Damit wird erreicht, dass der Feldgradient,
insbesondere in
der
Nähe des Zeratäuberkopfes in einem optimalen Bereich selbsttätig auch dann gehalten
wird,
wenn der ieratäuberkopf, etwa bei Führung durch die Hand des Bedienungsmannes,
während des Spritzvorganges einmal unter Verminderung
des
vorbestimmten Abstanden
zum Behandlungsobjekt näher an
dieses
herangeführt wird. Die dabei auftretende
Verminderung des Widerstandes der Sprühstrecke verschiebt das Spannungateilerverhältnis
gegenüber dem sehr hochohmigen Strombegrenzung$wideratand so, dass das Potential
des Sprühkopfes gegenüber dem geerdeten Werkstück im Masse der Annäherung an. dieses
herabgesetzt, und der Feldgradient in der Umgebung des Sprühkopfes dadurch einigermassen
konstant gehalten wird. Bei früheren elektrostatischen Zerstäubungseinrichtungen,
in denen der Strombegrenzungswideratand nur zum
phy-
siologischen Schutz der
Bedienungsperson ausgelegt und klein gegenüber dem Widerstand den Sprühraumes war,
wurde durch zufällige Annäherung des Sprühkopfes während der Behandlung an das Werkstück
der Feldgradient im Bereich des Sprühkopfes so vergrössert, dass das Sprühgut ungleichmässig
abgezogen und teilweise verklumpt wurde, was einen fehlerhaften Auftrag am Behandlungsobjekt
zur Folge hatte. Aufgabe der Erfindung ist
es, eine Schaltanordnung für ein
elektrostatisches Spritzgerät zu schaffen, welche
eine noch grössere willkürliche
Annäherung des Spritzkopfes an das Behandlungsobjekt im Betrieb zulässt, ohne dann
bei normalem Arbeitaabatand übermässige Spannungaverluete im Strombegrenzungswiderstand
in Kauf genommen werden
müssen, welche eine
den technischen Aufwand
vergrössernde Überbemessung
des
Hochspannungserzeugers verlangen
würden, um in
allen Betriebszuständen die
erforderliche Feldstärke
im Sprühraum sicherzustellen.
Dies wird erfindungsgemäss durch
Anwendung einen atromabhängigen Widerstandes als Stroinbegrenzungswiderstand
für
die elektrostatische Spritzstrecke
erreicht, vorzugsweise
mit
Impedanzröhrensehaltungen. Die Impedanzröhrenschaltung kann
entweder im Nebenschluss
zum Zerstäuberfeld
liegen
und durch das Anwachsen
des Zerstäuberstromes
im Sinne einer
Verminderung
des Nebenschlusswideratandes
gesteuert
sein,
so dass die Stromdichte und damit aüeh
die Feldstärke
im
Entladungsraum
des Zerstäubers begrenzt bleiben; gleichwirkend
ist es auch möglich,
den stromabhängigen Widerstand
mit umgekehrter
Widerstandscharakteristik
in Serie
vor den
Zerstäuberkopf
zu schalten.
Die Erfindung möge an Hand der in den drei Figuren schema-
tisch
dargestellten Schaltungsbeispiele
näher erläutert
werden.
In
hig.
1 ist ein Zeratäuberkopf
oder eine Zeratäuberglocke
mit 1o bezeichnet
und besteht vorzugsweise aus Isoliermate-
rial
wie Nylon, welche mit hochohmigem Widerstandsmaterial
überzogen ist. Der
Zerstäuberkopf
ist in bekannter
Weise um
auf seinex Symmetrieachse
durch den Motor 11 drehbar und
in regelbarer Verbindung mit einem Vorrat
12 an flüssigem
zu serstäubendem
Material, wie etwa Farbe, so dann
dieses
Material
nach Einführung
in den Zerstäuberkopf
sich auf
dessen Oberfläche unter der Einwirkung
der Fliehkraft
in
einem dünnen Film
verteilt, der durch das ansetzende
elektrostatische
Feld in Nebelform abgebaut wird. Die konstruktiven
Einzelheiten den
Antriebs 1a
und der Materialzu-
fuhr 12 den Zerstäuberkopfea 1o
sind im Stammpatent
erläu-
tert. Sie bilden keinen Teil der Zusatzerfindung,
ausgenom-
men die Lehre, dass die bei Kurzschlussentladung
wirksame
Kapazität
des Zeretäuberkopfes
und der mit ihm ;leitend ver-
bundenen Teile,
beispielsweise des Antriebs 11, klein ge=.
