Technisches Anwendungsgebiet
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Die Erfindung befaßt sich mit einer Beschichtungsvorrichtung
und insbesondere mit einer verbesserten Spritzpistole zum
Anbringen an einem programmierbaren Industrieroboter. Die
Spritzpistole wird vollständig mittels einer
programmierbaren Fernwirk-Steuereinrichtung gesteuert und ist leicht zu
warten.
Stand der Technik
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Ein Verfahren zum Einsatz einer Spritzpistole an einer
automatisierten Fertigungsstraße besteht darin, die
Spritzpistole an einem programmierbaren Industrieroboter anzubringen.
Roboter haben einige Vorteile, wenn sie zum Sprühlackieren
beispielsweise eingesetzt werden. Die Flexibilität des
Roboterarms ermöglicht ein Beschichten von stark unregelmäßigen
Formen, wie bei Fahrzeugkarosserien. Der Roboterarm kann den
unregelmäßigen Flächen einer Fahrzeugkarosserie folgen und
kann auch in das Innere der Karossierie reichen. Auch kann
der Roboter derart programmiert werden, daß
aufeinanderfolgende Gegenstände beschichtet werden, welche unterschiedlich
ausgestaltet sind, und er läßt sich leicht derart
programmieren, daß Gegenstände beschichtet werden können, die sich
von den vorangehend beschichteten Gegenständen
unterscheiden.
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Normalerweise ist eine Hand an dem Ende des Roboterarms zum
Anbringen bzw. zur Montage der Spritzpistole angebracht. Der
Arm bewegt sich zur Positionierung der Spritzpistole im Raum
und die Hand bzw. das Handgelenk bildet zwei oder drei
Bewegungsachsen zum Einstellen der Spritzpistole relativ zu dem
Ende des Arms. Es ist jedoch eine Beschränkung für das
Gewicht vorhanden, welches an dem Arm und der Hand angebracht
werden kann, ohne daß die Arbeitsweise des Roboters
beeinträchtigt wird. Auch ist es erwünscht, die Gesamtabmessungen
der Spritzpistole zu begrenzen. Bisher waren viele an einem
Roboter anbringbare Spritzpistole in unnötiger Weise groß
bemessen und sie waren schwierig zu warten. Die an einem
Roboter montierbaren Spritzpistolen lassen sich nicht
einfach von dem Roboter entfernen und manchmal waren sehr große
Stillstandszeiten für Wartungsarbeiten erforderlich. In
idealer Weise sollte sich die Spritzpistole leicht von dem
Roboterhandgelenk abnehmen lassen und bei minimierten
Stillstandszeiten ersetzen lassen. Die abgenommene Pistole kann
dann ohne unnötige Verzögerungen bei der Fertigung gewartet
werden.
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Ferngesteuerte Spritzpistolen, welche in automatisierten
Spritzsystemen eingesetzt werden, werden üblicherweise unter
Einsatz von magnetgesteuerten Luftventilen aktiviert, welche
durch eine programmierbare Steuereinrichtung für das System
gesteuert werden. Das Magnetventil liegt üblicherweise
außerhalb des Spritzstandes bzw. der Spritzkabine und liegt in
einem elektropneumatischen Gehäuse. Von dem Gehäuse sind
relativ lange Luftleitungen zur Verbindung mit der
Spritzpistole vorgesehen. Das Auslegungskonzept kann zu
beträchtlichen Verzögerungen bei der Spritzpistolensteuerzeit
führen, was auf das Fassungsvermögen der Luftleitungen
zurückzuführen ist. Dies kann insbesondere bei einem
Farbwechselzyklus von Bedeutung sein, wenn die Pistole mehrere Male
ein- und ausgeschaltet werden kann, um die Pistole und die
Versorgungsleitungen von Anstrichmittel zu reinigen.
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Wenn eine Spritzpistole bei einem programmierbaren
Sprühlackierroboter eingesetzt wird, muß eine finite Steuerung
sowohl der Luft als auch des Fluides vorhanden sein. Die
Roboter können sich beispielsweise mit einer
Grundgeschwindigkeit von 1,22 m (vier Feet) pro Sekunde bewegen.
Umgerechnet bedeutet dies eine Spritzpistolenbewegung von etwa
6,35 cm (2,5 Inches) in 50 Millisekunden. Wenn daher das
magnetisch gesteuerte pneumatische Auslöseventil in einem
beträchtlichen Abstand von der Spritzpistole angeordnet ist
und durch die großen Abstände es zu langen Verzögerungen
kommt, ergeben sich bei einem derartigen System
Schwierigkeiten. Zusätzlich ist es allgemeine Praxis in der
Autoindustrie den Bewegungsweg eines Spritzroboters bzw. eines
Lakkierroboters und die Aktivierungspunkte desselben mittels
eines lernenden Spritzstandes bzw. einer lernenden
Spritzkabine zu programmieren. Das Programm wird dann abschließend
in die Farbspritzstände eingeladen. Jeder Farbspritzstand
kann unterschiedliche Lagen für die pneumatischen,
magnetisch gesteuerten Ventile haben. Dies bedeutet im
allgemeinen, daß die Schlauchleitungslängen zwischen der Pistole und
den Steuerventilen unterschiedlich groß sind. Diese
unterschiedlichen Längen führen zu unterschiedlichen
Ansprechzeiten zwischen den Ventilen und der Pistole.
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Eine einzige Luftleitung ist gemeinsam an einer
Spritzpistole zur Zufuhr von Zerstäubungsluft und Musterformluft zu der
Pistolendüse angeschlossen. Die Pistole kann gesonderte
Ventile zum Steuern der Zerstäubungsluft und der
Musterfarmluft umfaßen. Jedoch sind diese Ventile nicht durch die
Systemsteuereinrichtung fernsteuerbar. Am günstigsten ist
es, wenn die Systemsteuereinrichtung unabhängig das
Musterformluftventil ein- und ausschalten kann, um entweder ein
rundes Sprühmuster oder ein fächerförmiges Muster zu wählen.
Die Größe des fächerförmigen Musters muß manuell an der
Spritzpistole eingestellt werden.
