DE19511255A1 - Elektrostatische Sprühbeschichtungseinrichtung - Google Patents
Elektrostatische SprühbeschichtungseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrostatische
Sprühbeschichtungseinrichtung insbesondere für
Beschichtungspulver, gemäß den Patentansprüchen.
Aus der deutschen Patentschrift DE 34 02 945 C2 ist
eine elektrostatische Sprühpistole zum Sprühbeschichten
von Gegenständen mit Beschichtungspulver oder
Beschichtungsflüssigkeit bekannt, welche eine Lampe
enthält, die jeweils dann aufleuchtet, wenn eine
bestimmte elektrische Spannung für
Hochspannungselektroden vorhanden ist. Eine Messung der
Spannung zur Anzeige der jeweiligen Spannungsgröße
erfolgt nicht. Die Sprühpistole enthält einen
Hochspannungserzeuger, welcher aus einem Transformator
und einer Spannungsvervielfacherschaltung gemäß
"Greinacher", einer sogenannten Kaskadenschaltung,
besteht und die Hochspannung für die Elektroden
erzeugt. Die Sekundärseite des Transformators ist an
die Spannungsvervielfacherschaltung angeschlossen, die
Primärseite des Transformators erhält von einer nicht
dargestellten Wechselspannungswelle über ein Kabel eine
Niederspannungs-Wechselspannung. Die Niederspannungs-
Wechselspannung wird in der Praxis meistens durch einen
Oszillator erzeugt. Der Oszillator kann in der Pistole
oder extern von der Pistole angeordnet sein.
Hochspannungserzeuger dieser Art sind auch aus den US-A
3 731 145, 3 764 883 und 4 196 465 (= DE-PS 28 51 066)
bekannt.
Zur Aufrechterhaltung einer gleichbleibend hohen
Gleichspannungs-Wechselspannung an der
Hochspannungselektrode oder den Hochspannungselektroden
wäre es mit zunehmender Stromstärke erforderlich, die
Eingangsspannung des Hochspannungserzeugers zu erhöhen.
Die Leistung oder Energie des Hochspannungserzeugers
entspricht dem mathematischen Produkt aus Spannung mal
Strom. Wenn die elektrische Leistung oder Energie eine
bestimmte Höhe überschreitet, besteht die Gefahr von
elektrischen Überschlägen auf den zu beschichtenden
Gegenstand oder Anlagenteile oder Personen. Aus diesem
Grunde ist es bekannt, den Hochspannungserzeuger mit
einer Leistungsbegrenzungsschaltung zu versehen, welche
ab einer bestimmten Leistung oder Energie bei weiter
zunehmender Stromstärke die Spannung entsprechend
reduziert und dadurch die Leistung oder Energie
begrenzt. Zur Ermittlung der Energie müssen der Strom
und die Spannung der Hochspannungselektrode ermittelt
werden. Die Hochspannung zwischen
Hochspannungselektrode und Erdpotential kann nur im
Leerlauf gemessen werden, wenn die Hochspannung
eingeschaltet ist, jedoch kein Beschichtungsmaterial
versprüht wird, weil sonst das Beschichtungsmaterial
die Meßvorrichtung verschmutzen und das Sprühbild des
zu beschichtenden Gegenstandes durch die Meßvorrichtung
gestört würde. Deshalb ist es üblich, die
Eingangsspannung des Hochspannungserzeugers zu messen
und mit dem Spannungsvervielfachungsfaktor zu
multiplizieren, um die theoretische Hochspannung der
Hochspannungselektroden festzustellen. Zur Messung des
Elektrodenstromes wird in der europäischen
Patentanmeldung Nr. 93 810 109.4, Veröffentlichungs-Nr.
0 559 608 A2, vorgeschlagen, den von dem zu
beschichtenden Werkstück zur Erde fließenden Strom zu
messen. Dieser Strom entspricht dem Strom, welcher von
der Hochspannungselektrode durch den Luftzwischenraum
zu dem zu beschichtenden Werkstück und
dann von diesem zur Erde fließt. Diese Art der Messung
des elektrischen Stromes ist jedoch umständlich und
sehr fehlerhaft, da der Stromwert sehr klein ist.
Ferner wird bei allen bekannten Sprüheinrichtungen
nicht berücksichtigt, daß bei Messung der
Eingangsspannung des Hochspannungserzeugers und seiner
Multiplikation mit dem Spannungsvervielfacherfaktor nur
der theoretische Wert der Elektrodenhochspannung bei
Leerlauf ermittelt wird, und daß aber dieser errechnete
Wert während des Sprühbetriebes falsch ist. Während des
Sprühbetriebes fließt im Hochspannungserzeuger ein
elektrischer Strom, so daß im Hochspannungserzeuger ein
Spannungsabfall stattfindet, um dessen Wert die
errechnete theoretische Elektrodenhochspannung
niedriger ist als die tatsächliche
Elektrodenhochspannung.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, auf
einfache Weise jederzeit im Leerlauf und auch während
des Sprühbetriebes den tatsächlichen Istwert der
Hochspannung an der Hochspannungselektrode oder an den
Hochspannungselektroden zu messen, damit mit dem
tatsächlichen Istwert der Elektrodenhochspannung
entweder von einer Bedienungsperson oder automatisch
die Leistungsgrenze oder Energiegrenze der
Sprüheinrichtung eingehalten werden kann und
reproduzierbare Hochspannungswerte der Elektrode oder
Elektroden für verschiedene Beschichtungsmaterialien
und verschiedene Beschichtungsarten oder
Beschichtungsdicken erzeugt werden können.