halten werden sollen. Durch Anwendung
der Zusatzerfindung
wird es aber möglich, eine grössere wirksame Kapazität
zuzulassen
als nach der erwähnten
Lehre des Stammpatents.
Im
Betrieb ist der Zerstäuberkopf 1o mit Abstand
auf ein zu überziehendes
geerdetes Werkstück 13 gerichtet,
wie dargestellt. Zwischen Zerstäuberkopf
1o und Werkstück 13 wird ein starkes elektrostatischen Feld unter Anwendung der
Erfindung aufrechterhalten. Eine Hochspannungsquelle 14 liefert die erforderliche
Gleichspannung zwischen 40 und loo KV oder mehr
bei einem Belastungsstrom
von einigen mA, wobei der vorzugsweise negative Hochspannungspol der einseitig geerdeten
Hochspannungsquelle an einen Widerstand 16 angeschlossen ist, der in der Stromzuführung
an -geordnet sein kann. Ein zweiter Widerstand 18 liegt in Reihe mit dem ersten
Widerstand 16 und
dem Zerstäuberkopf 1o. Dadurch
wird ein geschlossener
Stromkreis von der Hochspannungsquelle
14
über den ersten Widerstand 16 und
den zweiten Widerstand 18 zum Zerstäuberkopf 1o und von da über dass Transportfeld
-zum
geerdeten Werkstück 13 erhalten. Zwischen den Widerständen 16 und 18
zweigt ein Stromkreis über einen dritten Widerstand 2o und eine Impedan$röhre 22
ab, der einen Nebenschluss zum zweiten Widerstand 18 und Zerstäuberkopf 1o bildet.
Im gezeichneten Ausführungsbei-
spiel ist vorausgesetzt, dass der Nochspannungspotential«
führende Anschluss der Spannungsquelle 14
negativ ist,
wes-
halb die
Anode der Impedanztriode 22 des Nebenschlusspfaden geerdet uhd die Kathode an den
Hochspannungspol über die Widerstände 2o und 16 angeschlossen ist. Die Impedanzregelung
erfolgt durch Anschluss des Steuergitters über die Zeitung 24 zu einem Punkt zwischen
Zeratäuberkopf 1o und
zweitem Widerstand 18. Die Schaltung nach Fig. 1 wirkt
folgendermassens Wenn die Impedanzröhre 22 bei entsprechender Gittervorspannung
zwischen der Zeitung 24 und dem ßpamnungsseitigen Ende
des Kathodenwiderstandes
20 nur kleinen Anodenstro= führt, verursacht dieser am ersten Widerstand 16 auch
nur einen geringen zusätzlichen Spannungsabfall. Der Strom von der Hochspannungsquelle
fliesst dann hauptsächlich über die Widerstände 16 und 18 zum Sprizhkopf 10 und
von da durch das Feld oder den Luftraum zwischen Sprühkopf und geerdetem Werkstück
13. Wenn dabei.der Sprühkopf näher an das Werkstück herangeführt wird, sinkt der
Widerstand im Sprühraum und wächst der Feldstrom und damit der Spannungsabfall an
den Serienwiderständen 16 und 18, so dass das Sprühkopfpotential in erwünschter
Weise herabgesetzt wird.. Der grössere Spannungsabfall am zweiten Serienwiderstand
