DE102010020481A1 - Charging generator for supplying e.g. positive direct current high voltage to functional devices, has switching and control unit altering polarity of output voltage, and generator operated at specified direct current supply voltage - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Aufladungsgenerator zur Versorgung von Funktionsbauteilen mit wenigstens einer positiven oder negativen Gleichhochspannung mit einem Schaltnetzteil, welches einen Hochspannungstransformator aufweist, der eine Wechselspannung in eine eingangsgerechte Wechselhochspannung wenigstens eines Hochspannungserzeugers transformiert, welcher eine Gleichhochspannung als Ausgangsspannung liefert.The invention relates to a charging generator for supplying functional components having at least one positive or negative DC high voltage to a switched-mode power supply having a high voltage transformer which transforms an AC voltage into an AC input voltage of at least one high voltage generator which delivers a DC high voltage as the output voltage.
Solche Aufladungsgeneratoren sind bekannt und werden zur Bereitstellung geladener Gegenstände als Funktionsbauteile in Prozessen eingesetzt, bei welchen es sich etwa um Elektroden und/oder Düsenköpfe handeln kann, bei deren Anwendung gezielt der polare Zustand zur Erreichung eines Prozess(-teil-)ergebnisses ausgenutzt wird, etwa bei dem Farbauftrag durch die Düse in einem Lackierprozess, die Filterung von Staubpartikeln mittels einer Elektrode oder die gezielte Aufladung von einzelnen Materialien oder Materialstapeln auf Bahnen durch eine Elektrode.Such charging generators are known and are used for the provision of charged objects as functional components in processes, which may be, for example, electrodes and / or nozzle heads, the application of which specifically exploits the polar state to achieve a process (partial) result. For example, in the application of paint through the nozzle in a painting process, the filtering of dust particles by means of an electrode or the targeted charging of individual materials or material stacks on tracks by an electrode.
Weiter sind zum Beispiel auch Vorrichtungen zur Beseitigung von Ladung in Form von sogenannten Entladungsgeneratoren bekannt.Further, for example, devices for the removal of charge in the form of so-called discharge generators are known.
Soll oder musste bisher die Polarität in einem Anwendungsprozess gewechselt werden, so musste häufig entweder wenigstens ein weiterer Aufladungsgenerator für die jeweils andere Polarität oder Spannungsart bereit gehalten oder an dem Aufladungsgenerator unter Unterbrechung des jeweiligen Prozesses umverdrahtet werden. Außerdem konnte es vorkommen, dass im Rahmen des jeweiligen Prozesses nach einer Aufladung auch eine Entladung erfolgen musste, was einen noch höheren Aufwand mit sich brachte. Überdies gibt es weltweit sehr unterschiedliche Netzspeisespannungen, was die Beherrschung der genannten Prozesse in unterschiedlichen Umgebungen weiter kompliziert.Should or previously had to be changed polarity in an application process, so often either at least one additional charge generator for the other polarity or voltage had to be kept ready or rewired to the charging generator with interruption of the respective process. In addition it could happen that in the context of the respective process after a charge also a discharge had to take place, which brought an even higher expenditure with itself. Moreover, there are very different network supply voltages worldwide, which further complicates the mastery of the processes mentioned in different environments.
Es besteht daher die Aufgabe, einen Aufladungsgenerator zur Verfügung zu stellen, der den Umgang mit Auf- und Entladungsvorgängen von Funktionsbauteilen in Anwendungsprozessen vereinfacht und den Generator vom öffentlichen Stromsspeisenetz unabhängig macht.It is therefore an object to provide a charging generator, which simplifies the handling of charging and discharging operations of functional components in application processes and makes the generator independent of the public power grid.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Aufladungsgenerator der eingangs genannten Art, welcher mit einer Versorgungsgleichspannung von 24 V DC betreibbar ist, bei dem der Hochspannungstransformator als Versorger wenigstens zweier Hochspannungserzeuger ausgebildet ist und an diesem die Versorgungsgleichspannung anliegt, welche zumindest ein Wandler des Schaltnetzteils in die Wechselspannung wandelt und dass der Aufladungsgenerator wenigstens ein Schalt- und Steuermittel aufweist, durch dessen Betätigung die Polarität der Ausgangspannung änderbar istThis object is achieved by a charging generator of the type mentioned, which is operable with a DC supply voltage of 24 V, in which the high voltage transformer is designed as a provider of at least two high voltage generator and at this the DC supply voltage is applied, which at least one converter of the switching power supply in the AC voltage converts and that the charging generator comprises at least one switching and control means, by the operation of the polarity of the output voltage is changeable
Das Grundprinzip des Aufladungsgenerators beruht hierbei auf einem Schaltnetzteil, welches unter Verwendung Hochspannungstransformators aufgebaut ist. An diesem liegt eine 24 V Gleichspannung an, die mittels eines Wandlers in eine Wechselspannung gewandelt wird. Somit kann 24 V-Gleichspannung in eine Wechselspannung gewandelt werden, die wiederum über das Übersetzungsverhältnis des Hochspannungstransformators in eine Wechselhochspannung transformiert wird.The basic principle of the charging generator is based on a switching power supply, which is constructed using high-voltage transformer. At this is a 24 V DC voltage, which is converted by means of a converter into an AC voltage. Thus, 24 V DC voltage can be converted into an AC voltage, which in turn is transformed via the transmission ratio of the high voltage transformer into an AC high voltage.
