DE3546388A1

DE3546388A1 - Compressed-air-driven high-voltage generator

Info

Publication number: DE3546388A1
Application number: DE19853546388
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl Ing Bissinger
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1985-12-31
Filing date: 1985-12-31
Publication date: 1987-08-06
Also published as: DE3546388C2

Abstract

A compressed-air-driven high-voltage generator is described, especially for compressed-air-driven, electrostatically aided spray-painting guns. According to the invention, the high-voltage generator is distinguished by the fact that at least one piezo-element, which produces mechanical oscillations in the compressed-air flow, is provided for voltage generation. In a preferred embodiment, a tongue is mechanically connected to a surface of the piezo-element or elements, which tongue causes mechanical oscillations in the compressed-air flow, in the manner of a Galton's whistle. In consequence, a compact and light high-voltage generator is obtained, which is particularly suitable for use with electrostatically aided, compressed-air-driven spray-painting guns.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen druckluftbetriebenen Hochspannungsgenerator gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.The invention relates to a compressed air powered High voltage generator according to the preamble of the patent saying 1.

Druckluftbetriebene Hochspannungsgeneratoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sind beispielsweise aus den US-Patentschriften 42 19 865, 43 77 838 und 44 62 061 bekannt. Auf den Inhalt dieser Druckschriften wird im übrigen zur Erläuterung aller hier nicht im einzelnen ausgeführten Details ausdrücklich Bezug genommen.Compressed air powered high voltage generators according to the The preamble of claim 1 are, for example, from U.S. Patents 42 19 865, 43 77 838 and 44 62 061 known. On the content of these publications is in the rest of the explanation of all not here in detail details made expressly referenced.

In der Lackiertechnik werden häufig druckluftbetriebene, elektrostatisch unterstützte Lackier-Spritzpistolen ver wendet. Aus einer Reihe von Gründen ist es erforderlich, ein zusätzliches Zuleitungskabel, mit dem elektrische Energie zur Spritzpistole geleitet wird, zu vermeiden:In painting technology, compressed air powered, electrostatically assisted spray guns ver turns. For a number of reasons, it is necessary an additional supply cable with which electrical Avoid energy being directed to the spray gun:

Zum einen würde insbesondere eine steife und schwere Hochspannungszuleitung die bereits durch die im jeden Fall erforderlichen Leitungen für Druckluft und Lack behinderte Handhabung und Führung der Lackier-Spritzpistole erschwe ren. Zum anderen sind Hochspannungszuleitungen problema tisch, da bei verletzter Isolation im VDE-Sinne zündfähi gen Funken entstehen können, selbst wenn die Lackierpi stole an der Ionisierungselektronik keine zündfähigen Funken erzeugen kann. In Lackierräumen dürfen aber zünd fähige Funken wegen der Explosionsgefahr nicht entstehen.For one, it would be a stiff and heavy one in particular High voltage power supply already through the in any case necessary lines for compressed air and paint disabled Handling and guiding the paint spray gun difficult On the other hand, high-voltage supply lines are problematic table, because if the insulation is broken, ignitable in the VDE sense against sparks, even if the painting pi stole on the ionization electronics no ignitable Can generate sparks. Ignition may occur in painting rooms capable sparks do not arise due to the risk of explosion.

Eine Versorgung der Hochspannungserzeugung aus elektri schen Batterien etc. ist unzweckmäßig, da zu häufig Bat teriewechsel oder Nachladen der Batterien erforderlich wäre. A supply of high voltage generation from electri Batteries etc. is inappropriate because Bat Change of batteries or recharge of batteries required would.

