DE3305058C2 - Steuerschaltung für eine Hoch-Gleichspannungsquelle für eine elektrostatische Beschichtungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Steuerschaltung für eine Hoch-Gleichspannungsquelle für eine elektrostatische Be­ schichtungsanlage.

Aus der älteren Anmeldung P 31 26 973.7, welche in DE 32 19 236 A1 enthalten ist, läßt sich eine Steuerschaltung für eine Hoch-Gleichspannungsquelle für eine elektrostatische Be­ schichtungsanlage entnehmen, bei der am Komparator ein Signal mit Gleich- und Wechselspannungsanteilen anliegt, das zur Verhinderung von Funkenentladungen an der Hochspan­ nungselektrode mit entsprechender Verarbeitung genutzt wird. Hierdurch sollen Funkenentladungen zuverlässig verhindert werden und gleichwohl mit möglichst hoher Ausgangsleistung der Hochspan­ nungseinrichtung gearbeitet werden können. Hierbei wird zunächst ein erstes Spannungssignal gewonnen, das zum momentanen Strom in der elektrostatischen Anlage proportional ist. Dieses erste Signal wird dem Komparator als eine auf Gleichspannung nicht ansprechende, jedoch die für die beginnende Funkenbildung typischen Signalanteile erkennende Detektorschaltung zugeführt. Der Detektorschaltung kann in Abhängigkeit vom verwendeten Hochspannungserzeuger ein Filter zur Aussiebung der erzeugerabhängigen Wechselspannungsanteile vorgeschaltet werden. Da das am Komparator anliegende Signal Gleich- und Wechselspannungsanteile enthält, lassen sich nicht in ausreichend zuverlässiger Weise die im Signalbild enthaltenen Informationen über eine etwaige beginnende Bogenbildung auswerten und zur Abschaltung der Hoch-Gleich­ spannungsquelle nutzen.

Eine Bogenbildung kann aber beim Betrieb einer elektrostati­ schen Beschichtungsanlage der gattungsgemäßen Art nicht geduldet werden, da die Gefahr von Feuer und Explosionen in Folge der Entflammbarkeit von Lösungsmitteln in den Beschich­ tungsflüssigkeiten oder der Entflammbarkeit der Wolken aus partikelförmigem Beschichtungsmaterial besteht, wenn ein Funke zwischen der Beschichtungsanlage und dem elektrisch geerdeten, zu beschichtenden Gegenstand überspringt und hierdurch eine Zündung erfolgt. Wenn die zu beschichtenden Gegenstände an einer ortsfesten oder einer hin- und herbeweg­ baren Beschichtungseinrichtung vorbeigeführt werden, und wenn die Gegenstände zu nahe an diese Einrichtung heranbewegt werden oder auf der Transporteinrichtung schwanken oder ins Schwingen kommen, kann ein Funke zwischen der Beschich­ tungseinrichtung und dem geerdeten Gegenstand auftreten, der zu einer Explosion oder zu einem Brand führen kann.

Aus DE 25 01 235 B2, welche US 38 51 618 und US 38 75 892 entspricht, sind digitale Techniken zur Rückkopplungs­ steuerung für eine Hochspannungsquelle im Zusammenhang mit dem eingangs genannten Einsatzgebiet bekannt. Hierbei wird das Gleichstrom-Niveau im Hochspannungskreis periodisch abgetastet und die Abtastwerte werden für ein spezifisches Zeitintervall gespeichert. Jeder Abtastwert wird mit dem nächsten periodischen Abtastwert verglichen. Die Differenz zwischen den beiden Werten über dem vorgegebenen Abtast- Zeitintervall stellt die Änderungsrate des Stromes im Hochspannungskreis dar, welche mit di/dt bezeichnet wird.

Eine derartige Steuerschaltung spricht jedoch nicht immer ausreichend schnell auf plötzliche und sehr schnelle Stromän­ derungen oder auf relativ kleine Stromänderungen an, so daß es in Abhängigkeit von der Empfindlichkeits-Einstellung zu Fehlabschaltungen kommen kann.

Der Erfindung hingegen liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung für eine Hoch-Gleichspannungsquelle bei einer elektrostatischen Beschichtungsanlage bereit zu stellen, welche eine zuverlässige Abschaltung der Hochspannungsquelle bereits im Vorfeld vor einer etwaig einsetzenden Bogenbildung gestattet.

