DE2414524C2

DE2414524C2 - Sicherheitsschaltung für Systeme zum elektrostatischen Beschichten

Info

Publication number: DE2414524C2
Application number: DE2414524A
Authority: DE
Inventors: Ronald F. St.Paul Minn. Parson
Original assignee: Graco Inc
Current assignee: Graco Inc
Priority date: 1973-03-26
Filing date: 1974-03-26
Publication date: 1984-11-29
Also published as: US3809955A; IT1007651B; DE2414524A1; GB1461480A; FR2223873B1; CH620375A5; JPS572392B2; CA1001713A; JPS49128950A; FR2223873A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung für Systeme zum elektrostatischen Beschichten und insbesondere eine Sicherheitseinrichtung zum Schutz gegen übermäßige lonisationsströme der im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Art.

Die Erfindung eignet sich zur Verwendung sowohl bei automatischen Systemen zur elektrostatischen Sprühbcschichtung als auch bei manuellen, in der Hand zu haltenden elektrostatischen Spritzpistolen. Bei automatischen Sprühbeschichtungs-Systemen ist der Sprühapparat relativ zu einem sich bewegenden Förderer fest montiert, wobei die zu besprühenden Gegenstände an dem Förderer angebracht sind und an dem Sprühapparat vorbeibewegt werden. Bei manuellen Systemen wird die Spritzpistole von einer Bedienungsperson in der Hand gehalten und so betätigt, daß ein gewöhnlich fest montierter Gegenstand beschichtet wird. Da übermäßige lonisationsströme mit größerer Wahrscheinlichkeit bei manuell betätigten Spritzpistolen-Systemen auftreten, ist die Erfindung insbesondere bei derartigen manuellen Systemen von Nutzen. Bei beiden Systemen werden gewöhnlich elektrische lonisationsspannungen von bis hinauf zu 100000 V zwischen der Spritzpistolen-Elektrode und dem zu beschichtenden Gegenstand angewandt. Um einen leistungsfähigen Betrieb zu erzielen, ist es zweckmäßig, die Spritzpistolen-Elektrode in angemessener Nähe, d. h. in einem Abstand von etwa 15 bis 30 cm, zu dem zu beschichtenden und auf Erdpotential gehaltenen Gegenstand anzuordnen. Wird die Elektrode jedoch zu nahe an den Gegenstand herangeführt, so steigt der elektrostatische lonisationsstrom rasch an, und es besteht die Möglichkeit, daß gefährliche elektrostatische Funken entstehen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitseinrichtung, di« das Ansteigen des elektrostatischen lonisationsstroms mißt und die Hochspannung abschaltet, bevor ein elektrostatischer Funke erzeugt wird.

Eine Sicherheitsschaltung der eingangs genannten Art ist aus der US-Patentschrift 25 09 277 bekannt, wonach zur Überwachung des elektrostatischen !onisa-

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tionsstroms ein in Serie mit der Sekundärwicklung eines An- und Abschalteinrichtung und der Schwellenwert-Hochspannungstransformators geschalteter Wider- Schalteinrichtung ist ein Schalterelement vorgesehen, stand verwendet wird In der beschriebenen Schaltung das während eines definierten, durch einen elektroniwird der Hochspannungstransformator abgeschaltet, sehen Zeilverzögerungskreis vorgegebenen Einschaltwenn der lonisationsstrom durch den Widerstand einen 5 Zeitintervalls des elektrostatischen Systems einen altervorbestimmten Wert überschreitet Um. Stromstöße in nativen Schwellenwert-Schaltpegel vermittelt, pieses dem lonisationsstrom zu kompensieren, wie sie unmit- Schalterelement bewirkt in der Einschaltphase, daß die telbar nach dem Einschalten des Gerätes auftreten, ist Schwellenwert-Schalteinrichtung nur auf Ionisationseine manuelle Unterbrechungsmöglichkeit vorgesehen, ströme anspricht, die erheblich höher als die zürn anmit der die genannte Sicherheitsschaltung außer Funk- 10 fänglichen Aufladen der Leitungskapazitäten erfor.derlition gesetzt werden kann. Aufgrund der Verwendung chen Ströme sind, und es bewirkt nach der Anfangsaufinduktiv betätigter Bauelemente spricht die dargestellte ladung der Leitungskapazitäten, daß die Schwellenwert-Schaltung erst mit einer gewissen Einschaltverzögerung Schalteinrichtung zu ihrem normalen Ansprechverhalauf den vorgegebenen kritischen Stromwert bzw. den ten gegenüber lonisationsströmen zurückkehrt entsprechenden, über eiern Widerstand abfallenden 15 Die Erfindung schafft hiermit eine verbesserte Sicher-Spannungswert an. Die Dauer dieser Ansprechverzöge- heitsschaltung, die Schutz nicht nur gegen zu hohe Ionirung hängt hierbei von den Charakteristika und dem sationsströme beim Betrieb von Systemen zur elektro-Schaltverhalten der elektrischen bzw. elektromechani- statischen Sprühbeschichtung, sondern auch gegen zu sehen Bauelemente, insbesondere eines Relais und eines hohe lonisationsströme eines zweiten erhöhten Pegels elektromagnetischen Schalters ab. Diese bekannte 20 unmittelbar nach dem anfänglichen Einschalten derarti-Schaltung bietet jedoch nicht die Möglichkeit, ein dcfi- gcr Systeme bietet. Außerdem gibt die Erfindung eine niertes Ansprech-Zeitintervall selektiv einzustellen und Sicherheitseinrichtung an, die verbesserte elektronische damit das Schaltverhalten entsprechend den jeweiligen Komponenten aufweist und keine elektromechanischen Betriebsbedingungen auszulegen. Einrichtungen beinhaltet

