DE102021101028B4

DE102021101028B4 - Beschichtungseinrichtung mit einem Rotationszerstäuber

Info

Publication number: DE102021101028B4
Application number: DE102021101028.4A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Poppe; Johannes Höchsmann; Martin Keilbach; Rainer Melcher
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2021-01-19
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2024-02-22
Anticipated expiration: 2041-01-20
Also published as: WO2022157098A1; MX2023008334A; KR20230132477A; CN116897081A; JP2024502882A; US20240173729A1; DE102021101028A1; EP4281223A1

Abstract

Beschichtungseinrichtung zur Beschichtung von Bauteilen, insbesondere von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen, mita) einer elektrostatischen Beschichtungsmittelaufladung, so dass die Beschichtungseinrichtung einen Hochspannungsbereich (10) und einen elektrisch geerdeten Bereich (11) aufweist,b) einem Rotationszerstäuber (1) mit einer Glockentellerwelle (3), die um eine Drehachse drehbar ist und zur Aufnahme eines Glockentellers dient, wobei der Rotationszerstäuber (1) in dem Hochspannungsbereich (10) angeordnet ist,c) einem ersten Sensor (6, 19) in dem Hochspannungsbereich (10), insbesondere als Drehzahlsensor zur Messung der Drehzahl des Rotationszerstäubers (1), wobei der erste Sensor (6, 19) ein erster Magnetsensor (6, 19) ist, undd) einem Lichtwellenleiter (9) zur Übertragung eines Messsignals des ersten Sensors (6, 19) aus dem Hochspanungsbereich in den elektrisch geerdeten Bereich (11), wobei der Lichtwellenleiter (9) eine Potentialtrennung zwischen dem Hochspannungsbereich (10) und dem elektrisch geerdeten Bereich (11) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet,e) dass der Rotationszerstäuber (1) ein rotierendes erstes Magnetelement (5, 17) aufweist, das im Betrieb mit der Glockentellerwelle (3) des Rotationszerstäubers (1) rotiert und bei einer Rotation ein wechselndes Magnetfeld erzeugt, undf) dass der erste Magnetsensor (6, 19) in dem Rotationszerstäuber (1) ortsfest angeordnet ist und das wechselnde Magnetfeld erfasst, das von dem rotierenden ersten Magnetelement (5, 17) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungseinrichtung mit einem Rotationszerstäuber zur Beschichtung von Bauteilen, insbesondere zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen.
In modernen Lackieranlagen zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen werden als Applikationsgerät üblicherweise Rotationszerstäuber eingesetzt, die im Lackierbetrieb einen Glockenteller mit hoher Drehzahl drehen, wobei der Glockenteller den zu applizierenden Lack abschleudert und dadurch zerstäubt.
Hierbei wird in der Regel eine elektrostatische Beschichtungsmittelaufladung verwendet, um den Auftragswirkungsgrad (d.h. das Verhältnis des auf den zu lackierenden Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen abgeschiedenen Lacks zu der Gesamtmenge des applizierten Lacks) zu erhöhen und den störenden Overspray entsprechend zu verringern. Hierzu werden die zu lackierenden Kraftfahrzeugkarosseriebauteile elektrisch geerdet, während der Rotationszerstäuber auf ein Hochspannungspotenzial aufgeladen wird, so dass auch der applizierte Lack entsprechend elektrostatisch aufgeladen ist. Dies führt zu einer elektrostatischen Anziehung zwischen dem applizierten Lack und den elektrisch geerdeten Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen, so dass sich der Lack nahezu vollständig auf den zu lackierenden Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen abscheidet und nur wenig Overspray entsteht. Die Lackieranlagen weisen deshalb einen Hochspannungsbereich und einen elektrisch geerdeten Bereich auf, wobei der Hochspannungsbereich den Rotationszerstäuber enthält.
Der Antrieb der Rotationszerstäuber erfolgt üblicherweise durch Turbinen, die mit Druckluft angetrieben werden. Aus EP 1389 488 A2 ist es weiterhin bekannt, die Drehzahl eines Rotationszerstäubers zu überwachen. Hierzu ist die Rückseite des Turbinenrades als Reflektorscheibe mit kreissegmentförmigen Reflektoren versehen, die von einem optischen Sensor (z.B. Photozelle) erfasst werden. Das Ausgangssignal des optischen Sensors wird dann über einen Lichtwellenleiter aus dem Hochspannungsbereich in den elektrisch geerdeten Bereich übertragen, wobei der Lichtwellenleiter eine Potenzialtrennung ermöglicht.
