DE3709509A1 - Ueberwachungssystem fuer eine elektrostatische beschichtungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In den üblichen Sprühkabinen zum elektrostatischen Beschichten (Lackieren) von Kraftfahrzeug -Rohkarossen sind bekanntlich an mehreren Stellen auf beiden Seiten und über der durch die Kabine transportierten Karosse Zerstäuber installiert, die einzeln oder in Gruppen von zwei oder mehr Zerstäubern über je einen gemeinsamen Versorgungsstromkreis und je einen bisher elektromagnetisch gesteuerten Hochspannungsschalter an zugehörige Hochspannungserzeuger angeschlossen sind. Die Hochspannung liegt üblicherweise in der Größenordnung von 100 kV. Für die Sprühkabine gelten extrem strenge Sicherheits­ bestimmungen. Insbesondere soll mit größtmöglicher Zuverlässigkeit dafür gesorgt werden, daß alle Zerstäuber und ihre Stromkreise geerdet werden, bevor jemand die Kabine betreten kann. Auch sollen zur Vermeidung von Funkenüberschlägen und entsprechender Explosionsgefahr die vorhandenen Vorrichtungen bei abgeschalteter Anlage möglichst weitgehend entladen werden. Zu diesem Zweck werden die erwähnten Hochspannungsschalter der Zerstäuber beim Öffnen einer der Türen der Sprühkabine durch selbsttätige Steuerung in eine zweite Schaltstellung umgeschaltet, in der sie ihre zugehörigen Zerstäuber über Dämpfungswiderstände an Erde legen. Darüberhinaus besteht als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme u.a. für den Fall des Versagens eines der Hochspannungsumschalter die Möglichkeit des gleichzeitigen Erdens mehrerer oder aller Versorgungsstromkreise mit einem gemeinsamen besonderen Erdungsschalter (vgl. P 36 09 510.9).

In der Praxis ist aber nicht auszuschließen, daß sowohl einer der eigenen Hochspannungsumschalter der Versorgungsstromkreise als auch der zusätzliche Erdungsschalter versagen oder fehlerhaft arbeiten und infolgedessen die zu erdende Sprüh- oder sonstige Vorrichtung aufgrund ihrer kapazitätsbedingten Ladungsenergie ungewollt für relativ lange Zeit unter Spannung steht, obwohl der Hochspannungserzeuger abgeschaltet wurde. Ähnliche Gefahren können sich ergeben, wenn zwar die Erdungsschalter selbst richtig funktionieren, aber der Stromkreis fehlerhaft ist, über den die Vorrichtung geerdet werden soll, z. B. wenn ihre elektrische Leitung eine nur im Betrieb durch Spannungsüberschlag überbrückte Unterbrechungsstelle enthält oder ein Steckverbindungskontakt unzuverlässig oder einer der vorhandenen Dämpfungs- oder Entladewider­ stände schadhaft ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überwachungssystem zu schaffen, das auch dann die erforderliche Sicherheit ermöglicht, wenn beim Erden einer zuvor auf Hochspannung gelegten Vorrichtung Fehler auftreten.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Überwachungssystem gelöst.

Wenn die an der überwachten Vorrichtung gemessene Spannung nicht genügend schnell absinkt, kann ein Alarmsignal erzeugt und damit eine Gefährdung des Personals und u. U. auch der Anlage selbst durch entsprechende Vorkehrungen vermieden werden. Die zulässige Zeitspanne kann zweckmäßig von einer ungefährlichen Höhe der in der betreffenden Vorrichtung und den angeschlossenen Stromkreisen noch gespeicherten elektrischen Restenergie abhängig gemacht werden.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Entladungsmessung werden sowohl die Hochspannungs- und Erdungsschalter und deren Kontakte als auch der gesamte sonstige Entladekreis der zu erdenden Vorrichtungen einschließlich Widerständen und Anschluß- und Verbindungskontakten ständig überprüft. Aufgrund der Entladungsmessung läßt sich u.a. auch jeweils die tatsächliche Größe des Gesamtwiderstands des Entladekreises errechnen. Daneben ergibt sich als zusätzlicher Vorteil die Möglichkeit einer ständigen Überwachung der Betriebshochspannung an der betreffenden Vorrichtung während des normalen Betriebes, d. h. auch im Betrieb auftretende Fehler im Hochspannungsversorgungskreis können sofort gemeldet werden.

Am Beispiel der Überwachung einer elektrostatischen Beschichtungsanlage mit Zerstäubern, wie sie zum Beschichten von Kraftfahrzeugkarossen üblich sind, wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt die Prinzipschaltung der Stromkreise eines der Zerstäuber und der Steuerung seines Schalters.

