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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben einer Spritzpistole mit Schwingankerantrieb, bei welchem der Schwingankerantrieb mit einem elektrischen Wechselsignal erregt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verminderung der pro Zeiteinheit von der Spritzpistole zerstäubten Flüssigkeit dem Schwingankerantrieb ein impulsbreiten-moduliertes Erregersignal zugeführt wird, welches steile Anstiegsflanken hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schwingankerantrieb ein impulsbreitenmoduliertes Erregersingal zugeführt wird, welches auch steil abfallende Flanken hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die steilen Flanken durch Schalten eines verglichen mit der Flankenanstiegszeit langsam veränderlichen Speisesignales erzeugt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verminderung der Spritzleistung das Tastverhältnis des impulsbreitenmodulierten Signales unter Beibehaltung der Amplitude vergrössert wird.
5. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet, durch einen ein Steuersignal mit steiler Anstiegsflanke erzeugenden Ansteuerkreis (20) und einen zwischen eine Speisespannungsquelle (16) und den Schwingankerantrieb geschalteten steuerbaren Schalter (18), dessen Steuerklemme mit dem Ausgang des Ansteuerkreises (20) verbunden ist.
6. Schaltung nach Anspruch 5, wobei die Speisespannungsquelle eine Wechselspannungsquelle ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerkreis einen mit der Wechselspannungsquelle (24, 26) verbundenen Phasenschieberkreis (36 bis 42) aufweist und der steuerbare Schalter durch einen Thyristor (28) oder einen Triac gebildet ist.
7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ausgang des Phasenschieberkreises (36 bis 42) und die Steuerklemme des Thyristors (28) oder des Triacs eine Doppeldiode (34) geschaltet ist.
8. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerkreis (20) durch einen Rechtecksignalgenerator oder einen Sägezahnsignalgenerator gebildet ist.
9. Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum steuerbaren Schalter (18, 28) ein von Hand betätigbarer Schalter (32) in Reihe geschaltet ist.
10. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet, durch einen ein Steuersignal mit steiler Anstiegsflanke erzeugenden Signalgenerator (20) und einen diesem nachgeschalteten Leistungsverstärker (22), dessen Ausgang mit dem Schwingankerantrieb verbunden ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Spritzpistole mit Schwingankerantrieb sowie Schaltungen zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
Spritzpistolen mit Schwingankerantrieb haben einen in einem Pumpenzylinder verschiebbaren Pumpenkolben, welcher durch eine Vorspannfeder in die Ansaugstellung vorgespannt ist und zum Fördern der angesaugten Flüssigkeit zu einem Spritzkopf der Pistole hin durch einen Elektromagneten entgegen der Kraft der Vorspannfeder verlagerbar ist.
Der Pumpenkolben, der Anker des Elektromagneten und die Vorspannfeder bilden zusammen ein schwingfähiges System, dem laufend die beim Zerstäuben der Flüssigkeit verbrauchte Energie vom Wechselspannungsnetz zugeführt wird.
Bei diesen bekannten Spritzpistolen kann man die Spritzleistung, d. h. die pro Zeiteinheit zerstäubte Flüssigkeitsmenge, dadurch einstellen, dass man den Saughub des Pumpenkolbens mittels eines verstellbaren mechanischen Anschlages begrenzt.
Auf diese Weise lässt sich die Spritzleistung aber nur bis auf etwa 300 gimin herabsetzen, da bei noch weiterer Verkleinerung des Kolbensaughubes die Flüssigkeit nicht mehr einwandfrei zerstäubt wird.
Durch die vorliegende Erfindung soll nun ein Verfahren und eine Schaltung zum Betreiben einer Spritzpistole mit Schwingankerantrieb angegeben werden, welche ein gutes Zerstäuben der Flüssigkeit auch bei kleiner Spritzleistung sicherstellen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss gelöst durch ein Verfahren gemäss Anspruch 1 bzw. durch eine Schaltung gemäss Anspruch 5 oder Anspruch 10.
Während bisher die Einstellung der Spritzleistung bei schwingankerangetriebenen Spritzpistolen durch Einstellung des Endes des Saughubes erfolgte und das Ende des Förderhubes von der Spritzleistung unabhängig gewählt wurde, allenfalls gemäss der Viskosität der zu zerstäubenden Flüssigkeit eingestellt wurde, wenn durch den Pumpenkolben zugleich eine Zwangsbetätigung eines förderseitigen Rückschlagventiles erfolgte (vgl. die CH-PS 360 625), wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren mit einem fest vorgegebenen Endpunkt des Saughubes gearbeitet, und über die Anderung der dem Schwingankerantrieb zugeführten effektiven elektrischen Leistung wird der vordere Endpunkt des Kolbenförderhubes verändert.