Ein Nachteil dieser bekannten technischen Lösung zur Drehzahlüberwachung eines Rotationszerstäubers besteht darin, dass die optischen Komponenten (Reflektorscheibe, Schnittstellen zur Einkommen in den Lichtwellenleiter, etc.) verschmutzungsanfällig sind.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten technischen Lösung besteht in den relativ hohen Kosten für den Reflektor und den optischen Sensor.
Darüber hinaus besteht auch die Gefahr, dass an der Reflektorscheibe Elektrokorrosion auftritt.
Schließlich offenbart DE 101 61 550 A1 eine Beschichtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Diese bekannte Beschichtungseinrichtung ist jedoch noch nicht vollständig befriedigend.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den vorstehend genannten Stand der Technik entsprechend zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung weist zunächst in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik eine elektrostatische Beschichtungsmittelaufladung auf, wie sie an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist und dazu dient, das applizierte Beschichtungsmittel elektrostatisch aufzuladen. Die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung weist deshalb einen Hochspannungsbereich und einen elektrisch geerdeten Bereich auf.
Darüber hinaus weist auch die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung einen ersten Sensor auf, der in dem Hochspannungsbereich angeordnet ist. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Sensor um einen Drehzahlsensor handeln, der dazu dient, die Drehzahl des Rotationszerstäubers zu erfassen. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Typs des ersten Sensors nicht auf Drehzahlsensoren beschränkt. Vielmehr kann der erste Sensor im Rahmen der Erfindung alternativ auch andere Betriebsgrößen der Beschichtungseinrichtung messen.
Weiterhin verfügt auch die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik über einen Lichtwellenleiter, um das Messsignal des ersten Sensors aus dem Hochspannungsbereich in den elektrischen geerdeten Bereich zu übertragen, wobei der Lichtwellenleiter auch eine Potenzialtrennung zwischen dem Hochspannungsbereich und dem elektrisch geerdeten Bereich ermöglicht.
Die Erfindung unterscheidet sich nun von dem eingangs beschriebenen Stand der Technik gemäß EP 1 389 488 A2 dadurch, dass der erste Sensor ein Magnetsensor ist, wohingegen im Stand der Technik ein optischer Sensor zur Abtastung der Reflektorscheibe verwendet wird. Die Verwendung eines Magnetsensors anstelle eines optischen Sensors vermeidet die vorstehend beschriebenen Probleme hinsichtlich der Verschmutzungsanfälligkeit und der Korrosionsanfälligkeit der Reflektorscheibe.
Allgemein ist auch zu erwähnen, dass die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung einen Rotationszerstäuber aufweist.
Weiterhin ist auch allgemein zu erwähnen, dass die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung vorzugsweise eine Lackiereinrichtung ist, die als Beschichtungsmittel einen Lack appliziert. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung grundsätzlich auch alternativ möglich, dass andere Typen von Beschichtungsmitteln appliziert werden.
Ferner ist zu erwähnen, dass die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung vorzugsweise dazu ausgelegt ist, um Kraftfahrzeugkarosseriebauteile zu beschichten. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung grundsätzlich auch alternativ möglich, dass andere Typen von Bauteilen beschichtet werden.
Der vorstehend bereits erwähnte Magnetsensor erzeugt vorzugsweise ein elektrisches Signal, das dann von einem ersten elektro-optischen Wandler in ein entsprechendes optisches Signal umgewandelt und in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Die Verbindung zwischen dem Magnetsensor und dem elektro-optischen Wandler erfolgt in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch eine Elektroleitung. Bei der technischen Realisierung der Erfindung in einem Rotationszerstäuber sind der Magnetsensor, die Elektroleitung und der elektro-optische Wandler vorzugsweise in dem Rotationszerstäuber angeordnet, während sich der Lichtwellenleiter außerhalb des Rotationszerstäubers befindet und die Verbindung zu dem elektrisch geerdeten Bereich herstellt.
Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass die Erfindung in einem Rotationszerstäuber technisch realisiert wird, der eine Glockentellerwelle aufweist, die um eine Drehachse drehbar ist und zur Aufnahme eines Glockentellers dient, wie es an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Rotationszerstäuber ist hierbei in dem Hochspannungsbereich angeordnet und weist ein erstes Magnetelement auf, das im Betrieb mit der Glockentellerwelle des Rotationszerstäubers rotiert und bei einer Rotation ein wechselndes Magnetfeld erzeugt. Der erste Magnetsensor ist hierbei innerhalb des Rotationszerstäubers ortsfest angeordnet und erfasst das wechselnde Magnetfeld, das von dem rotierenden ersten Magnetelement erzeugt wird. Hinsichtlich der technischen Realisierung des rotierenden Magnetelementes bestehen im Rahmen der Erfindung verschiedene Möglichkeiten, die nachstehend noch detailliert beschrieben werden.