Der dargestellte Rotationszerstäuber (1) kann sich in einer Sprühkabine befinden und ist in an sich bekannter und üblicher Weise über eine Hochspannungsleitung (2) und einen ersten Kontakt (31) eines Umschalters (3) an einen als Kaskade ausgebildeten Hochspannungserzeuger (4) angeschlossen. Der Umschalter (3) ist in seiner in Betriebspausen erforderlichen Stellung dargestellt, in der der Kontakt (31) offen und die Hochspannungsleitung (2) über einen mit dem Kontakt (31) mechanisch gekuppelten zweiten, in dieser Stellung geschlossenen Kontakt (32) des Umschalters (3) geerdet ist. Zwischen dem Kontakt (32) und der Hochspannungsleitung (2) und/oder dem Erdanschluß kann jeweils ein mit 50M bezeichneter hochohmiger Dämpfungswiderstand liegen. Die beiden Kontakte des Umschalters (3) und die Dämpfungswiderstände befinden sich zweckmäßig in einem geschlossenen Gefäß, das mit einem Isoliermedium gefüllt ist. Der Umschalter (3) wird vorzugsweise von einer Kolben/Zylinder-Einheit (5) betätigt, die ihrerseits pneumatisch von einem automatisch oder auch von Hand betätigbaren Ventilsystem gesteuert wird, dessen Einzelheiten für die Erfindung ohne Interesse sind.

In dem dargestellten System können zahlreiche Schaltungs­ fehler unterschiedlicher Art auftreten, die alle zur Folge haben können, daß der Zerstäuber (1) nicht oder nicht in der erforderlichen Weise geerdet wird. Beispiele hierfür sind Nichtbetätigung des Umschalters (3), Fehler am Kontakt (32) oder an den äußeren Anschlußkontakten des Umschalters, ein fehlerhafter Dämpfungswiderstand 50M, Unterbrechungen in der Hochspannungsleitung (2) oder in der vom Umschalter (3) nach Erde führenden Leitung, Kontaktfehler am Zerstäuber (1) oder am Erd­ anschluß usw. Auch wenn sich der Umschalter (3) in seiner Betriebsstellung befindet, in der sein Kontakt (31) geschlossen ist und den Zerstäuber (1) mit dem Hochspannungserzeuger (4) verbinden soll, sind ähnliche Schaltungsfehler möglich, die zur Folge haben, daß der Zerstäuber (1) keine oder eine zu geringe Spannung erhält.

Alle diese Fehler können bei dem hier beschriebenen Überwachungssystem durch eine relativ einfache Meß- und Kontrolleinheit (10) gemeldet werden, die u. a. ein Spannungsmeßgerät enthält, das über eine zweckmäßig abgeschirmte und vorzugsweise aus der Sprühkabine herausgeführte Meßleitung (11) an den elektrisch aktiven Teil des Zerstäubers (1) angeschlossen ist. Die Einheit (10) enthält ferner ein Zeitglied, mit dem eine nach Bedarf und jeweiligen Betriebs­ bedingungen wählbare, insbesondere auch verstellbare Zeitspanne vorgegeben wird. Ferner kann zu der Einheit (10) ein Rechner gehören. Die Einheit (10) kann von dem übergeordneten Steuersystem der Beschichtungsanlage gesteuert werden, wie durch die Leitung (12) angedeutet ist. Zur Überprüfung einer einwandfreien Erdung und Entladung des Zerstäubers (1) bei abgeschaltetem Hochspannungserzeuger (4) kann beispielsweise durch ein etwa gleichzeitig mit dem vom übergeordneten Steuersystem erzeugten elektrischen Umschaltsignal für den Umschalter (3) oder um dessen Betätigungsdauer verzögert das erwähnte Zeitglied der Einheit (10) in Lauf gesetzt werden, und nach Ablauf der eingestellten Zeitspanne wird durch Vergleich des dann gemessenen Spannungswertes mit einem vorgegebenen zulässigen Wert festgestellt, ob der zulässige Wert überschritten wird. Ist dies der Fall, wird ein Alarmsignal AL erzeugt, das die jeweils erforderlichen Sicherheits- und sonstigen Maßnahmen zur Suche und Behebung des gemeldeten Fehlers zur Folge hat. Wird der zulässige Wert dagegen nicht überschritten, kann ein hinsichtlich der Sicherheits­ vorschriften unbedenklicher Betriebszustand angenommen werden.