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In GB-A-2 161 095 ist eine Spritzpistole angegeben, bei der
aber nur der Anstrichmittelstrom in der Pistole direkt
gesteuert wird und dies wird mit Hilfe einer fernwirkbaren
Druckbeaufschlagung einer Luftleitung erzielt. Andere
derartige Spritzpistolen, welche ein Fluidsteuerventil im Kopf
haben, sind in GB-A-2 171 222 und US-A-4 679 734 angegeben.
Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist im Patentanspruch 1 angegeben.
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Die Spritzpistole nach der Erfindung ist derart ausgelegt,
daß sie an einem programmierbaren Industrieroboter
angebracht werden kann, welcher von einer solchen Bauweise ist,
die häufig an Fertigungsstraßen eingesetzt wird. Die
Spritzpistole umfaßt im allgemeinen ein Gehäuse, welches an
einer Hand bzw. an einem Handgelenk an dem Ende eines
Roboterarms angebracht werden kann, eine Verteilereinrichtung,
welche an dem Gehäuse angebracht ist, und einen Spritzkopf,
welcher lösbar an der Verteilereinrichtung angebracht ist.
Das Gehäuse, die Verteilereinrichtung und ein
Spritzkopfkörper sind aus einem relativ gewichtsmäßig leichten,
elektrisch nicht leitenden Material hergestellt. Ein
Energieversorgungsmodul,
welcher im Gehäuse angeordnet ist, wandelt
eine Niederspannung in eine sehr hohe Spannung um, welche
über die Verteilereinrichtung an den Spritzkopf zur
elektrostatischen Aufladung des zerstäubten, flüssigen
Überzugmaterials angelegt wird.
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Die Spritzpistole läßt sich leicht warten, da der Spritzkopf
sich leicht von der Verteilereinrichtung abnehmen läßt, ohne
daß die einzelnen Fluidleitungen und elektrischen Leitungen
abgekoppelt zu werden brauchen und er läßt sich auch einfach
auswechseln. Der abgenommene Spritzkopf kann mit einer
minimalen Stillstandszeit für das Beschichtssystem gewartet
werden. Der Energieversorgungsmodul läßt sich leicht während
einer minimalen Stillstandszeit während der Wartung
auswechseln.
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Die Verteilereinrichtung umfaßt Durchgänge zum Zuführen von
Flüssigkeit, Zerstäubungsluft, Musterformluft und Steuerluft
zu dem Spritzkopf und zur Aufnahme von von dem Spritzkopf
rückgeführtem Fluid. Der Spritzkopf hat ein gesteuertes
Auslöseventil, welches auf die Steuerluft anspricht, um
zerstäubtes, flüssiges Überzugsmaterial zu versprühen,
welches von dem Flüssigkeitsdurchgang in der
Verteilereinrichtung erhalten wird. Die Verteilereinrichtung umfaßt im
Grundzustand geschlossene Ventile in den
Zerstäubungsluftund Musterformluftdurchgängen, welche auf die Steuerluft
ansprechen. Entweder ein einziges Betätigungsventil an der
Verteilereinrichtung, welches gleichzeitig Steuerluft den
Zerstäubungsluft und Musterformluftventilen und dem
Spritzkopfauslöser in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal
von der Systemsteuereinrichtung zu führt oder zwei gesonderte
Ventile, die in dem Gehäuse untergebracht sind, dienen zur
Versorgung mit Steuerluft, Zerstäubungsluft und
Musterformluft für die Ventile, und es ist eine gesonderte
Spritzkopfaus lösung in Abhängigkeit von zeitlich gesteuerten
elektrischen Signalen von der Systemsteuereinrichtung möglich. Beim
Anbringen des Betätigungsventils in der Spritzpistole lassen
sich Auslöseverzögerungszeiten, welche bei üblichen Systemen
vorhanden sind, nahezu ausschalten.
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Die Verteilereinrichtung hat auch einen pneumatisch
gesteuerten Druckregler im Flüssigkeitsdurchgang und ein
pneumatisch gesteuertes Ventil im Rücklaufdurchgang. Der Regler
und das Ventil werden durch Luft gesteuert, welche von einer
von der Spritzpistole entfernt liegenden Stelle zugeführt
wird. Wenn man den Regler, das Rücklaufventil und das
Auslöseventil innerhalb von Inches der Düse des Spritzkopfes
anordnet, lassen sich schnell und sauber Farbwechselzyklen
durchführen. Der Druckregler und das Rücklaufventil lassen
sich leicht von der Verteilereinrichtung zu Wartungszwecken
lösen, ohne daß man andere Bauteile von der Spritzpistole zu
entfernen braucht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines
Beschichtungssystems mit einem Industrieroboter, an welchem eine
Spritzpistole nach der Erfindung angebracht ist, und mit
einer programmierbaren Steuereinrichtung zum Steuern des
Roboters und der Spritzpistole;
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Figur 2 ist eine Seitenansicht der Spritzpistole nach
der Erfindung;
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Figur 3 ist eine Schnittansicht durch das
Spritzpistalengehäuse entlang der Linie 3-3 in Figur 2, wobei aber aus
Übersichtlichkeitsgründen die Fluidleitungen und die
Energieversorgungsschaltungen weggelassen sind;
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Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht des
Hochspannungs-Energieversorgungsmoduls;
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Figur 5 ist eine Seitenansicht der
Ventilverteilereinrichtung;
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Figur 6 ist eine Rückansicht der
Ventilverteilereinrichtung;
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Figur 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7
in Figur 6;
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Figur 8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8
in Figur 6;
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Figur 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 9-9
in Figur 6;
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Figur 10 ist eine Ausschnittansicht entlang der Linie
10-10 in Figur 6;
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Figur 11 ist eine Rückansicht des Spritzkopfs;
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Figur 12 ist eine Schnittansicht entlang der Linie
12-12 in Figur 11;
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Figur 13 ist eine Seitenansicht des Spritzkopfkörpers;
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Figur 14 ist eine teilweise ausgeschnittene Rückansicht
des Spritzkopfkörpers; und
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Figur 15 ist eine teilweise ausgeschnittene Draufsicht
einer modifizierten bevorzugten Ausführungsform des
Spritzpistolengehäuses und der Verteilereinrichtung.
