EP4680405A1 - Rotationszerstäuber - Google Patents

Rotationszerstäuber

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Publication number
EP4680405A1
EP4680405A1 EP24730965.1A EP24730965A EP4680405A1 EP 4680405 A1 EP4680405 A1 EP 4680405A1 EP 24730965 A EP24730965 A EP 24730965A EP 4680405 A1 EP4680405 A1 EP 4680405A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic
magnetic sensor
rotary atomizer
magnet
air gap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24730965.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias KLEINHANS
Arved Hess
Siegfried Poppe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Duerr Systems AG filed Critical Duerr Systems AG
Publication of EP4680405A1 publication Critical patent/EP4680405A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/02—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
    • B05B3/10—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member
    • B05B3/1035—Driving means; Parts thereof, e.g. turbine, shaft, bearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/02—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
    • B05B3/10—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member
    • B05B3/1085—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member with means for detecting or controlling the rotational speed
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
    • G01P13/045—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement with speed indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/4815—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals using a pulse wire sensor, e.g. Wiegand wire
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/487—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by rotating magnets

Definitions

  • the invention relates to a rotary atomizer for atomizing a coating agent, in particular for atomizing paint for painting motor vehicle body components.
  • rotary atomizers are usually used as application devices. When using such rotary atomizers, it is desirable to determine the speed and direction of rotation of the rotary atomizer in order to enable the speed to be controlled or regulated.
  • DE 102 37 128 A1 discloses a rotary atomizer that makes it possible to monitor the speed and direction of rotation of the rotary atomizer during operation.
  • the known rotary atomizer has a rotating reflector disk that is scanned by an optical sensor.
  • the disadvantage of this optical speed detection is the sensitivity to interference caused by dirt on the reflector disk.
  • the invention is therefore based on the object of improving the speed detection in a rotary atomizer.
  • the rotary atomizer according to the invention has, in accordance with the known rotary atomizers, a rotatably mounted rotor which rotates around a rotational axis at a certain speed during operation.
  • the rotor has an atomizer shaft which has a mounting option for a bell plate at its distal end, for example in the form of a screw connection for screwing the bell plate onto the atomizer shaft.
  • the rotary atomizer according to the invention in accordance with the rotary atomizers with a Wiegand sensor described above in the prior art, also has a magnet (e.g. magnetic disk) which rotates with the rotor and has several magnetic poles distributed over the circumference and thus a pole change in the circumferential direction.
  • a magnet e.g. magnetic disk
  • the rotary atomizer according to the invention also contains a magnetic sensor (e.g. Wiegand sensor) for detecting the pole changes of the magnetic field of the magnet rotating with the rotating rotor, wherein the magnetic sensor is arranged within a detection range around the magnet so that the magnetic sensor can detect the rotating pole changes of the magnetic field.
  • a magnetic sensor e.g. Wiegand sensor
  • the invention is based on the newly gained technical-physical knowledge that the rotating pole changes of the magnetic field in the materials of the rotary atomizer lead to eddy currents and induce magnetic counter fields that interfere with the speed measurement by the magnetic sensor (e.g. Wiegand sensor). In this way, a useful signal is superimposed at the location of the magnetic sensor (e.g. Wiegand sensor), which is caused by the rotating pole changes of the rotating magnet. with an interference signal that is generated by the induced magnetic opposing fields.
  • the invention therefore provides that these disturbing eddy currents and magnetic opposing fields are reduced in order to reduce the susceptibility to interference of the speed detection.
  • the rotary atomizer according to the invention is therefore preferably characterized by a material mix, wherein the material mix provides electrically poorly conductive materials (e.g. p > 0.1 Q.mm 2 /m) within the detection range around the rotating magnet, while electrically highly conductive materials (e.g. p ⁇ 0.1 Q.mm 2 /m) can be provided outside the detection range around the rotating magnet, as is also the case with conventional rotary atomizers.
  • electrically poorly conductive materials e.g. p > 0.1 Q.mm 2 /m
  • electrically highly conductive materials e.g. p ⁇ 0.1 Q.mm 2 /m
  • the stationary magnetic sensor is spatially separated from the rotating magnet by an air gap, whereby the air gap can have a gap width of at least 0.1 mm, 0.5 mm, 1 mm, 2 mm, 5 mm or 10 mm.
  • the air gap completely prevents the induction of currents and opposing fields in the area of the air gap, since air is electrically insulating.
  • the magnet is shaped as a magnetic disk, wherein the magnetic disk is arranged coaxially to the axis of rotation and rotates with the rotor of the rotary atomizer.
  • the magnetic disk can be pressed onto the atomizer shaft, to name just one example.
  • the magnetic sensor is preferably located proximally behind the magnetic disk in the axial direction and is separated from the magnetic disk in the axial direction by the air gap mentioned above.
  • the magnetic field runs essentially axially in the air gap.
  • the length of the magnetic disk in the axial direction is significantly smaller than the radius of the magnetic disk.
  • the at least one magnet is preferably embedded in an end face of the magnetic disk. If the magnetic sensor is arranged in the proximal direction in front of the magnetic disk (i.e. on the side of the painting robot and on the side facing away from the bell cup), the at least one magnet is then also embedded in the proximal end face of the magnetic disk.
  • the rotating magnet is shaped as a magnetic sleeve, which can be pressed onto the atomizer shaft, for example.
  • the magnetic sensor e.g. Wiegand sensor
  • the magnetic sensor is radially separated from the rotating magnetic sleeve by the air gap mentioned above.
  • the magnetic field in this variant runs essentially radially.
  • the magnetic sensor in this variant is therefore preferably arranged radially outside the magnetic sleeve.
  • the magnetic sleeve is hollow and has a radial thickness that is significantly smaller than the axial length and/or the radius of the magnetic sleeve.
  • the magnetic sensor is arranged in an annular space that extends in the circumferential direction.
  • the annular space can extend over the entire circumference around the axis of rotation.
  • the annular space consists of at least one elongated hole that is curved in the circumferential direction and only extends over part of the circumference.
  • the magnetic sensor is arranged in the elongated hole, preferably centrally with respect to the circumferential direction, so that the magnetic sensor is surrounded by the elongated hole on both sides in the circumferential direction. It should also be mentioned that the magnetic sensor preferably does not completely fill the annular space (e.g. elongated hole) in the radial direction, but rather leaves a free space radially inside.
  • the annular space (e.g. slot) is preferably filled with an electrically insulating material, whereby the induction of eddy currents and opposing magnetic fields in the vicinity of the magnetic sensor is largely prevented, since eddy currents cannot form in the electrically insulating material.
  • Filling the annular space (e.g. slot) with an electrically insulating material is also advantageous in order to avoid air turbulence in the annular space, which can otherwise arise in a hollow annular space and lead to mechanical power losses.
  • the electrically insulating material in the annular space can be plastic.
  • the invention includes a further inventive idea of its own worthy of protection.
  • the disruptive eddy currents and opposing magnetic fields can also be reduced by using a laminated core consisting of numerous sheets that are electrically insulated from one another so that no eddy current can flow across the sheets.
  • Laminated cores of this type are already known from transformers and therefore do not need to be described in more detail.
  • the laminated core can contain more than 10, 20, 50 or 70 sheets that are electrically insulated from one another.
  • the magnetic sensor e.g. Wiegand sensor
  • the magnetic sensor is arranged at least partially in the laminated core, for example in an axial bore in the laminated core.
  • the individual sheets of the laminated core preferably each lie in a plane that contains the rotation axis of the rotary atomizer.
  • the individual sheets are therefore preferably arranged distributed over the circumference with respect to the rotation axis.
  • the entire laminated core is therefore preferably arranged in a ring shape and coaxially to the rotation axis of the rotor. It is also possible that at least some of the sheets of the laminated core are slotted in order to optimally suppress the disruptive eddy currents.
  • the sheets can, for example, consist of a so-called mu-metal, whereby such mu-metals are known per se from the prior art.
  • the adjacent sheets of the laminated core can each be separated by an air gap, whereby the air gaps can also be filled with an electrically insulating material.