Durch Untersuchungen im Rahmen der Erfindung wurde
festgestellt, daß bei den bekannten Methoden, bei
welchen die Eingangsspannung des Hochspannungserzeugers
gemessen und mit einem Spannungsvervielfachungsfaktor
multipliziert wird, die daraus errechnete Hochspannung
an den Elektroden um bis zu 30% falsch ist.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die
unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Weitere Ausführungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß nicht nur im
Leerlauf bei eingeschalteter elektrischer Anlage,
sondern auch während des Sprühbetriebes auf einfache
Weise der jeweils tatsächliche Istwert der
Elektrodenhochspannung festgestellt wird. Die Erfindung
ermöglicht es auf einfache Weise Leistungsgrenzwerte
oder Energiegrenzwerte zum Schutz gegen elektrische
Überschläge exakt festzustellen und einzuhalten. Ein
weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß
sie auch bei bereits bestehenden Sprüheinrichtungen auf
einfache Weise verwendet werden kann, ohne daß die
Sprüheinrichtung oder Sprühpistole geöffnet oder
zerstört werden muß. Bei den bekannten Sprühpistolen
sind die Hochspannungserzeuger häufig in ein
Pistolengehäuse eingegossen oder in passenden Kammern
untergebracht, in welchen weitere Schaltungsteile
keinen Platz haben.
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die
beiliegenden Zeichnungen anhand von bevorzugten
Ausführungsformen als Beispiele beschrieben. In den
Zeichnungen zeigen
Fig. 1 ein Ersatzschaltbild für einen
Hochspannungserzeuger einer
elektrostatischen Sprühbeschichtungs
einrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 schematisch eine elektrostatische
Sprühbeschichtungseinrichtung nach der
Erfindung mit einem
Hochspannungserzeuger und einer
elektronischen Kompensation des
Spannungsabfalls im
Hochspannungserzeuger, insbesondere in
einem Transformator und einer
Spannungsvervielfacherschaltung des
Hochspannungserzeugers, wobei diese
Kompensation im folgenden Ri-
Kompensation genannt wird,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer
elektrostatischen Sprühbeschichtungs
einrichtung mit einer elektronischen
Steuerschaltung zur Ri-Kompensation,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer
elektrostatischen Sprühbeschichtungs
einrichtung mit einer elektronischen
Steuerschaltung zur Ri-Kompensation und
zur Regelung der Elektrodenhochspannung,
Fig. 5 die elektrostatische Sprühbeschichtungs
einrichtung von Fig. 4 als
Blockschaltbild mit mehr Details.
Die im folgenden beschriebene elektronische Steuer
schaltung nach der Erfindung ermöglicht auf einfache
Weise im Leerlauf bei eingeschalteter Hochspannung und
auch während des Sprühbetriebes mit eingeschalteter
Hochspannung die automatische Messung des jeweils
tatsächlichen Ist-Wertes der Gleichspannungs-Hoch
spannung der Hochspannungselektrode (oder bei
Verwendung von mehreren Hochspannungselektroden die
Hochspannung dieser Hochspannungselektroden),
unabhängig davon, ob sich der Abstand zwischen der
Hochspannungselektrode und dem zu beschichtenden
Gegenstand verändert, unabhängig von einem sich
verändernden elektrischen Widerstand zwischen dem zu
beschichtenden Objekt und Erdpotential und unabhängig
von einem sich verändernden elektrischen Widerstand des
Beschichtungsmaterials auf dem zu beschichtenden
Gegenstand bei sich ändernder Schichtdicke oder sich
ändernden Eigenschaften des Beschichtungsmaterials.
Gemäß Fig. 1 kann ein Hochspannungserzeuger als
steuerbare Spannungsquelle angesehen werden, bestehend
aus einem Oszillator 2, einem Transformator 4 und einer
Spannungsvervielfacherschaltung 6 zur Erzeugung der
benötigten Gleichspannungs-Hochspannung an der
mindestens einen Hochspannungselektrode 8 einer
Sprühvorrichtung 10. Die Sprühvorrichtung 10 kann eine
Handpistole oder automatische Pistole sein, welche von
einer Maschine getragen wird, oder ein sogenannter
Rotationszerstäuber oder irgendeine andere Form.