Nach der Erfindung wird hierzu einerseits eine Steuerschal­ tung für eine Hoch-Gleichspannungsquelle für eine elektro­ statische Beschichtungsanlage bereitgestellt, welche die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Bei dieser Steuerschaltung wird ein erstes Signal mit einer Niederspannung erzeugt, welches proportional zum momentanen Hochspannungsstrom in der Beschichtungsanlage ist. Dieses Signal enthält eine Gleichspannungskomponente, Informationen über den Zustand einer etwaigen beginnenden Bogenbildung in der Beschichtungsanlage und Rauschsignale. Mittels einer Filterschaltung wird die Gleichspannungskomponente aus dem ersten Signal entfernt, und man erhält am Ausgang der Filterschaltung ein zweites Signal mit einer Wechselspannung, welches nunmehr die Informationen bezüglich einer etwaigen beginnenden Bogenbildung und die Rauschsignale enthält. In Serie geschaltet hierzu ist eine weitere Filterschaltung zum Erzeugen eines dritten Signals mit einer Wechselspannung, bei dem eine Wechselspannungswelligkeit mittels einer Filterkom­ ponente entfernt ist und bei dem die nieder- und hochfrequen­ ten Rauschsignale aus dem zweiten Signal mittels eines Bandpaßfilters entfernt sind, so daß durch diese Serienschal­ tung im dritten Signal keine Gleichstromkomponente enthalten ist und die Größe des dritten Signals proportional zum Ausmaß der etwaigen beginnenden Bogenbildung in der Beschichtungsan­ lage ist. Dieses dritte Signal wird nunmehr zur Abschaltung der Hoch-Gleichspannungsquelle genutzt, wenn sich ergibt, daß das dritte Signal eine vorgegebene Spannung übersteigt. Somit gestattet die erfindungsgemäße Steuerschaltung ein Ansprechen bereits auf Vorboten einer beginnenden Bogenbildung, so daß eine rechtzeitige und zuverlässige Abschaltung der Hochspan­ nungsquelle vorgenommen werden kann und sich die Arbeits­ sicherheit bei einer derartigen elektrostatischen Beschich­ tungsanlage verbessern läßt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung hin­ sichtlich dieses ersten Lösungsprinzipes sind in den Ansprü­ chen 2 bis 4 wiedergegeben.

Andererseits wird als weitere, selbständige Lösung der der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung eine Steuer­ schaltung für eine Hoch-Gleichspannungsquelle für eine elektrostatische Beschichtungsanlage bereitgestellt, welche die Merkmale des Patentanspruchs 5 aufweist. Bei dieser Steuerschaltung erfolgt eine Zu- und Abführung einer zusätzlichen Gleichspannungskomponente in und aus dem Signalweg, wodurch sich die Zuverlässigkeit der Signalauswer­ tung verbessern läßt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieses alternativen Lösungsprinzips nach Patentanspruch 5 sind in den Ansprüchen 6 bis 10 wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaltungsbild für eine Steuerschaltung für eine Hoch-Gleichspannungsquelle bei einer elektrostatischen Beschichtungsanlage,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Ermittlungsschaltung für eine etwaige beginnende Bogenbildung,

Fig. 3 einen detaillierten Schaltplan für eine schemati­ sche in Fig. 2 dargestellte Ermittlungsschaltung,

Fig. 4 eine Ausführungsvariante eines Teils der Ermittlungsschaltung, und

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform einer Steuerschaltung in Verbindung mit einer Hochspannungsquelle.

Fig. 1 zeigt vereinfacht eine schematische Schaltung für eine Hoch-Gleichspannungsquelle 10 mit einer Detektorschal­ tung 11 für eine etwaige beginnende Bogenbildung. Die Hoch- Gleichspannungsquelle 10 umfaßt einen Hochspannungs-Auf­ wärtstransformator 12 mit einer Primärwicklung 13 und einer Sekundärwicklung 14. Eine Wechselspannungsquelle 15 ist über einen Schalter 16 mit der Primärwicklung 13 verbunden. Die Wechselspannungsquelle 15 wird beispielsweise von einer üblichen Netz-Spannungsquelle gebildet. Zweckmäßigerweise ist jedoch ein Oszillator mit einem Ausgang mit einer Frequenz enthalten, die wesentlich höher als die übliche Netzfrequenz ist.

In der nachfolgenden Beschreibung wird angenommen, daß zur Hochspannungsquelle 15 ein Oszillator mit einer Ausgangsfrequenz in der Größenordnung von 2000 Hz gehört.

Ein Hochspannungs-Wechselstrom entsteht an der Sekundärwicklung 14. Diese Spannung wird über einen Spannungsvervielfacher 17 geführt, der eine Mehrzahl von Dioden 18 und Kondensatoren 19 umfaßt. Der Hochspannungsausgang hiervon wird über einen Strombegrenzungswiderstand 20 an einen Anschluß 21 gelegt, der über ein geeignetes, nicht gezeigtes Hochspannungskabel an die nicht dargestellte elektrostatische Beschichtungseinrichtung oder irgendein anderes elektrostatisches System gelegt ist. Die Spannung am Anschluß 21 kann jede gewünschte Höhe haben und sie liegt z. B. im Bereich von etwa 40 kV bis 150 kV.

