REICHLER, Jan (Holdersteig 32, Konstanz, , 78465, DE)
ALBRECHT, Markus (Lerchenring 9, Abstatt, , 74232, DE)
REICHLER, Jan (Holdersteig 32, Konstanz, , 78465, DE)
| Patentansprüche ===============
1. Vorrichtung zum Fördern eines elektrisch leitfähigen fluiden Beschichtungsraaterials, insbesondere eines Lacks, zu einer auf hohem elektrischen Potential liegenden Applikationseinrichtung, mit
a) Antriebsmitteln (44, 46) , welche mit Massepotential verbindbar sind;
b) durch die Antriebsmittel (44, 46) antreibbaren Fördermitteln (24) , mittels welcher das Beschichtungsmaterial zu der Applikationseinrichtung (10) förderbar ist;
c) einer Kraftübertragungseinrichtung (54, 48, 80) , über welche die Antriebsmittel (44, 46) zum Antreiben der
Fördermittel (24) mit den Fördermitteln (24) gekoppelt sind;
dadurch gekennzeichnet, daß
d) eine elektrische Widerstandseinrichtung (116) vorgesehen ist, welche mit den Antriebsmitteln (44) und den Fördermitteln (24) in Kontakt steht und welche die einzige elektrisch leitende Verbindung zwischen den Fördermitteln (24) und den Antriebsmitteins (44, 46) bereitstellt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die elektrische Widerstandseinrichtung (116) ein elektrischer Widerstand von etwa 10 Gω, bevorzugt ein elektrischer Widerstand zwischen 9,4 Gω und 9,8 Gω, bereitgestellt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Kraftübertragungseinrichtung (54,
48, 80) die elektrische Widerstandseinrichtung (116) umfaßt .
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungseinrichtung (46, 48) eine
Antriebswelle (48) mit einem elektrisch nicht leitfähigen Wellenrohr (72) umfaßt, in dessen Innerem die elektrische Widerstandseinrichtung (116) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermittel (24) eine Pumpeinheit (24) mit einer Pumpenwelle (40) umfassen, welche mit der Antriebswelle (48) der Kraftübertragungseinrichtung (54, 48, 80) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Widerstandseinrichtung (116) ein elektrisches Widerstandselement (116) umfaßt, welches über einen ersten Verbindungsweg (114, 108, 98, 46) mit den Antriebsmitteln (44) und über einen zweiten Verbindungsweg (118, 66, 122) mit den Fördermitteln (24) elektronisch verbunden ist. |
Vorrichtung zum Fördern eines elektrisch leitfähigen fluiden Beschichtungsmaterials
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fördern eines elektrisch leitfähigen fluiden Beschichtungsmaterials, insbesondere eines Lacks, zu einer auf hohem elektrischen Potential liegenden Applikationseinrichtung, mit
a) Antriebsmitteln, welche mit Massepotential verbindbar sind;
b) durch die Antriebsmittel antreibbaren Fördermitteln, mittels welcher das Beschichtungsmaterial zu der Applikationseinrichtung förderbar ist;
c) einer Kraftübertragungseinrichtung, über welche die Antriebsmittel zum Antreiben der Fördermittel mit den Fördermitteln gekoppelt sind.
Derartige Vorrichtungen finden insbesondere in Form von Lackpumpen in der Oberflächentechnik, wie z. B. in der Automobilindustrie, Anwendung, um elektrisch leitfähiges Beschichtungsmaterial zu einer nach dem elektrostatischen Spritzverfahren arbeitenden Applikationseinrichtung, insbesondere einer Spritzglocke, zu fördern.
Bei elektrostatischen Spritzverfahren wird das zu versprühende Beschichtungsmaterial, insbesondere ein elektrisch leitfähiger Lack, mittels einer Hochspannungselektrode ionisiert, die über einen Hochspannungsgenerator auf ein hohes elektrisches Potential gebracht wird. Der
ionisierte Lack wird dann aufgrund elektrostatischer Kräfte auf den im allgemeinen auf annähernd Massepotential liegenden zu beschichtenden Gegenstand, z.B. eine Fahr- zeugkakarosserie, gezogen.
