DE2758277C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrostatische Spritzbeschichtungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Einrichtungen zum elektrostatischen Spritzbeschichten mit Luftzerstäubung oder luftlos arbeitend werden in großem Umfang zum Farbspritzen und zum Abscheiden von sonstigen Beschichtungsmaterialien benutzt. Die dabei im allgemeinen eingesetzten Spritzpistolen bestehen üblicherweise aus einem isolierenden Gefäß mit geerdetem Handgriff an seinem einen Ende und nach Größe und Form geeignet ausgebildeter Hochspannungselektrode, die aus dem anderen Ende vorsteht und nahe dem Zerstäubungspunkt angeordnet ist. Derartige Elektroden werden im allgemeinen auf ein Potential zwischen etwa 30 und 85 kV, in manchen Anlagen bis zu 150 kV gebracht, so daß eine Koronaentladung auftreten und gleichzeitig ein elektrisches Feld beträchtlicher Stärke entstehen kann. Unter diesen Umständen läßt der von Hochspannungselektrode ausgehende Koronaentladungsstrom eine in der Nähe des Zerstäubungspunktes liegende Zone entstehen, in der eine Anreicherung von unipolaren Ionen stattfindet, die sich an die Farbpartikel oder die Tröpfchen eines anderen Beschichtungsmaterials anlagern. Andererseits wird in dem Bereich hoher Feldstärke um die Fluidöffung herum auch eine Kontaktaufladung von leitendem Beschichtungsmaterial stattfinden. Die geladenen Tröpfchen werden dann unter der kombinierten Wirkung ihrer eigenen Trägheitskräfte und des in der Zerstäubungsregion herrschenden elektrostatischen Feldes in Richtung auf das geerdete Werkstück bewegt. Gemäß der üblichen Arbeitsweise ergibt sich eine größtmögliche Farbersparnis, wenn man die Ladespannung so hoch wie möglich und so groß wählt, daß sich eine durchschnittliche Abscheidefeldstärke von mindestens 2000 V/cm, vorzugsweise von 4000 V/cm, zwischen der Spritzpistole und dem Werkstück eingestellt. Gleichzeitig sollte die Spritzgeschwindigkeit nahe dem Werkstück so niedrig sein, wie es noch gerade mit den Forderungen nach gleichmäßiger Zerstäubung und Farbstofffluß vereinbar ist.

Die erforderlichen Ladespannungen werden üblicherweise entweder durch außenliegende Hochspannungserzeugungsanlagen oder durch den Einbau eines elektrogasdynamischen Hoch­ spannungsgenerator in das Spritzpistolengehäuse erzeugt. Die normalen Hochspannungserzeugungsanlagen sind verhältnismäßig groß, schwer und kostspielig und sind so aufgebaut, daß sie an sich gleichspannungsartige Hochspannung erzeugen. Außerdem ist wegen der Höhe der in Frage kommenden Potentiale das Hochspannungskabel zwischen dieser Hochspannungsanlage und der Spritzpistole schwer, erfordert Platz und ist verhältnismäßig wenig biegsam; es macht die eigentliche Pistole, die wegen der gleichzeitg erforderlichen Hochspannungsisolierung eine ungünstige Größe und einen komplizierten Aufbau erhält und am Arbeitsplatz kaum gewartet werden kann, unerwünscht schwer.

Die elektrogasdynamisch angetriebenen Spritzbeschichtungsgeräte haben zwar einige Vorteil gegenüber den üblichen Hochspannungsversorgungen, sie machen aber normalerweise die Erzeugung einer relativ niedrigen, aber immer noch mehrere Kilovolt betragenden äußeren Erregerspannungen für den im Spritzgerät enthaltenen elektrogasdynamischen Generator nötig und erfordern daher eine an den Spritzkopf angeschlossene Energiezufuhr und sind auf die Versorgung von vorkonditionierter oder "kernreicher" Druckluft angewiesen, wenn ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet sein soll.

Das Bestreben ist alt, von der "kernreichen" Druckluft unabhängig zu sein und alle äußeren Energiezufuhren so gering wie möglich zu halten oder sie ebenso wie die dazugehörigen elektrischen Zuleitungen zu dem elektrostatischen Spritzgerät ganz weglassen zu können.