18 verschiebt die Gittervorspannung der-Impedanzröhre 22 im Sinne eines geringeren
Innenwiderstandes. Durch den vergrösserten Nebenschlusstrom wird der Spannungsabfall
am Serienwiderstand 16 noch erhöht und das Sprühkopfpotential damit noch weiter
herabgesetzt. Die Charakteristik der Impedanzrühre 22 wird durch das Verhältnis
des zweiten Serienwiderstandes@18 zum Kathodenwiderstand 20 bestimmt: Die Regelsteilheit
wächst bei Vergrösserung des Widerstandes 18, während eine Vergrösserung des Kathodenwiderstandes
20 dem durch entgegengesetzte automatische Gitterspannungseinstellung entgegen wirken
würde. Zweckmässige Werte für die Widerstände 16, 18 und 20 können in Abhängigkeit
von der Kennlinie der Triode 22 ermittelt werden. Für eine bestimmte Kennlinie ist
z.B. der erste Vorwiderstand 16 50 MegohD:, der zweite Vorwiderstand 18 10 Megohm
und der Kathodenwiderstand 20 1 Megohm gross. Bei dieser Darstellung der Erfindung
wurde davon ausgegangen, dass der ganze vom Hochspannungspol gelieferte Strom über
die dargestellten und beschriebenen Stromkreise zur Erde fliesest. Unter den erwähnten
hohen Sprühspannungen, welche für das elektrostatische Spritzen benutzt werden,
muss mit Sprühverlusten
gerechnet werden, die aber durch
Überzug
der Leiter
des Motors 11 und anderer leitender apannungführender
Teile
mit Polyäthylen oder ähnlichem Material
klein gehalten wer-
den
können.
Der Sprühkopfstrom nuse
in der Anordnung nach
Fig. 1
den für optimale Zerstgubung erforderlichen
Wert
haben. Mit einer
Spannungsquelle
von 1o kV
mit den vor-
stehend angegebenen Widerstandswerten
und mit einem Abstand
von etwa 3o cm zwischen Spritzkopf und Werkstück
beträgt
der den Materialtransport bewirkende Strom in diesen Raum
etwa
30 Mikro-Amp.
Abgesehen von vernachlässigbaren
Ver-
lusten ist
dies der Gesamtstrom durch den zweiten Vorwiderstand
18 und
ein Teilstrom durch den ersten Vorwiderstand
16. In diesem Betriebazuatand
ist die Impedanzrühre
22
unter der vorstehend angegebenen Bemessung
der festen Widerstände
auf einen Anodenstrom von etwa 15o Mikro-Amp
eingeregelt. Dieser Strom tritt also durch den ersten Vor-
widerstand 16,
welcher daher insgesamt mit etwa 18o Mikro-Amp
belastet ist, was
einen Spannungsabfall
von 9 .kV
ergibt.
Unter den vorstehend
angegebenen Bedingungen
entsteht ein
zusitslicher Spannungsabfall
am zweiten Vorwiderstana
18
von etwa 330 Volt, so dann
das Sprühkopfpotential
um 9o kV
liegt, was ein optimaler Wert für
elektrostatisches Spritzen
mit einem Arbeiteabstand
von etwa 3o
cm-ist.
