DE102011004037A1

DE102011004037A1 - Oszillator für eine Pulversprühbeschichtungseinrichtung

Info

Publication number: DE102011004037A1
Application number: DE201110004037
Authority: DE
Inventors: Felix Mauchle; Mario Vasella
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2012-08-16
Also published as: WO2012141786A1

Abstract

Es wird ein Oszillator (100) zum Bereitstellen einer oszillierenden Spannung für eine Pulversprühbeschichtungseinrichtung (200) angegeben. Mit dem Ziel, die Effizienz und die Qualität des Beschichtungsergebnisses eines Mittels der Pulversprühbeschichtungseinrichtung (200) beschichteten Gegenstandes zu verbessern, sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, den Oszillator (100) mit einem ersten Signalgenerator (10) zum Erzeugen einer Zwischenkreisspannung (11) und einem zweiten Signalgenerator (20) zum Erzeugen eines Modulationssignals (21) auszustatten, wobei mittels einer Modulationseinheit (35) eine Oszillatorspannung (34) erzeugt wird. Eine Strommesseinrichtung (40) misst den durch die Pulversprühbeschichtungseinrichtung (200) fließenden Oszillatorstrom (41) und führt den Oszillatorstrom-Messwert (42) einer Regeleinheit (50) zu, welche mittels eines Stellbefehles (51) die Frequenz (23) des im zweiten Signalgenerator (20) erzeugten Modulationssignals (21) in Abhängigkeit von dem gemessenen Oszillatorstrom (41) fortlaufend verändert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Oszillator zum Bereitstellen einer oszillierenden Spannung, wobei die oszillierende Spannung an eine Pulversprühbeschichtungseinrichtung abgegeben wird.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Pulversprüheinrichtungen, insbesondere Sprühpistolen und dergleichen zum Abgeben eines fluidisierten Pulvers auf eine geerdete zu beschichtende Oberfläche mit geeigneten Hochspannungserzeugern zu versehen, um das Beschichtungspulver, welches die Pulversprühbeschichtungseinrichtung in Richtung des zu beschichtenden Objektes verlässt, mit Hochspannung zu beaufschlagen.
Hierzu ist innerhalb der Pulversprühbeschichtungseinrichtung beispielsweise ein Transformator und eine sich daran anschließende Hochspannungskaskadenschaltung vorgesehen, wobei der Hochspannungstransformator zunächst der Transformation auf eine mäßig hohe Spannung dient, und wobei anschließend durch die mit der mäßig hohen Wechselspannung beaufschlagte Hochspannungskaskadenschaltung in der Regel durch Kombination von Diodenstrecken und Kondensatoren pro Halbwelle der Wechselspannung eine Spannungsvervielfachung im Sinne einer Kaskade erfolgt.
Zu diesem Zweck wird bei herkömmlichen Oszillatoren anderen Ausgang eine Wechselspannung erzeugt, wobei diese Wechselspannung innerhalb gewisser Grenzen in ihrer Amplitude einstellbar ist. Unterschiedliche Spannungsamplituden resultieren dann innerhalb der Pulversprühbeschichtungseinrichtung in unterschiedlichen Hochspannungsamplituden, da die Auslegung des Hochspannungstransformators und der sich daran anschließenden Kaskadenschaltung nicht anpassbar ist. Durch eine Variation der Amplitude der Oszillatorspannung wird somit eine Anpassbarkeit der gewünschten Hochspannung erreicht, mit welcher das Beschichtungspulver beaufschlagt werden soll.
Eine Anpassung der Hochspannung kann insbesondere dann erforderlich werden, wenn die unterschiedlichen Beschichtungsparameter wie beispielsweise die Zusammensetzung des Beschichtungspulvers, der Abstand der Pulversprühbeschichtungseinrichtung zum beschichtenden Objekt oder auch die Beschaffenheit des zu beschichtenden Objektes selber verändert werden. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass zur Einhaltung der Beschichtungsparameter für ein bestimmtes Beschichtungsergebnis die Hochspannung zum Beaufschlagen des Pulversprühbeschichtungsmaterials beispielsweise 100 kV betragen soll. Hierbei ergibt sich nun jedoch das Problem bei herkömmlichen Oszillatoren für Pulversprühbeschichtungseinrichtungen, dass durch die sich verändernden Parameter der elektrischen Last am Oszillatorausgang relativ hohe Verluste entstehen, welche zum einen eine unerwünschte Verlustwärmeentwicklung zur Folge haben und zum anderen bewirken, dass bei bekanntem Hochspannungstransformator und bekannter Hochspannungskaskadenschaltung innerhalb der Pulversprühbeschichtungseinrichtung durch die unbekannte Parameteränderung nicht mehr sichergestellt ist, dass bei Vorgabe einer bestimmten Amplitude der Oszillatorwechselspannung innerhalb der Pulversprühbeschichtungseinrichtung tatsächlich eine Hochspannung mit den gewünschten Werten erzeugt wird. Beides wirkt sich negativ auf die Effizienz und insbesondere auf die Qualität des Beschichtungsergebnisses aus.