So wurde die eingangs beschriebene Vorrichtung (DE-OS 19 57 406) entwickelt, bei der einem elektrostatischen Generator im Gerät von außen durch ein Kabel die zur Erregung benötigte elektrische Energie von einer äußeren Stromquelle zugeführt wird. Die Generatorscheibe ist mit Schaufeln versehen, sie bildet also eine Luftturbine, die durch Druckluft beaufschlagt wird, die vom von außen zugeführten Druckluftstrom für die Zerstäubungsdüse abgezweigt wird.

Abgesehen davon, daß bei dieser Vorrichtung ein besonders elektrisches Zuführungskabel erforderlich ist, wodurch die Handhabung der Vorrichtung erschwert wird, ist eine Wartung der Vorrichtung am Arbeitsplatz bei Störungen umständlich und schwierig.

Bei einer anderen elektrostatischen Spritzanlage (CH-PS 5 51 223) mit Druckzerstäubung ohne Druckluft wird die benötigte elektrische Energie einer äußeren Gleichstromquelle entnommen und der Vorrichtung über ein besonderes Kabel zugeführt. In der Vorrichtung wird der Strom über einen Oszillator und einen Transformator einem Spannungsvervielfacher zur Erzeugung einer hohen Wechselspannung zugeleitet. Diese Anordnung weist ebenfalls die vorstehend genannten Nachteile auf.

Schließlich ist es bei der Anlage zum Beschichten von Filmen (US-PS 37 45 413) bekannt, die benötigte elektrische Energie innerhalb der Anlage durch einen von einer Luftturbine angetriebenen Wechselstrom-Generator zu erzeugen. Der erzeugte Strom wird über einen Transformator einem Ionisator zugeleitet, durch den ein gegen das Filmband gerichteter Luftstrom ionisiert wird. Das Beschichtungsmaterial selbst wird nicht direkt ionisiert, sondern aus einer besonderen Auftrageinrichtung auf das durchlaufende Filmband übertragen. Diese ortsfeste Anlage ist für die Anordnung in einer Handspritzpistole ungeeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannte Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß sie von einer äußeren elektrischen Stromquelle unabhängig ist und bei Störungen am Arbeitsplatz leicht gewartet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Die Unteransprüche kennzeichnen zweckmäßige weitere Ausbildungen des Gegenstandes des Hauptanspruches.

Sonstige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den folgenden Abschnitten der Beschreibung, sowie aus den Ansprüchen und aus den zugehörigen Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform zeigt, in der die Erfindungsprinzipien verwirklicht sind.

Die Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, mit der Anordnung der Elemente zur Energieversorgung innerhalb einer Handspritzpistole mit Druckluftzerstäubung;

Fig. 2 einen schematischen Vertikalschnitt eines geeigneten Druckluftmotoraufbaus;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch einen geeigneten Aufbau eines einen Druckluftmotor und einen Wechselstromerzeuger umfassenden Unterelements;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt, schematisch und leicht vergrößert, durch einen geeigneten Aufbau eines Wechselstrom­ erzeugers;

Fig. 5 ein Schaltschema eines Gleichrichter-Span­ nungsstabilisierungs-Kreises;

Fig. 6 ein Schaltschema eines Oszillator-Trans­ formator-Kreises;

Fig. 7 ein Schaltschema eines geeigneten langkettigen Serien-Spannungsverstärkers;

Fig. 8 einen schematischen Vertikalschnitt durch ein Druckluftreglergerät.

Fig. 1 zeigt den allgemeinen, schematisch angegebenen Aufbau einer elektrostatischen Handspritzpistole 10 zum Farbspritzen und für vergleichbare Arbeiten, ausgeführt nach den Lehren der Erfindung. Die Spritzpistole 10 besitzt einen insgesamt zylindrischen langgestreckten Trommelteil 12 aus Isoliermaterial und einen Handgriff 14 nach Art eines Pistolengriffs aus leitendem Werkstoff; das obere Ende des Griffs umgibt das hintere Ende des Trommelabschnitts 12. Ein an einen (nicht gezeichnete) entfernt befindliche Druckluftquelle, am besten ein übliches Druckluftnetzt für Druckluft von etwa 1,37 bis 5,5 bar oder mehr, Durchsatz mindestens etwa 0,08 m³/min, anschließbarer Luftschlauch 16 ist mit einem Nippel 18 unten am Griff 14 befestigt.