Günstigste Ausführungsform zur Darstellung der Erfindung
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Nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und
insbesondere auf Figur 1 ist ein automatisiertes Überzugssystem bzw.
Beschichtungssystem 20 gezeigt, welches eine Spritzpistole
21 nach der Erfindung umfaßt, welche an einem
programmierbaren Roboter 22 angebracht ist. Der dargestellte Roboter 22
umfaßt eine Basis 23, an welcher ein bewegbarer Arm 24
angebracht ist. Die Spritzpistole 21 ist an einer Hand bzw.
einem Handgelenk 25 angebracht, welches an dem Ende des Arms
24 vorgesehen ist. Bei einem typischen, programmierbaren
Roboter 22 hat der Arm drei Bewegungsachsen, um eine
Positionierung der Spritzpistole 21 an jeder gewünschten Stelle
auf der Einhüllenden des Werkstücks zu ermöglichen, und das
Handgelenk hat zusätzliche zwei oder drei Bewegungsachsen,
um eine Einstellung der Spritzpistole 21 in eine jeweils
gewünschte Richtung zu ermöglichen.
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Eine programmierbare Steuereinrichtung 26 ist mit dem
Roboter 22 zur Speicherung von Programmbefehlen verbunden, um
den Roboterarm 24 unter Zurücklegen einer gewünschten Bahn
anzutreiben und die Spritzpistole 21 in gewünschter Weise
auf ein Werkstück einzustellen, welches sich auf einer
Bewegungsbahn bewegt. Der Roboter 22 und die programmierbare
Steuereinrichtung 26 sind an sich auf diesem Gebiet bekannt.
In typischer Weise wird der Roboterarm 24 manuell während
der Programmierung unter Durchlauf einer Bewegungsbahn
bewegt. Die Bahnkoordinateninformationen werden gleichzeitig
mit Hilfe von internen Armpositionssensoren erzeugt und in
der programmierbaren Steuereinrichtung 26 gespeichert. Die
gelernten Bahnkoordinaten werden anschließend genutzt, um
die Bahn jedesmal bei der Beschichtung eines ähnlichen
Werkstücks zu duplizieren. Bei einigen Systemen werden
Programmdaten für eine Anzahl von unterschiedlichen Arten von
Werkstücken gespeichert. Wenn andere Werkstücke durch die
Beschichtungsstation transportiert werden, erkennt das System
das jeweilige Werkstück und wählt das geeignete Programm zur
Beschichtung dieses Werkstücks aus. Zusätzlich zu den
Bahndaten speichert die programmierbare Steuereinrichtung 26
Informationen zur Betätigung bzw. Auslösung der
Spritzpistole 21 und zum Ein- und Ausschalten derselben, wenn die
Spritzpistole über die Oberflächen eines Werkstücks bewegt
wird. Während eines Beschichtungszykluses liefert die
programmierbare Steuereinrichtung 26 ebenfalls
Zeitsteuersignale zu einem Ventilgehäuse 27 für die Betätigungsventile, um
Anstrichmittel von einer gewünschten Quelle 28 oder 29
beispielsweise zuzuleiten, Druckluft von einer Quelle 30
zuzuleiten und das Lösungsmittel von einer Quelle 31 während
eines Farbwechselzykluses zu wählen. Während des
Farbwechselzyklusses können das Anstrichmittel und/oder das
Lösungsmittel
von der Spritzpistole 21 und von den hieran
angeschlossenen Beschichtungsmaterialleitungen zu einem Behälter
32 zum Sammeln abgegeben werden.
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Eine Seitenansicht der Spritzpistole 21 ist in Figur 2
gezeigt. Die Spritzpistole 21 ist an einer Adapterplatte 35
angeschraubt, welche an dem Roboterhandgelenk 25 (Figur 1)
angebracht ist. Die Spritzpistole 21 umfaßt ein Gehäuse 36
mit einem Flansch 37 an einem Ende 38 zum Anschrauben an der
Adapterplatte 35, eine Verteilereinrichtung 39, welche an
dem gegenüberliegenden Gehäuseende 40 angebracht ist, und
einen Spritzkopf 41, welcher an der Verteilereinrichtung 39
angebracht ist. Die Verteilereinrichtung 39 ist mit Hilfe
von Schrauben 42 lösbar an dem Gehäuse 36 angebracht, und
der Spritzkopf 41 ist mit Hilfe von Schrauben 43 lösbar an
der Verteilereinrichtung 39 angebracht.
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Ein Hochspannungsmodul 44 ist im Inneren des Gehäuses 36
angeordnet, um eine Niederspannung, beispielsweise etwa 12
Volt, auf eine Hochspannung, beispielsweise etwa 10000 Volt,
zur elektrostatischen Aufladung des zerstäubten
Überzugsmaterials zu transformieren, welches von dem Spritzkopf 41
abgegeben wird. Der Hochspannungsmodul 44 hat einen Anschluß
45 an einem Ende zum Anschließen eines geeigneten
Versorgungskabels (nicht gezeigt) und zur Verbindung mit der
programmierbaren Steuereinrichtung 26 (Figur 1). Ferner hat er
einen Anschluß 46 am gegenüberliegenden Ende, um eine
Hochspannung an die Verteilereinrichtung 39 anzulegen. Eine
Anzahl von Fluidleitungen (nicht gezeigt) verlaufen durch
das Gehäuse 28 zur Versorgung mit flüssigen Überzugsmitteln,
mit Zerstäubungsluft, mit Musterformluft und mit Steuerluft
für die Verteilereinrichtung 39 und zum Zurückführen des
Fluids von der Verteilereinrichtung 39. Die Leitungen bzw.
Schlauchleitungen sind mit dem Ventilgehäuse 27 verbunden,
wie dies in Figur 1 gezeigt ist.
