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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtungseinheit zur Bestimmung einer Durchflussmenge wenigstens einer ersten Düse.
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Die Erfindung betrifft zudem ein System mit wenigstens einer ersten Düse und einer erfindungsgemäßen Vorrichtungseinheit.
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Beim Lackieren von Werkstücken kann durch eine Verschmutzung der Düse, beispielsweise durch Fremdpartikel oder durch getrockneten Lack, der Lackierprozess stark beeinflusst werden. So kann durch eine verschmutzte Düse nicht mehr die gewünschte Menge an Lack durchfließen und im schlimmsten Fall kann die Düse sogar komplett verstopfen. Hierdurch ist es notwendig zu prüfen, ob die jeweilige Düse noch funktionsfähig oder in ihrer Funktionalität bereits beeinträchtigt ist.
Dies kann beispielsweise durch eine Messung der Durchflussmenge mittels eines Flusssensors in der Düse oder in der Zuleitung zur Düse erfolgen, was als Schleppmessung bezeichnet wird.
Eine Schleppmessung im Medium ist hierbei jedoch problematisch, da dies den Lackierprozess stark verkomplizieren würde. So würde ein erhöhter Wartungs- bzw. Reinigungsaufwand des Systems erforderlich sein. Zudem wäre für jede einzelne Düse ein eigener Sensor notwendig.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtungseinheit zur Bestimmung einer Durchflussmenge wenigstens einer ersten Düse.
Hierbei weist die erste Düse bei einer vorbestimmten Durchflussmenge eine vorbestimmte Eigenfrequenz aufweist. Zudem weist die Vorrichtungseinheit eine Verarbeitungseinheit und ein Mikrofon auf, wobei die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, ein Frequenzspektrum mittels des Mikrofons zu einem vorgegebenen Zeitpunkt zu erfassen und die Durchflussmenge der wenigstens ersten Düse in Abhängigkeit von dem erfassten Frequenzspektrum zu bestimmen. Vorteilhaft ist hierbei, dass das Frequenzspektrum berührungslos erfasst werden kann und beispielsweise kein Bauteil zum Bestimmen der Durchflussmenge innerhalb der Düse oder der Zuleitung eingebaut werden muss. Hierdurch kann eine einfache Bestimmung der Durchflussmenge erfolgen.
Zudem ist die Vorrichtungseinheit wartungsarm und auch für mehrere Düsen verwendbar, wodurch eine kostengünstige Lösung geschaffen ist.
Anhand der bestimmten Durchflussmenge kann auf die Funktionalität der Düse geschlossen werden. So kann bei einer gegenüber der vorbestimmten Durchflussmenge veränderten Durchflussmenge auf eine verschmutzte Düse geschlossen werden. Ist die Durchflussmenge dagegen nahezu Null, kann darauf geschlossen werden, dass die Düse verstopft ist.
Insbesondere reicht es als aus, wenn das Frequenzspektrum darauf kontrolliert wird, ob die Eigenfrequenz, das heißt ein Maximum des Frequenzspektrums, innerhalb einer gewissen Zeitspanne über einen gewissen Schwellenwert hinaus verändert, beispielsweise in seiner Amplitude oder in seiner Frequenz. Ist dies der Fall, kann auf eine Funktionsstörung der Düse geschlossen werden.
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Unter Durchflussmenge kann hierbei die Menge bzw. das Volumen des Mediums verstanden werden, welche bzw. welches innerhalb einer gewissen Zeit durch die Düse hindurch fließt. Dies entspricht also dem Mediendurchsatz der Düse. Das Medium kann beispielsweise ein Lack oder ein Farbgemisch sein.
Die vorbestimmte Durchflussmenge ist hierbei ein zuvor festgelegter Wert des Mediendurchflusses und kann beispielsweise 2ml pro Minuten betragen.
