CN104969665A - 用于运行等离子体产生装置的方法和控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于运行等离子体产生装置的方法和控制装置。本发明基于以下方法和控制装置，其中为了点火等离子体在阳极与阴极之间施加一个电压作为点火电压。为了能够实现等离子体产生装置的经济的运行，根据本发明提出，在点火过程期间持续地执行以下检验，即等离子体的点火是否成功。附加地，该点火电压（UZ）从起始点火电压（UZA）开始升高并且在识别出等离子体的成功点火（在时刻tZ）之后在阳极与阴极之间的电压被降低到维持电压（UA）。

Description

用于运行等离子体产生装置的方法和控制装置
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于运行等离子体产生装置的方法和根据权利要求15的前序部分的用于运行等离子体产生装置的控制装置。
背景技术
申请人提供用于基板的等离子体涂层的设备，其中在所谓的等离子燃烧器中在阳极与阴极之间产生等离子体，粉末状的喷涂材料被注入到所述等离子体中。所述等离子体通过对在阳极与阴极之间流过的气体离子化而形成，所述气体将注入的粉末抛撒到基板表面上。这样的等离子燃烧器可被看作为等离子体产生装置。
为了点火等离子体，之前可调节数量的、具有几千伏大小和毫秒范围内的持续时间的电压脉冲作为点火电压施加在阳极与阴极之间。如果点火尝试没有成功，则启动另一次尝试。
为了维持等离子体，在开始等离子体的点火之前已经在阳极与阴极之间施加了一个恒定的、相对于点火电压明显更小的、例如在约55至300V范围内的维持电压。
发明内容
与此相对，本发明的任务是，提出一种用于运行等离子体产生装置的方法和控制装置，所述方法和控制装置能够实现等离子体产生装置的经济的运行。根据本发明，该任务借助具有权利要求1特征的方法和具有权利要求15特征的控制装置来解决。
根据本发明，在点火过程期间持续地执行以下检验，即等离子体的点火是否成功。附加地，点火电压从起始点火电压开始被提高并且在识别出等离子体的成功点火之后，在阳极与阴极之间的电压被降低到维持电压。
点火电压可作为直流电压、任意频率的交流电压或作为具有任意脉冲间歇比和任意脉冲形状的脉冲式直流电压来实施。
所述任务也借助用于运行等离子体产生装置的控制装置来解决，该控制装置被设置用于，在阳极与阴极之间施加维持电压，在该阳极与该阴极之间应形成等离子体，并且为了点火等离子体在阳极与阴极之间施加点火电压。根据本发明，该控制装置被设置用于，在点火过程期间持续地执行以下检验，即等离子体的点火是否成功，从起始点火电压开始升高点火电压并且在识别出等离子体的成功点火之后将阳极与阴极之间的电压降低到维持电压。
通过根据本发明的方法和根据本发明的控制装置的应用，点火电压仅仅对点火过程所必需长地施加并且此外也不施加不必要高的、而是仅仅施加对于等离子体的点火实际所需的点火电压。施加高的电压脉冲能够导致等离子体产生装置、即例如等离子燃烧器的损坏。在使用根据本发明的方法或根据本发明的控制装置时避免了这样的电压脉冲，使得避免了由于电压脉冲所引起的损坏并且实现了等离子体产生装置的经济的运行。此外，通过重复的电压脉冲产生电磁波，所述电磁波能够敏感地干扰在该等离子体产生装置的周围环境中的电子设备的运行。在使用根据本发明的方法或根据本发明的控制装置时避免了重复的电压脉冲，使得不产生电磁波或产生至少不干扰的电磁波。
等离子体产生装置尤其是作为用于基板的等离子体涂层的设备的等离子燃烧器来实施。但是，等离子体产生装置例如也被实施为用于电弧焊、等离子切割、高速火焰喷涂、火焰丝材喷涂或火焰粉末喷涂的装置的一部分。还可能的是，使用等离子体产生装置用于点火燃烧过程。
维持电压尤其是由维持电压源产生并且点火电压由单独的点火电压源产生，这两者都被等离子体产生装置的控制装置控制。但是也可能的是，仅仅设置一个电压源，该电压源不仅产生维持电压而且产生点火电压。
维持电压尤其是已经在点火过程开始之前或与点火过程开始同时施加。