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Wie nachstehend noch näher beschrieben werden wird, umfaßt
die Verteilereinrichtung 39 Durchgänge für die Zuleitung von
flüssigem Überzugsmaterial, von Zerstäubungsluft, von
Musterformluft und von Steuerluft zu dem Spritzkopf 41 sowie
zum Zurückleiten des Überzugsmaterials von dem Spritzkopf
41, sowie zur Versorgung der Ventile zum Steuern des
Materialflusses und des Luftflusses. Die Verteilereinrichtung 39
hat eine ebene Fläche 47, welche gegen eine ebene Fläche 48
an dem Spritzkopf 41 anliegt. Die Luft- und Fluiddurchgänge
in der Verteilereinrichtung 39 sind an den Flächen 47 und 48
mit den zugeordneten Durchgängen im Spritzkopf 41 verbunden.
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Die Durchgänge im Spritzkopf 41 geben das
Beschichtungsmaterial und die Zerstäubungsluft zu einer Düsenanordnung 49 ab
und sie geben die Musterformluft zu Durchgängen in einer
Luftkappe 50 zur Bildung eines Sprühstrahls aus zerstäubtem
Beschichtungsmaterial ab, welcher ein gewünschtes
fächerförmiges Muster hat. Die Fläche 47 kann unter irgendeinem
geeigneten, gewünschten Winkel zur Achse des Gehäuses 36
vorgesehen sein. Wie in Figur 2 gezeigt ist, gibt die
Spritzpistole 21 zerstäubtes Überzugsmaterial unter einem Winkel von
etwa 60º ausgehend von der Achse des Gehäuses 36 ab. Winkel
von 0º bis 90º ausgehend von der Gehäuseachse können gewählt
werden, um dem Roboter eine optimale Flexibilität bei
speziellen Überzugsvorgängen zu verleihen.
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Figur 3 zeigt einen Schnitt durch das Gehäuse 36. Der
Gehäuseflansch 37 hat eine Mehrzahl von im Abstand angeordneten
Öffnungen 53 zur Aufnahme von Schrauben 54, welche den
Flansch 37 mit der Adapterplatte 35 verbinden. Das Gehäuse
36 hat ein im allgemeinen rohrförmig ausgebildetes, in der
Mitte liegendes Teil 55 zwischen dem Flansch 37 und dem Ende
36. Zwei im Abstand angeordnete Stützen 56 sind einteilig am
Inneren des Mittelteils 55 zur Aufnahme und zum Halten des
Hochspannungsmoduls 44 ausgebildet. Die Stützen 56 haben
Seiten 58, welche in einem Abstand angeordnet sind, um einen
Mantel 59 des Hochspannungsmoduls 44 aufzunehmen. Der
Manteil 59 bzw. das Gehäuse 59 wird durch die nach innen
weisenden Flansche 60 an den Oberteilen der Seiten 58
festgehalten. Somit wird der Modul 44 in Längsrichtung in die
Stützen 56 eingeführt und ist gegenüber einer Querbewegung
festgelegt. Ein relativ großer, offener Bereich 57 erstreckt
sich durch das Mittelteil 55 außenseitig von den Stützen 56
zur Aufnahme der Fluid- und Luftleitungen. Das Gehäuse 36
ist aus einem elektrisch nicht leitenden Material
ausgeformt, welches die Fähigkeit hat, das Gewicht der
Verteilereinrichtung 39 und des Spritzkopfes 41 zu tragen, wobei es
sich beispielsweise um glasfaserverstärktes Nylon handeln
kann.
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Figur 4 zeigt Einzelheiten von einem Gehäuse 59 für den
Hochspannungsmodul 44. Das Gehäuse 59 ist auch aus einem
elektrisch nicht leitenden Material ausgebildet. Eine Stütze
61 ist an einem Ende des Gehäuses 59 zum Anbringen des
Niedervoltanschlusses 45 angebracht. Der Hochspannungsanschluß
46 ist einteilig in dem gegenüberliegenden Ende des Gehäuses
59 ausgebildet. Der Anschluß 46 umfaßt eine Mehrzahl von
konzentrischen, ringförmigen Vorsprüngen 62, welche mittels
ringförmiger Ausnehmungen 63 voneinander getrennt sind. Eine
Hochspannungselektrode 64 liegt im Mittelteil des
Anschlusses 46. Die Elektrode 64 kann beispielsweise von einer Feder
gebildet werden, welche geringfügig von einem
Mittelvorsprung 65 vorspringt. Die Vorsprünge 62 und 65 und die
Ausnehmungen 63 dienen zur Vergrößerung der Oberfläche radial
von der Elektrode 64, um eine Bogenbildung oder ein
elektrisches Durchschlagen zu verhindern. Eine übliche Schaltung
(nicht gezeigt) kann in dem Gehäuse 59 vorgesehen werden, um
die Niederspannung auf eine sehr hohe Spannung zu
transformieren, welche zur elektrostatischen Aufladung des
Beschichtungsmaterials eingesetzt wird. Die Schaltung kann
beispielsweise einen Oszillator zum Umwandeln eines
Niedervoltgleichstroms
in einen Wechselstrom, einen
Spannungstransformator zum Umwandeln des Niederspannungswechselstroms
in eine Spannung mit mittlerem Wert und ein leiterförmiges,
Kondensatoren und Dioden umfassendes Netzwerk zur
Gleichrichtung der Spannung mit dem mittleren Wert und zum
Multiplizieren der Spannung mit dem mittleren Wert zu einer
Hochspannung umfassen.