Damit kann vom Pumpenkolben pro Hub auch eine sehr kleine Flüssigkeitsmenge dem Spritzkopf zugeführt werden, indem der Pumpenkolben schon kurz nach demjenigen Zeitpunkt zum Anhalten gebracht wird, zu dem er an der in einer Seitenwand des Pumpenzylinders liegenden Ansaugöffnung vorbeigelaufen ist.
Trotzdem ist sichergestellt, dass man am Spritzkopf den für ein feines Zerstäuben der Flüssigkeit notwendigen hohen Druck erhält, da der Schwingankerantrieb beim erfindungsgemässen Verfahren mit steil ansteigende Flanken aufweisenden aufeinanderfolgenden Impulsen erregt wird und damit den Kolben entsprechend abrupt beschleunigt.
Mit der vorliegenden Erfindung werden als weitere erhebliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erhalten eine erhebliche Verminderung des im Betrieb erzeugten Geräusches und eine bessere Konstanz der einmal eingestellten Spritzleistung. Bei den bekannten Spritzpistolen erfolgt nämlich zu Ende des Saughubes ein hartes Anschlagen des mit dem Pumpenkolben verbundenen Ankers an einem gehäusefesten Anschlag, was zu einem recht unangenehmen empfundenen knatternden Geräusch führt. Durch dieses harte Anschlagen kann auch die vorgenommene Einstellung des Anschlages selbst verändert werden, und zwar in Richtung grösserer Spritzleistung, was gerade beim Erzeugen feiner Lackierungen sehr unerwünscht ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäss Anspruch 2 wird ein besonders abruptes Anhalten des Pumpenkolbens erhalten. Damit lässt sich die Spritzleistung auf einen besonders kleinen Wert einstellen, wobei nach wie vor sichergestellt ist, dass bei der raschen Bewegung des Pumpenkolbens zwischen dem abrupten Beschleunigen und dem abrupten Anhalten der erforderliche hohe Druck im Spritzkopf der Spritzpistole aufgebaut wird.
Ein Verfahren, wie es im Anspruch 3 angegeben ist, lässt sich besonders einfach unter Verwendung ohne weiteres zur Verfügung stehender Speisespannungsquellen durchführen.
Hierfür kommen insbesondere das übliche Wechselspan
nungsnetz und Gleichspannungsquellen infrage.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Spritzpistole mit Schwingankerantrieb und einer zugehörigen Betriebsschaltung;
Fig. 2 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1 mit abgewandelter Betriebsschaltung; und
Fig. 3 ein Schaltbild einer Betriebsschaltung für eine Spritzpistole mit Schwingankerantrieb.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Spritzpistole 10 mit einem nicht näher gezeigten Schwingankerantrieb, welcher auf einen in horizontaler Richtung in einem Pumpenzylinder verlagerbaren Pumpenkolben arbeitet. Im Pumpenzylinder ist in der Zylinderwand eine Ansaugöffnung vorgesehen, welche über ein Saugrohr mit einem Vorratsbehälter 12 für die zu zerstäubende Flüssigkeit in Verbindung steht. Ansaugseitig weist die durch Pumpenkolben und Pumpenzylinder gebildete Kolbenpumpe kein gesondertes Ansaugventil auf, die Pumpe arbeitet ansaugseitig mit Schlitzsteuerung durch den Kolben selbst. Auslassseitig ist im Pumpenzylinder ein Rückschlagventil vorgesehen, über das die geförderte Flüssigkeit einem Spritzkopf 14 zugeführt wird. Diese Einzelheiten des Pumpenaufbaus und des Schwingankerantriebes sind in der Zeichnung nicht wiedergegeben, da sie als solche dem Fachmanne bekannt sind.
Die in Fig. 1 in Form eines Blockschaltbildes angegebene Betriebsschaltung für die Spritzpistole 12 umfasst eine Speisespannungsquelle 16, einen steuerbaren Schalter 18 und einen Signalgenerator 20. Die Speisespannungsquelle 16 ist vorzugsweise eine Gleichspannungsquelle, z.B. eine Batterie oder ein Netzteil mit Gleichrichter. Der Signalgenerator 20 ist mit einstellbarer Impulsbreite und vorzugsweise zusätzlich mit einstellbarer Frequenz. Der steuerbare Schalter 18 kann ein Halbleiterschalter, insbesondere ein Leistungstransistor oder ein Thyristor sein. Diese elektronischen Bauelemente sind an sich bekannt und in verschiedenen Ausführungsformen auf dem Markt erhältlich und brauchen hier nicht näher beschrieben zu werden.