  • the laminated core is preferably arranged within the detection range around the magnet.
  • the invention aims to minimize the interference of the speed measurement by induced opposing fields.
  • the magnetic field generated by the rotating The magnetic field generated by the magnet generates a useful signal with a maximum first magnetic field strength.
  • the interfering counter-magnetic field generated by the induction currents generates an interference signal with a second maximum magnetic field strength at the location of the magnetic sensor.
  • the interference suppression measures according to the invention now preferably enable a reduction of the second maximum magnetic field strength (interference signal) of the interfering counter-magnetic field to 30%, 20%, 10%, 5% or even just 2% of the first maximum magnetic field strength of the useful signal generated by the rotating magnet.
  • the design measures according to the invention improve the useful signal/interference signal ratio in magnetic speed measurement.
  • the magnetic sensor can be elongated and aligned with its longitudinal axis parallel to the rotation axis of the rotary atomizer.
  • the magnetic sensor it is possible for the magnetic sensor to be elongated and aligned with its longitudinal axis radially in relation to the rotation axis of the rotary atomizer.
  • the magnetic sensor can be arranged proximally in front of the magnetic disk in the axial direction, so that the air gap separates the magnetic sensor from the magnetic disk in the axial direction. The magnetic sensor then overlaps the magnetic disk in the radial direction.
  • the radially aligned magnetic sensor on the circumference of the magnetic disk radially outside the magnetic disk, so that the air gap separates the magnetic sensor from the magnetic disk in the radial direction.
  • the magnetic sensor is preferably a Wiegand sensor, as is known per se from the prior art (e.g. DE 10 2021 101 028 Al).
  • Wiegand sensors are also referred to as pulse wire sensors and do not need to be described in more detail since they are known per se from the prior art.
  • the invention is not limited to a Wiegand sensor with regard to the type of magnetic sensor.
  • the rotor preferably has the magnetic sensor as a separate component that is connected to the rotor in a rotationally fixed manner.
  • the magnetic sensor e.g. magnetic disk, magnetic sleeve
  • the magnetic sensor can be pressed onto the atomizer shaft, to name just one example.
  • the rotary atomizer can have a compressed air turbine to drive the rotor, as is the case with conventional rotary atomizers.
  • the rotating magnet has several pairs of magnetic north poles and magnetic south poles alternating over its circumference, for example two, three or four pairs of magnetic poles.
  • the distribution of the magnetic poles over the circumference of the rotor is therefore preferably not rotationally symmetrical in order to be able to detect both the speed and the direction of rotation of the rotor.
  • the pulse sequence supplied by the magnetic sensor does not contain any information about the direction of rotation of the rotary atomizer. This is different if the magnetic poles in the rotor are not rotationally symmetrical, since the pulse sequence supplied by the magnetic sensor then also contains information about the direction of rotation of the rotary atomizer.
  • the rotary atomizer according to the invention is preferably designed for atomizing paint when painting motor vehicle body components.
  • the invention is not limited to paints with regard to the coating agent to be atomized, but can also be implemented with other types of coating agents.
  • the rotary atomizer according to the invention is suitable not only for coating motor vehicle body components, but also for coating other types of components.
  • Figure 1A shows a sectional view through a rotary atomizer according to the invention.
  • Figure 1B shows an enlarged detail view of Figure 1A.
  • Figure 2 shows a perspective view of a magnetic disk which is used in the rotary atomizer according to the invention for speed detection.
  • Figure 3 shows an axial rear view of the rotary atomizer according to the invention.
  • Figure 4 shows a magnetic sleeve as an alternative to the magnetic disk according to Figure 2.
  • FIGS 8-10 show various modifications according to the invention with different arrangements of the magnetic sensor.
  • the rotary atomizer 1 initially has, in the conventional manner, an atomizer shaft 2 which is part of a rotor and rotates about a rotation axis 3 during operation (see Figures 3, 5 and 6).
  • the atomizer shaft 2 is driven in the conventional manner by a compressed air turbine, which is not shown for the sake of simplicity.
  • the atomizer shaft 2 is rotatably mounted within an atomizer housing 4 in a conventional manner, whereby the bearings for the atomizer shaft 2 are also not shown.
  • a magnetic disk 5 is pressed onto the atomizer shaft 2, which has several magnetic north poles N and magnetic south poles S distributed over the circumference, as can be seen in particular from Figure 2.
  • the speed is detected by a Wiegand sensor 6, which is arranged in the atomizer housing 4, whereby the Wiegand sensor 6 is separated from the magnetic disk 5 by an air gap 7.
  • the magnetic field B generated by the magnetic disk 5 runs essentially axially, i.e. parallel to the rotation axis 3 of the atomizer shaft 2.
  • the direction of the magnetic field B in the air gap 7 changes continuously, i.e. pole changes occur in the air gap 7, which are detected by the Wiegand sensor 6 in the conventional manner.
  • the Wiegand sensor 6 is arranged within a detection range 8 around the magnetic disk 5 so that the Wiegand sensor 6 can detect the pole changes that are generated by the rotating magnetic disk 5 in the air gap 7.
  • the detection range 8 is only shown schematically in order to facilitate understanding of the invention. In fact, the detection range 8 does not have a circular or spherical shape.
  • the Wiegand sensor 6 is arranged in the atomizer housing 4 in a slot 9 that extends in the circumferential direction, as can be seen in Figure 3.
  • the Wiegand sensor 6 is arranged centrally in the slot 9 with respect to the circumferential direction, so that the Wiegand sensor 6 is surrounded by the slot 9 on both sides in the circumferential direction.
  • the Wiegand sensor 6 does not completely fill the slot 9 in the radial direction, but leaves a radial free space 10 free radially inside.
  • the arrangement of the Wiegand sensor 6 in the slot 9 is advantageous because no disruptive induction currents or opposing fields can be induced within the slot 9, which also reduces the sensitivity of the speed measurement to interference.
  • the slot 9 can also be filled with an electrically insulating material, such as plastic. This is advantageous in order to avoid air turbulence in the slot 9, which would lead to mechanical power losses.
  • Figure 4 shows a magnetic sleeve 11, which can be pressed onto an atomizer shaft, for example.
  • the magnetic sleeve 11 also has several magnetic north poles N and magnetic south poles S distributed over the circumference in order to generate pole changes when rotating, as is also the case with the magnetic disk 5 according to Figure 2.
  • the associated Wiegand sensor is preferably arranged radially on the outside and separated from the magnetic sleeve 11 by an air gap. In this variant with the magnetic sleeve 11, the magnetic field in the air gap between the magnetic sensor and the magnetic sleeve 11 runs essentially in the radial direction.
  • Figure 5 shows a modification of a rotary atomizer 1 according to the invention, which is largely corresponds to the embodiment described above, so that in order to avoid repetition, reference is made to the above description, the same reference numerals being used for corresponding details.
  • a special feature of this modified embodiment is that a laminated core 12 is arranged in the atomizer housing 4, which has numerous sheets 13 that are distributed over the circumference, as can be seen in particular from Figure 6, wherein the adjacent sheets 13 are each separated from one another by an air gap 14.
  • the laminated core 12 therefore prevents eddy currents from flowing in the circumferential direction, since the adjacent sheets 13 are insulated from one another.
  • the laminated core 12 therefore also helps to avoid the disruptive eddy currents that are generated when the magnetic disk 5 rotates.
  • the Wiegand sensor 6 is arranged in an axial bore 15 that passes through the laminated core 12. It can also be seen from Figure 6 that the individual sheets 13 of the laminated core 12 each lie in a plane that contains the axis of rotation 3 of the rotary atomizer 1. In the sectional view according to Figure 6, the individual sheets 13 run in a radial direction.
  • a special feature of this embodiment is that the magnetic north poles N and the magnetic south poles S are not arranged rotationally symmetrically over the circumference of the magnetic disk 5. This offers the advantage that not only is it possible to measure the speed, but also to determine the direction of rotation. Due to the non-rotationally symmetrical arrangement of the magnetic north poles N and the magnetic south poles S, the pulse sequence supplied by the magnetic sensor contains not only information about the speed, but also information about the direction of rotation of the rotary atomizer.