Aufgrund dieser Problemstellung lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Oszillator zum Bereitstellen einer oszillierenden Spannung für eine Pulversprühbeschichtungseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Effizienz und die Qualität des Beschichtungsergebnisses verbessert werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Oszillator zum Bereitstellen einer oszillierenden Spannung für eine Pulversprühbeschichtungseinrichtung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Insbesondere wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Oszillator einen ersten Signalgenerator zum Erzeugen einer Zwischenkreisspannung und einen zweiten Signalgenerator zum Erzeugen eines Modulationssignals sowie eine Modulationseinheit zum Erzeugen einer Oszillatorspannung aufweist, wobei ein erster Anschluss zur Ausgabe der erzeugten Oszillatorspannung an eine Pulversprühbeschichtungseinrichtung und ein zweiter Anschluss zum Rückführen dieser verwendeten Oszillatorspannung auf ein Bezugspotential vorgesehen sind und wobei weiterhin eine Strommesseinrichtung zum Messen eines Oszillatorstromes und eine Regeleinheit vorgesehen sind. Die Modulationseinheit dient hierbei dem Erzeugen der Oszillatorspannung durch Modulation der Zwischenkreisspannung mit dem Modulationssignal. Der mittels der Strommesseinrichtung ermittelte Messwert des Oszillatorstromes wird hierbei an die Regeleinheit übermittelt, wobei die Regeleinheit ausgelegt ist, das Modulationssignal des zweiten Signalgenerators fortlaufend unter Zugrundelegung des übermittelten Messwertes für den Oszillatorstrom zu verändern.
Durch das Verändern der Frequenz des Modulationssignals des zweiten Signalgenerators wird hierbei ebenfalls die Frequenz der resultierenden Gesamtoszillatorspannung verändert. Ein derartiges Verändern der Frequenz der Oszillatorspannung in Abhängigkeit von dem gemessenen Oszillatorstrom führt dazu, dass die Hochspannungserzeugung in der mit der Oszillatorspannung beaufschlagten Pulversprühbeschichtungseinrichtung effizienter erfolgt, wodurch sich das Pulversprühbeschichtungsergebnis deutlich verbessert.
Des Weiteren können durch eine derartige oszillatorstromabhängige Variation der Oszillatorspannungsfrequenz unbekannte Einflüsse wie beispielsweise die Umgebungstemperatur oder die Länge der Zuleiten bis zur Pulversprühbeschichtungseinrichtung derart kontrolliert werden, dass diese einen geringeren Einfluss auf die tatsächlich innerhalb der Pulversprühbeschichtungseinrichtung erzeugte Hochspannung haben. Hierbei ist insbesondere von Vorteil, dass durch die Möglichkeit, über den fließenden Oszillatorstrom einen Rückschluss auf die innerhalb der Pulversprühbeschichtungseinrichtung erzeugte Hochspannung treffen zu können, mittels geregelter Variation der Oszillatorfrequenz ein optimales Beschichtungsergebnis erhalten werden kann, welches nicht von unbekannten Einflüssen wie der Umgebungstemperatur und der Zuleitungslänge zur Pulversprühbeschichtungseinrichtung abhängt. Ebenso lässt sich hiermit der Vorteil erzielen, dass das Beschichtungsergebnis unabhängiger von weiteren Einflussgrößen wie dem Beschichtungsabstand oder einer unzureichend erfolgten Erdung des zu beschichtenden Objektes wird.
Weiterhin wird durch den Vorteil der effizienteren, d. h. verlustärmeren Hochspannungserzeugung die Wärmeentwicklung vermindert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Beispielsweise ist vorteilhafter Weise vorgesehen, die Regeleinheit derart auszulegen, dass diese die Frequenz des Modulationssignals des zweiten Signalgenerators und damit auch die resultierende Gesamtfrequenz der Osziliatorspannung derart fortlaufend verändert, dass der gemessene Oszillatorstrom minimal wird.
Insbesondere ist also vorgesehen, durch entsprechende Regelung, also einen Vergleich des gemessenen Oszillatorstroms mit seinem Vorgängerwert bzw. seinen Vorgängerwerten ein Minimum für diesen fließenden Oszillatorstrom zu erhalten, wobei dieses Minimum mittels der Regeleinheit durch Variation der Frequenz des Modulationssignals des zweiten Signalgenerators erhalten wird. Durch die fortlaufende Regelung, d. h. die weitergeführte Regelung auch nach dem erstmaligen Erreichen eines solchen Minimums ist dabei sichergestellt, dass sich im Laufe des Zeitraumes des Beschichtungsvorganges verändernde Parameter wie beispielsweise die Umgebungstemperatur oder der Abstand zum zu beschichtenden Objekt nicht nachteilig auf das Beschichtungsergebnis auswirken.
Weiterhin ist insbesondere durch die so erreichte Minimierung des fließenden. Oszillatorstromes gewährleistet, dass auch die Wärmeentwicklung optimal begrenzt ist und damit möglichst wenig Verlustwärme entsteht.