Wenn wir den Hochspannungserzeuger gemäß Fig. 1 als
spannungsgesteuerte Spannungsquelle betrachten, dann
ist die Eingangsspannung eine Wechselspannung und die
Ausgangsspannung eine Gleichspannung, welche durch die
Spannungsvervielfacherschaltung 6 entsteht. In dem
Ersatzschaltbild von Fig. 1 für den
Hochspannungserzeuger bedeuten:
U1: Eingangsspannung oder Steuerspannung des Oszillator 2;
U2: Hochspannung zwischen der Elektrode 8 und Erdpotential;
Av: Faktor, um welchen der Transformator 4 und die Spannungsvervielfacherschaltung 6 die Nieder-Wechselspannung des Oszillator 2 erhöhen (multiplizieren);
Ri: Elektrischer Innenwiderstand der Sprühvorrichtung 10, gemessen auf der Ausgangsseite der Spannungsvervielfacher schaltung zwischen Hochspannungselektrode 8 und Erdpotential;
I2: Ausgangsstrom des Hochspannungserzeugers (Elektrostrom oder Erdstrom von der Hochspannungselektrode 8 zu Erdpotential);
RL: Lastwiderstand (elektrischer Widerstand des Luftzwischenraumes zwischen Hochspannungs elektrode 8 und einem zu beschichtenden Gegenstand, elektrischer Widerstand des zu beschichtenden Gegenstandes und der auf ihn aufgetragenen wachsenden Beschichtung, elektrischer Widerstand von dem zu beschichtenden Gegenstand bis zu Erdpotential);
I1: Elektrischer Strom im Oszillator 2;
Re: Innenwiderstand des Oszillator 2.
U1: Eingangsspannung oder Steuerspannung des Oszillator 2;
U2: Hochspannung zwischen der Elektrode 8 und Erdpotential;
Av: Faktor, um welchen der Transformator 4 und die Spannungsvervielfacherschaltung 6 die Nieder-Wechselspannung des Oszillator 2 erhöhen (multiplizieren);
Ri: Elektrischer Innenwiderstand der Sprühvorrichtung 10, gemessen auf der Ausgangsseite der Spannungsvervielfacher schaltung zwischen Hochspannungselektrode 8 und Erdpotential;
I2: Ausgangsstrom des Hochspannungserzeugers (Elektrostrom oder Erdstrom von der Hochspannungselektrode 8 zu Erdpotential);
RL: Lastwiderstand (elektrischer Widerstand des Luftzwischenraumes zwischen Hochspannungs elektrode 8 und einem zu beschichtenden Gegenstand, elektrischer Widerstand des zu beschichtenden Gegenstandes und der auf ihn aufgetragenen wachsenden Beschichtung, elektrischer Widerstand von dem zu beschichtenden Gegenstand bis zu Erdpotential);
I1: Elektrischer Strom im Oszillator 2;
Re: Innenwiderstand des Oszillator 2.
Die Gleichung für die Spannungsübertragung lautet
Gleichung 1: U2=Av × U1 - Ri × I2
Aus der Gleichung 1 ist ersichtlich, daß am
Innenwiderstand Ri der spannungsgesteuerten
Spannungsquelle je nach Größe von I2 eine Spannung URi
abfällt.
Um die tatsächliche Hochspannung an der
Hochspannungselektrode 8 zu messen, müßte die Spannung
U2 von Fig. 1 gemessen werden. Diese Messung kann
während des Sprühbetriebes nicht von außen an der
Hochspannungselektrode 8 gemacht werden. Zur Messung
der Spannung U2 der Hochspannungselektrode 8 innerhalb
der Sprühvorrichtung 10 müßte in ihr ein elektrischer
Widerstand untergebracht und ein Bezugspotential
gebildet werden, damit der Spannungsabfall über dem
internen elektrischen Widerstand gemessen werden
könnte. Die Unterbringung eines solchen zusätzlichen
internen Widerstandes zur Spannungsmessung würde
folgende Nachteile haben: Zusätzliches Gewicht der
Sprühvorrichtung oder Sprühpistole 10, zusätzlicher
Platzbedarf für den internen Widerstand in der
Sprühvorrichtung 10, Zusatzkosten für den internen
Widerstand, bei bereits bestehenden Sprühvorrichtungen
oder Pistolen kann ein solcher interner Widerstand
nicht nachträglich integriert werden und damit auch
nicht zur genauen Messung und/oder Regelung der
Elektroden-Hochspannung verwendet werden.
Eine wesentlich einfachere Methode als die genannte
konventionelle Methode mittels eines internen
Meßwiderstandes ist gemäß der Erfindung die nachfolgend
beschriebene Ri-Kompensation. Bei der Ri-Kompensation
wird entsprechend der Gleichung 1 die tatsächliche
Elektrodenhochspannung U2 berechnet, ohne daß ein
realer Meßwiderstand in der Sprühvorrichtung 10
benötigt wird. Für die Berechnung der
Elektrodenhochspannung U2 benötigen wir die Werte Av,
U1, Ri und I2. Der Faktor Av ist durch das
Windungsverhältnis (Primärseite zu Sekundärseite) des
Transformators 4 und durch die Anzahl der
Kaskadenstufen in der Spannungsvervielfacherschaltung 6
gegeben. Der Innenwiderstand Ri der Sprühvorrichtung 10
kann für jede Sprühvorrichtung 10 vorab mit den
bekannten Meßmethoden gemessen und damit bestimmt
werden. Die Messung erfolgt quasi von rückwärts in die
Sprühvorrichtung 10 hinein durch Anschließen eines
Widerstandsmeßgerätes zwischen die
Hochspannungselektrode 8 und Erdpotential. Der
