CH650701A5

CH650701A5 - Elektrostatische spritzpistole.

Info

Publication number: CH650701A5
Application number: CH6102/80A
Authority: CH
Inventors: Willi Huber
Original assignee: Wagner J Ag
Priority date: 1979-08-13
Filing date: 1980-08-12
Publication date: 1985-08-15
Also published as: DE3029840C2; CA1163676A; GB2057204A; GB2057204B; JPS5681152A; US4323947A; DE3029840A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Spritzpistole gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind elektrostatische Spritzpistolen, insbesondere Handspritzpistolen bekannt, bei denen im Pistolenkörper ein Spannungsvervielfacher aus kaskadenartig hintereinander geschalteten Dioden-Kondensatoren-Stufen untergebracht ist. Im allgemeinen besitzt dabei der Spannungsvervielfacher 10 bis 12 Einzelstufen. So zeigt die US-PS 3 599 038 eine derartige Handspritzpistole, wobei im Lauf der Pistole ein solcher Spannungsvervielfacher untergebracht ist, der mit niederfrequentem Wechselstrom gespeist wird. Spritzpistolen mit eingebautem Spannungsvervielfacher, der mit hochfrequentem Pulsstrom gespeist wird, offenbaren die US-PS 3 731 145 und die US-PS 3 608 823. Dabei wird als Vorteil der Spannungsvervielfacher mit hochfrequenter Stromzuführung herausgestellt, dass Kondensatoren sehr geringer Kapazität verwendet werden können, was nicht nur Grösse und Gewicht des Spannungsvervielfachers vermindert, sondern auch den Vorteil einbringt, dass die im Spannungsvervielfacher kapazitiv gespeicherte Energie vergleichsweise gering ist, die Gefahr einergiereicher und damit möglicherweise eine Entzündung des Sprühguts hervorrufender Über-schlagsfunken somit herabgesetzt ist. Insbesondere in der US-PS 3 731 145 ist erwähnt, dass die Kapazität der verwendeten Kondensatoren so gering wie möglich gehalten werden soll, damit auch beim Versprühen von leichtentzündbarem Sprühgut keine Entzündung oder gar Explosion der Sprühwolke auftreten kann, wenn die Pistole zu nahe an das geerdete Werkstück herangeführt wird.

Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, dass diese Herabsetzung der im Spannungsvervielfacher speicherbaren Energie durch Wahl von Kondensatoren sehr kleiner Kapazität auch Nachteile mit sich bringt. Wird nämlich bei gegebener Eingangsfrequenz der Kapazitätswert der Kondensatoren des Spannungsvervielfachers auf den zur Erzielung der gewünschten Hochspannung, etwa 70 bis 90 KV, erforderlichen geringsten Wert herabgesetzt, dann ist die Ausgangsenergie des Spannungsvervielfachers während des normalen Spritzbetriebs derart niedrig, dass nur eine unbefriedigende Aufladung des Sprühguts, insbesondere bestimmter Arten von Sprühgut, erreichbar ist. Damit aber sinkt der Niederschlagwirkungsgrad, und vor allem wird der sogenannte Farbumgriff, also der Niederschlag auf der Rückseite des Werkstücks, mangelhaft.

Aus der GB-PS 1 388 112 ist ein Spannungsvervielfacher der eingangs genannten Art für elektrostatische Spritzgeräte bekannt, bei welchem die Kondensatoren der einzelnen Stufen, in Richtung vom hochspannungsseitigen Ausgang des Spannungsvervielfachers zu seinem niederspannungsseitigen Eingang, gemäss ganzzahligen Vielfachen oder gemäss einer ansteigenden binären Folge grösser werdende Kapazitätswerte haben. Ein solcher Spannungsvervielfacher weist die Nachteile hoher Kapazität im Bereich seines Eingangs und eines komplizierten und deshalb kostspieligen Aufbaus wegen der zahlreichen, ungleichen Kapazitätswerte auf.