Wie Fig. 1 deutlich erkennen läßt, unterscheidet sich die nach der Lehre der Erfindung aufgebaute Spritzpistole 10 von Spritzpistolen, wie sie üblicherweise bei Druckluf-Zer­ stäubungs- und bei luftfrei arbeitenden elektrostatischen Spritzbeschichtungsanlagen verwendet werden, insofern, als zu der Pistole nur eine Farbzuführungsleitung 38, eine Druckluftleitung 16 und eine Erdleitung führen und keinerlei elektrische Stromversorgungszuleitungen vorgesehen sind. Die vorliegende Konstruktion macht somit alle bislang erforderlich gewesenen großen, schweren, auf dem Boden stehenden elektronischen Stromversorgungsanlagen und die zugehörigen schweren und verhältnismäßig starren isolierten Leitungen entbehrlich, die zur Übertragung des außerhalb des Gerätes erzeugten Aufladepotentials auf die Spritzpistole erforderlich waren, und ebenso die Druckluftzuführung und die isolierten Leitungen, die normalerweise üblich waren, um die Erregerspannungen in die elektrogasdynamisch betriebenen Spritzpistolenanlagen zu übertragen.

Im Handgriff 14 ist eine Luftleitung 20 ausgespart, die an ein Strömungsregelventil 22 geführt ist, das von dem Benutzer durch einen Drücker 24 betätigt wird. Auf der Ausgangsseite des Strömungsregelventils 22 schließt sich eine Leitung 26 an, die in Strömungsverbindung mit einer Hauptluftleitung 30 und einer Hilfsluftleitung 28 innerhalb der Trommel 12 der Spritzpistole verlaufen. Die Hauptluftleitung 30 dient (bei einer Druckluftzer­ stäubungspistole der beschriebenen Art) zur Förderung eines Druckluftstroms in eine Druckluftklappe 32, in der, wie durch die Zweigleitungen 34 und 36 angedeutet, die Druckluft zur üblichen Druckluftzerstäubung des üblichen Beschichtungsmaterials dienen kann, das aus einem außenliegenden Vorratsgefäß durch einen Schlauch 38 und den Nippel 40 herangeführt werden kann und über die Leitung 42 in die Kappe 32 gelangt, und/oder die als "Blasluft" zum Formen des ausgestoßenen Strahls des zerstäubten Beschichtungsmaterials dienen kann.

Konstruktion und Aufbau der Druckluftkappe 32 mit ihren darin befindlichen Leitungen für Druckluft und Beschich­ tungsmaterial können den bekannten Bauarten entsprechen, wie sie beispielsweise in den US-Patentschriften 36 45 447, 36 93 877 und 38 43 052 beschrieben sind. Auch die in der Druckluftklappe 32 befindliche Elektrode kann nach bekannter Art aufgebaut sein und das gleiche gilt für die Erdung der leitenden Teile des Griffs 14 mit Hilfe einer leitenden Hülle 44 um den Druckluftschlauch 16 oder mittels eines damit verbundenen geeigneten Erdungs­ leiters.

Innerhalb des Trommelteils 12 und des oberen Abschnitts des Griffteils 14 der Spritzpistole 10 befindet sich eine längliche herausnehmbare Energieversorgungspatrone 45. Die Patrone 45 enthält die nachstehend aufgeführten wirksamen Elemente der Energieversorgung und hat im wesentlichen Zylindergestalt, wobei der hintere Abschnitt 46 einen deutlich größeren Durchmesser hat als der vordere Abschnitt 48.

