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Schutzschalteinrichtung elektrischer Netzanschlußgeräte für elektrische
Entladungssysteme Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung elektrischer
Netzanschlußgeräte für elektrostatische Entladungssysteme, insbesondere für elektrostatische
Spritzlackiersv steme, aber auch für Systeme zum Reinigen von Gasen durch elektrostatische
Ausfällung, sowie zum elektrostatischen Entfeuchten, wobei die Entladungssysteme
eine elektronische Entladungsvorrichtung, wie etwa ein Thyratron, enthalten, die
so angeordnet ist, daß sie leitend wird, dabei ein damit in Reihe liegendes Relais
betätigt und dadurch den interelektrodischen Entladungsstrom unterbricht.
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Derartige Schutzeinrichtungen sollen eine sichere Begrenzung des interelektrodischen
Entladungsstroms ermöglichen, um Funkenbildung zwischen den Elektroden, die, insbesondere
beim Spritzlackieren, zu Brandgefahr Anlaß geben und die Produktion stören, zu vermeiden.
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Bei den bekannten Schutzeinrichtungen, die nach diesem Prinzip arbeiten,
ist die Änderung des Potentials im Thyratron, die durch einen gewissen Anstieg des
interelektrodischen Entladungsstroms verursacht wird, relativ klein und konstant,
d. h., es besteht bei ihnen eine lineare Abhängigkeit zwischen der dem Thyratron
zugeführten Spannung und dem interelektrodischen Entladungsstrom. Daher muß bei
diesen bekannten Schutzeinrichtungen das System sehr fein ansprechen. Wenn jedoch
das Systems fein genug anspricht, wird das Thyratro.n bereits dann leitend (und
unterbricht damit die Stromzufuhr zu den Elektroden), wenn auch nur eine rein vorübergehende
Änderung der Bedingungen eintritt, die in keinem Fall eine ernste Gefahr der Funkenbildung
hervorrufen würde. Der Arbeitsprozeß wird also völlig unnötig unterbrochen. Andererseits
jedoch wird, wenn das System nicht fein genug anspricht. dieses so träge auf Bedingungen,
bei denen Funkenbildung möglich ist, reagieren, daß Funkenbildung eintritt, bevor
das Thyratron leitend geworden ist. Es hat sich herausgestellt, daß bei Spritzlackiersystemen
mit einer dieser bekannten Schutzeinrichtungen wenigstens ein, manchmal sogar drei
Funken überspringen, mit der daraus resultierenden: Feuergefahr, bis das Thyratron
leitend wird und die Stromzufuhr unterbricht.
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Außerdem sind noch Schutzeinrichtungen bekannt, die eine magnetische
Anordnung enthalten, durch deren magnetische Sättigung gefährlich hohe Spannungen
vermieden werden sollen. Derartige Systeme haben jedoch den Nachteil, daß man einen
Fehler in der Vorrichtung, z. B. bei der Erdung, erst bemerkt, wenn bereits Funken
überspringen.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Schutzeinrichtung für elektrostatische
Entladungssysteme zu schaffen, die den interelektrodischen Entladungsstrom sicher
begrenzen und so eine Funkenbildung zwischen den Elektroden vermeiden. Dieses Ziel
wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die elektronische Entladungsvorrichtung
und das damit in Reihe liegende Relais parallel zu einer Diode liegen, die dafür
vorgesehen ist, den Strom zum Erzeugen des genannten interelektrodischen Entladungsstroms
durch sich hindurchtreten zu lassen, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß nur,
wenn der Diodenstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, die elektronische Entladungsvorrichtung
leitend wird und dadurch das Relais betätigt, wodurch der interelektrodische Entladungsstrom
unterbrochen wird.
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Bei dieser Anordnung ist bei Diodenströmen, die groß genug sind, um
einen interelektrodischen Entladungsstrom zu erzeugen; die Beziehung zwischen Diodenpotential
(das dem Thyratron entspricht) und dem Diodenstrom, der in einer linearen Beziehung
zum Entladungsstrom steht, nicht linear. Es ist sogar so, daß dVldl mit wachsendem
I ansteigt. Das dem Thyratron zugeführte Potential wächst also stark an,
wenn der Entladungsstrom relativ wenig ansteigt. Daher braucht das System nicht
besonders fein anzusprechen, und die Schutzeinrichtung ist trotzdem empfindlich,
ohne überempfindlich zu sein.
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Vorzugsweise ist das Relais so angeordnet, daß es den Strom im Eingangskreis
des Netzanschlußgerätes unterbricht. Dieses wird zweckmäßigerweise mit Hilfe eines
zweiten Relais vorgenommen, dessen Kontakte im Eingangskreis liegen. Das zweite
Relais
kann zur Betätigung eines sichtbaren und/oder hörbaren Warnsignals
vorgesehen werden.