Deshalb sind in den eingangs genannten US-Patentschriften Hochspannungsgeneratoren beschrieben, bei denen die Hoch spannung durch rotierende elektromechanische Generatoren erzeugt wird, die von der zum Lackieren erforderlichen Druckluft angetrieben werden. Diese Hochspannungsgenerato ren haben zwar den Vorteil, daß eine Stromzuführung nicht erforderlich ist, da sich die mechanisch angetriebenen Generatoren in der Lackierpistole befinden. Nachteilig ist aber das durch die in der Pistole angeordneten elektrome chanischen Generatoren erhöhte Gewicht der Lackierpistole, durch das die Handhabung und die Führung der Pistole ebenfalls erschwert wird.That is why the US patents mentioned in the introduction High voltage generators are described in which the high voltage by rotating electromechanical generators is generated by the required for painting Compressed air are driven. This high voltage generator Ren have the advantage that a power supply is not is necessary because the mechanically driven Generators are located in the spray gun. The disadvantage is but that through the electrome arranged in the gun chanic generators increased paint gun weight, by handling and guiding the pistol is also made more difficult.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Hochspan nungsgenerator mit geringem Gewicht und kleinen Einbau maßen anzugeben, der sich insbesondere zum Einbau in druckluftbetriebene, elektrostatisch unterstützte Lackier- Spritzpistolen eignet.The invention is based on the object, a high chip voltage generator with low weight and small installation dimensions to indicate, which is particularly suitable for installation in air operated, electrostatically assisted painting Spray guns are suitable.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.An inventive solution to this problem is with their Developments characterized in the claims.

Erfindungsgemäß ist zur Spannungserzeugung mindestens ein Piezoelement vorgesehen, das der Druckluftstrom in mecha nische Schwingungen versetzt. Durch diese mechanischen Schwingungen entsteht in dem oder den Piezoelementen eine Spannung, die an gegenüberliegenden Flächen des Piezoele ments abgegriffen werden kann. Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Piezoelement ergibt sich der Vorteil, daß auf mit hoher Drehzahl rotierende Teile vollständig verzichtet werden kann. Damit ist der erfindungsgemäße Hochspannungs generator nicht nur kleiner und leichter als die bekannten insbesondere zum Einsatz in Lackierpistolen vorgesehenen druckluftbetriebenen Hochspannungsgeneratoren, sondern auch weniger störanfällig.According to the invention there is at least one for voltage generation Piezo element provided that the compressed air flow in mecha vibrations. Through this mechanical Vibrations arise in the piezo element or elements Voltage on opposite surfaces of the piezoele ment can be tapped. By the invention provided piezo element has the advantage that on Parts rotating at high speed are completely dispensed with can be. This is the high voltage according to the invention generator not only smaller and lighter than the known ones especially intended for use in spray guns compressed air powered high voltage generators but also less prone to failure.

Im Anspruch 2 ist eine besonders einfache Ausgestaltung gekennzeichnet, durch die das oder die Piezoelemente durch einen kontinuierlichen Druckluftstrom in Schwingungen versetzt werden können. Dabei ist es gemäß Anspruch 3 bevorzugt, wenn die Spannung an der Fläche, die mit der Zunge verbunden ist, sowie der gegenüberliegenden Fläche des Piezoelements abgegriffen wird.Claim 2 is a particularly simple embodiment characterized by the or the piezo elements a continuous flow of compressed air in vibrations can be moved. It is according to claim 3 preferred if the tension on the surface with the Tongue is connected, as well as the opposite surface of the piezo element is tapped.

Bei druckluftbetriebenen, elektrostatisch unterstützten Lackier-Spritzpistolen liegt die Hochspannung üblicherwei se in der Größenordnung von 50 kV bis 150 kV. In den Ansprüchen 4, 7 und 8 sind Maßnahmen gekennzeichnet, mit denen eine derartige Hochspannung erreicht werden kann, auch wenn ein einzelnes Piezoelement nur eine geringere Spannung liefert:For compressed air powered, electrostatically assisted Spray guns are usually high voltage se in the order of 50 kV to 150 kV. In the Claims 4, 7 and 8 measures are marked with to which such high voltage can be achieved even if a single piezo element is only a smaller one Voltage delivers:

Beispielsweise ist es gemäß Anspruch 4 möglich, mehrere Piezoelemente in Serie zu schalten.For example, it is possible according to claim 4, several Piezo elements to be connected in series.