Während der elektrostatischen Beschichtung ist es üblich, das Werkstück elektrisch an Erde zu legen und das Beschichtungsmaterial auf eine hohe negative oder positive Spannung relativ hierzu aufzuladen. Eine Seite 24 der Sekundärwicklung 14 ist über die festen Anschlüsse eines Potentiometers 25 und einen Widerstand 26 elektrisch an Erde gelegt. Ein Strom, der vom Hochspannungsanschluß 21 fließt, muß über eine geerdete Schleife, welche den Widerstand 26 und das Potentiometer 25 enthält, zurückfließen. Als Folge des Stromflusses durch den Widerstand 26 und das Potentiometer 25, tritt eine Spannung zwischen einem Abgriff 27 am Potentiometer 25 und Erde auf. Diese Spannung bildet ein Steuersignal, das dem Hochspannungs-Strom proportional ist. Da der Hochspannungs-Strom zunimmt, wenn ein geerdeter Gegenstand sich zu nahe an die Beschichtungsvorrichtung heranbewegt, nimmt die Spannung am Abgriff 27 zu. Der Abgriff 27 ist über einen Widerstand 28 an ein Tor eines gesteuerten Gleichrichters 29 gelegt. Eine Relais-Spule 30, die Anode und die Kathode des Gleichrichters 29 und eine Diode sind in Reihe zwischen einer positiven Spannungsquelle und Erde geschaltet. Ein Widerstand 32 liegt zwischen der positiven Spannungsquelle und einem Punkt zwischen der Kathode des Gleichrichters 29 und der Diode 31. Wenn eine ausreichend positive Spannung über den Widerstand 28 an das Tor des Gleichrichters 29 gelegt wird, so leitet der letztere und erregt die Spule 30. Durch Verstellen der Einstellung des Potentiometer-Abgriffes 27 kann der Ausgangsstrom der Hochspannungsquelle 10, mit welchem der Gleichrichter 29 beschaltet wird, eingestellt werden. Wenn der Gleichrichter 29 eingeschaltet ist und die Spule 30 erregt ist, wird der Schalter 16 durch die Spule 30 geöffnet, wodurch die Energiezufuhr zur Primärwicklung 13 des Transformators unterbrochen wird. Gleichzeitig schließt die Spule 30 einen Schalter 33, wodurch der Hochspannungsanschluß 21 an Erde gelegt wird.

Die vorbeschriebene Schaltung liefert eine Hochspannung zum Betreiben elektrostatischer Beschichtungsanlagen und ähnlicher Einrichtungen und sie enthält einen Überstrom-Schutz zum Abschalten und Erden des Hochspannungsausganges aufgrund einer vorgegebebenen Überstrom-Bedingung.

Die Detektorschaltung 11 ist über eine Trenndiode 34 mit dem Tor des Gleichrichters 29 verbunden, um die Relais-Spule 30 zu erregen, und die Hochspannungsquelle 10 aufgrund einer vorgegebenen Änderungsrate di/dt des Stromes abzuschalten, der durch die geerdete Rückschleife fließt, welche den Widerstand 26 und das Potentiometer 25 enthält. Die Detektorschaltung 11 triggert ferner den Gleichrichter 29 aufgrund von sehr kurzzeitigen Stromimpulsen, die bei einer Korona-Entladung unmittelbar vor der Bogenbildung auftreten.

Fig. 2 zeigt die Detektorschaltung 11 für die beginnende Bogenbildung in Form eines Blockdiagrammes. Eine Spannung, die proportional zu dem Strom in der Hoch-Gleichspannungsschaltung der Gleichstromquelle 10 nach Fig. 1 ist, wird an einen Wechselspannungs-Koppelkondensator 37 gelegt. Dieses Signal ist primär eine Gleichspannung, es enthält aber auch eine Wechselspannungswelligkeitskomponente durch den Ausgang der Hochspannungsquelle 10 und es enthält ferner Rauschsignale, wie sie im Zustand beginnender Bogenbildung auftreten. Der Koppelkondensator 37 filtert die Gleichspannungskomponente heraus und legt die restlichen Signalkomponenten über ein Tiefpaßfilter 38 an einen Verbindungspunkt 39. Das Tiefpaßfilter 38 schafft ein gleichmäßiges Gleichspannungs-Bezugs-Niveau für die Wechelspannungskomponente, die über den Kondensator 37 anliegt. Das Tiefpaßfilter 38 eliminiert ferner hochfrequentes Rauschen aus dem Signal. Das Signal am Verbindungspunkt 39 wird direkt an den nicht-invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 40 und außerdem über eine Diode 41 an den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 40 gelegt. Die konstante Wechselspannungswelligkeit, die während des normalen stetigen Betriebs der Beschichtungsanlage auftritt, wird durch den Differenzverstärker 40 unwirksam gemacht. Der Differenzverstärker 40 gibt ein genaues variables Signal ab mit Veränderungen in positiver Richtung über einer Basis-Bezugsspannung, die den Bewegungen eines geerdeten Gegenstandes in der Nähe der Hochspannungs-Beschichtungsvorrichtung entsprechen.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 40 geht durch ein Bandpaßfilter 42, welches das Signal weiterhin filtert durch Entfernen äußerer Interferenz-Signale, die sich nicht auf die Information beziehen, die das Signal enthält, wobei ferner der Ausgang auf eine Basisspannung Null bezogen wird. Nach dem Bandpaßfilter 42 wird das Signal verstärkt durch einen Operationsverstärker 43 und an einen Eingang eines Komparators 44 gelegt. Am anderen Eingang des Komparators 44 liegt eine vorgegebene Bezugs-Gleichspannung an. Solange der Ausgang des Operationsverstärkers 43 kleiner ist als die Größe der Bezugsspannung hat der Komparator 44 keinen Ausgang. Wenn der Ausgang des Operationsverstärkers 43 die Bezugsspannung übersteigt, so erzeugt der Komparator einen Ausgang, der an das Tor des Gleichrichters 29 (Fig. 1) gelegt wird, um die Hoch-Gleichspannungsquelle 10 in der oben beschriebenen Weise abzuschalten.