Weiterhin ist eine Sicherheitsschaltung für elektrosta- 25 Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen

tische Beschichtungssysteme aus der US-Palentschrift der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben

36 41 971 bekannt Auch diese raffiniertere und schal- Hiernach ist sowohl der Sicherheitspegel für den lonisa-

tungstechnisch aufwendigere Anordnung arbeitet je- tionsstrom als auch das Ansprech-Zeitintervall zwi-

doch mit handbetätigten Mitteln, um das unerwünschte sehen dem Einschalten des Systems, d. h. der Vorgabe

Ansprechen auf durch den Einschaltvorgang bedingte 30 des alternativen erhöhten Schwellenwert-Schaltpegels,

überhöhte Stromwerte zu verhindern. und dem Umschalten auf den erniedrigten Betriebs-

Emen Schutz gegen zu hohe lonisationsströme unmit- Schaltpegel wählbar und einstellbar, so daß sich die er-

telbar nach dem Einschalten des Systems während des findungsgemäße elektronische Sicherheitsschaltung für

unvermeidlichen Einschwingvorgangs, der durch im die unterschiedlichsten elektrostatischen Sprühbe-

Vergleich zum Normalbetrieb erhöhte Stromwerte 35 scbichtungs-Systeme verwenden und an die verschie-

bzw. Stromstöße gekennzeichnet ist, bietet weder die densten Betriebsbedingungen anpassen läßt

aus der US-PS 25 09 277 noch die aus der US-PS Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung wer-

36 41 971 bekannte Schaltung, da die entsprechenden den im folgenden anhand der Zeichnungen im einzelnen

Sicherheitsschaltungen durch Betätigung der genannten erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

manuellen Schalter außer Funktion gesetzt werden. 40 F i g. 1 eine Darstellung der wesentlichen Komponen-

Angesichts des Standes der Technik liegt der Erfin- ten eines elektrostatischen Sprühbeschichtungs-Sy-

dung die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Sicher- stems;

heitsschaltung für elektrostatische Beschichtungssyste- Fig.2 ein Blockschaltbild des Sprühbeschichtungs-

me ohne handbetätigte und elektromechanische Schutz- Systems mit den wesentlichen elektrischen und elektro-

Schalteinnchtungen zu schaffen, die beginnend mit dem 45 nischen Elementen; Einschaltzeitpunkt während des gesamten Systembe- Fig.3 ein schematisches Schaltbild mit Einzelheiten

triebs Schutz gegen überhöhte lonisationsströme bictet, eines Schaltungsblocks nach F i g. 2;

wobei die unterschiedlichen Werte des lonisations- F i g. 4 ein schematisches Schaltbild mit Einzelheiten

Stroms während der Einschaltphase und während des eines weiteren Schaltungsblocks nach F i g. 2·

anschließenden Normalbetriebs Berücksichtigung fin- 50 F i g. 5 eine andere bevorzugte Ausführungsform der

den, und die sich an verschiedene Betriebsverhältnisse Schaltung nach F i g. 4; und