In Vilbig, Lehrbuch der HF-Technik, 4. Auflage 1945 wird daraufhingewiesen, dass der an der Niederspannungsseite liegende Kondensator einer Hochspannungskaskade zweckmässigerweise grösser als die übrigen Kondensatoren gewählt wird, um das Absinken der Ausgangsspannung bei Belastung zu vermeiden. Jedoch ist in dieser Literaturstelle das Problem der Vermeidung energiereicher Überschlagsfunken nicht angesprochen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine elektrostatische Spritzpistole der eingangs erwähnten Art in der Weise auszubilden, dass eine Verbesserung der Aufladung des Sprühguts erreicht wird, trotzdem aber die Gefahr des Auftretens energiereicher Überschlagsfunken zumindest bei Sprühgut vergleichsweise geringer Entzündbarkeit nicht erhöht wird.

Erfindungsgemäss weist hierzu die Spritzpistole die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale auf.

Beim Erfindungsgegenstand ist der Spannungsvervielfacher demnach so ausgelegt, dass auf der Niederspannungsseite Stufen mit Kondensatoren vergleichsweise hoher Kapazität verwendet werden, auf der Hochspannungsseite dagegen etwa gleich viele Stufen mit Kondensatoren vergleichsweise niedriger, nämlich halber Kapazität. Für den normalen Spritzbetrieb bedeutet dies, dass infolge der niederspannungsseitigen Kondensatoren höherer Kapazität nunmehr am Vervielfacherausgang genügend Energie zur Verfügung steht, um das Sprühgut einwandfrei aufzuladen, wohingegen bei Auftreten eines Überschlags die hochspannungsseitigen Kondensatoren niedriger Kapazität dafür sorgen, dass sich die auf der Niederspannungsseite gespeicherte kapazitive Energie nicht schlagartig entladen kann.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt; es zeigen:

Fig. 1 in Seitenansicht, teilweise aufgebrochen, eine elektrostatische Handspritzpistole und das zu beschichtende Werkstück,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der elektrischen Anordnung in der Handspritzpistole von Fig. 1, und

Fig. 3 schematisch den in der elektrischen Anordnung von Fig. 2 enthaltenen Spannungsvervielfacher.

Anhand der Fig. 1 und 2 soll zunächst der grundsätzliche Aufbau einer elektrostatischen Handspritzpistole der hier interessierenden Art beschrieben werden. Die Handspritzpisto-

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le 10 besitzt einen Pistolenlauf 20, an dessen freiem Ende sich eine Sprühgut-Auslassöffnung 23 befindet. Innerhalb des Laufes 20 erstreckt sich eine Sprühgut-Zuführleitung 25, die benachbart der Auslassöffnung an einem Zerstäuber 27 endet. Das hintere Ende 32 des Pistolenlaufs 20 ist an einem im ganzen mit 30 bezeichneten Griffstück befestigt. Das Griffstück 30 besteht aus dem eigentlichen Handgriff 34, einem oberen Griffstückteil 35 und einem Verbindungsstück 38, in welchen das Laufende 32 leicht lösbar eingesetzt ist. Am oberen Griffstückteil 35 ist ein Pistolenabzug 40 angelegt. Mit 50 ist ein rohrförmiger Sicherheitsbügel bezeichnet, der mit seinem einen Ende 60 am Laufende 32 befestigt ist. Auf das andere Ende 100 des Sicherheitsbügels ist eine Kappe 90 mit Innengewinde 95 aufgeschraubt, welche die Innenbohrung 80 des Sicherheitsbügels nach unten abdeckt. Das untere Ende 100 des Sicherheitsbügels 50 und das untere Ende 105 des Handgriffs 34 sind über einen Abstandhalter 103 miteinander verbunden.

Eine Sprühgut-Leitung 110 ist mittels eines Verbindungsstücks 120 am unteren Ende 105 des Handgriffs 34 angeschlossen. Weiterhin ist ein Verbindungsstück 140 am Ende 150 des Griffstückteils 35 vorgesehen, das dazu dient, eine nichtgezeichnete Druckluftleitung anzuschliessen.

Der Verlauf von Sprühgut- und Druckluftleitung innerhalb des Griffstücks 30 ist nicht gezeichnet; die entsprechende Konstruktion des Griffstücks 34 ist jedoch dem Fachmann bekannt. Das bei 160 angedeutete Ventil dient dazu, mittels des Pistolenabzugs 40 die Pistole in Betrieb zu setzen bzw. abzuschalten.