In einer Variante der Erfindung weist der Rotationszerstäuber zur Drehrichtungserkennung ein zweites Magnetelement auf, das ebenfalls im Betrieb mit der Glockentellerwelle des Rotationszerstäubers rotiert und somit ein wechselndes Magnetfeld erzeugt. Die beiden Magnetelemente sind hierbei in Umfangsrichtung mit einem bestimmten Winkelversatz angeordnet, der optional ungleich 180° ist, um eine Drehrichtungserkennung zu ermöglichen.
Darüber hinaus kann der Rotationszerstäuber zu Drehrichtungserkennung einen zweiten Sensor aufweisen, insbesondere einen zweiten Magnetsensor. Hierbei sind die beiden Magnetsensoren vorzugsweise mit einem bestimmten Winkelversatz in Umfangsrichtung angeordnet, wobei der Winkelversatz vorzugsweise ungleich 180° ist, um eine Drehrichtungserkennung zu ermöglichen.
Bei der vorstehend beschriebenen Erfindungsvariante mit zwei Sensoren können auch zwei elektrooptische Wandler vorgesehen sein, die zwei Signale in den Lichtwellenleiter einkoppeln, wobei sich die beiden Signale beispielsweise hinsichtlich ihrer Wellenlänge unterscheiden können, um die beiden Signale empfängerseitig voneinander unterscheiden zu können.
Der vorstehend erwähnte elektro-optische Wandler zur Erzeugung des optischen Signals kann beispielsweise eine Leuchtdiode aufweisen, jedoch sind grundsätzlich auch andere Lichtquellen möglich, um ein entsprechendes optisches Signal in den Lichtwellenleiter einzukaufen.
Hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung des Magnetelements bestehen im Rahmen der Erfindung verschiedene Möglichkeiten, wie vorstehend bereits kurz erwähnt wurde. Beispielsweise kann das Magnetelement als Ringmagnet ausgebildet sein, der dann vorzugsweise koaxial zur Drehachse der Glockentellerwelle ausgerichtet ist.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass das Magnetelement ein Stabmagnet ist, der dann vorzugsweise parallel zur Drehachse der Glockentellerwelle ausgerichtet ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Magnetelement eine Magnetmasse, die in einer Hülse angeordnet ist, wobei die Hülse vorzugsweise als Metallhülse ausgebildet ist und beispielsweise aus VA-Stahl (Edelstahl) bestehen kann.
Bei dem Einsatz eines Ringmagneten in einem Rotationszerstäuber ist der Ringmagnet vorzugsweise koaxial zur Drehachse der Glockentellerwelle ausgerichtet und dreht sich zusammen mit der Glockentellerwelle. Hierbei kann der Ringmagnet eine mehrpolige Magnetisierung aufweisen mit mehreren Magnetpolen, die über den Umfang des Ringmagneten verteilt angeordnet sind. Bei einer Anordnung des Magnetsensors an dem rotierenden Ringmagneten erzeugt der Magnetsensor dann bei jedem Polwechsel einen entsprechenden Impuls.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Magnetisierung des Ringmagneten bezüglich der Drehachse des Glockentellers nicht drehsymmetrisch ist, damit auch eine Drehrichtungserkennung möglich ist. Bei einer drehsymmetrischen Magnetisierung des Ringmagneten erzeugt der Magnetsensor nämlich eine Impulsfolge, die von der Drehrichtung unabhängig ist und deshalb keine Drehrichtungserkennung ermöglicht. Erst die bezüglich der Drehachse des Glockentellers nicht drehsymmetrische Magnetisierung ermöglicht eine solche Drehrichtungserkennung.
Hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung eines solchen Ringmagneten bestehen im Rahmen der Erfindung verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann der Ringmagnet in mehrere Segmente aufgeteilt sein, die sich in Umfangsrichtung abwechseln. Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass der Ringmagnet in Spritzgusstechnik vergossen ist.
Es wurde vorstehend bereits kurz erwähnt, dass das rotierende Magnetelement eine Magnetmasse sein kann, die in einer Hülse angeordnet ist, wobei die Hülse mit der Magnetmasse zusammen mit der Glockentellerwelle rotiert. Hierbei besteht die Möglichkeit der Integration einer weiteren technischen Funktion, indem die Hülse eine konstruktionsbedingte Drehzahlfestigkeit aufweist und sich beim Überschreiten einer Maximaldrehzahl radial aufweitet und dadurch die Glockentellerwelle blockiert. Hierzu kann die Hülse eine oder mehrere Sollbruchstellen aufweisen, die beim Überschreiten der Maximaldrehzahl brechen, wodurch die Glockentellerwelle blockiert. Die Hülse bewirkt hierbei also auch eine Drehzahlbegrenzung, damit die Drehzahl der Glockentellerwelle keine sicherheitskritischen Werte erreicht.
