und Spülmittelventile eines Farbwechslers zur Verbindung einer Anzahl von Farbleitungen für Beschichtungsmaterial wählbarer unterschiedlicher Farben mit einem Applikationsorgan werden pneumatisch durch eine allen Ventilen gemeinsame, permanent unter Druck gesetzten Druckluftleitung vorgesteuert und durch angebaute elektronisch gesteuerte Elektromagnetventile geschaltet. Die elektronische Steuerung erfolgt durch ein Feldbussystem.

Description

Die Erfindung betrifft eine Farbwechselventilanordnung zur Ver­ bindung einer Anzahl von Farbleitungen für Beschichtungsmateri­ al wählbarer unterschiedlicher Farben mit einem Applikationsor­ gan gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Steuern einer derartigen Anordnung.

Farbwechselventilanordnungen oder kurz Farbwechsler ermöglichen in Lackieranlagen zur Beschichtung von Werkstücken wie bei­ spielsweise Kraftfahrzeugkarossen während des Lackierbetriebes eine rasche Umstellung von einer Farbe zur anderen und bestehen hauptsächlich aus einer Anzahl von steuerbaren Farbventilen, die längs eines allen Farben gemeinsamen Farbkanals verteilt sind. Zur Anpassung an die jeweilige Anlage und die Anzahl wählbarer Farben sind sie in Blockbauweise aus einzelnen Modu­ len (Anschlußblöcken, Anschlußleisten, Steuerköpfen) gebildet, die aneinandergereiht werden können, so daß eine variable, nachträglich vergrößerbare oder verkleinerbare Anzahl von An­ schlüssen für Farbleitungen realisiert werden kann. Neben den Farbventilen sind üblicherweise weitere, ähnlich aufgebaute Ventile für Spülmedien wie Verdünnerflüssigkeit und Pulsluft vorgesehen.

Bekannte Farbwechsler dieser Art (DÜRR, Technisches Handbuch, Einführung in die Technik der PKW-Lackierung, April 1999) ent­ halten pneumatisch angesteuerte Ventile, die von Druckluftsig­ nalen aus den Ventilen individuell zugeordneten Schläuchen be­ tätigt werden. Diese Steuerluftschläuche kommen aus einem entfernten Pneumatikschrank, in dem sie von je einem Magnetventil unter Steuerung des elektronischen Steuersystems der Anlage zur Erzeugung der Druckluftsteuersignale geöffnet und geschlossen werden.

Das bekannte pneumatische Steuersystem ist sehr aufwendig, da für jede Schaltfunktion ein Druckluftschlauch aus dem Pneuma­ tikschrank in den Farbwechsler verlegt werden muß und zusätz­ lich zu jedem Ventil des Farbwechslers ein baulich und räumlich getrenntes externes Elektromagnetventil benötigt wird. Ferner ergeben sich durch die Steuerluftschläuche und das Erfordernis ihrer Be- und Entlüftung Schaltverzögerungen, die außerdem un­ terschiedlich lang sind, da es je nach Installationsfall (z. B. bei Seiten- und Dachmaschinen) innerhalb einer Anlage unter­ schiedliche Schlauchlängen und entsprechend unterschiedliche Schaltzeiten gibt. Kurze und genau definierte Schaltzeiten sind u. a. bei neueren Spülprogrammen für Farbwechsler wichtig, bei denen die Öffnungszeiten der Spülventile typisch in der Größen­ ordnung von Sekundenbruchteilen liegen können (DE 199 51 956).

Aus der EP 0 979 964 A ist es bereits bekannt, die Ventilnadel der Farbsteuerventile eines Farbwechslers elektromagnetisch zu betätigen, um durch direkte elektrische Bus-Ansteuerung kürzes­ te Schaltzeiten ohne die bei pneumatischer Steuerung erforder­ lichen Schläuche zu ermöglichen. Für die unmittelbare Betäti­ gung der Ventilnadel sind aber relativ starke Elektromagnete erforderlich, die nicht nur sperrig sind, sondern auch einen u. a. in Hinblick auf die Explosionsschutzbedingungen in Be­ schichtungsanlagen unerwünscht hohe elektrische Leistungsauf­ nahme haben.

