Title:
Beschichtungsmittelpumpe
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsmittelpumpe (1) zur Förderung eines Beschichtungsmittels in einer Beschichtungsanlage, insbesondere zum Fördern von Lack in einer Lackieranlage, mit einem elektrischen Antriebsmotor (3) zum Antrieb der Beschichtungsmittelpumpe (1), so dass die Beschichtungsmittelpumpe (1) ihre Pumpenstellung im Betrieb kontinuierlich ändert. Die Erfindung sieht ein Wegmesssystem (5) vor zum quantitativen Erfassen der Pumpenstellung der Beschichtungsmittelpumpe (1).





Inventors:
Kaufmann, Robin (75365, Calw, DE)
Carls, Alexander (71083, Herrenberg, DE)
Application Number:
DE102016005945A
Publication Date:
11/23/2017
Filing Date:
05/17/2016
Assignee:
Dürr Systems AG, 70435 (DE)
International Classes:
B05B9/043; B05B9/04; B05B12/00
Domestic Patent References:
DE4130295A1N/A
DE60210287T2N/A
Foreign References:
79386322011-05-10
WO2008138848A2
Attorney, Agent or Firm:
v. Bezold & Partner Patentanwälte - PartG mbB, 80799, München, DE
Claims:
1. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) zur Förderung eines Beschichtungsmittels in einer Beschichtungsanlage, insbesondere zum Fördern von Lack in einer Lackieranlage, mit
a) einem elektrischen Antriebsmotor (3; 14) zum Antrieb der Beschichtungsmittelpumpe (1; 8), so dass die Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) ihre Pumpenstellung im Betrieb kontinuierlich ändert,
gekennzeichnet durch
b) ein Wegmesssystem (5) zum quantitativen Erfassen der Pumpenstellung der Beschichtungsmittelpumpe (1; 8).

2. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Wegmesssystem (5) in die Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) integriert ist, oder
b) dass das Wegmesssystem (5) von der Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) getrennt ist.

3. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Wegmesssystem (5) einen Absolutwert der Pumpenstellung ermittelt im Gegensatz zu einem inkrementellen Wert, oder
b) dass das Wegmesssystem (5) einen inkrementellen Wert der Pumpenstellung ermittelt im Gegensatz zu einem Absolutwert.

4. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass Antriebsmotor (3; 14) ein Synchronmotor oder ein Asynchronmotor ist, und/oder
b) dass der Antriebsmotor (14) ein Servomotor ist, der als Bestandteil des Wegmesssystems (5) einen integrierten Positionssensor aufweist, um die Stellung des Antriebsmotors (3; 14) und damit auch die Pumpenstellung zu ermitteln, oder
c) dass eine Position eines Schlittens gemessen wird, der angetrieben wird.

5. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Wegmesssystem (5) mittels einer Kraft- oder Drehmomentmesseinrichtung die mechanische Belastung des Antriebsmotors (3; 14) durch die Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) ermittelt, und
b) dass das Wegmesssystem (5) aus der mechanischen Belastung des Antriebsmotors (3; 14) die Pumpenstellung ableitet, insbesondere aufgrund der Pulsation am Umkehrpunkt der Kolben.

6. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Wegmesssystem (5) mittels einer Kraft- oder Drehmomentmesseinrichtung, insbesondere mittels eines Antriebsreglers, eine elektrische Betriebsgröße des elektrischen Antriebsmotors (3; 14) misst, insbesondere einen Betriebsstrom, und
b) dass das Wegmesssystem (5) aus der gemessenen elektrischen Betriebsgröße die mechanische Belastung des Antriebsmotors (3; 14) durch die Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) ableitet.

7. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass das die Kraft- oder Drehmomentmesseinrichtung einen Drehmomentaufnehmer aufweist, der ein Drehmoment misst, das an einer Antriebswelle des Antriebsmotors (3; 14) wirkt, und/oder
b) dass der Drehmomentaufnehmer einen Dehnungsmesstreifen aufweist, der an der Antriebswelle des Antriebsmotors (3; 14) oder an einem Kolben (19) der Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) angebracht ist.

8. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) bezogen auf ein Hubraum der Kolbenpumpe von 1600 cm3 eine absolute Dosierungenauigkeit von weniger als 50 ml, 25 ml, 10 ml, 5 ml, 2 ml oder 1 ml aufweist, und/oder
b) dass die Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) eine Kolbenpumpe mit einem bestimmten Hubvolumen ist, wobei die Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) bezogen auf das Hubvolumen eine relative Dosierungenauigkeit von weniger als 5‰, 2‰, 1‰, oder 0,75‰ aufweist.

9. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass eine Steuereinheit (4) vorgesehen ist, die eingangsseitig mit dem Wegmesssystem (5) und ausgangsseitig mit dem elektrischen Antriebsmotor (3; 14) verbunden ist, und
b) dass die Steuereinheit (4) den elektrischen Antriebsmotor (3; 14) in Abhängigkeit von der von dem Wegmesssystem (5) ermittelten Pumpenstellung ansteuert.

10. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) eine Kolbenpumpe ist mit mindestens einem Kolben (19), der in einem Zylinder verschiebbar ist und von dem Antriebsmotor (3; 14) angetrieben wird.

11. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach Anspruch 9 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) den Antriebsmotor (3; 14) zur Verringerung von Pulsationen des Förderstroms so ansteuert, dass der Kolben sich beim Durchlaufen seiner Umkehrbereiche schneller bewegt als zwischen den Umkehrbereichen.

12. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass eine Druckmesseinrichtung (6) vorgesehen ist, um den Beschichtungsmitteldruck am Ausgang der Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) zu messen, und
b) dass die Druckmesseinrichtung (6) die mechanische Belastung ermittelt, die von der Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) auf den Antriebsmotor (3; 14) wirkt, insbesondere durch eine Auswertung einer elektrischen Betriebsgröße des elektrische Antriebsmotors (3; 14), und
c) dass die Druckmesseinrichtung (6) aus der mechanischen Belastung des Antriebsmotors (3; 14) den Beschichtungsmitteldruck ableitet.

13. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass ein Überwachungssystem (7) vorgesehen ist, um eine Fehlfunktion oder einen Verschleiß der Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) zu erkennen, und
b) dass das Überwachungssystem (7) Beziehungen zwischen Messgrößen der Pumpenstellung, des Beschichtungsmitteldrucks, der mechanische Belastung des Antriebsmotors (3; 14) und/oder der Förderleistung der Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) ermittelt, und
c) dass das Überwachungssystem (7) bei einer zeitlichen Änderung der Beziehungen zwischen den Messgrößen ein Warnsignal erzeugt.

14. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass ein Druckbegrenzer vorgesehen ist zur Begrenzung des Drucks am Ausgang der Beschichtungsmittelpumpe (1; 8), und
b) dass der Druckbegrenzer eine elektrische Betriebsgröße der Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) begrenzt, um eine Drucküberschreitung zu verhindern.

15. Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) eine Doppelkolbenpumpe ist mit zwei gegenläufigen Kolben (19), die in jeweils einem Zylinder verschiebbar sind, und/oder
b) dass die Kolben (19) horizontal verschiebbar sind und der Antriebsmotor (3; 14) eine senkrechte Antriebswelle zwischen den beiden Kolben (19) aufweist, und/oder
c) dass der Antriebsmotor (3; 14) die beiden Kolben (19) über eine drehbare Kurvenscheibe (17) antreibt,
und/oder
d) dass zwischen dem Antriebsmotor (3; 14) und der Kurvenscheibe (17) ein Planetengetriebe angeordnet ist,
und/oder
e) dass der Antriebsmotor (3; 14) und/oder Elektronikkomponenten (13) in einem explosionsgeschützten Gehäuse (10) untergebracht sind.

16. Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Bauteilen, insbesondere Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen, mit
a) mindestens einem Applikator zur Applikation des Beschichtungsmittels auf die Bauteile,
b) einem Beschichtungsmittelbehälter zur Bereitstellung des zu applizierenden Beschichtungsmittels,
c) einer Beschichtungsmittelpumpe (1; 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Förderung des Beschichtungsmittels aus dem Beschichtungsmittelbehälter zu dem Applikator,
d) vorzugsweise einer Rückführleitung zur Rückführung von überschüssigem Beschichtungsmittel in den Beschichtungsmittelbehälter.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsmittelpumpe zur Förderung eines Beschichtungsmittels in einer Beschichtungsanlage, insbesondere zum Fördern von Lack oder Dickstoffen in einer Lackieranlage.

