DE2428700A1

DE2428700A1 - DEVICE FOR GENERATING HIGH VOLTAGES

Info

Publication number: DE2428700A1
Application number: DE2428700A
Authority: DE
Inventors: Leonard Henry Honey; Joseph Dennis Toff
Original assignee: Controsion Electrostatic Ltd
Current assignee: Controsion Electrostatic Ltd
Priority date: 1973-06-19
Filing date: 1974-06-14
Publication date: 1975-01-16
Also published as: FR2241912B1; JPS5069155A; FR2241912A1

Description

Controsion Electrostatic Limited Bucks, EnglandControsion Electrostatic Limited Bucks, England

Vorrichtung zur Erzeugung von hohen Spannungen.Device for generating high voltages.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von hohen Spannungen zum elektrostatischen Aufladen von pulverförmigen Materialien oder Farbe zum überziehen der PlSchen.The invention relates to a device for generating high voltages for electrostatic charging of powdery materials or paint for coating the PlSchen.

Derartige Verfahren sind bereits bekannt, zeigen aber eine Anzahl von Problemen bei ihrer Durchführung, die in der Hauptsache die Sicherheit betreffen. Infolge der Verwendung der hohen Spannungen bei derartigen Vorrichtungen, d. h. bei Sprühvorrichtungen oder Vorrichtungen, die ein elektrostatisches Flußmittel verwenden, springen, leicht Funken "über, wenn in der Vorrichtung bestimmte Arten von Fehlern gemacht werden oder, wenn die Vorrichtung in die Nähe eines geerdeten Punktes gebracht wird. Hierbei können die Funken ein Feuer oder eine Explosion erzeugen.Such methods are already known, but have a number of problems in carrying them out which are described in US Pat The main thing is security. Due to the use of the high voltages in such devices, i. H. with spray devices or devices that use an electrostatic flux, jump, easily sparks over, when certain types of errors are made in the device or when the device is near an earthed one Point is brought. The sparks can cause a fire or an explosion.

Der Grund für die Erzeugung eines Funkens und somit für das Sicherheitsrisiko kann unter Bezugnahme auf die Fig. 1 der Zeichnung dargestellt werden, in der die Ausgangsspannung und die Stromstärke einer herkömmlichen Vorrichtung zur Erzeugung von Spannungen in Abhängigkeit von dem Abstand aufgetragen ist,The reason for the generation of a spark and thus for the safety risk can be explained with reference to FIG Drawing are shown in which the output voltage and the current strength of a conventional device for generating of stresses is plotted as a function of the distance,

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der zwischen der Entladungs-Elektrode der Vorrichtung und einem geerdeten Punkt vorhanden ist.present between the discharge electrode of the device and a grounded point.

Es soll klargestellt werden, daß dann, wenn die Elektrode sich dem geerdeten Punkt nähert, die Spannung die Neigung zeigt, sich gegen Null zu verringern, aber die Stromstärke steigt hierbei erheblich an, bis zu dem Punkt, an dem die. Elektrode sich genügend genähert hat, wodurch der Strom in diesem elektrischen Feld mit hoher Intensität einen Funken quer zu dem Spalt zwischen der Elektrode und dem geerdeten Punkt bildet. Eine ähnliche Überlegung gibt es natürlich dann, wenn das Hochspannungskabel zwischen dem elektrostatischen Generator und der Sprühvorrichtung unterbrochen wird-, weil unter diesen Umständen oft festgestellt wurde, daß die geerdete Hülse des Kochspannungskabels in große Nähe des inneren Hochspannungskernes gelangt.It is to be understood that as the electrode approaches the grounded point, the voltage increases the slope shows to decrease towards zero, but the amperage increases considerably, up to the point at which the. Electrode has come close enough so that the current in this electric field becomes one with high intensity Spark forms across the gap between the electrode and the grounded point. There is a similar consideration of course when the high voltage cable between the electrostatic generator and the spray device is interrupted because under these circumstances it has often been found that the earthed sleeve of the cooking voltage cable is in comes close to the inner high-voltage core.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art gibt es hauptsächlich drei Wege, dieses Problem zu lösen. Der erste besteht darin, einen Schalter anzuordnen, der die Vorrichtung abschaltet, wenn der Strom eine gewisse Stärke, z. B. 75 Microamp. über schreitet. Die Wirkung hiervon besteht darin, daß kein Aufsprühen erfolgt, wenn die Vorrichtung sich in einem Abstand von weniger als etwa 2,5 cm von der geerdeten Fläche befindet.In known devices of this type there are mainly three ways of solving this problem. The first is to arrange a switch that turns off the device when the current has a certain strength, e.g. B. 75 microamps. above strides. The effect of this is that no spray occurs when the device is at a distance less than about an inch from the grounded surface.

Der zweite Weg zur Lösung des erwähnten Problems ist gleichfalls In Fig. 1 dargestellt,und hierbei ist eine Vorrichtung zur Strombegrenzung auf maximal beispielsweise 75 Microamp. in die Vorrichtung eingebaut, siehe die unterbrochene LinieThe second way of solving the aforementioned problem is also shown in Fig. 1, and here is an apparatus to limit the current to a maximum of, for example, 75 microamps. built into the device, see the broken line

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Aber es ist dennoch möglich, daß Funken entstehen, wenn die Vorrichtung nahe genug an die geerdete Fläche gebracht wird,But it is still possible that sparks will arise if the device is brought close enough to the earthed surface,

Darüberhinaus entstehen durch diese Abschaltvorrichtungen weitere.Probleme. Vor allem können diese unzuverlässig arbeiten, Darüberhinaus ist es zumindest in dem ersten oben erwähnten Falle nicht möglich, mit geringem Abstand zu dem Merkstück zu sprühen, so daß beispielsweise nicht möglich ist, in hohe Gegenstände,wie Rohre, zu sprühen, was wegen des Faraday-Käfig-Effektes ohnehin schwierig ist.In addition, these cut-off devices arise further problems. Above all, these can work unreliably, moreover, at least in the first one mentioned above Trap not possible, with a small distance to the memo to spray, so that, for example, it is not possible to spray into high objects such as pipes, which is because of the Faraday cage effect difficult anyway.