Hinsichtlich des Funktionsprinzips des Magnetsensors ist zu erwähnen, dass vorzugsweise ein sogenannter Wiegand-Sensor verwendet wird, wobei derartige Sensoren auch als Impulsdrahtsensoren bezeichnet werden und an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Es wurde vorstehend bereits erwähnt, dass der Magnetsensor ein elektrisches Signal erzeugt, das dann in ein optisches Signal umgewandelt und über den Lichtwellenleiter übertragen werden kann. Das von dem Magnetsensor erzeugte elektrische Signal trägt jedoch nicht nur eine Information über Drehrichtung und Drehzahl, sondern enthält darüber hinaus auch elektrische Energie, die zur Stromversorgung von elektrischen Komponenten eingesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung (z.B. Rotationszerstäuber) enthält deshalb vorzugsweise einen elektrischen Energiespeicher (z.B. Batterie), die von dem Magnetsensor aufgeladen wird und einen oder mehrere elektrische Verbraucher mit der zum Betrieb des Verbrauchers erforderlichen elektrischen Energie versorgt.
Beispielsweise kann es sich bei dem Verbraucher um eine elektronische Schaltung (z.B. Microcontroller) handeln, die mit dem elektro-optischen Wandler verbunden ist, um über den Lichtwellenleiter Informationen in den elektrisch geerdeten Bereich zu übertragen. Beispielsweise können diese Informationen die Betriebsdauer der Beschichtungseinrichtung betreffen oder Produktidentifikationsdaten zur Identifikation der Beschichtungseinrichtung enthalten. So kann die Magnetisierung des Magnetelements eine Kodierung enthalten, die nicht nur eine Erkennung von Drehzahl und Drehrichtung ermöglicht, sondern auch den Typ der Beschichtungseinrichtung identifiziert oder sogar die Beschichtungseinrichtung selbst im Sinne einer Seriennummer identifiziert, wodurch Produktpiraterie verhindert werden kann.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei der Beschichtungseinrichtung um einen Rotationszerstäuber, der ein Aufnahmeohr enthält, das zwischen der Turbine und dem Montageflansch des Rotationszerstäubers verläuft, wobei das Aufnahmerohr den Magnetsensor und den elektro-optischen Wandler enthält. Darüber hinaus kann das Aufnahmerohr auch weitere elektronische Komponenten enthalten.
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.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lackieranlage mit einem Rotationszerstäuber und einem Magnetsensor zur Drehzahlüberwachung.
2 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Prinzips der Drehzahlüberwachung mittels eines Magnetsensors.
3 zeigt eine Abwandlung von 2 mit zwei elektro-optischen Wandlern.
4 zeigt eine Abwandlung von 2 mit einem zusätzlichen Gleichrichter.
5 zeigt eine Abwandlung von 1 zur Verdeutlichung der Energieversorgung durch den Magnetsensor.
6 zeigt eine Querschnittsansicht durch einen erfindungsgemäßen Rotationszerstäuber mit einer im Betrieb rotierenden Magnethülse.
7 zeigt eine Perspektivansicht der Magnethülse aus 6
8A-8D zeigen verschiedene Darstellungen zur Verdeutlichung der Drehzahlerfassung durch einen Magnetsensor bei einer drehsymmetrischen Magnetisierung.
9A-9D zeigen Abwandlungen der 8A-8D mit einer unsymmetrischen Magnetisierung.
10A-10D zeigen Abwandlungen der 8A-8D mit einem zusätzlichen Gleichrichter.
11A-11D zeigen Abwandlungen der 9A-9D mit einem zusätzlichen Gleichrichter.

Im Folgenden wird nun das Ausführungsbeispiel gemäß 1 beschrieben, das als Applikationsgerät einen Rotationszerstäuber 1 aufweist, der weitgehend herkömmlich ausgebildet ist. Der Rotationszerstäuber 1 dient zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen mit einem Lack und weist hierzu einen Glockenteller 2 auf, der auf eine Glockentellerwelle 3 aufgeschraubt ist und im Betrieb mit hoher Drehzahl um eine Drehachse rotiert. Zum Antrieb der Glockentellerwelle 3 dient in herkömmlicher Weise eine Turbine 4, die mit Druckluft angetrieben wird.