  • the invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, the invention also includes variants and modifications that also make use of the inventive concept and therefore fall within the scope of protection.
  • the invention also claims protection for the subject matter and the features of the subclaims independently of the respective claims referred to and in particular also without the features of the main claim.
  • the invention therefore includes various aspects of the invention that enjoy protection independently of one another. This applies in particular to the idea of using a laminated core in a rotary atomizer to minimize eddy currents.
  • the idea of using a laminated core in a rotary atomizer to avoid eddy currents can therefore also be implemented within the scope of the invention without the special arrangement of materials with poor or good electrical conductivity within or outside the detection range.
  • Figures 8-10 show various modifications according to the invention with different arrangements of the magnetic sensor 6. These modifications largely correspond to the embodiments described above, so that in order to avoid repetition, reference is made to the above description, the same reference numerals being used for corresponding details.
  • the magnetic sensor 6 is elongated and its longitudinal axis is aligned parallel to the rotation axis 3 of the rotor, as is also the case in the embodiment according to Figure 1A.
  • the magnetic sensor 6 is arranged proximally in front of the magnetic disk 5 in the axial direction, whereas in this embodiment the magnetic sensor 6 partially overlaps the magnetic disk 5 in the axial direction and is arranged on the circumference of the magnetic disk 5 radially outside the magnetic disk 5.
  • the air gap 7 is therefore ring-shaped and separates the magnetic sensor 6 from the magnetic disk 5 in the radial direction.
  • the magnetic sensor 6 is also elongated. However, the magnetic sensor 6 is aligned with its longitudinal axis radially in relation to the rotation axis 3. The magnetic sensor 6 is arranged on the circumference of the magnetic disk 5 radially outside the magnetic disk 5 and is separated from the magnetic disk 5 in the radial direction by the annular air gap 7.
  • Figure 10 also shows the magnetic sensor 6 in a radial orientation with respect to the rotation axis 3 of the rotor.
  • the magnetic sensor 6 is arranged proximally in front of the magnetic disk 5 in the axial direction and partially overlaps with the magnetic disk 5 in the radial direction.
  • the annular air gap 7 thus separates the magnetic sensor 6 from the magnetic disk 5 in the axial direction.
  • the invention enables a fault-insensitive detection of speed and direction of rotation in a rotary atomizer, which in turn enables reliable control and leads to shorter downtimes.
  • the invention enables higher signal reserves for more stable control.
  • the rotary atomizer according to the invention has a higher efficiency and thus has a lower air consumption across all operating points due to lower eddy current losses or lower air vortex losses.

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Abstract

Rotationszerstäuber (1) zur Zerstäubung eines Beschichtungsmittels (z.B. Lack) mit einem Rotor (2, 5) mit einem rotierenden Magneten (5) und einem ortsfesten Magnetsensor (6) zur Erfassung der mit dem rotierenden Rotor (2, 5) umlaufenden Polwechsel des Magnetfelds des Magneten (5), wobei der Magnetsensor (6) innerhalb einer Detektionsreichweite um den Magneten (5) angeordnet ist, so dass der Magnetsensor (6) die umlaufenden Polwechsel des Magnetfeldes detektieren kann. Die Erfindung sieht vor, dass sich innerhalb der Detektionsreichweite um den rotierenden Magneten (5) nur elektrisch schlecht leitfähige Materialien befinden mit einem großen spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als 1 Q.mm2Jm, 0,5 Ω.mm2/m oder 0,1 Q.mm2Jm, um in dem Detektionsbereich störende Induktionsströme zu vermeiden, und/oder dass sich nur außerhalb der Detektionsreichweite um den rotierenden Magneten (5) elektrisch gut leitfähige Materialien befinden mit einem kleinen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 1 Ω.mm 2/m, 0,5 Ω.mm2/m oder 0,1 Ω.mm2 /m.

Description

BESCHREIBUNG
Rotationszerstäuber
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Rotationszerstäuber zur Zerstäubung eines Beschichtungsmittels, insbesondere zur Zerstäubung von Lack für die Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen.
Hintergrund der Erfindung
In modernen Lackieranlagen zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen werden als Applikationsgeräte meist Rotationszerstäuber eingesetzt. Bei der Verwendung derartiger Rotationszerstäuber ist es wünschenswert, die Drehzahl und die Drehrichtung des Rotationszerstäubers zu ermitteln, um eine Steuerung bzw. Regelung der Drehzahl zu ermöglichen.
Aus DE 102 37 128 Al ist ein Rotationszerstäuber bekannt, der es ermöglicht, die Drehzahl und die Drehrichtung des Rotationszerstäubers im Betrieb zu überwachen. Hierzu weist der bekannte Rotationszerstäuber eine rotierende Reflektorscheibe auf, die von einem optischen Sensor abgetastet wird. Nachteilig bei dieser optischen Drehzahlerkennung ist jedoch die Störungsempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen der Reflektorscheibe.
Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Drehzahl eines Rotationszerstäubers akustisch zu ermitteln, indem die Betriebsgeräusche des Rotationszerstäubers erfasst werden, um daraus die Drehzahl abzuleiten. Diese akustische Drehzahlerkennung ist jedoch ebenfalls störungsempfindlich. So können die im Betrieb eines Rotationszerstäubers in einer Lackieranlage auftretenden Nebengeräusche die akustische Drehzahlmessung stören.
Aus DE 10 2021 101 028 Al ist es schließlich bekannt, die Drehzahl eines Rotationszerstäubers mittels eines Wiegand-Sensors (Impulsdrahtsensor) zu messen, der die umlaufenden Polwechsel einer rotierenden Magnetscheibe erfasst. Diese Art der Drehzahlerfassung mittels eines Wiegand-Sensors ist jedoch ebenfalls störempfindlich, wobei die technisch-physikalischen Ursachen für die Störungsempfindlichkeit der Drehzahlmessung mittels eines Wiegand-Sensors bisher noch nicht vollständig erkannt wurden. Schließlich ist zum allgemeinen technischen Hintergrund der Erfindung hinzuweisen auf WO 2022/157 098 Al, JP 2018-58 015 A und EP 2 383 546 Al.
Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Drehzahlerfassung bei einem Rotationszerstäuber zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Rotationszerstäuber gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Der erfindungsgemäße Rotationszerstäuber weist zunächst in Übereinstimmung mit den bekannten Rotationszerstäubern einen drehbar gelagerten Rotor auf, der im Betrieb mit einer bestimmten Drehzahl um eine Rotationsachse rotiert. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Rotor eine Zerstäuberwelle auf, die an ihrem distalen Ende eine Montagemöglichkeit für einen Glockenteller aufweist, beispielsweise in Form einer Schraubverbindung zum Aufschrauben des Glockentellers auf die Zerstäuberwelle.
Ferner weist auch der erfindungsgemäße Rotationszerstäuber in Übereinstimmung mit den vorstehend zum Stand der Technik beschriebenen Rotationszerstäubern mit einem Wiegand-Sensor einen Magneten (z.B. Magnetscheibe) auf, der mit dem Rotor rotiert und über den Umfang verteilt mehrere magnetische Pole und somit einen Polwechsel in Umfangsrichtung aufweist.
Darüber hinaus enthält der erfindungsgemäße Rotationszerstäuber ebenfalls einen Magnetsensor (z.B. Wiegand-Sensor) zur Erfassung der mit dem rotierenden Rotor umlaufenden Polwechsel des Magnetfelds des Magneten, wobei der Magnetsensor innerhalb einer Detektionsreichweite um den Magneten angeordnet ist, so dass der Magnetsensor die umlaufenden Polwechsel des Magnetfelds detektieren kann.
