DE2533368A1

DE2533368A1 - Kondensator-anordnung und verwendung der kondensator-anordnung in hochspannungskaskaden

Info

Publication number: DE2533368A1
Application number: DE19752533368
Authority: DE
Inventors: Franz Braun
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-08-06
Filing date: 1975-07-25
Publication date: 1976-02-19
Also published as: CH582413A5

Description

Kondensator-Anordnung und Verwendung der Kondensator-Anordnung in Hochspannungskaskaden Die Erfindung betrifft eine Kondensator-Anordnung mit auf beiden Seiten eines Dielektrikums angeordneten Kondensatorplatten.
Derartige Kondensator-Anordnungen sind bekannt und gebräuchlich.
Ein Nachteil der bekannten Kondensator-Anordnungen besteht darin, dass zur Bildung einer Kondensatorreihe mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Kondensatoren letztere hintereinander, vorzugsweise in Scheibenform, angeordnet werden müssen. Diese Anordnung bedingt einerseits eine teure und besonders arbeitsintensive Herstellung und bringt andererseits eine voluminöse Ausbildung derselben mit sich.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Kondensator-Anordnungen besteht darin, dass letztere zur Erreichung der erforderlichen elektrischen Festigkeit einerseits gewisse Mindestdurchmesser und Scheibenstärken aufweisen müssen und andererseits an das Dielektrikum besondere Anforderungen betreffend mechanische Eigenschaften gestellt werden, so dass die Abmessungen einerseits und die Kosten des Dielektrikums andererseits eine wirtschaftliche Herstellung von Kondensatoren, insbesondere in Reihenschaltung, nicht zulassen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden, insbesondere also eine Kondensatoranordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche auf einfachste Weise die Herstellung einer Kondensatorreihe mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Kondensatoren ermöglicht und wobei darüber hinaus wirtschaftliche Einsparungen erreicht werden.
Die Erfindung bezweckt ferner die Herstelluny von Konaensatorreihen mit geringem Volumen und geringem Gewicht.
Erfindungsgemäss wird dies in erster Linie dadurch erreicht, dass mindestens drei gegeneinander isolierte Kondensatorplatten vorgesehen sind, welche derart alternierend an beiden Seiten des Dielektrikums angeordnet sind, dass sich die Kondensatorplatten der einen Dielektrikumseite mit den Kondensatorplatten der anderen Dielektrikumseite zumindest partiell überlappen, so dass mindestens zwei in Reihe geschaltete Teilkondensatoren gebildet werden, deren Anzahl insgesamt um eins kleiner ist als die Anzahl der Kondensatorplatten.
Dadurch wird auf optimal einfache Weise eine kostengünstige Herstellung einer Kondensatorreihe mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Kondensatoren erreicht, da die Auftragung der verschiedenen Kondensatorplatten auf das Dielektrakum zugleich deren elektrische Reihenschaltung bewirkt und da ferner ein verhältnismässig kostengünstiges Dielektrikum ohne besondere mechanische Eigenschaften verwendet werden kann. Da das Dielektrikum eine sehr geringe Stärke aufweisen soll, um einen bestimmten Kapazitätswert zu erreichen, und da weiterhin vorteilhafterweise Verbindungsleitungen und Anschlüsse zur Serienschaltung der Einzelkondensatoren nicht benötigt werden, werden die Abmessungen der Kondensatorreiche auf ein Minimum reduziert.
Vorteilhaft kann das Dielektrikum streifenförmig ausgebildet sein, wodurch die Herstellung und die Anwendung der Kondensatorenreihe weiter vereinfacht werden kann, da das streifenförmige Dielektrikum unschwer an Trägern mit der erfoderlichen mechanischen Festigkeit befestigt und darüber hinaus beliebig übereinandergelegt, gewickelt oder gestapelt werden kann.
Die Kondensatorplatten lassen sich dabei vorteilhaft durch Auftragen von flüssigen, austrocknenaen Metallverbindungen herstellen. Sofern die Verwendung von Platten mit grösserer Dicke erforderlich ist, lassen sich diese auf das Dielektrikum aufkleben, aufkitten, oder, sofern das Dielektrikum aus geeignetem Material besteht, auch aufschmelzen. Zuverlässige Fixierung der Kondensatorplatten lässt sich auch durch Vergiessen der Gesamtanordnung aus Dielektrikum und Platten mit einem geeigneten Vergussmaterial erreichen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Kondensatorplatten aus leitfähigen Schichten, insbesondere aufgedampftem Metall, bestehen. Das Dielektrikum kann dabei je nach Ausführungsform aus einem mechanisch steiffen oder elastischen Material bestehen und insbesondere aus Kunststoffolie, keramischem Material, Papier und dergleichen, oder aber vorteilhafterweise aus Mylar-Folie bestehen.