durch Einstellen entsprechender Ansprech-Schwellen- F i g. 6 ein weiteres Äusführungsbeispiel für die Schalwerte und Zeitkonstanten optimal anpassen laß¹.. tung nach F i g. 4.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach dem kenn- Fig. 1 zeigt ein elektrostatisches Beschichtungssyzeicnnenden Teil des Hauptanspruchs. In der erfin- 55 stern, bei dem eine elektrostatische Spritzpistole 3 mitdungsgemäßen Sicherheitsschaltung ist eine Strommeß- tels geeigneter Schläuche an einen Vorratsbehälter 1 einrichtung mit einem Hochspannungs-Generatorkreis mit elektrostatischem Pulver angeschlossen is» Der Bezur Erzeugung einer zu dem lonisationsstrom propor- hälter 1 enthalt Beschichtungspulver, das der Spritzpitionalen Spannung in Serie geschaltet. Mit dieser stole 3 zum Auftrag auf einen zu beschichtenden (nicht Mrommeöeinrichtung ist eine Schwellenwert-Schaltcin- ω gezeigten) Gegenstand unter Druck zugeführt wird Die richtung verbunden, die in Abhängigkeit von einem vor- elektrostatische Spritzpistole 3 ist ferner über ein Hochgegebenen, einen zu hohen lonisationsstrom angeben- spannungskabel 4 an eine Hochspannungs-Energieverden Spannungspegel ein geschaltetes Ausgangssignal sorgu,.g 2 mit zugehörigen Schaltkreisen angeschlossen erzeugt. Die Schwellenwert-Schalteinrichtung ist ferner Das Hochspannungskabel 4 kann in den verschiedensmit einer Einrichtung zum An- und Abschalten der μ ten Längen, typischerweise von wenigen bis hinauf zu 35 Hochspannungsquelle verbunden, mit der das Hoch- Metern vorliegen. Wegen seiner Länge und elektrischen spannungspotential von der elektrostatischen Sprit/.pi- Eigenschaften weist das Hochspannungskabel 4 eine bestolen-Elektrode getrennt werden kann. Zwischen der trächtliche Eigenkapazität auf. die anfänglich auteela-

den werden muß, sooft die Hochspannungs-Energieversorgung eingeschaltet wird. Die Aufladung dieses Kabels bedeutet für die Energieversorgung einen erheblich höheren Strombedarf, als er beim normalen Sprühbeschichtungs-Betrieb vorliegt. Ein zweites Kabel 5 enthält eine Leitung, die den »Abzug« oder Fingerschalter 7 der elektrostatischen Spritzpistole 3 mit einer in der Energieversorgung 2 enthaltenen und im Folgenden beschriebenen Steuerschaltung verbindet. Der Schalter 7 an der Spritzpistole 3 steuert die Hochspannungs-Generatorstufe innerhalb der Energieversorgung 2.

Fig.2 zeigt ein Blockschaltbild der wesentlichen elektronischen Komponenten des elektrostatischen Beschichtungssystems. In den Schaltungsblöcken 10 und 20 sind hierbei die Einrichtung zum An- und Abschalten der Hochspannungsqueüe !5 und eine Schutzschaltungsanordnung enthalten. Gemäß dem Blockschaltbild wird über das Schalterkabel 5 ein Steuerschaltungs-Block 10 aktiviert, der die Hochspannungs-Energiequelle 15 erregt. Die Energiequelle 15 umfaßt einen Transformator und eine Gleichrichterstufe, so daß an dem Hochspannungskabel 4 eine Gleichspannung in der Größe von 50 bis 100 kV erzeugt wird, die an die (nicht gezeigte) Hochspannungselektrode in der Spritzpistole 3 umgelegt wird. Der durch diese Hochspannung hervorgerufene lonisationsstrom wird durch einen Meßkreis 20 überwacht, der über eine Leitung 19 und eine Klemme 21 an den Hochspannungstransformator der Energiequelle 15 angeschlossen ist. Die Leitung 19 ist dabei an die Seite der Ausgangsstufe für die gleichgerichtete Hochspannung angeschlossen. Der Meßkreis 20 empfängt von der Steuerschaltung 10 über eine Leitung 9 und eine Klemme 22 ein Steuersignal, das den anfänglichen Einschaltzustand der elektrostatischen Hochspannung angibt. Der Meßkreis 20 weist ferner eine Ausgangsklemme 23 auf, die über eine Leitung 11 mit der Steuerschaltung 10 verbunden ist: die Ausgangsklemme 23 führt gegebenenfalls ein einen übermäßigen lonisationsstrom anzeigendes Signal, das bewirkt, daß die Steuerschaltung 10 die an der Spritzpistole 3 liegende Hochspannung abschaltet.