Ausgangsstrom (Erdstrom) I2 und die Eingangsspannung
oder Steuerspannung U1 können laufend durch Meßgeräte
gemessen werden. Anstelle des Ersatzschaltbildes von
Fig. 1 können zur Veranschaulichung der Ri-Kompensation
entsprechend Fig. 2 die realen Komponenten dargestellt
werden. Fig. 2 zeigt einen zu beschichtenden Gegenstand
12, schematisch eine Hochspannungsquelle 14,
Erdpotential 16, ein von Erdpotential 16 verschiedenes
elektrisches Bezugspotential 18 und ein elektrisches
Strommeßgerät 20 zur Messung des Ausgangsstromes I2,
welcher von der Hochspannungselektrode 8 über einen
Luftzwischenraum 22 zu dem zu beschichtenden Gegenstand
12, dann über eine ihn tragende, nicht dargestellte
Transport- oder Haltevorrichtung zu Erdpotential 16,
und dann von Erdpotential durch das Strommeßgerät 20 zu
dem Bezugspotential 18 fließt. Dieser Ausgangsstrom
oder Erdstrom ist in Fig. 2 und den Fig. 3, 4 und 5 in
einer aus zwei Punkten und einem Strich gebildeten
Linie schematisch dargestellt. Das Symbol 14 stellt
symbolisch die Hochspannungsquelle dar, enthaltend den
Oszillator, den Transformator 4 und die Spannungsver
vielfacherschaltung 6. Der zu beschichtende Gegenstand
12 mit der darauf gebildeten Beschichtung und die Luft
im Luftzwischenraum 22, der sich zwischen der Hoch
spannungselektrode 8 und 10 dem zu beschichtenden
Gegenstand 12 befindet, bildet den elektrischen
Lastwiderstand RL. Der Vorrichtungsinnenwiderstand oder
Pistoleninnenwiderstand Ri ist jener Widerstand, der
zwischen der Hochspannungselektrode 8 und einem zweiten
Bezugspotential, normalerweise Erdpotential 16,
rückwärts in die Sprühvorrichtung 10 hineingemessen
werden kann. Die Hochspannungsquelle 14 stellt die
Eingangsspannung oder Steuerspannung U1 aus dem
Ersatzschaltbild von Fig. 1 dar.
Im folgenden wird mit Bezug auf das Blockschaltbild von
Fig. 3 die Hochspannungsmessung mit der Ri-Kompensation
erläutert. In einer elektronischen Steuerschaltung 30
wird von einem Ausgangsspannungsmeßteil 32 der
Ausgangsstrom (Erdstrom) I2 gemessen und elektronisch
mit dem Innenwiderstand Ri der Sprühvorrichtung 10
multipliziert, wobei das Multiplikationsprodukt dem
Spannungsabfall URi über dem Vorrichtungsinnenwider
stand Ri entspricht. Der Ausgangsspannungsteil 32
erzeugt aus diesem Multiplikationsprodukt ein
Spannungsabfall-Spannungssignal 34, welches dem
internen Spannungsabfall URi = I2 × Ri entspricht. Die
Eingangsspannung oder Steuerspannung U1 wird von einem
Eingangsspannungsmeßteil 36 am Ausgang 38 des
Oszillator 2 gemessen und mit dem Spannungsverviel
fachungsfaktor Av multipliziert, wobei das daraus
gebildete Multiplikationsprodukt der Spannung U1 × Av
entspricht. Das Eingangsspannungsmeßteil 36 erzeugt
entsprechend diesem Multiplikatinsprodukt eine
Eingangsspannungs-Signalspannung 38. In einer Istwert-
Differenzschaltung 40 wird von der Eingangsspannungs-
Signalspannung 38 das Spannungsabfall-Spannungssignal
34 subtrahiert und daraus eine Differenz-Signalspannung
42 erzeugt, welche für jede Betriebssituation, mit und
ohne Sprühbetrieb dem jeweiligen Hochspannungs- Istwert
der Hochspannungselektrode 8 entspricht.
Diese Art der Hochspannungsmessung mit Ri-Kompensation
weist folgende Vorteile auf: Es wird kein Meßwiderstand
in der Sprühvorrichtung 10 benötigt; bestehende
Sprühvorrichtungen 10 oder Pistolen, in welche kein
Meßwiderstand integriert werden kann, können trotzdem
gemäß der Erfindung so verbessert werden, daß eine
genaue Hochspannungsmessung und Hochspannungsregelung
möglich ist, da die Ri-Kompensation keinen
Meßwiderstand in der Sprühvorrichtung benötigt;
preiswert und funktionssicher.
Um eine gewählte Elektrodenhochspannung auf dem
gewünschten Wert zu halten, wird gemäß der Erfindung
die Elektrodenhochspannung mit der vorstehend
beschriebenen Ri-Kompensationsschaltung gemessen und
einem Regler 44 zur Regelung der Elektrodenhochspannung
gemäß Fig. 4 zugeführt.
Die Hochspannungsregelung ist im Blockschaltbild von
Fig. 4 dargestellt. Der Hochspannungs-Istwert 42,
welcher der Elektrodenhochspannung U2 entspricht, wird
in der vorstehend mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen
Weise gemessen und durch eine Sollwert-Differenz
schaltung 46 von einem Hochspannungs-Sollwert 48
subtrahiert und daraus eine Regeldifferenzspannung 50
gebildet. Die Regeldifferenzspannung 50 wird als
Stellgröße dem Eingang des Reglers 44 zugeführt. Der
Regler 44 erzeugt in Abhängigkeit von der
Regeldifferenzsspannung 50 die benötigte Steuerspannung
für den Oszillator 44, um an der Hochspannungselektrode
8 den gewünschten Hochspannungs-Sollwert U2 zu
erreichen.