Bekannte Vorrichtungen der eingangs genannten Art umfassen eine über eine Antriebswelle angetriebene Pumpeinheit, wobei die Antriebswelle ihrerseits mittels einer Motor/ Getriebe-Einheit angetrieben wird. Da der Lack elektrisch leitfähig ist, liegt das hohe elektrische Potential an der Hochspannungselektrode innerhalb aller lackführender Leitungen und Kanäle an. Einige im Innern der Pumpeinheit liegende Bauteile werden im Betrieb der Applikationseinrichtung von dem auf hohem elektrischen Potential liegenden Beschichtungsmaterial umströmt, wodurch auch die Pumpeinheit auf das hohe elektrischen Potential der Hochspannungs- elektrode gebracht wird.
Der Motor und/oder das Getriebe sind üblicherweise geerdet und liegen auf annähernd Massepotential. Um einen ein
Gefahrenpotential aufweisenden Fluß hoher Ströme von der Pumpeinheit in Richtung auf die Motor/Getriebe-Einheit zu verhindern, sind die Antriebswelle und gegebenenfalls weitere zu dieser gehörende Bauteile, wie z.B. Kupplungen, aus elektrisch nicht leitendem Material hergestellt, mit dem Ziel, eine elektrische Potentialtrennung zwischen der Pumpeinheit und der Motor/Getriebe-Einheit zu gewährleisten.
Zwar ist so ein unerwünschter Stromfluß zwischen der
Pumpeinheit und dem Motor unterbunden. Ein anderes Problem ergibt sich jedoch daraus, daß es verhältnismäßig lange dauert, bis das hohe elektrische Potential, welches an der Pumpeinheit anliegt, abgebaut ist, wenn der Applika- tionsvorgang beendet ist und die Applikationseinrichtung
nicht mehr mit Hochspannung beaufschlagt wird. Dies birgt Gefahren für Personen, welche den Bereich im Umkreis der Pumpeinheit betreten müssen, beispielsweise um Wartungsarbeiten durchzuführen, falls diese Personen nicht aus- reichend lange warten, bis das hohe Potential abgebaut ist.
In der Regel benötigt bisher der Potentialabbau insbesondere an der Pumpeinheit etwas mehr als 15 Sekunden. Aus sicherheitstechnischen Gründen muß daher gewährleistet sein, daß der Zutritt einer Person zu einem Bereich in der Nähe der Applikationseinrichtung bzw. der Pumpeinheit nur dann freigegeben wird, wenn keine Gefahr mehr vorliegt und die Pumpeinheit auf annähernd Massepotential liegt. Diese Gewährleistung erfolgt mittels einer baulich recht komplexen überwachungseinrichtung, die ihrerseits einen hohen Installations- und Wartungsaufwand erfordert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher ein rascher Potentialabbau an der Vorrichtung sichergestellt ist, so daß eine zusätzliche überwachung entbehrlich ist, ob die Vorrichtung noch auf zu hohem elektrischen Potential liegt.
Diese Ausgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß
d) eine elektrische Widerstandseinrichtung vorgesehen ist, welche mit den Antriebsmitteln und den Förder- mittein in Kontakt steht und welche die einzige elektrisch leitende Verbindung zwischen den Fördermitteln und den Antriebsmitteln bereitstellt.
Durch diese Anordnung einer elektrischen Widerstandsein- richtung ist eine sonst übliche Potentialtrennung zwischen
den Fördermitteln und den Antriebsmitteln bis zu einem gewissen Grad aufgehoben. Die Fördermittel sind zwar elektrisch leitend mit den Antriebsmitteln verbunden. Von den im Betrieb der Applikationseinrichtung auf hohem elektrischen Potential liegenden Fördermitteln hin zu den auf annähernd Massepotential gehaltenen Antriebsmitteln kann Strom jedoch nur in Abhängigkeit von der Größe des elektrischen Widerstandes der elektrischen Widerstandseinrichtung fließen. Somit kann mit einem sehr großen elek- trischen Widerstand, ähnlich wie bei einer vollständigen Potentialtrennung zwischen Fördermitteln und Antriebsmitteln, im Betrieb der Applikationseinrichtung der Fluß hoher Ströme zwischen Fördermitteln und Antriebsmitteln unterbunden werden.