Die Fig.3 und 4 zeigen in vereinfachter schematischer Form die Schaltungseinzelheiten der dargestellten Blöcke, der Steuerschaltung 10. des Meßkreises 20 und der Energiequelle 15. In diesen Schaltungsblöcken sind, wie später im einzelnen beschrieben, die Einrichtung zum An- und Abschalten der Hochspannungsquelle mit einem Oszillatorkreis und einem gesteuerten Silizium-Gleichrichter sowie die Schutzschaltungsanordnung enthalten. Die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 16 ist kapazitiv an einen Wechselrichtcr-Transförniäiör 17 rtiii säüigbäreiTi Kern angeschlossen. Ein derartiger Transformator wird in der Technik allgemein zur Erzeugung hoher Spannungen benützt und liefert eine typische Ausgangs-Gleichspannung von etwa 400 V. Die Ausgangsspannung lädt den Kondensator 18, und ein steuerbarer Siliziumgleichrichter 31 wird periodisch gezündet, so daß die Kondensatorladung über die Primärwicklung des Transformators 16 entladen wird. Die Zündung des Gleichrichters 31 erfolgt in bekannter Weise durch Anlegen eines Spannungsimpulses an seine Steuerelektrode 32 Diese Spannung wird transformiert und in einer Gleichrichterstufe 30 gleichgerichtet, so daß an dem Hochspannungskabel 4 eine Hochspannung von 50 bis 100 kV erzeugt wird, die der Elektrode der elektrostatischen Spritzpistole zugeführt wird. Bei der Gleichrichterstufe 30 kann es sich um eine der vielfältig bekannten Einrichtungen zum Gleichrichten von Wechselströmen, vorzugsweise vom Typ des Spannungsvcrdopplers oder -verdreifachers, handeln.

Das elektrostatische Hochspannungspotential besteht zwischen der Leitung 19 von der Energiequelle und dem Hochspannungskabel 4. Die Leitung 19 ist, wie im Folgenden anhand von Fig.4 beschrieben werden soll, über einen Serienwiderstand geerdet. Die am Kabel 4 liegende Hochspannung wird durch periodisches Anlegen eines Impulses an die Steuerelektrode 32 des Gleichrichters 31 erzeugt; durch Unterbrechung dieser periodischen Impulse an die Steuerelektrode 32 wird auch die Hochspannung unterbrochen. Das Signal zur Ansteuerung der Steuerelektrode 32 wird auf die im Folgenden beschriebene Art und Weise von der Steuerschaltung 10nach Fig.3erzeugt.

Γλ,ο CtaMnrr/,ΚαΙΐιιηπ 1ft »r,*>/4 tuia αΚαπ At-tt/Hhnt »/rvn viv Lrivuvidbliuiiüiig mv ,1 Ii U, niv \sw^>u wi πηιηιι, vvrai

dem Fingerschalter 7 der Spritzpistole 3 aktiviert, wobei es sich bei dem Fingerschalter um einen elektrischen Kontakt handelt, der beim Drücken des Schalters 7 einen Widerstand 33 erdet. Da die andere Seite des Widerstands 33 mit einer positiven Spannung verbunden ist, fließt durch den Widerstand 33 ein Strom, der bewirkt, daß ein Transistor 35 einschaltet und starken Strom zieht. Dadurch steigt das Potential auf der Leitung 9 sowie an der Basis eines Transistors 36, wodurch dieser Transistor 36 einschaltet und ebenfalls Strom zieht. Der Strom durch den Transistor 36 fließt über eine Lampe 38, die aufleuchtet. Die Lampe 38 ist an einer Steuertafel der Energieversorgung 2 angebracht und dient dazu, den Zustand »Hochspannung eingeschaltet« anzuzeigen. Die Lampe 38 leuchtet dabei auf, wenn Ströme in der Größenordnung von 100 mA fließen.
Aus der folgenden Beschreibung wird die Funktion der Einrichtung zum An- und Abschalten der Hochspannungsquelle deutlich, wobei die Wirkung der Schutzschaltungsanordnung zunächst unberücksichtigt bleibt.
Schaltet der Transistor 36 ein und wird leitend, so wird auch ein Transistor 40 eingeschaltet. Der durch den. Transistor 40 fließende Strom liegt in der Größenordnung von weniger als einigen mA und reicht damit, obwohl er über eine Lampe 39 fließt, zur Beleuchtung dieser Lampe nicht aus. Der Strom durch den Transistor 40 fließt ferner durch eine RC-Schaltung, die einen Widerstand 46 und einen Kondensator 41 umfaßt. Die RC-Zcitkonstante dieser Schaltungselemente bestimmt die erforderliche Zeit zum Aufbau einer Spannung am Kondensator 41. Da an dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 46 und dem Kondensator 41 ein Unijunction-Transistor 43 mit seiner Steuerelektrode 42 angeschlossen ist, liegt diese Elektrode 42 auf der Spannung am Kondensator 41. Der Unijunction-Transistor 43 spricht auf gewisse Schwellenspannungen an seiner Steuerelektrode an, d. h. sein Ausgang wird umgeschaltet, wenn die Eingangsspannung einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht Diese Arbeitscharakteristik; bewirkt, daß der Transistor 43 ausgangsseitig plötzlich Strom führt, wenn die Spannung am Kondensator 41 auf einen vorbestimmten Pegel ansteigt Tritt dieser Zustand ein, wird über die Klemme 12 ein positiv verlaufender Spannungsimpuls an die Steuerelektrode 32 des Gleichrichters 31 übertragen, so daß der Gleichrichter 31 zündet.