Die Glockentellerwelle 3 ist hierbei mit einem Ringmagneten 5 verbunden, wobei der Ringmagnet 5 koaxial zu der Glockentellerwelle 3 angeordnet ist und im Betrieb mit der Glockentellerwelle 3 rotiert.
Neben dem Ringmagneten 5 befindet sich ein nur schematisch dargestellter Magnetsensor 6, der das von dem rotierenden Ringmagneten 5 erzeugte wechselnde Magnetfeld erfasst und somit eine Drehzahlüberwachung ermöglicht.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Magnetsensor 6 als Wiegand-Sensor (Impulsdrahtsensor) ausgebildet, jedoch sind grundsätzlich auch andere Sensortypen möglich.
Der Magnetsensor 6 ist über eine Elektroleitung 7 mit einem elektrooptischen Wandler 8 verbunden, der das Ausgangssignal des Magnetsensors 6 in ein optisches Signal umwandelt und in einen Lichtwellenleiter 9 einkoppelt.
Hierbei ist zu erwähnen, dass der Rotationszerstäuber 1 Bestandteil einer Lackieranlage mit einer elektrostatischen Beschichtungsmittelaufladung aufweist, so dass die Lackieranlage einen Hochspannungsbereich 10 und einen elektrisch geerdeten Bereich 11 aufweist. Der Rotationszerstäuber 1 ist hierbei in dem Hochspannungsbereich 10 angeordnet und liegt im Lackierbetrieb auf Hochspannungspotenzial. Der Lichtwellenleiter 9 ermöglicht hierbei eine Potenzialtrennung zwischen dem Hochspannungsbereich 10 und dem elektrisch geerdeten Bereich 11, der auch einen optoelektrischen Wandler 12 enthält.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Rotationszerstäuber 1 im Betrieb von einem mehrachsigen Lackierroboter bewegt wird, wie es an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Hierzu weist der Rotationszerstäuber 1 einen Montageflansch 13 mit einem Befestigungszapfen 14 auf, der an einem entsprechenden Montageflansch des Lackierroboters befestigt werden kann, wie es an sich aus DE 43 06 800 A1 bekannt ist. Der elektrooptische Wandler 8 ist hierbei in dem Montageflansch 13 angeordnet.
Vorteilhaft an dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Verzicht auf eine Reflektorscheibe, wie sie im Stand der Technik bei einer optischen Drehzahlerfassung zum Einsatz kommt. Dadurch wird das Problem der Verschmutzungsanfälligkeit und der Korrosionsanfälligkeit der Reflektorscheibe umgangen.
Die 2-4 zeigen verschiedene schematische Darstellungen zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Prinzips einer Drehzahlüberwachung mittels eines Magnetsensors. Hierbei ist allgemein ein Rotor 15 dargestellt, der im Betrieb um eine Drehachse 16 rotiert, wobei der Rotor 15 beispielsweise mit der Glockentellerwelle eines Rotationszerstäubers verbunden sein kann und mit dieser rotiert. In dem Rotor 15 befinden sich hierbei zwei Stabmagneten 17, 18, die gegenüberliegend angeordnet und axial ausgerichtet sind.
Neben dem Rotor 15 befindet sich ein Magnetsensor 19, der beispielsweise als Wiegand-Sensor ausgeführt sein kann und in Abhängigkeit von dem durch die Stabmagneten 17, 18 erzeugten Magnetfeld ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, das eine Leuchtdiode 20 ansteuert. Die Leuchtdiode 20 gibt dann jeweils beim Durchgang eines der Stabmagneten 17, 18 einen Impuls 21 ab. Hierbei ist zu erwähnen, dass nur einer der beiden Stabmagneten 17, 18 mit der richtigen Polarität beim Passieren des Magnetsensors 19 einen Impuls 21 erzeugt, während der andere Stabmagnet 17 bzw. 18 wegen der falschen Polarität keinen Impuls 21 erzeugt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist zusätzlich zu der Leuchtdiode 20 eine weitere Leuchtdiode 22 vorgesehen, wobei die beiden Leuchtdioden 20, 22 parallel geschaltet und entgegengesetzt gepolt sind. Dies bedeutet, dass beim Durchlauf jedes der beiden Stabmagneten 17,18 jeweils ein Impuls 21 bzw. 23 abgegeben wird. Dadurch wird die Messgenauigkeit bei der Drehzahlerfassung erhöht, da pro Winkeleinheit mehr Impulse 21, 23 erzeugt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist zwischen dem Magnetsensor 19 und der Leuchtdiode 20 ein Gleichrichter 24 angeordnet, so dass auch hier beim Durchlauf jedes der beiden Stabmagneten 17, 18 jeweils ein Impuls 21 bzw. 23 abgegeben wird.