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung arbeitet wie folgt:
Der Signalgenerator 20 erzeugt ein Rechtecksignal mit steil ansteigenden und steil abfallenden Flanken. Dieses mit geringer Leistung bereitgestellte Ansteuersignal dient zur Modulierung der eingangsseitig am Schalter 18 anstehenden Speisespannung. Man erhält folglich am Ausgang des Schalters 18 ein Erregersignal für die Spritzpistole mit gleicher Frequenz und gleichem Tastverhältnis (Periode/Impulsbreite) wie das Ansteuersignal, jedoch mit hoher Leistung.
Damit wird in der Feldspule des Schwingankerantriebes der Spritzpistole ein Magnetfeld periodisch sehr rasch aufgebaut und abgebaut, und der Pumpenkolben wird entsprechend abrupt beschleunigt und abgebremst. Die Amplitude des Pumpenförderhubes lässt sich durch Vergrössern des Tastverhältnisses des Ansteuersignales verkleinern, da hierbei zugleich die im zeitlichen Mittel dem Schwingankerantrieb zugeführte Energie entsprechend vermindert wird. wobei aber nach wie vor ein sehr rascher Aufbau und Abbau des magnetischen Feldes erzielt wird. Zur besseren Anpassung an die dynamischen Eigenschaften des Schwingankerantriebes und der Pumpe bei kleinen Amplituden kann zugleich mit der Anderung des Tastverhältnisses die Frequenz des Ansteuersignales etwas verändert werden.
Dieses Nachführen der Frequenz kann in der Praxis mit der Änderung des Tastverhältnisses zwangsgekoppelt werden, z. B. durch mechanische Kopplung zweier die Impulsbreite und die Periode vorgebender Potentiometer des Rechtecksignalgenerators.
Fig. 2 zeigt eine ganz ähnliche Betriebsschaltung wie Fig. 1, nur ist anstelle einer Speisespannungsquelle und eines steuerbaren Schalters ein Leistungsverstärker 22 vorgesehen, der das vom Signalgenerator 20 bereitgestellte Ansteuersignal zum Erregersignal verstärkt, welches der Spritzpistole 10 zugeführt wird. Die Arbeitsweise dieser Betriebsschaltung entspricht im Ergebnis der Arbeitsweise der Betriebsschaltung nach Fig. 1.
Fig. 3 zeigt Einzelheiten einer Fig. 1 entsprechenden Betriebsschaltung, wobei die Speisespannungsquelle durch die Netzklemmen 24, 26 des Wechselspannungsnetzes ersetzt sind.
Als steuerbarer Schalter ist ein Thyristor 28 vorgesehen, welcher in Reihe zur Spule 30 des Schwingankerantriebes und zu einem von Hand betätigbaren Hauptschalter 32 geschaltet ist. Die Torklemme des Thyristors 28 ist über eine Doppeldiode 34 mit einem phasendrehenden Spannungsteilerkreis verbunden, welcher eine über die Netzklemmen 24, 26 geschaltete Serienschaltung aus einem einstellbaren Widerstand 36 und einem Kondensator 38 aufweist, wobei letzterer noch durch eine weitere Serienschaltung aus einem Widerstand 40 und einem Kondensator 42 überbrückt ist. Der Netzwerksknoten zwischen dem Widerstand 40 und dem Kondensator 42 stellt den Ausgang des phasendrehenden Spannungsteilerkreises dar und ist mit der Doppeldiode 34 verbunden.
Durch Verstellen des Widerstandes 36 lässt sich der Phasenwinkel einstellen, bei welchem der Thyristor 28 durchsteuert. Zum Zeitpunkt des Durchsteuerns wird mit rasch ansteigender Flanke Spannung an die Spule 30 gelegt, so dass man ein rasches Beschleunigen des Pumpenkolbens erhält. Durch Vergrössern des Phasenwinkels, zu dem der Thyristor 28 durchsteuert, lässt sich das Tastverhältnis vergrössern und die Amplitude der Pumpenkolbenbewegung verkleinern. Nachdem in der Praxis Phasenwinkel zwischen 15 und 170 eingestellt werden können, lässt sich der Hub des Pumpenkolbens ersichtlich in sehr weiten Grenzen ver ändern.
Die in Fig. 3 wiedergegebene Betriebsschaltung lässt sich leicht zusätzlich zum Schwingankerantrieb im Gehäuse einer Spritzpistole unterbringen.
Verwendet man anstelle des Tyhristors 28 einen Triac, so kann man den Schwingankerantrieb mit der doppelten Frequenz des Wechselstromnetztes betreiben.