Führt der Transistor 43 ausgangsseitig Strom, wird für die Ladung im Kondensator 41 ein Entladungspfad über die Steuerelektrode 42 und einen Widerstand 45 geschaffen. Dieser Entladungspfad sorgt dafür, daß die

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Spannung am Kondensator 41 absinkt und schließlich ist. Die Verbindung besteht über die Leitung 11. Somit auf einen Pegel fällt, der den Transistor 43 nicht mehr im wird die Erzeugung eines Signals an der Ausgangsklemleitenden Zustand erhält; sodann schaltet der Transistor me 23 und damit die Zündung des Gleichrichters 60 43 ab, d.h. in den nichtleitenden Zustand. In diesem verhindert, so lange der Transistor 48 leitet.
Moment beginnt der Kondensator 41 wieder sich aufzu- 5 Nach einem geeigneten Zeitintervall, das von der Einladen, und der Zyklus wiederholt sich. Wie ersichtlich, stellung des Widerstands 50 abhängt, wird der Transistellt die oben beschriebene Schaltung somit einen Os- stör 48 nicht-leitend und die Spannung am Verbindungszillator dar, der der Steuerelektrode 32 des Silizium- punkt 54 kehrt auf einen von den relativen Werten der gleichrichters 31 periodisch Spannungsimpulse zuführt. Widerstände 55 bis 58 und dem Strom an der Klemme

Wird der Fingerschalter 7 freigegeben, so hört der io 21 bestimmten Pegel zurück. Der Widerstand 58 ist da-Transistor 35 auf zu leiten, und die Spannung an der bei über die Klemme 21 und die Leitung 19 an den Leitung 9 sowie an der Basis des Transistors 36 wird Ausgang der Hochspannungs-Energiequelle 15 angenegativer. Dadurch wird der Transistor 36 nicht-leitend, schlossen. An dem die Widerstände 55 bis 58 umfassenwodurch der Strom durch die Lampe 38 sowie der lei- den Netzwerk entsteht somit eine Spannung, die durch tende Zustand des Transistors 40 unterbrochen werden, is den Stromfluß aus der Energiequelle J5 bestimmt wird; Wird der Transistor 40 nicht-leitend, schaltet auch der dieser Strom bildet den Ionisationsstrom für die elektro-Oszillatorkreis des Unijunction-Transistors 43 ab, so statische Hochspannung zwischen der Hochspannungsdaß der Steuerelektrode 32 des Gleichrichters 31 keine elektrode der Spritzpistole und dem geerdeten zu be-Zündimpulse mehr zugeführt werden. schichtenden Objekt. Der Strompfad verläuft von der

Zusammenfassend ist festzustellen, daß der Schal- 20 Leitung 19 am Ausgang der Hochspannungs-Energie-

tungsblock 10 bzw. die An- und Abschalt-Einrichtung quelle 15 über die Klemme 21, die in Serie liegenden

für die Hochspannungsquelle in Abhängigkeit von dem Widerstände 58 und 55 sowie die parallel geschalteten

Fingerschalter 7 bewirkt, daß die Anzeigelampe 38 Widerstände 56 und 57 nach Erde, die in Fig.4 als

»Hochspannung eingeschaltet« aufleuchtet und der Schaltungspunkt 47dargestellt ist. Indem hier beschrie-

Gleichrichter 31 zur Erzeugung einer Hochspannung 25 benen Ausführungsbeispiel hat die an die Elektrode der

periodisch gezündet wird. Wird der Fingerschaltcr 7 Spritzpistole abgegebene Hochspannung negative Po-

freigegeben, so bewirkt die beschriebene Schaltung daß larität.

die Hochspannungs-Anzeigelampe 38 ausgeschaltet Die Spannung am Verbindungspunkt 54 ist propor- und die Zündung des Gleichrichters 31 beendet wird, so tional zu diesem lonisationsstrom und liegt an der Steudaß keine Hochspannung am Kabel 4 anliegt. In dieser 30 erelektrode 62 des Unijunction-Transistors 63, so daß Form läßt sich die Arbeitsweise der Einrichtung zum die Leitfähigkeit dieses Transistors 63 gesteuert wird. An- und Abschalten der Hochspannungsquelle zusam- Steigt der lonisationsstrom, so steigt auch die Spannung menfassen, wenn man die Wirkung der Schutzschal- am Verbindungspunkt 54; bei einem gewissen Schweltungsanordnung außer Betracht läßt Im Folgenden soll lenwert-Potential zieht der Transistor 63 Strom und benun unter besonderer Bezugnahme auf die F i g. 3 und 4 35 wirkt, daß die Spannung an der Klemme 23 positiv wird, die Arbeitsweise dieser Schaltungsteile in Verbindung Dieser Spannungs-Schwellenwert läßt sich durch Einbeschrieben werden. stellen des Widerstands 57 vorwählen. Die positiv wer-