Als dritte Lösung können große Widerstände in die Sprühvorrichtung und/oder in das Verbindungskabel und/oder in die Generatoren zur Strombegrenzung eingebaut werden.As a third solution, large resistances can be placed in the spray device and / or in the connecting cable and / or in the generators for current limitation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile zu beheben.The invention is based on the object of eliminating the disadvantages mentioned.

Zur Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art eine Einrichtung zur Steuerung des Ausgangsstromes der erzeugenden Vorrichtung so eingebaut, daß der Ausgangsstrom kontinuierlich abnimmt, wenn die Ausgangsspannung gegen Null abfällt.To achieve this object by the invention, a device for Control the output current of the generating device so built in that the output current decreases continuously when the output voltage drops to zero.

Durch eine Vorrichtung dieser erfindungsgemäßen Art wird die Funkenbildung wesentlich reduziert oder die Möglichkeit hierzu ganz beseitigt, weil dann, wenn die Sprühvorrichtung in die Nähe einer geerdeten Fläche gebracht wird, die Spannung abfälltA device of this type according to the invention is the Sparking significantly reduced or the possibility of doing so completely eliminated, because when the spray device in the Is brought close to an earthed surface, the voltage drops

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und der Strom gegen Null zusammenbricht. Durch die Erfindung wird darüberhinaus eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Ausgangsstromes und der Spannung der erzeugenden Vorrichtung geschaffen, so daß das elektrische Feld, das durch die Sprühvorrichtung erzeugt \vird, kontinuierlich abnimmt, wenn die Ausgangsspannung gegen Null abfällt. In der Vergangenheit hat sich herausgestellt, daß allgemein das Produkt des Ausgangsstroms mit der Ausgangsspannung im wesentlichen konstant bleibt, bis der Ausgangsstrom durch eine Abschaltvorrichtung abgeschaltet wird, so daß dann, wenn sich die Elektrode der Vorrichtung einem geerdeten Punkt nähert, die Intensität des elektrischen Feldes dadurch ansteigt, daß der Abstand verringert wird. Somit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als ein Mittel angesehen werden, um ein im wesentlichen selbstregulierendes Feld zu schaffen. Bei Versuchen mit einer, bevorzugten Ausführungsform hat es sich tatsächlich als schwierig erwiesen, Funken zu erzeugen.and the current collapses towards zero. Through the invention is also a control device for controlling the output current and the voltage of the generating device created so that the electric field generated by the spray device decreases continuously when the output voltage drops to zero. In the past has been found to be generally the product of the output current with the output voltage remains essentially constant until the output current is switched off by a switch-off device so that as the electrode of the device approaches a grounded point, the intensity of the electric field increases by reducing the distance. Thus, the device according to the invention can be viewed as a means to create an essentially self-regulating field. In experiments with a preferred embodiment, it has been found actually proved difficult to generate sparks.

Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung einen elektrischen Transformator auf. Obschon man sich vorstellen kann, daß die Steuereinrichtung durch eine geeignete elektrostatische Schaltung geschaffen wird, kann die gewünschte Spannungs-Stromcharakteristik gemäß der Erfahrung dadurch erzeugt werden, daß die erforderlichen Charakteristika durch die Verwendung eines entsprechenden piezoelektrischen Transformator geschaffen werden. Ein derartiger piezoelektrischer Transformator zeigt im allgemeinen ein erstes piezoelektrisches Glied, an das eine Wechselspannung angelegt wird, deren Ausgang an ein zweites piezoelektrisches C-lied angelegt wird, um einen Spannungsausgang zu erzeugen, der ein Vielfaches der Eingangspannung beträgt. Die beiden piezoelektrischen Glieder können durch unterschiedliche Teile eines einzigenThe control device preferably has an electrical transformer. Although one can imagine that the Control device is created by a suitable electrostatic circuit, the desired voltage-current characteristics can be generated in accordance with experience that the required characteristics through the use of a corresponding piezoelectric transformer can be created. Such a piezoelectric transformer generally shows a first piezoelectric element to which an alternating voltage is applied, the output of which is applied to a second piezoelectric C-element is used to produce a voltage output that is a Is a multiple of the input voltage. The two piezoelectric members can be through different parts of a single

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piezoelektrischen Gliedes mit Bereichen mit verschiedenen Polaritäten gebildet sein.piezoelectric member may be formed with areas of different polarities.

Vorzugsweise zeigt der piezoelektrische Transformator einen Transformator mit piezoelektrischen keramischen Material, das ein Blei-Titan-Zirkonat enthält, obschon ein Barium-Titanat wahrscheinlich gleichfalls geeignet ist. Darüberhinaus kann die Vorrichtung einen spannungsstabilisierten Lieferstromkreis enthalten, einen Oszillatorkreis, der zur Aufnahme des Ausgangs des Lieferstromkreises geschaltet ist, wobei der piezoelektrische Transformator zum Empfang des Ausgangs des Oszillators geschaltet ist, und eine Einrichtung zur Spannungsvervielfältigung, die zum Empfang des Ausgangs des piezoelektrischen Transformators geschaltet ist.Preferably the piezoelectric transformer shows a transformer with piezoelectric ceramic Material that contains a lead-titanium-zirconate, although a barium titanate is also likely to be suitable. In addition, the device can be a voltage stabilized Supply circuit included, an oscillator circuit that is connected to receive the output of the supply circuit, wherein the piezoelectric transformer is connected to receive the output of the oscillator, and means for voltage multiplication, for receiving the output of the piezoelectric transformer is switched.

Vorzugsweise zeigt die Vorrichtung einen Rückkoppelungskreis zur Rückkoppelung eines Rückkoppelungs-Ausgangssignals des piezoelektrischen Transformators zu dem Oszillatorkreis, wobei der Rückkoppelungskreis so eingerichtet ist, daß er die Frequenz des Ausgangs des Oszillatorkreises bei der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Transformators aufrecht erhält. Vorzugsweise wird der Ausgang des Rückkoppelungssignals von der Ausgangsantenne in der Nähe des piezoelektrischen Transformators abgeleitet.The device preferably has a feedback circuit for feeding back a feedback output signal of the piezoelectric transformer to the oscillator circuit, wherein the feedback circuit is arranged so that it the frequency of the output of the oscillator circuit at the Resonance frequency of the piezoelectric transformer upright receives. Preferably, the output of the feedback signal from the output antenna is in the vicinity of the piezoelectric Transformer derived.