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Im folgenden wird ein Netzanschlußgerät mit einer Schutzeinrichtung
gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung dargestellte Schaltbild
im einzelnen beschrieben.
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Das Netzanschlußgerät hat einen Netzanschluß 10, 11 für eine Netzspannung
von 250 V, 50 Hz. Die Netzanschlüsse 10, 11 sind mit der Primärspule 12P eines Transformators
13 verbunden. Zwischen dem Anschluß 11 und der Primärspule 12 P liegt ein Schalter
14 und ein normalerweise offener Relaiskontakt 16. »Normalerweise offen:« heißt,
die Kontakte sind dann offen, wenn das zugehörige Relais nicht erregt ist. Zwischen
den beiden Anschlüssen 10 und 11 liegt eine grüne Anzeigelampe 17 und ein normalerweise
geschlossener Relaiskontakt 18 in Reihe, außerdem eine rote Anzeigelampe 19 und
ein normalerweise offener Relaiskontakt 20 in Reihe. Des weiteren liegen zwischen
den Anschlüssen 10 und 11 ein 250-V-Relais 21 und ein normalerweise geschlossener
Relaiskontakt 22. Das Relais 21 betätigt die Kontakte 16, 18 und 20.
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Der Transformator 13 hat eine Sekundärspule 12S, deren Enden mit den
Anoden 24 und 25 einer Gleichrichterröhre27verbundenwerden. DieMittelanzapfung der
Sekundärspule 23 ist bei 26 geerdet. Eine weitere Sekundärspule 28 des Transformators
13 liefert die Kathodenspannung für Röhre 27; die Kathode 29 der Röhre 27 ist durch
einen: Glättkreis, der aus geerdeten Kondensatoren 30 und 31 und einer Drosselspule
32 besteht, verbunden mit einem Regelkreis, in dem die Diode 33 liegt. Die Drosselspule
32 ist mit der Anode 34 der Diode 33 über ein Milliamperemeter 35 verbunden, und
die Kathode 36 der Diode 33 ist über einen Abstimmkreis, der aus den Kondensatoren
37 und 38 und einer Drosselspule 39 besteht, mit den Anoden 40 und 41 der Oszillatortetroden
42 bzw. 43 im Ausgangskreis des Netzanschlußgerätes verbunden. Parallel zur Diode
33 liegt ein Thyratron. 44, dessen Kathode 45 über ein hochempfindliches Relais
46, das den Kontakt 22 betätigt, mit der Kathode 36 der Diode 33 verbunden ist.
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Die Anode 47 des Thyratrons 44 ist mit der Drosselspule 32 verbunden,
und das Steuergitter 48 des Thyratrons 44 liegt am beweglichen Kontakt eines Regelwiderstandes
49, dessen eines Ende an der Anode 47 des Thyratrons 44 liegt. Das andere Ende ist
über einen festen Widerstand 50 geerdet. Parallel zur Diode 33 liegt ein Voltmeter
51.
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Die Kathoden 52 und 53 der Oszillatorröhren 42 bzw. 43 sind miteinander
verbunden und über einen normalen Regelwiderstand 54, zu dem eine Kapazität 55 parallel
liegt, geerdet. Die Steuergitter 56 und 57 der Röhren 42 bzw. 43 sind über Widerstände
58 und 59 mit einer Koppelspule 60, die über einen Widerstand 61 und einer dazu
parallel liegenden Kapazität 62 geerdet ist, verbunden.
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Die Schirmgitter 63 und 64 der Röhren 42 bzw. 43 sind über Widerstände
65 bzw. 66 mit der Kathode der Diode 33 verbunden. Das Schirmgitter 63 ist über
eine Kapazität 67 geerdet, und das Schirmgitter 64 ist über eine Kapazität 68 geerdet.
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Die Spule 39 ist mit der Spule 69 gekoppelt; beide Spulen 39, 69 ergeben
einen Hochfrequenz-Aufwärtstransformator.
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Das eine Ende der Spule 69 ist über ein Mikroarnperemeter 70 geerdet,
während das andere Ende der Spule 69 mit der Kathode 71 der Gleichrichterröhre 72
verbunden ist. Die Anode 73 der Gleichrichterröhre 72 liegt an der Kathode 74 einer
Gleichrichterröhre 75, deren Anode 76 wiederum an der Kathode 77 der Gleichrichterröhre
78 liegt. Die Anode 79 der Gleichrichterröhre 78 liegt an der einen Elektrode 80
eines 2-Elektroden-Spritzlakiersystems, dessen andere Elektrode 81 geerdet ist.
