DE3144393A1

DE3144393A1 - "elektrische spannungsquelle fuer eine elektrostatische vorrichtung zur abgabe von ueberzugsmaterial bzw. vorrichtung zur verhinderung der elektrostatischen ladung von ueberzugsmaterialteilchen"

Info

Publication number: DE3144393A1
Application number: DE19813144393
Authority: DE
Inventors: William L. 46240 Indianapolis Ind. Smart; Frederick W. 46256 Indianapolis Ind. Woodruff
Original assignee: Ransburg Corp
Current assignee: Ransburg Corp
Priority date: 1980-11-12
Filing date: 1981-11-07
Publication date: 1982-09-16
Also published as: GB2087672A; FR2494054A1; JPS5784763A; AU7214781A

Description

Ransburg Corporation, Indianapolis, Indiana (V.St.A.).

' Elektrische Spannungsquelle für eine elektrostatische Vorrichtung zur Abgabe von Überzugsmaterial bzw. Vorrichtung zur Verhinderung der elektrostatischen Ladung von Überzugsmaterialteilchen.

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Spannungsquellen und insbesondere auf eine elektrische Hochspannungseinspeisung zur Aufladung von Teilchen eines Überzugsmaterials, wenn diese aus einer Abgabevorrichtung abgegeben werden, um auf diese Art und Weise einen hohen Übertragungswirkungsgrad der abgegebenen Teilchen auf einen zu überziehenden Gegenstand zu erreichen.

Das Abgeben von zerstäubten und aufgeladenen Überzugsteilchen ist bekannt. Es treten eine Reihe von Vorteilen auf, die durch die elektrostatische Zerstäubung bedingt sind. Der Einsatz einer elektrostatischen Hochspannung beim Zerstäuben führt zu einem hohen Übertragungswirkungsgrad eines Überzugsmaterials von einer ÜberzugsVorrichtung zu einem Gegenstand, der selbst auf Erdpotential liegt oder auf dem entgegengesetzten Potential in bezug auf die geladenen Überzugsmaterial-

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teilchen gehalten ist. Die Verwendung von weniger Überzugsmaterial führt natürlich auch in wirtschaftlicher Hinsicht zur Verwendung von weniger Überzugsmaterial, das auf den zu überziehenden Gegenständen abgesetzt wird, es verringert das Ausmaß der Beeinträchtigung der Umgebung, da viele Überzugsmaterialien ein Lösungsmittel benötigen, das während des ÜberzugsVorgangs sich verflüchtigt. Andererseits wird auch die Qualität des aufgebrachten Überzugs durch Einsatz einer elektrostatischen Spannung verbessert. Andererseits hängt der Überzugsvorgang davon ab, daß die zu überziehenden Gegenstände geerdet sind oder auf andere Art und Weise in elektrischer Hinsicht auf dem richtigen Potential gehalten werden.

Ein begleitendes Phänomen der bislang eingesetzten elektrostatischen überzugsverfahren ist unter den richtig gewählten Bedingungen, daß nur wenig Überzugsmaterial in die Umgebung des zu überziehenden Gegenstandes gelangt. Dies verringert den Aufwand, der zur Reinigung der Anlagen nach einem ÜberzugsVorgang getrieben werden muß. Insgesamt gesehen haben sich daher elektrostatische Überzugsverfahren in der Industrie durchgesetzt, beispielsweise auch bei der Möbelherstellung u.dgl. Auch haben sich elektrostatische überzugsverfahren durchgesetzt, wenn es darum geht, . Überzüge in höchster Qualität und auch bei niedrigen Materialmengen herzustellen.

