DE10240451A1

DE10240451A1 - Sensoranordnung für eine Beschichtungsanlage

Info

Publication number: DE10240451A1
Application number: DE10240451A
Authority: DE
Inventors: Michael Baumann
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2002-09-02
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2004-03-11
Also published as: US7432495B2; ES2402658T3; US20070145250A1; EP1394757B1; EP1394757A3; EP1394757A2; US20050098102A1

Abstract

Die Erfindungg betrifft eine Sensoranordnung für eine Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Werkstücken, mit mindestens einem Sensor zur Erfassung mindestens einer Betriebsgröße der Beschichtungsanlage und zur Erzeugung eines entsprechenden Sensorsignals, einem mit dem Sensor verbundenen Sender zur Übertragung des Sensorsignals, einem Empfänger zur Aufnahme des von dem Sender übertragenen Sensorsignals und einer drahtlosen Verbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für eine Beschichtungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Beschichtungsanlage mit einer derartigen Sensoranordnung.
In modernen Lackieranlagen werden bekanntermaßen Rotationszerstäuber eingesetzt, bei denen ein sogenannter Glockenteller von einer Druckluftturbine mit hohen Drehzahlen angetrieben wird. Der Glockenteller ist hierbei in der Regel kegelstumpfförmig und erweitert sich in Sprührichtung, wobei das aufzutragende Beschichtungsmittel in dem kegelstumpfförmigen Glockenteller aufgrund der Zentrifugalkräfte axial und insbesondere radial beschleunigt wird, so dass an der Glockentellerabrisskante ein kegelförmiger Sprühstrahl entsteht.

Aus DE 43 06 800 A1 ist es weiterhin bekannt, die Drehzahl der Druckluftturbine zu messen. Hierzu sind an dem Turbinenrad der Druckluftturbine reflektierende Markierungen angebracht, die mit dem Turbinenrad rotieren und über Lichtwellenleiter von einem stationären optischen Sensor abgetastet werden. Zur Erreichung eines guten Lackierergebnisses liegt der Rotationszerstäuber mit der Druckluftturbine hierbei auf einem Hochspannungspotential, während die zu lackierenden Werkstücke und der optische Sensor elektrisch geerdet sind.

Die Verwendung von flexiblen Lichtwellenleitern zur Abtastung der optischen Markierungen an dem Turbinenrad ermöglicht eine stationäre Anordnung des optischen Sensor und eine Potentialtrennung des Sensors gegenüber dem Hochspannungspotential des Rotationszerstäubers.

Nachteilig an dieser bekannten Sensoranordnung mit Lichtwellenleitern ist zum einen die Tatsache, dass zur Umsetzung des in den Lichtwellenleitern übertragenen Lichtsignals in ein elektrisches Signal relativ große optoelektrische Wandler.

Zum anderen ist bei einer Lichtwellenleiterverbindung nur eine relativ geringe Anzahl von Trennstellen möglich, da an jeder Trennstelle Übertragungsverluste auftreten. Bei zunehmender Bauteilmodularität von modernen Beschichtungsanlagen und entsprechend zunehmender Anzahl der Trennstellen stößt die bekannte Lichtleitertechnik somit an Grenzen.

Ferner sind Lichtwellenleiter relativ bruchempfindlich, was bei einer übermäßigen mechanischen Beanspruchung der Sensoranordnung zu einem Funktionsausfall der Drehzahlmessung führen kann.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebene bekannte Sensoranordnung dahingehend zu verbessern, dass eine größere Bauteilmodularität möglich ist, wobei die mechanische Belastbarkeit möglichst groß sein soll.

Die Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Sensoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, zur Übertragung des Sensorsignals einen Sender und einen Empfänger vorzusehen, wobei eine drahtlose Verbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger besteht. Vorteilhaft an einer drahtlosen Verbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger ist zum einen die unbegrenzte mechanische Belastbarkeit der Verbindung, wohingegen eine Verbindung durch Lichtwellenleiter relativ bruchempfindlich ist. Zum anderen ermöglicht eine drahtlose Verbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger vorteilhaft eine beliebige Bauteilmodularität, da im Gegensatz zu Lichtwellenleitern keine Trenn stellen an den Übergängen zwischen den einzelnen Modulen auftreten.