Gleichzeitig ermöglicht es die elektrische Widerstandseinrichtung, wenn die Hochspannungsversorgung der Applikationseinrichtung unterbrochen wird, dass das hohe elektrische Potential, auf welchem die Fördermittel liegen, relativ schnell abgebaut wird. Abhängig von der Größe des elektrischen Widerstands, den die elektrische Widerstandseinrichtung bereitstellt, kann der Potentialabbau derart schnell erfolgen und ein Zutritt eines Menschen zur Vorrichtung nach einer derart kurzen Zeit gefahrlos möglich sein, daß es aus sicherheitstechnischer Sicht vertretbar ist, auf eine aufwendige Zutrittsüberwachung zu verzichten.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn durch die elektrische Widerstandseinrichtung ein elektrischer Widerstand von etwa 10 Gω, bevorzugt ein elektrischer Widerstand zwischen 9,4 Gω und 9,8 Gω, bereitgestellt ist. Auf diese Weise fließt zwischen Fördermitteln und Antriebsmitteln im
Betrieb der Applikationseinrichtung nur ein sehr geringer Strom. Darüber hinaus erfolgt der Potentialabbau zwischen Antriebsmittel und Fördermitteln in einem Zeitraum von etwa 2 Sekunden, wenn die Hochspannungsversorgung der Applikationseinrichtung, die in der Größenordnung von 70 kV bis 80 kV bei 50 μA bis 80 μA liegt, unterbrochen wird. Um jegliche Gefahr eines Stromschlages für einen Menschen zu beseitigen, ist es dann beispielsweise ausreichend, den Zugangsweg zu den Fördermitteln mit einfachen techni- sehen Mitteln so auszugestalten, daß diese Zeit überbrückt wird.
Es ist günstig, wenn die Kraftübertragungseinrichtung die elektrische Widerstandseinrichtung umfaßt, wobei es insbesondere bevorzugt ist, daß die Kraftübertragungseinrichtung eine Antriebswelle mit einem elektrisch nicht leitfähigen Wellenrohr umfaßt, in dessen Innerem die elektrische Widerstandseinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine bisher üblicherweise schon verwendete hohle Antriebswelle aus elektrisch nicht leitfähigem
Material weiterverwendet und mit der elektrischen Widerstandseinrichtung nachgerüstet werden.
Aus technischer Sicht ist es grundsätzlich hilfreich, wenn an und für sich bekannte Bauteile verwendet werden können. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Fördermittel eine Pumpeinheit mit einer Pumpenwelle umfassen, welche mit der Antriebswelle der Kraftübertragungseinrichtung verbunden ist.
Eine technisch relativ einfache Ausbildung der elektrischen Widerstandseinrichtung ist möglich, wenn die elektrische Widerstandseinrichtung ein elektrisches Widerstandselement umfaßt, welches über einen ersten Verbindungsweg mit den Antriebsmitteln und über einen zweiten Verbindungsweg mit
den Fördermitteln elektrisch verbunden ist . Jeder Verbindungsweg kann dabei beispielsweise einfach in Form von elektrisch leitenden Kabeln mit entsprechenden Anschlüssen ausgebildet sein.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Figur 1 schematisch eine Anlage zum elektrostatischen Lackieren mit einer Förderpumpe, deren Antriebswelle im axialen Schnitt gezeigt ist; und
Figur 2 die Antriebswelle von Figur 1 in vergrößertem
Maßstab, wobei sie um ihre Drehachse um 180° verdreht ist.