Die Kleinheit und die Sicherheit des piezoelektrischen Transformators schafft die Möglichkeit, ihn in eine^herkömmliche Generatoreinheit einzubauen, die durch ein Hochspannungskabel mit einer. Sprühvorrichtung in Verbindung steht oder als Abwandlung hiervon in einer derartigen Vorrichtung so montiert sein kann, daß die Sprühvorrichtung mit anderen Teilen derThe smallness and safety of the piezoelectric transformer creates the possibility of installing it in a ^ conventional generator unit, which is connected by a high-voltage cable with a. Spray device is connected or, as a modification thereof, mounted in such a device may be that the spray device with other parts of the

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Vorrichtung über ein Niederspannungskabel in Verbindung steht. Hierdurch wird eine darüberhinausgehende Sicherheit geschaffen.Device communicates via a low voltage cable. This creates additional security.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Hochspannungsquelle zum elektrostatischen Aufladen von Material zum Aufsprühen auf Oberflächen mit einer elektrischen Quelle vorgesehen, die einen piezoelektrischen Transformator enthält, der zur Aufnahme eines Wechselstromes von der Quelle und einem Spannungs-Vervielfältiger versehen ist, der zum Empfang des Ausgangs des piezoelektrischen Transformators geschaltet ist, wobei der Spannungsvervielfältiger zur Verbindung mit einer Sprühvorrichtung angepaßt ist.According to a further embodiment of the invention, a device for generating a high voltage source for electrostatic charging of material intended for spraying onto surfaces with an electrical source, the includes a piezoelectric transformer adapted to receive an alternating current from the source and a voltage multiplier which is connected to receive the output of the piezoelectric transformer, wherein the multiplier is adapted for connection to a spray device.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigen:Further advantages and details of the invention emerge from the description of a preferred embodiment which now follows referring to the drawing. In this show:

Fig. 2 eine einfache Einrichtung der Vorrichtung zur Erzeugung hoher Spannungen schematisch;2 shows a simple device of the device for generating high voltages, schematically;

Fig. 3 einen piezoelektrischen Transformator schematisch;3 shows a piezoelectric transformer schematically;

Fig. 4 eine perspektivische Außenansicht auf die Konstruktion nach Fig. 2;Fig. 4 is an external perspective view of the construction according to Fig. 2;

Fig. 5 einen schematischen Schaltplan einer bevorzugten Ausfuhr ungs form und Fig. 5 is a schematic circuit diagram of a preferred embodiment ungs form and

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Fig. 6 ein Diagramm mit den elektrischen Daten der Vorrichtung nach den Fig. 2-5»6 shows a diagram with the electrical data of the device according to FIGS. 2-5 »

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung der elektrischen Schaltung des Hochspannungsgenerators nach der Erfindung. Eine Stromquelleneinrichtung G weist einen Oszillatorkreis auf und wird durch die Hauptleitungen B 1 G2 gespeist. Der Ausgang dieser Stromquelleneinrichtung G läuft über die Leitungen G 3 und G 4 zu den Eingangsklemmen C und D eines piezoelektrischen keramischen Transformators A. Eine der Leitungen G 4 ist geerdet. Eine Ausgangselektrode E des piezoelektrischen Transformators A ist mit einer Leitung E 1 mit einem Gleichrichter- und einem Verstärkerkreis H verbunden. Darüberhinaus ist eine Ausgangsantenne L in der Nähe des. piezoelektrischen Transformators A über die Leitung El mit der Stromquelleneinrichtung G verbunden, um einen Rückkoppe lungs kreis M zu bilden.Fig. 2 shows a simplified representation of the electrical circuit of the high voltage generator according to the invention. A current source device G has an oscillator circuit and is fed through the main lines B 1 G2. The output of this power source device G runs over the Lines G 3 and G 4 to the input terminals C and D of one Piezoelectric Ceramic Transformer A. One of the Lines G 4 are grounded. An output electrode E of the piezoelectric transformer A is connected to a line E 1 connected to a rectifier and an amplifier circuit H. In addition, an output antenna L is in the Proximity of the. Piezoelectric transformer A is connected to the power source device G via the line E1, in order to provide a feedback formation circle M.

Der Gleichrichter- und Verstärkerkreis H erzeugt einen Hochspannungs-Gleichstromausgang über die Leitung J, wobei diese Leitung J ein Hochspannungskabel mit einer geerdeten Hülse ist, und die Leitung J leitet die Hochspannung von dem Kreis H zu einer Sprühvorrichtung K herkömmlicher oder anderer Konstruktion,The rectifier and amplifier circuit H produces a high voltage direct current output via line J, this line J being a high-voltage cable with an earthed sleeve, and the line J conducts the high voltage from the circuit H to a spray device K of conventional or other construction,

Der piezoelektrische Transformator A, der beispielsweise ein keramisches Material mit Blei-Titan-Zirkonat aufweist, ist in Fig. 3 dargestellt. Hierbei ist das piezoelektrische Element in der Form einer Stange mit den Abmessungen 2L χ T χ VJ.The piezoelectric transformer A, which has, for example, a ceramic material with lead-titanium-zirconate, is shown in FIG Fig. 3 shown. Here is the piezoelectric element in the form of a rod with dimensions 2L χ T χ VJ.

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Diese Stange zeigt zwei Teile, von denen die linke Hälfte mit den Elektroden C und D an ihren oberen und unteren Flächen befestigt ist, welche Elektroden in diesem Falle die Form von Silberelektroden annehmen, wobei das Silber auf die Fläche der Stange aufgesintert ist. Der Ausgang der Elektrode E zeigt gleichfalls die Form einer ähnlichen aufgesinterten Silberschicht an der Ecke der rechten Hälfte A 2 der Stange, die den Elektroden C und D gegenüberliegt. Wie man klar erkennen kann, überdecken die ElektrodenC und D die obere und untere Fläche der Hälfte Al der Stange, und die Elektrode E überdeckt die gesamte Fläche der Kante der Hälfte A2 gegenüber der Hälfte Al.This rod shows two parts, the left half of which with electrodes C and D on their top and bottom Areas is attached, which electrodes in this case take the form of silver electrodes, with the silver is sintered onto the surface of the rod. The output of the electrode E also shows the shape of a similar one sintered silver layer on the corner of the right half A 2 of the rod, which is opposite the electrodes C and D. As can be clearly seen, electrodes C and D cover the upper and lower surfaces of half A1 of the rod, and the electrode E covers the entire area of the edge of half A2 opposite half Al.