Die erfindungsgemäße Verwendung einer drahtlosen Verbindung mit einem Sender und einem Empfänger ermöglicht vorteilhaft eine Anordnung des Sensors in einem beweglichen Bauteil einer Beschichtungsanlage, wohingegen der Sensor bei der eingangs beschriebenen bekannten Sensoranordnung stationär angeordnet und über Lichtwellenleiter mit dem beweglichen Rotationszerstäuber verbunden ist.

Bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist der Sensor also vorzugsweise an einem beweglichen Teil der Beschichtungsanlage angebracht, während der Empfänger stationär angeordnet ist. Die zwischen dem Sender und dem Empfänger somit auftretende Relativbewegung während des Betriebs der Beschichtungsanlage führt jedoch nicht zu einer mechanischen Belastung der Verbindung oder einem mechanischen Verschleiß, da die Verbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger drahtlos ist.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sender um einen Funksender und bei dem Empfänger entsprechend um einen Funkempfänger, wobei zwischen dem Funksender und dem Funkempfänger eine drahtlose Funkverbindung besteht.

Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass der Sender ein optischer Sender und der Empfänger ein optischer Empfänger ist, wobei zwischen dem optischen Sender und dem optischen Empfänger eine Sichtverbindung besteht. Beispielsweise kann zur Übertragung der Sensorsignale ein Infrarotsender eingesetzt werden, dessen Signal von einem Infrarotempfänger aufgenommen wird.

Ferner besteht die Möglichkeit, dass der Sender ein akustischer Sender und der Empfänger entsprechend ein akustischer Empfänger ist. Beispielsweise kann zur Übertragung der Sensorsignale ein Ultraschallsender eingesetzt werden, dessen Signal von einem Ultraschallempfänger erfasst wird.

Darüber hinaus ermöglicht die drahtlose Verbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger eine elektrische Potentialtrennung, so dass der Sender einerseits und der Empfänger andererseits auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegen können. Dies ist insbesondere beim Einsatz in einer elektrostatischen Beschichtungsanlage mit einem Rotationszerstäuber vorteilhaft, da der Rotationszerstäuber hierbei üblicherweise auf Hochspannungspotential liegt, während die zu beschichtenden Werkstücke geerdet werden. Der Sender kann also bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ebenfalls auf einem Hochspannungspotential liegen, während der Empfänger auf einem Niederspannungspotential oder auf einem Massepotential liegt.

Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um einen Drucksensor handeln, der eine Druckgröße der Beschichtungsanlage misst, wie beispielsweise den Druck eines Mediums (Luft, Beschichtungsmittel, Lösungsmittel) der Beschichtungsanlage. Lediglich beispielhaft ist hierbei der Antriebsluftdruck, der Lenkluftdruck, der Lösungsmitteldruck, der Farbdruck oder der Leitungsdruck als zu messende Druckgröße zu nennen.

In einer Variante der Erfindung erfasst der Sensor die Stellung, die Stellgeschwindigkeit und/oder den Zustand eines Bauteils der Beschichtungsanlage.

Beispielsweise kann der Sensor ein Molchsensor sein, der die Position, die Geschwindigkeit und/oder eine Kennung eines Molchs erfasst. Hierbei kann der Molchsensor jeweils ein Signal abgeben, wenn der Molch einen bestimmten Leitungsabschnitt passiert bzw. sich in dem Leitungsabschnitt befindet.

Ferner besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass der Sensor die Position einer Düsennadel der Beschichtungsanlage erfasst, wobei es sich vorzugsweise um die Hauptnadel eines Rotationszerstäubers handelt.

Weiterhin kann der Sensor die Stellung eines Zylinders eines Kolbendosierers oder einer Kolbenpumpe einer Beschichtungsanlage erfassen.

Daneben besteht auch die Möglichkeit, dass der Sensor ein Drehwertsensor ist, der die Drehzahl, den Drehwinkel und/oder die Drehrichtung eines Turbinenrades eines Rotationszerstäubers erfasst.

Schließlich kann der Sensor auch die Stellung und/oder die Stellgeschwindigkeit einer oder mehrerer Achsen eines Lackierroboters der Beschichtungsanlage erfassen.

Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Sensoranordnung umfasst die Erfindung auch eine komplette Beschichtungsanlage mit einer derartigen Sensoranordnung.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Turbinenrades einer Druckluftturbine zum Antrieb eines Rotationszerstäubers mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung,
2 eine molchbare Leitung mit einer Sensoranordnung zur Erfassung der Molchposition sowie
3 einen Rotationszerstäuber mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Druckmessung.
Die Seitenansicht in 1 zeigt ein weitgehend herkömmliches Turbinenrad 1, das in einer Rotationszerstäuberturbine eingesetzt werden kann, die beispielsweise aus DE 43 06 800 C2 bekannt ist. Hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung der Rotationszerstäuberturbine und des kompletten Rotationszerstäubers wird deshalb zur Vereinfachung auf DE 43 06 800 C2 verwiesen, deren Inhalt der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist.
Das Turbinenrad 1 weist eine Glockentellerwelle 2 auf, wobei auf der in 1 links liegenden Seite der Glockentellerwelle 2 ein Glockenteller montiert werden kann. Weiterhin weist das Turbinenrad 1 einen kreisscheibenförmigen Läufer 3 auf, wobei auf der glockentellerseitigen Stirnfläche des Läufers 3 zahlreiche Turbinenschaufeln 4 über den Umfang verteilt angeordnet sind. Während des Betriebs des Rotationszerstäubers werden die Turbinenschaufeln 4 durch eine sogenannte Antriebsluft angeblasen, was hinlänglich bekannt ist.
Auf der dem Glockenteller abgewandten Stirnfläche des Läufers 3 ist eine optische Markierung angebracht, die sowohl eine Bestimmung der Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades 1 als auch eine Bestimmung der Drehrichtung des Turbinenrades 1 ermöglicht. Die optische Markierung besteht aus mehreren kreissegmentförmigen Beschichtungen, die auf die Stirnfläche 5 über den Umfang verteilt aufgebracht sind.
Auf der dem Glockenteller abgewandten Seite des Läufers 3 ist ein optischer Sensor 6 angeordnet, der das unterschiedliche Reflexionsvermögen der optischen Markierungen und der ansonsten matten Stirnfläche 5 erfasst und ein entsprechendes elektrisches Signal an einen Sender 7 weitergibt.
Der Sender 7 strahlt über eine Antenne 8 ein Funksignal ab, das über eine Antenne 9 von einem Empfänger 10 aufgenommen wird, wo bei die Antennen 8, 9 hier nur schematisch dargestellt sind. Der Empfänger 10 gibt dann ein entsprechendes elektrisches Signal ab, aus dem eine Auswertungseinheit die Drehzahl und die Drehrichtung des Turbinenrades 1 ermitteln kann.
Der Sender 7 ist hierbei in dem Rotationszerstäuber angeordnet, der von einem Lackierroboter bewegt werden kann. Darüber hinaus liegt der Sender 7 mit dem Sensor 6 und der Antenne 8 während des Betriebs des Rotationszerstäubers auf einem Hochspannungspotential, so dass keine elektrische Isolierung des Empfängers 7, des Sensors 6 oder der Antenne 8 gegenüber dem Rotationszerstäuber erforderlich ist.
Der Empfänger 10 ist dagegen stationär in der Kabinenwand einer Lackierkabine angeordnet und deshalb im Betrieb nur geringen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Darüber hinaus ist der Empfänger 10 geerdet, wobei die drahtlose Verbindung zwischen dem Sender 7 und dem Empfänger 10 eine Potentialtrennung ermöglicht.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung, die eingesetzt wird, um die Position eines Molchs 11 in einer molchbaren Leitung 12 zu ermitteln. Hierzu weist der Molch 11 einen Permanentmagneten 13 auf, der einen Magnetfeldsensor 14 ansteuert, wobei der Magnetfeldsensor 14 an der Außenseite der Leitung 12 angeordnet ist.
Wenn sich der Molch 11 an der in 2 gezeigten Position befindet, so erzeugt der Magnetfeldsensor 14 aufgrund des Permanentmagneten 13 ein elektrisches Signal, das an einen Sender 15 weitergegeben wird. Der Sender 15 überträgt dann ein entsprechendes Funksignal über eine Antenne 16, wobei das Funksignal von einem Empfänger 17 über eine Antenne 18 empfangen wird. Der Empfänger 17 gibt dann ein entsprechendes elektrisches Signal an eine Auswertungseinheit weiter, wobei die Auswertungseinheit zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.
Hierbei können innerhalb des Leitungssystems einer Beschichtungsanlage zahlreiche Sensoren vorgesehen sein, die ihre Signale jeweils an einen zentralen Empfänger senden, so dass die Auswertungseinheit die Positionen sämtlicher Molche erfassen kann.
Die in 3 gezeigte Querschnittsansicht zeigt einen Rotationszerstäuber 19, der weitgehend herkömmlich aufgebaut ist, so dass zur Ergänzung der folgenden Beschreibung auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen wird.