Ein Hochspannungserzeuger, bestehend aus Oszillator 2,
Transformator 4 und Spannungsvervielfacherschaltung 6,
darf entsprechend verschiedenen Sicherheitsvorschriften
eine bestimmte Leistungsgrenze (Energiegrenze) aus
Gründen des Personenschutzes und
der Staubexplosionsgefährdung nicht überschreiten. Für
die Gewährleistung dieser Vorschriften werden
Leistungsbegrenzungsschaltungen eingesetzt, wie sie
allgemein bekannt sind. Leistungsbegrenzungsschaltungen
sind so ausgelegt, daß die Elektrodenhochspannung bei
ansteigendem Elektrodenstrom entsprechend diesem
ansteigenden Elektrodenstrom solange reduziert wird,
bis die vorgeschriebene Energiegrenze eingehalten wird.
Dies bedeutet, daß die Energie oder Leistung der
Sprühvorrichtung entsprechend einer Spannungs-Strom-
Kennlinie betrieben wird. Nicht bekannt ist jedoch eine
Schaltung, die je nach Arbeitspunkt, welcher sich durch
den Elektrodenstrom I2 und den Lastwiderstand RL
ergibt, das Erreichen und Eintreten in den Energie-
Begrenzungsbereich detektiert und optisch, akustisch
oder auf andere Weise anzeigt. Durch die Erfindung wird
eine einfache und betriebssichere Schaltung
vorgeschlagen, welche es ermöglicht, für jede Detektion
eines Leistungsbegrenzungs-Eintritts die maximal
mögliche Elektrodenhochspannung zu ermitteln, die zu
keiner Leistungsbegrenzung führt. Dies hat den Vorteil,
daß die Elektrodenhochspannung als reproduzierbarer
Parameter bei der Beurteilung des
Beschichtungsresultats verwendet werden kann.
In Fig. 4 ist die Leistungsbegrenzungsschaltung 52
schematisch als Schaltungsteil der elektronischen
Steuerschaltung 30 dargestellt. Aus dem Blockschaltbild
des Hochspannungsreglers von Fig. 4 ist ersichtlich,
daß die Regeldifferenzspannung 50 eine Subtraktion des
Elektrodenhochspannungs- Istwertes 42 vom
Elektrodenhochspannungs-Sollwert 48 ist oder eine
dieser Differenz entsprechende Signalspannung ist. Die
Leistungsbegrenzungsschaltung 52 befindet sich im
Oszillator 2. Wenn der Elektrodenstrom I2 auf ein Maß
ansteigt, wo die Leistungsbegrenzung einsetzt, dann
bewirkt die Leistungsbegrenzungsschaltung 52, daß die
Hochspannung U2 der Hochspannungselektrode 8 bei weiter
ansteigendem Elektrodenstrom oder Ausgangsstrom
(Erdstrom) I2 in Abhängigkeit von diesem Stromanstieg
derart reduziert wird, daß die Leistung auf den
zulässigen Leistungswert oder Energiegrenzwert
reduziert wird. Da mit der Erfindung der
Elektrodenhochspannungs-Istwert 42 gemessen wird, wird
auch automatisch die Hochspannungsreduktion detektiert.
Wenn die Leistungsbegrenzungsschaltung auf diese Weise
wirksam wird, wird die Elektrodenhochspannung an der
Hochspannungselektrode 8 automatisch unter den
Hochspannungs-Sollwert 48 gedrückt. Damit wird die
Regeldifferenz, welche der Regeldifferenzspannung 50
entspricht, positiv. Der Regler 44 versucht deshalb
jetzt vergeblich die Hochspannung zu erhöhen, da die
Leistungsbegrenzungsschaltung 52 eine Spannungserhöhung
verhindert. Die Regeldifferenz 50 bleibt somit immer
positiv. Diese Wirkung wird von der Erfindung
ausgenutzt. Gemäß der Erfindung wird die
Regeldifferenz-Signalspannung 50 nicht nur dem Regler
44, sondern auch einer elektronischen
Vergleichsschaltung 52 zugeführt. Die
Vergleichsschaltung 52 vergleicht die Regeldifferenz-
Signalspannung 50 mit einer vorgegebenen
Vergleichsspannung 54. Wenn die Regeldifferenz-
Signalspannung größer ist als die Vergleichsspannung
54, dann aktiviert die Vergleichsschaltung 52 ein
Anzeigeelement 56 und zeigt dadurch an, daß der
Hochspannungserzeuger im Bereich der
Leistungsbegrenzung arbeitet. Das Anzeigeelement 56 ist
vorzugsweise eine Lampe oder Leuchtdiode, könnte jedoch
auch ein akustisches oder optisches Anzeigeelement
sein. Sein Referenzpotential kann das Referenzpotential
18 oder Erdpotential 16 sein. Die Vergleichsschaltung
52 braucht also immer nur dann automatisch aktiviert
oder eingeschaltet zu werden, wenn die Leistungsgrenze
oder Energiegrenze erreicht oder überschritten wird.