Vorteilhafterweise ist bei der Erzeugung der Hochspannung in einer Ausführung des Aufladungsgenerators den unterschiedlichen Polaritäten jeweils wenigstens eine Hochspannungskaskade als Hochspannungserzeuger zur Erzeugung der entsprechenden Hochspannung zugeordnet, so dass die transformierte Wechselhochspannung als Eingangsspannung zweier Hochspannungskaskaden (Full Wave Prinzip) dient, die eine Gleichspannung im kV-Bereich mit jeweils entgegen gesetzten Polaritäten erzeugen.Advantageously, when the high voltage is generated in one embodiment of the charging generator, at least one high-voltage cascade is assigned as a high-voltage generator for generating the corresponding high voltage, so that the transformed alternating high-voltage serves as the input voltage of two high-voltage cascades (full-wave principle) which generate a DC voltage in the kV. Create area with opposite polarities.
Zweckmäßigerweise kann bei einer weiteren Ausführung des Aufladungsgenerators das wenigstens eine Schalt- und Steuermittel getrennt ansteuerbar sind oder es kann jeder Hochspannungskaskade ein eigenes Steuermittel zur Ansteuerung zugeordnet sein, so dass die die Hochspannungskaskade zur Erzeugung einer positiven Hochspannung oder die Hochspannungskaskade zur Erzeugung einer negativen Hochspannung getrennt voneinander angesteuert werden können.Expediently, in a further embodiment of the charging generator, the at least one switching and control means can be controlled separately or it can be assigned to each high-voltage cascade own control means for driving, so that the high voltage cascade to generate a positive high voltage or the high voltage cascade to generate a negative high voltage disconnected can be controlled by each other.
Damit die Polarität der Ausgangsspannung des Aufladungsgenerators verändert werden kann, wird je nach Schalterstellung vierer Hochspannungsrelais die Hochspannungskaskade zur Erzeugung einer positiven Hochspannung oder die Hochspannungskaskade zur Erzeugung einer negativen Hochspannung getrennt voneinander angesteuert, so dass bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Aufladungsgenerators die Hochspannungserzeuger eine Ausgangsspannung von +/–25 kV bei einem maximalen Stromfluss von 2 mA erzeugen. Es sind hierbei auch andere Werte für und Hochspannung und maximalen Strom denkbar, die sich seitens der Spannung in einer Größenordnung von +/–10 kV bis +/–100 kV bei einem maximalen Stromfluss im Bereich von 0,5 mA bis etwa 5 mA bewegen.Thus, the polarity of the output voltage of the charging generator can be changed, depending on the switch position four high voltage relay, the high voltage cascade to generate a positive high voltage or the high voltage cascade to generate a negative high voltage separately controlled, so that in a preferred embodiment of the charging generator according to the invention, the high voltage generator an output voltage of +/- 25 kV at a maximum current flow of 2 mA. In this case, other values for and high voltage and maximum current are also conceivable which move from the voltage in the order of magnitude of +/- 10 kV to +/- 100 kV with a maximum current flow in the range of 0.5 mA to approximately 5 mA ,
Mit dem erfindungsgemäßen Aufladungsgenerator ist demnach die Polarität der Aufladung des Funktionsbauteils wählbar und umschaltbar, so dass auch bei nachträglicher Umwahl einer gewünschten Polarität die Aufladebauteile nicht umverdrahtet und so der Anwendungsprozess nicht unterbrochen werden muss. Daneben birgt dieser Umstand auch einen nicht unerheblichen Kostenvorteil für den Anwender, da dieser nur noch einen Aufladungsgenerator für beide Polaritäten einsetzen muss.With the charging generator according to the invention, therefore, the polarity of the charging of the functional component is selectable and switchable, so that even with subsequent change of a desired Polarity does not rewire the charging components and so the application process does not have to be interrupted. In addition, this circumstance also entails a not insignificant cost advantage for the user since he only has to use one charging generator for both polarities.
Gut handhabbar ist der erfindungsgemäße Aufladungsgenerator in einer anderen Ausführungsform, in welcher dieser in einem Gehäuse mit Anschlüssen angeordnet ist. Zweckmäßigerweise können hierbei in diesem die Hochspannungskaskaden gegebenenfalls mit eigenem Steuermittel und dem Transformator vergossen angeordnet sein.Good handling of the charging generator according to the invention in another embodiment, in which it is arranged in a housing with connections. Conveniently, in this case, the high-voltage cascades can be arranged optionally cast with its own control means and the transformer.
Der jeweilige oder ein weiterer Anwendungsprozess lassen sich auch durch den Aufladungsgenerator unterstützen, wenn der Aufladungsgenerator in einer Weiterbildung wenigstens einen Anschluss zur Speisung und/oder Steuerung eines Entladungsgenerators aufweist, falls etwa zusätzlich eine nachfolgende Entladung im Prozess benötigt wird.The respective or another application process can also be assisted by the charge generator if the charge generator has at least one connection for supplying and / or controlling a discharge generator in a further development, if, for example, a subsequent discharge in the process is additionally required.