Es kann dabei vorgesehen sein, die Strommesseinrichtung in dem Zweig des erfindungsgemäßen Oszillators anzuordnen, welcher der Rückführung der verwendeten Oszillatorspannung vom zweiten Anschluss auf das Bezugspotential dient. Das Bezugspotential kann hierbei insbesondere das Massepotential der Oszillatorschaltung sein. Durch ein Anordnen der Strommesseinrichtung zwischen dem zweiten Anschluss zum Rückführen der verwendeten Oszillatorspannung auf das Bezugspotential und dem Bezugspotential selbst, d. h. im rückfließenden. Zweig ist eine Strommessung auf relativ niedrigem Potential möglich, da ein Großteil der Spannung bereits in der Pulversprühbeschichtungseinrichtung und dort insbesondere über der Primärwicklung des Hochspannungstransformators abgefallen ist.
In besonders vorteilhafter Weise ist es aber vorgesehen, die Strommesseinrichtung in dem Zweig des erfindungsgemäßen Oszillators vorzusehen, welcher der Zuführung der auszugebenden Oszillatorspannung zu der Pulversprühbeschichtungseinrichtung dient. Zweckmäßigerweise wird die Strommesseinrichtung zwischen der Modulationseinheit und dem ersten Anschluss zur Ausgabe der Oszillatorspannung angeordnet. Durch eine derartige Anordnung werden insbesondere Störungen wirksam vermieden, was eine genauere Messung des Stromes in der Messeinrichtung ermöglicht.
Weiterhin ist vorgesehen, den ersten Signalgenerator mit einer ersten Pulsweitenmodulationseinheit und mit mindestens einem sich daran anschließenden Tiefpassfilter auszustatten. Im Folgenden soll von dem Begriff der Pulsweitenmodulation sowohl die Variation eines (Rechteck-)Tastverhältnisses bei gleichbleibender Frequenz aufeinanderfolgender Pulspakete umfasst sein, als auch die Möglichkeit, eine solche Frequenz abzugebender Pulse zu verändern. Ebenso soll unter dem Begriff der Pulsweitenmodulation die Kombination dieser Möglichkeiten verstanden werden können, d. h. eine Kombination von Tastverhältnisvariation und Frequenzänderung der abzugebenden Signalpulse.
Durch einfache Variation des Tastverhältnisses und/oder der Frequenz innerhalb der Pulsweitenmodulationseinheit ist damit eine Variation der Amplitude der Zwischenkreisspannung auf besonders einfache Weise möglich. Das Tiefpassfilter ist hierbei insbesondere derart dimensioniert, dass eine im Wesentlichen geglättete Gleichspannung als Zwischenkreisspannung ausgegeben wird.
Des Weiteren ist vorgesehen, auch den zweiten Signalgenerator mit einer zweiten. Pulsweitenmodulationseinheit auszustatten, mit deren ausgegebenem Modulationssignal im Anschluss die Zwischenkreisspannung mittels der Modulationseinheit moduliert wird. Hierdurch wird die Frequenz des Modulationssignals, welches vom zweiten Signalgenerator ausgegeben wird, durch eine einfache Änderung der Pulsweite (d. h. Tastverhältnis und/oder Pulspaketfrequenz) der zweiten Pulsweitenmodulationseinheit verändert, wodurch die geforderte Einstellmöglichkeit der Modulationsfrequenz für die mittels der Regeleinheit vorgenommene Regelung in besonders einfacher Weise möglich ist.
Zum Erzielen eines möglichst weiten Regelbereiches kann es weiterhin vorgesehen sein, die Frequenz des Modulationssignals in einen Weitenbereich, beispielsweise im Bereich zwischen 10 und 30 kHz variabel zu machen. Durch einen derart großen regelbaren Frequenzumfang ist eine optimale Anpassung des fließenden Oszillatorstroms, beispielsweise auf ein Minimum, möglich. Des Weiteren ist der Frequenzbereich zwischen 10 und 30 kHz gut durch eine Pulsweitenmodulation zugänglich, wobei hierfür besonders kostengünstige Bauteile in diesem Frequenzbereich zum Einsatz kommen können. Durch den Frequenzbereich zwischen 10 und 30 kHz ist gleichzeitig auch gewährleistet, dass die Verluste insbesondere des Hochspannungstransformators innerhalb der Pulversprühbeschichtungseinrichtung bei gleichzeitiger relativ kleiner Bauform eines derartigen Hochspannungstransformators niedrig sind.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, die Oszillatorspannung des erfindungsgemäßen Oszillators kapazitiv an den ersten Anschluss zur Ausgabe der Oszillatorspannung anzukoppeln. Eine Ankopplung beispielsweise über einen Koppelkondensator eliminiert dabei Gleichanteile der ausgegebenen Oszillatorspannung und glättet deren Flanken bis zu einem gewissen Grad, wodurch insbesondere ein Hochspannungstransformator innerhalb der Pulversprühbeschichtungseinrichtung optimal und störungsarm betrieben werden kann.