F i g. 4 zeigt den Schaltungsblock 20, der in Bezug auf dende Spannung an der Klemme 23 liegt über die Leiseine Wechselwirkung mit der in F i g. 3 gezeigten tung 11 an der Steuerelektrode 59, so daß der Gleichschaltung 10 beschrieben werden soll. Der Kollektor 40 richter 60 zündet und leitend wird. Tritt dieser Fall ein, des Transistors 35 ist über die Leitung 9 mit der Ein- so fließt Strom durch die Lampe 39, und diese leuchtet gangsklemme 22 des Blocks 20 verbunden. Wird der auf. Die Lampe 39 ist wiederum an der Steuertafel der Fingerschalter 7 gedrückt, so wird die Spannung auf der Hochspannungs-Energieversorgung angebracht und Leitung 9 positiv und bewirkt, da sie über die Klemme zeigt beim Aufleuchten den Zustand »Hochspannungs-22 an der Basis eines Transistors 48 liegt, daß dieser 45 Überlastung« an. Die Zündung des Gleichrichters 60 Transistor 48 einschaltet und Strom zieht. Der Transi- bewirkt ferner, daß der Transistor 40 nicht-leitend wird, stör 48 bleibt während der durch die RC-Zeitkonstante wodurch die Oszillatorwirkung des Transistors 43 und der Widerstände 49 und 50 sowie des Kondensators 51 seines zugehörigen Schaltkreises unterbrochen wird, bestimmten Zeitspanne leitend. Diese Zeitspanne ist Dadurch treten an der Klemme 12 keine Spannungsimveränderbar und läßt sich durch Verstellen des Wider- 50 pulse mehr auf, und eine weitere Zündung des Gleichstands 50 vorwählen; typischerweise ist der Widerstand richters 31 wird verhänderi.

50 auf einen Wert eingestellt, der sich nach den elektri- Der Gleichrichter 60 zieht Strom durch die Lampe 39

sehen Eigenschaften und der Länge des Hochspan- und den leitenden Transistor 36 nach Erde. Er bleibt

nungskabels 4 richtet, um das gewünschte Ergebnis zu leitend, so lange der Transistor 36 in leitendem Zustand

erreichen, daß der Transistor 48 so lange leitend bleibt, 55 gehalten wird, was durch den Fingerschalter 7 bestimmt

bis das Hochspannungskabel 4 auf sein letztliches elek- wird. Wird der Schalter 7 freigegeben, schalten der

trostatisches Ionisationspotential aufgeladen ist. Transistor 35 und damit auch der Transistor 36 ab und

Der Transistor 48 liegt während der Dauer seiner unterbrechen den Stromkreis durch die Lampe 39, den Leitfähigkeit parallel zu den Widerständen 55,56 und 57 Gleichrichter 60 und den Transistor 36. Zusammenfas-

zwischen dem Verbindungspunkt 54 und Erde. Da die 60 send ist festzustellen, daß dann, wenn der Strom für die

Steuerelektrode 62 eines Unijunction-Transistors 63 Hochspannungs-Ionisation auf eine vorbestimmte Grö-

ebenfalls an den Verbindungspunkt 54 angeschlossen ßc ansteigt, von dem Transistor 63 ein Impuls erzeugt

ist, ist auch diese Elektrode geerdet und hält den Transi- wird, der den Gleichrichter 60 zündet Dadurch leuchtet

stör 63 im nicht-leitenden Zustand. In diesem Zustand andererseits die Lampe 39 »Hochspannungs-Überla-

wird die Spannung an der Ausgangsklemme 23 auf ei- 65 stung« auf, und die Hochspannungs-Energiequelle 15

nem Minimalwert gehalten. Die Ausgangsklemme 23 ist wird abgeschaltet Die Hochspannung kann so lange

an die Steuerelektrode 59 eines steuerbaren Silizium- nicht wieder entstehen, bis der Fingerschalter 7 freige-

gleichrichters 60 angeschlossen, der in F i g. 3 dargestellt geben wird, wodurch eine Unterbrechung des Serien-

Strompfades durch den Transistor 36 erfolgt. Nach Freigabe des Schalters 7 kann er erneut gedrückt werden, um die Erzeugung der Hochspannung, wie oben beschrieben, wieder aufzunehmen.