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PATENT CLAIMS
1. A method of operating a spray gun with a vibrating armature drive, in which the vibrating armature drive is excited with an electrical alternating signal, characterized in that, in order to reduce the liquid atomized by the spray gun per unit of time, the vibrating armature drive is supplied with a pulse-width-modulated excitation signal which has steep rising edges.
2. The method according to claim 1, characterized in that the oscillating armature drive is supplied with a pulse-width-modulated excitation signal which also has steeply falling flanks.
3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the steep edges are generated by switching a slowly changing feed signal compared to the edge rise time.
4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that to reduce the spraying power, the pulse duty factor of the pulse width modulated signal is increased while maintaining the amplitude.
5. Circuit for carrying out the method according to one of claims 1 to 4, characterized by a control signal with a steep rising edge generating control circuit (20) and a switchable between a supply voltage source (16) and the oscillating armature drive switch switch (18), the control terminal with the output of the control circuit (20) is connected.
6. Circuit according to claim 5, wherein the supply voltage source is an AC voltage source, characterized in that the control circuit has a phase shift circuit (36 to 42) connected to the AC voltage source (24, 26) and the controllable switch by a thyristor (28) or a triac is formed.
7. Circuit according to claim 6, characterized in that a double diode (34) is connected between the output of the phase shift circuit (36 to 42) and the control terminal of the thyristor (28) or the triac.
8. A circuit according to claim 5, characterized in that the control circuit (20) is formed by a square wave signal generator or a sawtooth signal generator.
9. Circuit according to one of claims 5 to 8, characterized in that a manually operable switch (32) is connected in series to the controllable switch (18, 28).
10. Circuit for performing the method according to one of claims 1 to 4, characterized by a control signal with a steep rising edge generating signal generator (20) and a power amplifier (22) connected downstream thereof, the output of which is connected to the oscillating armature drive.
The invention relates to a method for operating a spray gun with an oscillating armature drive and to circuits for carrying out such a method.
Spray guns with an oscillating armature drive have a pump piston which is displaceable in a pump cylinder and which is biased into the suction position by a biasing spring and can be displaced against the force of the biasing spring by an electromagnet to convey the aspirated liquid to a spray head of the gun.
The pump piston, the armature of the electromagnet and the pretensioning spring together form an oscillatable system to which the energy consumed when atomizing the liquid is continuously supplied from the AC voltage network.
In these known spray guns, the spraying performance, i.e. H. adjust the amount of liquid atomized per unit of time by limiting the suction stroke of the pump piston by means of an adjustable mechanical stop.
In this way, however, the spraying performance can only be reduced to approximately 300 gimin, since the liquid is no longer atomized properly if the piston suction stroke is further reduced.
The present invention is now to provide a method and a circuit for operating a spray gun with an oscillating armature drive, which ensure good atomization of the liquid even with low spraying power.
This object is achieved according to the invention by a method according to claim 1 or by a circuit according to claim 5 or claim 10.
So far, the setting of the spraying capacity with swing armature driven spray guns was done by adjusting the end of the suction stroke and the end of the delivery stroke was chosen independently of the spraying capacity, at most it was set according to the viscosity of the liquid to be atomized, if at the same time the pump piston forced operation of a check valve on the delivery side (cf. CH-PS 360 625), the method according to the invention works with a fixed end point of the suction stroke, and the front end point of the piston feed stroke is changed by changing the effective electrical power supplied to the oscillating armature drive.
This means that a very small amount of liquid can be supplied to the spray head from the pump piston per stroke, in that the pump piston is stopped shortly after the point in time at which it passed the suction opening located in a side wall of the pump cylinder.
Nevertheless, it is ensured that the high pressure required for a fine atomization of the liquid is obtained on the spray head, since in the method according to the invention the oscillating armature drive is excited with successive pulses having steeply rising flanks and thus accelerates the piston accordingly abruptly.
With the present invention, further significant advantages over the prior art are obtained, a considerable reduction in the noise generated during operation and better constancy of the spraying power once set. In the known spray guns, namely at the end of the suction stroke, the armature connected to the pump piston hits hard against a stop fixed to the housing, which leads to a rather unpleasant, rattling noise. This hard striking can also change the setting of the stop itself, in the direction of greater spraying performance, which is very undesirable, especially when producing fine paintwork.
Advantageous developments of the invention are specified in dependent claims.
With the development of the invention according to claim 2, a particularly abrupt stopping of the pump piston is obtained. This enables the spraying performance to be set to a particularly low value, whereby it is still ensured that the required high pressure is built up in the spray head of the spray gun during the rapid movement of the pump piston between the abrupt acceleration and the abrupt stopping.