Zur Montage des Rotationszerstäubers 19 weist dieser an seiner montageseitigen Stirnfläche einen Befestigungsflansch 20 mit einem Befestigungszapfen 21 auf, der eine mechanische Befestigung an einem Roboterarm eines Lackierroboters ermöglicht.
An den Rotationszerstäuber 19 kann ein herkömmlicher kegelstumpfförmiger Glockenteller 22 angebracht werden, der hier nur gestrichelt wiedergegeben ist und im Betrieb des Rotationszerstäubers 19 durch eine Druckluftturbine 23 mit einer hohen Drehzahl angetrieben wird. Die Drehung des Glockentellers 22 führt hierbei dazu, dass das in das Innere des Glockentellers 22 eingeführte Beschichtungsmittel axial und insbesondere radial beschleunigt wird und an einer Glockentellerabrisskante abgesprüht wird.
Der Antrieb der Druckluftturbine 23 erfolgt hierbei durch Druckluft, die von dem Lackierroboter über den Befestigungsflansch 20 geführt wird, wobei die Zuführung der Antriebsluft hier zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.
Zur Formung des von dem Glockenteller 22 abgegebenen Sprühstrahls ist weiterhin ein sogenannter Lenkluftring 24 vorgese hen, der in der glockentellerseitigen Stirnfläche eines Gehäuses 25 des Rotationszerstäubers 19 angeordnet ist. In dem Lenkluftring 24 sind mehrere axial ausgerichtete Lenkluftdüsen 26, 27 angeordnet, über die im Betrieb des Rotationszerstäubers 19 ein Lenkluftstrom axial außen auf die kegelförmige Mantelfläche des Glockentellers 22 geblasen werden kann. In Abhängigkeit von der Menge und der Geschwindigkeit der aus den Lenkluftdüsen 26, 27 ausgeblasenen Lenkluft wird so der Sprühstrahl geformt und die gewünschte Strahlbreite eingestellt.
Die Zuführung der Lenkluft für die beiden Lenkluftdüsen 26, 27 erfolgt hierbei durch jeweils eine Flanschöffnung 28, 29, die in dem Befestigungsflansch 20 des Rotationszerstäubers 19 angeordnet sind. Die Position der Flanschöffnungen 28, 29 innerhalb der Stirnfläche des Befestigungsflansches 20 ist hierbei durch die Position der entsprechenden Anschlüsse an dem zugehörigen Befestigungsflansch des Lackierroboters vorgegeben.
Die außenliegende Lenkluftdüse 26 wird hierbei durch eine Lenkluftleitung 30 versorgt, die an der Außenseite der Druckluftturbine 23 zwischen dem Gehäuse 25 und der Druckluftturbine 23 entlang geführt ist. Hierzu mündet die Flanschöffnung 28 zunächst in eine axial verlaufende Stichbohrung 31, die dann in eine radial verlaufende Stichbohrung 32 übergeht, wobei die radial verlaufende Stichbohrung 32 schließlich an der Außenseite eines Ventilgehäuses 33 in einen Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 25 und dem Ventilgehäuse 33 mündet. Die Lenkluft wird dann an der Druckluftturbine 23 vorbei in einen sogenannten Luftraum 34 geführt, von wo sie schließlich durch Stichbohrungen 35 in dem Lenkluftring 24 zu der Lenkluftdüse 26 gelangt.
Die Zuführung der Lenkluft für die Lenkluftdüse 27 erfolgt dagegen durch eine Lenkluftleitung 36, die von der Flanschöffnung 29 in dem Befestigungsflansch 20 ausgehend axial und knickfrei durch das Ventilgehäuse 33 hindurchgeht. Darüber hinaus geht die Lenkluftleitung 36 auch axial durch eine Lagereinheit 37 der Druckluftturbine 23. Der radiale Abstand der Lenkluftleitung 36 von der Drehachse des Glockentellers 22 ist hierbei größer als der Außendurchmesser des zur Vereinfachung nicht dargestellten Turbinenrads, so dass die Lenkluftleitung 36 an der Außenseite des Turbinenrades verläuft. Die Lenkluftleitung 36 mündet dann glockentellerseitig in einen weiteren Luftraum 38, der zwischen einem im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 39 der Druckluftturbine 23 und einer diesen umgebenden Abdeckung 40 angeordnet ist.
In der Mantelfläche des Abschnitts 39 befinden sich mehrere Bohrungen 41, die in der glockentellerseitigen Stirnfläche der Druckluftturbine 23 münden und schließlich die Lenkluftdüsen 27 versorgen. Die Bohrungen 41 in dem Abschnitt 39 der Druckluftturbine 23 bestehen hierbei aus einer von der Mantelfläche des Abschnitts 39 ausgehenden radial verlaufenden Stichbohrung und einer von der glockentellerseitigen Stirnfläche des Abschnitts 39 ausgehenden axial verlaufenden Stichbohrung, was eine einfache Montage ermöglicht.
In die Lenkluftleitung 36 mündet hierbei nahe dem Befestigungsflansch 20 ein Drucksensor 42 mit einem integrierten Funksender, wobei der Drucksensor 42 den Lenkluftdruck misst und durch den Funksender ein entsprechendes Funksignal abstrahlt.
Dieses Funksignal wird von einem Empfänger 43 über eine Antenne 44 empfangen und an eine Auswertungseinheit weitergeleitet, wobei die Auswertungseinheit zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Claims