为了检验是否等离子体的点火已经成功，特别是测量在阳极与阴极之间流动的电流。在此尤其是可以测量所谓的点火电流，即基于点火电压流动的电流。只要在阳极与阴极之间还没有形成等离子体，阳极和阴极就彼此电绝缘。通过离子化在阳极与阴极之间的气体，电荷载体变得自由，所述电荷载体能够实现阳极与阴极之间的通过电流。等离子体的成功点火尤其是在所测量的电流超过可规定的电流阈值时被识别出。附加地，识别还可取决于以下条件，即所述电流阈值必须在可规定的时间间隔内无中断地被超过。
只要识别出等离子体的点火是成功的，点火电压就不再被升高，而是更确切地说被降低到维持电压。所述降低尤其是在识别出点火之后突然进行。但是也可以的是，点火电压沿着预给定的变化曲线降低。
起始点火电压尤其是为0V，但是起始点火电压也可具有其它值。
点火电压为了点火等离子体尤其是严格单调上升地升高。所述升高尤其是以恒定的斜率进行，所述恒定斜率例如可以在100V/ms与10000V/μs之间。但是也可以的是，点火电压以其它方式和方法升高，例如点火电压可以逐级地升高。
在本发明的构型中，点火电压由点火设备施加，该点火设备在成功点火之后从阳极和/或阴极上分离。该分离尤其是通过打开一个或两个开关实现，所述开关被布置在该点火设备与阳极或阴极之间。所述开关尤其是也被等离子体产生装置的所述控制装置控制。通过点火设备与阳极和/或阴极的分离，可以在点火设备与等离子体产生装置的其它部件之间不发生干扰的相互作用。
在本发明的构型中，识别参数被分配给所应用的阳极-阴极对并且等离子体的点火根据该识别参数执行。因此，该点火能够与实际存在的阳极-阴极对匹配地进行，即例如与实际存在的等离子燃烧器匹配。例如在升高和/或降低到维持电压时可以使用匹配的起始点火电压、点火电压的匹配的变化曲线。识别参数尤其是表征等离子燃烧器并且例如可作为连续的数字或等离子燃烧器的序号来实施。该识别参数尤其可以被自动地确定，例如等离子燃烧器可以拥有本身的燃烧器控制装置，识别参数被存储在该燃烧器控制装置中并且可以被该等离子体产生装置的控制装置读出。但是，识别参数也可以被手动地输入到等离子体产生装置的控制装置中。
在本发明的构型中，检测、存储和分析点火电压的直到等离子体成功点火的变化曲线的至少一个参量。尤其是存储所谓的最终点火电压、即在识别出成功点火的时刻的点火电压。但是也可以代替于此地或附加地存储其它参量、例如点火电压的斜率。从存储的参量能够推断出等离子体产生装置的状态。这些参量尤其是能够在存储之后被继续处理。例如可以计算平均值或者执行滤波。
尤其是，所述识别参数与所述参量共同地被存储。因此，所存储的参量例如能够被用于点火的所描述的、与实际存在的阳极-阴极对匹配的执行。对此，尤其是在等离子体点火之前确定所使用的阳极-阴极对的识别参数并且随后根据为该阳极-阴极对所存储的参量进行点火。
在本发明的构型中，对所存储的参量的时间变化曲线进行分析。对此尤其是应理解为，在不同的点火过程中确定并存储的参量被相互比较。从这些参量的变化能够推断出等离子体产生装置的特性变化。
参量的变化尤其是相对于所属的比较值来确定。为此，监控当前确定的参量是否与所属的比较值偏差一个可规定的量。如果是这种情况，例如可以推断出，该等离子体产生装置必须被检查并且必要时维修或更换部件。对此可以由该等离子体产生装置的控制装置示出一个提示或者触发一个警报。所述量例如可以作为一个可规定的绝对边界值、例如用于点火电压变化的电压边界值或例如作为一个可规定的与所属的比较值的百分比偏差来实施。
所述比较值例如可针对确定类型的等离子体产生装置来确定和存储。
比较值尤其也可以从所存储的参量中确定并且被存储。该比较值例如可作为确定的第一参量、即例如为等离子体的点火所必需的第一点火电压来实施。但是，例如也可以使用在等离子体产生装置开始运行之后的可规定数量的参量的平均值作为比较值。
附图说明
本发明的其它优点、特征及细节根据随后实施例的描述以及根据附图得出，在所述附图中相同或功能相同的元件设有相同的附图标记。
在此：
图1示出等离子体产生装置的示意图，和
图2示出在点火根据图1的等离子体产生装置时的电压变化曲线的示图。