Im Bereich 180 der Oberfläche des Sicherheitsbügels 50 ist ein dreieckig geformter Gehäusevorsprung 170 vorgesehen. Benachbart der Seite 200 dieses Gehäusevorsprungs 170 befindet sich ein metallisches Endstück 190 des Abzugs 40. Innerhalb des Gehäusevorsprungs 170 ist ein Näherungsschalter 210 angeordnet, der auf die Annäherung bzw. das Sich-Entfernen des Metallstücks 190 anspricht. Das bedeutet, dass durch das Betätigen des Abzugs 40 nicht nur das Ventil 160, sondern auch der Schalter 210 geöffnet bzw. geschlossen wird.

In dem unteren Bereich des Laufs 20 sind zwei in Längsrichtung verlaufende elektrische Leiter 220 und 230 eingegossen. Der erste Leiter 220 endet mit seinem hinteren Ende 240 im Bereich des oberen Endes 60 des Sicherheitsbügels 50 und befindet sich in Kontakt mit dem vorstehenden Leiterende 250 des Sicherheitsbügels 60. Das Vorderende 260 des Leiters 220 kontaktiert einen im Lauf 20 eingebetteten Strombegrenzungswiderstand 270. Der zweite Leiter 230 kontaktiert einerseits bei 280 den Strombegrenzungswiderstand 270, während sein anderes Ende 290 benachbart dem Zerstäuber 27 und nahe dem Auslass 23 der Sprühgut-Zuführleitung 25 eine Aufladeelektrode bildet. Der Widerstandswert des Widerstands 72 kann in der Grössenordnung von 50 MQ liegen.

Im Sicherheitsbügel 50 befinden sich ein Hochspannungstransformator 310 und ein Hochspannungsvervielfacher 320. Der Transformator 310 besitzt einen Niederspannungseingang 330 und einen Hochspannungsausgang 340. Der Hochspannungsausgang 340 ist mit dem Eingang 350 des Vervielfachers 320 verbunden. Das Gleichstrom-Hochspannungsende 360 des Vervielfachers 320 ist mit dem eingegossenen Leiterstück 250 verbunden, das sich im oberen Ende des Bügels 50 befindet und seinerseits in Kontakt mit dem Leiter 220 des Pistolenlaufs steht.

Der Niederspannungseingang 330 des Transformators 310 ist über den Näherungsschalter 210 mit einem Niederspannungskabel 370 verbunden, welches an der Schraubkappe 90 des unteren Bügelendes 100 angebracht ist.

Durch Lösen der Kappe 90 können sowohl der Transformator 310 als auch der Vervielfacher 320 leicht aus dem Inneren 80 des Bügels 50 herausgenommen werden.

In der Praxis wird über das Kabel 370 ein Wechselstrom einer Niederspannung von beispielsweise 12 Volt zugeführt, wobei die Eingangsfrequenz 17 000 Hz beträgt. In dem Transformator wird dann diese Eingangsspannung auf eine mittlere Wechselspannung in der Grössenordnung von 7000 Volt erhöht, wobei die Frequenz von 17 000 Hz beibehalten bleibt. Diese mittlere Wechselspannung wird dann durch den aus Kondensatoren und Dioden aufgebauten Gleichspannungsvervielfacher 320 auf eine Ausgangsspannung von etwa 80 bis 90 KV erhöht. Diese Hochspannung wird dann über den Ausgang 360, den Leiter 220, den Widerstand 270 und den Leiter 230 der Ladeelektrode 290 zugeführt.

In Fig. 1 ist angedeutet, dass die Pistole 10 einen Sprühstrahl S gegen ein geerdetes Werkstück A richtet. Dabei wird die Vorderfläche A 1 des Werkstücks A vom Sprühstrahl S direkt getroffen. Die hintere Oberfläche A 2 des Werkstücks A wird jedoch ebenfalls beschichtet, und zwar durch den sogenannten Umgriff, der durch die Linien f 2 und f 3 angedeutet ist.

Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild der elektrischen Einrichtung der Pistole 10 dar. Die Eingangsspannung von 12 Volt und 17 KhZ wird über das Kabel 370 des Näherungsschalters 210 zugeführt. Der Ausgang des Näherungsschalters 210 schaltet den Eingang 330 des Transformators 310. Der Ausgang 340 des Transformators 310 liegt am Eingang 350 des Hochspannungsvervielfachers 320. Die Ausgangsleitung 360 des Hochspannungsvervielfachers führt dann über die Leiter 250 und 220, den Widerstand 270 und den Leiter 230 zur Ladeelektrode 290.

