DE102020127823A1

DE102020127823A1 - Zerstäuberanordnung zur Beschichtung einer Oberfläche sowie Auswerteeinheit für eine derartige Zerstäuberanordnung und eine Roboteranordnung

Info

Publication number: DE102020127823A1
Application number: DE102020127823.3A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Hänel
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2022-04-28

Abstract

Zerstäuberanordnung zur Beschichtung einer Oberfläche (4) mit einem elektrostatisch aufgeladenen Beschichtungsmaterial, wie zum Beispiel einem Lack, mit einem Zerstäubergehäuse (14), in dem ein Sprühorgan (16), eine Lenkluft- oder Hornluftanordnung (24), ein Beschichtungsmaterialanschluss (20) und ein Zerstäuberluftanschluss vorgesehen sind, wobei das Zerstäubergehäuse (14) ein Anschlussorgan (36) für ein Handhabungselement und eine Zerstäuberöffnung (26) für das zu zerstäubende Beschichtungsmaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Zerstäuberöffnung (26) mindestens ein elektromagnetisches Sensororgan (32) zur Ermittlung einer Position eines Zerstäubungsstrahls (28) des Beschichtungsmaterials vorgesehen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Auswerteeinheit für eine derartige Zerstäuberanordnung (12) sowie eine Roboteranordnung mit einer Antriebs- und Steuereinrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zerstäuberanordnung zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem elektrostatisch aufgeladenen Beschichtungsmaterial, wie zum Beispiel einem Lack, mit einem Zerstäubergehäuse, in dem ein Sprühorgan, eine Lenkluft- oder Hornluftanordnung, ein Beschichtungsmaterialanschluss und ein Zerstäuberluftanschluss vorgesehen sind, wobei das Zerstäubergehäuse ein Anschlussorgan für ein Handhabungselement und eine Zerstäubungsöffnung für das zu zerstäubende Beshichtungsmaterial aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Auswerteeinheit für eine derartige Zerstäuberanordnung sowie eine Roboteranordnung mit einer Antriebs- und Steuereinrichtung.
Derartige Zerstäuberanordnungen werden insbesondere in Verbindung mit automatisierten Fertigungen und dabei insbesondere angeordnet an mehrachsigen Roboteranordnungen zur Spritzlackierung von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Hierbei wird eine Zerstäuberanordnung eingesetzt, bei der das zu zerstäubende Beschichtungsmaterial, wie zum Beispiel Lack, aus einer Zerstäuberöffnung in Richtung des Kraftfahrzeuges gespritzt beziehungsweise zerstäubt wird. Um den Lackverlust zu mindern, wird das sogenannte Elektrospritzlackieren eingesetzt, bei dem das Beschichtungsmaterial durch eine Ionisierungsvorrichtung elektrostatisch aufgeladen wird und in Richtung eines geerdeten Kraftfahrzeuges gespritzt beziehungsweise zerstäubt wird. Eine derartige Zerstäuberanordnung ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2015 213 732 A1 bekannt. Durch ein derartiges Elektrospritzlackieren wird zwar der Lackverlust minimiert, jedoch verhindert eine derartige Zerstäuberanordnung nicht das eine Düsenöffnung bzw. die Zerstäuberöffnung verdrecken oder auch verstopfen kann. Dies führt dazu, dass das Beschichtungsmaterial tropft oder spritzt und auf diese Weise nicht an einer gewünschten