Wenn die Patrone 45 in ihrer entsprechend ausgeformten Bohrung innerhalb der Spritzpistolentrommel 12 untergebracht ist, schließt die Druckluftleitung 28 unmittelbar an die Einlaßdüse 50 eines sehr kleinen Druckluftmotors 52 an und treibt dessen Rotor 56 mit hoher Geschwindigkeit an. Der den Druckluftmotor 52 durchsetzende Luftstrom kann durch einen Abluftkanal 54 am hinteren Ende der Trommel 12 in die Außenluft abgeführt werden. Der Rotor 56 des Druckluftmotors 52 sitzt auf einer Welle 58, die er mit dem Anker 60 eines daneben angeordneten Wechselstrom­ erzeugers 62 gemeinsam hat, und bildet eine Gesamtanordnung von geringer Trägheit, die bei gleichzeitig hoher Nutzungsdauer schnell auf hohe Drehzahlen beschleunigt werden kann. Der Anker 60 befindet sich innerhalb eines zylindrischen, epoxidharzausgekleideten hülsenförmigen Stators 64 aus hochpermeablem Stahl mit vorzugsweise mindestens zwei herumgeführten Spulen. Der Druckluftmotor 52 und der Wechselstromerzeuger 62 bilden vorzugsweise ein praktisch einheitliches Unterelement von geringer Größe und niedrigem Gewicht. Die beschriebene direkte Verbindung zwischem dem Druckluftmotor 52 und dem Stromerzeuger 62 ermöglicht eine unmittelbare Umsetzung von kinetischer Energie aus dem in der Leitung 28 bewegten Luftstrom in elektrische Energie in Gestalt einer Wechselspannung von zweckmäßigerweise etwa 8 bis 16 V eff. bei einer Frequenz von etwa 250 Hz.

Der Wechselspannungsausgang aus dem Stromerzeuger 62 wird mit Leitungen 68 in einen Gleichrichter 70 und einen Spannungsstabilisator 72 geführt, in dem er in eine praktisch konstante Gleichspannung umgeformt wird, deren Höhe zweckmäßigerweise bei 8 bis 12 V liegt. Die stabilisierte Ausgangsspannung des Gleichrichters 70 dient zum Betreiben eines Hochfrequenzoszillators 74, der als Ausgang eine sinus- oder rechteckförmige Nieder­ spannungswelle mit einer Frequenz von zweckmäßigerweise 10 bis 50 kHz erzeugt. Der Hochfrequenz-Niederspannungsausgang des Oszillators 74 wird dann von einem Transformator 76, der Betandteil des Oszillatorkreises ist, transformiert, so daß sich in dem angegebenen Frequenzbereich eine ±2500 V- Rechteck- oder Sinusspannung ergibt.

Der Druckluftmotor 52, der Wechselstromerzeuger 62, der Gleichrichter 70, der Spannungsstabilisator 72, der Oszillator 74 und der Transformator 76 können so angeordnet sein, daß ein einheitliches Unterelement entsteht, das nach dem Vergießen ein leicht austauschbares einheitliches Bauteil darstellt.

Der Hochfrequenz-Hochspannungsausgang des Transformators 76 wird einem langkettigen Spannungsverstärker 80 zugeführt, vorzugsweise einem Serienverstärker mit mindestens etwa 20 Stufen, um die Eingangsspannung auf eine erforderliche gleichgerichtete 30 bis 100 kV-Ausgangsspannung anzuheben, die der Elektrodenanordnung in der Druckluftklappe 32 über die Leitung 84 mit den eingeschalteten Begrenzungs­ widerstand 82 zugeführt wird. Ein größerer Teil des Begrenzungswiderstands 82 kann stattdessen auch zwischen dem Niederspannungsende der Patrone 45 und dem geerdetem Griffteil 14 angeordnet werden.