Eine Vielzahl von Überzugsvorrichtungen ist im Handel erhältlich, und einige von ihnen werden bei solchen Anwendungszwecken eingesetzt, wo nicht immer sichergestellt werden kann, daß das eingesetzte Personal im Hinblick auf das elektrostatische Überzugsverfahrer. Erfahrungen besitzt. Eine Gefahr kann darin bestehen, daß die Bedienungsperson bei unrichtiger Handhabung einer elektrostatischen Vorrichtung einen

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elektrischen Schlag erhalten kann, und zwar als Folge einer Verlagerung des Potentials an der Zerstäubereinrichtung. Wenn eine Bedienungsperson beispielsweise die Sicherheitsvorschriften und sonstigen Vorkehrungen außer Acht läßt, können dann erhebliche Gefahren auftreten, wenn anstelle der vorgeschriebenen geerdeten Einspeisung eine ungeerdete Einspeisung verwendet wird oder beispielsweise, wenn ein zweipoliger Stecker anstelle des vorgeschriebenen Schutzkontaktsteckers verwendet wird. Derartige Situationen können tatsächlich auftreten, beispielsweise wenn die richtigen elektrischen Verbindungselemente nicht zur Verfügung steifen^ und in diesem Fall können die erwähnten Gefahren für die Bedienungsperson auftreten, auch wenn diese genügend ausgebildet worden ist und ihr genügend schriftliche Anweisungen im Umgang mit einer solchen Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden. i

Gemäß der Erfindung soll daher eine Vorrichtung geschaffen werden- um den Einsatz einer elektrostatisehen Überzugsvorrichtung zu verhindern, wenn diese nicht geerdet oder ungenügend geerdet ist. Insbesondere soll eine elektrische Spannungsquelle geschaffen werden, welche in einem solchen Falle verhindert, daß das Überzugsmaterial aufgeladen wird.

Erreicht wird dies durch eine elektrische Spannungsquelle nach den Ansprüchen bzw." durch eine Vorrichtung zur Verhinderung der elektrostatischen Ladung

des
eines/öberzugsmaterials nach den Ansprüchen.

Die mit Hilfe der Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielten Vorteile liegen auf der Hand, wobei besonders bedeutsam ist, daß eine mit Hilfe der Erfindung ausgerüstete elektrostatische Überzugseinrichtung mit Hilfe von nur wenigen zusätzlichen Ausrüstungsteilen in einen äußerst sicheren Betriebszustand gebracht wird. ' Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung

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beispielsweise erläutert. Es handelt sich bei der einzigen Figur der Beschreibung urn eine elektrische Schaltung, in welcher eine verwendete elektrostatische Überzugsvorrichtung .schaubildlich eingezeichnet ist. Die Figur zeigt eine Spannungsquelle für eine Spannung zwischen 110 und 220 V, sie besteht aus drei Leitern, nämlich dem Phasenleiter, dem neutralen Leiter und dem. Schutzleiter. Der Phasenleiter ist mit 20, der neutrale oder Rückleiter mit 22 und der Erdleiter bzw. Schutzleiter mit 2¹I bezeichnet.

Der Phasenleiter 20 weist das Niederspannungspotential in bezug auf den Leiter 22 auf, es handelt sich hierbei um den Mittelpunktsleiter der Energieversorgung, und natürlich auch in bezug auf den Schutzleiter 24.

Normalerweise fließen sehr kleine Ströme zwischen den Leitern 22 und 24, da sich beide im wesentlichen auf dem Erdpotential befinden. Unter gewissen Fehlerbedingungen jedoch fließen hohe Ströme, und zwar Ströme in einer Stärke, die tödlich sein können. Unter diesen Umständen ist es wichtig, daß die Leiter 22, 2*1 voneinander isoliert sind, um das Bedienungspersonal gegenüber diesen Strömen und der Spannung zu schützen. Häufig tritt das Problem auf, daß eine einphasige Einspeisung mit drei Leitern nicht zur Verfügung steht.

Gemäß der Erfindung soll nun erreicht werden, daß aus einer Spannungsquelle keine Energie entnommen werden kann, es sei denn, daß die eingesetzte Vorrichtung richtig mit den Leitern 20, 22 und 24, d.h. mit den drei Leitern einer einphasigen Einspeisung verbunden wird.