Position aufgetragen wird. Zudem kann es zu Verklumpungen des Beschichtungsmaterials auf dem Fahrzeug kommen. Bisher wird eine derartige Verstopfung der Düsenöffnung bzw. der Zerstäuberöffnung auf Grund der vorgenannten fehlerhaften Beschichtungen bemerkt, um nachfolgend die Zerstäuberöffnung zu reinigen. Im Extremfall muss das beschichtete Fahrzeug noch einmal komplett überarbeitet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die oben genannten Nachteile auf einfache und kostengünstige Art und Weise zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, das im Bereich der Zerstäuberöffnung mindestens ein elektromagnetisches Sensororgan zur Ermittlung einer Position eines Zerstäubungsstrahls des Beschichtungsmaterials vorgesehen ist. Hierdurch ist es möglich, schon kleinste Abweichungen in einer Austrittsform des Zerstäubungsstrahls aus der Zerstäuberöffnung zu detektieren und folglich auszuwerten, um Gegenmaßnahmen ergreifen zu können, bevor die Düsenöffnung bzw. Zerstäuberöffnung derart verstopft wird, dass es zu einem fehlerhaften Auftrag des Beschichtungsmaterials kommt.
Als sekundärer Stand der Technik kann in diesem Zusammenhang die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2016 014 951 A1 genannt werden, die eine herkömmliche Beschichtungseinrichtung offenbart, bei der der Zustand einer Zerstäuberöffnung durch eine Sensoranordnung optisch überwacht wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das elektromagnetische Sensororgan als Hallsensor ausgeführt.
Dadurch das mehrere elektromagnetische Sensororgane in Ringform am Zerstäubergehäuse angeordnet sind, ist es möglich, Abweichungen des Zerstäubungsstrahls sehr genau zu erfassen. Auch symmetrische Abweichungen des Zerstäubungsstrahls, beispielsweise dadurch, dass der Strahldurchmesser in alle Richtungen erweitert wird, können auf diese Art und Weise detektiert werden. Dadurch dass die elektromagnetischen Sensororgane in einem Ringelement, das am Zerstäubergehäuse auszurichten ist, angeordnet sind, ist eine besonders einfache Ausrichtung und Montage der Sensororgane möglich.
In einer besonders kompakten Ausführungsform ist eine Ionisierungsvorrichtung zur elektrostatischen Aufladung des Beschichtungsmaterials im Zerstäubergehäuse integriert.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Auswerteeinheit für eine derartige Zerstäuberanordnung, bei der jeweils ein Ausgang eines elektromagnetischen Sensors mit jeweils einem Eingang eines Komparators verbunden ist, der wiederrum über einen I/O-Expander mit einem Mikrocontroller steuerungstechnisch verbunden ist. Alternativ kann jeweils ein Ausgang eines elektromagnetischen Sensors über eine Messbrücke mit einem Mikrocontroller steuerungstechnisch verbunden sein. Hierbei kann in vorteilhafter Weise die Messbrücke eine Stromquelle, ein Spannungsfolger, ein Butterworthfilter und einen AD-Konverter aufweisen.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Roboteranordnung mit mindestens einer Antriebs- und Steuereinrichtung, wobei mindestens eine derartige Auswerteeinheit vorgesehen ist, sowie mindestens einen Roboterarm, der eine vorgenannte Zerstäuberanordnung aufweist.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:

1 eine perspektivische Darstellung von drei Roboteranordnungen, die eine Kraftfahrzeugkarosserie lackieren,
2 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zerstäuberanordnung,
3 eine schematische Vorderansicht einer Zerstäuberöffnung gemäß der 2,
4 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung einer Auswerteeinheit, und
5 eine schematisch Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit.

1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Roboteranordnung 2 zum Beschichten einer Kraftfahrzeugkarosserie 4 mit einem Beschichtungsmaterial, im vorliegenden Fall Lack. Die Roboteranordnung 2 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Roboterarme 6, 8, 10 auf, die auf bekannte Weise über nicht weiter dargestellte Antriebs- und Steuereinrichtungen betrieben werden. Jeder Roboterarm 6, 8, 10 weist hierbei eine Zerstäuberanordnung 12 auf, die den Lack elektrostatisch auflädt und dann in Richtung der geerdeten Kraftfahrzeugkarosserie 4 zerstäubt.
2 zeigt nun in einer schematischen Schnittansicht die erfindungsgemäße Zerstäuberanordnung 12. Hierbei ist in einem Zerstäubergehäuse 14 ein Sprühorgan 16 mit einer Düsennadel 18 vorgesehen, die mit einer Düsenöffnung 19 auf bekannte Weise zusammenwirkt. Mit 20 ist ein Beschichtungsmaterialanschluss bezeichnet, durch den das Beschichtungsmaterial, hier der Lack zum Sprühorgan 16 geführt wird. Das Sprühorgan 16 ist radial umgeben von einem Zerstäuberluftkanal 22 der über ein nicht weiter dargestellten Zerstäuberluftanschluss mit Zerstäuberluft versorgt wird. Bei der vorliegenden Zerstäuberanordnung 12 handelt es sich um eine Hochrotationszerstäuberanordnung, bei der Lenkluft aus einem Lenkluftkanal 24 eingesetzt wird, wobei der Lenkluftkanal 24 wiederrum über einen nicht weiter dargestellten Lenkluftanschluss mit Lenkluft versorgt wird. Über eine Zerstäuberöffnung 26 wird der elektrostatisch aufgeladene Lack in Richtung der Kraftfahrzeugkarosserie 4 zerstäubt. Hierbei wird angemerkt, dass in einem Extremfall die Zerstäuberöffnung 26 mit der Düsenöffnung 19 zusammenfallen kann.
Die elektrostatische Aufladung des Lacks wird hier durch eine nicht weiter dargestellte Ionisierungsvorrichtung vorgenommen. Die Ionisierungsvorrichtung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Roboterarm 6 angeordnet, sie kann jedoch auch im Zerstäubergehäuse 14 vorgesehen sein. Um nun den Zerstäubungsstrahl des Lacks, hier durch Pfeile 28 gekennzeichnet, hinsichtlich seiner Position überwachen zu können, ist ein Ringelement 30 vorgesehen, in dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel 16 als Hallsensoren elektromagnetische Sensororgane 32 angeordnet sind. In der vorliegenden Schnittansicht sind von den Hallsensoren 32 lediglich fünf dargestellt. Das Ringelement 32 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel über eine Befestigungsanordnung 34 an einem Schraubgewinde 36, die Teil des Zerstäubergehäuses 14 sind, vorgesehen, wobei das Schraubgewinde 36 gleichzeitig zur Anbringung der Zerstäuberanordnung 12 am Roboterarm 6 dient. Durch diese Anordnung kann auf einfache Weise eine koaxiale Ausrichtung des Ringelementes 30 in Bezug auf das Sprühorgan 16 gewährleistet werden.
3 zeigt nun in einer Vorderansicht die Zerstäuberanordnung 12 mit geschnittenem Ringelement 30. Deutlich zu erkennen sind nun die sechzehn Hallsensoren 32, die die Zerstäuberöffnung 26 ringförmig umgeben. Im optimalen Zustand verläuft der Zerstäubungsstrahl 28 koaxial zum Ringelement 30 und damit zu den Hallsensoren 32. Dadurch das der Lack elektrostatisch aufgeladen ist, wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das durch die mit Pfeilen versehenen Kreise 38 und 40 dargestellt ist. Diese Kreise verlaufen im Optimalfall auch koaxial zur Mittelachse des Sprühorgans 16. Kommt es nun zu einer Verstopfung der Düsenöffnung 29 des Sprühorgans 16, beispielsweise durch Lackablagerungen, oder im Extremfall der Zerstäuberöffnung 26, dann wird der Zerstäuberstrahl 28 abgelenkt was im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Zerstäuberstrahl 28' sowie das schematisch dargestellte elektromagnetische Feld 38' und 40' (allesamt strichpunktiert dargestellt) gekennzeichnet ist. Diese Ablenkung kann auf bekannte Weise durch einen Hallsensor 32 erfasst werden. Es sollte deutlich sein, dass die hier dargestellte Zerstäuberanordnung 12 mit sechzehn Hallsensoren 32 lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellt. Je mehr Hallsensoren 32 verwendet werden, desto höher ist die Genauigkeit der Erfassung der Ablenkung. Es können beispielsweise auch lediglich drei Hallsensoren 32 um 120 Grad versetzt vorgesehen sein.
4 zeigt nun eine schematische Ansicht für eine erste Ausführungsform einer Auswerteeinheit 42 für eine Zerstäuberanordnung 12. Hierbei ist jeweils ein Ausgang 44 eines Hallsensors 32 mit jeweils einem Eingang 46 eines Komparators 48 verbunden. Der Komparator 48 ist wiederum auf bekannte Weise über einen I/O-Expander 50 mit einem Mikrocontroller 52 steuerungstechnisch verbunden. Der Mikrocontroller 52 wertet auf bekannte Weise die Hallsensoren 32 aus, so dass ein Hinweis oder eine Warnung an den Bediener bei einer im Voraus festgelegten Abweichung des Zerstäubungsstrahls von seiner ursprünglichen Position erfolgt.
Eine zweite Ausführungsform einer Auswerteeinheit 54 ist in schematischer Form in 5 dargestellt. Hierbei ist jedes Sensorelement 32 über eine Messbrücke 56 mit einem Mikrocontroller 58 verbunden. Die Messbrücke 56 besteht hierbei aus einer Stromquelle 60, einem Spannungsfolger 62, einem Butterworthfilter 64 sowie einem AD-Konverter 66, dessen Ausgang wieder mit dem Mikrocontroller 58 verbunden ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015213732 A1 [0002]
DE 102016014951 A1 [0005]