Wenn dann während des Arbeitsganges
der Spritzkopf bis auf
12
cm
an das Werkstück herankommt,
würde die durchschnittliche
Feldstärke und die Stromdichte im Sprühraum
mehr als
das Doppelte
der vorerwähnten
Betriebswerte annehmen, wenn
nicht das Sprühkopfpotential
heruntergeregelt
würde. Bei
Annäherung
auf 12 cm wächst der Sprühkantenatrom,
wodurch
das Regelgitter der Impedanzröhre
22 positiver wird und
einen
grönneren Nebenschluastrom
durch die Impedanzröhre
mit entsprechend
grösserem
Spannungsabfall am ersten Vorwiderstand
16 einstellt. Bei entsprechender
Abstimmung
der
Widerstände
18 und 2o mit der Röhrenkenalinie
ist die ein-
&estellte Vergrösserung
den Anodenstrom
so, dann
das Sprüh-
kopfpotential auf den für die geringere Entfernung
zum
Werkstück optimalen
Wert abgenenkt
ist. Eine Steigerung
des
Strozs
durch den zweiten Vorwiderstand
18 um beispielsweise
30 Nikro-Amp
auf insgesamt 6o Mikro-Amp
ergibt zunächst
einen
zusätzlichen Spannungsabfall
von 3oo
Volt am Gitter
der Im-
pedanzröhre 22. Der zugehörige grössere
Strom durch die
Röhre
erhöht den Spannungsabfall
am Kathodenwiderstand
2o,
dessen
Grösse 1/1o
den Ohmwertes
im zweiten Vorwiderstand
18
ist,
bis ein neues Regelgleichgewicht mit dieser Gegenkopplung
entsprechend der
für die Annäherung
des Spritzkopfes an das
Werkstück erforderlichen
Absenkung
des Spritzkopfpotentials
erreicht ist. Für
das angegebene
Bemessungsbeispiel
sind
etwa 62o Nikro-Amp Nebenschlusatrom
erforderlich, die im
ersten Vorwiderstund
16, zusammen
mit den diesen ebenfalls
durchfliessenden 6o Mikro-Amp
zum Widerstand
18 und zum
Sprühkopf,
einen Spannungsabfall
von etwa 34 kV
am 5® lügelnwiderstsnd
16 und dazu etwa 35 kV am
Widerstand 18
ergeben;
dadurch sinkt die Sprühkopfspannung
auf etwa 65 kV,
den optimalen Wert für elektrostatisches Spritzen in einem
von nur 12
cm.
Dabei ist davon ausgegangen, dann
der Sprühkopf
aus Metall
besteht
und keinen nennenswerten
inneren Widerstand
hat.
Selbst
wenn
er aber nach der Zehre
des Hauptpatents
mit
verteilten
Widerständen
von einigen Regohm aufgeführt
ist,
beispielsweise 5
Megohm,
wie nach dem Ausführungsbeispiel
den Hauptpatente,
ist die dadurch bedingte Vergrösserung
des
Gesamtwiderstandes
im Vergleich zum Regelbereich der Impedanzröhre
für die angestrebte
Potentialregulierung
des _ Sprühkopfes vernachlässigbar
klein.
Es
ist klar, dass
eine Sprühstromvergrösserung von
nur we-
nigen
Nikro-Amp
bei weiterer Annäherung
des Sprühkopfes an
das Werkstück
den Nebenschlusetrom
durch die Impedanz_
röhre
22 erheblich heraufregeln kann;
wenn !,B.
diese Röhre
`für
2 Milli-Amp
ausgelegt ist, entsteht ein Spannungsabfall
von loo kV
am Widerstand 16 und
der Sprühkopf
ist dann
praktisch
spannungslos.
Eine völlige Spannungslosigkeit
ist
wegen der begrenzten
Regelsteilheit über den zweiten Vor-
widerstand 18, an dem ja dann kein
Spannungsabfall
mehr ent-
stehen könnte, nicht möglich. Die Regelsteilheit
kann
aber
so eingestellt werden, dass die Sprühkopfspannung
auf wenige kV
sinkt, wenn
die Sprühkante
dem Werkstück
auf etwa 12 mm
genähert
wird. Die Ladung der verteilten Erdkapazitäten
25
der Sprüheinrichtung fliesst über die Widerstände
18 und 2o
und
die Impedanzröhre
22 ab, wenn
das Sprühpotential
in der
erwähnten
Weise heruntergeregelt
wird. Daher gestattet es
die Erfindungfden
Aufwand für die Herabsetzung der verteilten.