Wie schon erwähnt, müssen Spitzpistolen der hier in Frage kommenden Art, die für das gewerbliche elektrostatische Farbspritzen und sonstige Beschichtungsarbeiten herangezogen werden, einem praktisch nutzbaren feststehenden System von mechanischen und elektrischen Kenngrößen angepaßt sein. Handgeführte elektrostatische Spritzpistolen sollten möglichst weniger als 1,4 kg wiegen sollten mit einer Spannung zwischen 30 und 100 kV bei einer Stromstärke von etwa 50 µm arbeiten und für ihren Betrieb sollte das übliche Druckluftnetzt von 1,37 bis 5,5 bar ausreichen. Ferner müssen an derartigen Spritzpistolen Einrichtungen zur Stromflußbegrenzung vorgesehen sein, damit schädliche Bogenentladungen vermieden werden, wenn die Hochspannungselektrode sich einem geerdeten Gegenstand nähert.

In den folgenden Beschreibungsabschnitten soll eine bevorzugte Ausführungsform einer mit unabhängiger Energieversorgung versehenen elektrostatischen Spritzpistole im einzelnen beschrieben werden, die a) etwa 230 g wiegt, die b) mit üblichen Betriebsdruckluftanlagen zwischen 1,37 und 5,5 bar bei einem Durchfluß von höchstens 1,4 m³/min betrieben werden kann, die c) einen Mindestausgang von 50 kV bei 50 µA und einen maximalen Kurzschlußstrom von 200 µA liefert und die d) in geeigneter Weise als auswechselbare Patrone ausgebildet ist, damit eine einfache Wartung der Spritzeinrichtung an der Arbeitsstelle möglich ist - so daß in einfacher Weise eine patronenartige Einrichtung in handgeführten Spritzpistolen vorliegt, die den derzeit üblichen und anerkannten mechanischen und elektrischen Parametern angepaßt ist.

Das Unterelement aus Druckluftmotor 52, Wechselstomerzeuger 62, Gleichrichter 70 und Spannungsstabilisator 72 ist vorzugsweise so ausgebildet, daß besonders günstige Betriebsverhältnisse vorliegen, nämlich a) verhältnismäßig konstante Ausgangsspannung von 5 bis 10 V Gleichspannung bei einem Engerieangebot von 5 bis 8 W aus einer ölfreien Druckluft von 1,37 bis 5,5 bar mit höchstens 1,4 m³/min Druckluft, die gegen Atmosphärendruck abgeblasen wird, b) Beschleunigung des Druckluftmotors 56 und des Ankers 60 auf 80% ihrer Höchstdrehzahl innerhalb von höchstens 0,2 sec nach der Betätigung des Drückers, und c) geringes Gewicht etwa 93 g, bei gleichzeitig stabilem Aufbau als Gewähr für lange Nutzungsdauer.

Wie die Fig. 2 und 3 erkennen lassen, enthält eine bevorzugte Konstruktion eines Druckluftmotors 52 einen einfachen Impuls-Druckluftmotor, in dem sich ein leichter Rotor 56 von etwa 2,5 cm Durchmesser befindet, dessen theoretische Höchstdrehzahl, wenn er einem durch die Düse 50 eintretenden Druckluftstrom von ungefähr 300 m/sec ausgesetzt ist, bei etwa 300 000 Umdr/min liegt, also ohne weiteres einen Betrieb mit etwa 10 000 bis 30 000 Umdr/min erlaubt und dabei das für den Wechselstromerzeuger 62 erforderliche Drehmoment liefert, das die verlangte Ausgangsenergie aus der verfügbaren kinetischen Energie des bewegten Luftstroms erbringt.

Druckluft mit einem Durchsatz von etwa 0,1 m³/min bei einem Druck von 1,96 bar hat einen theoretischen Energieinhalt von etwa 200 W. Da am Gleichrichter eine Ausgangsgröße von höchstens etwa 10 W erwartet wird, benutzt das beschriebene Sysem den vollen verfügbaren Druckabfall zum Antrieb des Druckluftmotors 50 und des angeschlossenen Wechselstromerzeugers 62. Darüber hinaus wird durch den oben beschriebenen bevorzugten Druckluftmotor mit Impulsturbine die Verwendung von Gleitdichtungen vermieden und die Anwendung von Kugellagern, ölgetränkten Laufbüchsen oder sonstigen geeigneten Lagerelementen ermöglicht, wie sie insbesondere in Zahnarztbohrmaschinen eingesetzt sind und lange Lebendauer bei hohen Drehzahlen gewährleisten.