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Unter Düse ist eine technische Vorrichtung zur Beeinflussung eines Mediums, insbesondere eines Fluides, beim Übertritt von einer Rohrströmung in den freien Raum zu verstehen. Die Düse bildet dabei den Abschluss einer Rohrleitung. Eine solche Düse kann beispielsweise in einer Lackierstraße zum Aufbringen von Lack auf ein Werkstück genutzt werden.
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Die Verarbeitungseinheit kann beispielsweise als Mikrocontroller ausgestaltet sein.
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Unter Frequenzspektrum ist eine Zusammenfassung von vorhandenen Frequenzen zu verstehen, welche von einem entsprechend Mikrofon zu einem vorgegebenen Zeitpunkt erfasst werden. Das Frequenzspektrum ist hierbei charakteristisch für die Töne beziehungsweise die Geräuschkulisse, welche durch das Mikrofon erfasst werden.
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Unter Eigenfrequenz ist zu verstehen, mit welcher Frequenz die Düse aufgrund des Mediendurchflusses schwingt bzw. pfeift. Hierbei weist die Düse bei einer vorbestimmten Durchflussmenge eine gewisse Eigenfrequenz auf. Diese Eigenfrequenz ist hierbei durch eine entsprechende mechanische Bearbeitung der Düse einstellbar.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtungseinheit eine Speichereinheit aufweist, wobei die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, das erfasste Frequenzspektrum mit wenigstens einem in der Speichereinheit abgespeicherten Frequenzspektrum zu vergleichen und die Durchflussmenge zusätzlich in Abhängigkeit von dem abgespeicherten Frequenzspektrum zu bestimmen.
Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine einfache Möglichkeit darstellt, herauszufinden, ob die jeweilige Düse noch ordnungsgemäß funktioniert oder deren Durchflussmenge reduziert bzw. komplett gestoppt ist. Hierbei ist insbesondere die Bestimmung einer Abweichung von einer vorbestimmten Durchflussmenge möglich. Durch den Vergleich mit dem abgespeicherten Frequenzspektrum, welches bei ordnungsgemäßer Funktion der Düsen mit entsprechend vorbestimmten Durchflussmengen erfasst wurde, kann der Rückschluss über die aktuelle Funktionalität der jeweiligen Düse besonders einfach hergestellt werden.
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Ist beispielsweise die Eigenfrequenz der jeweiligen Düse komplett verschwunden, kann davon ausgegangen werden, dass die Düse vollständig verstopft ist und kein Medium mehr durch die Düse gelangt.
Hat sich dagegen die Eigenfrequenz beziehungsweise deren Maximum bezogen auf die Frequenz leicht verschoben und ist gegebenenfalls in Ihrer Amplitude verringert, kann darauf geschlossen werden, dass die Durchflussmenge der Düse von der vorbestimmten Durchflussmenge abweicht beziehungsweise geringer ist als die vorbestimmte Durchflussmenge ist und folglich die Düse verschmutzt und teilweise verstopft ist. Die Verschiebung des Maximums der Eigenfrequenz ist hierbei nahezu linear zur Durchflussmenge der jeweiligen Düse.
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Die Speichereinheit kann als eigenständiges Bauteil ausgestaltet und entsprechend mit der Verarbeitungseinheit zum Datenaustausch verbunden sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Speichereinheit in der Verarbeitungseinheit integriert ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Eigenfrequenz im Ultraschallbereich liegt und das Mikrofon als Ultraschallmikrofon ausgebildet ist.
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Als Ultraschall bezeichnet man Schall mit Frequenzen oberhalb des Hörfrequenzbereichs des Menschen.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass für den menschlichen Nutzer keine Störgeräusche auftreten. Zudem ist die Vorrichtungseinheit nicht dazu imstande, Frequenzen im normalen Sprachfrequenzspektrum zu erfassen, wodurch die Privatsphäre des Benutzers gewahrt ist und entsprechende Datenschutzbestimmungen eingehalten werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Mikrofon als Körperschallmikrofon ausgebildet ist.