Fig. 5 zeigt die elektronische
Sprühbeschichtungseinrichtung von Fig. 4 mehr im Detail
und angewendet zum Sprühbeschichten von Gegenständen 12
mit Beschichtungspulver 60. Das Beschichtungspulver 60
wird der Sprühvorrichtung 10 an einem Vorrichtungsende
mittels einer Leitung 62 zugeführt und am anderen
Vorrichtungsende auf den zu beschichtenden Gegenstand
12 gesprüht. Ein Träger 64 für den zu beschichtenden
Gegenstand 12 ist beispielsweise eine
Transportvorrichtung, beispielsweise ein Hängeförderer,
welcher nach und nach Gegenstände 12 an der
Sprühvorrichtung 10 vorbeitransportiert. Die
Tragvorrichtung 64 ist geerdet bei 16. In der
Sprühvorrichtung 10 befinden sich der Transformator 4
und die Spannungsvervielfacherschaltung 6, welches
vorzugsweise eine Kaskadenschaltung ist, die aus einer
Vielzahl von Kondensatoren und Gleichrichtern gebildet
ist. In der elektrischen Verbindung 7 zwischen dem
Hochspannungsausgang der Spannungsvervielfacher
schaltung 6 und der Hochspannungselektrode 8 kann sich
ein elektrischer Widerstand 9 zur Strombegrenzung
befinden. Dieser gehört dann zum Innenwiderstand Ri der
Sprühvorrichtung 10, da er beim Messen dieses
Innenwiderstandes Ri zwischen der Hochspannungs
elektrode 8 und Erdpotential 16 automatisch mit
gemessen wird. Anstelle einer Hochspannungselektrode 8
können auch mehrere Hochspannungselektroden 8 vorhanden
sein, beispielsweise sind in Fig. 5 zwei Hochspannungs
elektroden 8 dargestellt. Gemäß Fig. 5 kann der
Eingangsspannungsmeßteil 36 eine Verstärkerschaltung
sein. Der Ausgangsspannungsmeßteil 32 kann gemäß Fig. 5
einen zwischen Erdpotential 16 und das Bezugspotential
18 geschalteten elektrischen Widerstand 66, ein den
Spannungsabfall über diesem Meßwiderstand 66 messendes
elektrisches Spannungsmeßelement 68 und eine die
gemessene Spannung verstärkende Verstärkerschaltung 70
enthalten, an dessen Ausgang die Differenz-
Signalspannung 34 erzeugt wird, die dem Spannungsabfall
über dem Innenwiderstand Ri der Sprühvorrichtung 10
entspricht. Der Oszillator 2 ist auf seiner
Eingangsseite an eine Niederspannungs-
Gleichspannungsquelle 72 angeschlossen und erzeugt auf
ihrer Ausgangsseite 74 eine Niederspannungs-
Wechselspannung für die Primärwicklung 76 des
Transformators 4. An der Sekundärwicklung 78 des
Transformators 4 entsteht eine wesentlich höhere
Wechselspannung, welche von der Spannungsvervielfacher
schaltung 6 in eine nochmals wesentlich höhere
Gleichspannung-Hochspannung für die Elektrode 8
umgewandelt wird. Die Elektrodenhochspannung liegt
vorzugsweise im Bereich zwischen 4 kV und 140 Kv. In
allen Fig. sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen
versehen, weshalb die übrigen Teile von Fig. 5, welche
mit den Teilen der anderen Fig. übereinstimmen, nicht
extra beschrieben werden, jedoch mit den gleichen
Bezugszahlen versehen sind.
Gemäß den dargestellten Ausführungsformen befinden sich
vom Hochspannungserzeuger 2, 4, 6 der Oszillator 2 in
der elektronischen Steuerschaltung 30 separat von der
Sprühvorrichtung 10 in einem Steuergerät oder
Schaltschrank. Der Oszillator 2 ist über elektrische
Leitungen 80 an die Primärwicklung 76 des
Transformators 4 angeschlossen. Der Transformator 4 und
die Spannungsvervielfacherschaltung 6 befinden sich in
der Sprühvorrichtung oder Pistole 10. Der Oszillator 2
bildet mit dem Transformator 4 einen Oszillator-
Schwingkreis. Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform
könnte jedoch auch ein selbstschwingender Oszillator 2
verwendet werden. Gemäß einer ebenfalls abgewandelten
Ausführungsform kann der Transformator 4 und/oder die
Spannungsvervielfacherschaltung 6 in die elektronische
Steuerschaltung 30 integriert und in einem
Schaltschrank oder einem Steuergerät extern von der
Sprühvorrichtung 10 untergebracht werden. In anderer
Ausführungsform ist es möglich, den Oszillator 2
zusätzlich zum Transformator 4 und der Spannungs
vervielfacherschaltung 6 in der Sprühvorrichtung 10
unterzubringen. Gemäß einer nochmals weiter
abgewandelten Ausführungsform wäre es auch möglich,
weitere Teile oder alle Teile der elektronischen
Steuerschaltung 30 in der Sprühvorrichtung 10
unterzubringen, zusätzlich zu dem Transformator 4 und
der Spannungsvervielfacherschaltung 6.