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Einzelheiten der Verteilereinrichtung 39 sind in den Figuren
5 bis 10 gezeigt. Wie aus den Figuren 5 und 6 zu ersehen
ist, hat die Verteilereinrichtung 39 einen Körper 69,
welcher im allgemeinen im Querschnitt kreisförmig ausgebildet
ist, und eine Stufe 70 zwischen einem Teil 71, welches den
gleichen Durchmesser wie das Gehäuse 36 hat, und einen Teil
72 mit einem kleineren Durchmesser besitzt, welches von dem
Gehäuseende 40 aufgenommen wird. Mit Gewinde versehene
Öffnungen 73 sind in dem Teil 72 zur Aufnahme der Schrauben 42
ausgebildet. Zur Vorderseite des Teils 71 verläuft die
Fläche 47 unter einem Winkel zu einer Mittelachse der
Verteilereinrichtung 39 und des Gehäuses 36. Das kleinere
Verteilereinrichtungsteil 72 endet in einem Ende 74, welches einen
elektrischen Hochspannungsanschluß 75, einen
Ventilbetätigungsmagneten 76 und die folgenden
Leitungsverbindungseinrichtungen umfaßt einen
Beschichtungsmaterial-Einlaßanschluß 77, einen Zerstäubungsluft-Einlaßanschluß 78, einen
Musterformluft-Einlaßanschluß 79, einen
Steuerluft-Einlaßanschluß 80, eine Verbindungseinrichtung 81 zur Regulierung
der Beschichtungssteuerluft, einen Anschluß 82 für die
Steuerluft für das Rücklaufventil und einen Rücklauf- oder
Rücklauffluid-Auslaßanschluß 83.
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Wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt ist, stellt der
Beschichtungsmaterial-Einlaßanschluß 77 über einen Durchgang 84 in
dem Verteilereinrichtungskörper 69 eine Verbindung mit einem
Druckregler 50 und über einen Durchgang 68 eine Verbindung
mit einer Öffnung 87 an der Verteilereinrichtungsfläche 47
her. Eine O-Ringdichtung 88 ist in der Fläche 47 angeordnet,
um die Öffnung 87 zu umgeben. Der Druckregler 85 hat eine
übliche Bauart und umfaßt eine Membrananordnung 89 und ein
Ventilelement 90, welches in einer stufenförmig abgesetzten
Öffnung 91 in dem Verteilereinrichtungsteil 71 angebracht
ist. Die Membrananordnung 89 und das Ventilglied 90 werden
in der Öffnung 91 mit Hilfe einer Kappe 92 gehalten, welche
in die Öffnung 91 geschraubt ist. Es sollte noch erwähnt
werden, daß die Kappe 92 auf der Seite des Verteilerteils 71
frei liegt um Wartungsarbeiten bei dem Regler 85
durchführen zu können, ohne daß das Gehäuse 36 oder die
Verteilereinrichtung 39 demontiert zu werden braucht. Zur Montage des
Reglers 85 werden eine Feder 93 und das Ventilelement 90 in
einem inneren Teil 94 der stufenförmig abgesetzten Öffnung
91 angeordnet. Die Membrananordnung 89 wird dann als
nächstes in der Öffnung 91 angeordnet, und die Kappe wird in die
Öffnung geschraubt. Die Membrananordnung 89 teilt eine
Beschichtungsmaterialkammer 95 ab, welche mit dem Durchgang 86
verbunden ist und über das Ventilteil 90 mit dem Durchgang
84 von einer Steuerluftregelkammer 96 verbunden ist. Die
Verbindungseinrichtung 81 für die Regelung der
Beschichtungsluft ist über einen Durchgang 97 mit der Kammer 96
verbunden. Das an der Öffnung 87 dem Spritzkopf 41 zugeführte
Beschichtungsmaterial steht unter einem Druck, welcher eine
Umkehrfunktion zu dem Luftdruck des Steuerreglers ist. Der
Reglersteuerluftdruck wird von einer entfernt liegenden
Stelle aus beispielsweise mit Hilfe der programmierbaren
Steuereinrichtung 26 (Figur 1) eingestellt.
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Das rücklaufende Fluid von dem Spritzkopf 41 wird an einer
Öffnung 48 an der Verteilereinrichtungsfläche 47
aufgenommen. Ein O-Ring 99 ist an der Fläche 47 angebracht, um eine
Dichtung um die Öffnung 98 zu bilden. Die Öffnung 98 ist
über einen Durchgang 100, ein Rücklaufventil 101 und einen
Durchgang 102 mit einem Rücklauf oder einem
Rücklauffluidverbindungsanschluß 83 verbunden. Das Ventil 101 stimmt mit
dem Druckregler 85 überein und umfaßt eine Feder 103, ein
Ventilglied 104 und eine Membrananordnung 105, welche in
einer stufenförmig abgesetzten Verteilereinrichtungsöffnung
106 mit Hilfe einer mit Gewinde versehenen Kappe 107
gehalten ist. Die von der Verbindungseinrichtung 82 über einen
Durchgang 108 an einer Luftkammer 109 anliegende
Rücklaufventilsteuerluft liegt an einer Seite der Membrananordnung
105 an. Der Druck der Steuerluft in der Kammer 109 bestimmt,
wann das Ventil 101 offen ist, um zu ermöglichen, daß das
Fluid von dem Spritzkopf 41 zurückströmen kann, oder der
Druck der Steuerluft bestimmt den Schließzustand. Die
Fluidrückführung kann für ein Anstrichmittelrückführungssystem
eingesetzt werden, mittels dem Anstrichmittel kontinuierlich
dem Spritzkopf 41 zugeleitet und von diesem wiederum
zurückleitet wird. Oder was häufiger der Fall ist, wird der
Fluidrücklauf während eines Farbwechselzyklusses eingesetzt. Die
programmierbare Steuereinrichtung 26 kann beispielsweise
programmiert werden, um Lösungsmittel einem Spritzkopf am
Ende eines Beschichtungsvorganges zuzuführen. Der größte
Teil des Lösungsmittels wird zu dem Sammelbehälter 32 (Figur
1) über den Fluidrücklauf dadurch zurückgeleitet, daß die
Steuerluft so gesteuert wird, daß das Rücklaufventil 101
geöffnet wird. Nur eine kleine Menge des Lösungsmittels
braucht von dem Spritzkopf 41 abgegeben zu werden, um die
Düsenanordnung 49 zu reinigen. Nachdem das Lösungsmittel die
Beschichtungsmaterialdurchgänge gereinigt hat, kann Luft
durch die Materialzufuhrdurchgänge und die
Rücklaufdurchgänge im Kreislauf geführt werden, um die Durchgänge von
Lösungsmittel zu reinigen. Es ist noch zu erwähnen, daß an
sich bekannte Arbeitsablaufzyklen eingesetzt werden können,
um die Beschichtungsmaterialdurchgänge zu reinigen, die zu
dem Spritzkopf 41 und durch denselben führen.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren 6, 8 und 9 sind die
Strömungswege durch die Verteilereinrichtung 39 für die
Zerstäubungsluft und die Musterformluft gezeigt. Die
Zerstäubungsluft
tritt in einen Durchgang 141 in dem
Verteilereinrichtungskörper 69 über die Anschlußverbindung 78 ein und strömt
von dem Durchgang 114 durch einen Durchgang 115, durch ein
Ventil 116 und durch einen Durchgang 117 und gelangt zu
einer Öffnung 118 an der Verteilereinrichtungsfläche 47. In
ähnlicher Weise tritt die Musterformluft durch die
Anschlußverbindung 79 ein und strömt durch die Durchgänge 119 und
120 sowie durch ein Ventil 121 und einen Durchgang 122 zu
einer Öffnung 123 an der Verteilereinrichtungsfläche 47. Die
Ventile 116 und 121 sind im Handel üblicherweise erhältliche
Ventilpatronen, welche im Grundzustand geschlossen sind und
in Abhängigkeit von Steuerluft geöffnet werden können.