Das Teil Al der piezoelektrischen Stange A ist quer zu seiner Wandstärke polarisiert, wobei das Teil A2 der piezoelektrischen Stange in Längsrichtung polarisiert ist. In Fig. 3 ist die Richtung der Polarisation durch den Pfeil P dargestellt. Die Hälfte Al des piezoelektrischen Transformators ist gemäß Fig. 3 das treibende Teil und die Hälfte A2 ist das erzeugendeThe part Al of the piezoelectric rod A is transverse to it Wall thickness polarized, the part A2 of the piezoelectric rod being polarized in the longitudinal direction. In Fig. 3 is the Direction of polarization shown by arrow P. Half Al of the piezoelectric transformer is according to Fig. 3 is the driving part and half A2 is the generating part

Die bisher in den Figuren 2 und 3 beschriebene Einrichtung arbeitet im allgemeinen wie folgt: Der Hauptzufluß über die Leitungen Gl und G2 wird im Bereich der/Speiseeinrichtung G mittels einer Spannung stabilisiert, die den Kreis Q stabilisiert und einen Oszillator S in der Speiseeinrichtung G antreibt, um einen HF-oszillierenden Spannungsausgang Vl zu schaffen, der mittels der Elektroden C und D parallel zu dem piezoelektrischen Transformator geschaltet ist. Dadurch wird eineThe device described so far in Figures 2 and 3 operates in general as follows: The main inflow on the Lines Gl and G2 are stabilized in the area of / feed device G by means of a voltage that stabilizes circuit Q and drives an oscillator S in the feed device G in order to create an RF oscillating voltage output Vl, that by means of electrodes C and D parallel to the piezoelectric Transformer is switched. This creates a

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oszillierende Beanspruchung in der Hälfte Al des Transformators A erzeugt, die auf die 2. Hälfte A2 des Trafos A übertragen wird, der die Ausgangsklemme trägt,und infolge der mechanischen Verklammerung zwischen den beiden Teilen des Trafos ist der Spannungsausgang V2 an der Ausgangsklemme E in der gleichen Wellenform wie die Eingangsspannung Vl, aber sie beträgt ein vielfaches hieryon. In dieser Beziehung wir£t/der Trafo A in der gleichen Weise wie der herkömmliche· Trafo mit Drahtwicklungen.oscillating stress in half Al of transformer A generated, which is transferred to the 2nd half A2 of the transformer A, which carries the output terminal, and as a result of the mechanical Bracketing between the two parts of the transformer is the voltage output V2 at the output terminal E in the same Waveform like the input voltage Vl, but it is a multiple of hieryons. In this regard we £ t / the transformer A in the same way as the traditional wire-wound transformer.

Wenn die an das treibende Teil über die Elektroden C und D angelegte Wechselspannungsfrequenz mit der Resonanzfrequenz der Längsschwingung der piezoelektrischen Trafo-Stange A übereinstimmt, erfolgt eine mechanische Schwingung in Längsrichtung in dem treibenden Teil infolge der elektrischen Beanspruchung. Daher erzeugt die an die Elektroden C und D angelegte elektrische Energie eine mechanische Energie. In dem erzeugenden Teil des piezoelektrischen Trafos wird nun diese mechanische Energie in elektrische Energie zurückverwandelt. Wegen der mechanischen Kupplung zwischen den beiden Hälften des piezoelektrischen Trafos liegt die Ausgangsspannung V2 höher als die Eingangsspannung Vl.When the alternating voltage frequency applied to the driving part via electrodes C and D is at the resonance frequency the longitudinal oscillation of the piezoelectric transformer rod A corresponds, a mechanical oscillation takes place in the longitudinal direction in the driving part due to the electrical stress. Therefore, the generated on the electrodes C and D. applied electrical energy mechanical energy. In the generating part of the piezoelectric transformer is now this mechanical energy is converted back into electrical energy. Because of the mechanical coupling between the two The output voltage is in the two halves of the piezoelectric transformer V2 higher than the input voltage Vl.

Obschon die rechteckige Ausbildung der Stange beschrieben worden ist, sind auch andere Formen möglich, wie z.B. Zylinder, Scheiben und Ringe.Although the rectangular shape of the rod has been described, other shapes are also possible, such as cylinders, Washers and rings.

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Es soll klargestellt werden, daß die Frequenz der elektrischen Eingangsspannung so gehalten sein muß, daß die piezoelektrische Stange resonant wird, und es ist daher wichtig, die korrekte Frequenz der Eingangsspannung aufrechtzuerhalten. Der Weg, auf dem dies erreicht wird, ist der Rückkoppelungskreis M. Es soll klargestellt werden, daß die Antenne L eine Hochspannung dadurch erzeugt, daß das elektrische Feld variiert, das durch die Beanspruchung in der Stange A erzeugt wird, die zur Steuerung der Frequenz der Oszillation des Oszillators S verwendet wird. Auf diese Weise wird die Frequenz des Oszillators immer auf der Resonanzfrequenz der Stange A gehalten, auch wenn die physikalischen Bedingungen^wie Temperatur, wechseln und bewirken, daß die Resonanzfrequenz der Stange A sich ändert.It should be made clear that the frequency of the electrical input voltage must be kept so that the piezoelectric Rod becomes resonant and it is therefore important to maintain the correct frequency of the input voltage. The way, on which this is achieved is the feedback circuit M. It should be made clear that the antenna L carries a high voltage generated by varying the electric field generated by the stress in the rod A, the is used to control the frequency of the oscillation of the oscillator S. This way the frequency of the oscillator becomes always kept at the resonance frequency of the rod A, even if the physical conditions ^ such as temperature, change and cause the resonance frequency of the rod A to change.