Aus verschiedenen Gründen ist es jedoch manchmal nicht möglich, die Piezoelemente in Serie zu schalten: bei spielsweise muß bei einer Serienschaltung die Zunge, die die Piezoelemente zu Schwingungen erregt und die mit den einzelnen Piezoelementen mechanisch verbunden ist, elek trisch isolierend ausgebildet sein. In den Ansprüchen 7 und 8 sind Maßnahmen gekennzeichnet, die eine Spannungser höhung ohne Serienschaltung von Piezoelementen erlauben. Zu diesen an und für sich bekannten Maßnahmen wird im übrigen beispielsweise auf die US-PS 43 77 838 verwiesen. Diese Maßnahmen sind insbesondere auch dann anwendbar, wenn mehrere Piezoelemente zur Leistungserhöhung parallel geschaltet sind (Anspruch 5). However, for various reasons, it is sometimes not possible to connect the piezo elements in series: at for example, the tongue, the the piezo elements excited to vibrate and those with the individual piezo elements is mechanically connected, elek be trically insulating. In claims 7 and 8, measures are marked that a tensioner Allow height without connecting piezo elements in series. These measures, which are known per se, will be discussed in others, for example, refer to US-PS 43 77 838. These measures are particularly applicable if several piezo elements to increase performance in parallel are switched (claim 5).

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be schrieben, deren einzige Figur einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hochspannungsgenerator zeigt.The invention is based on an embodiment example with reference to the drawing be wrote, whose only figure is a cross section through a High voltage generator according to the invention shows.

Der in der Figur dargestellte druckluftbetriebene Hoch spannungsgenerator weist zwei Piezoelemente 10 und 11 mit Elektroden 12 und 13 auf gegenüberliegenden Flächen auf. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 12 geerdet; (dies ist die bevorzugte Ausführungsform). Die Piezoelemente 10 und 11 liegen mit ihren Elektroden 13 auf einer Isolierplatte 14 auf. Mit den Flächen, die die Elek troden 12 tragen, ist eine Zunge 15 derart mechanisch verbunden, daß sich Schwingungen von der Zunge 15 auf die Piezoelemente 10 und 11 übertragen. Die Zunge 15 wird von der über eine Düse 16 einströmenden Druckluft 19 zum Schwingen angeregt.The compressed air powered high voltage generator shown in the figure has two piezo elements 10 and 11 with electrodes 12 and 13 on opposite surfaces. In the embodiment shown, the electrodes 12 are grounded; (this is the preferred embodiment). The piezo elements 10 and 11 rest with their electrodes 13 on an insulating plate 14 . With the surfaces that carry the electrodes 12 , a tongue 15 is mechanically connected such that vibrations are transmitted from the tongue 15 to the piezo elements 10 and 11 . The tongue 15 is excited to oscillate by the compressed air 19 flowing in via a nozzle 16 .

Die Düse 16, die Zunge 15 sowie der umgebende Luftweg 20 bilden dabei ein Galtonpfeife, die die Zunge 15 zu Schwin gungen in Richtung der Pfeile 21 anregt. Hierdurch ent steht eine Hochspannung, die an den Elektroden 12 und 13 abgegriffen werden kann. Die von dem erfindungsgemäßen Hochspannungsgenerator erzeugte Hochspannung wird mit einer 2-Weg-Gleichrichterschaltung, die durch die Dioden 17 und 18 angedeutet ist, gleichgerichtet und kann bei spielsweise an die Ionisier-Elektrode einer Lackier- Spritzpistole angelegt werden. Je nach Ausbildung der Piezoelemente 10 und 11 sind Spannungen in der Größenord nung 50 kV sowie deutlich größer und Leistungen im Watt- Bereich errreichbar.The nozzle 16 , the tongue 15 and the surrounding airway 20 form a Galton whistle, which excites the tongue 15 to vibrations in the direction of arrows 21 . This results in a high voltage which can be tapped at the electrodes 12 and 13 . The high voltage generated by the high-voltage generator according to the invention is rectified with a 2-way rectifier circuit, which is indicated by the diodes 17 and 18 , and can be applied, for example, to the ionizing electrode of a spray gun. Depending on the design of the piezo elements 10 and 11 , voltages in the order of 50 kV as well as significantly larger and power in the watt range can be achieved.

Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels beschrieben worden. The invention is based on an exemplary embodiment been described.