Die Erfindung beruht nun auf der neu gewonnenen technisch-physikalischen Erkenntnis, dass die umlaufenden Polwechsel des Magnetfelds in den Materialien des Rotationszerstäubers zu Wirbelströmen führen und magnetische Gegenfelder induzieren, die die Drehzahlmessung durch den Magnetsensor (z.B. Wiegand-Sensor) stören. So überlagert sich am Ort des Magnetsensors (z.B. Wiegand-Sensor) ein Nutzsignal, das von den umlaufenden Polwechseln des rotierenden Magneten herrührt, mit einem Störsignal, das von den induzierten magnetischen Gegenfeldern erzeugt wird. Die Erfindung sieht deshalb vor, dass diese störenden Wirbelströme und magnetischen Gegenfelder verringert werden, um die Störanfälligkeit der Drehzahlerfassung zu reduzieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Rotationszerstäuber befinden sich deshalb innerhalb der Detektionsreichweite um den rotierenden Magneten vorzugsweise nur elektrisch schlecht leitfähige Materialien mit einem großen spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als 1 Q.mm2/m, 0,5 Q.mm2/m oder 0,1 Q.mm2/m, um in dem Detektionsbereich störende Induktionsströme zu vermeiden.
Außerhalb der Detektionsreichweite können sich dagegen auch bei dem erfindungsgemäßen Rotationszerstäuber elektrisch gut leitfähige Materialien befinden, die einen kleinen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 1 Q.mm2/m, 0,5 Q.mm2/m oder 0,1 Q.mm2/m haben.
Der erfindungsgemäße Rotationszerstäuber zeichnet sich also vorzugsweise durch einen Materialmix aus, wobei der Materialmix innerhalb der Detektionsreichweite um den rotierenden Magneten elektrisch schlecht leitfähige Materialien (z.B. p > 0,1 Q.mm2/m) vorsieht, während außerhalb der Detektionsreichweite um den rotierenden Magneten elektrisch gut leitfähige Materialien (z.B. p < 0,1 Q.mm2/m) vorgesehen werden können, wie es auch bei herkömmlichen Rotationszerstäubern der Fall ist.
Bei den vorstehend erwähnten elektrisch schlecht leitfähigen Materialien kann es sich beispielsweise um Kunststoff, Edelstahl oder Titan handeln, jedoch ist die Erfindung hinsichtlich der elektrisch schlecht leitfähigen Materialien nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der ortsfeste Magnetsensor von dem rotierenden Magneten räumlich durch einen Luftspalt getrennt, wobei der Luftspalt eine Spaltbreite von mindestens 0,1 mm, 0,5 mm, 1 mm, 2 mm, 5 mm oder 10 mm aufweisen kann. Der Luftspalt verhindert hierbei die Induktion von Strömen und Gegenfeldern im Bereich des Luftspalts vollständig, da Luft elektrisch isolierend ist.
Hinsichtlich der Gestaltung des rotierenden Magneten bestehen im Rahmen der Erfindung verschiedene Möglichkeiten, von denen nachfolgend zwei Varianten beschrieben werden. In einer Variante der Erfindung ist der Magnet als Magnetscheibe geformt, wobei die Magnetscheibe koaxial zur Rotationsachse angeordnet ist und mit dem Rotor des Rotationszerstäubers rotiert. Beispielsweise kann die Magnetscheibe auf die Zerstäuberwelle aufgepresst sein, um nur ein Beispiel zu nennen. Der Magnetsensor befindet sich hierbei vorzugsweise in axialer Richtung proximal hinter der Magnetscheibe und ist durch den vorstehend erwähnten Luftspalt in axialer Richtung von der Magnetscheibe getrennt. In dem Luftspalt verläuft das Magnetfeld also bei dieser Variante im Wesentlichen axial. Die Länge der Magnetscheibe in axialer Richtung ist hierbei wesentlich kleiner als der Radius der Magnetscheibe. Weiterhin ist zu erwähnen, dass der mindestens eine Magnet vorzugsweise in eine Stirnfläche der Magnetscheibe eingelassen ist. Bei einer Anordnung des Magnetsensors in proximaler Richtung vor der Magnetscheibe (d.h. auf der Seite des Lackierroboters und auf der dem Glockenteller abgewandten Seite) ist der mindestens eine Magnet dann ebenfalls in die proximale Stirnfläche der Magnetscheibe eingelassen.
In einer anderen Variante der Erfindung ist der rotierende Magnet dagegen als Magnethülse geformt, die beispielsweise auf die Zerstäuberwelle aufgepresst sein kann. Der Magnetsensor (z.B. Wiegand-Sensor) ist hierbei von der rotierenden Magnethülse durch den vorstehend erwähnten Luftspalt radial getrennt. In dem Luftspalt zwischen der rotierenden Magnethülse einerseits und dem ortsfesten Magnetsensor andererseits verläuft das Magnetfeld bei dieser Variante also im Wesentlichen radial. Der Magnetsensor ist deshalb bei dieser Variante vorzugsweise radial außerhalb der Magnethülse angeordnet. Zu der Gestaltung einer solchen Magnethülse ist zu erwähnen, dass die Magnethülse hohl ist und eine radiale Dicke aufweist, die wesentlichen kleiner ist als die axiale Länge und/oder der Radius der Magnethülse.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Magnetsensor in einem Ringraum angeordnet, der sich in Umfangsrichtung erstreckt. Beispielsweise kann sich der Ringraum über den gesamten Umfang um die Rotationsachse erstrecken. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der Ringraum jedoch aus mindestens einem Langloch, das in Umfangsrichtung gekrümmt ist und sich nur über einen Teil des Umfangs erstreckt. Der Magnetsensor ist hierbei in dem Langloch angeordnet und zwar vorzugsweise bezüglich der Umfangsrichtung mittig, so dass der Magnetsensor in Umfangsrichtung beidseitig von dem Langloch umgeben ist. Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass der Magnetsensor den Ringraum (z.B. Langloch) in radialer Richtung vorzugsweise nicht vollständig ausfüllt, sondern radial innen einen Freiraum lässt.
Der Ringraum (z.B. Langloch) ist vorzugsweise mit einem elektrisch isolierenden Material gefüllt, wodurch die Induktion von Wirbelströmen und magnetischen Gegenfeldern in der Nähe des Magnetsensors weitgehend verhindert wird, da sich in dem elektrisch isolierenden Material keine Wirbelströme ausbilden können. Die Auffüllung des Ringraums (z.B. Langloch) mit einem elektrisch isolierenden Material ist auch vorteilhaft, um in dem Ringraum Luftverwirbelungen zu vermeiden, die ansonsten in einem hohlen Ringraumentstehen können und zu mechanischen Leistungsverlusten führen würden. Beispielsweise kann es sich bei dem elektrisch isolierenden Material in dem Ringraum um Kunststoff handeln.
Darüber hinaus umfasst die Erfindung einen weiteren erfinderischen Gedanken von eigener schutzwürdiger Bedeutung. So können die störenden Wirbelströme und magnetischen Gegenfelder auch durch den Einsatz eines Blechpakets verringert werden, das aus zahlreichen Blechen besteht, die voneinander elektrisch isoliert sind, so dass quer zu den Blechen kein Wirbelstrom fließen kann. Derartige Blechpakete sind an sich bereits von Transformatoren bekannt und müssen deshalb nicht näher beschrieben werden. Beispielsweise kann das Blechpaket mehr als 10, 20, 50 oder 70 Bleche enthalten, die gegeneinander elektrisch isoliert sind.
Hierbei besteht die Möglichkeit, dass der Magnetsensor (z.B. Wiegand-Sensor) mindestens teilweise in dem Blechpaket angeordnet ist, beispielsweise in einer Axialbohrung in dem Blechpaket.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die einzelnen Bleche des Blechpakets vorzugsweise jeweils in einer Ebene liegen, die die Rotationsachse des Rotationszerstäubers enthält. Die einzelnen Bleche sind also bezüglich der Rotationsachse vorzugsweise über den Umfang verteilt angeordnet. Das ganze Blechpaket ist also vorzugsweise ringförmig und koaxial zu der Rotationsachse des Rotors angeordnet. Weiterhin besteht hierbei die Möglichkeit, dass zumindest einige der Bleche des Blechpakets geschlitzt sind, um die störenden Wirbelströme optimal zu unterdrücken. Die Bleche können beispielsweise aus einem sogenannten Mu-Metall bestehen, wobei derartige Mu-Metalle an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind. Allgemein ist zu erwähnen, dass die benachbarten Bleche des Blechpakets jeweils durch einen Luftspalt getrennt sein können, wobei die Luftspalte auch mit einem elektrisch isolierenden Material aufgefüllt sein können. Darüber hinaus ist zu dem Blechpaket noch zu erwähnen, dass das Blechpaket vorzugsweise innerhalb der Detektionsreichweite um den Magneten angeordnet ist.