In modernen Lackieranlagen zur Lackierung von Bauteilen (z. B. Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen) werden zur Förderung des zu lackierenden Lacks in der Regel Kolbenpumpen eingesetzt, die pneumatisch oder elektromotorisch angetrieben werden, wobei eine elektromotorisch angetriebene Doppelkolbenpumpe zur Lackförderung beispielsweise aus US 7 938 632 B2 bekannt ist. Als Antriebsmotor werden hierbei üblicherweise Asynchronmotoren eingesetzt.

Die bekannten Lackpumpen haben jedoch verschiedene Nachteile, die nachfolgend kurz erläutert werden.

So haben die eingangs kurz erwähnten druckluftbetriebenen Kolbenpumpen einen hohen Energieverbrauch, was mit entsprechend hohen Betriebskosten verbunden ist.

Auch bei elektromotorisch angetriebenen Kolbenpumpen mit Asynchronmotoren als Antriebsmotoren ist der Energieverbrauch relativ hoch, was insbesondere im unteren Drehzahlbereich gilt. Darüber hinaus können die Drehzahlen von Asynchronmotoren nicht beliebig klein sein, da es sonst zur Überhitzung durch hohe Anlaufströme kommt.

Weiterhin zeigt der geförderte Lackstrom bei derartigen Kolbenpumpen eine relativ hohe Pulsation, da die Pulsation des geförderten Lackstroms von der Güte des mechanischen Umlenksystems oder von der Geschwindigkeit der Drehrichtungsumkehr des Antriebsmotors bestimmt wird.

Darüber hinaus sind bei den bekannten elektromotorisch angetriebenen Kolbenpumpen weitere Mess- und Sicherheitseinrichtungen erforderlich, um Überdrucksituationen zu vermeiden. Hierzu müssen stromabwärts hinter der Kolbenpumpe in der Regel ein Drucksensor und/oder ein Überdruckschalter angeordnet sein.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Kolbenpumpen besteht darin, dass zur Konstanthaltung des Lackdrucks im Leitungssystem weitere Messeinrichtungen (z. B. Drucksensoren) erforderlich sind mit Hilfe derer ein Regelkreis aufgebaut werden kann.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass zur Verwendung als Dosierpumpe in der Regel nur Kolbenpumpen mit einem kleinen Hubvolumen geeignet sind, wohingegen Kolbenpumpen mit einem großen Hubvolumen nicht die erforderliche Dosiergenauigkeit haben.

Schließlich wäre es wünschenswert, bei derartigen Kolbenpumpen rechtzeitig einen Pumpendefekt zu erkennen, der beispielsweise verschleißbedingt sein kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend verbesserte Beschichtungsmittelpumpe zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Beschichtungsmittelpumpe gemäß dem Hauptanspruch gelöst.

Die erfindungsgemäße Beschichtungsmittelpumpe umfasst zunächst in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik einen elektrischen Antriebsmotor zum Antrieb der Beschichtungsmittelpumpe. Hierbei ist zu erwähnen, dass die Beschichtungsmittelpumpe im Betrieb laufend ihre Pumpenstellung ändert. Bei einer technischen Realisierung als Kolbenpumpe bedeutet dies, dass sich die Kolbenstellung der Kolbenpumpe im Betrieb kontinuierlich ändert, da der oder die Kolben oszillierend hin- und hergeht.

Die erfindungsgemäße Beschichtungsmittelpumpe zeichnet sich durch ein Wegmesssystem und optional ein Drehmoment- oder Kraftmesssystem aus, das es ermöglicht, die aktuelle Pumpenstellung der Beschichtungsmittelpumpe quantitativ zu erfassen und einer Kraft auf den Kolben bzw. einem Drehmoment auf die Welle zuzuordnen. Bei einer Kolbenpumpe wird also von dem Wegmesssystem die Kolbenstellung(-en) erfasst.