Der erfindungsgemäße Aufladungsgenerator kann vorteilhaft in weiteren Ausführungen beispielsweise wenigstens einen Eingang zur Übernahme des Signals eines externen Taktgebers aufweisen, mit wenigstens einer Schnittstelle zum Anschluss wenigstens einer Steuereinrichtung, beispielsweise einer seriellen RS232-Schnittstelle, versehen sein oder aber es kann an diesem selbst wenigstens eine Steuereinrichtung, beispielsweise ein Mikrocontroller, vorgesehen sein.The charging generator according to the invention may advantageously have in further embodiments, for example, at least one input for receiving the signal of an external clock, be provided with at least one interface for connecting at least one control device, such as a serial RS232 interface, or it may be on this itself at least one control device , For example, a microcontroller, be provided.
Andere zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Aufladungsgenerators können sich dadurch auszeichnen, dass der wenigstens einen Steuereinrichtung wenigstens ein Speichermittel zugeordnet ist, in welchem Betriebszustände der Steuereinrichtung bzw. des Generators ablegbar und bei Bedarf wieder aufrufbar sind. Die Übertragung und Wahrnehmbarmachung von Betriebszuständen, wie Fehlermeldungen oder Statusanzeigen, kann dabei vorzugsweise mittels potentialfreier Kontakte erfolgen. Hierbei kann es sich auch um Meldungen von durch den Aufladungsgenerator fremd gesteuerten Einrichtungen, wie des oben erwähnten Entladungsgenerators handeln.Other expedient embodiments of the charging generator according to the invention can be characterized in that the at least one control device is associated with at least one storage means, in which operating states of the control device or the generator can be stored and recalled as needed. The transmission and perception of operating states, such as error messages or status indicators, can preferably be done by means of potential-free contacts. These may also be messages from devices controlled externally by the charging generator, such as the above-mentioned discharge generator.
Einen sehr flexiblen Einsatz erlaubt eine Weiterbildung des Aufladungsgenerators mit einer vorzugsweise an dessen Gehäuse angeordneten Anzahl von Anschlüssen zur Verbindung mit einer Mehrzahl von Funktionsbauteilen gleicher und/oder unterschiedlicher Polarität. Hierbei können bei einer besonders bevorzugten Ausbildung des Aufladungsgenerators für jede Polarität wenigstens drei, bevorzugt vier oder mehr Anschlüsse an dem Gehäuse vorgesehen sein.A very flexible use allows a development of the charging generator with a preferably arranged on the housing number of terminals for connection to a plurality of functional components of the same and / or different polarity. In this case, in a particularly preferred embodiment of the charging generator, at least three, preferably four or more, terminals may be provided on the housing for each polarity.
Um dem Anwender Fehlermeldungen oder Betriebszustände des Generators während des Prozesses schnell und sicher mitteilen zu können, ist eine andere Weiterbildung des Aufladungsgenerators mit wenigstens einem Anzeigemittel, insbesondere einem visuellen Anzeigemittel wie einem Display und oder einer Anzahl von Leuchtdioden oder dergleichen Leuchtmitteln, versehen. Bevorzugt gestattet dieses Anzeigemittel den Aufruf und die Quittierung bestimmter, bereits geschehener Betriebszustände des Aufladungsgenerators oder eines durch diesen gesteuerten Geräts.In order to be able to quickly and reliably notify the user of error messages or operating states of the generator during the process, another development of the charging generator is provided with at least one display means, in particular a visual display means such as a display and / or a number of light-emitting diodes or the like light-emitting means. Preferably, this display means allows the call and the acknowledgment of certain, already existing operating states of the charging generator or a device controlled by this.
Um den Aufladungsgenerator in unterschiedlichen, nicht unbedingt harmlosen Prozessbedingungen einsetzen und sichern zu können, kann es bei einer anderen Weiterbildung von Vorteil sein, dass das Gehäuse und in diesem befindliche Verbindungsmittel, wie Buchsen oder dergleichen Steckverbinder, mit einer Schutzeinrichtung gegen bestimmte Umwelteinflüsse, wenigstens einer Schutzeinrichtung nach Schutzart IP54 und/oder mit einer Befestigungseinrichtung zur festen Anordnung an einer Aufnahme wie einem Rahmen oder dergleichen Gestell, versehen ist.In order to use the charge generator in different, not necessarily harmless process conditions and secure, it may be in another development of advantage that the housing and in this connection means located, such as sockets or the like connectors with a protective device against certain environmental influences, at least one Protective device according to protection IP54 and / or with a fastening device for fixed arrangement on a receptacle such as a frame or the like frame is provided.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Zeichnungsfigur, die
Der Aufladungsgenerator
Der Hochspannungstransformator
Darüber hinaus sind an dem Aufladungsgenerator
Die vorstehend beschriebene Erfindung betrifft demnach einen Aufladungsgenerator
Um einen Aufladungsgenerator
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