Hinsichtlich der Zwischenkreisspannung kann vorgesehen sein, diese in einem Bereich zwischen 0 und 24 V vorzusehen. Ein derartiger Spannungsbereich gewährleistet eine hohe Betriebs- und Handhabungssicherheit bei gleichzeitig guter Zugänglichkeit möglicherweise vorzusehender absichernder oder entstörender Bauteile wie beispielsweise Zenerdioden.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Oszillators zum Bereitstellen einer oszillierenden Spannung für eine Pulversprühbeschichtungseinrichtung anhand einer Zeichnung näher erläutert: Es zeigen:
1: ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Oszillators zum Bereitstellung einer oszillierenden Spannung mit einer Strommesseinrichtung im Rückflusszweig, mit einer an den Oszillator angeschlossenen Pulversprühbeschichtungseinrichtung
1a: ein Blockschaltbild des Oszillators aus 1a mit dem Unterschied, dass die Strommesseinrichtung im Zuführzweig der Oszillatorspannung angeordnet ist;
2: ein Spannungs-Zeit-Diagramm für eine von einem ersten Signalgenerator ausgegebene Zwischenkreisspannung, nach erfolgter Tiefpassfilterung;
3: ein Spannungs-Zeit-Diagramm für eine Oszillatorspannung, wie sie durch Modulation einer Zwischenkreisspannung mit einem Modulationssignal in einer Modulationseinheit erhalten wird;
4: die Oszillatorspannung aus 3 nach erfolgter kapazitiver Kopplung zur Elimination des Gleichanteils; und
5: ein Strom-Zeit-Diagramm kombiniert mit einem Frequenz-Zeit-Diagramm für den zeitlichen Verlauf des Oszillatorstroms verglichen mit dem zeitlichen Verlauf der Frequenz des Modulationssignals.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Oszillators 100, der an einem ersten Anschluss 31 eine kapazitiv gekoppelte Oszillatorspannung 34a an eine Pulversprühbeschichtungseinrichtung 200, beispielsweise eine Pulversprühpistole, ausgibt. Die kapazitive Ankopplung der Oszillatorspannung 34 erfolgt in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mittels einer Koppelkapazität 36, um die kapazitiv gekoppelte, weitgehend gleichantellfreie Oszillatorspannung 34a zu erhalten. Eine derartige kapazitiv gekoppelte Oszillatorspannung 34a ist von Vorteil, wenn innerhalb der Pulversprühbeschichtungseinrichtung 200 zunächst ein Hochspannungstransformator damit gespeist wird, um hohe Verluste in dessen Primärwicklung zu vermeiden. Gleichwohl ist eine derartige kapazitive Ankopplung der Oszillatorspannung 34 für die Funktion des Oszillators 100 nicht zwingend erforderlich, wenn – beispielsweise bei einem anders gearteten Aufbau der Pulversprühbeschichtungseinrichtung 200 – ein Gleichanteil am Eingang der Pulversprühbeschichtungseinrichtung 200 nicht zu dessen Kurzschluss führt.
Zusätzlich zum ersten Anschluss 31 zur Ausgabe der Oszillatorspannung 34 bzw. 34a ist ein zweiter Anschluss 32 zum Rückführen der in der Pulversprühbeschichtungseinrichtung verwendeten Oszillatorspannung 34 auf ein Bezugspotential 33 vorgesehen. Eine derartige Rückführung auf das Bezugspotential 33 ist jedoch nur funktional an den Oszillator 100 gebunden und kann beispielsweise auch außerhalb eines eventuell vorhandenen Oszillatorgehäuses erfolgen. Unter dem Begriff „Anschluss” ist somit lediglich zu verstehen, dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Oszillator 100 und der Pulversprühbeschichtungseinrichtung 200 herstellbar ist bzw. hergestellt worden ist.
Der Oszillator 100 weist zum Erzeugen der Oszillatorspannung 34 einen ersten Signalgenerator 10 und einen zweiten Signalgenerator 20 auf. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in den ersten Signalgenerator 10 eine erste Pulsweitenmodulationseinheit 12 integriert; in ähnlicher Weise ist in den zweiten Signalgenerator 20 eine zweite Pulsweitenmodulationseinheit 22 integriert. Durch die Wahl einer passenden Pulsweite erzeugt die erste Pulsweitenmodulationseinheit 12 ein Rechtecksignal mit variablem Tastverhältnis, variabler Tastfrequenz oder einer Kombination aus variablem Tastverhältnis und variabler Tastfrequenz, wodurch sich der effektive Mittelwert der Spannungsamplitude der vom ersten Signalgenerator 10 erzeugten Zwischenkreisspannung 11 je nach Wahl der Parameter der ersten Pulsweitenmodulationseinheit 12 ändern lassen. So ist beispielsweise gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine entsprechende Parameterwahl der Mittelwert der erzeugten Zwischenkreisspannung 11 zwischen 0 und 24 V wählbar, die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen exemplarischen Wertebereich für die Zwischenkreisspannung 11 beschränkt. Vielmehr kann es ebenso vorgesehen sein, negative Zwischenkreisspannungen in Bezug auf das Bezugspotential 33 vorzusehen oder auch größere Wertebereiche mit einem Maximalwert von mehr als 24 V vorzusehen. Ebenso kann – je nach Anwendungszweck – die Amplitude bzw. Mittelwertamplitude der ausgegebenen Zwischenkreisspannung 11 fest vorgegeben sein. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Bedien- und Steuereinheit 300 vorgesehen, an welcher beispielsweise Einstellungen hinsichtlich der Höhe der Zwischenkreisspannung vorgenommen werden können. So kann je nach der Beschaffenheit der angeschlossenen Pulversprühbeschichtungseinrichtung 200 und je nach vorliegenden Beschichtungsparametern wie beispielsweise unterschiedliche Beschichtungsmaterialien und unterschiedliche Sprühabstände der Wert der Zwischenkreisspannung 11 und somit indirekt auch der Wert der innerhalb der Pulversprühbeschichtungseinrichtung 200 erzeugten Hochspannung an die Parameter angepasst werden. Hierzu übermittelt die Bedien- und Steuereinheit 300 ein geeignetes Steuersignal 301 an den ersten Signalgenerator 10, um beispielsweise das Tastverhältnis der pulsweitenmodulierten Spannung innerhalb der ersten Pulsweitenmodulationseinheit 12 den Vorgaben entsprechend anzupassen.