Die Vorrichtung 26 weist Stecker 30, 32 und 34 zur Verbindung mit Buchsen an den Leitern 20, 24 und 22 auf, beispielsweise wenn es sich um eine Steckdose und einen zugehörigen Stecker handelt. Die Leitung 30 ist mit dem einen Anschluß einer Neonleuchte 36 verbunden, deren . anderer Anschluß mit Reihenwiderständen

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38, 40, 42 und 44 verbunden ist, wobei der Widerstand 44 mit einem Anschluß einer anderen Neonlampe 46 verbunden ist. Der andere Anschluß der Neonlampe 46 ist mit dem Stecker 32 und damit mit dem Rückleiter 22 in Verbindung. Die Verbindung der Widerstände 40 und 42 ist mit dem Leiter 34 verbunden. Die Anode einer Diode 48 ist mit der Verbindung der Widerstände 38 und 40 verbunden. Die Kathode der Diode 48 ist mit dem Leiter 34 verbunden. Die Anode einer Diode 50 ist mit der Verbindung der Leiter 42 und 44 verbunden. Die Kathode der Diode 50 ist mit dem Leiter 34 verbunden. Die Anoden von zwei Licht aussendenden Dioden 52 und 54 sind mit dem Leiter-34 verbunden. Ihre Kathoden sind mit den Anoden der Dioden 48 bzw. 50 zusammengeschaltet.

Fototransistoren 56 und 58 sind in der Nähe der LED 52 und 54 angeordnet, um Lichtsignale von diesen LED zu erhalten. Die Kollektoren der Fototransistoren 56 und 58 sind durch Ladewiderstände 60 und 62 mit einer üblichen 5 VDC-Energieeinspeisung 64 verbunden. Die Emitter der Fototransistoren 56 und 58 sind mit dem Leiter 34 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 56 und 58 sind mit Kondensatoren 06 und 68 mit dem Leiter 34 verbunden. Die Kollektoren der Fototransistoren 56 und 58 sind außerdem mit den Kathoden von Dioden 70 und 72 verbunden,deren Anoden mit der Basis eines Transistors 74 gekoppelt sind. Die Basis des Transistors 74 ist über einen Widerstand 76 mit der Energieeinspeisung 64 verbunden. Der Emitter des Transistors 74 ist mit der Anode einer Rückführungsdiode 78 verbunden, deren Kathode mit der Energieeinspeisung 64 verbunden ist. Eine Relaisspule 80 ist parallel zur·Diode 78 geschaltet. Der Kollektor des Transistors 74 ist zur Energieeinspeisung 64 zurückgeführt. Der Strom durch die Relaisspule steuert das Schließen von Kontakten 82,

84. Durch Schließen der Kontakte 82 und 84 wird der

Leiter 30 mit einer Gleichspannungsquelle niederer Spannung 126 verbunden.

Die Gleichspannungsquelle 126 enthält eine Einrichtung 128, um die über das Relais 80 eingespeiste Spannung gleichzurichten, eine Einrichtung 132, um die gleichgerichtete Spannung zu glätten.

Ein Oszillatorstromkreis I¹IO spricht auf eine Gleichspannung an,, um Steuersignale zu erzeugen. Ein Halbleitergleichrichter Ik6 ist an den Oszillator 1*10 angeschlossen und spricht auf die Steuersignale an, um bei der Steuersignalfrequenz zu schalten. Der Anoden-Kathoden-Weg des Halbleitergleichrichters 146 ist parallel zur Spannungsquelle 126 geschaltet. Ein Transformator mit einer primären Wicklung 150a ist parallel zum Halbleitergleichrichter I'l6 angeschlossen. Das Schalten des Halbleitergleichrichters 1*16 bewirkt Spannungsänderungen in der Wicklung 150a. In der sekundären Wicklung 150b treten diese Spannungsänderungen als verstärkte Spannungsänderungen auf, und diese Spannungen werden durch einen Hochspannungsverstärker 15^ gleichgerichtet, welcher an die sekundäre Wicklung 150b angeschlossen ist.