Fan hat versuchsmäßig festgestellt, daß die Anordnung nach Fig. 2 die elektrischen Abhängigkeiten nach Fig. 6 hat. Dieser Fig. 6 kann mit Klarheit entnommen werden, daß dann, wenn die Elektrode der Sprühvorrichtung K in die Nähe eines geerdeten Punktes bewegt wird, die Spannung abfällt und die Stromstärke bei einem konstanten Viert von etwa 10 A aufrechterhalten bleibt, bis die Sprühvorrichtung K sehr nahe an den geerdeten Punkt herankommt, in welchem Falle die Spannung gegen Null abfällt und der Strom nach Passieren einer geringfügigen Spitze gleichfalls kontinuierlich auf Null abfällt. Wie dem Diagramm entnommen werden kann, erreichen Strom und Spannung zusammen Als Ergebnis hiervon gibt es nicht genügend Strom, um einen Funken zu bilden und daher ist diese Sprühvorrichtung insofern sicherer, als es schwierig oder unmöglich ist, einen Funken durch Bewegen der Sprühvorrichtung K in die Nähe der geerdetenFan has found experimentally that the arrangement according to FIG. 2 has the electrical dependencies according to FIG. This Fig. 6 can be seen with clarity that when the electrode of the spray device K is in the vicinity of a grounded Point is moved, the voltage drops and the current is maintained at a constant fourth of about 10 A. remains until the sprayer K comes very close to the grounded point, in which case the voltage approaches zero drops and the current also drops continuously to zero after passing a slight peak. Like the diagram can be taken, current and voltage reach together As a result of this there is not enough current to run one Spark and therefore this spray device is safer in that it is difficult or impossible to spark by moving the spray device K near the grounded

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Fläche zu erzeugen. Dies wird durch die Charakteristika der piezoelektrischen Stange A erreicht, die im Generator selbst erzeugt wird, und die den Generatorausgangsstrom in der erwähnten Weise begrenzt.To generate surface. This is due to the characteristics of the reached piezoelectric rod A, which is generated in the generator itself, and which the generator output current in the limited way mentioned.

Es wird als Vorteil in Erscheinung treten, daß dann, wenn ein großer Widerstand zwischen dem Generator und der Entladungselektrode wie gemäß dem Stand der Technik erzeugt war, der Widerstand eine Ladung schafft, die ein Abfallen der Spannung auf Null nicht ermöglicht μ und somit würde der Strom gleichfalls nicht auf Null zusammenbrechen. Aus diesem Grunde ist ein großer Widerstand nicht eingeschlossen. Aber ein geringer Widerstand liegt zwischen dem Generator und der Entladungselektrode der Vorrichtung. Der Grund für die Anordnung dieses kleinen Widerstandes besteht darin, daß die Sprühvorrichtung selbst eine innere elektrische Kapazität aufweist, &nd daß diese durch die Hochspannung aufgeladen wird. Die in der Sprühvorrichtung selbst gespeicherte Ladung könnte einen Funken mit geringer Intensität sogar dann erzeugen, wenn der elektrische Generator abgeschaltet war. Um eineIt will appear as an advantage that when there is a large resistance between the generator and the discharge electrode as was produced according to the prior art, the resistor creates a charge that allows the Voltage to zero does not allow μ and thus the current would likewise, do not collapse to zero. For this reason, a large resistance is not included. But one there is little resistance between the generator and the discharge electrode of the device. The reason for the arrangement this small resistance is that the spray device itself has an internal electrical capacitance - and that this is charged by the high voltage. The charge stored in the sprayer itself could produce a low intensity spark even if when the electrical generator was switched off. To a

geringe Leckage dieser Last zu ermöglichen, wenn die Sprühvorrichtung sich dem geerdeten Punkt nähert, ist ein kleiner Widerstand in dem Kreis, vorzugsweise in der Vorrichtung'selbst vorgesehen.allow low leakage of this load when using the sprayer approaching the grounded point, there is a small resistance in the circuit, preferably in the device itself intended.

Sogar dann, wenn die Leitung J durch einen Unfall abgeschaltet wird, so daß ein Kurzschluß erzeugt wird, bricht die Spannung sofort bis auf O zusammen, und der Strom wird gleichfalls bisEven if the line J is cut off by an accident so that a short circuit is generated, the voltage breaks immediately down to O, and the current is likewise up to

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auf O reduziert, so daß wiederum kein Funke erzeugt wird.reduced to O so that again no spark is generated.

Ein alternativer Weg, die Angelegenheit zu betrachten, besteht darin, daß die Energiedichte in dem elektrischen Feld zwischen der Entladungselektrode der Sprühvorrichtung und dem/_;geerdeten Punkt einer Untersuchung unterzogen wird. Wie bereits beschrieben, bleibt die Gesamtenergie, die ein Produkt aus Stromstärke und Spannung ist, im Wesentlichen bei den bekannten Generatoren konstant, und auf diese Weise nimmt die Energiedichte zu, wenn die Entladungselektroden in die Nähe der Erde gebracht werden, so daß bei einem bestimmten Punkt ein Funke gebildet wird. Aber bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung brechen sowohl der Strom als auch die Spannung bis auf ο gemeinsam zusammen, und daher wird die Energiedichte gleichfalls auf ο abfallen, wenn die Elektrode in die Nähe der Erde bewegt wird, so daß der Funke nicht gebildet wird.An alternative way of looking at the matter is in that the energy density in the electric field between the discharge electrode of the spray device and the / _; grounded point is examined. As already described, the total energy, which is a product of current strength and voltage, remains essentially constant in the known generators, and in this way the energy density increases when the discharge electrodes be brought close to the earth so that a spark is formed at a certain point. But with the invention Device collapse both the current and the voltage apart from ο together, and therefore the energy density will also drop to ο when the electrode is moved close to the earth, so that the spark is not formed.