具体实施方式
根据图1，等离子体产生装置10具有带有阳极12和阴极13的阳极-阴极对11，该等离子体产生装置例如可以被实施为用于基板的等离子体涂层的设备的等离子燃烧器的一部分，在所述阳极与阴极之间应形成等离子体。在等离子燃烧器中应用等离子体产生装置10时，在阳极12与阴极13之间流过一种气体、例如氩气、氦气、氢气、氮气或其混合物，所述气体在形成等离子体时被离子化。为了形成等离子体或者采用氩气或者采用氮气。在成功点火之后，才在需要时混入其它气体。
阳极12和阴极13不仅与维持电压源14而且与点火电压源15电连接。维持电压源14和点火电压源15被等离子体产生装置10的控制装置16控制。此外，该阳极-阴极对11具有燃烧器控制装置17，其中此外存储有阳极-阴极对11序号形式的识别参数。该燃烧器控制装置17与控制装置16形成信号连接，使得该控制装置16能够读取所述序号并且根据该序号实施对维持电压源14和/或点火电压源15的控制。
在点火电压源15与阳极12之间布置有第一开关18并且在点火电压源15与阴极13之间布置有第二开关19，借助这些开关能够中断阳极12或阴极13与点火电压源15之间的连接。开关18和19同样被控制装置16控制。
在图2中示出了在等离子体产生装置10中在点火等离子体时由点火电压源15产生的点火电压UZ和由维持电压源14产生的维持电压UA在时间上的变化曲线，其中所述变化曲线仅仅被量化地而并不按比例地示出。
在点火过程开始之前，控制装置16从燃烧器控制装置17中读取阳极-阴极对11的序号、即阳极-阴极对11的识别参数。该信息一方面被需要用于使点火过程的进程适配于实际存在的阳极-阴极对11，另一方面点火电压UZ直到等离子体的成功点火的变化曲线的参量被检测并且与序号对应地被存储。
作为实际的点火过程的准备，在时刻t0由维持电压源14产生恒定的维持电压UA，该维持电压施加在阳极-阴极对11上进而施加在阳极与阴极之间。维持电压UA例如约为100V。如果开关18和19是打开的，则所述开关在时刻t0被控制，使得所述开关闭合并且因此阳极-阴极对11与点火电压源15电连接。
在时刻t1，点火电压源15从0V的起始点火电压UZA起开始产生点火电压UZ，除了维持电压UA外所述点火电压也被施加在阳极-阴极对11上进而被施加在阳极与阴极之间。点火电压UZ沿着具有恒定斜率的直线并且因此严格单调上升地升高。所使用的斜率尤其是根据阳极-阴极对11的上述序号来选择。对此，在控制装置16中存储有一个表，在该表中点火电压的斜率对应于序号。
从时刻t1开始还持续地检验，等离子体的点火是否成功。为此，借助于集成在点火电压源15中的、未单独示出的电流测量设备来测量流经点火电压源15的电流、所谓的点火电流。一旦该点火电流超过可规定的电流阈值，该电流阈值同样可以与阳极-阴极对11的上述序号相关，则推断出，等离子体的点火成功。这是在图2中在时刻tZ的情况。随后，点火电压UZ突然降低到0V，使得在阳极12与阴极13之间于是仅还施加有维持电压UA。此外，开关18和19被控制，使得它们打开并且因此阳极-阴极对11与点火电压源15电分离。
在时刻tZ由点火电压源15产生的并且因此施加在阳极12与阴极13之间的最终点火电压UZE被点火电压源15检测并且被转发给控制装置16。最终点火电压UZE例如在6kV与21kV之间。在此，最终点火电压被看作为点火电压UZ直到等离子体的成功点火的变化曲线的参量。最终点火电压UZE与阳极-阴极对11的上述序号共同地被存储在控制装置16中。
在等离子体的成功点火之后，控制装置16分析最终点火电压UZE的时间变化曲线。对此，当前的最终点火电压UZE与比较值进行比较。在当前的最终点火电压UZE偏差了例如可以在约5kV与30kV之间的、可规定的差值时，则推断出当前的阳极-阴极对11存在问题，例如推断出过强烈的磨损并且在控制装置16的未单独示出的屏幕上示出相应的提示。