Die bereits erwähnte Einrichtung 128, die als Gleichrichter wirkt, weist zwei gegensinnig gepolte Dioden 168 und 170 in einer Spannungsverdoppelungsanordnung auf. In Reihen angeschlossene Filterkondensatoren 172 und 171 sind über die Dioden 168 und 170 geschaltet, um Veränderungen in der gleichgerichteten Leitungsspannung aufzunehmen. Der gemeinsame Anschluß ■ der Kondensatoren 172 und 17*1 ist mit dem Leiter 32 verbunden.

Die erwähnte Einrichtung 132 wirkt als Filter und weist einen Widerstand 182 auf. Ein Widerstand 186 ist zwischen der Energieeinspeisung 126 und den verbleibenden Elementen des Stromkreises geschaltet. Der Oszilla-

tor I²JO weist einen Reihenwiderstand 190 und einen Kondensator 192 auf. Der eine Anschluß einer DIAC-Schaltung 194 ist mit der Verbindung des Widerstandes 190 und dem Kondensator 192 verbunden. Ein Wellenformstromkreis ist an den anderen Anschluß der DIAC-Schaltung 19¹I angeschlossen. Die Reihenkombination eines Speicherkondensators 200 und die primäre Wicklung 150a sind ebenfalls über die Spannungsquelle 126 über einen Widerstand 186 geschaltet. Der Halbleitergleichrichter 116 schaltet die Spannung parallel zum Kondensator 200 und der Wicklung 150a im Ansprechen auf Ausgangssteuersignale vom Oszillator I¹IO parallel zum Wellenformstromkreis 198. Eine derartige Schaltung erzeugt parallel zur Wicklung 150a relativ geringe Spannungsänderungen.

Spannungsänderungen an der Wicklung 150a werden auf Spannungsänderungen in verhältnismäßig großer Höhe mit Hilfe des Transformators 150 umgewandelt. Der Gleichrichter 154 ist über beide Wicklungen geschaltet, um diese Spannungsänderungen gleichzurichten. Der Gleichrichter 154 weist in der dargestellten Aus füh rungs form Dioden 204, 206, 208, 210, 212 und 21¹I und Speicherkondensatoren 216, 218, 220, 222, 221 und 226 in einer typischen Spannungsversechsfachungss chaltung auf.

Ein Lastwiderstand 230 ist zwischen dem Ausgangsanschluß 232 der SpannungsVervielfachungsschaltung und dem gemeinsamen Anschluß 23¹J des Gleichrichters 154 zwischengesetzt. Ein hochohmiger Strombegrenzungswiderstand 236 ist im Lauf einer Überzugs-Handpistole angeordnet, welcher zwischen dem Anschluß 232 und der Elektrode 240 der Sprühpistole geschaltet ist.

Es wird zunächst einmal angenommen, daß der Stromkreis 26 in der richtigen und damit betriebssicheren .Art und Weise betrieben wird. Dies bedeutet, daß die Leiter 30, 3¹U 32 mit den Leitern 20, 24 und 22 verbunden sind. Unter diesen Bedingungen liegt der Leiter 30