Hierbei ist zu erwähnen, dass ein Unterschied besteht zwischen der erfindungsgemäßen quantitativen Bestimmung der Pumpenstellung einerseits und der bekannten qualitativen Bestimmung der Pumpenstellung andererseits. So ist es beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannt, bei einer Kolbenpumpe die Endanschlagpunkte der Kolbenbewegung durch magnetisch betätigte Reed-Schalter zu erfassen. Hierbei wird jedoch nur qualitativ ermittelt, ob die Endanschlagspunkt der Kolbenbewegung erreicht ist oder nicht.

Die erfindungsgemäße quantitative Erfassung der Pumpenstellung bietet verschiedene Vorteile, die später noch eingehend erläutert werden.

Beispielsweise kann das Wegmesssystem in die Beschichtungsmittelpumpe integriert sein. Hierzu kann der elektrische Antriebsmotor beispielsweise als Servomotor ausgebildet sein, der als Bestandteil des Wegmesssystems einen integrierten Positionssensor aufweist, um die Stellung des Antriebsmotors und damit auch die Pumpenstellung zu ermitteln. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass ein separater Drehwertgeber vorgesehen ist, der mit dem Antriebsmotor verbunden ist und damit die Winkelstellung der Antriebswelle und damit auch die Pumpenstellung erfasst.

Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass das Wegmesssystem baulich von der Beschichtungsmittelpumpe getrennt ist.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass das Wegmesssystem vorzugsweise einen Absolutwert der Pumpenstellung ermittelt im Gegensatz zu einem inkrementellen Wert der Pumpenstellung.

Ein solches Wegmesssystem mit einem Absolutwert als Ausgangssignal ist vorzugsweise in der Lage, alle Stellungen des Umlenksystems zwischen Antriebsmotor und Kolben innerhalb einer Umdrehung der entsprechenden Umdrehung des Antriebsmotors zuzuordnen oder die Position der mit den Kolben verbundenen Schlitten auf den Schienen zu messen. Die initiale Zuordnung kann entweder durch entsprechende Vorgabe des Benutzers über ein Eingabesystem erfolgen oder wie im Falle der Verwendung von inkrementellen Wegmesssystemen über sogenannte Lernfahrten. Dabei wird über einige Umdrehungen hinweg Lack bei niedriger und konstanter Drehzahl (aus Sicherheitsgründen) gefördert. Hierbei kommt es in den Umkehrpunkten der Kolben zu Druckschwankungen auf der Leitung, wodurch sich auch die auf die Kolben wirkenden Kräfte verändern. Diese Kräfteveränderung breitet sich über das Umlenksystem auf die Welle des Antriebsmotors aus. Durch das Wegmesssystem (Kraftmesssystem oder Drehmomentmesssystem) wird die Kraftveränderung gemessen. Damit wird die Zuordnung eines Wegpunkts zum Punkt der Pulsation und damit zum Umkehrpunkt des Kolbens ermöglicht. Ist der Umkehrpunkt bekannt, so sind wiederrum alle weiteren Stellungen des Umlenksystems und damit auch des Kolbens bekannt, da das Verhältnis aus Winkel des Umlenksystems und Position des Wegmesssystems bei der Auslegung bestimmt wird. Das Drehmoment kann hierbei wahlweise über eine Strommessung innerhalb des Antriebsmotors oder über Drehmomentwellen an der Welle des Antriebsmotors oder über Dehnmessstreifen erfolgen. Alternativ kann eine Kraftmessung durch Dehnmessstreifen an dem bzw. den Kolben erfolgen.

Hierbei ist zu erwähnen, dass das Drehmoment-/Kraftmesssystem hängt nicht zwangsläufig mit dem Wegmesssystem zusammenhängt. Ein Encoder dient z. B. zum Messen der Position, die Stromerfassung dient dagegen zur Berechnung des Drehmoments.

Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass das Wegmesssystem lediglich einen inkrementellen Wert der Pumpenstellung bzw. der Winkelstellung der Antriebswelle des Antriebsmotors ermittelt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei dem Antriebsmotor um einen Synchronmotor. Es ist jedoch zu erwähnen, dass die Erfindung grundsätzlich auch mit anderen Typen von Elektromotoren realisierbar ist, so dass der Schutzbereich nicht auf eine Beschichtungsmittelpumpe mit einem Synchronmotor als Antriebsmotor beschränkt ist.

Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass das Wegmesssystem die Pumpenstellung der Beschichtungsmittelpumpe quantitativ erfasst. Die Erfindung berücksichtigt hierzu die technischphysikalische Erkenntnis, dass die mechanische Belastung des Antriebsmotors während eines Pumpenzyklus entsprechend zyklisch schwankt. So treten beispielsweise bei einer Kolbenpumpe in den Umkehrpunkten (Totpunkten) der Kolben Druckschwankungen auf, die mit einer entsprechenden Schwankung der mechanischen Belastung des Antriebsmotors verbunden sind. Die Umkehrpunkte des Kolbens lassen sich deshalb durch eine Überwachung der mechanischen Belastung des Antriebsmotors erkennen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung leitet das Wegmesssystem die Pumpenstellung deshalb aus der mechanischen Belastung des Antriebsmotors ab.

Die mechanische Belastung des Antriebsmotors kann im Rahmen der Erfindung auf verschiedene Arten ermittelt werden.

Beispielsweise kann das Wegmesssystem mittels eines Antriebsreglers eine oder mehrere elektrische Betriebsgrößen (z. B. Betriebsstrom) des elektrischen Antriebsmotors messen und daraus die mechanische Belastung ableiten. So lässt sich das Antriebsmoment eines Elektromotors in der Regel aus dem Betriebsstrom berechnen.

Eine andere Möglichkeit zur Bestimmung der mechanischen Belastung des Antriebsmotors besteht darin, einen zusätzlichen Drehmomentaufnehmer vorzusehen, der das Drehmoment misst, das an der Antriebswelle des Antriebsmotors wirkt. Beispielsweise kann ein solcher Drehmomentaufnehmer einen Dehnungsmessstreifen (DMS) sein, der an der Antriebswelle des Antriebsmotors oder an einem Kolben der Beschichtungsmittelpumpe angebracht ist, wobei der Dehnungsmessstreifen am Kolben nicht das Drehmoment misst, sondern die Kraft auf den Kolben.

Die beiden vorstehend genannten Arten der Bestimmung der mechanischen Belastung des Antriebsmotors können allein oder in Kombination miteinander eingesetzt werden. Darüber hinaus können im Rahmen der Erfindung auch andere Verfahren eingesetzt werden, um die mechanische Belastung des Antriebsmotors der Beschichtungsmittelpumpe zu ermitteln.

Das erfindungsgemäße Wegmesssystem ermöglicht eine genaue Zuordnung von Kolbenposition zu Motorposition, was eine sehr hohe Dosiergenauigkeit erlaubt. So kann die Dosierungenauigkeit bei einem Hubvolumen der Kolben von 1600 cm3 beispielsweise kleiner als 1 ml sein. Die relative Dosierungenauigkeit kann also kleiner sein als 5‰, 2‰, 1‰ oder 0,75‰, bezogen auf das Hubvolumen der Kolbenpumpe.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass die erfindungsgemäße Beschichtungsmittelpumpe vorzugsweise eine Steuereinheit aufweist, die eingangsseitig mit dem Wegmesssystem und ausgangsseitig mit dem elektrischen Antriebsmotor verbunden ist. Ausgangsseitig steuert die Steuereinheit den elektrischen Antriebsmotor an. Eingangsseitig erhält die Steuereinheit von dem Wegmesssystem den aktuellen Wert der Pumpenstellung, was eine extrem genaue Dosierung des Beschichtungsmittels ermöglicht.

Die Rückmeldung der aktuellen Pumpenstellung ermöglicht es bei einer Kolbenpumpe auch, dass die Kolbengeschwindigkeit gezielt variiert wird, um die störende Pulsation des geförderten Lackstroms zu verringern. Die Steuereinheit steuert den Antriebsmotors deshalb vorzugsweise so, dass sich der Kolben beim Durchlaufen seiner Umkehrpunkte schneller bewegt als zwischen den Umkehrpunkten. Dadurch kann die störende Pulsation der Beschichtungsmittelpumpe im Vergleich zu einer Kolbenbewegung mit konstanter Geschwindigkeit um einen Faktor 7 verringert werden. Dies ermöglicht oftmals einen Verzicht der ansonsten erforderlichen Pulsationsdämpfer im Fluidkreis.

Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Beschichtungsmittelpumpe vorzugsweise eine Druckmesseinrichtung auf, um den Beschichtungsmitteldruck am Ausgang der Beschichtungsmittelpumpe zu messen. Hierzu ermittelt die Druckmesseinrichtung zunächst die mechanische Belastung, die von der Beschichtungsmittelpumpe auf den Antriebsmotor wirkt. Insbesondere kann die Druckmesseinrichtung hierzu eine elektrische Betriebsgröße (z. B. Betriebsstrom) des elektrischen Antriebsmotors auswerten. Aus der so ermittelten mechanischen Belastung des Antriebsmotors kann die Druckmesseinrichtung dann den Beschichtungsmitteldruck ableiten. Diese Druckmessung kann unter Umständen einen Verzicht auf zusätzliche Drucksensoren ermöglichen. Drüber hinaus können auf diese Weise Druckschwankungen schneller ausgeglichen werden, die beispielsweise entstehen, wenn Beschichtungsmittel an Entnahmestelle plötzlich entnommen wird. Die Messung des Beschichtungsmitteldrucks durch eine Messung der elektrischen Betriebsgrößen an dem Antriebsmotor ist auch deutlich schneller als die Erfassung externer Sensorsignale über Analog- oder Digitalwandler, was eine schnellere Reaktion ermöglicht.

Ferner umfasst die erfindungsgemäße Beschichtungsmittelpumpe vorzugsweise ein Überwachungssystem, um eine Fehlfunktion oder einen Verschleiß der Beschichtungsmittelpumpe zu erkennen. So stehen die verschiedenen Messgrößen, wie beispielsweise Beschichtungsmitteldruck, Förderleistung und Drehmoment des Antriebsmotors, üblicherweise in einer bestimmten Beziehung zueinander. Falls die tatsächlichen Messwerte von Beschichtungsmitteldruck, Förderleistung und Drehmoment nun von dieser vorgegebenen Beziehung abweichen, so kann dies auf eine Fehlfunktion oder einen Verschleiß des Systems hindeuten. Das Überwachungssystem ermittelt deshalb im Betrieb die Beziehungen zwischen Messgrößen der Pumpenstellen, des Beschichtungsmitteldrucks, der mechanischen Belastung des Antriebsmotors und/oder der Förderleistung der Beschichtungsmittelpumpe. Bei einer zeitlichen Änderung dieser Beziehungen zwischen den einzelnen Messgrößen kann das Überwachungssystem dann ein Warnsignal ausgeben, das dann auch zu einer entsprechenden automatischen Reaktion führen kann. Beispielsweise kann dieses Warnsignal an die Steuereinheit ausgegeben werden, die dann den Pumpenbetrieb beendet.

Auch zeitlich wiederkehrende Drehmomentschwankungen können so als Informationsquelle genutzt werden, um Fehler des Systems auch schon frühzeitig zu erkennen. So können beispielsweise ungleiche Abnutzung des Umlenksystems, Späne oder Verunreinigungen auf dem Schienensystem oder beschädigte Zähne des Getriebes die Ursache für ein solches Fehlerbild sein.

Auch der Trockenlauf der Beschichtungsmittelpumpe, der zu einem sehr schnellen Verschleiß der Dichtungen der Beschichtungsmittelpumpe führt, da diese durch den Lack geschmiert werden, kann erkannt werden, wenn eine Drehzahl > 0 einem sehr niedrigen Drehmoment oder einer sehr niedrigen auf den Kolben wirkenden Kraft entgegensteht (es wird dann ”nur” Luft gepumpt, die keinen Gegendruck und damit keine Kraft erzeugt).

Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Beschichtungsmittelpumpe vorzugsweise einen Druckbegrenzer zur Begrenzung des Drucks am Ausgang der Beschichtungsmittelpumpe. Der Druckbegrenzer begrenzt hierbei vorzugsweise eine elektrische Betriebsgröße der Beschichtungsmittelpumpe, um eine Drucküberschreitung zu verhindern. Der Druckbegrenzer begrenzt den Beschichtungsmitteldruck also hierbei mittelbar, indem eine elektrische Betriebsgröße begrenzt wird. Hierbei wird das über den Betriebsstrom oder mittels Dehnungsmessstreifen (DMS) ermittelte Drehmoment begrenzt und damit durch die Beziehung zwischen Druck und Drehmoment/Kraft mittelbar der Lackdruck begrenzt.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei der Beschichtungsmittelpumpe um eine Doppelkolbenpumpe mit zwei gegenläufigen Kolben, die jeweils in einem Zylinder verschiebbar sind. Eine derartige Doppelkolbenpumpe ist beispielsweise aus US 7 938 632 B2 bekannt und muss deshalb nicht näher beschrieben werden. Vorzugsweise sind die Kolben hierbei horizontal verschiebbar, während der Antriebsmotor eine senkrecht ausgerichtete Antriebswelle aufweist, die zwischen den beiden Kolben verläuft. Der Antriebsmotor wirkt hierbei vorzugsweise über eine drehbare Kurvenscheibe auf die beiden Kolben. Weiterhin ist zu erwähnen, dass zwischen dem Antriebsmotor und der Kurvenscheibe vorzugsweise ein Planetengetriebe angeordnet ist. Der Antriebsmotor und die Elektronikkomponenten sind hierbei vorzugsweise in einem explosionsgeschützten Gehäuse untergebracht.

Schließlich beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine komplette Beschichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Beschichtungsmittelpumpe, wie vorstehend beschrieben wurde.

Die Vorteile der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

  • – Deutlich verringerte Pulsation gegenüber vergleichbaren Pumpensystemen,
  • – Hochpräzise Dosierung und hohe Förderleistung mit der gleichen Pumpe möglich,
  • – Schutz der Pumpe bzw. der Dichtungen vor Trockenlauf,
  • – Druckregelung/-überwachung ohne zusätzliche Sensorik,
  • – Hoher Wirkungsgrad und niedriger Energieverbrauch, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen (wenn ein Synchronservomotor eingesetzt wird),
  • – Präventive Defekt-/Verschleißerkennung,
  • – Überdruckbegrenzung ohne zusätzliche Sensorik, und
  • – Automatische Erkennung der Kolbenposition durch Umkehrpunkterkennung.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage,

2 eine Perspektivansicht der Beschichtungsmittelpumpe aus 1,

3 eine aufgeschnittene Perspektivansicht des Oberteils der Beschichtungsmittelpumpe aus 2, sowie

4 eine Querschnittsansicht des Unterteils der Beschichtungsmittelpumpe aus 2.

1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsmittelpumpenanordnung mit einer Doppelkolbenpumpe 1, die in einer Beschichtungsmittelleitung 2 angeordnet ist und Lack in Pfeilrichtung durch die Beschichtungsmittelleitung 2 pumpt.

Die Doppelkolbenpumpe 1 wird von einem elektrischen Antriebsmotor 3 angetrieben, wobei der Antriebsmotor 3 von einer Steuereinheit 4 elektrisch angesteuert wird. Die Steuereinheit 4 gibt hierbei elektrische Betriebsgrößen des Antriebsmotors 3 vor und definiert dadurch auch das Drehmoment, mit dem der Antriebsmotor 3 die Doppelkolbenpumpe 1 antreibt.

Hierbei ist zusätzlich ein Wegmesssystem 5 vorgesehen, das die elektrischen Betriebsgrößen des Antriebsmotors 3 laufend erfasst, um daraus die Pumpenstellung zu ermitteln. So kommt es in den Umkehrpunkten der Kolben zu Druckschwankungen, wodurch sich die auf die Kolben wirkenden Kräfte verändern. Diese Kräfteveränderung wirkt sich dann auch auf die Antriebswelle des Antriebsmotors 3 und auf die elektrischen Betriebsgrößen des Antriebsmotors 3 aus. Das Wegmesssystem 5 kann deshalb durch eine Auswertung der elektrischen Betriebsgrößen des Antriebsmotors 3 die Winkelstellung der Antriebswelle des Antriebsmotors 3 und damit auch die Pumpenstellung ermitteln.