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Körperschall ist Schall, der sich in einem Festkörper ausbreitet. Das umfasst beispielsweise die Übertragung von Schwingungen einer Maschine oder auch zur Werkstoffprüfung eingesetzte Ultraschallwellen.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass sehr wenig Störgeräusche erfasst werden, da insbesondere der Köperschall der Düse direkt zum Mikrofon geleitet werden kann. Hierdurch lassen sich entsprechende äußere Fehlerquellen minimieren.
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Die Erfindung betrifft zudem ein System mit wenigstens einer ersten Düse und einer erfindungsgemäßen Vorrichtungseinheit. Hierbei weist die erste Düse bei einer vorbestimmten Durchflussmenge eine vorbestimmte Eigenfrequenz auf. Vorteilhaft ist hierbei, dass das Frequenzspektrum berührungslos erfasst werden kann und beispielsweise kein Bauteil zum Bestimmen in die Düse eingebaut werden muss. Hierdurch kann eine einfache Bestimmung der Durchflussmenge erfolgen. Zudem ist die Vorrichtungseinheit wartungsarm und auch für mehrere Düsen verwendbar, wodurch eine kostengünstige Lösung geschaffen ist.
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Das System kann beispielsweise Teil einer Lackierstraße sein.
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Die Anordnung des Mikrofons sollte hierbei derartig erfolgen, dass der von den Düsen erzeugte Luftschall beziehungsweise Körperschall von der Düse zum Mikrofon gelangt beziehungsweise geleitet wird, um dort entsprechend erfasst und dann ausgewertet zu werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das System wenigstens eine zweite Düse aufweist, welche bei einer vorbestimmten Durchflussmenge eine vorbestimmte Eigenfrequenz aufweist, wobei sich die Eigenfrequenz der zweiten Düse von der Eigenfrequenz der ersten Düse unterscheidet.
Vorteilhaft ist hierbei, dass auch zur Auswertung von mehr als einer Düse eine einzige Vorrichtungseinheit ausreichend ist. Dies reduziert die Kosten für die Überwachung eines Systems mit mehreren Düsen, da nicht für jede einzelne Düse ein gesonderter Sensor zur Bestimmung der jeweiligen Durchflussmenge erforderlich ist.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems.
- 2 zeigt zwei Diagramme, welche mittels der Vorrichtungseinheit entsprechend erfasste Frequenzspektren aufweisen.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems. Dargestellt ist System 100. Das System 100 weist eine Vorrichtungseinheit 10 und eine erste Düse 111 auf. Zudem weist das System 100 noch eine zweite Düse 112 und eine dritte Düse 113 auf.
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Die erste Düse 111 hat bei einer vorbestimmten Durchflussmenge eine vorbestimmte Eigenfrequenz.
Des Weiteren haben auch die zweite Düse 112 und die dritte Düse 113 jeweils bei einer vorbestimmten Durchflussmenge eine vorbestimmte Eigenfrequenz, wobei sich die vorbestimmten Eigenfrequenzen der zweiten Düse 112, der ersten und der dritten Düse 113 jeweils voneinander unterscheiden.
Dies wird durch eine entsprechende mechanische Bearbeitung der Düsen 111, 112 und 113 erreicht.
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Die Vorrichtungseinheit 10 weist eine Verarbeitungseinheit 20 und ein Mikrofon 30 auf, wobei die Verarbeitungseinheit 20 dazu eingerichtet ist, ein Frequenzspektrum mittels des Mikrofons 30 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt zu erfassen und die Durchflussmenge der ersten Düse 111, zweiten Düse 112 und dritten Düse 113 in Abhängigkeit von dem erfassten Frequenzspektrum zu bestimmen. Die Verarbeitungseinheit 20 kann beispielsweise als Mikrocontroller ausgestaltet sein und ist entsprechend mit dem Mikrofon elektronisch verbunden, vorzugsweise per Kabel.