Aufgabe der Erfindung ist, einen Farbwechsler und ein Verfahren zu seiner Steuerung anzugeben, die den Leitungsaufwand und die Schaltzeitverzögerungen pneumatisch gesteuerter Farbwechsler ohne das Erfordernis unerwünscht starker Elektromagnete vermei­ den.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patent­ ansprüche gelöst.

Durch die Erfindung wird eine kompakte und zuverlässige Einheit geschaffen, die im Vergleich mit üblichen pneumatisch gesteuer­ ten Farbwechslern mit wesentlich geringerem Installations- und sonstigem Aufwand auskommt als bisher. Vor allem entfallen die bisher erforderlichen zahlreichen Steuerluftschläuche des Farb­ wechslers sowie der große externe Pneumatikschrank einschließ­ lich seiner Magnetventile. Da das Be- und Entlüften von Schlauchleitungen entfällt, ergeben sich wesentlich schnellere Schaltvorgänge, die zudem genau bestimmt und von der Installa­ tion unabhängig sind, so daß u. a. genau reproduzierbare Spül­ programme mit kurzen Schaltzeiten realisierbar sind.

Der Installationsaufwand wird auch dadurch reduziert, daß an den Farbwechsler außer dem allen Ventilen gemeinsamen Druck­ luftschlauch für die pneumatische Vorsteuerung nur elektrische Leitungen angeschlossen werden, bei der bevorzugten Datenbus­ steuerung nur dieser Bus und eine Stromversorgungsleitung für die Elektromagnete und für die elektronischen Steuerschaltkrei­ se der Ventile.

Diese Vorteile werden erfindungsgemäß mit der an sich zweckmä­ ßigen pneumatischen Ventilbetätigung kombiniert, so dass kein starker elektromagnetischer Antrieb erforderlich ist. Außerdem hat die Erfindung den Vorteil, dass die reinen Pneumatikventile der zur Zeit üblichen Farbwechsler einfach ohne sonstige kon­ struktive Änderungen durch die neuen elektrisch gesteuerten Ventile ersetzt werden können.

An dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch einen von einem Feldbussystem elektronisch gesteuerten Farb­ wechsler mit Pneumatikventilen.

Der Farbwechsler 1 besteht in der an sich bekannten Weise aus einer modular erweiterbaren oder verkleinerbaren Gruppe von an­ einandergereihten Blockeinheiten, die jeweils aus Gehäusekör­ pern 2 und darin zur Verbindung der Farb- und Spülleitungen (nicht dargestellt) mit dem zentralen Farbkanal montierten, z. B. eingeschraubten Ventilen 3 bestehen.

Bei den Ventilen 3 handelt es sich um von einem Elektromagnet­ ventil vorgesteuerte Pneumatikventile. Hierfür geeignete Kon­ struktionen stehen dem Fachmann je nach Anwendungsfall zur Ver­ fügung. Beispielsweise können die Ventile 3 eine pneumatische Grundeinheit entsprechend Fig. 2 der schon erwähnten EP 0 979 964 A enthalten, in der eine mit einem Kolben versehene Ventil­ nadel durch Druckluft gegen die Kraft einer Feder in eine Öff­ nungsstellung gedrückt wird, in der sie den Weg für das Farb- oder Spülmedium in den Farbkanal des Farbwechslers freigibt. Während aber im bekannten Fall die Druckluft das Steuersignal zum Öffnen und Schließen des Farbventils darstellt, ist bei dem hier beschriebenen Farbwechsler der Druckluftanschluß durch ei­ ne elektromagnetische Ventileinheit ersetzt, die an die pneuma­ tische Grundeinheit angebaut ist und elektrisch die Verbindung zwischen einer permanent unter kontinuierlichem Druck stehenden Druckluftleitung 4 und der pneumatischen Grundeinheit öffnet und schließt. Konstruktiv kann die angebaute elektromagnetische Ventileinheit ähnlich wie die an sich bekannte pneumatische Grundeinheit aufgebaut sein und beispielsweise einen wie deren Nadel beweglichen Magnetkern enthalten, an dem sich ein Dicht­ sitz befindet. Wenn der Magnetkern von einer ihn umgebenden e­ lektrischen Spule angezogen wird, öffnet sich der Dichtsitz und gibt den Weg der Druckluft aus der Leitung 4 in die pneumatische Grundeinheit frei. Die zur pneumatischen Vorsteuerung die­ nende, bei P an eine zentrale Vorsteuerluftquelle angeschlosse­ ne Druckluftleitung 4 führt durch die Gehäusekörper 2 des Farb­ wechslers 1 hindurch und ist innerhalb des Farbwechslers an al­ le Ventile 3 angeschlossen. Stattdessen können aber auch andere bekannte oder zweckmäßige Konstruktionen für ein elektrisch ge­ steuertes Ventil zum Öffnen und Schließen der Pneumatikleitun­ gen der Farb- und Spülmittelventile verwendet werden.