Um die erforderliche hohen Beschleunigung des Ankers 60 in dem Wechselstromgenerator 62 zu erreichen, muß die Trägheit des Druckluftmotorrotors 56 und des Ankers 60 so niedrig wie möglich gehalten werden. Dazu ist in dem Anker vorzugsweise ein hochwertiger Permanentmagnet 100 von etwa 15,9 mm Länge und etwa 12,7 mm Durchmesser vorgesehen. Nach dem heutigen Erkenntnisstand ergeben sich bei über 12,7 mm hinausgehende Magnetdurchmesser ungeeignete Trägheitsverhältnisse. Für den Magnetanker wird Alnico 8 bevorzugt verwendet, man kann aber auch Alnico 5 verwenden. Wie bereits erwähnt, ist der Anker 60 mit dem Rotor 56 zu einer baulichen Einheit verbunden und liegt unmittelbar außen anschließend an das Gehäuse 52 des Druckluftmotors.

Wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen, besteht der Stator des Wechselstromerzeugers 62 aus einem epoxidharz­ beschichteten Hohlzylinder 64 aus einer Stahllegierung hoher Permeabilität, um die Hystereseverluste des Kerns möglichst niedrig zu halten. Der handelsübliche Bandkern, bei dem auch die Wirbelstromverluste gering sind, wird bevorzugt. Die Windungen auf dem Stator 64 bilden zwei Spulen und sind so ausgeführt, daß sich eine Ausgangs­ wechselspannung von etwa 12 V ergibt und eine Anpassung an die Widerstandsverhältnisse von Gleichrichter 70, Spannungsstabilisator 72 und Oszillator 74 ergibt. Die Gesamtanordnung aus Stator und Wicklung ist, wie durch 102 angedeutet, gekapselt oder vergossen, so daß ein einstückiges Gebilde entsteht. Der angegebene Wechselstromerzeuger 62 ist einfach und robust aufgebaut und ist gekennzeichnet durch ein niedriges Anlaufmoment, mit dem sich innerhalb von weniger als 1/4 sec eine Betriebsdrehzahl von etwa 15 000 Umdr/min erreichen läßt, wobei 5 bis 10 W Leistung bei einer Spannung von etwa 12 V verfügbar sind.

Die übrigen Komponenten der Energieversorgungseinrichtung sind elektrischer Art und bestehen im wesentlichen aus üblichen Schaltungselementen, wobei die Werte der Schaltungselemente so ausgewählt sind, daß sie den schon genannten und noch zu nennenden Parametern angepaßt sind. Als Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 eine geeignete Schaltung für den Gleichrichter 70 und den Spannungsstabilisator 72 gezeichnet, mit denen der Wechselspannungsausgang von 8 bis 16 V eff. des Wechselstromerzeugers 62 in eine konstante Gleichspannung von etwa 8 bis 12 V umgewandelt wird. Der Wechselstromerzeuger 62 ist danach an einen Brückengleichrichter 110 geführt, der aus Festkörperdioden 112 besteht. Der Brückenausgang wird an eine Zehnerdiode 114 und einen Filterkondensator 116 geleitet, so daß zwischen den Ausgangsklemmen 118 eine im wesentlichen konstante Gleichspannung entsteht.

Wie schon erwähnt, liefert der Hochfrequenzoszillator 74 in seiner bevorzugten Ausführungsform einen Rechteckwellenausgang in einem Frequenzbereich zwischen 10 und etwa 50 kHz bei einem Spannungsniveau, das dem angegebenen 8 bis 12 V-Gleichstromeingang angepaßt ist. Der Hochfrequenzausgang des Oszillators wird dann zu einer ±2500 V-Rechteckwelle hochtransformiert, die in die erste Stufe des Verstärkers 80 eingegeben wird.

In Fig. 6 ist eine für diesen Oszillator 74 und den Tranformator 76 geeignete Schaltung schematisch dargestellt. Die Ausgangsklemmen 118 des Stabilisators 72 sind danach an einen Widerstand 120 und eine Diode 112 gelegt. Die Oszillatorschaltung enthält zwei Transistoren 124, 126, deren Ausgang an der Primärwicklung 128 des Transformators 76 liegt. Der hochtransformierte Ausgang von ±2500 V bei einer Frequenz von 10 bis 50 kHz wird von der Sekundärwicklung 130 des Transformators geliefert.