Fig. 3 zeigt einen Dioden-Kondensator-Vervielfacher 320, der insbesondere für den Fall geeignet ist, dass mit Sprühgut vergleichsweise geringer Entzündbarkeit gearbeitet wird. Der Vervielfacher 320 besteht aus 6 Stufen 440 bis 450, deren jede mit zwei Kondensatoren einer Kapazität von 250 pF bestückt ist, sowie aus 6 Stufen 460 bis 470, deren jede mit Kondensatoren einer Kapazität von jeweisl 125 pF bestückt ist. Selbstverständlich enthalten auch alle 12 Verstärkerstufen jeweils zwei Dioden. Die Stufe 440 besteht aus zwei Kondensatoren 452 und 454 mit jeweils 250 pF und zwei Dioden 456 und 458, während die Stufe 460 aus zwei Kondensatoren 472 und 474 mit jeweils 125 pF und zwei Dioden 476 und 478 besteht, wobei die Stufen 442 bis 450 identisch mit der Stufe 440, die Stufen 462 bis 470 identisch mit der Stufe 460 sind.

Wird auf die Eingangsklemmen 350 des Vervielfachers 320 von Fig. 3 ein Eingangssignal mit einer Spannung von 7 KV und 17 KHz gegeben, dann erhält man an der Ausgangsquelle 360 eine Gleichspannung von etwa 90 KV. Weil die niederspannungsseitige Hälfte des Vervielfachers 320,

also die Vervielfacherstufen 440 bis 450, mit Kondensatoren von 250 pF bestückt ist, also mit Kondensatoren, welche die doppelte Kapazität der Kondensatoren in der hochspannungsseitigen Vervielfacherhälfte aufweisen, ergibt sich eine verbesserte Aufladung des Sprühstrahls, mit der Folge, dass der Niederschlagswirkungsgrad und der Umgriff wesentlich verbessert sind. Dies wiederum im Vergleich zu einer Sprühpistole 10 mit einem Spannungsvervielfacher, dssen 12 Stufen jeweils mit zwei Kondensatoren einer Kapazität von nur 125 pF bestückt sind. Zwar ergibt sich bei Verwendung des Vervielfachers 320 von Fig. 3 im Falle eines Überschlags ein energiereicherer Kapazitätsfunken, jedoch ist diese Energie-speicherung des Kapazitätsfunkens nur geringfügig und kann bei einem Arbeiten mit nur schwer entzündbarem Sprühgut ausser Betracht bleiben.

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PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrostatische Spritzpistole zum Beschichten von Werkstücken mit flüssigem oder festem Überzugsmaterial, mit einem eingebauten, mehrstufigen Spannungsvervielfacher, dessen Einzelstufen aus Dioden und Kondensatoren bestehen, wobei die Kondensatoren in einer Anzahl von Stufen einen Kapazitätswert haben, der sich vom Kapazitätswert der Kondensatoren in den anderen Stufen unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen (460 bis 470) am hochspannungsseitigen Ende (360) des Spannungsver-vielfachers (320) mit Kondensatoren (472,474) bestückt sind, deren Kapazitätswert halb so gross ist wie derjenige der Kondensatoren (452,454) der anderen Stufen (440 bis 450), und dass die Anzahl von Stufen (460 bis 470) mit den Kondensatoren (472,474) des niedrigeren Kapazitätswertes etwa gleich der Anzahl der Stufen (440 bis 450) mit den Kondensatoren (452,454) des höheren Kapazitätswertes ist.
2. Spritzpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsvervielfacher (320) zwölf Stufen (440 bis 470) mit jeweils zwei Kondensatoren (452,454; 472,474) aufweist, wobei die Kondensatoren (452,454) der sechs die Niederspannungsseite des Spannungsvervielfachers (320) bildenden Stufen (440 bis 450) einen Kapazitätswert von

250 pF und die Kondensatoren (472,474) der sechs die Hochspannungsseite des Spannungsvervielfachers (320) bildenden Stufen (460 bis 470) einen Kapazitätswert von 125 pF haben.
3. Spritzpistole nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsvervielfacher in zwei voneinander lösbare Bauelemente unterteilt ist, deren eines die Stufen mit den Kondensatoren des höheren Kapazitätswertes und deren anderes die Stufen mit den Kondensatoren des niedrigeren Kapazitätswertes enthält.