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auf der Phasenspannung in bezug auf beide Leiter 32 und 34. Die Neonlampen 36 und 46 benötigen etwa 70 V bei Betriebsspannung von 115 V und etwa l40 V bei einer Betriebsspannung von 22oV, damit sie leitend werden, sie verbleiben im leitenden Zustand jedoch, auch wenn die Spannung unter diesen Wert abfällt. Die Spannung über der Neonlampe 36 ist ausreichend hoch, um diese zu zünden und einen Strom vom Leiter 30 über die Elemente 36, 38 und 48 zum Leiter 34 zu treiben, und zwar in der einen Ri chtung und vom Leiter 34 über die Elemente 38, 36 und 52 in der anderen Richtung. Jedoch sollte die Potentialdifferenz zwischen den Leitern 34 und 32 nicht so hoch sein, um die Neonlampe 46 zu zünden, so daß kein Strom zwischen den Leitern 32 und 34 fließt. Unter diesen Bedingungen sendet die Diode 52 Licht auf den Fototransistor 56, der für eine Halbwelle während jedes Zyklus der eingespeisten Spannung leitet und einen Entladestrom über den Kondensator 66 aus der Spannungsquelle 64 über die Wiierstände 60 und 76 treibt. Demzufolge fließt vollkontinuierlich ein Strom .durch die Widerstände 60 und während der nicht-leitenden Halbwelle, nämlich wenn sich der Kondensator 66 auf die Kollektorspannung des Transistors 56 auflädt.

Es wird nunmehr angenommen, daß der Leiter 22 der an Spannung liegende Leiter ist und der Leiter 20 der Rückleiter ist. Dies kann tatsächlich auch auftreten, hat jedoch aus naheliegenden Gründen keinen Einfluß auf die richtige Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung. In diesem Fall wird die Neonlampe 46 leuchtend, nicht jedoch die Neonlampe 36. Die.Diode 54 belichtet den Fototransistor 58, der entsprechend für eine HaIbwelle in jeder Periode leitend wird. Dadurch entlädt sich der Kondensator 68 und ein Strom fließt entsprechend über die Widerstände 62 und 76.

Wenn einer der beiden Transistoren 56 oder 58 leitend ist, um die Kondensatoren 66 oder 68 zu laden, wird der Strom über die Widerstände 76 und 60 bzw. 62 *

die Relaisspule 80 erregen und Energie wird über die Kontakte 82, 84 über die nachgeschalteten Einrichtungen 126 und 15²I zur Elektrode 240 der Handsprühpistole 238 geführt. Unter diesen Bedingungen wird überzugsmaterial von der Handspritzpistole 238 auf ein geerdetes Ziel 244 abgegeben, und dieses wird mit einem hohen Überzugswirkungsgrad überzogen. Die Handsprühpistole 238 bleibt über die Verbindung zu den Leitern 34 und 24 auf Erdpotential.

Es wird angenommen, daß eine Bedienungspersonal die Handsprühpistole 238 unter Verwendung eines Blindsteckers j so wie er durch die Darstellung 250 wiedergegeben ist, einsetzt, wobei die Leiter 30 und 20 und 32 und 22 miteinander verbunden werden, ohne daß die richtige Erdverbindung zwischen den Leitern 34 und 24 hergestellt wird. Unter diesen Bedingungen liegt die

an Phasenspannung zwischen dem Stromkreis^ der aus den Lampen 36 und 46 und den Widerständen 38, 40, 42 und 44 gebildet ist. Die Phasenspannung wird daher aufgeteilt, und bei richtiger Auswahl der Neorilampen liegt an jeder der beiden Neonlampen nur die Hälfte der Phasenspannung, und diese Spannung liegt unterhalb der Zündspannung der Neonlampen. Demzufolge bleiben beide Neonlampen 36 und 46 nicht leitend und die Dioden 52 und 54 senden kein Licht aus. Entsprechend verbleiben die Fototransistoren 56 und 58 nicht leitend, die Kondensatoren. 66 und 68 werden vollständig geladen und an der Basis des Transistors 74 erscheint eine ausreichend hohe Spannung, so daß der Transistor 74 nicht leitend wird. Unter diesen Bedingungen fließt kein Strom über die Spule 80 und entsprechend werden die Kontakte 82 und 84 nicht miteinander verbunden, so daß letztendlich kein Hochspannungspotential an der Elektrode 240 anliegt. Unter- diesen Bedingungen findet keine Ladung der Überzugsmaterialteilchen statt, was der Bedienungsperson

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anzeigt, daß unter diesen Bedingungen kein sicherer Betrieb möglich wäre.