In Figur 1 ist mit 10 ein Applikationseinrichtung bezeichnet, welche nach dem elektrostatischen Spritzverfahren arbeitet. Dazu ist die Applikationseinrichtung 10 über eine Leitung 12 mit dem Ausgang eines Hochspannungsgenerators
14 verbunden; ein in Figur 1 schematisch angedeutetes zu beschichtendes Werkstück 16 ist geerdet und im wesentlichen auf Massepotential gehalten. Die Applikationseinrichtung 10 arbeitet üblicherweise mit einer Spannung zwischen 70 kV und 80 kV bei einer Stromstärke von 50 μA bis 80 μA.
Die Applikationseinrichtung 10 wird mittels einer insgesamt mit 18 bezeichneten Lackpumpe mit einem elektrisch leitfähigen Lack gespeist, wozu sie über einen Schlauch 20 mit einem Auslaß 22 einer Pumpeinheit 24 der Lackpumpe
18 verbunden ist. Die Lackpumpe 18 saugt über einen Einlaß 26 und einen damit verbundenen Schlauch 28 Lack aus einem Lackreservoir 30 an und fördert diesen durch die Pumpeinheit 24 zu deren Auslaß 22. Dazu ist im Inneren der Pumpeinheit 24 ein in einem Pumpenraum 32 drehbar gelager-
tes Flügelrad 34 vorgesehen, wobei der Pumpenraum 32 einerseits über einen Kanal 36" mit dem Einlaß 26 der Pumpeneinheit 24 und andererseits über einen Kanal 38 mit deren Auslaß 22 in Verbindung steht. Das Flügelrad 34 wird über eine Pumpenwelle 40 angetrieben, welche sich durch ein Gehäuse 42 der Pumpeinheit 24 nach außen erstreckt .
Die in Figur 1 dargestellten, im Inneren ihres Gehäuses 42 liegenden Komponenten der Pumpeinheit 24 sind mit gestrichelten Linien angedeutet, wobei das Flügelrad 34 nur als ein einfaches Beispiel für an und für sich bekannte Pumpmittel gewählt ist.
Die Lackpumpe 18 umfaßt einen geerdeten und so stets im wesentlichen auf Massepotential gehaltenen Motor 44, an den ein Getriebe 46 angeflanscht ist. Das Getriebe 46 ist mit einer Antriebswelle 48 verbunden, welche die Motorkraft auf die Pumpenwelle 40 überträgt.
Dazu ist auf einen außerhalb des Gehäuses 42 der Pumpeinheit 24 liegenden Befestigungsabschnitt 50 der Pumpenwelle 40 ein erstes hülsenförmiges Nabenteil 52 einer Bogenzahn- kupplung 54 aufgeschoben (siehe Figur 2) . Die Fixierung des Nabenteils 52 an der Pumpenwelle 40 erfolgt in an und für sich bekannter Weise mittels einer Paßfeder 56, welche zwischen dem Befestigungsabschnitt 50 der Pumpenwelle 40 und der Innenmantelfläche des Nabenteils 52 angeordnet ist. Gewindestift 58 ist durch eine radiale Gewindebohrung 60 des Nabenteils 52 geführt und drückt gegen die Paßfeder 56.
Das Nabenteil 52 sitzt eingreifend in einer Seite eines Taschenteils 62 der Bogenzahnkupplung 54, in dessen anderer Seite ein zweites hülsenförmiges Nabenteil 64 eingreifend
einsitzt. Das zweite Nabenteil 64 ist auf ein Kupplungsglied 66 aufgesetzt. Die Befestigung des Kupplungsgliedes 66 in dem Nabenteil 64 geschieht auf die gleiche Weise, wie die Befestigung der Pumpenwelle 40 in dem ersten Nabenteil 52 der Bogenzahnkupplung 54. Das Kupplungsglied 66 trägt einen umlaufenden Konterkragen 68, wobei zwischen diesem und dem von dem zweiten Nabenteil 64 der Bogenzahn- kupplung 54 wegweisenden Ende des Kupplungsgliedes 66 ein Außengewinde 70 vorgesehen ist. Auf dieses ist ein Wellen- röhr 72 aufgeschraubt, welches dazu in einem entsprechenden Endbereich ein Innengewinde 74 aufweist. Das Wellenrohr 72 ist so weit auf das Kupplungsglied 66 aufgeschraubt, daß es mit seiner Stirnseite gegen den Konterkragen 68 des Kupplungsgliedes 66 anliegt.