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Wenn eine Spannung an den Ventilbetätigungsmagneten 76
angelegt wird, wird ein an einer Ventilabdeckung 24 angebrachtes
Ventil geöffnet, und Steuerluft wird von dem
Verbindungsanschluß 80 gleichzeitig zum Öffnen beider Ventile 116 und
121 zugeleitet, so daß dem Spritzkopf 41 sowohl
Zerstäubungsluft als auch Musterformluft zugeleitet werden. Die
Steuerluft wird auch gleichzeitig über einen
Verteilereinrichtungsdurchgang 125 zu einer Öffnung 126 an der
Verteilereinrichtungsfläche 47 geleitet, um eine
Beschichtungsmaterialauslöseeinrichtung im Spritzkopf 41 zu betätigen.
Wie nachstehend noch näher beschrieben werden wird, bewegt
die Steuerluft einen Kolben in einer Kammer zur Betätigung
des Auslösers der Spritzpistole. Die Kammer wird über einen
Durchgang 127 durch den Verteilereinrichtungskörper 69
entlüftet.
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Figur 10 zeigt Einzelheiten der Hochspannungsverbindungen
über den Verteilereinrichtungskörper 69. Wie voranstehend
angegeben wurde, ist der Verteilereinrichtungskörper aus
einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellt. Die
Anschlußverbindung 75 ist in Form einer Mehrzahl von
konzentrischen, kreisförmigen Ausnehmungen 128 und Vorsprüngen 129
ausgebildet, welche komplementär zu ringförmigen Vorsprüngen
62 und Ausnehmungen 63 an dem Hochspannungsmodul-Anschluß 46
ausgelegt sind. Ein elektrisch leitender Kontakt 130 liegt
in einer Mittelausnehmung 131 zum Kontaktieren der
Hochspannungselektrode 64, wenn die Modulanschlußverbindung 46 in
die Verteilereinrichtungsanschlußverbindung 75 eingesetzt
ist. Ein Anschluß 132 ist an der Verteilereinrichtungsfläche
47 ausgebildet. Der Anschluß 132 umfaßt eine Mehrzahl von
konzentrischen, ringförmigen Ausnehmungen 133 und Vorsprünge
134. Eine Druckfederelektrode 135 ist etwa in der Mitte des
Anschlusses 132 angeordnet. Eine Leitung 136 geht durch den
Verteilereinrichtungskörper 69, um die Elektrode 135 mit dem
Kontakt 130 zu verbinden.
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Der Spritzkopf 41 ist detailierter in den Figuren 11 bis 14
gezeigt. Der Spritzkopf 41 umfaßt einen Körper 140, welcher
eine Spritzpistolentrommel 141 und eine kreisförmige
Halterstütze 142 bildet. Die Stütze 142 bildet die Fläche 48 und
umfaßt eine Mehrzahl von Öffnungen 143 für Schrauben 43, um
den Spritzkopf 41 an der Verteilereinrichtung 39 anzubringen
und zu dieser auszurichten. Wenn der Spritzkopf 41 an der
Verteilereinrichtung 39 angebracht ist, ist ein
Hochspannungsanschluß 144 an der Fläche 48 in Eingriff mit dem
Verteilereinrichtungsanschluß 132. Zugleich umfaßt die Fläche
48 eine Beschichtungsmaterialöffnung 145, eine
Zerstäubungsluftöffnung 156, eine Musterformluftöffnung 147, eine
Fluidrücklauföffnung 148, eine Steuerluftöffnung 149 für das
Auslöseventil und eine Entlüftungsöffnung 150, welche
jeweils zu der Beschichtungsmaterialöffnung 87, der
Zerstäubungsluftöffnung 118, der Musterformluftöffnung 123, der
Fluidrücklauföffnung 98, der Steuerluftöffnung 126 für das
Auslöseventil in dem Entlüftungsdurchgang 127 an der
Verteilereinrichtungsfläche 47 ausgerichtet und mit diesen
Öffnungen usw. verbindbar ist. Die O-Ringdichtung 88 an der
Fläche 47 bildet eine Dichtung um die
Beschichtungsmaterialöffnungen 87 und 145, und die O-Ringdichtung 99 bildet eine
Dichtung um die Fluidrücklauföffnungen 98 und 148. Eine O-
Ringdichtung 151 ist an der Fläche 48 angebracht, um eine
Dichtung um die Zerstäubungsluftöffnungen 118 und 146 zu
bilden, eine O-Ringdichtung 152 ist an der Fläche 48
angebracht, um eine Dichtung um die Musterformluftöffnungen 123
und 127 zu bilden, und eine O-Ringdichtung 153 ist an der
Fläche 48 angebracht, um eine Dichtung um die
Steuerluftöffnungen 126 und 149 zu bilden.
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Eine Spritzpistolentrommel 141 bzw. ein
Spritzpistolenzylinder 141 hat eine stufenförmig abgesetzte Mittelöffnung 154.