Insbesondere wenn die bekannten Pneumatikventile der bisher üb­ lichen Farbwechsler einfach mit je einem direkt montierten elektromagnetischen Vorsteuerventil versehen werden, kann durch einen zusätzlichen Sensor je Ventil die Schaltstellung des Ven­ tils angezeigt und/oder dem elektronischen Steuersystem zurück­ gemeldet werden.

Zur elektrischen Ansteuerung der Ventile 3 dient vorzugsweise ein durch alle modularen Gehäusekörper 2 hindurchgeführter in­ terner Datenbus 5, bei dem es sich um einen CAN-Bus oder eines der sonstigen bekannten genormten Bussysteme handeln kann und der über eine Schnittstelle 6 an das übergeordnete elektroni­ sche Steuersystem 7 angeschlossen ist. Zweckmäßig wird eines der modernen Feldbussysteme verwendet, dessen binäre Steuerda­ ten im Farbwechsler 1 den Ventilen 3 zugeordnet werden, für die sie jeweils bestimmt sind. Für die Zuordnung und Adressierung sorgen in an sich bekannter Weise elektronische Schaltkreise (Chips), die in den einzelnen Ventilen vorgesehen sein können, um die erwähnten Spulen der elektromagnetischen Ventileinheiten zur Öffnung des betreffenden Ventils mit einer ebenfalls durch den gesamten Farbwechsler geführten Stromversorgungsleitung 8 zu koppeln. Wegen der erfindungsgemäß möglichen geringen Leis­ tungsaufnahme der Elektromagnete können diese aus der elektri­ schen Steuerung direkt mit entsprechend geringer Ausgangsleis­ tung angesteuert werden.

Zweckmäßig können die jeweils aus einem der Gehäusekörper 2 und einem oder mehreren Ventilen 3 gebildeten modularen Blockein­ heiten zur Anpassung an die jeweils erforderliche Anzahl wähl­ barer Farben einfach zusammensteckbar sein, wobei der erforder­ liche Zusammenhalt durch geeignete Arretierungsmittel gewähr­ leistet wird. Bei dieser Ausgestaltung sind auch die sich durch die modularen Gehäuseeinheiten erstreckenden Abschnitte des in­ ternen Datenbusses 5 jeweils durch Steckkontakte 9 miteinander verbunden. Dasselbe gilt für die entsprechenden Abschnitte der Stromversorgungsleitung 8 und der Druckluftleitung 4.

Da Farbwechsler in elektrostatischen Beschichtungsanlagen ge­ wöhnlich geerdet werden müssen, können die Gehäuseteile des Farbwechslers 1 aus elektrisch leitfähigem Werkstoff bestehen, beispielsweise aus leitfähigem Kunststoff.

Anstelle der beschriebenen Busansteuerung ist auch eine Einzel­ verdrahtung der Elektromagnetventile möglich, so daß nur die Vorsteuer-Druckluftleitung durch den Farbwechsler führt.