Fig.5 zeigt eine verbesserte Variante der Schutzschaltung, die auf übermäßige lonisationsströme selbst während des für die elektrostatische Aufladung des Kabels 4 erforderlichen Zeitintervalls anspricht. Die Schaltung nach Fig.5 entspricht der nach Fig.4 mit der Ausnahme, daß zwischen dem Verbindungspunkt 54 und dem Kollektor des Transistors 48 ein Widerstand 65 eingeschaltet ist. Wie oben erwähnt, ist der Transistor 48 nach F i g. 4 während eines Zeitintervalls leitend, das etwa gleich der zum Aufladen der Eigenkapazität des Kabels 4 erforderlichen Zeit ist. Während dieses Zeitintervalls ist der Strom wegen des zum Aufladen der Leitungskapazität benötigten Stroms höher, als es für den Normalbetrieb erforderlich ist. Der Transistor 48 dient deshalb dazu, die Widerstände 55, 56 und 57 zu überbrücken, um den Ionisationsstrom-Meßkreis effektiv abzuschalten, der sonst auf einen solchen übermäßigen Ionisationsstrom ansprechen und seinerseits die Hochspannung abschalten würde.

Die Schaltung nach F i g. 5 vermittelt eine Verbesserung insofern, als der Transistor 48 und der mit diesem in Serie geschaltete Widerstand 65 effektiv nicht als Abschalt- sondern als Deaktivierungs-Kreis wirken. Ist der Transistor 48 leitend, so liegt der Wiederstand 65 parallel zu dem aus den Widerständen 55, 56 und 57 bestehenden Netzwerk. Für einen gegebenen Pegel des Ionisationsstroms wird dadurch die Spannung am Verbindungspunkt 56 vermindert, jedoch nicht auf Erdpotential gekiemmt Daher spricht der den Unijunction-Transistor 63 und zugehörige Schaltungselemente umfassende Meßkreis noch auf übermäßige Werte des Ionisationsstroms an und kann die Erzeugung der Hochspannung unterbrechen, wenn übermäßige lonisationsströme auftreten. Beispielsweise kann während der zum Aufladen der Eigenkapazität des Kabels 4 benötigten Zeitspanne, die gewöhnlich kürzer als 0,5 see ist, der Strombedarf der Hochspannungsquelle 15 bis 200 μ Α betragen. Ist die Aufladung des Kabels beendet und wird der Normalbetrieb aufgenommen, so liegt der lonisationsstrom-Pegel für den Normalbctrieb in der Größenordnung von 20 bis 100 μΑ. Wird jedoch die Hochspannungs-Elektrode der Spritzpistole 3, wenn der Fingerschalter 7 anfänglich gedruckt wird, nahe an Erde geführt, so wird die Hochspannungs-Energiequelle stark überlastet, und die Serienschaltung aus dem Widerstand 65 und dem Transistor 48 bewirkt, daß der Meßkreis auf diesen Zustand anspricht und die weitere Erzeugung von Hochspannung unterbricht.

Fig.6 zeigt ?in weiteres Ausführungsbeispiel des Schaltungsblocks 20. Dieses Ausführungsbeispiel gestattet einen Kabel-Aufladestrom in Höhe eines festen Vielfachen des normalen Oberlast-Ionisationsstroms. Das besagte Vielfache bestimmt sich nach dem Verhältnis aus der Summe der beiden Widerstände 70 und 71 zu dem Widerstand 71 entsprechend dem Ausdruck

it (7t) + R (71)

von den Widerständen 71 und 70 gebildeten Spannungsteilers auf verminderter Spannung. Die Widerstände 70 und 71 ergeben an ihrem Verbindungspunkt 75 eine verminderte Spannung, so daß auch der Transistor 63 auf eine verminderte Trigger-Spannung an dem Verbindungspunkt 54 anspricht. Die Widerstände 55 bis 58 sind entsprechend der für den Transistor 63 erforderlichen Schwellen-Schaltspannung bemessen, so daß die Umschaltung bei einem vorbestimmten Pegel des lonisationsstroms stattfindet.

Wird der Fingerschalter 7 an der Spritzpistole gedrückt, wird der Transistor 48 wie vorher leitend, so daß die Schutzschaltung 20 während einer zum Aufladen der Kabel-Eigenkapazität erforderlichen Zeitspanne deaktiviert ist. Bei der Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 6 liegt jedoch dann, wenn der Transistor 48 leitend wird, die gesamte Spannung (+ V) der Energieversorgung an dem Verbindungspunkt 75, so daß die Schwellenspannungs- Empfindlichkeit des Transistors 63 angehoben wird. Werden die Widerstände 70 und 71 beispielsweise so gewählt, daß am Verbindungspunkt 75 normalerweise eine Spannung von + V/2 liegt, so wird beim Einschalten des Transistors 48 das Potential am Verbindungspunkt 75 plötzlich auf + Vsteigen und die Schweilenspannung des Transistors 63 um den Faktor 2 zunehmen. Dadurch benötigt die Schutzschaltung 20 das doppelte des normalen Überlast-Ionisationsstrom. bevor die Hochspannungs-Energiequelle 15 abgeschaltet wird. Die Schaltung F i g. 6 gestattet also einen Stoßstrom zur Kabel-Aufladung, der ein festes Vielfaches des normalen Überlast-Ionisationsstroms ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