Sprühkopfkapazitäten
zu vermindern;
trotzdem ist es zweckmässig,
den Sprühkopf
als Massewiderstand
mit verteilten Widerständen
von einigen
Megohm zwischen Zentrum
und Umfang
(Sprüh-
kante)auszuführen, um
unerwünschte kapazitive Entladungsntromspitzen
abzuflachen.
Im Ausführungsbeispiel
nach Fig.
2 liegt die Impedanzröhrenschaltung
in Reihe mit dem
Sprühkopfströmkreis.
Es sind zwei
Impedanzröhren
dargestellt, welche eine
gleichmässigere
Rege-
lung ergeben als eine einzige Röhre, die manchmal
im wesent-
lichen die eingeprägte Spannung
der Energiequelle
haben kann.
Mit der Anordnung
nach Fig.
1 vergleichbare
Elemente haben
um 2o*höhere Bezugszahlen
als diese. Ein glockenförmiger
Sprühkopf
30 ist über einen Motor 31 drehbar und mit Farbe
oder anderem
geeigneten überzugsmaterial
zum Versprühen aus
dem Vorratsbehälter
32 gespeist. Das zu übersprühende
Werk-
stüok ist mit 33 bezeichnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
enthält der Stromkreis zwischen dem geerdeten
Werkstück und
dem Sprühkopf
3ƒ sowie der Hochspannungsquelle
34 wiederum. eine.stromabhängige Impedanzschaltung, vorzugsweise
ein Paar
von Impedanzröhren
42 und 42a in Reihenschaltung,
zu denen
die Hochohmwiderstände
36 bzw. 36a parallel liegen,
.die
bei-
spielsweise
mit je 500 Megohm
bemessen sein können.
Gegen-
koppelnde Kathodenwiderstände 40
und 4oa
von je etwa 2 Megohm
sind vorgesehen, während
die Röhrengitter
an die zugehörigen,
der Hochspannungsquelle zugekehrten
Enden der
Kathodenwiderstände
angeschlossen sind, wenn,
wie im
Ausführungsbei-
spiel
nach Fig. 2,der
auf Spannung
liegende Anschluss
der
Hochspannungequelle
34 negativ ist.
Es möge eine Röhrencharakteristik zu Grunde gelegt werden,
wonach
die Anodenströme zwischen 2o und 25 Mikro-Amp
liegen,
wenn.
der Sprühkopfabstand
vom Werkstück 24 bis 29-em
beträgt.
Die
Parallelwiderstände
36 und 36a führen
dabei einen verhältnismässig
geringen Nebenschlusetrom,
so dass der gesamte
in den Sprühkopf
gehende Arbeitsstrom etwa 3o Mikro-Amp
be-
trägt. Unter diesen Betriebsbedingungen
sind also die Innenwiderstände
der Impedanzröhren
klein gegenüber
den festen
Parallelwiederständen
36 und 36a. Beim Annähern
des Sprüh-
kopfes
gegen das Werkstück wächst der Sprühstrom und
damit
auch der Strom durch
die gegenkoppelnden Kathodenwiderstände
4o und 4oa,
so dass die Steuergitter'negativ
vorgespannt
werden und die Innenwiderstände
der Impedanzrähren heraufgeregelt
werden, bis praktisch der ganze Strom durch die hochohmigen festen Parallelwiderstände
36 und 36a gehen muss,
was eine progressive Herunterregelung
des Sprühkopfpotentials
bei Verminderung und
eine
Dämpfung
etwaiger Kurzschlussentladungsstösse
ergibt, wozu
auch zweckmässig
wiederum der Sprühkopf
mit verteiltem Widerstand ausgeführt sein kann, zum Beispiel 1o Megohm zwischen
Zentrum und Sprühkante üei
einem glockenförmigen Sprühkopf
von etwa 1o cm
Durchmesser. Diese Ausführung
ist günstiger
als
eine mit se'sr
niedrigem Sprühkopfwiderstand
oder einem
grossen Metallkopf.