Claims (8)

1. Farbwechselventilanordnung zur Verbindung einer Anzahl von Farbleitungen für Beschichtungsmaterial wählbarer unterschied­ licher Farben mit einem Applikationsorgan,
mit einem zentralen Farbkanal für das dem Applikationsorgan zuzuführende Beschichtungsmaterial,
mit an den Farbkanal angeschlossenen steuerbaren Ventilen (3) für die wählbaren Farben und ggf. für Spülmedien,
und mit einer Steuereinrichtung zum Schalten der Ventile (3), die mit einem externen elektronischen Steuersystem (7) ver­ bindbar ist,
wobei die Ventile (3) der Farbwechselventilanordnung mit Elektromagnetventilen versehen sind, die durch eine in der Ventilanordnung (1) enthaltene elektrische Anschlußanordnung mit dem externen elektronischen Steuersystem (7) verbindbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß in die in den Farbkanal führenden Farb- oder Spülmittelwege jeweils Pneumatikventile geschaltet sind, die durch Druckluft oder ein anderes Druckgas aus einer durch die Ventilanordnung (1) zu allen Ventilen (3) führenden gemeinsamen Druckgasleitung (4) geöffnet und geschlossen wer­ den, und daß innerhalb der Ventilanordnung (1) jeweils ein E­ lektromagnetventil in den Druckgasweg des Pneumatikventils ge­ schaltet ist.

2. Farbwechselventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ventilanordnung (1) ein Datenbus (5) für digitale Steuerdaten führt, der mit den Elektromagnetventilen (3) über eine elektronische Schaltung gekoppelt ist.

3. Farbwechselventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Elektromagnetventil (3) einen elektro­ nischen Schaltkreis enthält.

4. Farbwechselventilanordnung nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Elektromagnetventile (3) in oder an modular aneinander anreihbaren, zusammensteckbaren Gehäuse­ einheiten (2) montiert sind, durch die sich jeweils ein Ab­ schnitt des Datenbus (5) erstreckt, und daß die Datenbusab­ schnitte der einzelnen Module durch Steckkontakte (9) mitein­ ander verbunden sind.

5. Farbwechselventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich durch die Module jeweils ein Abschnitt einer Stromversorgungsleitung (8) für die Elektromagnetventile (3) und/oder der Druckgasleitung (4) erstreckt und diese Lei­ tungsabschnitte durch Steckkontakte miteinander verbunden sind.

6. Ventil für eine Farbwechselventilanordnung nach Anspruch 1 mit einem Pneumatikventilteil, das eine Ventilnadel enthält, deren eine Dichtfläche bildendes Ende von einer Feder in eine Schließstellung gedrückt wird, in der sie den in den Farbkanal führenden Farb- oder Spülmittelweg verschließt, und aus der sie zum Öffnen dieses Weges gegen die Kraft der Feder durch Druckluft abhebbar ist, die beim Öffnen eines Druckluftweges einen Kolben der Nadel beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß an das Pneumatikventilteil ein Elektromagnetventil mit ei­ nem Ventilsitz angebaut ist, durch den der Druckluftweg zu dem Kolben des Pneumatikventilteils führt.

7. Verfahren zum Steuern einer Farbwechselventilanordnung zur Verbindung einer Anzahl von Farbleitungen für Beschich­ tungsmaterial wählbarer unterschiedlicher Farben mit einem Applikationsorgan,
wobei an einen zentralen Farbkanal angeschlossene Ventile (3) für das Beschichtungsmaterial und ggf. für Spülmedien pneuma­ tisch durch Druckluft oder ein anderes Druckgas aus einer Druckgasleitung (4) geöffnet und geschlossen werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Ventilanordnung (1) führende, allen Ventilen (3) gemeinsame Druckgasleitung (4) zur pneumatischen Vorsteuerung der Ventile (3) permanent unter Druck gesetzt wird,
und daß die Verbindung zwischen der Druckgasleitung (4) und den Ventilen (3) durch elektronisch gesteuerte Elektromagnete innerhalb der Farbwechselventilanordnung (1) geöffnet und ge­ schlossen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbwechselventilanordnung durch ein Feldbussystem ge­ steuert wird.