Claims (12)
1. Elektrostatische Sprühbeschichtungseinrichtung,
insbesondere für Beschichtungspulver, enthaltend
- 1.1. mindestens eine Sprühvorrichtung (10) zum Sprühen des Beschichtungsmaterials auf einen zu beschichtenden Gegenstand (12), welcher mit Erdpotential (16) elektrisch verbunden ist;
- 1.2. mindestens eine von der Sprühvorrichtung (10) getragene Hochspannungselektrode (8) zum elektrostatischen Aufladen des Beschichtungsmaterials;
- 1.3. einen Hochspannungserzeuger (2, 4, 6), welcher eine Spannungstransformationsschaltung (4, 6) aufweist und die Hochspannung für die Hochspannungselektrode (8) erzeugt, dadurch gekennzeichnet,
- 1.4. daß eine elektrische Steuerschaltung (30) vorgesehen ist, welche mindestens folgende drei Schaltungsteile (36, 32, 40) aufweist:
- 1.4.1. ein Eingangsspannungs-Meßteil (36), welches eine Eingangsspannung (U1) oder Steuerspannung der Spannungstransformationsschaltung (4, 6) mißt und damit eine Eingangs-Signalspannung (38) erzeugt, welche dem Multiplikationsprodukt aus der gemessenen Steuerspannung oder Eingangsspannung (U1) mal einem Spannungsvervielfachungsfaktor (Av) entspricht, wobei der Spannungsvervielfachungsfaktor (Av) die Spannungsvervielfachung der Spannungstransformationsschaltung (4, 6) ist;
- 1.4.2. Ein Ausgangsspannungs-Meßteil (32), welches in Abhängigkeit von dem elektrischen Elektrodenstrom (I2), der von der Hochspannungselektrode (8) über den zu beschichtenden Gegenstand (12) und Erdpotential (16) zu einem von dem Erdpotential (16) abweichenden elektrischen Bezugspotential (18) der elektronischen Steuerschaltung (30) zurückfließt, und in Abhängigkeit von dem elektrischen Innenwiderstand (Ri) der Spannungstransformationsschaltung (4, 6), welcher an der Hochspannungselektrode (8) meßbar ist, eine Spannungsabfall-Signalspannung (34 = URi = I2 × Ri) erzeugt, welche dem Multiplikationsprodukt von dem während des Sprühbetriebes jeweils fließenden Elektrodenstrom (I2) mal dem Innenwiderstand (Ri) der Spannungstransformationsschaltung entspricht und damit dem Spannungsabfall entspricht, der in der Spannungstransformationsschaltung (4, 6) zwischen der Meßstelle der Eingangsspannung (U1) und der Hochspannungselektrode (8) stromabhängig entsteht,
- 1.4.3. eine Istwert-Differenzschaltung (40), welche aus der Eingangs-Signalspannung (38) und der Spannungsabfall-Signalspannung (34) eine Differenz-Signalspannung (42 = U2) erzeugt, welches der Differenz von der Eingangsspannung- Signalspannung (38) minus der Spannungsabfall- Signalspannung (34) entspricht und damit stromabhängig auch dem jeweiligen Istwert der Hochspannung an der Elektrode (8) entspricht.
2. Elektrostatische Sprühbeschichtungseinrichtung
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Sollwert-Differenzschaltung (46) und ein
Regler (44) vorgesehen sind, daß die Sollwert-
Differenzschaltung (46) eine Regeldifferenz-
Signalspannung (50) bildet, welche der Differenz
von einer Sollwert-Signalspannung (48) und der
Differenz-Signalspannung (42) der Istwert-
Differenzschaltung (40) entspricht, daß die
Regeldifferenz-Signalspannung (50) dem Regler (44)
als Stellgröße zugeführt wird, daß der Regler (44)
in Abhängigkeit von der Regeldifferenz-Spannung
(50) die vom Hochspannungserzeuger (2, 4, 6)
erzeugte Hochspannung (U2) der
Hochspannungselektrode (8) regelt.
3. Elektrostatische Sprühbeschichtungseinrichtung
nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Leistungsbegrenzungsschaltung (52) vorgesehen
ist, welche die vom Hochspannungserzeuger (2, 4,
6) erzeugte Leistung oder Energie ab einer
vorbestimmten Leistungs- oder Energiegrenze nicht
weiter ansteigen läßt, daß die
Leistungsbegrenzungsschaltung (52) bei Erreichen
oder Überschreiten der genannten Grenze die
Hochspannung (U2) der Hochspannungselektrode (8)
in Abhängigkeit von dem Elektrodenstrom (I2)
entsprechend der mathematischen Formel, wonach die
Leistung oder Energie gleich dem mathematischen
Produkt von Spannung mal Strom ist, entsprechend
derart reduziert, daß die genannte Grenze nicht
überschritten wird; daß eine Leistungs-
Vergleichsschaltung (52) vorgesehen ist, welche
die Regeldifferenz-Signalspannung (50) mit einer
Leistungsvergleichsspannung (54) vergleicht und
ein Signal (56) erzeugt, wenn die Regeldifferenz-
Signalspannung (50) größer als die
Leistungsvergleichsspannung (54) ist, so daß das
Signal jeweils dann erzeugt wird, wenn der
Hochspannungserzeuger im Bereich der Leistungs-
oder Energiebegrenzung arbeitet und deshalb von
der Leistungsbegrenzungsschaltung (52) daran
gehindert wird, die Hochspannung (U2) der
Hochspannungselektrode (8) zu erhöhen, obwohl die
Regeldifferenz-Signalspannung (50) eine Erhöhung
der Hochspannung (U2) fordert.