In dem dem Kupplungsglied 66 gegenüberliegenden Endbereich weist das Wellenrohr 72 ein Innengewinde 76 auf und ist damit auf ein erstes Nabenteil 78 einer Flanschkupplung 80 aufgeschraubt. Hierzu weist das erste Nabenteil 78 eine Anschlußhülse 82 auf, welche ein zum Innengewinde 76 des Wellenrohres 72 komplementäres Außengewinde 84 trägt. Die Anschlußhülse 82 geht einstückig in eine Flanschscheibe 86 über, gegen die das auf die Anschlußhülse 82 aufgeschraubte Wellenrohr 72 anliegt.
Das erste Nabenteil 78 der Flanschkupplung 80 ist mit einem zweiten Nabenteil 88 der Flanschkupplung 80 verschraubt. Hierzu weist das zweite Nabenteil 88 eine zur Flanschscheibe 86 des ersten Nabenteils 78 passende Flanschscheibe 90 auf. Diese geht in eine Aufnahmehülse 92 über, in welcher axial die Ausgangswelle des Getriebes 46 eingeschoben werden kann, welche der übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht gezeigt ist. Die Fixierung des zweiten Nabenteils 88 der Flanschkupplung 80 auf der Welle des Getriebes 46 erfolgt wieder in an und für sich be-
kannter Weise mittels einer Paßfeder und eines Gewindestifts, welcher durch eine radiale Bohrung in der Auf- nahmehülse 92 des zweiten Nabenteils 88 der Flanschkupplung 80 geführt ist. Die Paßfeder, der Gewindestift und die radiale Bohrung zur Fixierung des zweiten Nabenteils 88 der Flanschkupplung 80 sind nicht eigens mit einem Bezugszeichen versehen.
Wie insbesondere in Figur 2 zu erkennen ist, setzt sich die Innenbohrung der Anschlußhülse 82 des ersten Nabenteils 78 in dessen Flanschscheibe 86 fort, so daß das erste Nabenteil 78 der Flanschkupplung 80 insgesamt eine axiale Durchgangsbohrung 94 aufweist. In entsprechender Weise hat auch das zweite Nabenteil 88 der Flanschkupplung 80 eine axiale Durchgangsbohrung; diese ist mit 96 bezeichnet. Bei aneinander befestigten Nabenteilen 78 und 88 der Flanschkupplung 80 verlaufen die Durchgangsbohrung 94 des ersten Nabenteils 78 und die Durchgangsbohrung 96 des zweiten Nabenteils 88 koaxial zueinander.
In den Durchgangsbohrungen 94, 96 der Flanschkupplung 80 liegt ein elektrisch leitender Kontaktstift 98 in der Weise ein, daß er mit einem ersten Endbereich 100 in der Durchgangsbohrung 94 des ersten Nabenteils 78 und mit einem zweiten Endbereich 102 in der Durchgangsbohrung 96 des zweiten Nabenteils 88 der Flanschkupplung 80 liegt.