Es wurde vorstehend bereits erwähnt, dass die Erfindung darauf abzielt, die Störungen der Drehzahlmessung durch induzierte Gegenfelder zu minimieren. So erzeugt das von dem rotierenden Magneten erzeugte Magnetfeld ein Nutzsignal mit einer maximalen ersten magnetischen Feldstärke. Das von den Induktionsströmen erzeugte störende Gegenmagnetfeld erzeugt dagegen am Ort des Magnetsensors ein Störsignal mit einer zweiten maximalen magnetischen Feldstärke. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Störungsunterdrückung ermöglichen nun vorzugsweise eine Reduzierung der zweiten maximalen magnetischen Feldstärke (Störsignal) des störenden Gegenmagnetfeldes auf 30%, 20%, 10%, 5% oder sogar nur 2% der ersten maximalen magnetischen Feldstärke des Nutzsignals, das von dem rotierenden Magneten erzeugt wird. Im Ergebnis verbessern die erfindungsgemäßen konstruktiven Maßnahme also das Nutzsignal/Störsignal-Verhältnis bei der magnetischen Drehzahlmessung.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass im Rahmen der Erfindung verschiedene Ausrichtungen und Anordnungen des Magnetsensors innerhalb des Rotationszerstäubers möglich sind. Beispielsweise kann der Magnetsensor langgestreckt und mit seiner Längsachse parallel zu der Rotationsachse des Rotationszerstäubers ausgerichtet sein. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Magnetsensor langgestreckt ist und mit seiner Längsachse radial ausgerichtet ist in Bezug auf die Rotationsachse des Rotationszerstäubers.
Bei der vorstehend erwähnten axialen Ausrichtung des Magnetsensors parallel zu der Rotationsachse des Rotationszerstäubers sind wiederum verschiedene Anordnungen des Magnetsensors möglich. Beispielsweise kann der Magnetsensor in axialer Richtung proximal vor der Magnetscheibe angeordnet sein, so dass der ringförmig umlaufende Luftspalt den Magnetsensor in axialer Richtung von der Magnetscheibe trennt. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass der Magnetsensor in axialer Richtung teilweise mit der Magnetscheibe überlappt und am Umfang der Magnetscheibe radial außerhalb der Magnetscheibe angeordnet ist. Der ringförmig umlaufende Luftspalt trennt den Magnetsensor dann in radialer Richtung von der Magnetscheibe.
Bei der vorstehend erwähnten radialen Ausrichtung des Magnetsensors bestehen im Rahmen der Erfindung ebenfalls verschiedene Möglichkeiten für die Anordnung des Magnetsensors. Beispielsweise kann der Magnetsensor hierbei in axialer Richtung proximal vor der Magnetscheibe angeordnet sein, so dass der Luftspalt den Magnetsensor in axialer Richtung von der Magnetscheibe trennt. Hierbei überlappt der Magnetsensor dann in radialer Richtung mit der Magnetscheibe. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass der radial ausgerichtete Magnetsensor am Umfang der Magnetscheibe radial außerhalb der Magnetscheibe angeordnet ist, so dass der Luftspalt den Magnetsensor in radialer Richtung von der Magnetscheibe trennt. Es wurde vorstehend bereits erwähnt, dass es sich bei dem Magnetsensor vorzugsweise um einen Wiegand-Sensor handelt, wie er an sich aus dem Stand der Technik (z.B. DE 10 2021 101 028 Al) bekannt ist. Derartige Wiegand-Sensoren werden auch als Impulsdrahtsensoren bezeichnet und müssen nicht näher beschrieben werden, da sie aus dem Stand der Technik an sich bekannt sind Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Typs des Magnetsensors ist nicht auf einen Wiegand-Sensor beschränkt.
Weiterhin ist allgemein zu erwähnen, dass der Rotor den Magnetsensor vorzugsweise als getrenntes Bauteil aufweist, das drehfest mit dem Rotor verbunden ist. Beispielsweise kann der Magnetsensor (z.B. Magnetscheibe, Magnethülse) auf die Zerstäuberwelle aufgepresst sein, um nur ein Beispiel zu nennen.
Ferner ist auch zu erwähnen, dass der Rotationszerstäuber eine Druckluftturbine aufweisen kann, um den Rotor anzutreiben, wie es auch bei herkömmlichen Rotationszerstäubern der Fall ist.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rotationszerstäubers weist der rotierende Magnet über seinen Umfang abwechselnd mehrere Paare von magnetischen Nordpolen und magnetischen Südpolen auf, beispielsweise zwei, drei oder vier Paare von magnetischen Polen.
Zu der vorstehend erwähnten Detektionsreichweite um den Magneten ist zu erwähnen, dass sich die Detektionsreichweite entlang der Rotationsachse vorzugsweise über eine axiale Ausdehnung erstreckt, die im Bereich von 5 mm - 5 cm liegen kann. In radialer Richtung weist die Detektionsreichweite dagegen vorzugsweise eine radiale Ausdehnung auf, die im Bereich von 5 mm - 3 cm liegen kann.
Es wurde eingangs bereits erwähnt, dass es bei einem Rotationszerstäuber wünschenswert ist, nicht nur die Drehzahl, sondern auch die Drehrichtung zu erfassen. Bei dem erfindungsgemäßen Rotationszerstäuber ist die Verteilung der magnetischen Pole über den Umfang des Rotors deshalb vorzugsweise nicht drehsymmetrisch, um sowohl Drehzahl als auch Drehrichtung des Rotors erfassen zu können. Bei einer drehsymmetrischen Anordnung der magnetischen Pole enthält die von dem Magnetsensor gelieferte Impulsfolge nämlich keine Information über die Drehrichtung des Rotationszerstäubers. Anders ist dies bei einer nicht drehsymmetrischen Anordnung der magnetischen Pole in dem Rotor, da die von dem Magnetsensor gelieferte Impulsfolge dann auch eine Information über die Drehrichtung des Rotationszerstäubers enthält. Ferner ist allgemeines zu erwähnen, dass der erfindungsgemäße Rotationszerstäuber vorzugsweise zur Zerstäubung von Lack bei der Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen ausgelegt ist. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des zu zerstäubenden Beschichtungsmittels nicht auf Lacke beschränkt, sondern auch mit anderen Typen von Beschichtungsmitteln realisierbar. Darüber hinaus eignet sich der erfindungsgemäße Rotationszerstäuber nicht nur zur Beschichtung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen, sondern auch zur Beschichtung von anderen Typen von Bauteilen.
Schließlich umfasst die Erfindung auch die neuartige Verwendung eines erfindungsgemäßen Rotationszerstäubers zur Zerstäubung von Lack, insbesondere bei der Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen. Bei dem Lack kann es sich beispielsweise um Nasslack (flüssiger Lack) oder Pulverlack handeln. Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Erfindung hinsichtlich der zu lackierenden Bauteile nicht auf Kraftfahrzeugkarosseriebauteile beschränkt ist, sondern auch zur Lackierung von anderen Typen von Bauteilen geeignet ist.
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.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Figur 1A zeigt eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Rotationszerstäuber.
Figur 1B zeigt eine vergrößerte Detailansicht aus Figur 1A.
Figur 2 zeigt eine Perspektivansicht auf eine Magnetscheibe, die in dem erfindungsgemäßen Rotationszerstäuber zur Drehzahlerfassung verwendet wird.
Figur 3 zeigt eine axiale Rückansicht des erfindungsgemäßen Rotationszerstäubers.
Figur 4 zeigt eine Magnethülse als Alternative zu der Magnetscheibe gemäß Figur 2.