Das Wegmesssystem 5 meldet den aktuellen Wert der Pumpenstellung dann an die Steuereinheit 4 zurück, was es der Steuereinheit 4 ermöglicht, den Antriebsmotor 3 exakt anzusteuern, was eine sehr hohe Dosiergenauigkeit erlaubt.

Darüber hinaus weist die Erfindung eine Druckmesseinrichtung 6 auf, die ebenfalls die elektrischen Betriebsgrößen des Antriebsmotors 3 überwacht, um daraus den Beschichtungsmitteldruck stromabwärts hinter der Doppelkolbenpumpe 1 abzuleiten. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, dass der Zusammenhang zwischen Drehmoment und Beschichtungsmitteldruck und damit auch der Zusammenhang zwischen den gemessenen elektrischen Betriebsgrößen und dem Beschichtungsmitteldruck im Betrieb konstant ist, wenn man von verschleißbedingten Änderungen absieht. Die Druckmesseinrichtung 6 meldet diesen Druckwert dann auch an die Steuereinheit 4 zurück, damit die Steuereinheit 4 den Druckwert bei der Ansteuerung des Antriebsmotors 3 berücksichtigen kann.

Schließlich ist noch eine Überwachungseinheit 7 vorgesehen, die eine Fehlfunktion oder einen übermäßigen Verschleiß erkennt. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die im Betrieb auftretenden Werte des Beschichtungsmitteldrucks, der Förderleistung und des Drehmoments und damit auch der elektrischen Betriebsgrößen normalerweise in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Falls nun eine Fehlfunktion auftritt oder ein übermäßiger Verschleiß, so ändert sich das Verhältnis zwischen diesen Größen im Laufe der Zeit. Die Überwachungseinheit 7 erfasst deshalb den Beschichtungsmitteldruck und die Pumpenstellung und überprüft, ob die gemessenen Wert in einem normalen Verhältnis zueinander stehen, das eine korrekte Pumpenfunktion anzeigt. Falls dies nicht der Fall sein sollte, so nimmt die Überwachungseinheit 7 eine Fehlfunktion oder einen Verschleiß an und überträgt ein Warnsignal an die Steuereinheit 4, die dann geeignete Gegenmaßnahmen einleiten kann.

Die 2 bis 4 zeigen verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Doppelkolbenpumpe 8 mit einem explosionsgeschützten Bediengerät 9, einem explosionsgeschützten Antriebsstrang 10 und einem unteren Fluidteil 11.

In dem explosionsgeschützten Antriebsstrang 10 befinden sich ein Klemmkasten 12, ein Antriebsregler 13, ein Synchronservomotor 14 mit einem integrierten Drehwinkelgeber und ein Planetengetriebe 15.

Die Winkelstellung des Synchronservomotors 14 wird hierbei also direkt durch den integrierten Drehwinkelgeber ermittelt.

An der Oberseite des Fluidteils 11 befindet sich zunächst eine Kupplung 16, die es ermöglicht, den explosionsgeschützten Antriebsstrang 10 mit einer Kurvenscheibe 17 zu verbinden. Die Kurvenscheibe 17 wirkt auf Schlitten 18 in dem Fluidteil 11, wobei die Schlitten 18 wiederum Kolben 19 antreiben. Der zu fördernde Lack wird hierbei über einen Materialeinlass 20 zugeführt und über einen Materialauslass 21 abgeleitet.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, 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 in Bezug genommenen Ansprüchen und insbesondere auch ohne die Merkmale des Hauptanspruchs.

Bezugszeichenliste

1
Doppelkolbenpumpe
2
Beschichtungsmittelleitung
3
Antriebsmotor
4
Steuereinheit
5
Wegmesssystem
6
Druckmesseinrichtung
7
Überwachungseinheit
8
Doppelkolbenpumpe
9
Explosionsgeschütztes Bediengerät
10
Explosionsgeschützter Antriebsstrang
11
Fluidteil
12
Klemmkasten
13
Antriebsregler
14
Synchronservomotor mit Drehwinkelgeber
15
Planetengetriebe
16
Kupplung
20
Materialeinlass
21
Materialauslass
17
Kurvenscheibe
18
Schlitten
19
Kolben
20
Materialeinlass
21
Materialauslass

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • US 7938632 B2 [0002, 0037]