5 zeigt eine schematische Darstellung, die weitgehend mit 1 übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung von 1 verwiesen wird, wobei entsprechende Einzelheiten mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
In dieser Darstellung ist zusätzlich verdeutlicht, wie das Ausgangssignal des Magnetsensors 6 auch zur Stromversorgung von elektrischen Komponenten in dem Rotationszerstäuber 1 eingesetzt werden kann. So befindet sich in dem Rotationszerstäuber 1 ein wiederaufladbarer Akku 25 mit einer Ladeschaltung, wobei der Akku 25 von dem Ausgangssignal des Magnetfeldsensors 6 mit Strom versorgt und aufgeladen wird.
Der Akku 25 speist wiederum einen Mikroprozessor 26 mit der zum Betrieb erforderlichen elektrischen Energie.
Der Mikroprozessor 26 ist ausgangsseitig mit dem elektro-optischen Wandler 8 verbunden und kann somit Daten über den Lichtwellenleiter 9 in den elektrisch geerdeten Bereich 11 übertragen. Beispielsweise können diese Daten Produktidentifikationsdaten sein, die Produktpiraterie verhindern.
Die 6 und 7 zeigen eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß 1, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen wieder auf die vorstehende Beschreibung zu 1 verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass anstelle des 5 in 1 gezeigten Ringmagneten eine Magnetmasse 27 vorgesehen ist, die in eine aus VA-Stahl bestehende Magnethülse 28 eingegossen ist. Die Magnetmasse 27 ist hierbei magnetisch und weist in Umfangsrichtung verteilt mehrere Magnetpole auf, wie noch detailliert beschrieben wird. Die Magnethülse 28 mit der eingegossenen Magnetmasse 27 rotiert im Betrieb zusammen mit der Glockentellerwelle 3., so dass die Magnethülse 28 ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, das von dem Magnetsensor 6 erfasst wird.
Die Magnethülse 28 mit der Magnetmasse 27 dient hierbei jedoch nicht nur zur Drehzahlerfassung und zur Ansteuerung des Magnetsensors 6. Vielmehr hat die Magnethülse 28 auch eine technische Sicherheitsfunktion. So hat die Magnethülse 28 Sollbruchstellen 29, die beim Überschreiten einer bestimmten Drehzahl aufbrechen, so dass sich die Magnethülse 28 dann radial aufweitet, was zum Blockieren und damit zu einem Festsetzen des Rotationszerstäubers 1 führt. Dadurch wird eine Drehzahlbegrenzung bewirkt, die verhindert, dass die Drehzahl des Rotationszerstäubers 1 in sicherheitskritische Bereiche ansteigt.
Eine weitere Besonderheit besteht hierbei darin, dass der Magnetsensor 6 und der elektro-optische Wandler 8 gemeinsam in einem Aufnahmerohr 30 angeordnet sind, das sich in dem Rotationszerstäuber 1 von dem Montageflansch 13 zu der Turbine 4 erstreckt.
Die 8A-8D dienen zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Prinzips der Drehzahlerfassung mittels des Magnetsensors 6, der die Magnetisierung des Ringmagneten 5 erfasst, wie vorstehend bereits erläutert wurde.
8A zeigt hierbei eine drehsymmetrische Magnetisierung mit äquidistanten Abständen zwischen den einzelnen Magnetpolen N, S. Dies hat zur Folge, dass die Leuchtdiode 20 jeweils Lichtimpulse 31 erzeugt, die äquidistant sind. Die Lichtimpulse 31 erzeugen dann empfängerseitig entsprechende Spannungsimpulse 32, die ebenfalls äquidistant sind. Dies bedeutet, dass bei der dargestellten symmetrischen Magnetisierung keine Drehrichtungserkennung möglich ist.
Die 9A-9D zeigen deshalb eine Abwandlung mit einer Magnetisierung, die nicht symmetrisch ist, wie unmittelbar aus 9A ersichtlich ist. Hierbei sind die erzeugten Lichtimpulse 31 und die resultierenden Spannungsimpulse 32, 33 nicht äquidistant, was eine Drehrichtungserkennung ermöglicht.
Die 10A-10D zeigen eine Abwandlung der 8A-8D mit einer symmetrischen Magnetisierung, aber mit dem zusätzlichen Gleichrichter 24, der vorstehend bereits erwähnt wurde.
Schließlich zeigen die 11A-11D eine Abwandlung der 10A-10D mit einer unsymmetrischen Magnetisierung, was eine Drehrichtungserkennung ermöglicht.