Druckluftmotor, Wechselstromerzeuger, Gleichrichter, Spannungsstabilisator, Oszillator und Transformator bilden vorzugsweise (nach dem Vergießen) ein einheitliches Unterelement, das als einheitliches Bauteil austauschbar ist und die erste patronenartige Komponente darstellt.

Dieser bevorzugte ±2500 V-Rechteckwellenausgang aus dem Transformator 76 wird an die Eingangsklemmen des langkettigen Spannungsverstärkers 80 geführt. Fig. 7 gibt schematisch eine geeignete Schaltung für einen mehrstufigen (am besten etwa 24 Stufen) Serienverstärker wieder, der einen Ausgang von 60 kV liefert. Da Größe und Gewicht der Bauteileinheiten von Größe und Gewicht der elektrischen Elemente, also von die Verstärkerkette bildenden Kondensatoren und Widerständen, abhängen, arbeitet der ±2500 V-Eingang mit 5 kV-Standardkomponenten, die äußerst klein und sehr leicht sind. Eine solche Kette enthält üblicherweise eine Mehrzahl Stufen aus jeweils hintereinandergeschalteten Kondensatoren 132, die durch Dioden 134 überbrückt sind.

Man kann beliebige Arten von reihen- oder parallelgeschalteten langkettigen Verstärkern verwenden, jedoch wird ein reihengeschalteter Verstärker bevorzugt. Der Verstärker bildet vorzugsweise (nach dem Vergießen) das zweite einstückige Unterelement, das als einheitliches Bauteil austauschbar ist und die zweite patronenartige Komponente darstellt.

Man sieht, daß alle elekronischen Komponenten, nämlich das eine Unterelement aus Druckluftmotor 52, Wechselstromerzeuger 62, Gleichrichter 70, Stabilisator 72, Oszillator 74 und Transformator 76, und als zweites Unterelement der Verstärker 80, eng gepackt und in geeigneter Weise verkapselt, zu gesonderten einstückigen Bauteilen zusammen­ gefaßt werden können, die miteinander Teile der Patrone bilden und beide am Arbeitsplatz leicht ausgewechselt werden können.

Um die Ausgangsspannung zu begrenzen und Überdrehzahlen des Druckluftmotors 52 zu vermeiden, ist vorzugsweise ein Druckluftregler 148 in die Druckzuleitung 28 in dem Handgriff 14 eingebaut. In Fig. 8 ist ein einfacher Druckregler schematisch dargetstellt. In die Hilfsluftleitung 28 ist danach eine Büchse 150 mit einer länglichen Mittelbohrung 152 von deutlich verkleinertem Strömungsquerschnitt eingesetzt. Auf der Bohrung 152 sitzt eine abnehmbare Kappe als Ventilelement 154. Der Basisteil 156 des Ventils 154 verschiebt sich an den Wänden eines größeren Abschnitts der Hilfsluftleitung 28, wobei zweck­ mäßigerweise passende O-Ringe 158 verwendet werden, um Druckluft-Leckverluste zu vermeiden. Der obere Abschnitt 160 des Ventils 154 hat eine geringere Querschnittsfläche, so daß um ihn herum eine Kammer 162 entsteht. Die Kammer 162 wird außerdem durch einen Stopfen 164 mit zentraler Öffnung 166 von geringerem Strömungsquerschnitt begrenzt. Der Stopfen 164 ist so angeordnet, daß er die Aufwärtsbewegung des Ventils 154 begrenzt; das Ventil 154 wird normalerweise von einer Feder 168 gegen den Stopfen 164 gedrückt. In das Ventil 154 sind ferner mehrere auf einem Kreisbogen verteilt angebrachte Leitungen oder Kanäle 170 geschnitten, durch die Druckluft aus der Mittelbohrung 152 in die Kammer 162 gelangen kann, wenn die Enden der Kanäle nicht durch das Ende der Büchse 150 verschlossen sind.