Die einzustellende Zeitspanne, nach der erfindungsgemäß die Spannung an der zu erdenden Vorrichtung auf einen gegebenen Wert abgesunken sein muß, wenn kein Fehler vorliegt, läßt sich problemlos aus der e-Funktion errechnen, nach der sich bekanntlich ein System nach Abschaltung der angelegten Spannung in Abhängigkeit von der Anfangsspannung, vom Widerstand des Entladekreises und von der Kapazität, d. h. der gespeicherten Energie entlädt. In der Regel ist es sinnvoll, als Kriterium für eine richtige Erdung, d. h. ausreichende Entladung eine maximal zulässige Restenergie der geerdeten Vorrichtung zugrundezulegen. Man kann z.B. annehmen, daß keine Berührungsgefahr für das Bedienungspersonal mehr besteht, wenn einerseits der Kurzschlußstrom vom Zerstäuber gegen Erde einen Wert von 0,7 mA nicht überschreiten würde und andererseits die Restenergie höchstens noch 350 mJ beträgt. In anderen Fällen, insbesondere wenn es in stärkerem Maße auf die sichere Vermeidung von Entladungsfunken ankommt, kann die Restenergiegrenze auch noch wesentlich niedriger liegen.

Zur Bestimmung der einzustellenden Zeitspanne, in der die im System zwischen dem Anschluß der zu erdenden Vorrichtung und Erde gespeicherte Energie Q nach dem Abschalten der Betriebsspannung U₀ mindestens auf den maximal zulässigen Wert abgesunken sein muß, werden zunächst bei einwandfrei arbeitender Anlage die an dem Anschluß meßbare Gesamtkapazität C gegen Erde sowie der Gesamtwiderstand R des Entladekreises ermittelt. Sodann kann die zulässige Zeitspanne t nach der Formel

mit τ=R.C errechnet werden, wenn für Q der zulässige Grenzwert der Restenergie eingesetzt wird. Bei dem erwähnten Wert von 350 mJ, einer typischen Kapazität C von 1 nF, einem typischen Widerstandswert R von 100 M Ohm und einer Betriebsspannung von 95 kV beträgt die zulässige Zeitspanne 130 ms. Hierzu ist in der Praxis noch die ebenfalls experimentell zu ermittelnde Zeit zwischen der Erzeugung des Steuersignals zur Auslösung des Umschalters (3) bis zum Schließen seines Erdungskontaktes (32) (beispielsweise etwa 150 ms) hinzuzurechnen, wenn das Zeitglied der Einheit (10) von diesem Steuersignal in Lauf gesetzt wird.

Die beschriebene Spannungsüberwachung ist nicht auf das dargestellte Beispiel und insbesondere nicht auf die Sprühvorrichtung (1) beschränkt, sondern kann auch bei anderen zu erdenden oder auf einen anderen Potential­ wert zu entladenden Vorrichtungen sinnvoll sein, u. a. auch beim Hochspannungserzeuger (4).

Claims (5)

1. Überwachungssystem für eine elektrostatische Beschichtungsanlage, in der eine Sprühvorrichtung im Betrieb an einen Hochspannungserzeuger angeschlossen ist, während bei abgeschaltetem Hochspannungserzeuger die Sprühvorrichtung und/oder sonstige die Hochspannung führende Vorrichtungen über einen durch einen äußeren Schaltbefehl betätigbaren Schalter geerdet werden, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Spannungsmeßeinrichtung (10) zum Messen der Spannung an der zu erdenden Vorrichtung (1) vorgesehen ist, und
daß festgestellt wird, ob diese Spannung nach der Erzeugung des Schaltbefehls für den Schalter (3) innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer (t) um ein vorgegebenes Maß abgesunken ist.

2. Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß festgestellt wird, ob die Entladeenergie der zu erdenden Vorrichtung (1) und angeschlossenen, mit ihr zu entladender Schaltungseinrichtungen nach der vorbestimmten Zeitdauer größer ist als ein maximal zulässiger Wert.

3. Überwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsmeßeinrichtung mit einem in Abhängigkeit von dem Schaltbefehl des Schalters (3) steuerbaren Zeitglied verbunden ist.

4. Überwachungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied nach einer einstellbaren Zeitspanne ein Signal erzeugt, bei dem die zum betreffenden Zeitpunkt in der zu erdenden Vorrichtung und angeschlossenen, mit ihr zu ent­ ladender Schaltungseinrichtungen gespeicherte Restenergie selbsttätig berechnet wird.

5. Überwachungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spannungsmeßeinrichtung (10) außerhalb einer die Sprühvorrichtung (1) enthaltenden Sprühkabine befindet und mit der zu erdenden Vorrichtung über eine abgeschirmte Meßleitung (11) verbunden ist.