Figur 5 zeigt eine Schnittansicht durch einen abgewandelten Rotationszerstäuber mit einem Blechpaket zur Minimierung von störenden Wirbelströmen.
Figur 6 zeigt eine axiale Rückansicht des Rotationszerstäubers gemäß Figur 5. Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer abgewandelten Magnetscheibe mit einer nicht drehsymmetrischen Anordnung der magnetischen Pole, um auch eine Erfassung der Drehrichtung zu ermöglichen.
Figuren 8-10 zeigen verschiedene erfindungsgemäße Abwandlungen mit unterschiedlichen Anordnungen des Magnetsensors.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird nun das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotationszerstäubers 1 beschrieben, wobei Figur 1A eine Schnittansicht eines Teils des Rotationszerstäubers 1 zeigt.
So weist der Rotationszerstäuber 1 zunächst in herkömmlicher Weise eine Zerstäuberwelle 2 auf, die Bestandteil eines Rotors ist und im Betrieb um eine Rotationsachse 3 (siehe Figuren 3, 5 und 6) rotiert. Der Antrieb der Zerstäuberwelle 2 erfolgt in herkömmlicher Weise durch eine Druckluftturbine, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.
Die Zerstäuberwelle 2 ist hierbei innerhalb eines Zerstäubergehäuses 4 in herkömmlicher Weise drehbar gelagert, wobei die Lager für die Zerstäuberwelle 2 ebenfalls nicht dargestellt sind.
Auf die Zerstäuberwelle 2 ist eine Magnetscheibe 5 aufgepresst, die über den Umfang verteilt mehrere magnetische Nordpole N und magnetische Südpole S aufweist, wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist.
Die Drehzahlerfassung erfolgt hierbei durch einen Wiegand-Sensor 6, der in dem Zerstäubergehäuse 4 angeordnet ist, wobei der Wiegand-Sensor 6 von der Magnetscheibe 5 durch einen Luftspalt 7 getrennt ist. In dem Luftspalt 7 verläuft das von der Magnetscheibe 5 erzeugte Magnetfeld B also im Wesentlichen axial, d.h. parallel zu der Rotationsachse 3 der Zerstäuberwelle 2. Bei der Drehung der Zerstäuberwelle 2 mit der Magnetscheibe 5 ändert sich hierbei laufend die Richtung des Magnetfelds B in dem Luftspalt 7, d.h. es kommt zu Polwechseln in dem Luftspalt 7, die von dem Wiegand-Sensor 6 in herkömmlicher Weise erfasst werden. Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Wiegand-Sensor 6 hierbei innerhalb einer Detektionsreichweite 8 um die Magnetscheibe 5 angeordnet ist, damit der Wiegand-Sensor 6 die Polwechsel erfassen kann, die von der umlaufenden Magnetscheibe 5 in dem Luftspalt 7 erzeugt werden. Die Detektionsreichweite 8 ist hierbei nur schematisch dargestellt, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern. Tatsächlich weist die Detektionsreichweite 8 keinen kreisförmigen bzw. kugelförmigen Verlauf auf.
Der Luftspalt 7 weist hierbei in axialer Richtung eine Spaltbreite b=10 mm auf. Dies ist vorteilhaft, weil innerhalb des Luftspalts 7 aufgrund der elektrisch isolierenden Wirkung der Luft keine Wirbelströme oder magnetischen Gegenfelder induziert werden können, wodurch eine Störung der Drehzahlmessung weitgehend verhindert wird.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Wiegand-Sensor 6 in dem Zerstäubergehäuse 4 in einem Langloch 9 angeordnet ist, das sich in Umfangsrichtung erstreckt, wie aus Figur 3 ersichtlich ist. Der Wiegand-Sensor 6 ist hierbei in dem Langloch 9 bezüglich der Umfangsrichtung mittig angeordnet, so dass der Wiegand-Sensor 6 in Umfangsrichtung beidseitig von dem Langloch 9 umgeben ist. Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Wiegand-Sensor 6 das Langloch 9 in radialer Richtung nicht vollständig ausfüllt, sondern radial innen einen radialen Freiraum 10 frei lässt. Die Anordnung des Wiegand-Sensor 6 in dem Langloch 9 ist vorteilhaft, weil innerhalb des Langlochs 9 keine störenden Induktionsströme oder Gegenfelder induziert werden können, wodurch die Störempfindlichkeit der Drehzahlmessung ebenfalls verringert wird. Hierbei ist zu erwähnen, dass das Langloch 9 auch mit einem elektrisch isolierenden Material aufgefüllt sein kann, wie beispielsweise Kunststoff. Dies ist vorteilhaft, um in dem Langloch 9 Luftverwirbelungen zu vermeiden, die zu mechanischen Leistungsverlusten führen würden.
Figur 4 zeigt als Alternative zu der Magnetscheibe 5 gemäß Figur 2 eine Magnethülse 11, die beispielsweise auf eine Zerstäuberwelle aufgepresst sein kann. Die Magnethülse 11 weist ebenfalls über den Umfang verteilt mehrere magnetische Nordpole N und magnetische Südpole S auf, um beim Rotieren Polwechsel zu erzeugen, wie es auch bei der Magnetscheibe 5 gemäß Figur 2 der Fall ist. Allerdings ist der zugehörige Wiegand-Sensor hierbei vorzugsweise radial an der Außenseite angeordnet und durch einen Luftspalt von dem Magnethülse 11 getrennt. Bei dieser Variante mit der Magnethülse 11 verläuft das Magnetfeld in dem Luftspalt zwischen dem Magnetsensor und der Magnethülse 11 im Wesentlichen in radialer Richtung.
Figur 5 zeigt eine Abwandlung eines erfindungsgemäßen Rotationszerstäubers 1, der weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses abgewandelten Ausführungsbeispiels besteht darin, dass in dem Zerstäubergehäuse 4 ein Blechpaket 12 angeordnet ist, das zahlreiche Bleche 13 aufweist, die über den Umfang verteilt angeordnet sind, wie insbesondere aus Figur 6 ersichtlich ist, wobei die benachbarten Bleche 13 jeweils durch einen Luftspalt 14 voneinander getrennt sind. Das Blechpaket 12 verhindert also, dass in Umfangsrichtung Wirbelströme fließen können, da die benachbarten Bleche 13 gegeneinander isoliert sind. Das Blechpaket 12 trägt also ebenfalls dazu bei, die störenden Wirbelströme zu vermeiden, die beim Rotieren der Magnetscheibe 5 erzeugt werden. Der Wiegand- Sensor 6 ist hierbei in einer Axialbohrung 15 angeordnet, die durch das Blechpaket 12 hindurchgeht. Weiterhin ist aus Figur 6 ersichtlich, dass die einzelnen Bleche 13 des Blechpakets 12 jeweils in einer Ebene liegen, die die Rotationsachse 3 des Rotationszerstäubers 1 enthält. In der Schnittansicht gemäß Figur 6 verlaufen die einzelnen Bleche 13 also in radialer Richtung.
Ferner zeigt Figur 7 eine Abwandlung der Magnetscheibe 5 gemäß Figur 2, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen zunächst auf die vorstehende Beschreibung zu Figur 2 verwiesen wird.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die magnetischen Nordpole N und die magnetischen Südpole S nicht drehsymmetrisch über den Umfang der Magnetscheibe 5 verteilt angeordnet sind. Dies bietet den Vorteil, dass nicht nur eine Drehzahlmessung möglich ist, sondern auch eine Bestimmung der Drehrichtung. Aufgrund der nicht drehsymmetrischen Anordnung der magnetischen Nordpole N und der magnetischen Südpole S enthält die von dem Magnetsensor gelieferte Impulsfolge nämlich nicht nur eine Information über die Drehzahl, sondern auch eine Information über die Drehrichtung des Rotationszerstäubers.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung auch Varianten und Abwandlungen, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen und insbesondere auch ohne die Merkmale des Hauptanspruchs. Die Erfindung umfasst also verschiedene Erfindungsaspekte, die unabhängig voneinander Schutz genießen. Dies gilt insbesondere für die Idee der Verwendung eines Blechpakets in einem Rotationszerstäuber zur Minimierung von Wirbelströmen. Die Idee der Verwendung eines Blechpakets in einem Rotationszerstäuber zur Vermeidung von Wirbelströmen ist also im Rahmen der Erfindung auch realisierbar ohne die besondere Anordnung von elektrisch schlecht oder gut leitfähigen Materialien innerhalb bzw. außerhalb der Detektionsreichweite.