Sensoranordnung für eine Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Werkstücken, mit mindestens einem Sensor (6, 14, 42) zur Erfassung mindestens einer Betriebsgröße der Beschichtungsanlage und zur Erzeugung eines entsprechenden Sensorsignals, gekennzeichnet durch einen mit dem Sensor (6, 14, 42) verbundenen Sender (7, 15) zur Übertragung des Sensorsignals, einen Empfänger (10, 17, 43) zur Aufnahme des von dem Sender (7, 15) übertragenen Sensorsignals und eine drahtlose Verbindung zwischen dem Sender (7, 15) und dem Empfänger (10, 17, 43).
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (7, 15) ein Funksender und der Empfänger (10, 17, 43) ein Funkempfänger ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender ein optischer Sender und der Empfänger ein optischer Empfänger ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender ein Infrarotsender und der Empfänger ein Infrarotempfänger ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender ein akustischer Sender und der Empfänger ein akustischer Empfänger ist.
Sensoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (7, 15) und/oder der Sensor (6, 14, 42) einerseits und der Empfänger (10, 17, 43) andererseits auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegen.
Sensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (7, 15) und/oder der Sensor (6, 14, 42) auf einem Hochspannungspotential liegt, während der Empfänger (10, 17, 43) auf einem Niederspannungspotential oder auf Massepotential liegt.
Sensoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (7, 15) und/oder der Sensor (6, 14, 42) an einem beweglichen Teil der Beschichtungsanlage angebracht ist, während der Empfänger (10, 17, 43) stationär angeordnet ist.
Sensoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (42) ein Drucksensor ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor den Antriebsluftdruck, den Lösungsmitteldruck, den Beschichtungsmitteldruck, den Lenkluftdruck oder den Leitungsdruck in einer Beschichtungsmittelleitung oder einer Druckluftleitung erfasst.
Sensoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6, 14) ein Positionssensor oder ein Geschwindigkeitssensor ist, der die Position, die Stellung oder die Stellgeschwindigkeit eines Bauteils der Beschichtungsanlage erfasst.
Sensoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (14) ein Molchsensor ist, der die Position, die Geschwindigkeit und/oder eine Kennung eines Molchs (11) erfasst.
Sensoranordnung nach Anspruch 11 und/oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor die Position einer Düsennadel der Beschichtungsanlage erfasst.
Sensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor die Stellung eines Zylinders der Beschichtungsanlage erfasst.
Sensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6) ein Drehwertsensor ist, der die Drehzahl, den Drehwinkel und/oder die Drehrichtung eines Turbinenrads (1) eines Rotationszerstäubers erfasst.
Beschichtungsanlage mit einer Sensoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.