Eine Fluiddüse 155 ist in die Öffnung 54 geschraubt und eine
Fluidspitze 156 ist in die Düse 154 geschraubt. Die
Luftkappe 50 ist gegen die Düse 155 mit Hilfe eines Halters 157
festgeklemmt, welcher auf das Ende 158 des Zylinders 141
geschraubt ist. Ein Beschichtungsmaterial-Auslöseventil 159
ist der stufenförmig abgesetzten Öffnung 154 und der
Fluiddüse 155 zum Steuern der Abgabe des Beschichtungsmateriales
von der Düsenanordnung 49 angebracht. Das Auslöseventil 159
umfaßt einen Kolben 160, eine Kolbenstange 162, ein
rückwärtiges Nadelteil 163 und ein vorderes Nadelteil 164. Der
Kolben 160 und eine Kolbendichtung 165 sind derart
vorgesehen, daß sie axial in einem vergrößerten Ende 161 der
Öffnung 154 gleitbeweglich sind, um das Öffnungsende 161 in
einer Steuerluftkammer 166 von einer Kammer 167 zu trennen.
Die Kammer 167 wird zur Umgebung hin über einen Durchgang
168 entlüftet, welcher zu der Entlüftungsöffnung 150 an der
Fläche 48 geht. Die Steuerluftöffnung 149 an der Fläche 48
ist über einen Durchgang 169 mit der Kammer 166 verbunden.
Wenn der Magnet 76 aktiviert ist, wird Steuerluft der Kammer
166 zugeführt, und der Kolben 160 wird entgegen der Kraft
einer Rückholfeder 170 in der Kammer 167 bewegt. Die
Bewegung des Kolbens 160 wird durch die Kolbenstange 162 und das
hintere Nadelteil 163 auf das vordere Nadelteil 164
übertragen, um das vordere Nadelteil 164 von einem Ventilsitz
171 in der Fluidspitze 156 wegzubewegen.
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Die stufenförmig abgesetzte Zylinderbohrung 154 bildet eine
Ringkammer 174 in der Nähe eines inneren Endes 173 der
Fluiddüse 155. Wie am deutlichsten aus den Figuren 13 und 14
zu ersehen ist, ist die Beschichtungsmaterialöffnung 154 an
der Fläche 48 über einen Durchgang 175 mit einer Seite der
Kammer 174 verbunden. Die Fluidrücklauföffnung 148 an der
Fläche 48 ist über einen Durchgang 176 mit einer diametral
gegenüberliegenden Seite der Kammer 174 verbunden. Die
Kammer 174 stellt über radiale Durchgänge 177 in der Fluiddüse
155 eine Verbindung mit einer Mittelkammer 178 her, in
welcher sich das vordere Nadelteil 164 befindet. Wenn die
Steuerluft den Kolben 160 bewegt und das vordere Nadelteil 164
sich von dem Sitz 171 wegbewegt, strömt
Beschichtungsmaterial in den Spritzkopf 41 von der Öffnung 154, durch den
Durchgang 175, und die Kammer 174, den Durchgang 177 und die
Kammer 178 und es wird über eine Öffnung 179 in der
Fluidspitze 156 ausgegeben.
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Eine Dichtung 180 ermöglicht, daß das hintere Nadelteil 163
durch eine konische, hintere Öffnung 181 in der Fluiddüse
155 in der Fluiddüsenkammer 178 hin- und hergehend beweglich
gelagert ist, wobei ein Fluidaustritt aus der Kammer 178
verhindert wird. Eine Feder 182 drückt gegen eine
Unterlagscheibe 183, um die Dichtung 180 gegen die konische Öffnung
181 und gegen das hintere Nadelteil 163 zu drücken.
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Der Hochspannungsanschluß 144 an dem Spritzkopf 41 umfaßt
eine Mehrzahl von konzentrischen, kreisförmigen Vorsprüngen
184 und Ausnehmungen 185, welche komplementär zu den
Ausnehmungen 133 und den Vorsprüngen 134 an dem
Verteilereinrichtungsanschluß 132 ausgebildet sind. In einer in der
Mitte liegenden Ausnehmung 168 ist ein elektrischer Kontakt
187 angeordnet, um einen Anschluß mit der
Hochspannungselektrode 135 an dem Anschluß 132 herzustellen. Der Kontakt 187
ist elektrisch über eine Leitung 188, die Feder 182, die
Unterlagscheibe 183 und das hintere Nadelteil 163 mit einer
Elektrode 189 verbunden. Vorzugsweise sind alle weiteren
Teile des Spritzkopfes 41 abgesehen von der Feder 170 aus
elektrisch nicht leitenden Materialien hergestellt, um die
Sicherheit der Spritzpistole 21 zu verbessern. Die Elektrode
189 erstreckt sich durch das vordere Nadelteil 164 und steht
koaxial über der Öffnung 179 vor, um eine elektrische Ladung
auf das Beschichtungsmaterial aufzubringen, wenn dieses von
der Öffnung 179 abgegeben und zerstäubt wird.
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Die Zerstäubungsluft tritt in den Spritzkopf 41 an der
Öffnung 146 ein und strömt durch die Durchgänge 190 und 191
(Figuren 13 und 14) zu einer Ringkammer 192, welche in der
stufenförmig abgesetzten Öffnung 154 ausgebildet ist. Von
der Kammer 192 strömt die Zerstäubungsluft durch eine
Mehrzahl von Durchgängen 193 in der Fluiddüse 155 zu einer
Ringkammer 194, welche zwischen der Fluiddüse 155, der
Fluidspitze 156 und der Luftkappe 50 gebildet wird. Die
Zerstäubungsluft wird von der Kammer 194 über eine kreisförmige
Öffnung 195 ausgegeben, welche die
Beschichtungsmaterialöffnung 179 umgibt. Die Luftkappe 50 kann von einer üblichen
Auslegungsart sein und kann zusätzliche Öffnungen aufweisen,
welche Luft von der Kammer 194 zur Verstärkung der
Zerstäubung lenkt.