Während des Beginns des Betriebs der Hoch-Gleichspannungsquelle 10 verändert sich der Strom im Hochspannungskreis derselben sehr schnell. Die Stromstärke verändert sich schnell von null auf den stetigen Betriebsstrom. Während dieser Zeit ist es erforderlich, den Betrieb der Detektorschaltung 11 zu sperren, da diese eine schnelle Veränderung des Stromes bzw. des Aufdruckes di/dt feststellen würde und die Hoch-Gleichspannungsquelle 10 abschalten würde. Wenn sie daher am Beginn des Betriebes eingeschaltet wird, wird durch eine Verzögerungsschaltung 45 zeitweilig der Ausgang des Operationsverstärkers 43 über die vorgegebene kurze Zeitperiode geerdet, die erforderlich ist, um den Ausgang der Hoch-Gleichspannungsquelle 10 zu stabilisieren. Der Ausgang des Operationsverstärkers 43 kann z. B. über eine Zeitspanne von 1 Sekunde oder weniger unterdrückt werden, nachdem die Hoch-Gleichspannungsquelle 10 eingeschaltet worden ist. Nach diesem kurzen Zeitintervall hat sich der Ausgang derselben ausreichend stabilisiert, um einen Betrieb der Detektorschaltung 11 zuzulassen.

Fig. 3 zeigt im Detail eine schematische Schaltungsauslegung der Detektorschaltung 11. In der Beschreibung von Fig. 1 wurde erwähnt, daß eine Spannung, die proportional zum Ausgangsstrom ist, am Widerstand 26 und am Potentiometer 25 in der geerdeten Rück-Schleife für den Hochspannungsausgang der Hoch-Gleichspannungsquelle 10 auftritt. Diese Spannung wird über den Wechselspannungs-Koppelkondensator 37 an einen Verbindungspunkt 48 gelegt. Ein wahlweiser Widerstand (nicht gezeigt) kann in Reihe mit dem Kondensator 37 geschaltet sein, um eine Belastung der Signalquelle auf einem Minimum zu halten. Das Tiefpaßfilter 38 enthält allgemein einen Widerstand 49 und einen Kondensator 50, die parallel zwischen dem Verbindungspunkt 48 und einer kleinen negativen Spannungsquelle liegen. Die Spannung dieser Spannungsquelle ist über den Widerstand 49 an den Verbindungspunkt 48 geführt, um ein gleichmäßiges Gleichspannungs-Bezugsniveau für die Wechselspannungskomponente zu schaffen, die über den Kondensator 37 anliegt. Der Verbindungspunkt 48 ist über einen Widerstand 51 mit dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 40 verbunden, der allgemein einen Operationsverstärker in integrierter Bauweise enthält. Über einen Widerstand 36 ist der nicht-invertierende Eingang des Differenzverstärkers 40 an Erde gelegt. Der Verbindungspunkt 48 ist außerdem über eine Diode 52 und einen Widerstand 53 mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 40 verbunden. Der Differenzverstärker 40 ist mit einem negativen Rückkopplungswiderstand 54 versehen, der zwischen seinem Ausgang und seinem invertierenden Eingang liegt. Der Ausgang des Differenzverstärkers 40 liegt an einem Kondensator 55 an, der geerdet ist, sowie über einen Widerstand 56 an einem Wechselspannungs-Koppelkondensator 57 und danach an dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 43. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 56 und dem Kondensator 57 ist über einen Kondensator 58 an Erde und über einen wahlweisen Widerstand 59 an Erde gelegt. Die Kondensatoren 55, 58 und 57 sowie die Widerstände 56 und 59 bilden das Bandpaßfilter 42, welches äußere und nicht relevante Informationen aus dem Ausgang des Differenzverstärkers 40 entfernt. Der Koppelungskondensator 57 entfernt die Gleichspannungskomponente aus dem Signal, das am Ausgang des Differenzverstärkers 40 auftritt, so daß das Signal auf Erde bezogen wird. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 57 und dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 43 ist über einen Widerstand 47 und eine parallel zu diesem liegende Diode 46 an Erde gelegt. Der Widerstand 47 schafft für den nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 43 einen Bezug zu Erde und die Diode 46 verriegelt diesen Eingang zum Verstärker 43.

Die Verstärkung des Verstärkers 43 ist bestimmt durch einen negativen Rückkopplungswiderstand 60, der zwischen dem Ausgang des Verstärkers 43 und seinem invertierenden Eingang liegt, sowie durch einen Widerstand 61, der zwischen dem invertierenden Eingang des Verstärkers 43 und Erde liegt. Wenn gewünscht, kann ein Mehrfachschalter 62 vorgesehen werden, um selektiv einen oder mehr Widerstände, wie z. B. die beiden Widerstände 63 und 64, parallel zum Widerstand 60 zu schalten. Indem selektiv einer oder mehr Widerstände parallel zum Widerstand 60 geschaltet werden, kann die Verstärkung des Operationsverstärkers 43 verändert werden, um die Empfindlichkeit einzustellen, mit welcher die Detektorschaltung 11 die Hoch-Gleichspannungsquelle 10 abschaltet. Vorzugsweise ist die Verstärkung des Verstärkers 43 so eingestellt, daß die Detektorschaltung 11 die maximal zulässige Empfindlichkeit hat, ohne die Hoch-Gleichspannungsquelle 10 und die Beschichtungsvorrichtung während des normalen Betriebes versehentlich abzuschalten.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 43 ist über einen Widerstand 65 mit einem Eingang 66 des Komparators 44 verbunden. Ein zweiter Eingang 67 ist mit einer regelbaren Bezugsspannungsquelle verbunden, welche einen Abgriff 68 an einem Potentiometer 69 umfassen kann, dessen feste Anschlüsse zwischen einer gegelten positiven Spannungsquelle und Erde liegen. Durch Einstellung der Position des Abgriffes 68 wird die an den Komparatoreingang 67 gelegte Bezugsspannung eingestellt, umd das am Komparatoreingang 66 erforderliche Signal-Niveau einzustellen und eine Abschalt-Folge für die Hoch-Gleichspannungsquelle 10 einzuleiten. Der Ausgang des Komparators 44 ist über einen Reihenwiderstand 70 und die Diode 34 an das Tor des Gleichrichters 29 gelegt, um die Abschaltung der Hoch-Gleichspannungsquelle 10 einzuleiten.