Der konstruktive Aufbau verschiedener Teile ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Die Quelleneinrichtung G ist in der Form einer gedruckten nicht dargestellten breiten Schaltung gebildet, die mit einem kleinen Plastikkasten N verbunden ist, der den piezoelektrischen Trafo A enthält, der die erforderlichen Klemmen trägt. Die Bezugs zeichen der verschiedenen Teile in Fig. 4 entsprechen denen in Fig. 2. Der Plastikkasten N ist an einem Kasten U befestigt, der den Gleichrichter und den Verstärkerkreis H durch Montage einer Platte V enthält.The structural design of various parts is shown schematically in FIG. The source device G is in the In the form of a wide printed circuit, not shown, connected to a small plastic box N, which contains the piezoelectric transformer A, which carries the necessary terminals. The reference signs of the various Parts in Fig. 4 correspond to those in Fig. 2. The plastic box N is attached to a box U containing the rectifier and contains the amplifier circuit H by mounting a plate V.

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WIe dargestellt durchdringt die Leitung J den Kasten U.As shown, line J penetrates box U.

Die Einzelheiten der elektrischen Schaltung sind in Pig. 5 dargestellt und werden jetzt beschrieben. Die Schaltung besteht aus vier Sektionen, nämlich der konstanten .'. Spannungsquelle Q, dem Oszillatorkreis S, dem piezoelektrischen Transformator A und dem Gleichrichter sowie dem Spannungsverstärkerkreis H.The details of the electrical circuit are in Pig. 5 and will now be described. The circuit consists of four sections, namely the constant. '. Voltage source Q, the oscillator circuit S, the piezoelectric Transformer A and the rectifier and the voltage amplifier circuit H.

In der konstanten Spannungsquelle Q ist die Hauptspannung (24o V 5o Hz) zwischen den Klemmen loo und lol angelegt, die über die Sicherungen Io2, Io2' und die Schalter Io3> Io3' mit der Primärwindung Io4 des Eingangstransformators Io5 verbunden sind. Ein Widerstand Io6 und eine Glimmlichtanzeigröhre Io7 sind parallel zu der Primärwicklung Io4 geschaltet. Es gibt zwei Sekundärwicklungen Io8 und Io9 für den Eingangetransformator Io5» wobei die Sekundärwicklung Io8 eine zwölf Volt Stromquelle für ein Relays llo darstellt, deren Stromdurchgang mittels eines Blattfeder-Schalters 111 gesteuert wird, der auf der Vorrichtung montiert ist. Die andere Sekundärwicklung Io9 ist über den Schalter 112, die Sicherung 113 und einen Schalter Il4 durch das Relay Ho quer zu einer Gleichrichterbrücke 115 geschaltet. Hierdurch wird ein Gleichstromausgang erzeugt, der so angeordnet ist, daß er ein positives Potential auf einer Leitung Il6 schafft, während eine gegenüberliegende Leitung 117 geerdet ist.The main voltage is in the constant voltage source Q (24o V 5o Hz) applied between the terminals loo and lol, via the fuses Io2, Io2 'and the switches Io3> Io3 'connected to the primary winding Io4 of the input transformer Io5 are. A resistor Io6 and a glow light indicator tube Io7 are connected in parallel with the primary winding Io4. There are two secondary windings Io8 and Io9 for the input transformer Io5 »where the secondary winding Io8 has a twelve Volt power source for a relay llo represents the continuity of which is controlled by a leaf spring switch 111 mounted on the device. The other Secondary winding Io9 is across the switch 112, the fuse 113 and a switch Il4 through the relay Ho Rectifier bridge 115 switched. This creates a DC output which is arranged to creates a positive potential on a line Il6, while an opposite lead 117 is grounded.

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Die verschiedenen zwischen den Leitungen 116 und 117 an-The various between lines 116 and 117

werden
geordneten Komponenten^nunmehr der Reihe nach beschrieben.will
ordered components ^ now described in sequence.

Ein 5 ki/T* -Widerstand 118 und ein Gleichrichter 119 sind in Reihe zwischen den Leitungen 116 und 117 geschaltet, um nach rückwärts gerichtete Ströme zu verhindern. Ein weiterer zweiter 2 kjfk -Widerstand 12o ist gleichfalls quer zu den Leitungen 116, 117 geschaltet, und als nächstes mit einem Glättungs-Kondensator 121 mit 47o m> P. verbunden. Als nächstes ist in der Leitung 116 ein Widerstand 122 der Type 2N3o54 angeordnet, dessen Basis über eine Zener.:?-- diode 123 der Type 1N537^B mit der Leitung 117 verbunden ist.A 5 ki / T * resistor 118 and a rectifier 119 are connected in series between lines 116 and 117 to prevent reverse currents. Another second 2 kjfk resistor 12o is also connected across the lines 116, 117, and is next connected to a smoothing capacitor 121 with 47o m> P. Next, a resistor 122 of type 2N3o54 is arranged in line 116, the base of which is connected to line 117 via a Zener.:?-- diode 123 of type 1N537 ^ B.

Die Basis des Transistors 122 ist darüberhinaus über einen 22o Λ -Widerstand 123 mit der positiven Seite des Kondensators 124 verbunden. Die Basis des Transistors 122 ist gleichfalls mit der Leitung 117 durch einen weiteren Kondensator 125 mit loo/uF. verbunden. Darüberhinaus sind der Transistor 122, ein weiterer Widerstand 126 mit 5 kiß» und der Gleichrichter 127 in Reihe zwischen den Leitungen 116 und 117 geschaltet.The base of the transistor 122 is also connected to the positive side of the capacitor via a 22o Λ resistor 123 124 connected. The base of the transistor 122 is also connected to the line 117 through a further capacitor 125 with loo / uF. tied together. In addition, the transistor 122, another resistor 126 with 5 kisses and the rectifier 127 connected in series between lines 116 and 117.

Dadurch werden die Komponenten der konstanten Spannungs que He Q vervollständigt.Thereby the components of the constant tension que He Q completed.

Des Oszillatorkreis S zeigt einen ein Mega-tfl* -Widerstand 13o, der als nächstes zwischen den Leitungen 116 und 117 angeordnet ist, wobei die negative Seite des Widerstandes 13o mit der Basis eines Transistors 131 der Type 2N3o53 verbunden ist, während der Kollektor des Transistors durch einen 5,6 kiü Widerstand 132 mit der Leitung 116 und der Emitter des Transistors 131 über einen 5,6 k iüi -Widerstand 133 mit der Leitung verbunden ist.The oscillator circuit S shows a Mega-tfl * resistor 13o, which is next arranged between the lines 116 and 117, the negative side of the resistor 13o being connected to the base of a transistor 131 of the type 2N3o53, while the collector of the transistor is connected to the line 116 through a 5.6 kiüi resistor 132 and the emitter of the transistor 131 is connected to the line via a 5.6 kiüi resistor 133.