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Zur Inbetriebnahme des Netzanschlußgerätes wird der Schalter 14 geschlossen
und dadurch die grüne Anzeigelampe 17 zum Aufleuchten gebracht. Um die Oszillatorröhren
42 und 43 mit Strom zu versorgen, wird der Druckknopf 23 niedergedrückt, wobei das
Relais 21 Strom erhält und dabei die Kontakte 16 und 20 schließt und den Kontakt
18 öffnet. Die grüne Anzeigelampe 17 erlischt, während die rote Anzeigelampe 19
aufleuchtet. Durch das Schließen des Kontaktes 16 erhält der Transformator 13 und
über den Gleichrichter 27 und die Diode 33 erhalten die Oszillatoren 42 und 43 Spannung.
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Die von den Oszillatorröhren 42 und 43 erzeugte Hochfrequenzspannung
wird durch die Spulen 39 und 69 auf eine Hochfrequenz höherer Spannung transformiert,
die auf die Gleichrichter 72, 75, 78 gegeben wird und dort einen negativen Gleichstrom
hoher Spannung von -40 KV ergibt, der zu Elektrode 80 geleitet wird und hier einen
Entladungsstrom zwischen den Elektroden 80 und 81 ergibt.
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Der Entladungsstrom und der ihn erzeugende Strom, d. h. der durch
die Diode 33 der Schutzeinrichtung fließende Strom, sind voneinander abhängig. Wenn
der Entladungsstrom sich ändert, dann ändert sich der Diodenstrom im gleichen Sinne.
Die Spannung am Steuergitter 48 des Thyratrons 44 ist so beschaffen, daß das Thyratron
44 unterhalb eines bestimmten, durch die Diode 33 fließenden Stromes nichtleitend
ist. Durch den durch die Diode 33 fließenden Strom wird am Thyratron 44 eine proportionale
Spannung angelegt, die so beschaffen ist, daß das Thyratron 44 nur leitend ist,
-wenn der Strom durch die Diode 33 einen vorbestimmten Wert überschreibet. Der vorbestimmte
Wert ist direkt von der Größe des Entladungsstroms abhängig, oberhalb dessen Funkenbildung
möglich wäre, und -wird versuchsmäßig mit einem gegebenen Elektrodenpaar 80 und
81 unter gegebenen Arbeitsbedingungen ermittelt und kann durch Einstellung der Gittervorspannung
am Steuergitter 48 geändert werden.
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Wenn der interelektrodische Entladungsstrom einen Wert erreicht, oberhalb
dessen Funkenbildung möglich wäre, so daß also der Strom durch die Diode 33 den
vorbestimmten Wert überschreitet, schaltet sich das Thyratron 44 ein, d. h., es
wird leitend und versorgt das Relais 46 mit Strom. Die Stromzufuhr zum Relais 46
verursacht die Öffnung der normalerweise geschlossenen Kontakte 22, wodurch das
Relais 21 stromlos wird. Das Relais 46 ist hochempfindlich und spricht sehr schnell
auf sehr kleine Ströme an; das Relais 21 ist ein schnell arbeitendes 250-Volt-Relais
für größere Ströme.
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Durch die Abschaltung des Relais 21 öffnen sich die Kontakte 20. Dadurch
erlischt die rote Lampe 19, die Kontakte 18 schließen sich und bringen die grüne
Lampe 17 zum Aufleuchten. Ebenfalls wird der Kontakt 16 geöffnet, wodurch die Primärspannung
des Transformators 13 und die Spannung, die an den Anoden der Oszillatorröhren 42
und 43 liegt, unterbrochen wird. Daher wird auch die an den Spritzlakierelektroden.80
und 81 liegende Spannung unterbrochen und der Entladungsstrom zwischen diesen Elektroden
abgeschaltet.
Um das Netzanschlußgerät wieder einzuschalten, ist
es nur erforderlich, den Druckknopf 23 niederzudrücken.
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Das Thyratron 44 wirkt als automatischer Schalter, der auf einen extrem
kleinen Anstieg des Gesamtstromes zwischen der Elektrode 80 und der geerdeten Elektrode
81 anspricht und dadurch die zur Funkenbildung führenden Bedingungen vermeidet,
indem er das Netzanschlußgerät abschaltet, wenn der zwischen den Elektroden fließende
Strom den erwähnten vorbestimmten Wert überschreitet.
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Das Voltmeter, Miniamperemeter und Mikroamperemeter sind nur eingefügt,
um die Ströme und Spannungen in der Nähe der zur Funkenbildung führenden Bedingungen
anzuzeigen. Für die Arbeitsweise des Geräts sind sie nicht erforderlich. Das Relais
21 kann dazu benutzt werden, ein hörbares Warnzeichen, z. B. durch Glocke oder Summer,
zu geben, um anzuzeigen, daß das Gerät nicht mehr arbeitet.