Innerhalb des allgemeinen Erfindungsgedankens, mechanisch durch Druckluft zu Schwingungen angeregte Piezoelemente zur Hochspannungserzeugung zu verwenden, sind natürlich die verschiedensten Modifikationen möglich:Within the general idea of the invention, mechanically Piezo elements excited by compressed air to use for high voltage generation are natural various modifications possible:

Sollte die von den Piezoelementen erzeugte Spannung nicht ausreichend hoch sein, kann an Stelle der Dioden 17 und 18 auch eine Spannungsvervielfacher-Schaltung (Kaskadenschal tung) an die Elektroden 12 und 13 angeschlossen werden. Ferner ist es auch möglich, einen Impulstransformator zur Spannungserhöhung einzusetzen.If the voltage generated by the piezo elements is not sufficiently high, a voltage multiplier circuit (cascade circuit) can be connected to the electrodes 12 and 13 instead of the diodes 17 and 18 . Furthermore, it is also possible to use a pulse transformer to increase the voltage.

An Stelle einer Parallelschaltung von Piezoelementen kann auch ein einzelnes Piezoelement oder eine Serienschaltung von Piezoelementen verwendet werden.Instead of a parallel connection of piezo elements can also a single piezo element or a series connection of piezo elements can be used.

In jedem Falle erhält man einen kompakten und leichten Hochspannungsgenerator, der ohne elektrische Zuleitungen lediglich mit Druckluft versorgt eine Hochspannung in der Größenordnung von 50 bis 150 kV mit einer Leistung im Watt-Bereich liefert. Dieser Hochspannungsgenerator eignet sich insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit elek trostatischen Lackier-Spritzpistolen. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Hochspannungsgenerators können - ohne das die Handhabung der Spritzpistole behindert würde - ohne weiteres die VDE-Sicherheitsnormen erfüllt werden.In any case, you get a compact and lightweight High voltage generator that has no electrical leads only with compressed air supplies a high voltage in the Magnitude of 50 to 150 kV with a power in Watt range supplies. This high voltage generator is suitable especially for use in connection with elek trostatic spray guns. By using it of the high-voltage generator according to the invention can without hindering the handling of the spray gun - The VDE safety standards are easily met.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Hochspannungsgenera tors ist jedoch nicht auf Druckluftbetriebene, elektrosta tisch unterstütze Lackier-Spritzpistolen beschränkt. Er kann vielmehr in allen Anwendungsfällen eingesetzt werden, bei denen ohne elektrische Zuleitungen eine Hochspannung in der Größenordnung von 50 bis 150 kV (oder auch kleinere und größere Spannungen) erzeugt werden sollen.The use of the high-voltage genera according to the invention tors is not, however, on compressed air powered, electrostatic table supported paint spray guns limited. He can rather be used in all applications, high voltage for those without electrical leads in the order of 50 to 150 kV (or smaller ones and larger voltages) should be generated.

Claims

1. Compressed air powered high voltage generator, in particular for compressed air powered, electrostatically assisted spray guns, characterized in that at least one piezo element ( 10 , 11 ) is provided for voltage generation, which sets the compressed air flow ( 19 ) in mechanical vibrations ( 21 ).

2. Generator according to claim 1, characterized in that with a surface ( 12 ) of the or the piezo elements ( 10 , 11 ) mechanically a tongue ( 15 ) is connected to the compressed air flow ( 19 ) in the manner of a Galton pipe ( 16 , 20 ) sets in mechanical vibrations.

3. Generator according to claim 2, characterized in that the electrodes ( 12 , 13 ) on which the high voltage is tapped, on the surface to which the tongue ( 15 ) is connected, and the opposite surface of the piezo element ( 10 , 11th ) are applied.

4. Generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that several piezo elements in series are switched.

5. Generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that a plurality of piezo elements ( 10 , 11 ) are connected in parallel.

6. Generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the of the piezo elements generated high voltage is rectified.

7. Generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that to increase the voltage Pulse transformer is provided.

8. Generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that a voltage increase High-voltage cascade connection is provided.

9. Use of the high-voltage genera according to the invention Tors according to one of claims 1 to 8 in compressed air operated, electrostatically assisted painting spray gun and especially in a hand-held paint Spray gun.