-15--15-

' 40 9 8 83/0340'40 9 8 83/0340

AIs nächstes ist quer zu den Leitungen 116, 117 ein 33 k till -Widerstand ""134 in Reihe mit einem endebaren Widerstand 135 wit 2 k<Ä geschaltet, und eine Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators 136 steht in Verbindung mit dem Widerstand 135, der mit der Leitung 117 verbunden ist. Ein o,l yi*F. -Kondensator 138 ist zwischen dem Emitter des Transistors 131 und der negativen Seite des Widerstandes 134 geschaltet.Next, across the lines 116, 117, a 33 k till resistor "" 134 is connected in series with an endable resistor 135 with 2 k <A, and a parallel connection of a resistor and a capacitor 136 is connected to the resistor 135, which is connected to line 117. An o, l yi * F. -Capacitor 138 is connected between the emitter of transistor 131 and the negative side of resistor 134.

Die positive Seite des Widerstandes und ein Kondensator ist mit der Basis des Transistors 139 der Type 2SC642A verbunden, wobei dieser Emitter mit der Leitung 117 verbunden ist, und der Kollektor dieses Transistors ist mit der Leitung Il6 über eine Parallel-Schaltung des Kondensators l4o mit o,o22ywF. und der Primärwindung l4l eines Glied-Transformators 142 verbunden. Die Sekundärwindung 143 des Transformators 142 steht hiermit in Verbindung, um die Ausgangsleitungen G 3, G 4 zu schaffen, wobei die Leitung G 5 gleichfalls mit der Leitung 117 verbunden ist.The positive side of the resistor and a capacitor is connected to the base of transistor 139 of type 2SC642A, this emitter being connected to line 117 and the collector of this transistor being connected to the Line II6 via a parallel connection of the capacitor l4o with o, o22ywF. and the primary winding l4l of a link transformer 142 connected. The secondary winding 143 of the transformer 142 is hereby connected to the To create output lines G 3, G 4, the line G 5 is also connected to line 117.

Der piezoelektrische Transformator A ist bereits beschrieben worden, aber bei der Anordnung nach Fig. 5 sind zusätzlich zu den Elektroden nach Fig. 3 zwei Antennen vorgesehen, die in der Nähe der oberen und der unteren Fläche der Seite Al der Stange angeordnet sind. Diese Antennen sind mit 146, in Fig. 5 bezeichnet. Die Antenne 146 ist über einen Schaltkreis 148 geerdet, die Gleichrichter 149 und I5o mit gegenüberliegenden Polen, einen Kondensator mit 22o pf, einen parallelen Widerstand 152 mit 57o und einen Widerstand 153 mit 33 k iSh ^sowie einen Amperemeter 158 aufweist, derThe piezoelectric transformer A has already been described, but in the arrangement of Fig. 5, in addition to the electrodes of Fig. 3, two antennas are provided which are arranged near the upper and lower surfaces of the side A1 of the rod. These antennas are designated 146 in FIG. The antenna 146 is grounded through a circuit 148 which has rectifiers 149 and I5o with opposite poles, a capacitor at 22o pf, a parallel resistor 152 at 57o and a resistor 153 at 33 k iSh ^ and an ammeter 158 which

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die Spannungs-Charakteristik der Stange A angibt.indicates the voltage characteristic of bar A.

Die Antenne 1^7 ist mit der Basis des Transistors 131 verbunden, um eine Rückkoppelung der Leitung L 1 zu schaffen.The antenna 1 ^ 7 is connected to the base of transistor 131 connected to provide feedback on line L 1.

Eine weitere Antenne 148 ist in der Nähe des piezoelektrischen Transformators A mit einer Anzeigeleuchte verbunden, um die Arbeit des Transformators anzuzeigen.Another antenna 148 is near the piezoelectric Transformer A connected to an indicator light to to indicate the work of the transformer.

Es soll klargestellt werden, daß die Leitungen G 3, G 7 mit den Elektroden C und D der piezoelektrischen Stange in Verbindung stehen. Außerdem ist klar, daß der Oszillatorkreis S die Komponenten 13o - 158 aufweist.It should be clarified that the leads G 3, G 7 with the electrodes C and D of the piezoelectric rod stay in contact. It is also clear that the oscillator circuit S has the components 130-158.

Die Komponenten nach Fig. 5 arbeiten im allgemeinen wie folgt. Die Hauptspannung steht über dem Schalter Io4, Io5 mit der Primärwindung Io4 des Eingangstrans formators Io5 so in Verbindung, daß ein β ο Volt Ausgang auf der Sekundärwindung Io9 erzeugt wird. Der Blattfederschalter 111 auf dem Rohr steuert das Relaysllo, das den Schalter 114 öffnet oder schließt, wobei die erforderliche Verwendung einer Niederspannungsquelle zu dem Schalter 111 in dem Rohr die Wahrscheinlichkeit der Funkenbildung vermindert, die entstehen würde, wenn der Schalter selbst in dem Rohr angeordnet wäre. Bei geschlossenen Schaltern 112 und 114 wird der 5o Volt Strom zu der Gleichrichterbrücke 115 weitergegeben, die einen gleichgerichteten Ausgang für die Leitungen 116 und 117 erzeugt. Der Gl-eichrichter 115 und der Widerstand 118 yer-The components of Figure 5 operate generally as follows. The main voltage is via the switch Io4, Io5 with the primary winding Io4 of the input transformer Io5 connected in such a way that a β ο volt output is generated on the secondary winding Io9. The leaf spring switch 111 on the Tube controls the relay slot, which opens switch 114 or closes, the required use of a low voltage source to the switch 111 in the pipe the likelihood reduces the sparking that would occur if the switch itself were located in the tube. at Closed switches 112 and 114, the 5o volt current is passed on to the rectifier bridge 115, the one Rectified output for lines 116 and 117 is generated. The rectifier 115 and the resistor 118 yer-

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hindern gegenläufige Ströme, und der Kondensator 121 glättet die Schwingungen des Spannungssignals auf der Leitung 116. Der Transistor 122 wirkt als ein änderbarer Widerstand, wobei der wirksame Widerstand des Transistors 122 durch das Anlegen eines Potentials über den Widerstand 124 von der Leitung 116 zu der Basis des Transistors 122 verstärkt wird. Dadurch entsteht die Wirkung, daß die Spannung auf der Leitung Il6 am Ausgang des Spannungsstabilisators Q auf einen beständigen Wert von 75 Volt stabilisiert wird.prevent opposing currents, and the capacitor 121 smooths the oscillations of the voltage signal on line 116. Transistor 122 acts as a changeable Resistance, the effective resistance of transistor 122 by applying a potential across the resistor 124 from line 116 to the base of the transistor 122 is reinforced. This has the effect that the voltage on line II6 is at the output of the voltage stabilizer Q is stabilized at a stable level of 75 volts.