Die erzeugte Zwischenkreisspannung 11 wird anschließend auf ein Tiefpassfilter 13 geführt, um eine tiefpassgefilterte Zwischenkreisspannung 11a zu erhalten, welche im Wesentlichen einer geglätteten Gleichspannung des Mittelwertes der pulsmodulierten Zwischenkreisspannung 11 entspricht.
Die zweite Pulsweitenmodulationseinheit 22, welche im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in den zweiten Signalgenerator 20 integriert ist, erzeugt – ebenfalls durch Pulsweitenmodulation – ein Modulationssignal 21, d. h. ein hochfrequentes Signal zur Modulation der Gleichspannung bzw. tiefpassgefilterten Zwischenkreisspannung 11a. Sowohl diese tiefpassgefilterte Zwischenkreisspannung 11a als auch das erzeugte Modulationssignal 21 werden in eine Modulationseinheit 35 geführt, in welcher die entsprechende Modulation ausgeführt wird. Eine derartige Modulationseinheit besteht im einfachsten Fall aus einem Transistor, in der Regel einem Feldeffekttransistor, ggf. unter Zwischenschaltung eines entsprechenden Transistor-Treiberbausteines.
Hierbei wird in der Regel an das Gate eines zur Modulation verwendeten Feldeffekttransistors innerhalb der Modulationseinheit das Modulationssignal 21 gelegt, um die über der Source-Drain-Strecke abfallende tiefpassgefilterte Zwischenkreisspannung 11a mit dem in der Regel hochfrequenten Modulationssignal 21 zu modulieren und als Oszillatorspannung 34 aus der Modulationseinheit 35 auszugeben. Beispielsweise bei einem rechteckförmigen Modulationssignal 21 wird die tiefpassgefilterte Zwischenkreisspannung 11a somit im Tasttakt des Modulationssignals 21 an einen (nicht dargestellten) Ausgang der Modulationseinheit 35 angelegt, wenn das Modulationssignal 21 logisch 1 (z. B. „high”) ist. Um in den Tastpausen, d. h. dann, wenn das Modulationssignal 21 logisch 0 (z. B. „low”) ist, ein definiertes Bezugspotential am Ausgang der Modulationseinheit 35 zu gewährleisten, kann ein weiterer Transistor, in der Regel ein weiterer Feldeffekttransistor zum Durchschalten dieses Bezugspotentials vorgesehen sein. Vorzugsweise wird hierfür der Transistor-Treiberbaustein ein Halbbrückentreiber sein, welcher für einen derartigen wechselweisen Schaltvorgang Sorge trägt. Dies bedeutet, dass dieser Halbbrückentreiber zu Zeitpunkten, an welchen das Modulationssignal 21 logisch 1 ist, die tiefpassgefilterte Zwischenkreisspannung 11a an den Ausgang der Modulationseinheit 35 durchschaltet und entsprechend zu Zeitpunkten, an welchen das Modulationssignal 21 logisch 0 ist, das definierte Bezugspotential an den Ausgang der Modulationseinheit 35 durchschaltet.
Diese Ausführung einer Modulationseinheit 35 ist jedoch lediglich beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen; die genaue Ausgestaltung einer geeigneten Modulationseinheit 35 ist dem Fachmann geläufig.
Wie bereits erwähnt, wird die aus der Modulationseinheit 35 ausgegebene Oszillatorspannung 34 im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 1 einer Koppelkapazität 36 zugeführt, welche insbesondere den Gleichspannungsanteil der Oszillatorspannung 34 eliminiert und eine kapazitiv gekoppelte Oszillatorspannung 34a an den ersten Anschluss 31 ausgibt.
Innerhalb der Pulversprühbeschichtungseinrichtung 200 ist in der Regel ein Hochspannungstransformator vorgesehen, d. h. die der Pulversprühbeschichtungseinrichtung 200 über eine Zuführleitung 201 zugeführte kapazitiv gekoppelte Oszillatorspannung 34a fällt in der Regel über der Primärwicklung eines derartigen Hochspannungstransformators ab und wird mittels einer Rückführleitung 202 an den zweiten Anschluss 32 des Oszillators 100 zurückgeführt. Gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird diese rückgeführte Spannung anschließend durch eine Strommesseinrichtung 40 hindurch auf das Bezugspotential 33 geführt. Die in der Regel sehr niederohmig ausgelegte Strommesseinrichtung 40 dient hierbei dazu, den Oszillatorstrom 41, also den vom ersten Anschluss 31 durch die Pulversprühbeschichtungseinrichtung 200, d. h. in der Regel die Primärwicklung des Hochspannungstransformators und anschließend durch den zweiten Anschluss 32 gegen das Bezugspotential 33 fließenden Strom zu ermitteln und als Oszillatorstrom-Messwert 42 einer Regeleinheit 50 zuzuführen.