Wie oben anhand der Fig. 2 erläutert wurde, ist es erwünscht, einen Verzögerungs-Einschaltkreis 45 zu verwenden, um eine automatische Abschaltung während des anfänglichen Stromaufbaus bei der ersten Einschaltung der Hoch-Gleichspannungsquelle 10 zu verhindern. Ein geeignetes Signal wird vom Eingang der Spannungsquelle 10 an einen Eingangsanschluß 74 in Fig. 3 gelegt. Wenn beispielsweise die Wechselspannungsquelle 15 (Fig. 1) ein Oszillator ist, mit einer Gleichspannungsversorgung (nicht gezeigt), so wird die Gleichspannungsversorgung geschaltet, um den Hochspannungsausgang von 10 ein- und abzuschalten. Die negative Seite der Gleichspannungsquelle wird an den Anschluß 74 gelegt, um ein Steuersignal zu erzeugen, wenn die Hoch-Gleichspannungsquelle 10 eingeschaltet ist. Das Signal am Anschluß 74 wird über einen Widerstand 75 an einen Verbindungspunkt76 gelegt, der über einen Widerstand 77 mit einer positiven Spannungsquelle, sowie über eine Diode 78 mit der Basis eines Transistors 79 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 79 ist geerdet und der Kollektor ist mit der Basis eines zweiten Transistors 81, sowie über einen Widerstand mit der positiven Spannungsquelle verbunden. Der Emitter des Transistors 81 ist geerdet und sein Kollektor ist über einen Widerstand 82 an eine positive Spannungsquelle, sowie über einen Koppelungskondensator 83 an den Takteingang eines monostabilen Multivibrators 84 gelegt. Der Takteingang des Multivibrators 84 ist ferner über einen Widerstand 85 mit der positiven Spannungsquelle verbunden. Der Ausgang des Multivibrators 84 ist über einen Widerstand 87 mit der Basis eines Transistors 88 verbunden, dessen Emitter geerdet ist und dessen Kollektor mit dem Eingang 66 des Komparators 44 verbunden ist.

Wenn im Betrieb die Wechselspannungsquelle 15 (Fig. 1) abgeschaltet ist, liegt kein Signal an dem Eingangsanschluß 74. Der Transistor 79 ist in leitendem Zustand und der Transistor 81 ist in nichtleitendem Zustand. Der Transistor 88 ist ebenfalls in nichtleitendem Zustand. Wenn die Spannungsquelle 15 am Anfang bearbeitet wird, wird ein negatives Gleichspannungssignal über den Widerstand 75 und die Diode 78 geführt, um momentan den Transistor 79 in den nichtleitenden Zustand zu schalten. Die an den Widerstand 80 gelegte positive Spannung schaltet nun den Transistor 81 durch, um den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 82 und dem Koppelungskondensator 83 zu erden. Dies führt dazu, daß ein Signal durch den Kondensator 83 geht, um den monostabilen Multivibrator 84 zu triggern. Sobald dieser getriggert ist, hat er einen Impuls-Ausgang für eine vorgegebene Zeitdauer oder Impulsbreite, die kürzer als 1 Sekunde ist. Die Zeitdauer kann jedoch auf jedes Zeitintervall eingestellt werden, das erforderlich ist, um den Hochspannungsausgang der Hoch-Gleichspannungsquelle 10 zu stabilisieren. Der Impulsausgang vom Multivibrator 84 schaltet den Transistor 88 in leitenden Zustand, um den Komparatoreingang 66 während dieses vorgegebenen Zeitintervalls zu erden. Demzufolge spricht der Komparator 44 auf ein Signal vom Verstärker 43 nicht an, das aus der schnellen Änderung des Ausgangsstromes der Hoch-Gleichspannungsquelle während des Intervalles resultiert, das durch den Multivibrator 84 gesteuert wird. Wenn gewünscht, kann eine Schaltung vorgesehen werden, um den Multivibrator zu triggern und den Transistor 88 zu veranlassen, den Betrieb der Detektorschaltung 11 zu anderen Zeiten zu sperren, wenn ein normaler hoher Wert di/dt vorliegt, beispielsweise, wenn in einer elektrostatischen Lackieranlage der Farbzufluß unterbrochen ist.