A method as specified in claim 3 can be carried out in a particularly simple manner using readily available supply voltage sources.
For this, in particular, the usual bill of exchange comes
grid and DC voltage sources.
The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawing. In this show:
Figure 1 is a schematic representation of a spray gun with vibrating armature drive and an associated operating circuit.
FIG. 2 shows a representation similar to FIG. 1 with a modified operating circuit; and
Fig. 3 is a circuit diagram of an operating circuit for a spray gun with a swing armature drive.
1 schematically shows a spray gun 10 with an oscillating armature drive (not shown in more detail), which operates on a pump piston which can be displaced in the horizontal direction in a pump cylinder. In the pump cylinder, a suction opening is provided in the cylinder wall, which is connected via a suction pipe to a reservoir 12 for the liquid to be atomized. On the intake side, the piston pump formed by the pump piston and pump cylinder has no separate intake valve, the pump operates on the intake side with slot control by the piston itself. On the outlet side, a check valve is provided in the pump cylinder, via which the delivered liquid is fed to a spray head 14. These details of the pump structure and the oscillating armature drive are not shown in the drawing, since as such they are known to the person skilled in the art.
1 in the form of a block diagram for the spray gun 12 comprises a supply voltage source 16, a controllable switch 18 and a signal generator 20. The supply voltage source 16 is preferably a DC voltage source, e.g. a battery or power supply with rectifier. The signal generator 20 is with an adjustable pulse width and preferably also with an adjustable frequency. The controllable switch 18 can be a semiconductor switch, in particular a power transistor or a thyristor. These electronic components are known per se and are available on the market in various embodiments and do not need to be described in more detail here.
The arrangement shown in Fig. 1 works as follows:
The signal generator 20 generates a square-wave signal with steeply rising and falling edges. This control signal, which is provided with low power, is used to modulate the supply voltage present at the switch 18 on the input side. Consequently, an excitation signal for the spray gun with the same frequency and the same duty cycle (period / pulse width) as the control signal, but with high power, is obtained at the output of the switch 18.
In this way, a magnetic field is periodically built up and broken down very quickly in the field coil of the oscillating armature drive of the spray gun, and the pump piston is accelerated and braked accordingly abruptly. The amplitude of the pump delivery stroke can be reduced by increasing the duty cycle of the control signal, since at the same time the energy supplied to the oscillating armature drive over time is correspondingly reduced. but still a very rapid build-up and breakdown of the magnetic field is achieved. To better adapt to the dynamic properties of the vibrating armature drive and the pump with small amplitudes, the frequency of the control signal can be changed somewhat as the pulse duty factor changes.
In practice, this tracking of the frequency can be forcibly coupled with the change in the duty cycle, e.g. B. by mechanical coupling of two the pulse width and the period defining potentiometer of the square wave signal generator.
Fig. 2 shows a very similar operating circuit as Fig. 1, only a power amplifier 22 is provided instead of a supply voltage source and a controllable switch, which amplifies the drive signal provided by the signal generator 20 to the excitation signal, which is supplied to the spray gun 10. The operation of this operating circuit corresponds as a result to the operation of the operating circuit according to FIG. 1.
FIG. 3 shows details of an operating circuit corresponding to FIG. 1, the supply voltage source being replaced by the network terminals 24, 26 of the AC network.
A thyristor 28 is provided as a controllable switch, which is connected in series to the coil 30 of the oscillating armature drive and to a main switch 32 which can be actuated by hand. The gate terminal of the thyristor 28 is connected via a double diode 34 to a phase-shifting voltage divider circuit which has a series circuit comprising an adjustable resistor 36 and a capacitor 38 connected via the mains terminals 24, 26, the latter being connected by a further series circuit comprising a resistor 40 and a Capacitor 42 is bridged. The network node between the resistor 40 and the capacitor 42 represents the output of the phase-changing voltage divider circuit and is connected to the double diode 34.
By adjusting the resistor 36, the phase angle at which the thyristor 28 turns on can be set. At the time of control, voltage is applied to the coil 30 with a rapidly rising edge, so that the pump piston is accelerated rapidly. By increasing the phase angle at which the thyristor 28 turns on, the pulse duty factor can be increased and the amplitude of the pump piston movement reduced. After phase angles between 15 and 170 can be set in practice, the stroke of the pump piston can obviously be changed within very wide limits.
The operating circuit shown in FIG. 3 can easily be accommodated in the housing of a spray gun in addition to the oscillating armature drive.
If a triac is used instead of the tyhristor 28, the oscillating armature drive can be operated at twice the frequency of the AC network.