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Musterformluft oder Fächerformluft tritt in den Spritzkopf
41 an der Öffnung 147 ein und strömt durch die Durchgänge
196 und 197 zu einer Ringkammer 196, welche zwischen dem
Pistolenzylinderende 158, der Fluiddüse 155, der Fluidspitze
156 und dem Halter 157 gebildet wird. Von der Kammer 196
wird die Musterformluft durch die Luftkappendurchgänge 197
gegen das zerstäubte Beschichtungsmaterial gelenkt, um eine
ebene oder ovale fächerförmige Gestalt in Form eines Musters
auf das Material aufzubringen.
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Figur 15 zeigt in einer ausgebrochenen Draufsicht eine
Ausführungsvariante einer bevorzugten Ausführungsform eines
Spritzpistolengehäuses und einer Verteilereinrichtung 198
nach der Erfindung. Das Spritzpistolengehäuse und die
Verteilereinrichtung 198 arbeiten mit einer Spritzpistole
ähnlich der Spritzpistole 21 zusammen. Im Spritzpistolengehäuse
und der Verteilereinrichtung 198 ist der
Ventilbetätigungsmagnet 176 durch zwei Ventilbetätigungsmagnete 199 und 200
ersetzt, welche in dem Gehäuse 36 vorgesehen sind. Bei dem
Spritzkopf 41, dem Verteilereinrichtungskörper 69 oder dem
Gehäuse 36 sind keine Abänderungen erforderlich. Die
Ventilabdeckung 124 wird durch eine Ventilabdeckung 124 ersetzt,
wobei die Öffnungen in Durchgänge für den weggelassenen
Ventilbetätigungsmagneten 76 nicht vorgesehen sind und wobei
die Ventilabdeckung 124' eine Schlauchleitungsverbindung 201
aufweist, welche über einen Durchgang 202 mit dem
Steuerlufteinlaß für das Zerstäubungsluftventil 116 verbunden ist,
sie umfaßt ferner einen Schlauchanschluß 203, welcher über
einen Durchgang 203 mit dem Steuerlufteinlaß für das
Musterformluftventil verbunden ist, und einen Schlauchanschluß
205, welcher über einen Durchgang 206 mit dem
Steuerluftdurchgang 125 verbunden ist.
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Der Ventilbetätigungsmagnet 199 spricht auf ein elektrisches
Signal zum Öffnen eines innen liegenden Ventils an, um
Steuerluft über die Schlauchleitung 207, die
Verbindungseinrichtung 201 und den Durchgang 202 zur Betätigung des
Zerstäubungsluftventils 116 zuzuführen und zugleich wird die Luft
durch die Schlauchleitung 208, die Verbindungseinrichtung
203 und den Durchgang 204 zur Betätigung des
Musterformluftventils 121 genutzt. Der Ventilbetätigungsmagnet 200 spricht
auf ein e1ektrisches Signal zum Öffnen eines innen liegenden
Ventils an, um die Steuerluft über eine Schlauchleitung 209,
die Verbindungseinrichtung 205 und den Durchgang 206 zu dem
Durchgang 125 zu leiten, um das
Beschichtungsmaterial-Auslöseventil zu betätigen. Der Einsatz von gesonderten
Ventilen 199 und 200 ermöglicht, daß die Systemsteuereinrichtung
Arbeitsabfolgen der Spritzpistole 21' in einer derartigen
Weise ausführen kann, daß Zerstäubungsluft und
Musterformluft aktiviert werden, bevor das
Beschichtungsmaterial-Auslöseventil geöffnet wird. Die Systemsteuereinrichtung kann
derart programmiert werden, daß man irgendeine gewünschte
Verzögerungszeit zwischen den jeweiligen Betätigungen der
Ventile 199 und 200 erhält.
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Aus der voranstehenden Beschreibung ist zu ersehen, daß die
Spritzpistole 21 einen kompakten Aufbau hat, welcher zum
Einsatz an einem Roboter geeignet ist. Ferner liegen die
Ventile zum Steuern des Beschichtungsmaterials und zum
Auslösen desselben und zum Druckregulieren, für die
Zerstäubungsluft, die Musterformluft und den Fluidrücklauf
innerhalb Erstreckungsbereichen von Inches der Spritzpistolen-
Düsenanordnung. Die Anordnung in Kombination mit der
elektrischen Auslösung zur Steuerung der Steuerluft setzt in
signifikanter Weise die Auslösezeit gegenüber Systemen
herab, welche Ventile haben, die entfernt von der Spritzpistole
liegen. Da die Ventile immer an der Spritzpistole angeordnet
sind, haben mit Spritzpistolen bestückte, unterschiedliche
Roboter an unterschiedlichen Spritzständen immer die gleiche
Ansprechzeit. Hierdurch wird ermöglicht, daß man zu Beginn
ein Programm mit einem lernenden Spritzstand erstellen kann
und dann das Programm in einige unterschiedliche
Beschichtungsroboter einladen kann, ohne daß man eine Einbuße
hinsichtlich der Qualität oder der Gleichmäßigkeit des auf die
Werkstücke aufgebrachten Überzugs erhält. Die
Einsatzflexibilität wird dadurch verbessert, daß man gesonderte
Leitungen für die Zufuhr der Zerstäubungsluft und der
Musterformluft von einer entfernt liegenden Stelle vorsieht. Die
gesonderten Luftleitungen ermöglichen, daß in Form einer
Fernwirkanlage Mustergrößeneinstellungen mit Hilfe der
Systemsteuereinrichtung vorgenommen werden können. Die
elektrostatische Energieversorgung liegt in dem
Spritzpistolengehäuse an dem Ende des Roboterarms, um die Notwendigkeit zu
vermeiden, daß ein Hochspannungskabel entlang oder durch den
Roboterarm verläuft. Ferner ist die Spritzpistole derart
ausgelegt, daß die Wartung in Verbindung mit einer minimalen
Stillstandszeit erleichter wird. Der Spritzkopf kann schnell
ausgewechselt werden, so daß eine Wartung außerhalb der
Fertigungsstraße ermöglicht wird. Der
Beschichtungsmaterialregler und das Fluidrücklaufventil der Verteilereinrichtung
können ohne einen Ausbau der Spritzpistole ausgewechselt
werden. Weitere Merkmale und Vorteile der Spritzpistole
ergeben sich für den Fachmann.