Schließlich zeigen die Figuren 8-10 verschiedene erfindungsgemäße Abwandlungen mit unterschiedlichen Anordnungen des Magnetsensors 6. Diese Abwandlungen stimmen weitgehend mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 ist der Magnetsensor 6 langgestreckt und mit seiner Längsachse parallel zu der Rotationsachse 3 des Rotors ausgerichtet, wie es auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1A der Fall ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1A ist der Magnetsensor 6 jedoch in axialer Richtung proximal vor der Magnetscheibe 5 angeordnet, wohingegen der Magnetsensor 6 bei diesem Ausführungsbeispiel in axialer Richtung teilweise mit der Magnetscheibe 5 überlappt und am Umfang der Magnetscheibe 5 radial außerhalb der Magnetscheibe 5 angeordnet ist. Der Luftspalt 7 ist hierbei also ringförmig umlaufend und trennt den Magnetsensor 6 in radialer Richtung von der Magnetscheibe 5.
Bei Figur 9 ist der Magnetsensor 6 ebenfalls langgestreckt. Allerdings ist der Magnetsensor 6 hierbei mit seiner Längsachse radial ausgerichtet in Bezug auf die Rotationsachse 3. Der Magnetsensor 6 ist hierbei am Umfang der Magnetscheibe 5 radial außerhalb der Magnetscheibe 5 angeordnet und von der Magnetscheibe 5 in radialer Richtung durch den ringförmig umlaufenden Luftspalt 7 getrennt.
Schließlich zeigt auch Figur 10 den Magnetsensor 6 in einer radialen Ausrichtung in Bezug auf die Rotationsachse 3 des Rotors. Allerdings ist der Magnetsensor 6 hierbei in axialer Richtung proximal vor der Magnetscheibe 5 angeordnet und überlappt in radialer Richtung teilweise mit der Magnetscheibe 5. Der ringförmig umlaufende Luftspalt 7 trennt hierbei also den Magnetsensor 6 in axialer Richtung von der Magnetscheibe 5.
Vorteile der Erfindung Nachfolgend werden einige Vorteile der Erfindung kurz zusammengefasst.
• Die Erfindung ermöglicht eine störungsunempfindliche Erkennung von Drehzahl und Drehrichtung bei einem Rotationszerstäuber, was wiederum eine sichere Regelung ermöglicht und zu kürzeren Stillstandszeiten führt.
• Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung höhere Signalreserven für eine stabilere Regelung.
• Weiterhin ist die Drehzahlerkennung unempfindlicher gegenüber störenden Fremdeinflüssen.
• Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Rotationszerstäuber einen höheren Wirkungsgrad auf und hat somit über alle Betriebspunkte einen geringeren Luftverbrauch durch geringere Wirbelstromverluste bzw. geringere Luftwirbelverluste.
• Schließlich ist aufgrund der Freistellungen (z.B. Luftspalt, Langloch) eine leichtere Bauweise des Rotationszerstäubers möglich.
Bezugszeichenliste
1 Rotationszerstäuber
2 Zerstäuberwelle
3 Rotationsachse des Rotors
4 Zerstäubergehäuse
5 Magnetscheibe
6 Wiegand-Sensor
7 Luftspalt zwischen der Magnetscheibe und dem Wiegand-Sensor
8 Detektionsreichweite
9 Langloch zur Aufnahme des Wiegand-Sensors
10 Radialer Freiraum an der Innenseite des Wiegand-Sensors
11 Magnethülse
12 Blechpaket
13 Bleche
14 Luftspalte zwischen den benachbarten Blechen des Blechpakets
15 Axialbohrung in dem Blechpaket zur Aufnahme des Wiegand-Sensors b Spaltbreite des Luftspalts zwischen der Magnetscheibe und dem Wiegand-Sensor
N Magnetische Nordpole
S Magnetische Südpole
B Magnetfeld in dem Luftspalt

Claims

Ansprüche
1. Rotationszerstäuber (1) zur Zerstäubung eines Beschichtungsmittels, insbesondere zur Zerstäubung von Lack für die Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen, mit a) einem drehbar gelagerten Rotor (2, 5, 11), der im Betrieb mit einer bestimmten Drehzahl um eine Rotationsachse (3) rotiert, b) einem Magneten (5, 11), der mit dem Rotor (2, 5, 11) rotiert und über den Umfang verteilt mehrere magnetische Pole (N, S) und somit einen Polwechsel in Umfangsrichtung aufweist, und c) einem in dem Rotationszerstäuber (1) ortsfest angeordneten Magnetsensor (6) zur Erfassung der mit dem rotierenden Rotor (2, 5, 11) umlaufenden Polwechsel des Magnetfelds (B) des Magneten (5, 11), wobei der Magnetsensor (6) innerhalb einer Detektionsreichweite (8) um den Magneten (5, 11) angeordnet ist, so dass der Magnetsensor (6) die umlaufenden Polwechsel des Magnetfeldes (B) detektieren kann, dadurch gekennzeichnet, d) dass sich innerhalb der Detektionsreichweite (8) um den rotierenden Magneten (5, 11) nur elektrisch schlecht leitfähige Materialien befinden mit einem großen spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als 1 Q.mm2/m, 0,5 Q.mm2/m oder 0,1 Q.mm2/m, um in dem Detektionsbereich störende Induktionsströme zu vermeiden, und/oder e) dass sich nur außerhalb der Detektionsreichweite (8) um den rotierenden Magneten (5, 11) elektrisch gut leitfähige Materialien befinden mit einem kleinen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 1 Q.mm2/m, 0,5 Q.mm2/m oder 0,1 Q.mm2/m.
2. Rotationszerstäuber (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Materialkombination a) der elektrisch schlecht leitfähigen Materialien innerhalb der Detektionsreichweite (8) um den rotierenden Magneten (5, 11) und b) der elektrisch gut leitfähigen Materialien außerhalb der Detektionsreichweite (8) um den rotierenden Magneten (5, 11).
3. Rotationszerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch schlecht leitfähige Material innerhalb der Detektionsreichweite (8) um den rotierenden Magneten (5, 11) Kunststoff, Edelstahl oder Titan ist.
4. Rotationszerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der ortsfeste Magnetsensor (6) von dem rotierenden Magneten räumlich durch einen Luftspalt getrennt ist, und b) dass der Luftspalt vorzugsweise eine Spaltbreite (b) von mindestens 0,1 mm, 0,5 mm, 1 mm, 2mm, 5 mm oder 10 mm aufweist.
5. Rotationszerstäuber (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Magnet (5) als Magnetscheibe (5) geformt ist, b) dass der Magnetsensor (6) von der Magnetscheibe (5) durch den Luftspalt (7) axial getrennt ist, c) dass das Magnetfeld (£?) in dem Luftspalt (7) im Wesentlichen axial verläuft, d) dass der Magnetsensor (6) bezüglich der Magnetscheibe (5) in axialer Richtung vorzugsweise proximal angeordnet ist, e) dass die Magnetscheibe (5) vorzugsweise koaxial zu der Rotationsachse (3) angeordnet ist.
6. Rotationszerstäuber (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Magnet (11) als hohle Magnethülse (11) geformt ist, b) dass der Magnetsensor von der Magnethülse (11) durch den Luftspalt radial getrennt ist, c) dass das Magnetfeld in dem Luftspalt im Wesentlichen radial verläuft, d) dass der Magnetsensor vorzugsweise radial außerhalb der Magnethülse (11) angeordnet ist.
7. Rotationszerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Magnetsensor (6) mindestens teilweise in einem Ringraum (9) angeordnet ist, der sich in Umfangsrichtung erstreckt, b) dass sich der Ringraum (9) optional über den gesamten Umfang um die Rotationsachse (3) erstreckt, c) dass der Ringraum (9) optional mindestens ein Langloch (9) aufweist, das sich nur über einen Teil des Umfangs um die Rotationsachse (3) erstreckt, d) dass der Magnetsensor (6) in dem Langloch (9) bezüglich der Umfangsrichtung optional mittig angeordnet ist, so dass der Magnetsensor (6) in Umfangsrichtung beidseitig von dem Langloch (9) umgeben ist, e) dass der Magnetsensor (6) den Ringraum (9) in radialer Richtung optional nicht vollständig ausfüllt, sondern radial innen einen Freiraum (10) lässt.
8. Rotationszerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Ringraum (9) mindestens teilweise mit einem elektrisch isolierenden Material gefüllt ist, b) dass das elektrisch isolierende Material in dem Ringraum (9) vorzugsweise Kunststoff ist, c) dass das elektrisch isolierende Material in dem Ringraum (9) vorzugsweise einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, der größer ist als 103 Q-mm2/m, 104 -mm2/m, 105 Q-mm2/m, 106 -mm2/m, 107 -mm2/m, 108 -mm2/m. 109 -mm2/m oder IO10 -mm2/m.
9. Rotationszerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Blechpaket (12) mit zahlreichen Blechen (13) zur Verringerung von Wirbelstromverlusten, die durch die umlaufenden Polwechsel des Magnetfelds (£?) des rotierenden Magneten (5, 11) entstehen.
10. Rotationszerstäuber (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Magnetsensor (6) mindestens teilweise in dem Blechpaket (12) angeordnet ist, und/oder b) dass der Magnetsensor (6) in einer Axialbohrung (15) in dem Blechpaket (12) angeordnet ist.
11. Rotationszerstäuber (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, a) dass die einzelnen Bleche (13) des Blechpakets (12) jeweils plan sind und jeweils in einer Ebene liegen, die die Rotationsachse (3) enthält, und/oder b) dass die einzelnen Bleche (13) bezüglich der Rotationsachse (3) über den Umfang verteilt angeordnet sind, und/oder c) dass das Blechpaket (12) ringförmig und koaxial zu der Rotationsachse (3) des Rotors (2, 5, 11) angeordnet ist, und/oder d) dass zumindest einige der Bleche (13) des Blechpakets (12) geschlitzt sind, und/oder e) dass die Bleche (13) aus einem Mu-Metall bestehen, und/oder f) dass die benachbarten Bleche (13) des Blechpakets (12) jeweils durch einen Luftspalt (14) getrennt sind, und/oder g) dass das Blechpaket (12) vorzugsweise innerhalb der Detektionsreichweite (8) um den Magneten (5, 11) angeordnet ist.
12. Rotationszerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das von dem rotierenden Magneten (5, 11) als Nutzsignal erzeugte Magnetfeld (B) am Ort des Magnetsensors (6) eine erste maximale magnetische Feldstärke aufweist, b) dass das von den Induktionsströmen als Störsignal erzeugte Gegenmagnetfeld am Ort des Magnetsensors (6) eine zweite maximale magnetische Feldstärke aufweist, und c) dass die zweite maximale magnetische Feldstärke des Störsignals am Ort des Magnetsensors (6) höchstens 30%, 20%, 10%, 5% oder 2% der ersten maximalen magnetischen Feldstärke des Nutzsignals beträgt.
13. Rotationszerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetsensor (6) langgestreckt ist und mit seiner Längsachse parallel zu der Rotationsachse (3) des Rotors ausgerichtet ist.
14. Rotationszerstäuber (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Magnetsensor (6) in axialer Richtung proximal vor der Magnetscheibe (5) angeordnet ist und von der Magnetscheibe (5) in axialer Richtung durch den Luftspalt (7) getrennt ist, und/oder b) dass das Magnetfeld (B) in dem Luftspalt (7) im Wesentlichen axial verläuft, und/oder c) dass der Magnetsensor (6) zumindest teilweise innerhalb des maximalen Durchmessers der Magnetscheibe (5) angeordnet ist.
15. Rotationszerstäuber (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Magnetsensor (6) in axialer Richtung zumindest teilweise mit der Magnetscheibe (5) überlappt, und/oder b) dass der Magnetsensor (6) radial außerhalb der Magnetscheibe (5) angeordnet ist und durch den ringförmig umlaufenden Luftspalt (7) in radialer Richtung von der Magnetscheibe (5) getrennt ist, und/oder c) dass das Magnetfeld (B) in dem Luftspalt (7) Wesentlichen radial verläuft, und/oder d) dass die Magnetscheibe (6) an ihrem Umfang magnetisiert ist.
16. Rotationszerstäuber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetsensor (6) langgestreckt ist und mit seiner Längsachse radial ausgerichtet ist in Bezug auf die Rotationsachse (3) des Rotors.
17. Rotationszerstäuber (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass a) dass der Magnetsensor (6) am Umfang der Magnetscheibe (5) radial außerhalb der Magnetscheibe (5) und in axialer Überdeckung mit der Magnetscheibe (5) angeordnet ist und durch den ringförmig umlaufenden Luftspalt (7) in radialer Richtung von der Magnetscheibe (5) getrennt ist, und/oder b) dass das Magnetfeld (B) in dem Luftspalt (7) Wesentlichen radial verläuft, und/oder c) dass die Magnetscheibe (6) an ihrem Umfang magnetisiert ist.
18. Rotationszerstäuber (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass a) dass der Magnetsensor (6) in axialer Richtung proximal vor der Magnetscheibe (5) angeordnet ist und von der Magnetscheibe (5) in axialer Richtung durch den Luftspalt (7) getrennt ist, und/oder b) dass das Magnetfeld (B) in dem Luftspalt (7) Wesentlichen axial verläuft.
19. Rotationszerstäuber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Magnetsensor (6) ein Wiegand-Sensor ist (6), und/oder b) dass der Rotor (2, 5, 11) den Magnetsensor (6) als getrenntes Bauteil aufweist, das drehfest mit dem Rotor (2, 5, 11) verbunden ist, und/oder c) dass der Rotor (2, 5, 11) eine Zerstäuberwelle (2) aufweist, die an ihrem distalen Ende eine Montagemöglichkeit für einen Glockenteller aufweist, insbesondere in Form eines Schraubgewindes zum Aufschrauben des Glockentellers auf die Zerstäuberwelle, und/oder d) dass der Rotationszerstäuber (1) eine Druckluftturbine aufweist, um den Rotor (2, 5, 11) anzutreiben, und/oder e) dass der rotierende Magnet (5, 11) über seinen Umfang abwechselnd mehrere Paare von magnetischen Nordpolen (N) und magnetischen Südpolen (S) aufweist, insbesondere mehr als zwei, drei oder vier Paare, und/oder f) dass die Detektionsreichweite (8) um den Magneten (5, 11) entlang der Rotationsachse (3) eine axiale Ausdehnung aufweist, die höchstens 5 cm, 3 cm, 2 cm, 1 cm und/oder mindestens 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm oder 5 mm beträgt, und/oder g) dass die Detektionsreichweite (8) um den Magneten (5, 11) in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse (3) eine radiale Ausdehnung aufweist, die höchstens 3 cm, 2 cm, 1 cm, 5 mm und/oder mindestens 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm oder 5 mm beträgt, und/oder h) dass die Verteilung der magnetischen Pole (N, S) über den Umfang des Rotors (2, 5, 11) nicht drehsymmetrisch ist, um sowohl Drehzahl als auch Drehrichtung des Rotors (2, 5, 11) erfassen zu können, und/oder i) dass der Magnetsensor (6) die Drehzahl nur innerhalb der Detektionsreichweite (8) erfassen kann, nicht dagegen außerhalb der Detektionsreichweite (8).
20. Verwendung eines Rotationszerstäubers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Zerstäuben von flüssigem oder pulverförmigem Lack, insbesondere bei der Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen.
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