Die Ausführungsform
nach Fig.
2 hext
den
Vorteil gesteigerter Betriebssicherheit; wenn nämlich
eine
Impedanzröhre,
etwa durch Heizfadenbruch
oder Emissionsfehler,
ausfällt, kann
keine Kurzschlussgefahr
in der Sprühstrecke
'
entstehen, sondern der Strom wird im Gegenteil durch die noch
verbleibenden
parallel liegenden festen Hoehohawideratände
begrenzt, wobei aber die Anlage
im
umfang den Wirkungsbe-
reiche der im Stammpatent
beschriebenen
Ausführungsform mit
festem Hochohmwiderstand betriebsfähig
bleibt.
Es
ist weiterhin zu bemerken, dass
die Erfindung auf jede
Abart von
Parbapritzelektroden angewandt
werden kann,
soweit
die erforderlichen
Sicherheitsmassnahmen
getroffen sind,
nicht nur auf die in den Figuren
dargestellten Zerstäuber-
köpfe. Die erfindungsgemäaseRegelschaltung
kann z.B.
auf
eine Parbepritzelektrode
in Form eines Drahtes
angewandt
werden, wobei die Farbe oder sonstiges
Spritzmaterial in
das
Feld zwischen der Elektrode und dem Werkstück
durch eine
Druckluftpistole
oder eine andere Zerntäubereinriehtung
ein-
geführt wird. Eine solche
Anordnung
ist in Fig.
3 darge-
stellt, wobei die mit Fig. 1
vergleichbaren Elemente eine
um 4o0höhere Positionszahl
als dort
haben. Der Serienwider-
stand 56 kann wiederum mit etwa 5o Megohm
bemessen sein und
der Widerstand
58 mit 1o Negohm,
und die von der Hochspan-
nungsquelle 54 gelieferte Spannung gelangt über
diese Vorwiderstätide
zur Sprühelektrode 5o. Diese ist hier als dünner
Draht von etwa W%a Durchmesser'und
65 cm (2 fuss) Länge
ausgebildet. Das
aufzutragende Material wird in das
Zerstäuberfeld
zwischen dieser Zerstäubungselektrode
und
dem geerdeten Werkstück
53 aua einer Spritzquelle, z.B.
einer
gebräuchlichen Druckluftpistole
66, eingebracht. Das Steuergitter@der Impedanzröhre
62 ist über die Zeitung
68 zwischen
dem Widerstand 58 und der Sprühelektrode
50 angeschlossen,
während
die Katholde
zur anderen Seite des Widerstandes
58
über den Kathodenwiderstand
6o, der einige Megohm
haben kann, verbunden
ist; die Anode ist geerdet. Die Regelschaltung
wirkt äquivalent zu der im Zusammenhang
mit Fig.
1 beschrie-
benen.
Die
erfindungsgemässen Schaltanordnungen können
auch mit dem
Hochspannungserzeuger
zusammengebaut
und in einem gemeinsamen
Gehäuse untergebracht
sein. Weiterhin kann
ein Teil der festen
Strombegrensungawiderstände
durch den Kurzachlusswiderstgnd
des Hochspannungserzeugers
ersetzt sein.
| Weiterhin können durch Anwendung von Gittervorapannungsbatte- |
| rien oder anderen Gittervorspannunasquellen der Regelbereich |
| auf einen besondere geeigneten Teil der Röhrencharakteristik |
| verschoben werden. Auch ist es möglich, durch Anwendung
von |
| Verstärkern. im Gitterkreis die Regelsteilheit zu erhöhen. |
| Schliesslich kann die Impedanzröhre durch einen gleichwirken- |
| den stroaabhängigen Widerstand ersetzt sein. |