Des Weiteren weist die die Vorrichtungseinheit 10 eine Speichereinheit 40 auf, wobei die Verarbeitungseinheit 20 dazu eingerichtet ist, das erfasste Frequenzspektrum mit wenigstens einem in der Speichereinheit 40 abgespeicherten Frequenzspektrum zu vergleichen und die Durchflussmenge zusätzlich in Abhängigkeit von dem abgespeicherten Frequenzspektrum zu bestimmen. Das abgespeicherte Frequenzspektrum weist dabei die Eigenfrequenzen auf, welche die Düsen 111, 112 und 113 bei den vorbestimmten Durchflussmengen aufweisen.
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Insbesondere können die vorbestimmten Eigenfrequenzen der Düsen 111, 112 und 113 im Ultraschallbereich liegen und das Mikrofon 30 als Ultraschallmikrofon ausgebildet sein.
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In einem alternativen, bildlich nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist das System noch beliebig viele weitere Düsen mit entsprechend unterschiedlichen vorbestimmten Eigenfrequenzen auf.
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In einem weiteren, bildlich nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Mikrofon 30 als Körperschallmikrofon ausgebildet sein. Hierbei muss das Mikrofon 30 dann zumindest mittelbar mit den Düsen 111, 112 und 113 verbunden sein, damit sich der Körperschall von den Düsen 111, 112 und 113 zum Mikrofon 30 hin ausbreiten kann.
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In einem weiteren, bildlich nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wäre es zudem denkbar, dass die Speichereinheit 40 in der Verarbeitungseinheit 20 bereits integriert ist.
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2 zeigt zwei Diagramme, welche mittels der Vorrichtungseinheit entsprechend erfasste Frequenzspektren aufweisen.
Beide Diagramme zeigen Frequenzspektren, wobei jeweils auf der Abszisse die Frequenz in kHz und auf der Ordinate die Amplitude in dB angegeben ist.
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Das obere Diagramm zeigt ein Frequenzspektrum, welches mittels des Mikrofons 30 erfasst wurde, und bei welchem die Düsen 111, 112 und 113 je eine vorbestimmte Durchflussmenge eines Mediums aufweisen und vollfunktionsfähig sind. Unter diesen vorbestimmten Durchflussmengen weisen die Düsen 111, 112 und 113 je eine vorbestimmte Eigenfrequenz auf beziehungsweise haben ein Maximum an einer entsprechenden Frequenz.
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So weist die erste Düse 111 eine Eigenfrequenz von 90kHz, die zweite Düse 112 eine Eigenfrequenz von 80kHz und die dritte Düse 113 eine Eigenfrequenz von 100kHz auf. Dies zeigt sich an dem jeweiligen Peak bzw. Maximum im Frequenzspektrum. Dieses Frequenzspektrum kann dann beispielsweise in der Speichereinheit 40 abgespeichert werden.
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Das untere Diagramm zeigt dagegen ein mittels des Mikrofons 30 während des Betrieb des Systems erfasstes Frequenzspektrum, wobei bei den Düsen zum Teil bereits Verschmutzungen vorhanden sind oder diese gar vollständig verstopft sind.
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Verglichen mit dem Frequenzspektrum des oberen Diagramms ist zu sehen, dass sich das Maximum bei 90kHz nahezu nicht verändert hat. Dies lässt darauf schließen, dass die erste Düse 111 noch voll funktionsfähig ist und die Durchflussmenge der vorbestimmten Durchflussmenge bei der vorbestimmten Eigenfrequenz entspricht.
Dagegen ist zu sehen, dass verglichen mit dem oberen Diagramm das Maximum bei 80kHz nicht mehr vorhanden ist, sondern jetzt ein Maximum bei etwa 77kHz auftritt, welches zudem in der Amplitude deutlich verringert ist. Dies lässt wiederum darauf schließen, dass die zweite Düse 112 verschmutzt ist und somit die Durchflussmenge unterhalb der vorbestimmten Durchflussmenge der zweiten Düse 112 liegt.
Zudem ist ersichtlich, dass verglichen mit dem oberen Diagramm das Maximum bei 100kHz komplett verschwunden ist. Dies lässt darauf schließen, dass die dritte Düse 113 komplett verstopft ist und kein Medium mehr durch diese Düse 113 fließt.