Der zweite Endbereich 102 des Kontaktstifts 98 trägt einen umlaufenden Kragen 104, gegen den eine von der Seite des ersten Endbereichs 100 des Kontaktstifts 98 aufgeschobene Schraubenfeder 106 aus einem elektrisch leitfähigen Material anliegt. Die Schraubenfeder 106 erstreckt sich im entspannten Zustand über das freie Ende des ersten Endbereichs 100 des Kontaktstifts 98 hinaus. Das von dem Kontaktstift 98 wegweisende Ende der Schraubenfeder 106
liegt an einem Kontaktelement 108 an, welches in die dazu mit einem Innengewinde versehene Durchgangsbohrung 94 des ersten Nabenteils 78 der Flanschkupplung 80 eingeschraubt ist, und zwar von der der Flanschscheibe 86 gegenüber- liegenden Seite des ersten Nabenteils 78 her. Das Kontaktelement 108 seinerseits weist eine von außen zugängliche Aufnahme 110 auf, in welcher ein Stecker 112 sitzt, der über eine im Inneren des Wellenrohrs 72 verlaufende Leitung 114 mit einem Ende eines Widerstandselements 116 verbunden ist, welches sich im Inneren des Wellenrohrs 72 befindet. Das gegenüberliegende Ende des Widerstandselements 116 ist über eine weitere im Inneren des Wellenrohrs 72 verlaufende Leitung 118 mit dem Kupplungsglied 66 an dem der Flanschkupplung 80 gegenüberliegenden Ende des Wellen- röhrs 72 verbunden.
Koaxial zu seiner Achse weist das Kupplungsglied 66 auf seiner ins Innere der Bogenzahnkupplung 54 weisenden Stirnfläche eine gestufte Sackbohrung 120 auf, in deren innenliegendem, den kleineren Durchmesser aufweisenden, Abschnitt ein Endabschnitt eines elektrisch leitenden Kontaktstifts 122 verläuft. Ein von diesem Endabschnitt durch einen radial überstehenden Bund getrennter Abschnitt des Kontaktstifts 122 ist von einer Schrauben- feder 124 aus einem elektrisch leitfähigen Material umgeben, die mit einem Ende an dem Bund des Kontaktstifts 122 und mit dem gegenüberliegenden Ende im Inneren des ersten Nabenteils 52 der Bogenzahnkupplung 54 an der Stirnfläche des Befestigungsabschnitts 50 der Pumpenwelle 40 anliegt.
Durch die federbeaufschlagten Kontaktstifte 98 und 122 ist gewährleistet, daß bei einer Bewegung der Komponenten der Bogenzahnkupplung 54 in axialer Richtung die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Pumpeinheit 24 bzw. deren Pumpenwelle 40 und dem Getriebe 46 bzw. dem Motor 44
über das Widerstandselement 116 stets aufrechterhalten wird.
Von den zwischen dem Getriebe 46 und der Pumpeinheit 24 vorliegenden Bauteilen der Antriebswelle 48 ist wenigstens das Wellenrohr 72 aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material hergestellt. Darüber hinaus ist das Wellenrohr 72 mit einem elektrisch nicht leitenden Füll- material , wie beispielsweise einem Kunststoff oder einem Harz, gefüllt, welches das Widerstandselement 116 und die von diesem ausgehenden Leitungen 114 und 118 einschließt. Die zum Kupplungsglied 66 führende Leitung 118 im Wellenrohr 72 kann mit dem Kupplungsglied 66 über einen Stecker in ähnlicher Weise verbunden sein, wie dies für die Leitung 114 und deren Verbindung zum Kontaktelement 108 beschrieben wurde .
Das elektrische Widerstandselement 116 ist so ausgewählt, daß es einen elektrischen Widerstand von etwa 10 Gω, insbesondere einen elektrischen Widerstand zwischen 9,4 Gω und 9,8 Gω, bereitstellt.
über das elektrische Widerstandselement 116 ist die Pumpeinheit 24 leitend mit dem Getriebe 46 und darüber mit dem Motor 44 verbunden. Aufgrund des hochohmigen elektrischen Widerstands des elektrischen Widerstandselements 116 kann von der im Betrieb der Applikationseinrichtung 10 auf hohem elektrischen Potential liegenden Pumpeinheit 24 hin zu den auf annähernd Massepotential gehaltenen Motor 44 nur ein ungefährlicher geringer Strom fließen.
Wenn die Hochspannungsversorgung der Applikationseinrichtung 10 durch den Hochspannungsgenerator 14 unterbrochen wird, wird das hohe elektrische Potential, welches an der Pumpeinheit 24 anliegt, relativ schnell über den auf annähernd Massepotential gehaltenen Motor 44 abgebaut.