Anstatt die Strommesseinrichtung 40 wie in 1 gezeigt derart anzuordnen, dass die rückgeführte Spannung durch die Strommesseinrichtung 40 hindurch auf das Bezugspotential 33 geführt wird, ist es jedoch auch möglich, den Strom im hinfließenden Zweig zu messen. Es ist insbesondere denkbar, wie in 1a gezeigt, die Strommesseinrichtung zwischen der Koppelkapazität 36 und dem ersten Anschluss 31 zur Ausgabe der Oszillatorspannung 31 anzuordnen. Wiederum wird auch in diesem Fall der Oszillatorstrom-Messwert 42 an die Regeleinheit 50 ausgegeben.
Innerhalb der Regeleinheit 50 erfolgt nun ein fortlaufender Vergleich dieses den Oszillatorstrom 41 repräsentierenden Oszillatorstrommesswertes 42 mit einem statischen oder variablen Referenzwert im regelungstechnischen Sinne, um fortlaufend einen Stellbefehl 51 zu erzeugen und dem zweiten Signalgenerator 20 zuzuführen. Mit dem Begriff „fortlaufend” ist jedoch nicht gemeint, dass hierzu lediglich kontinuierlich arbeitende Analogregler eingesetzt werden können; vielmehr kann ebenso der Einsatz eines entsprechend ausgelegten Digitalreglers als Regeleinheit 50 in Frage kommen, wobei hier eine Regelung aufgrund digitaler Abtastung der Messgröße, also des Oszillatorstromes 41 folgt und entsprechende analoge oder digitale Stellsignale bzw. Stellbefehle 51 an den zweiten Signalgenerator 20 übermittelt werden. Neben einer derartigen fortlaufenden Erfassung und Regelung kann es jedoch ebenso gut vorgesehen ist, eine derartige Regelung lediglich intervallweise durchzuführen, beispielsweise nur während der eigentlichen Phasen der Pulversprühbeschichtung oder auch nur zu bestimmten Zeitpunkten während eines Pulversprühbeschichtungsvorganges.
Die Regeleinheit 50 ist dabei ausgelegt, mittels eines entsprechenden Stellbefehles 51 die Frequenz 23 des Modulationssignales 21 zu verändern, welches vom zweiten Signalgenerator 20 bzw. im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 1 in der zweiten Pulsweitenmodulationseinheit 22 erzeugt wird.
Hierbei ist es insbesondere vorgesehen, durch Regelung der Frequenz 23 des Modulationssignals 21 ein Minimum des Oszillatorstromes 41 während des Betriebes der Pulversprühbeschichtungseinrichtung 200 zu erreichen. Es ist hierbei zu beachten, dass zum Sicherstellen eines optimalen Beschichtungsergebnisses die Amplitude der Oszillatorspannung 34 bzw. der kapazitiv gekoppelten Oszillatorspannung 34a und damit auch die Amplitude der innerhalb der Pulversprühbeschichtungseinrichtung. 200 erzeugten Hochspannung nicht verändert wird. Eine derartige Regelung bezieht sich somit lediglich auf die Anpassung der Frequenz 23 des Modulationssignales 21.
Ein solches durch die Regelung mittels der Regeleinheit 50 zu erzielendes Minimum des Oszillatorstroms 41 ist nicht als zeitlich absolutes Minimum zu verstehen, sondern kann sich während des Beschichtungsvorganges insbesondere dann ändern, wenn sich Parameter während des Beschichtungsvorganges ändern, beispielsweise durch einen veränderten. Abstand zu dem zu beschichtenden Objekt.
Insbesondere dann ist es vorgesehen, mittels fortlaufender und nachgeführter Regelung durch die Regeleinheit 50 ein Minimum des Oszillatorstromes 41 zu erreichen und ggf. während eines Beschichtungsvorganges, d. h. während des Betriebes der Pulversprühbeschichtungseinrichtung 200 den Oszillatorstrom 41 durch nachgeführte Regelung mittels der Regeleinheit 50 auf einem derartigen Minimum zu halten.
Durch Regelung des Oszillatorstroms 41 auf ein Oszillatorstrom-Minimum werden somit die Verluste, d. h. insbesondere Wärmeverluste reduziert und gleichzeitig durch die hohe Effizienz einer derartig erzeugten Oszillatorspannung 34 bzw. 34a verlustarm optimale Beschichtungsergebnisse erzielt.