Wenn die Einrichtung in Betrieb ist, wird das Ventil 154 von der Feder 168 dichtend gegen die Öffnung 166 des Stopfens 164 gelegt. Durch den in der Kammer 162 herrschenden Luftdruck wird jedoch das Ventil gegen die Wirkung der Druckfeder 168 nach unten bewegt, wodurch die Öffnung 166 freigegeben wird und die Kanäle 170 teilweise oder ganz verschlossen werden. Dadurch, daß die Kanäle 170 teilweise oder ganz verschlossen werden, kehrt der Vorgang sich um die Feder 168 kann steuernd eingreifen und den Stopfen aufwärts bewegen. Durch geeignete Dimensionierung der Elemente werden offensichlich die auf der stromaufgelegenen Seite ausgeübten Drücke auf einen vorgegebenen Wert begrenzt, der unabhängig von dem Druck in der stromabgelegenen Leitung ist, und auf diese Weise wird der Eintritt der Druckluft in den Druckluftmotor reguliert.

Ein nach der beschriebenen Lehre gebauter Systemprototyp liefert ohne weiteres einen Ausgang von 55 kV mit 3 W Gleichstrom aus einer regulierten Drucklufteingabe von 0,12 m³/min bei 1,37 bar. Dabei wurden folgende Betriebs- und physikalischen Parameter beachtet und erreicht:

Unterelement aus Druckluftmotor und Wechselstromerzeuger
Drucklufteinlaß: 1,37 mbar, 0,12 m³/min;
Ausgangsgröße: 8,6 W bei 12,1 V eff. und 250 Hz;
Abmessungen: 34,9 × 34,4 mm;
Gewicht: 68,0 g;
Anstiegszeit: weniger als 0,1 sec für 90% der geschätzten Leistung.

Gleichrichter-Stabilisator-Oszillator-Transformator
Eingang: wie oben;
Ausgang: 5,1 kV (Spitze) bei 20 kHz und 5,4 W;
Abmessungen: 34,9 × 25,4 mm;
Gewicht: 63,8 g (gekapselt).

Hochspannungsverstärker
Eingang: wie oben;
Ausgang: 55 kV bei 3 W Gleichspannung;
Abmessungen: 22,2 × 120,6 mm;
Gewicht: 113,4 g (gekapselt).

Claims (4)

1. Elektrostatische Spritzbeschichtungsvorrichtung mit Druckluftanschluß an eine äußere Luftdruckquelle zum Antrieb einer Luftturbine, die einen Generator antreibt und mit einer Spritzdüse zur Abgabe von ionisiertem Material, wozu neben der Spritzdüse Elektroden angeordnet sind, durch die auf das zerstäubte Beschichtungsmaterial eine elektrische Ladung übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftturbine (52) mit einem Wechselstromgenerator (62) verbunden ist, dem ein Transformator (76) und diesem einen langkettige Spannungsverstärkereinrichtung (80) nachgeschaltet sind, die an die Elektroden angeschlossen ist, wobei diese Bauteile in Form von einem oder mehreren einstückigen, leicht ein- und ausbaubaren, einzeln austauschbaren Unterelementen in der Spritzvorrichtung angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die langkettige Spannungsverstärkereinrichtung (80) eingekapselt ist und ein patronenartiges Unterelement bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftturbine (52) und der Wechselstromgenerator (62) ein erstes Unterelement, der Gleichrichter (70), Spannungsstabilisator (72), Oszillator (74) und Transformator (76) ein zweites Unterelement, und die langkettige Spannungsverstärkereinrichtung (80) ein drittes Unterelement bildet, wobei die drei Unterelemente zusammen eine zusammensetzbare und auseinandernehmbare Patrone bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromgenerator (62) eine Niedrig-Volt- Wechselstromquelle, einen nachgeschalteten Gleichrichter (72), der einen im wesentlichen konstanten Gleichstrom niedriger Spannung erzeugt und einen ihm nachgeschalteten Oszillator (74) zur Erzeugung einer Wechselspannung hoher Frequenz aufweis.