Aus fertigungstechnischen Gründen kann es erfindungsgemäss vorteilhaft sein, den Dielektrikumsstreifen mit den Teilkondensatoren auf einen Träger zu befestigen und die so gebildete Kondensator-Anordnung, zur Erreichung der erforderlichen Festigkeit, entweder auf dem Träger zu befestigen oder nach mechanischer Verfestigung der z.B. gestapelten oder gewickelten Kondensator-Anordnung, beispielsweise durch Verkleben oder Vergiessen mit einer Vergussmasse, vom Träger zu entfernen, wodurch die Kondensator-Anordnung selbsttragend wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine besondere Verwendung der erfindungsgemässen Kondensator-Anordnung, welche darin besteht, letztere für die Erzeugung von Hochspannung in Hochspannungskaskaden, insbesondere für elektrostatische Beschichtungsvorrichtungen einzusetzen. Eine derartige Hochspannungskaskade ist insbesondere die Kaskade nach Greinacher.
Die erfindungsgemässe Kondensator-Anordnung lässt dabei durch Variieren der überlappenden, effektiven Kondensatorbereiche eine einfache Anpassung der Kondensatorwerte zu; dies ist insbesondere zur Optimierung der Hochspannungskaskade bezüglich Welligkeit der Spannung von Vorteil. Auch lassen sich die seitlichen Abstände der Kondensatorplatten exakt auf den im Hinblick auf Spannungsfestigkeit erfoderlichen Wert einstellen und z.B. bei einer Hochspannungskaskade mit abnehmender Spannungsdifferenz zwischen den einzelnen Kaskadenstufen entsprechend reduzieren, was weitere Einspannung am Volumen und Gewicht mit sich bringt.
Beim Einsatz der erfindungsgemässen Kondensator-Anordnung in einer Kaskade für elektrostatische Beschichtungsvorrichtungen, insbesondere für Handgeräte, wie Beschichtungspistolen, kommt der Vorteil geringen Volumens, kleinen Gewichts und niederer Kosten ganz besonders zum Tragen, da es dabei vorrangig auf die Reihenschaltung einer grossen Anzahl von Kondensatoren bei niederen Gesamtabmessungen und geringem Gewicht ankommt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung für eine elektrostatische Beschichtungsvorrichtung, bei welcher der Hochspannungsgenerator als Teil einer Spritzpistole ausgebildet ist, kann dabei das Dielektrikum in einer Mellrzalll von Streifen mit jeweils einer Mehrzahl von Teilkondensatoren angeordnet sein, wobei das Dielektrikum mit den Teilkondensatoren derart in Reihe um die Beschichtungsgut-Leitung der Spritzpistole angeordnet sein kann, dass die Spannung vom Griffteil der Spritzpistole zum Mündungsende hin zunimmt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Dielektrikum mit den Teilkondensatoren in einem auf eine Spritzpistole aufsetzbaren Baustein angeordnet sein.
Der Baustein kann dabei in beliebiger Form ausgebildet sein und entweder über die Beschichtungsgut-Leitung geschoben oder auf andere Weise mechanisch an letzterer angeordnet sein.
Dadurch kann der Baustein einfach auf die Spritzpistole aufgesetzt werden, wodurch sowohl nachträgliche Ausrüstung herkömmlicher Spritzpistolen mit Hochspannungsgeneratoren ermöglicht wird und darüber hinaus allfällige Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten an Hochspannungsyeneratoren vereinfacht werden.
Ersichtlicherweise werden der technische Fortschritt und der erfinderische Inhalt des Anmeldungsgegenstandes sowohl durch die neuen Einzelmerkmale als auch insbesondere durch Konbination und Unterkombination der Verwendung findenden Merkmale erreicht.
Die Erfindung ist nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemässen Kondensator-Anordnung; Fig. 2 einen Schnitt gemäss Linie II-II in Fig. 1; Fig. 3 eine Darstellung eines schraubenlinienförmig auf einen Träger gewickelten Dielektrikumstreifens; Fig. 4 eine Darstellung eines spiralförmig auf einen Träger gewickelten Dielektrikums im Schnitt.
Fig. 5 einen Schnitt einer aus Streifenpaketen und Dioden gebildeten Hochspannungskaskade; Fig. 6 einen Schnitt gemäss Linie IV-IV von Fig. 5, und Fig. 7 einen an einer Spritzpistole angeordneten Baustein mit Kondensator-Anordnung mit den Merkmalen der Erfindung.
Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, besteht die dargestellte Kondensator-Anordnung aus einem Dielektrikum 1 und aus auf beiden Seiten des Dielektrikums 1 angeordneten Kondensator-Platten 2, 3.
Die Kondensator-Platten 2, 3 sind dabei derart am Dielektrikum 1 angeordnet, dass sich die Platten 2 auf der einen Seite des Dielektrikums mit den Platten 3 der anderen Seite des Dielektrikums überlappen und dabei jeweils einen effektiven Kondensatorbereich 4 bilden. Die durch die Ueberlappungen der Kondensator-Platten 2, 3 gebildeten Kondensatorbereiche 4 sind dabei in Reihe geschaltet.
Ersichtlicherweise werden dabei mehrere Teilkondensatoren bzw. Kondensatorbereiche 4 gebildet, deren Anzahl um eins kleiner ist als die Anzahl der Kondensator-Platten 2, 3.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Dielektrikum 1 mit den Teilkondensatoren schraubenlinienförmig um einen Träger 7 gewickelt ist, wodurch eine äusserst raumsparende Reihenschaltung der Teilkondensatoren bei optimaler Spannungsaufteilung erreicht wird. Die einzelnen Wicklungen des Dielektrikums können dabei auch teilweise überlappend gemäss Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ausgebildet sein; ebenso ist die parallele oder übereinanderliegende Anordnung mit mehreren Streifen des Dielektrikums 1 vorteilhaft.
Die Aufwicklung des Dielektrikums-Streifens 1 kann auch in der in Fig. 4 gezeigten Form erfolgen, wobei je Kaskadenstufe eine spiralförmige Aufwicklung des Dielektrikums 1 um den Träger 7 erfolgt. Dadurch wird. ebenfalls eine optimale Spannungsaufteilung erreicht, wobei jedoch vorteilhafterweise der Kapazitätswert jeder Kaskaden stufe infolge der Aufwicklung mehrerer Lagen nahezu beliebig erhöht werden kann. Das Dielektrikum 1 weist in diesem Falle eine Anzahl von Teilkondensatoren auf, welche der Anzahl der Kaskadenstufen entspricht.
Aus Fig. 5 und 6 ist eine aus zwei Streifenketen 1O gebildete Hochspannungskaskade ersichtlich. Jedes Streifenpaket 10 besteht dabei aus mehreren, mittels Anschlussdrähten (9) parallel geschalteten Kondensator-Anordnungen. Die Streifenpakete 10 sind mittels Dioden 8 zur Bildung einer Greinacher-Hochspannungskaskade miteinander verbunden. Ersichtlicherweise werden zur elektrischen und mechanischen Verbindung der einzelnen Kondensatorstufen keinerlei Anschlüsse henötigt, da zuverlässige Verbindungen ausschEesslich durch die Anschlussdrähte 9 der Dioden 8 ereicht werden.
Fig. 7 zeigt einen an einer elektrostatischen Spritzpistole 5 angeordneten Baustein 11, enthaltend eine mit der erfindungsgemässen Kondensator-Anordnung gebildeten Hochspannungskaskade gemäss Fig. 5 und 6. Ersichtlicherweise kann ein derartiger Baustein 11 besonders vorteilhaft nur durch die raum- und gewichtsparende Ausbildung der Teilkondensatoren bzw. des Dielektrikums und den daran angeordneten Kondensatorplatten erreicht werden.
Durch geeignete Ausbildung des Bausteins 11 kann eine derartige Spannungsaufteilung erreicht werden, dass die volle Hochspannung nur am Mündungsende 6a anliegt, und stetig zur.
Pistolen-Griffteil 5a hin bis auf den Wert Null abnimmt. Die Kondensator-Anordnung im Baustein 11 kann dabei vorteilhaft analog der Anordnung gemäss Fig. 6 erfolgen, wobei die Beschichtungsgut-Leitung im Zentrum der Anordnung zwischen den Streifenpaketen 10 angeordnet werden kann.
Der Baustein 11 kann, anstatt auf der Beschichtungsgut-Leitung 6 aufgesteckt zu sein, auch beliebig anderweitig an der Spritzpistole 5 befestigt sein, solange die unter Hochspannung stehenden Bauteile genügend vom Griffteil 5a entfernt sind. Auch ist ohne weiteres die einstückige Ausbildung von Spritzpistole 5 und Baustein 11, z.B. als Kunststoff-Gussteil denkbar und in bestimmten Fällen vorteilhaft.
Sofern in an sich bekannter Weise Strombegrenzungs- oder Schutzwiderstände zur Begrenzung des Stromflusses bei Ueberschlägen vorgesehen werden sollen, können diese Widerstände erfindungsgemäss besonders vorteilhaft ebenfalls als auf das Dielektrikum aufgebrachte Schichten mit entsprechend reduzierter Leitfähigkeit gebildet werden. Besonders vorteilhaft lässt sich dies realisieren, wenn die Kondensatorplatten selbst als Schichten mit reduzierter Leitfähigkeit ausgebildet sind.