Um eine optimale Empfindlichkeit und Ansprechvermögen in der Detektorschaltung 11 bei verschiedenen normalen Ausgangsbelastungen der Hoch-Gleichspannungsquelle 10 beizubehalten, ist es erwünscht, eine automatische Verstärkungseinstellung innerhalb der Detektorschaltung 11 vorzusehen. Bei einer festen Verstärkung besteht ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen dem Signal, das festgestellt wird, und der Größe, der Form und dem Material des sich bewegenden Gegenstandes, der abgetastet wird. Aus diesen Gründen ist eine automatische Methode zur Regelung des Verstärkungsbereiches erwünscht. Wenn der gleichmäßige Strom in der Hoch-Gleichspannungsquelle niedrig ist, ist eine hohe Verstärkung erwünscht, um eine maximale Empfindlichkeit gegenüber bewegten Gegenständen zu erreichen. Wenn der gleichmäßige Strom mit einer niedrigen Rate zunimmt, die keinen Gefahrenzustand darstellt, ist es zweckmäßig, die System-Verstärkung zu reduzieren, derart, daß normale Stromschwankungen beim routinemäßigen Spritzvorgang nicht zu einer Fehlabschaltung führen. Dies wird erreicht durch Vergleich der Höhe des gleichmäßigen Stromes mit mehreren vorgegebenen Höhen und wenn der Strom über diese vorgegebenen Höhen steigt, wird der Verstärkungsfaktor für den Hauptverstärker automatisch schrittweise herabgesetzt. Wenn andererseits der Strom unter diese Höhen oder Niveaus fällt, wird die Verstärkung des Hauptverstärkers automatisch schrittweise vergrößert. Diese automatische Verstärkungsregelung ergibt eine maximale Empfindlichkeit während die Möglichkeit einer Fehlabschaltung auf ein Minimum reduziert wird.

Fig. 4 zeigt eine Verstärkerschaltung 90 mit schrittweiser Veränderung des Verstärkungsfaktors. Die Schaltung 90 soll zwischen den Koppelungskondensator 57 und den Widerstand 65 in Fig. 3 geschaltet werden, um den Operationsverstärker 43 zu ersetzen. Der Kondensator 57, die Diode 46 und der Widerstand 47 werden an den nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 91 gelegt, der einen festen Verstärkungsfaktor hat, welcher durch einen negativen Rückkopplungswiderstand 92 und einen Widerstand 93 bestimmt ist. Der Verstärker 91 hat einen Ausgang 94, der mit dem nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 95 verbunden ist. Der Verstärker 95 ist mit einem festen negativen Rückkopplungswiderstand 96, sowie einem Widerstand 97 versehen, der zwischen dem invertierenden Eingang und Erde liegt, um die maximale Verstärkung des Verstärkers 95 zu bewirken. Ein COS/MOS-Doppelschalter 98 und ein Reihenwiderstand 99 liegen parallel zum Widerstand 96, ein Doppelschalter 100 und ein Reihenwiderstand 101 liegen ebenfalls parallel zum Widerstand 96, außerdem liegt ein Doppelschalter 102 und ein hierzu in Reihe geschalteter Widerstand 103 parallel zum Widerstand 96. Wenn die Schalter 98, 100 und 102 selektiv aktiviert werden, werden die Widerstände 99, 101 und 103 selektiv parallel zum Widerstand 96 geschaltet, um den negativen Rückkopplungswiderstand für den Operationsverstärker 95 herabzusetzen, wodurch die Verstärkung des Verstärkers 95 verringert wird. Der Ausgang 94 vom Verstärker 91 ist über ein Tiefpaßfilter 110, das zwei Widerstände 118 und 119, sowie einen Kondensator 120 enthält, mit den nicht-invertierenden Eingängen der drei Komparatoren 104, 105 und 106 verbunden. Die invertierenden Eingänge der Komparatoren 104, 105 und 106 sind entsprechend an die Abgriffe von Potentiometern 107, 108 und 109 gelegt, von denen jedes zwischen einer positiven Bezugsspannung und Erde liegt. Durch selektive Verstellung der Abgriffe der Potentiometer 107, 108 und 109, wird der durchschnittliche Signal-Pegel am Verstärkerausgang 94, der jeden der Komparatoren 104, 105, 106 triggert, selektiv bereitgestellt. Die Ausgänge der Komparatoren 104, 105 und 106 sind entsprechend an die Doppelschalter 98, 100, 102 gelegt, um diese zu triggern. Wenn somit das Durchschnittssignal am Verstärkerausgang 94 einen ersten Pegel erreicht, der durch das Potenmtiometer 107 bestimmt ist, erzeugt der Komparator 104 einen Ausgang, um den Schalter 98 zu triggern, den Widerstand 99 parallel zum Rückkopplungswiderstand 96 zu legen, und die Verstärkung des Verstärkers 95 herabzusetzen. In gleicher Weise wird das Potentiometer 108 eingestellt, so daß ein vorgegebenes Durchschnittssignal mit hohem Pegel am Verstärkerausgang 94 den Komparator veranlaßt, den Schalter 100 zu triggern, um den Widerstand 101 einzubinden und parallel zu den Widerständen 96 und 99 zu schalten. Das Potentiometer 109 wird auf einen noch höheren Pegel eingestellt, so daß ein noch höheres Durchschnittssignal am Verstärkerausgang 94 den Komparator 106 veranlaßt, den Schalter 102 zu triggern, um den Widerstand 103 parallel zu den drei Widerständen 96, 99 und 101 zu schalten.Die Verstärkung des Verstärkers 95 wird somit stufenweise herabgesetzt, wenn der Pegel des Signals am Ausgang des Verstärkers 91 um vorgegebene Werte zunimmt, die durch die Einstellungen der Potentiometer 107, 108 und 109 bestimmt sind. Es kann hierbei jede gewünschte Anzahl von Schritten oder Stufen vorgesehen werden.