Es wird noch bemerkt, daß der Stromkreis 26 in der vorgeschilderten Art und Weise wirkt, und zwar unabhängig davon, ob nun von vornherein keine Verbindung zum Schutzleiter vorhanden ist oder ob diese Verbindung durch irgendwelche Einflüsse im Laufe des Betriebs zerstört wird.

AH Leerseite

Claims

5. November 198I

W. 2838*< /81 20/Ne

Patentansprüche

( "1.) Elektrische Spannungsquelle für eine elektrostatische Vorrichtung zur Abgabe von Überzugsmaterial,

, gekennzeichnet durch eine Verbindung zu einer schutzgeerdeten Dreileitereinspeisung, einen elektrostatischen Spannungsgenerator, eine Verbindung des Generators zur Abgabevorrichtung, einen ersten Stromkreis, welcher den Generator mit der Dreileitereinspeisung verbindet und einen ersten Schalter aufweist, und durch einen zweiten Stromkreis zum Abfühlen der Phasen-Erdspannung der Dreileitereinspeisung, wobei der zweite Stromkreis einen zweiten Schalter aufweist, der von einem ersten in einen zweiten Zustand umschaltet, wenn eine Phasen-Erdspannung gemessen wird, die ein Potential überschreitet, welches für eine ungeerdete Leiterverbindung charakteristisch ist.

2. Spannungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn- {

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zeichnet, daß der Generator einerSpannungsvervielfacher bzw. -verstärker aufweist.

3. Spannungsquelle nach einem der Ansprüche 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter ein Spulenrelais ist.

l\. Spannungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schalter eine Gasentladungsstrecke aufweist.

5. Spannungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis i», dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schalter weiterhin eine Licht emitierende Einrichtung aufweist.

6. Spannungsquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stromkreis weiterhin eine auf Licht ansprechende Einrichtung aufweist, welche auf die Licht aussendende Einrichtung anspricht, um den ersten Schalter zu betätigen.

7. Vorrichtung zur Verhinderung der elektrostati-

Von ybf?rzugsmaterialteilchen in .. sehen Aufladung/einer Einrichtung zum Abgeben von überzugsmaterial in einem ungeerdeten oder ungenügend geerdeten Fall, bestehend aus einem ersten Stromkreis zwecks

s ch ut Z-Verbindung mit einer/geerdeten Dreileitereinspeisung, einem elektrischen Spannungsgenerator, einer Verbindung des Generators zum ersten Stromkreis, wobei der erste Stromkreis einen Schalter aufweist, um den Generator aus der Dreileitereinspeisung mit Energie zu versorgen, und bestehend aus einem zweiten Stromkreis, um die Schalteinrichtung zu steuern., wobei der zweite Strom-

aie Spannung an kreis eine Fühleinrichtung für/einem unter Spannung stehenden Teil in bezug auf die Erde der Dreileiterverbindung aufweist, wobei die Fühleinrichtung schaltet, wenn diese abgefühlte Spannung oberhalb eines vorbestimmten ersten Pegels liegt und damit anzeigt, daß ein Erdleiter vorhanden ist, der nicht geerdet ist, und/im geschalteten Zustand verbleibt, bis die Leiter-Erdspannung unterhalb eines zweiten vorbestimmten

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Pegels fällt, welcher eine Erdunterbrechung anzeigt. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Pühleinrichtung eine erste Gasentladungsstrecke oder -röhre aufweist. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Pühleinrichtung eine zweite Gasentladungsstrecke oder -röhre aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder

9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladungsstrecken Leuchtstofflampen, insbesondere Neonlampen darstellen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stromkreis

nde
weiterhin eine Licht aussende'Diode und einen Foto-

transistor aufweist.