Anhand des in 2 dargestellten Spannungs-Zeit-Diagrammes wird der Verlauf der tiefpassgefilterten Zwischenkreisspannung 11a über der Zeit erläutert. Nach dem Einschalten des Oszillators 100 beispielsweise bei Aufnahme des Pulversprühbeschichtdungsbetriebes zum Zeitpunkt t1 steigt die tiefpassgefilterte Zwischenkreisspannung 11a auf einen Wert U₁ an, wobei der Wert U₁ im Bereich zwischen der Minimalspannung und der Maximalspannung des ersten Signalgenerators 10, d. h. insbesondere der ersten Pulsweitenmodulationseinheit 12, eingestellt sein kann. Wie aus 2 zu erkennen ist, ist die tiefpassgefilterte Zwischenkreisspannung 11a im Folgenden eine im Wesentlichen geglättete Gleichspannung vom beispielhaft gewählten Potential U₁.
In 3 ist der zu 2 zeitlich korrespondierende Zeitverlauf der Oszillatorspannung 34 dargestellt, wie sie von der Modulationseinheit 35 nach erfolgter Modulation ausgegeben wird. Der gezeigte Verlauf ist hierbei lediglich beispielhaft zu verstehen; insbesondere ist die Oszillatorspannung 34 nicht auf den dargestellten zeitlichen Verlauf beschränkt, sondern weicht je nach Art des der Modulationseinheit 35 zugeführten Modulationssignals 21 von dem dargestellten zeitlichen Verlauf ab. Wie zu erkennen ist, wird die tiefpassgefilterte Zwischenkreisspannung 11a im Takt des Modulationssignals 21 moduliert, so dass die Oszillatorspannung 34 im dargestellten Ausführungsbeispiel rechteckförmig zwischen dem Minimalwert von 0 V und dem beispielhaft gewählten Maximalwert U1 der über der Modulationseinheit 35 anliegenden Zwischenkreisspannung 11 schwankt.
Zeitlich zum Zeitverlauf der in den 2 und 3 dargestellten Spannungsverläufe korrespondierend ist in 4 schließlich der Zeitverlauf der kapazitiv gekoppelten Oszillatorspannung 34a gezeigt, wie sie unter Zwischenschaltung der Koppelkapazität 36 zwischen dem ersten Anschluss 31 und dem zweiten Anschluss 32 des Oszillators 100 abfällt. Dabei ist in dem Spannungs-Zeit-Diagramm gemäß 4 zu erkennen, dass die kapazitiv gekoppelte Oszillatorspannung 34a nunmehr keinen Gleichspannungs-Offset mehr aufweist, sondern vielmehr um ein Mittenpotential von 0 V zwischen den beispielhaft gewählten Spannungen +U₁/2 sowie –U₁/2 schwankt.
5 zeigt schließlich den zeitlichen Verlauf sowohl des Oszillatorstromes 41, wie er von der Strommesseinrichtung 40 erfasst wird, als auch den zeitlichen Verlauf der durch die Regelung zeitlich dazu korrespondierenden Frequenz 23 des Modulationssignals 21. Wie aus dem Kombinationsdiagramm gemäß 5 hervorgeht, wird durch die ab dem beispielhaft gewählten Zeitpunkt t2 einsetzende Regelung die Frequenz 23 des Modulationssignals 21 erhöht, wodurch der Oszillatorstrom 41 zunächst wie gewünscht sinkt. Ab einem beispielhaft gewählten Zeitpunkt t3 bewirkt eine weitere Erhöhung der Frequenz 23 des Modulationssignal 21 jedoch ein erneutes Ansteigen des Oszillatorstroms 41, was durch die Regeleinheit 50 zu einem beispielhaft gewählten Zeitpunkt t4 erkannt wird. Die Regeleinheit 50, im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 5 ausgelegt, den Oszillatorstrom 41 zu minimieren, leitet als Gegenmaßnahme zum erneuten Ansteigen des Oszillatorstromes 41 ein Absenken der Frequenz 23 des Modulationssignals 21 ein, wodurch sich ab einem beispielhaft gewählten Zeitpunkt t5 das gewünschte Stromminimum des Oszillatorstromes 41 bei korrespondierender Frequenz 23 des Modulationssignals 21 einstellt.
In 5 nicht dargestellt ist, dass sich selbstverständlich im Anschluss erneute Schwankungen des Oszillatorstromes 41 einstellen können. Diese sind beispielsweise durch die Änderung nicht beeinflussbarer Umgebungsparameter wie der Temperatur, aber auch durch notwendige Beeinflussung von Beschichtungsparametern während des Betriebes wie z. B. einer Abstandsänderung zu der zu beschichtenden Oberfläche oder dergleichen bedingt. Von Seiten der Regeleinheit 50 werden dann wiederum Regelmaßnahmen ergriffen, welche durch Variation der Frequenz 23 des Modulationssignals 21 erneut ein Oszillatorstrom-Minimum herstellen.
Es sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Aspekte für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Bezugszeichenliste

10: erster Signalgenerator
11: Zwischenkreisspannung
11a: tiefpassgefilterte Zwischenkreisspannung.