4. Elektrische Sprühbeschichtungseinrichtung nach
einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Hochspannungserzeuger (2, 4, 6) einen
Oszillator (2) zur Erzeugung einer Wechselspannung
aus einer Gleichspannung, einen Transformator (4),
dessen Primärseite an die Wechselspannung des
Oszillators (2) angeschlossen ist, und eine
Spannungsvervielfacherschaltung (6) aufweist,
welche an die Sekundärseite des Transformators (4)
angeschlossen ist und eine Gleichspannung-
Hochspannung (U2) für die mindestens eine
Hochspannungselektrode (8) erzeugt, wobei der
Transformator (4) und die
Spannungsvervielfacherschaltung (6) zusammen, oder
die Spannungsvervielfacherschaltung (6) allein,
die genannte Spannungstransformationsschaltung (4,
6) bilden.
5. Elektrostatische Sprühbeschichtungseinrichtung
nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Oszillator (2) örtlich getrennt von der
Sprühvorrichtung (10) angeordnet ist.
6. Elektrostatische Sprühbeschichtungseinrichtung
nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungsvervielfacherschaltung (6) in oder an
der Sprühvorrichtung (10) angeordnet ist.
7. Elektrostatische Sprühbeschichtungseinrichtung
nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Transformator (4) in oder an der
Sprühvorrichtung (10) angeordnet ist.
8. Elektrostatische Sprühbeschichtungseinrichtung
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die elektronische Steuerschaltung (30) örtlich
getrennt von der Sprühvorrichtung (10) angeordnet
ist.
9. Elektrostatische Sprühbeschichtungseinrichtung
nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Leistungsbegrenzungsschaltung (52) örtlich
getrennt von der Sprühvorrichtung (10) angeordnet
ist.
10. Elektrostatisches Sprühbeschichtungsverfahren mit
Verfahrensschritten zur Messung der Hochspannung
(U2) von mindestens einer Hochspannungselektrode
(8) zur elektrostatischen Aufladung von
Beschichtungsmaterial, insbesondere
Beschichtungspulver, während des Sprühbetriebes
(Sprühen von Beschichtungsmaterial) und im
Leerlauf (Hochspannung eingeschaltet, jedoch kein
Sprühbetrieb), mit folgenden Verfahrensschritten:
- 10.1. Messen einer Steuerspannung oder Eingangsspannung (U1) einer Spannungstransformationsschaltung (4, 6),
- 10.2. elektronisch Multiplizieren (36) des Meßwertes der Steuerspannung oder Eingangsspannung (U1) mit dem Spannungsvervielfachungsfaktor (Av) der Span nungstransformationsschaltung (4, 6) und dadurch Bilden einer Steuerspannungs-Signalspannung oder Eingangsspannungs-Signalspannung (38), welche dem theoretischen Wert der Hochspannung (U2) an der Hochspannungselektrode (8) entspricht,
- 10.3. Messen des Stromes (U2) der Hochspannungselektrode (8) oder des von ihm erzeugten Spannungsabfalls über einem Meßwiderstand (66),
- 10.4. elektronisch Multiplizieren (32) des Meßwertes (U2 oder 68) mit dem am Hochspannungsausgang der Spannungstransformationsschaltung (4, 6) meßbaren elektrischen Innenwiderstand (Ri) der Spannungstransformationsschaltung (4, 6) und dadurch Bilden einer Spannungsabfall- Signalspannung (34), welche dem Spannungsabfall in der Spannungstransformationsschaltung (4, 6) entspricht, wenn in ihr Strom fließt,
- 10.5. elektronisch Subtrahieren der Spannungsabfall- Signalspannung (34) von der Steuerspannung- Signalspannung oder Eingangsspannungs- Signalspannung (38) und dadurch Erzeugen einer Differenz-Signalspannung (42), welche dem jeweiligen Istwert der Hochspannung (U2) an der Hochspannungselektrode (8) entspricht.
11. Elektrostatisches Sprühbeschichtungsverfahren nach
Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Regelung der von der
Spannungstransformationsschaltung (4, 6) erzeugten
Hochspannung für die mindestens eine
Hochspannungselektrode (8) die Differenz-
Signalspannung (42) von einer Sollwert-
Signalspannung (48) subtrahiert wird und damit
eine Regeldifferenz-Signalspannung (50) erzeugt
wird, und daß die Regeldifferenz-Signalspannung
(50) als Stellgröße dem Regler zur Regelung der
Hochspannung der Hochspannugnselektrode (8) in
Abhängigkeit von der Stellgröße zugeführt wird.
12. Elektrostatisches Sprühbeschichtungsverfahren nach
Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Regeldifferenz-Signalspannung (50) mit einer
Leistungs-Vergleichsspannung (54) verglichen (52)
und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis ein
Signal (56) erzeugt wird, welches anzeigt, wenn
die Spannungstransformationsschaltung (4, 6) in
einem leistungsbegrenzten oder energiebegrenzten
Bereich arbeitet, in welchem eine Erhöhung des
Elektrodenstromes (I2) eine entsprechende
Reduzierung der Hochspannung (U2) der
Hochspannungselektrode (8) in der Weise zur Folge
hat, daß die Leistung, welche dem mathematischen
Produkt von Strom mal Spannung entspricht, eine
vorbestimmte Leistungsgrenze nicht übersteigt.
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