In Fig. 1 wurde die Relaisspule 30 beschrieben, die einen Schalter 16 öffnet, um die Wechselspannungsquelle 15 von der Primärwicklung 13 des Transformators zu trennen und um einen Schalter 33 zu schließen, um den Hochspannungs-Ausgangsanschluß 21 zu erden. Wenn die Wechselspannungsquelle 15 einen Oszillator enthält, der von einer anderen Energiequelle, z. B. einer Gleichstromquelle, gespeist wird, kann der Schalter 16 so angeordnet werden, daß er Energie vom Oszillator wegnimmt, oder so, daß das Anlagen von Energie an die Primärwicklung 13 des Transformators 12 unterbrochen wird. Für eine wirksame Zündunterdrückung nach dem Erkennen ist es erforderlich, die Hochspannung so schnell wie möglich aus den Gefahrenbereichen abzuleiten. Fig. 5 zeigt eine Schaltung zur Schaffung einer maximalen Sicherheit im Gefahrenbereich, d. h. in der Zündzone angrenzend an die Beschichtungsvorrichtung. Die Hochspannungsquelle ist allgemein durch einen Block 112 dargestellt, der die Wechselspannungsquelle 15, den Leistungstransformator 12 und den Spannungsvervielfacher 17 von Fig. 1 enthalten kann. Der Ausgang vom Block 112 ist über den Widerstand 20 an den Anschluß 21 gelegt, der seinerseits über ein Hochspannungskabel 113 mit einer elektrostatischen Spritzpistole 114 oder einer anderen elektrostatischen Beschichtungsvorrichtung verbunden ist. Ein im Grundzustand geschlossener Relaisschalter 115 ist zwischen dem Kabel 113 und der Spritzpistole 114 angeordnet. Der Schalter 115 liegt so nahe wie möglich bei der Spritzpistole 114, um die Kapazität auf der Spritzpistolenseite des Schalters 115 auf einem Minimum zu halten, wenn der Schalter 115 geöffnet ist. Ein im Grundzustand offener Relaisschalter 116 liegt zwischen Erde und einem Punkt zwischen dem Schalter 115 und der Spritzpistole 114. Ein Relaisschalter 117 liegt zwischen Erde und dem Hochspannungskabel 113. Die Relaisspule 30 (Fig. 1) ist geschaltet, um die Energiezufuhr zur Primärwicklung des Hochspannungstransformators innerhalb des Blockes 112 zu unterbrechen und um gleichzeitig den Schalter 115 zu öffnen und die beiden Schalter 116 und 117 zu schließen. Wenn der Schalter 115 offen und der Schalter 116 geschlossen ist, wird die Hochspannung an der Spritzpistole 114 unterbrochen bzw. abgeleitet. Durch Minimalisierung der Kapazität des Hochspannungs-Kreises an der Spritzpistole 114 wird die elektrostatische Ladung der Spritzpistole 114 schnell zu Erde abgeleitet, wenn der Schalter 116 geschlossen ist. Wenn der Schalter 117 geschlossen ist, wird die am Ausgang des Blockes 112 verbleibende Hochspannung über den Strombegrenzungswiderstand 20 abgeleitet. Die Schalter 115, 116 und 117 können von beliebiger Bauart sein, welche sich für die Handhabung von Hochspannungen an der Spritzpistole 114 eignet, und sie können eine möglichst kurze Schaltzeit haben.

Ferner kann beispielsweise die hohe Ausgangsgleichspannung auch mit einer anderen Schaltung als der Kombination aus der Sekundärwicklung 14 und dem Spannungsvervielfacher 17 erzeugt werden. Die Energiequelle kann außer für elektrostatische Beschichtungsanlagen auch bei anderen mit Hochspannung arbeitenden elektrostatischen Anlagen eingesetzt werden, bei denen die Gefahr einer Bogenbildung besteht.

Claims (10)