Diese beständige Spannungsquelle wird auf die Basis des Transistors 131 gegeben, um den Transistor 131 von seiner Ausgangslage in sein zweites Stadium zu schalten. WieLnoch erläutert wird, wird hierdurch eine Beanspruchung in dem piezoelektrischen Transformator A erzeugt, die durch die Antennen 146 und 147 abgenommen wird, wobei die HP-Spannung von der Antenne 147 auf die Basis des Transistors 131 rückgekoppelt wird, um -ihn in sein Aus gangs stadium zurückzukoppeln. Dadurch wird die Beanspruchung in dem piezoelektrischen Transformator A erzeugt, die freigegeben werden muß. Daher soll klargestellt werden, daß der Transistor 131 zwischen seinen beiden Stadien mit einer Frequenz oszilliert (die im HP-Bereich liegt), die durch die Resonanz-Frequenz des piezoelektrischen Transformators A bestimmt wird. Durch die Abnahme einer Rückkoppelung von "der Antenne 147 auf den Transformator A wird die Frequenz des Oszillators S exact in der Resonanz-Frequenz des Trafos A unter allen Bedingungen aufrecht erhalten, zum Beispiel bei Änderungen der Temperatur oder des Druckes.This constant voltage source is based on the Transistor 131 given to switch transistor 131 from its starting position to its second stage. HowL still is explained, a stress is thereby generated in the piezoelectric transformer A, which is caused by the Antennas 146 and 147 is removed, with the HP voltage fed back from the antenna 147 to the base of the transistor 131 in order to couple it back to its original state. This creates the stress in the piezoelectric transformer A that needs to be released. Therefore it should be clarified that the transistor 131 oscillates between its two states at a frequency (the is in the HP range), which is determined by the resonance frequency of the piezoelectric transformer A is determined. Through the Decrease in feedback from the antenna 147 to the transformer A, the frequency of the oscillator S is exact maintained in the resonance frequency of transformer A under all conditions, for example when the temperature changes or pressure.

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Das durch den oszillierenden Transistor 131 erzeugte Signal wird durch den Verstärker-Transistor 139 verstärkt, wobei der Grad der Verstärkung durch Änderung des änderbaren Widerstandes 135 verändert werden kann. Das verstärkte Signal ist durch den Transformator 142 gekoppelt, um das erforderliche Ausgangssignal zu den Elektroden C und D von den Leitungen O 3 und G 4 zu schaffen.The signal generated by the oscillating transistor 131 is amplified by the amplifier transistor 139, and the degree of amplification can be changed by changing the variable resistor 135. The amplified signal is coupled through transformer 142 to provide the required output signal to electrodes C and D on lines O 3 and G 4.

Es soll klargestellt werden, daß die genauen Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geändert werden können und da# insbesondere die Schaltung nach Fig. 5, falls gewünscht, verändert werden kann. Die Erfindung ist daher nicht auf die Einzelheiten des erwähnten Ausführungsbeispieles beschränkt.It should be understood that the precise details of the preferred embodiment of the invention are changed and in particular the circuit of FIG. 5 can be modified if desired. The invention is therefore not limited to the details of the embodiment mentioned.

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Claims

PATENT Attorney DIPL-ING. J. WENZEL 7 STUTTGART HAUPTMANNSREUTE M8700 claims.

1 .. Device for generating high voltages for
electrical charging of powdery materials or paint for coating surfaces, characterized in that a device for controlling the
Output current of the generating device is installed so that the output current decreases continuously when the output voltage drops to zero.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the control device in the generating device itself is included.

3. Device according to claim 1, characterized in that

that the control device is an electrical transformer device having.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that that the electrical transformer device comprises a piezoelectric transformer (A).

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that

that the piezoelectric transformer (A) is piezoelectric having ceramic material containing lead-titanium-zirconate.

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- 2fr-- 2fr-

6. Apparatus according to claim ¹ I, characterized in that a voltage-stabilized circuit (6) and an oscillator circuit (Q) are present which is connected to receive the output of the voltage source circuit, the piezoelectric transformer (A) to receive the output of the oscillator is connected and a voltage amplifier for receiving the rectifier output of the piezoelectric transformer

(A) is related to this.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that a feedback circuit for feedback of a Output signal of the piezoelectric transformer to the oscillator circuit (S), which is used to maintain the frequency of the output of the oscillator circuit is set up on the resonance frequency of the piezoelectric transformer.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that output antennas in the vicinity of the piezoelectric Transformers (A) are provided for the feedback signal to create.

9. Apparatus according to claim 6, characterized in that the components to form a voltage source unit (Q) are interconnected, with a high

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1λ1λ

Voltage line is provided that connects the output of the voltage amplifier (H) to the spray device (K) connects.

10. Device according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the piezoelectric transformer (A) for receiving an alternating current is connected by a source device (G) and a voltage amplifier (H) for receiving the output of the piezoelectric transformer is switched, whereby the voltage amplifier for connection to a spray gun: - ·

. direction (K) is designed.

11. The device according to claim lo, characterized in that that the electrical source device (Q) has a voltage stabilizing circuit and an oscillator having that to receive the output of the voltage stabilizer Source circle is connected.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that a feedback circuit for feedback of a Output of the piezoelectric transformer (A) opposite the oscillator circuit is present, the feedback is designed so that the frequency of the output of the oscillator circuit of the resonance frequency of the piezoelectric transformer is maintained.

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