Bezugszeichenliste:

1: Rotationszerstäuber
2: Glockenteller
3: Glockentellerwelle
4: Turbine zum Antrieb der Glockentellerwelle
5: Ringmagnet, der mit der Glockentellerwelle rotiert
6: Magnetsensor
7: Elektroleitung von dem Magnetsensor zu dem elektro-optischen Wandler
8: Elektro-optischer Wandler
9: Lichtwellenleiter
10: Hochspannungsbereich
11: Elektrisch geerdeter Bereich
12: Opto-elektrischer Wandler
13: Montageflansch des Rotationszerstäubers
14: Befestigungszapfen an dem Montagflansch
15: Rotor
16: Drehachse des Rotors
17, 18: Stabmagneten
19: Magnetsensor
20: Leuchtdiode
21: Impuls
22: Leuchtdiode
23: Impuls
24: Gleichrichter
25: Akku mit Ladeschaltung
26: Mikroprozessor mit Speicher
27: Magnetmasse in der Magnethülse
28: Magnethülse
29: Sollbruchstelle der Magnethülse
30: Aufnahmerohr
31: Lichtimpuls
32, 33: Spannungsimpulse

Claims

Beschichtungseinrichtung zur Beschichtung von Bauteilen, insbesondere von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen, mit a) einer elektrostatischen Beschichtungsmittelaufladung, so dass die Beschichtungseinrichtung einen Hochspannungsbereich (10) und einen elektrisch geerdeten Bereich (11) aufweist, b) einem Rotationszerstäuber (1) mit einer Glockentellerwelle (3), die um eine Drehachse drehbar ist und zur Aufnahme eines Glockentellers dient, wobei der Rotationszerstäuber (1) in dem Hochspannungsbereich (10) angeordnet ist, c) einem ersten Sensor (6, 19) in dem Hochspannungsbereich (10), insbesondere als Drehzahlsensor zur Messung der Drehzahl des Rotationszerstäubers (1), wobei der erste Sensor (6, 19) ein erster Magnetsensor (6, 19) ist, und d) einem Lichtwellenleiter (9) zur Übertragung eines Messsignals des ersten Sensors (6, 19) aus dem Hochspanungsbereich in den elektrisch geerdeten Bereich (11), wobei der Lichtwellenleiter (9) eine Potentialtrennung zwischen dem Hochspannungsbereich (10) und dem elektrisch geerdeten Bereich (11) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, e) dass der Rotationszerstäuber (1) ein rotierendes erstes Magnetelement (5, 17) aufweist, das im Betrieb mit der Glockentellerwelle (3) des Rotationszerstäubers (1) rotiert und bei einer Rotation ein wechselndes Magnetfeld erzeugt, und f) dass der erste Magnetsensor (6, 19) in dem Rotationszerstäuber (1) ortsfest angeordnet ist und das wechselnde Magnetfeld erfasst, das von dem rotierenden ersten Magnetelement (5, 17) erzeugt wird.
Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten elektro-optischen Wandler (8, 21), der ein elektrisches Signal des ersten Sensors (6, 19) in ein erstes optisches Signal umwandelt und in den Lichtwellenleiter (9) einkoppelt.
Beschichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Rotationszerstäuber (1) zur Drehrichtungserkennung ein rotierendes zweites Magnetelement (18) aufweist, das im Betrieb mit der Glockentellerwelle (3) des Rotationszerstäubers (1) rotiert und bei einer Rotation ein wechselndes Magnetfeld erzeugt, b) dass das rotierende zweite Magnetelement (18) mit einem bestimmten Winkelversatz in Drehrichtung versetzt zu dem rotierenden ersten Magnetelement (17) angeordnet ist, um die Drehrichtungserkennung zu ermöglichen, c) dass der Winkelversatz zwischen dem rotierenden ersten Magnetelement (17) und dem rotierenden zweiten Magnetelement (18) optional ungleich 180° ist.
Beschichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Rotationszerstäuber (1) zur Drehrichtungserkennung einen zweiten Sensor aufweist, insbesondere einen zweiten Magnetsensor, und b) dass der zweite Sensor mit einem bestimmten Winkelversatz in Drehrichtung versetzt zu dem ersten Sensor (6, 19) angeordnet ist, um die Drehrichtungserkennung zu ermöglichen. c) dass der Winkelversatz zwischen dem ersten Sensor (6, 19) und dem zweiten Sensor optional ungleich 180°.
Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen zweiten elektro-optischen Wandler, der ein elektrisches Signal des zweiten Sensors in ein zweites optisches Signal umwandelt und in den Lichtwellenleiter (9) einkoppelt, wobei die beiden optischen Signale vorzugsweise unterschiedliche Wellenlängen haben, um nicht nur eine Drehzahlinformation übertragen zu können, sondern auch eine Drehrichtungsinformation.
Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrooptische Wandler (8, 21) und/oder der zweite elektro-optische Wandler (22) zur Erzeugung des optischen Signals mindestens eine Leuchtdiode aufweist.
Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende erste Magnetelement (5, 17) und/oder das rotierende zweite Magnetelement (18) wie folgt ausgebildet ist: a) als Ringmagnet (5), b) als Stabmagnet (17, 18), und/oder c) als Magnetmasse (27) in einer Hülse (28), insbesondere in einer Metallhülse.
Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Ringmagnet (5) eine mehrpolige Magnetisierung mit mehreren in Umfangsrichtung verteilten Magnetpolen aufweist, b) dass optional die Magnetisierung des Ringmagnets bezüglich der Drehachse der Glockentellerwelle (3) nicht drehsymmetrisch ist, um eine Drehrichtungserkennung zu ermöglichen.
Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Ringmagnet (5) in mehrere Segmente aufgeteilt ist, und/oder b) dass der Ringmagnet (5) in Spritzgusstechnik vergossen ist.
Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Hülse (28) mit der Magnetmasse (27) zusammen mit der Glockentellerwelle (3) rotiert, b) dass die Hülse (28) eine konstruktionsbedingte Drehzahlfestigkeit aufweist und sich beim Überschreiten einer Maximaldrehzahl radial aufweitet und dadurch die Glockentellerwelle (3) blockiert, c) dass die Hülse (28) optional mindestens eine Sollbruchstelle (29) aufweist, die beim Überschreiten der Maximaldrehzahl bricht, wodurch die Glockentellerwelle (3) blockiert.
Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnetsensor (6, 19) und/oder der zweite Magnetsensor ein Wiegand-Sensor ist.
Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, a) dass der erste Magnetsensor (6, 19) und/oder der zweite Magnetsensor im Betrieb elektrische Energie erzeugt, b) dass zur Speicherung der von dem ersten Magnetsensor (6, 19) und/oder dem zweiten Magnetsensor erzeugten elektrischen Energie ein Energiespeicher (25) vorgesehen ist, insbesondere eine wiederaufladbare Batterie, und c) dass der Energiespeicher (25) einen elektrischen Verbraucher (26) mit der zum Betrieb des Verbrauchers (26) erforderlichen elektrischen Energie versorgt.
Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Verbraucher (26) eine elektronische Schaltung aufweist, insbesondere einen Mikrocontroller, und b) dass die elektronische Schaltung mit dem ersten elektro-optischen Wandler (8) und/oder mit dem zweiten elektro-optischen Wandler verbunden ist, um über den Lichtwellenleiter (9) Informationen in den elektrisch geerdeten Bereich (11) zu übertragen, insbesondere b1) Informationen über die Betriebsdauer der Beschichtungseinrichtung, und/oder b2) Produktidentifikationsdaten zur Identifikation der Beschichtungseinrichtung.
Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, a) dass der erste Magnetsensor (6, 19) und/oder der zweite Magnetsensor in dem Zerstäuber angeordnet ist, insbesondere direkt an einer Turbine in dem Zerstäuber, b) dass der erste elektro-optische Wandler (8) und/oder der zweite elektro-optische Wandler in dem Zerstäuber angeordnet ist, insbesondere direkt an einem Montageflansch des Zerstäubers, c) dass der Lichtwellenleiter (9) außerhalb des Zerstäubers (1) verläuft, und d) dass der erste Magnetsensor (6, 19) und/oder der zweiten Magnetsensor durch eine Elektroleitung (7) mit dem ersten elektro-optischen Wandler (8) und/oder mit dem zweiten elektro-optischen Wandler verbunden ist, um eine flexible Leitungsführung innerhalb des Zerstäubers (1) zu ermöglichen.
Beschichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Beschichtungseinrichtung einen Rotationszerstäuber (1) aufweist, b) dass der Rotationszerstäuber (1) in dem Hochspannungsbereich (10) angeordnet ist, c) dass der Rotationszerstäuber (1) einen Montageflansch (13) aufweist, um den Rotationszerstäuber (1) an einem Beschichtungsroboter zu montieren, d) dass der Rotationszerstäuber (1) eine Turbine (4) zum Antrieb des Rotationszerstäubers (1) enthält, e) dass der Rotationszerstäuber (1) ein Aufnahmerohr (30) enthält, das von dem Montagflansch (13) zu der Turbine (4) verläuft, vorzugsweise im Wesentlichen axial, und f) dass das Aufnahmerohr (30) den ersten Magnetsensor (6, 19) und den ersten elektro-optischen Wandler (8) enthält.