In dieser Schaltung wird der Schah-Schwellenwert des Unijunction-Transistors 63 normalerweise durch die Spannung am Verbindungspunkt 54 bestimmt die zu dem Pegel des Ionisationsstroms proportional ist Der Transistor 63 arbeitet jedoch wegen der Wirkung des

Claims

Patentansprüche:

1. Sicherheitsschaltung für Systeme zum elektrostatischen Beschichten mit einer Hochspannungsquelle, einer Einrichtung zum An- und Abschalten der Hochspannungsquelle und einer Schutzschaltungsanordnung, die eine in Serie mit dem Sprühapparat des Beschichtungssystems liegende Strommeßeinrichtung zur Erzeugung einer zu dem Strom durch den Sprühapparat proportionalen Spannung, eine eingangssei tig an die Strommeßeimichtung und ausgangsseitig an die An- und Abschalteinrichtung angeschlossene Schwellenwert-Schalteinrichtung zum Abschalten des Hochspannungskreises bei Oberschreiten eines vorgegebenen Spannungspegels und eine Verzögerungseinrichtung aufweist, die bewirkt, daß die Schwellenwert-Schalteinrichtung mit einer Verzögerung nach dem Einschalten auf den vorgegebenen Spannungspegel anspricht, d a durch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung einen elektronischen Zeitverzögerungskreis (49... 51) zur Vorgabe eines definierten Zeitintervalls und ein Schaltelement (48) aufweist, das zwischen dem vorgegebenen und einem weite- 2s ren höheren Spannungspegel umschaltet, wobei die Hochspannungsquelle (15) während des durch den Zeitverzögerungskreis (49 ... 51) bestimmten Zeitintervalls nur bei Überschreiten des höheren Spannungspegels und nach Ablauf des Zeitintervalls nur bei Überschreiten des vorgegebenen Spannungspegels abgeschaltet wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitverzögerungskreis (49 ... 51) ein Widerstands-Kapazitäts-Glied ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen in dem Widerstands-Kapazitäts-Glied (49... 51) vorgesehenen veränderbaren Widerstand (50) zur selektiven Einstellung einer variablen Zeitsteuerung für das anschließende öffnen des Schalterelementes(48).

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommeßeinrichtung einer Serienschaltung von Meßwiderständen (55 ... 58) ist. wobei ein veränderbarer Widerstand (57) zu mindestens einem Teil der Serienschaltung (56) parallel geschaltet ist.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalterelement (48) ausgangsseitig mit dem Eingang der Schwellen- so wert-Schalteinrichtung (63) verbunden ist, und daß mindestens ein Teil der Strommeßeinrichtung (55, 56, 57) parallel zum Ausgang des Schalterelements (48) und einem dazu in Serie liegenden Widerstand (65) geschaltet ist.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwert-Schalteinrichtung (63) mit ihren Ausgängen in Serie mit einem Spannungsteiler-Netzwerk (71 ...) liegt, daß ein erster Punkt (23) des Spannungsteiler-Netzwerks (71 ...) und die Abschalteinrichtung für die Hochspannungsquelle (15) miteinander verbunden sind, daß das Schalterelement (48) ausgangsseitig an einen zweiten Punkt (75) des Spannungsteiler-Netzwerks angeschlossen ist, und zu mindestens einem Teil des Widerstands in dem Spannungsteiler-Netzwerk parallel liegt, und daß zwischen diesem Punkt (75) des Spannungsteilers-Netzwerks und Erde ein

Nebenschluß-Widerstand (70) geschaltet ist

7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum An- und Abschalten der Hochspannungsquelle einen Oszillatorkreis (41,43,46) umfaßt, der unter normalen Bedingungen ausgangsseitig Impulse abgibt, die bei Auftreten des Ausgangs-Schaltsignals der Schwellenwerl-.Schalteinrichtung (63) unterbrochen sind

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum An- und Abschalten der Hochspannungsquelle einen durch die genannten Impulse gezündeten steuerbaren Silizium-Gleichrichter (31) zur Er/.eugung einer Wechselspannung umfaßt, wobei die Unterbrechung der Impulse die Zündung des Gleichrichters unterbricht

9. Schaltung nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwert-Schalteinrichtung (63) einen Unijunction-Transistor aufweist, dessen Steuerelektrode (62) mit dem Ausgang des Schalterelements (48) verbunden ist und der ausgangsseitig mit dem auf einen vorbestimmten Eingangssignalpegel ansprechenden Oszillatorkreis verbunden ist.