所述比较值例如可以对于确定类型的阳极-阴极对被固定地预给定。该比较值也可以被实施为在当前的阳极-阴极对或该等离子体产生装置开始运行之后才确定的第一最终点火电压。但是，也可以使用在当前的阳极-阴极对或该等离子体产生装置开始运行之后的可规定数量的最终点火电压的平均值作为比较值。

Claims (15)

1. 用于运行等离子体产生装置的方法，其中
- 在阳极（12）与阴极（13）之间施加维持电压（UA），在所述阳极与所述阴极之间应形成等离子体，和
- 为了点火等离子体在所述阳极（12）与所述阴极（13）之间施加点火电压（UZ），
其特征在于，
- 在点火过程期间持续地执行以下检验，即等离子体的点火是否成功，
- 所述点火电压（UZ）从起始点火电压（UZA）开始升高，以及
- 在识别出等离子体的成功点火之后，在阳极（12）与阴极（13）之间的电压被降低到维持电压（UA）。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
为了检验等离子体的点火是否成功，测量在阳极（12）与阴极（13）之间流动的电流。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述起始点火电压（UZA）为0V。
4. 根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，
所述点火电压（UZ）严格单调上升地升高。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述点火电压（UZ）以恒定的斜率升高。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，
所述点火电压（UZ）由点火设备（15）施加，所述点火设备在成功点火之后与所述阳极（12）和/或阴极（13）分离开。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，
识别参数被分配给所使用的阳极-阴极对（11）并且等离子体的点火根据所述识别参数来执行。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，
检测并且存储点火电压（UZ）直到等离子体的成功点火的变化曲线的至少一个参量。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
检测、存储并且分析最终点火电压（UZE），在所述最终点火电压时识别出等离子体的点火。
10. 根据权利要求7和8或9所述的方法，其特征在于，
所述识别参数与所述参量共同地被存储。
11. 根据权利要求7和10之一所述的方法，其特征在于，
在等离子体的点火之前确定所使用的阳极-阴极对（11）的识别参数并且所述点火根据为该阳极-阴极对存储的参量进行。
12. 根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其特征在于，
所述存储的参量的时间变化曲线被分析。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
监控是否当前确定的参量与所属的比较值偏差了可规定的量。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
所述比较值从所存储的参量中被确定并且被存储。
15. 用于运行等离子体产生装置的控制装置，所述控制装置被设置用于，
- 在阳极（12）与阴极（13）之间施加维持电压（UA），在所述阳极与所述阴极之间应形成等离子体，和
- 为了点火等离子体，在所述阳极（12）与所述阴极（13）之间施加点火电压（UZ），
其特征在于，
所述控制装置被设置用于，
- 在点火过程期间持续地执行以下检验，即等离子体的点火是否成功，
- 将所述点火电压（UZ）从起始点火电压（UZA）开始升高，并且
- 在识别出等离子体的成功点火之后，将阳极（12）与阴极（13）之间的电压降低到维持电压（UA）。
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