Claims

Patent ansprüche

1.1Kondensator-Anordnung mit auf beiden Seiten eines Dielektrikums angeordneten Kondensator-Platten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei voneinander isolierte Platten (2,3) vorgesehen sind, welche derart alternierend an beiden Seiten des Dielektrikums (1) angeordnet sind, dass sich die Platten (2) auf der einen Seite mit den Platten (3) auf der anderen Seite des Dielektrikums (1) zumindest partiell überlappen, so dass mindestens zwei in Reihe geschaltete Teilkondensatoren (4) gebildet werden, deren Anzahl insgesamt um eins kleiner ist als die Anzahl der Kondensator-Platten (2,3).

2. Kondensator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum (1) streifenförmig ausgebildet ist.

3. Kondensator-Anordnung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensator-Platten (2,3) auf das Dielektrikum (1) aufgebrachte leitfähige Schichten sind.

4. Kondensator-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Schichten aus aufgedampftem Metall bestehen.

5. Kondensator-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Schichten auf das Dielektrikum (1) aufgeklebte Platten (2,3) aus leitfähigem metallischem Material sind.

6. Kondensator-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Schichten aus im flüssigen Zustand aufgetragenen und austrocknenden Metallsalzverbindungen bestehen.

7. Kondensator-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Schichten metallische Platten (2,3) sind, welche nach vorläufiger Fixierung der Relativlage zum Dielektrikum (1) durch eine Vergussmasse verfestigt sind.

8. Kondensator-Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 7 für Hochspannungs-Kaskaden, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum streifenförmig ist und mit den daran angeordneten Kondensator-Platten (2,3) mehrlagig zu einem ebenen Stapel zusammengefasst ist.

9. Kondensator-Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum (1) mit den Teilkondensatoren (4) schraubenlinienförmig um einen Träger (7) gewickelt ist.

10. Kondensator-Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum (1) mit den Teilkondensatoren (4) spiralförmig um einen Träger (7) gewickelt ist.

11. Kondensator-Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 8 für Hochspannungskaskaden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung des Kapazitätswertes mehrere Dielektrikum-Streifen (1) zu einem Streifenpaket (10) aneinandergereiht sind, dass jeder Teilkondensator (4) der einzelnen Dielektrikum-Streifen (1) mittels je einem an den einzelnen Kondensatorplatten (2,3) befestigten Anschlussdraht (9) einer Diode (8) mit dem bzw. den entsprechenden Teilkondensatoren (4) des bzw. der anderen Dielektrikum-Streifen (1) elektrisch verbunden ist.

12. Kondensator-Anordnung für Hochspannungs-Kaskaden nach Anspruch 8, mit mindestens zwei Streifenpaketen, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenpakete (10) mittels Dioden (8) miteinander verbunden sind.

13. Kondensator-Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Dielektrikum zwischen wenigstens zwei voneinander isolierten Kondensatorplatten zur Bildung eines Schutzwiderstands im Leitungszug eine Schicht reduzierter Leitfähigkeit vorgesehen ist.

14. Kondensator-Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kondensatorplatten selbst wenigstens teilweise aus einer Schicht reduzierter Leitfähigkeit gebildet ist.

15. Verwendung der Kondensator-Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2 zur Erzeugung von Hochspannung in Hochspannungskaskaden für elektrostatische Beschichtungsvorrichtungen.

16. Kondensator-Anordnung nach Anspruch 15 für eine Beschichtungsvorrichtung, bei welcher der Hochspannungsgenerator als Teil einer Spritzpistole ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum (1) in einer Mehrzahl von Streifen mit jeweils einer Mehrzahl von Teilkondensatoren (4) angeordnet ist, und dass das Dielektrikum (1) mit den Teilkondensatoren (4) derart in Reihe um die Beschichtungsgut-Leitung (6) der Spritzpistole (5) angeordnet ist, dass die Spannung vom Griffteil (5a) der Spritzpistole (5) zum Mündungsende (6a) hin zunimmt.

17. Kondensator-Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum (1) mit den Teilkondensatoren (4) in einem auf die Spritzpistole (5) aufsetzbaren Baustein (11) angeordnet ist.