1. Steuerschaltung für eine Hoch-Gleichspannungsquelle für eine elektrostatische Beschichtungsanlage, welche aufweist:

• a) Einrichtungen (25, 26, 37) zum Erzeugen eines ersten Signals mit einer Niederspannung proportional zum momentanen Hochspan­ nungsstrom in der Beschichtungsanlage, wobei das erste Signal eine Gleichspannungskom­ ponente und Informationen über den Zustand einer etwaigen beginnenden Bogenbildung in der Beschichtungsanlage sowie Rauschsignale enthält;
• b) eine Filterschaltung (38) zum Entfernen der Gleichspannungskomponente aus dem ersten Signal, um ein zweites Signal mit einer Wechselspannung zu erzeugen, das die Infor­ mation bezüglich einer etwaigen beginnenden Bogenbildung und die Rauschsignale enthält;
• c) eine Filterschaltung zum Erzeugen eines dritten Signals mit einer Wechselspannung, bei dem eine Wechselspannungswelligkeit mittels einer Filterkomponente entfernt ist, und bei dem die nieder- und hochfrequenten Rauschsignale aus dem zweiten Signal mittels eines Bandpaßfilters (42) entfernt sind, wobei die Größe des dritten Signals propor­ tional zum Ausmaß der etwaigen beginnenden Bogenbildung in der Beschichtungsanlage ist, und
• d) Einrichtungen (29, 30), die auf das dritte Signal ansprechen und die Hochspannung der Hoch-Gleichspannungsquelle abstellen, wenn das dritte Signal eine vorgegebene Spannung übersteigt.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkomponente zur Entfernung der Wech­ selspannungs-Welligkeit aus dem zweiten Signal einen Differenzverstärker (40) enthält.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (45) zum Sperren der Einrichtun­ gen (29, 30) zum Abstellen der Hochspannung während eines vorgegebenen Zeitintervalls nach dem Anschalten der Hochspannungsquelle (10), welche an die Beschich­ tungsanlage die Hochspannung anlegt.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 1, oder 2, gekennzeichnet durch eine Verstärkereinrichtung (43) zum Verstärken des dritten Signales, Einrichtungen (60, 61, 62), die auf die Größe des dritten Signales vor der Verstärkung ansprechen, den Verstärkungsfaktor der Verstärkerein­ richtung (43) automatisch herabsetzen, wenn das dritte Signal einen vorgegebenen Pegel überschreitet und den Verstärkungsfaktor der Verstärkereinrichtung (43) automatisch erhöhen, sobald das dritte Signal unter den vorgegebenen Pegel fällt, und daß die Einrichtungen (29, 30) zum Abstellen der Hochspannung auf das verstärkte dritte Signal ansprechen.

5. Steuerschaltung für eine Hoch-Gleichspannungsquelle für eine elektrostatische Beschichtungsanlage, welche aufweist:
Einrichtungen (25, 26, 37) zum Erzeugen eines ersten Signals mit einer Niederspannung propor­ tional zum momentanen Hochspannungsstrom in der Beschichtungsanlage, wobei das erste Signal eine Wechselspannungs-Welligkeitskomponente und Infor­ mationen über eine etwaige beginnende Bogenbildung in der elektrostatischen Anlage enthält;
einen Kopplungskondensator (37) zum Entfernen der Gleichspannungskomponente aus dem ersten Signal, um ein zweites Signal mit einer Wechselspannung zu erzeugen, das die Information bezüglich der et­ waigen beginnenden Bogenbildung und die Wechsel­ spannungs-Welligkeits-Komponente enthält;
Einrichtungen, welche zu dem zweiten Signal eine feste Gleichspannungskomponente hinzufügen;
einen Differenzverstärker (40) mit zwei Eingängen, zwischen denen ein Dioden-Gleichrichter (41) angeordnet ist;
Einrichtungen, welche das veränderte zweite Signal an den einen Verstärkereingang und über den Dio­ den-Gleichrichter (41) an den anderen Verstärker­ eingang des Differenzverstärkers (40) anlegen, wobei der Differenzverstärker (40) die Wechsel­ spannungs-Welligkeits-Komponente aus dem modifi­ zierten zweiten Signal entfernt und ein drittes Signal erzeugt, dessen Größe proportional zur momentanen Änderungsrate des Hochspannungsstromes in der Beschichtungsanlage ist;
eine Filterschaltung (42) zum Entfernen der Gleichspannungskomponente aus dem dritten Signal, die zu dem zweiten Signal hinzugefügt wurde; Einrichtungen (44) zum Vergleichen des gefilterten dritten Signals mit einer vorgegebenen Bezugsspan­ nung und zum Erzeugen eines vierten Signals, wenn das gefilterte dritte Signal die Bezugsspannung übersteigt,
und Einrichtungen (29, 30), welche auf das vierte Signal ansprechen und die Hochspannung der Hoch­ gleichspannungsquelle abstellen.

6. Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzeugung des zweiten Signals einen Tiefpaßfilter (38) umfassen.

7. Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung zum Entfernen der Gleichspannung aus dem dritten Signal einen Bandpaßfilter (42) umfaßt.

8. Steuerschaltung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Einrichtungen (45) zum Sperren des vierten Signals während eines vorgegebenen Zeitintervalls nach dem Ein­ schalten der Hochspannungsquelle.

9. Steuerschaltung nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, gekenn­ zeichnet durch eine Verstärkereinrichtung (43) mit regelbarem Verstärkungsfaktor zum Verstärken des gefilterten dritten Signales, wobei die Vergleichsschal­ tung (44) das gefilterte, verstärkte dritte Signal mit der vorgegebenen Bezugsspannung vergleicht und das vierte Signal erzeugt.

10. Steuerschaltung nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, gekenn­ zeichnet durch eine Verstärkereinrichtung (43) zum Ver­ stärken des gefilterten dritten Signals, Einrichtungen (60, 61, 62), die auf die Größe des dritten Signales vor der Verstärkung ansprechen, den Verstärkungsfaktor der Verstärkereinrichtung (43) automatisch herabsetzen, wenn das dritte Signal einen vorgegebenen Pegel überschreitet und den Verstärkungsfaktor der Verstärkereinrichtung (43) automatisch erhöhen, sobald das dritte Signal unter den vorgegebenen Pegel fällt, wobei die Vergleichsschal­ tung (44) das verstärkte gefilterte dritte Signal mit der vorgegebenen Bezugsspannung vergleicht und das vierte Signal erzeugt.