Claims

Zerstäuberanordnung (12) zur Beschichtung einer Oberfläche (4) mit einem elektrostatisch aufgeladenen Beschichtungsmaterial, wie zum Beispiel einem Lack, mit einem Zerstäubergehäuse (14), in dem ein Sprühorgan (16), eine Lenkluft- oder Hornluftanordnung (24), ein Beschichtungsmaterialanschluss (20) und ein Zerstäuberluftanschluss vorgesehen sind, wobei das Zerstäubergehäuse (14) ein Anschlussorgan (36) für ein Handhabungselement und eine Zerstäuberöffnung (26) für das zu zerstäubende Beschichtungsmaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Zerstäuberöffnung (26) mindestens ein elektromagnetisches Sensororgan (32) zur Ermittlung einer Position eines Zerstäubungsstrahls (28) des Beschichtungsmaterials vorgesehen ist.
Zerstäuberanordnung (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Sensororgan (32) als Hallsensor ausgeführt ist.
Zerstäuberanordnung (12) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektromagnetische Sensororgane (32) in Ringform am Zerstäubergehäuse (14) angeordnet sind.
Zerstäuberanordnung (12) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Sensororgane (32) in einem Ringelement (30), das am Zerstäubergehäuse (14) aus zu richten ist, angeordnet sind.
Zerstäuberanordnung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ionisierungsvorrichtung im Zerstäubergehäuse (14) integriert ist.
Auswerteeinheit für eine Zerstäuberanordnung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Ausgang (44) eines elektromagnetischen Sensors (32) mit jeweils einem Eingang (46) eines Komparators (48) verbunden ist, der wiederum über einen I/O-Expander (50) mit einem Mikrocontroller (52) steuerungstechnisch verbunden ist.
Auswerteeinheit für eine Zerstäuberanordnung (12) nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Ausgang (44) eines elektromagnetischen Sensors über eine Messbrücke (56) mit einem Mikrocontoller (58) steuerungstechnisch verbunden ist.
Auswerteeinheit für eine Zerstäuberanordnung (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbrücke (56) eine Stromquelle (60), einen Spannungsfolger (62), einen Butterworthfilter (64) und einen AD-Converter (66) aufweist.
Roboteranordnung mit mindestens einer Antriebs- und Steuereinrichtung, wobei mindestens eine Auswerteeinheit (42; 54) nach einem der Ansprüche 6-7 vorgesehen ist, sowie mindestens einen Roboterarm (6, 8, 10) als Handhabungselement, der eine Zerstäuberanordnung (12) nach einem der Ansprüche 1-5 aufweist.