12: erste Pulsweitenmodulationseinheit
13: Tiefpassfilter
20: zweiter Signalgenerator
21: Modulationssignal
22: zweite Pulsweitenmodulationseinheit
23: Frequenz des Modulationssignals
31: erster Anschluss zur Ausgabe einer Oszillatorspannung
32: zweiter Anschluss zum Rückführen der verwendeten Oszillatorspannung auf ein Bezugspotential
33: Bezugspotential
34: Oszillatorspannung
34a: kapazitiv gekoppelte Oszillatorspannung
35: Modulationseinheit
36: Koppelkapazität
40: Strommesseinrichtung
41: Oszillatorstrom
42: Oszillatorstrom-Messwert
50: Regeleinheit
51: Stellbefehl
100: Oszillator
200: Pulversprühbeschichtungseinrichtung
201: Zuführleitung
202: Rückführleitung
300: Bedien- und Steuereinheit
301: Steuersignal

Claims

Oszillator (100) zum Bereitstellen einer oszillierenden Spannung für eine Pulversprühbeschichtungseinrichtung (200), wobei der Oszillator (100) folgendes aufweist: – einen ersten Signalgenerator (10) zum Erzeugen einer Zwischenkreisspannung (11); – einen zweiten Signalgenerator (20) zum Erzeugen eines Modulationssignals (21); – eine Modulationseinheit (35) zum Erzeugen einer Oszillatorspannung (34); – einen ersten Anschluss (31) zur Ausgabe der Oszillatorspannung (34) an eine Pulversprühbeschichtungseinrichtung (200); – einen zweiten Anschluss (32) zum Rückführen der verwendeten Oszillatorspannung (34) auf ein Bezugspotential (33) insbesondere Massepotential; und – eine Strommesseinrichtung (40) zum Messen eines Oszillatorstromes (41), wobei eine Regeleinheit (50) vorgesehen ist, welche ausgelegt ist, eine Frequenz (23) des Modulationssignals (21) des zweiten Signalgenerators (20) in Abhängigkeit von dem gemessenen Oszillatorstrom (41) fortlaufend zu verändern, und wobei die Modulationseinheit (35) ausgelegt ist, die Oszillatorspannung (34) durch Modulation der Zwischenkreisspannung (11) mit dem Modulationssignal (21) zu erzeugen.
Oszillator (100) nach Anspruch 1, wobei die Regeleinheit (50) ausgelegt ist, die Frequenz (23) des Modulationssignals (21) des zweiten Signalgenerators (20) derart fortlaufend zu verändern, dass der gemessene Oszillatorstrom (41) minimal wird.
Oszillator (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strommesseinrichtung (40) zwischen dem zweiten Anschluss (32) zum Rückführen der verwendeten Oszillatorspannung (34) auf ein Bezugspotential (33) und dem Bezugspotential (33) vorgesehen ist.
Oszillator (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strommesseinrichtung (40) zwischen der Modulationseinheit (35) und dem ersten Anschluss (31) zur Ausgabe der Oszillatorspannung (34) vorgesehen ist.
Oszillator (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Signalgenerator (10) eine erste Pulsweitenmodulationseinheit (12) und mindestens ein der ersten Pulsweitenmodulationseinheit (12) nachgeschaltetes Tiefpassfilter (13) aufweist und ausgelegt ist, eine im Wesentlichen geglättete, durch Änderung der Pulsweite der ersten Pulsweitenmodulationseinheit (12) in ihrer Amplitude beeinflussbare Gleichspannung als Zwischenkreisspannung (11) auszugeben.
Oszillator (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Signalgenerator (20) eine zweite Pulsweitenmodulationseinheit (22) aufweist, und wobei die Frequenz (23) des Modulationssignals (21) durch die Pulsweite der zweiten Pulsweitenmodulationseinheit (12) bestimmt ist.
Oszillator (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frequenz (23) des Modulationssignals (21) zwischen 10 und 30 kHz beträgt.
Oszillator (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oszillatorspannung kapazitiv an den ersten Anschluss (31) zur Ausgabe der Oszillatorspannung (34) gekoppelt ist.
Oszillator (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenkreisspannung (11) 0 bis 24 V beträgt.
Verfahren zur Regelung einer an einem Oszillator (100) für eine Pulversprühbeschichtungseinrichtung (200) bereitgestellten oszillierenden Spannung, wobei der Oszillator (100) folgendes aufweist: – einen ersten Signalgenerator (10) zum Erzeugen einer Zwischenkreisspannung (11); – einen zweiten Signalgenerator (20) zum Erzeugen eines. Modulationssignals (21); – eine Modulationseinheit (35) zum Erzeugen einer Oszillatorspannung (34); – einen ersten Anschluss (31) zur Ausgabe der Oszillatorspannung (34) an eine Pulversprühbeschichtungseinrichtung (200); – einen zweiten Anschluss (32) zum Rückführen der verwendeten Oszillatorspannung (34) auf ein Bezugspotential (33) insbesondere Massepotential; und – eine Strommesseinrichtung (40) zum Messen eines Oszillatorstromes (41), wobei die Modulationseinheit (35) die Oszillatorspannung (34) durch Modulation der Zwischenkreisspannung (11) mit dem Modulationssignal (21) erzeugt, und wobei eine Regeleinheit (50) vorgesehen ist, welche den folgenden Verfahrensschritt ausführt: – fortlaufendes Verändern einer Frequenz (23) des Modulationssignals (21) des zweiten Signalgenerators (20) in Abhängigkeit von dem mittels der Strommesseinrichtung (40) gemessenen Oszillatorstrom (41).